RU2347106C2 - Electric jet thruster and method for manufacture and thermal treatment of bimetallic magnetic conductors - Google Patents
Electric jet thruster and method for manufacture and thermal treatment of bimetallic magnetic conductors Download PDFInfo
- Publication number
- RU2347106C2 RU2347106C2 RU2006141967/06A RU2006141967A RU2347106C2 RU 2347106 C2 RU2347106 C2 RU 2347106C2 RU 2006141967/06 A RU2006141967/06 A RU 2006141967/06A RU 2006141967 A RU2006141967 A RU 2006141967A RU 2347106 C2 RU2347106 C2 RU 2347106C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- magnetic circuit
- welding
- end sections
- annealing
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области космической техники, а именно к электрореактивным двигательным установкам, и может быть использовано при изготовлении электрических реактивных двигателей малой тяги (ЭРД МТ), в частности стационарных плазменных двигателей (СПД) или двигателей с анодным слоем (ДАС). Кроме того, изобретение также относится к области металлургии, в части изготовления и термической обработки биметаллических деталей из магнитомягких сталей и сплавов, применяемых для магнитопроводов в конструкциях ЭРД МТ различных типоразмеров, и может также найти применение в приборостроении.The invention relates to the field of space technology, namely to electric propulsion systems, and can be used in the manufacture of electric small thrust engines (ERE MT), in particular stationary plasma engines (SPD) or engines with an anode layer (DAS). In addition, the invention also relates to the field of metallurgy, in the manufacture and heat treatment of bimetallic parts from soft magnetic steels and alloys used for magnetic cores in the designs of electric propulsion engines of various sizes, and may also find application in instrumentation.
Известен ЭРД МТ, включающий катод-компенсатор и анодный блок, содержащий разрядную камеру с ускорительным каналом и магнитную систему, включающую магнитопровод с концевыми участками, формирующими на выходе разрядной камеры магнитную линзу [Гришин С.Д., Лесков Л.В. Электрические ракетные двигатели космических аппаратов. М. Машиностроение, 1989 г., с.143-145].Known ERD MT, including a cathode-compensator and anode block containing a discharge chamber with an accelerating channel and a magnetic system including a magnetic circuit with end sections forming a magnetic lens at the output of the discharge chamber [Grishin SD, Leskov L.V. Electric rocket engines of spacecraft. M. Engineering, 1989, p.143-145].
Основным недостатком такого известного ЭРД МТ является низкая эффективность магнитной системы по формированию оптимальной конфигурации магнитной линзы [патент РФ №1715183, кл. 6 Н05Н 1/54, F03H 1/00 ] на выходе разрядной камеры и четкой локализации границ топологии магнитного поля в ней.The main disadvantage of such a known MTE MT is the low efficiency of the magnetic system in forming the optimal configuration of the magnetic lens [RF patent No. 1715183, class. 6
Известна технология (способ) изготовления и термической обработки сварных и паяных магнитопроводов ЭРД МТ, предусматривающая, с целью повышения коэффициента использования материала (КИМ) и сокращения трудоемкости обработки, сварку трубных заготовок и оснований из однородного магнитомягкого материала, например из стали 10880 [МиТОМ, 1998 г., №1, с.23-27].There is a known technology (method) for the manufacture and heat treatment of welded and soldered magnetic circuits of the ERD MT, which provides, in order to increase the utilization rate of the material (CMM) and reduce the complexity of processing, welding of tube blanks and bases from a homogeneous magnetically soft material, for example, steel 10880 [MiTOM, 1998 city, No. 1, pp. 23-27].
Недостатком такого способа является низкая коррозионная стойкость исходного материала и малая напряженность магнитного поля непосредственно вблизи концевых участков (рабочих кромок) магнитопровода, которые образуют магнитную линзу и формируют соответствующую топологию магнитного поля.The disadvantage of this method is the low corrosion resistance of the starting material and the low magnetic field directly near the end sections (working edges) of the magnetic circuit, which form a magnetic lens and form the corresponding topology of the magnetic field.
Известен способ изготовления деталей магнитных систем, преимущественно цельных, точеных из прутков и витых из лент прецизионных сплавов железокобальтовых пермендюров 49КФ, 49К2Ф с вакуумным отжигом при температуре 820°С и 1100°С [Сплавы прецизионные магнитомягкие. Технические условия. ГОСТ 10160-75, с.32, 33].A known method of manufacturing parts of magnetic systems, mainly solid, turned from rods and twisted from tapes of precision alloys of iron-cobalt permendures 49KF, 49K2F with vacuum annealing at a temperature of 820 ° C and 1100 ° C [soft magnetic precision alloys. Technical conditions GOST 10160-75, p.32, 33].
