CN101537524B - 一种去除铁磁性管状材料表面氧化层的方法 - Google Patents

一种去除铁磁性管状材料表面氧化层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种去除铁磁性管状材料表面氧化层的方法，其特征在于，包括下述步骤：在铁磁性管材需清除氧化层的外周设置阳极，将电弧放电电源的正、负极分别接到阳极和铁磁性管材上；将两个与励磁电源相接的线圈分别置于铁磁性管材外周阳极的两侧，使两线圈产生的磁场相互加强；在每个线圈和铁磁性管材径向之间设置有高磁导率的衔铁，使阳极处于两衔铁轴向之间；接通电弧放电电源及连接线圈的励磁电源，利用高磁导率的衔铁来引导和约束磁通，把磁通导向阳极与铁磁性管材外周之间的电弧放电区域。

Description

一种去除铁磁性管状材料表面氧化层的方法
技术领域
本发明涉及一种金属表面氧化层的去除方法，特别涉及一种基于真空电弧去除磁性管状材料表面氧化层的方法。
背景技术
在传统的冶金工业中，金属表面氧化层的去除(称为除鳞)主要采用两种方法，即化学清洗(酸洗)和机械除鳞(如喷丸)，但这两种工艺会造成水污染、空气污染或噪声污染。近年来，一些研究表明真空电弧也可用于金属表面除鳞，而这是一种有望替代传统的酸洗和机械除鳞的干式“绿色”除鳞技术，但由于其技术复杂，目前国内外尚无大批量的工业化应用。该技术除利用阴极斑点的高能量密度和“选择性”的运动方式外，还需利用外加磁场来驱动电弧运动，以实现对不同形状金属表面的处理。对于管状金属需施加与径向电流垂直的轴向磁场以驱动电弧沿管的环向运动，其原理如图1所示，以待处理管材作阴极，以包围管材的环形电极作阳极，阴极与阳极分别与电弧放电电源的阴阳极连接，在阴极和阳极间形成电弧放电；电极外部的电磁线圈产生磁场；电弧在磁场的轴向分量的作用下绕管体做圆周运动，清除管体表面上的氧化物。
文献“电弧放电表面清洗传动装置”(专利号RU2152271)所述的电弧放电表面清洗传动装置便是根据这一原理施加磁场使电弧旋转的。该装置利用环形电极产生电弧，并利用实验腔体外部的磁场线圈产生轴向磁场使电弧旋转，可用于去除不同生产条件下有色金属和黑色金属的表面氧化物。
可见这一技术的关键在于磁场的施加及其对真空电弧的控制作用。上述磁场施加方案对于处理非铁磁性金属是可行的，但在处理铁磁性金属时存在以下问题：由于铁磁性材料的导磁性能要比管材周围的空气好得多，根据磁路定理，施加的磁场大部分流经管材内部铁磁区，而管材外侧和内侧电弧放电区域的磁通密度很小，这一方面会导致磁场对电弧运动控制能力的减弱，而且也是对线圈供电能量的浪费。
发明内容
本发明针对上述铁磁性管材表面氧化层处理过程中磁场施加所存在的问题，提出了一种可提高铁磁性管材电弧放电区域的磁通密度，提高磁场对电弧的控制效率并减少能量损失的一种新方法。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种去除磁性管状材料表面氧化层的方法，其特征在于，包括下述步骤：
在铁磁性管材需清除氧化层的外周设置阳极，将电弧放电电源的正、负极分别接到阳极和铁磁性管材上；
将两个与励磁电源相接的线圈分别置于铁磁性管材外周阳极的两侧，使两线圈产生的磁场相互加强；
在每个线圈和铁磁性管材径向之间设置有高磁导率的衔铁，使阳极处于两衔铁轴向之间；
接通电弧放电电源及连接线圈的励磁电源，利用高磁导率的衔铁来引导和约束磁通，把磁通导向阳极与铁磁性管材外周之间的电弧放电区域。
上述方案中，所述的阳极与铁磁性管材外周之间的间距是10mm。所述衔铁厚度为8mm。左右两部分衔铁之间距离为8m。衔铁与铁磁性管材径向之间的间隙为6mm。
本发明相比图1所示现有技术常用的实验装置，在线圈和待处理管材之间设置了高磁导率的衔铁。由于衔铁的磁导率高于铁磁性管材，根据磁路定理，大部分磁通会流经衔铁，再经衔铁引导通过电弧放电区域，从而提高了电弧放电区域的磁感应强度。
本发明的优点是：
1、利用衔铁来引导和约束磁通的方法增强了电弧放电区域的磁通密度，提高了磁场对电弧的控制能力，并大大减少了能量损失。  2、磁路中加入衔铁后，使电弧放电区域的磁通密度更易于调节，且分布更加均匀，使电弧旋转更加稳定，清洗效果更好。
附图说明
图1为磁场控制电弧旋转原理图。
图2为本发明方法实验装置的剖面图。
图3为利用ANSYS(有限元分析软件)对实验装置分别在加衔铁[图3(1)]和未加衔铁[图3(2)]两种情况下的仿真结果。
图1至图3中：1-线圈；2-阳极；3-放电电弧；4-处理管材；5-衔铁。
图4为利用高速摄影仪拍摄的在该装置中放电电弧围绕管体运动的照片。
具体实施方式
本发明具体实施方式见图2：在铁磁性管材4需清除氧化层的外周设置环形阳极2，将电弧放电电源的正、负极分别接到阳极2和铁磁性管材4上；将两个与励磁电源相接的线圈1分别置于阳极2的两侧，使两线圈产生的磁场相互加强；在每个线圈和铁磁性管材径向之间设置有高磁导率的衔铁5，衔铁5的相对磁导率为1000-3000。使阳极2处于两衔铁5轴向之间；接通电弧放电电源及连接线圈1的励磁电源，利用高磁导率的衔铁5来引导和约束磁通，把磁通导向阳极2与铁磁性管材4外周之间的电弧放电区域。
具体实验参数为：左右两端励磁线圈1的匝数均为300匝，励磁电流为10A，阳极2与铁磁性管材4之间的径向间距是10mm，衔铁厚度为8mm，左右两部分衔铁5之间距离为8m，衔铁5和铁磁性管材4之间的间隙为6mm。由于高磁导率衔铁对磁通的引导和约束作用，磁通集中分布在衔铁5和衔铁之间的空隙中，在上述实验条件下在电弧放电区域产生大约0.08T轴向方向的磁场，如图3(1)所示，远远大于不加衔铁时的0.01T，如图3(2)所示。由图3可以看到，未加衔铁时磁场分布较分散，而电弧放电区域的磁通密度较弱：在励磁线圈通入10A电流时，电弧放电区域的磁通密度大约只有0.01T。加入衔铁后，衔铁引导和约束磁通，使大部分的磁通流经衔铁，从而大大增强了电弧放电区域的磁通密度：在励磁线圈同样通入10A电流的情况下，电弧放电区域的磁通密度可以增大到0.08T左右。
如图4所示，引燃电弧后，可以看到：电弧便在磁场作用下绕管体4外侧作圆周运动以清除管体表面的氧化层。图中浅色圆周线代表管材的外表面轮廓线。