Данные процессы достаточно трудоемки и применимы только для цельных магнитопроводов, и не предусматривают особенностей обработки тонкостенных сварных деталей.These processes are quite laborious and are applicable only for solid magnetic cores, and do not provide for the features of processing thin-walled welded parts.
Известен электрический реактивный двигатель малой тяги, принятый за прототип, включающий, по меньшей мере, один катод-компенсатор и анодный блок, содержащий разрядную камеру с ускорительным каналом и магнитную систему, включающую магнитопровод с концевыми участками, формирующими на выходе разрядной камеры магнитную линзу [патент РФ № 2030134, кл. 6 Н05Н 1/54, F03H 1/00].Known electric small thrust jet engine, adopted as a prototype, comprising at least one cathode-compensator and anode block containing a discharge chamber with an accelerating channel and a magnetic system including a magnetic circuit with end sections forming a magnetic lens at the output of the discharge chamber [patent RF number 2030134,
В таком известном ЭРД МТ, по сравнению с аналогом, несколько повышена эффективность магнитной системы по формированию конфигурации магнитной линзы на выходе разрядной камеры и локализации границ топологии магнитного поля в ней за счет дополнительных выступов на магнитопроводе, охватывающих разрядную камеру по обе стороны. Однако и такая конструкция не позволяет сформировать достаточно четкую форму магнитной линзы и хорошо локализовать магнитное поле на выходе из разрядной камеры при генерации в магнитном контуре относительно малых магнитных потоков. Такие трудности характерны в особенности для ЭРД МТ малой мощности или в ЭРД МТ относительно малых типоразмеров, в которых на топологию магнитного поля в зоне магнитной линзы велико влияние близости расположения источников намагничивающей силы, вследствие чего границы магнитной линзы искажаются и "размываются".In such a well-known MTE MT, in comparison with the analogue, the efficiency of the magnetic system for forming the magnetic lens configuration at the output of the discharge chamber and localizing the boundaries of the topology of the magnetic field in it due to additional protrusions on the magnetic circuit covering the discharge chamber on both sides is slightly increased. However, such a design also does not allow the formation of a sufficiently clear shape of the magnetic lens and well localization of the magnetic field at the exit of the discharge chamber when relatively small magnetic fluxes are generated in the magnetic circuit. Such difficulties are characteristic in particular for low power electric propulsion motors or relatively small sizes, in which the topology of the magnetic field in the zone of a magnetic lens is greatly affected by the proximity of the location of the sources of magnetizing force, as a result of which the boundaries of the magnetic lens are distorted and “blurred”.
Известен способ изготовления и обработки, принятый за прототип, каркасов и катушек из стали 10880 с плоскими вставками из железокобальтовых сплавов 18КХ, 27КХ, соединяемых в процессе вакуумного отжига пайкой через слой оплавляющегося химического никеля [Особенности применения магнитомягких железокобальтовых сплавов в магнитных системах ЭРД МТ, Технология машиностроения, 2006 г., №7, с.52-55].A known method of manufacturing and processing, adopted for the prototype, frames and coils of steel 10880 with flat inserts of iron-cobalt alloys 18KX, 27KX, connected during vacuum annealing by soldering through a layer of melting chemical nickel engineering, 2006, No. 7, S. 52-55].
Известный способ ограниченно применим для плоских полюсов простого сечения и преимущественно сплавов 18КХ, 27КХ, и достаточно трудоемок в осуществлении.The known method is limitedly applicable for flat poles of simple cross section and mainly alloys 18KX, 27KX, and is quite laborious to implement.
При создании изобретения решались задачи по созданию направленного магнитного поля высокой напряженности в зоне магнитной линзы, повышения надежности и ресурса эксплуатации магнитопроводов ЭРД МТ, при обеспечении высокой технологичности способов изготовления и обработки биметаллических магнитопроводов тонкостенных конструкций.When creating the invention, the tasks were solved by creating a directional magnetic field of high tension in the area of the magnetic lens, increasing the reliability and service life of the magnetic circuits of the electric propulsion system of the MT, while ensuring high adaptability of the methods for manufacturing and processing bimetallic magnetic circuits of thin-walled structures.
Указанный технический результат достигается тем, что в электрическом реактивном двигателе малой тяги, включающем, по меньшей мере, один катод-компенсатор и анодный блок, содержащий разрядную камеру с ускорительным каналом и магнитную систему, включающую магнитопровод с концевыми участками, формирующими на выходе разрядной камеры магнитную линзу, согласно изобретению, концевые участки магнитопровода выполнены из материала с более высокой температурой точки Кюри.The indicated technical result is achieved in that in an electric thruster of small thrust, including at least one cathode-compensator and anode block containing a discharge chamber with an accelerating channel and a magnetic system including a magnetic circuit with end sections that form a magnetic circuit at the output of the discharge chamber the lens according to the invention, the end sections of the magnetic circuit are made of a material with a higher Curie point temperature.
Изготовление концевых участков магнитопровода из материала с более высокой температурой точки Кюри по сравнению с материалом основного магнитопровода позволяет решить задачу по созданию направленного магнитного поля высокой напряженности в рабочем межполюсном зазоре магнитопровода (в зоне магнитной линзы) за счет применения, в наиболее теплонапряженной зоне, более стойкого магнитомягкого материала, который повышает надежность функционирования магнитной системы ЭРД МТ в целом путем обеспечения более стабильной топологии повышенной плотности силовых линий магнитного поля и локализации оптимальной конфигурации магнитной линзы при минимальных магнитных полях и относительно малых линейных размеров ЭРД МТ. В качестве источников намагничивающей силы в магнитной системе могут быть использованы электромагнитные катушки, которые при эксплуатации должны запитываться от источников электропитания, или постоянные магниты, которые генерируют необходимый магнитный поток в магнитном контуре без подвода электропитания, или их совместное сочетание.The manufacture of the end sections of the magnetic circuit from a material with a higher Curie point temperature compared with the material of the main magnetic circuit allows us to solve the problem of creating a directional magnetic field of high tension in the working interpolar gap of the magnetic circuit (in the area of the magnetic lens) due to the use of a more stable in the most heat-stressed zone soft magnetic material, which increases the reliability of the functioning of the magnetic system of the ERM MT as a whole by providing a more stable topology increased density of magnetic field lines and localization of the optimal configuration of the magnetic lens with minimal magnetic fields and relatively small linear dimensions of the electric propulsion. As sources of magnetizing force in a magnetic system, electromagnetic coils can be used, which during operation must be powered from power supplies, or permanent magnets that generate the necessary magnetic flux in the magnetic circuit without supplying power, or a combination thereof.
Указанный технический результат также достигается тем, что в способе изготовления и термической обработки биметаллических магнитопроводов, включающем механическую обработку деталей из магнитомягких материалов с припуском на чистовую доводку, вакуумный отжиг и соединение деталей с различной магнитной проницаемостью пайкой или сваркой, согласно изобретению, магнитопроводы изготавливают из магнитомягкой стали, а его концевые участки из кобальтовых пермендюров с более высокими температурой точки Кюри и магнитной индукцией, после чего их соединяют при помощи аргонодуговой сварки по внутреннему и наружному диаметрам, после которой вначале проводят высокотемпературный вакуумный отжиг при 880-940°С в течение 120-150 минут, а после чистовой механической обработки проводят стабилизирующий вакуумный отжиг при 580-620°С в течение 60-90 минут с последующим охлаждением с одинаковой скоростью при обеих отжигах. Кроме того, концевые участки для сварки с магнитопроводом из стали 10880 могут быть выполнены тороидальной формы из пермендюров 49КФ, 49К2Ф высотой 0,2-0,3 от общей высоты магнитопровода при толщине тороидов 1-3 толщины примыкающих участков магнитопровода. С наружной стороны центральная часть магнитопровода из стали 10880 дополнительно может быть оснащена тарельчатой накладкой из пермендюров, свариваемых по сопряженной образующей. А перед стабилизирующим отжигом на магнитопровод может быть нанесено защитное покрытие из химического никеля толщиной 10-15 мкм.The specified technical result is also achieved by the fact that in the method of manufacturing and heat treatment of bimetallic magnetic cores, comprising machining parts from magnetically soft materials with allowance for fine-tuning, vacuum annealing and connecting parts with different magnetic permeability by soldering or welding, according to the invention, the magnetic cores are made of magnetically soft steel, and its end sections are made of cobalt permendures with a higher Curie point temperature and magnetic induction, after which they are connected using argon-arc welding along the inner and outer diameters, after which first high-temperature vacuum annealing is carried out at 880-940 ° C for 120-150 minutes, and after finishing machining, stabilizing vacuum annealing is carried out at 580-620 ° C for 60 -90 minutes followed by cooling at the same rate for both anneals. In addition, the end sections for welding with a magnetic circuit made of steel 10880 can be made of a toroidal shape from permends 49KF, 49K2F with a height of 0.2-0.3 of the total height of the magnetic circuit with a thickness of toroids 1-3 of the thickness of the adjacent sections of the magnetic circuit. From the outside, the central part of the magnetic core made of steel 10880 can additionally be equipped with a plate plate made of permendura welded along the conjugate generatrix. And before stabilizing annealing, a magnetic nickel protective coating with a thickness of 10-15 μm can be applied to the magnetic circuit.