Claims (5)

1.一种去除磁性管状材料表面氧化层的方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)在铁磁性管材需清除氧化层的外周设置环形阳极，将电弧放电电源的正、负极分别接到环形阳极和铁磁性管材上；
(2)将两个与励磁电源相接的线圈分别置于铁磁性管材外周环形阳极的两侧，使两线圈产生的磁场相互加强；
(3)在每个线圈和铁磁性管材径向之间设置有高磁导率的衔铁，使环形阳极处于两衔铁轴向之间；
(4)接通电弧放电电源及连接线圈的励磁电源，利用高磁导率的衔铁来引导和约束磁通，把磁通导向环形阳极与铁磁性管材外周之间的电弧放电区域。
2.如权利要求1所述的去除磁性管状材料表面氧化层的方法，其特征在于，所述的环形阳极与铁磁性管材外周之间的间距是10mm。
3.如权利要求1所述的去除磁性管状材料表面氧化层的方法，其特征在于，所述衔铁与铁磁性管材径向之间的间隙为6mm。
4.如权利要求1所述的去除磁性管状材料表面氧化层的方法，其特征在于，所述两衔铁之间距离为8m。
5.如权利要求3或4所述的去除磁性管状材料表面氧化层的方法，其特征在于，所述衔铁厚度为8mm。
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