Поставленная задача также решается путем создания биметаллического магнитопровода, набранного из, по меньшей мере, двух разнородных магнитомягких материалов с различной температурой точки Кюри, соединенных между собой методом сварки или пайки с последующей их совместной механической обработкой и термической обработкой. Такое биметаллическое соединение может быть образовано из магнитомягкого железа (магнитопровод) и пермендюров 49КФ или 49К2Ф (концевые участки). При этом концевые участки, образующие торцевые тороиды заданной высоты и толщины из пермендюров, свариваются с основной частью магнитопровода по внутреннему и наружному диаметрам и отжигаются в вакууме в интервале температур 880-940°С в течение 120-150 минут, а после механической доводки подвергаются стабилизирующему отжигу при 580-620°С в течение 60-80 минут с охлаждением с одинаковой скоростью при обеих отжигах.The problem is also solved by creating a bimetallic magnetic circuit, drawn from at least two heterogeneous soft magnetic materials with different temperature Curie points, interconnected by welding or soldering, followed by their combined mechanical processing and heat treatment. Such a bimetallic compound can be formed from soft magnetic iron (magnetic core) and permendura 49KF or 49K2F (end sections). In this case, the end sections that form the end toroids of a given height and thickness from permendura are welded to the main part of the magnetic circuit along the inner and outer diameters and annealed in vacuum in the temperature range of 880-940 ° C for 120-150 minutes, and after mechanical finishing they undergo stabilizing annealing at 580-620 ° C for 60-80 minutes with cooling at the same rate for both annealing.
Одновременно выбирается высота пермендюровых концевых участков равной 0,2-0,3 от общей высоты магнитопровода, а толщина таких тороидов берется равной 1-3 толщины сопрягаемых участков магнитопроводов. Выбранные параметры изготовления и обработки позволяют достигнуть максимальные магнитные свойства входящих в биметаллическое соединение материалов, а также создать направленное магнитное поле повышенной напряженности на торцевых концевых участках в рабочей наиболее теплонагруженной части магнитопровода. Это приводит к более стабильной работе двигателя и к увеличению ресурса работы и надежности магнитной системы. Дополнительное оснащение центральной части магнитопровода (оптимальной зоны размещения электрической катушки намагничивания) сварной тарельчатой вставкой из пермендюра улучшает условия тепловой нагрузки по рабочей кромке, а нанесение слоя химического никеля после сварки и двух отжигов существенно повышает коррозионную стойкость стальной части из 10880 при различных условиях хранения и эксплуатации.At the same time, the height of the permendura end sections equal to 0.2-0.3 of the total height of the magnetic circuit is selected, and the thickness of such toroids is taken equal to 1-3 of the thickness of the mating sections of the magnetic circuit. The selected manufacturing and processing parameters make it possible to achieve maximum magnetic properties of the materials included in the bimetallic compound, as well as create a directional magnetic field of increased tension at the end end sections in the working most heat-loaded part of the magnetic circuit. This leads to more stable engine operation and to an increase in the service life and reliability of the magnetic system. Additional equipping of the central part of the magnetic circuit (the optimal zone for placing the magnetization coil) with a welded permendure plate insert improves the heat load conditions along the working edge, and applying a layer of chemical nickel after welding and two annealing significantly increases the corrosion resistance of the 10880 steel part under various storage and operating conditions .
Изобретение иллюстрируется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На Фиг.1 представлен вариант конструктивной схемы предлагаемого ЭРД МТ с осевым разрезом анодного блока. Кроме того, представлена технологическая последовательность формирования магнитопровода по заявленной схеме, где 6 - цилиндрические части магнитопровода из стали 10880, 7, 8, 9 и 10 - привариваемые или припаиваемые концевые участки магнитопровода, выполненные в виде отдельных деталей различных геометрических форм из пермендюров 49КФ или 49К2Ф, 12 - центральная часть магнитопровода из 10880, 13 - сварные швы, выполняемые аргонодуговой сваркой (АрДС), 3 - керамическая разрядная камера из термостойкой керамики БГП или БГП-10.Figure 1 presents a variant of the structural scheme of the proposed electric propulsion engine MT with axial section of the anode block. In addition, the technological sequence of the formation of the magnetic circuit according to the claimed scheme is presented, where 6 are the cylindrical parts of the magnetic circuit made of
На Фиг.2 приведена фотография плотности магнитных силовых линий тороидального сварного набора из стали 10880 и пермендюра 49КФ, полученная на установке намагничивания ПМД-7 с напылением супермикронного порошка магнитной окиси железа.Figure 2 shows a photograph of the density of the magnetic lines of force of a toroidal welded set of steel 10880 and a 49KF permendure obtained at the PMD-7 magnetization installation with the deposition of supermicron powder of magnetic iron oxide.
На Фиг.3 показана микроструктура сварного шва деталей из стали 10880 и пермендюра 49КФ.Figure 3 shows the microstructure of the weld of parts made of steel 10880 and permendera 49KF.
На Фиг.4 показана микроструктура концевых участков в виде тороидов, образцов свидетелей после выполненной сварки и проведенного отжига.Figure 4 shows the microstructure of the end sections in the form of toroids, witness samples after welding and annealing.
На Фиг.5 представлена фотография стационарного плазменного двигателя малой тяги СПД-60, в котором внутренний диаметр наружной стенки разрядной камеры 60 мм.Figure 5 presents a photograph of a stationary plasma thruster SPD-60, in which the inner diameter of the outer wall of the discharge chamber is 60 mm
На Фиг.6 показан фрагмент участка магнитопровода после выполненной сварки пермендюрового тороида высотой 0,3 высоты магнитопровода и толщиной 3 от толщины стенки магнитопровода перед проведением вакуумного отжига.Figure 6 shows a fragment of a section of the magnetic circuit after welding of a permendure toroid with a height of 0.3 of the height of the magnetic circuit and a thickness of 3 from the wall thickness of the magnetic circuit before vacuum annealing.
На Фиг.7 приведены результаты измерений магнитных свойств пермендюра 49К2Ф (кривая 4), сваренного со сталью 10880 в виде графиков, где кривая 1 - после механической обработки, 2 - после вакуумного отжига при температуре 1100°С, 3 - после сварки со сталью 10880, без проведения отжига, 4 - после сварки АРДС с последующим отжигом при температуре 880°С.7 shows the results of measurements of the magnetic properties of the 49K2F permendera (curve 4), welded with steel 10880 in the form of graphs, where curve 1 - after machining, 2 - after vacuum annealing at a temperature of 1100 ° C, 3 - after welding with steel 10880 , without annealing, 4 - after welding of the ARDS with subsequent annealing at a temperature of 880 ° C.
Электрический реактивный двигатель малой тяги включает катод-компенсатор 1 и анодный блок 2, содержащий разрядную камеру 3 с ускорительным каналом 4 и магнитную систему 5, включающую магнитопровод 6 с концевыми участками 7, 8, 9 и 10, формирующими в зоне выхода разрядной камеры 3 магнитную линзу 11 и охватывающими ее с внешних сторон.The electric small thrust jet engine includes a cathode-
ЭРД МТ изготавливают и испытывают следующим образом. В начале изготавливают основные узлы и детали ЭРД МТ, в том числе изготавливают систему магнитную с магнитопроводом, который при изготовлении образуют набором из разнородных материалов, соединяемых по биметаллической схеме с последующей их совместной механической и термической обработкой. После завершения изготовления этот двигатель подвергают различным испытаниям.ERD MT is made and tested as follows. In the beginning, the main components and parts of the MT engine are made, including the magnetic system with a magnetic circuit, which during manufacture is formed by a set of dissimilar materials connected by a bimetallic circuit with subsequent mechanical and thermal processing. After completion of manufacture, this engine is subjected to various tests.
При огневых испытаниях запуск любого ЭРД МТ производится, во-первых, путем электрического запитывания магнитной системы 5 анодного блока 2 и катода-компенсатора 1 и, во-вторых, подачей рабочего газа в разрядную камеру 3 и катод-компенсатор 1. В ускорительном канале 4 газ ионизируется и ускоряется в скрещенных 
Изобретение также иллюстрируется примерами практического осуществления предлагаемого способа в условиях мелкосерийного производства ЭРД МТ. Для изготовления использованы горячекатаные прутки, поковки из стали 10880 и сплавов 49КФ, 49К2Ф по ГОСТ 10160-75.The invention is also illustrated by examples of the practical implementation of the proposed method in the conditions of small-scale production of electric propulsion. For the manufacture of hot rolled bars, forgings from steel 10880 and alloys 49KF, 49K2F according to GOST 10160-75.
Для вакуумного отжига использовали печи двухколпаковые СГВ-2.4/15И2, сварку аргонодуговую вольфрамовым электродом с присадочным материалом и без него проводили на установках ТИР-200, ТИР-300.For vacuum annealing, SGV-2.4 / 15I2 double-bell furnaces were used; argon-arc welding with a tungsten electrode with and without filler material was carried out at TIR-200 and TIR-300 units.
Пример 1. Магнитопроводы из стали 10880 диаметром 70 мм и толщиной стенки 2,0 мм оснащали торцевыми вставками из пермендюра 49КФ высотой 12 мм, равной 0,3 от высоты магнитопровода 60 мм. После АрДС в приспособлении крепежном патроне вначале по внутреннему диаметру магнитопровода, а затем по наружному диаметру магнитопровода (сварные швы 13) проводили вакуумный отжиг при 880°С, в вакууме 10-3 Па, в течение 150 минут, с охлаждением со скоростью 100°С/ч до 500°С далее с печью до 80°С. Затем, после чистовой обработки по образующим проводили стабилизирующий вакуумный отжиг в этой же печи СГВ-2.4/15В2 при 620°С, в течение 60 минут и аналогичным охлаждением. На Фиг.3 представлена микроструктура зоны сварного шва, а на Фиг.4 показана микроструктура тороидов, образцов-свидетелей после сварки и отжига. В таблице приведены свойства биметаллических магнитопроводов тороидальной формы, изготовленных и обработанных по предложенному способу.Example 1. Magnetic cores made of steel 10880 with a diameter of 70 mm and a wall thickness of 2.0 mm were equipped with end inserts made of 49KF permendure with a height of 12 mm, equal to 0.3 of the height of the magnetic circuit 60 mm. After ARDS in the fixture, the fastening cartridge was first vacuum-annealed at 880 ° С, 10 -3 Pa, for 150 minutes, with cooling at a speed of 100 ° С along the inner diameter of the magnetic circuit, and then along the outer diameter of the magnetic circuit (welds 13). / h up to 500 ° C further with a furnace up to 80 ° C. Then, after finishing processing on the generators, a stabilizing vacuum annealing was performed in the same SGV-2.4 / 15B2 furnace at 620 ° C for 60 minutes and similar cooling. Figure 3 shows the microstructure of the weld zone, and Figure 4 shows the microstructure of toroids, witness samples after welding and annealing. The table shows the properties of bimetallic magnetic cores of a toroidal shape, manufactured and processed by the proposed method.
Вакуумная термическая обработка после сварки, проведенная по предложенным режимам, позволила сформировать высокопрочное соединение с оптимальным соотношением магнитных характеристик обоих материалов, при снижении трудоемкости на 30%. Ресурс работы и эрозионная стойкость рабочих кромок магнитопровода возросла в 1,5 раза, повысилась стабильность работы двигателя при генерации в нем относительно малых магнитных полей.Vacuum heat treatment after welding, carried out according to the proposed modes, made it possible to form a high-strength compound with the optimal ratio of the magnetic characteristics of both materials, while reducing labor intensity by 30%. The service life and erosion resistance of the working edges of the magnetic circuit increased by 1.5 times, the stability of the engine when generating relatively small magnetic fields in it increased.
Пример 2. Магнитопроводы одного из стационарных плазменных двигателей СПД-60 (См. Фиг.5) изготовляли и обрабатывали по предложенному способу, примыкая к торцевым цилиндрическим участкам магнитопровода, выполненного из магнитомягкой стали 10880, приваренными (сварные швы 13)к ним тороидальными вставками из пермендюра 49К2Ф. На Фиг.6 показан фрагмент наружной стенки магнитопровода после ее сварки с пермендюровым тороидом высотой 0,3 высоты магнитопровода и толщиной 3 толщины стенки магнитопровода перед проведением вакуумного отжига.Example 2. The magnetic circuits of one of the stationary plasma engines SPD-60 (See Figure 5) were manufactured and processed according to the proposed method, adjacent to the end cylindrical sections of the magnetic circuit made of soft magnetic steel 10880, welded (13 welds) to them with toroidal inserts from permendure 49K2F. Figure 6 shows a fragment of the outer wall of the magnetic core after its welding with a permendure toroid with a height of 0.3 height of the magnetic core and a thickness of 3 thickness of the wall of the magnetic core before conducting vacuum annealing.
После вакуумного отжига биметаллических сварных магнитопроводов при температуре 940°С в течение 120 минут с охлаждением со скоростью 100°С/ч до 400°С, проводили химникелирование стальной части и сварного шва поверхностей, механически обработанных по цилиндрам магнитопроводов. Затем проводили стабилизирующий отжиг при 580°С, 90 минут, совмещенный с отпуском покрытия, с охлаждением с аналогичной скоростью.After vacuum annealing of bimetallic welded magnetic cores at a temperature of 940 ° C for 120 minutes with cooling at a speed of 100 ° C / h to 400 ° C, the nickel-plating of the steel part and the weld of surfaces mechanically machined along the cylinders of the magnetic cores was carried out. Then, stabilizing annealing was carried out at 580 ° С for 90 minutes, combined with tempering of the coating, with cooling at a similar rate.
В результате обработки получены магнитопроводы с улучшенными фокусирующими свойствами составляющих элементов, с коррозионно-стойкой поверхностью повышенной твердости, НУ0,5Н=680-710, с оптимальными магнитными свойствами В500=1,6-1,8 Тл. Кроме того, повысилась эрозионная стойкость в плазме внешних кромок магнитопроводов, обеспечена более устойчивая работа при разогреве кромок до 800-900°С, улучшены тяговые характеристики и повышен в 1,4 раза ресурс работы двигателя.The processing of received magnetic cores with improved focusing properties of constituent elements with a corrosion resistant high hardness surface, OU = 0.5H 680-710, with optimal magnetic properties in T 500 = 1.6-1.8. In addition, the erosion resistance in the plasma of the outer edges of the magnetic cores increased, more stable operation was ensured when the edges were heated to 800-900 ° C, the traction characteristics were improved, and the engine operating life was increased 1.4 times.
Пример 3. Внутренний набор каркаса магнитопровода состоял из катушки диаметром 40 мм из стали 10880 и торцевой вставки (5) из сплава 49К2Ф, которая паялась медненым титаном с катушкой. Температура пайки была 1000-1020°С. Вакуумный отжиг в печи СГВ-2.4/15И2 проводили непосредственно после завершения пайки при температуре 890-900°С с выдержкой в течение 120 минут и охлаждением со скоростью 80°С/ч до 550°С, далее с печью. Затем, после чистовой обработки торцевой и цилиндрической части с классом чистоты Ra=0,35-0,40 мкм проводили стабилизирующий отжиг при 600°С в течение 90 минут в вакууме 10-2 Па.Example 3. The internal set of the magnetic circuit frame consisted of a coil with a diameter of 40 mm made of steel 10880 and an end insert (5) made of 49K2F alloy, which was soldered by copper titanium with a coil. The soldering temperature was 1000-1020 ° C. Vacuum annealing in the SGV-2.4 / 15I2 furnace was carried out immediately after the completion of soldering at a temperature of 890-900 ° C with holding for 120 minutes and cooling at a speed of 80 ° C / h to 550 ° C, then with the furnace. Then, after finishing the end and cylindrical parts with a purity class Ra = 0.35-0.40 μm, stabilizing annealing was carried out at 600 ° C for 90 minutes in a vacuum of 10 -2 Pa.
В результате обработки было получено надежное паяное соединение с пропаем 95-98% по площади, с прочностью на растяжение выше 350-370 МПа. Магнитные свойства были в пределах В300=1,70-1,80 Тл и В1000=2,00-2,05 Тл. Это обеспечило при выбранном соотношении толщин вставки и катушки высокую плотность магнитного потока в разогретой рабочей зоне и лучшие эксплуатационные характеристики ЭРД МТ в целом. При сокращенном расходе дефицитного железокобальтового пермендюра на 40% достигнута также минимальная энергоемкость и трудоемкость механической обработки каркаса.As a result of processing, a reliable soldered connection was obtained with a loss of 95-98% by area, with tensile strength above 350-370 MPa. Magnetic properties were in the range of B 300 = 1.70-1.80 T and B 1000 = 2.00-2.05 T. This ensured, with the selected ratio of the insert and coil thicknesses, a high magnetic flux density in the preheated working area and better operational characteristics of the electric propulsion engine as a whole. With a reduced consumption of scarce iron-cobalt permendura by 40%, the minimum energy consumption and laboriousness of the mechanical processing of the frame was also achieved.
При изготовлении и обработке биметаллических магнитопроводов по геометрии и параметрам и вакуумной термической обработки за пределами заявляемых значений положительный эффект существенно снижался.In the manufacture and processing of bimetallic magnetic cores in terms of geometry and parameters and vacuum heat treatment beyond the stated values, the positive effect was significantly reduced.
Таким образом, предложенный способ создания биметаллических цилиндрических тонкостенных магнитопроводов прост в осуществлении, технологичен, экономичен по энергозатратам и трудоемкости и позволяет повысить эксплуатационные характеристики ЭРД МТ. Заявленный способ применим также в приборостроении и электротехнике.Thus, the proposed method for creating bimetallic cylindrical thin-walled magnetic cores is simple to implement, technologically advanced, economical in energy consumption and laboriousness and allows to increase the operational characteristics of the electric propulsion system of MT. The claimed method is also applicable in instrumentation and electrical engineering.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006141967/06A RU2347106C2 (en) | 2006-11-27 | 2006-11-27 | Electric jet thruster and method for manufacture and thermal treatment of bimetallic magnetic conductors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006141967/06A RU2347106C2 (en) | 2006-11-27 | 2006-11-27 | Electric jet thruster and method for manufacture and thermal treatment of bimetallic magnetic conductors |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006141967A RU2006141967A (en) | 2008-06-10 |
| RU2347106C2 true RU2347106C2 (en) | 2009-02-20 |
Family
ID=39580968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006141967/06A RU2347106C2 (en) | 2006-11-27 | 2006-11-27 | Electric jet thruster and method for manufacture and thermal treatment of bimetallic magnetic conductors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2347106C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2555780C2 (en) * | 2009-09-17 | 2015-07-10 | Снекма | Plasma jet engine based on hall effect |
| RU2625926C2 (en) * | 2012-01-30 | 2017-07-19 | Дженерал Электрик Компани | Surface-modified magnetic material |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106271006B (en) * | 2016-08-31 | 2018-07-31 | 兰州空间技术物理研究所 | A kind of ion thruster grid assembly of welding |
-
2006
- 2006-11-27 RU RU2006141967/06A patent/RU2347106C2/en active IP Right Revival
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Тарасов А.Н. и др. Вакуумная термическая обработка сварных и паяных магнитопроводов. - Сварочное производство, 1998, №11. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2555780C2 (en) * | 2009-09-17 | 2015-07-10 | Снекма | Plasma jet engine based on hall effect |
| RU2625926C2 (en) * | 2012-01-30 | 2017-07-19 | Дженерал Электрик Компани | Surface-modified magnetic material |
| US10100414B2 (en) | 2012-01-30 | 2018-10-16 | General Electric Company | Surface modified magnetic material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006141967A (en) | 2008-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6159305A (en) | High speed induction motor rotor and method of fabrication | |
| CN108307576B (en) | Magnetic circuit structure design method under long-life design of magnetic focusing Hall thruster | |
| US7624566B1 (en) | Magnetic circuit for hall effect plasma accelerator | |
| JPH08500930A (en) | Plasma accelerator with closed electron drift | |
| US6534891B2 (en) | High speed induction motor rotor and method of fabrication | |
| US6208080B1 (en) | Magnetic flux shaping in ion accelerators with closed electron drift | |
| JPS5810989B2 (en) | Target profile for sputtering equipment | |
| KR860001382B1 (en) | Impeder for make the electric welding pipe | |
| RU2347106C2 (en) | Electric jet thruster and method for manufacture and thermal treatment of bimetallic magnetic conductors | |
| CN102969813A (en) | End ring assembly and method of forming same | |
| JP6781647B2 (en) | Manufacturing method of iron core for magnetic circuit and iron core for magnetic circuit | |
| US6150764A (en) | Tandem hall field plasma accelerator | |
| RU2371605C1 (en) | Plasma engine with closed electrine drift | |
| JPH02814B2 (en) | ||
| EP1082540B1 (en) | Magnetic flux shaping in ion accelerators with closed electron drift | |
| RU2181777C2 (en) | Method for making and heat treatment of parts of magnetically soft steels of magnetic systems of electric small-thrust jet propellers | |
| Yoshino et al. | Development of a DTL quadrupole magnet with a new electroformed hollow coil for the JAERI/KEK joint project | |
| CN109300757B (en) | Microwave ECR plasma cathode annular beam electron gun and 3D printing method | |
| RU1796777C (en) | Stationary plasma engine | |
| CN114658625B (en) | High-excitation-performance rear-loading magnetic field Hall thruster magnetic circuit structure and design method | |
| US20230005649A1 (en) | Methods of manufacturing permanent magnets by additive manufacturing | |
| US20230260686A1 (en) | Bulk dual phase soft magnetic components having three-dimensional magnetic flux and manufacturing methods | |
| RU2502238C2 (en) | Plasma cathode | |
| CN208874417U (en) | A kind of balance weight and the connection structure and rotor of rotor core, compressor | |
| RU2119275C1 (en) | Plasma accelerator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121128 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20131020 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210506 |