專利名稱：一種去除鐵磁性管狀材料表面氧化層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬表面氧化層的去除方法，特別涉及一種基于真空電 弧去除磁性管狀材料表面氧化層的方法。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的冶金工業(yè)中，金屬表面氧化層的去除(稱為除鱗)主要采用兩種 方法，即化學清洗(酸洗)和機械除鱗(如噴丸)，但這兩種工藝會造成水污 染、空氣污染或噪聲污染。近年來， 一些研究表明真空電弧也可用于金屬表 面除鱗，而這是一種有望替代傳統(tǒng)的酸洗和機械除鱗的干式"綠色"除鱗技 術(shù)，但由于其技術(shù)復(fù)雜，目前國內(nèi)外尚無大批量的工業(yè)化應(yīng)用。該技術(shù)除利 用陰極斑點的高能量密度和"選擇性"的運動方式外，還需利用外加磁場來 驅(qū)動電弧運動，以實現(xiàn)對不同形狀金屬表面的處理。對于管狀金屬需施加與 徑向電流垂直的軸向磁場以驅(qū)動電弧沿管的環(huán)向運動，其原理如圖l所示， 以待處理管材作陰極，以包圍管材的環(huán)形電極作陽極，陰極與陽極分別與電 弧放電電源的陰陽極連接，在陰極和陽極間形成電弧放電；電極外部的電磁 線圈產(chǎn)生磁場；電弧在磁場的軸向分量的作用下繞管體做圓周運動，清除管 體表面上的氧化物。
文獻"電弧放電表面清洗傳動裝置"(專利號RU2152271)所述的電弧放 電表面清洗傳動裝置便是根據(jù)這一原理施加磁場使電弧旋轉(zhuǎn)的。該裝置利用 環(huán)形電極產(chǎn)生電弧，并利用實驗腔體外部的磁場線圈產(chǎn)生軸向磁場使電弧旋 轉(zhuǎn)，可用于去除不同生產(chǎn)條件下有色金屬和黑色金屬的表面氧化物。
可見這一技術(shù)的關(guān)鍵在于磁場的施加及其對真空電弧的控制作用。上述 磁場施加方案對于處理非鐵磁性金屬是可行的，但在處理鐵磁性金屬時存在 以下問題由于鐵磁性材料的導磁性能要比管材周圍的空氣好得多，根據(jù)磁路定理，施加的磁場大部分流經(jīng)管材內(nèi)部鐵磁區(qū)，而管材外側(cè)和內(nèi)側(cè)電弧放 電區(qū)域的磁通密度很小，這一方面會導致磁場對電弧運動控制能力的減弱， 而且也是對線圈供電能量的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述鐵磁性管材表面氧化層處理過程中磁場施加所存在的問
題，提出了一種可提高鐵磁性管材電弧放電區(qū)域的磁通密度，提高磁場對電
弧的控制效率并減少能量損失的一種新方法。
為達到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的 一種去除磁性管狀材料表面氧化層的方法，其特征在于，包括下述步驟: 在鐵磁性管材需清除氧化層的外周設(shè)置陽極，將電弧放電電源的正、負極
分別接到陽極和鐵磁性管材上；
將兩個與勵磁電源相接的線圈分別置于鐵磁性管材外周陽極的兩側(cè)，使兩
線圈產(chǎn)生的磁場相互加強；
在每個線圈和鐵磁性管材徑向之間設(shè)置有高磁導率的銜鐵，使陽極處于兩
銜鐵軸向之間；
接通電弧放電電源及連接線圈的勵磁電源，利用高磁導率的銜鐵來引導和 約束磁通，把磁通導向陽極與鐵磁性管材外周之間的電弧放電區(qū)域。
上述方案中，所述的陽極與鐵磁性管材外周之間的間距是10mm。所述銜 鐵厚度為8mm。左右兩部分銜鐵之間距離為8m。銜鐵與鐵磁性管材徑向之 間的間隙為6mm。
本發(fā)明相比圖1所示現(xiàn)有技術(shù)常用的實驗裝置，在線圈和待處理管材之間 設(shè)置了高磁導率的銜鐵。由于銜鐵的磁導率高于鐵磁性管材，根據(jù)磁路定理， 大部分磁通會流經(jīng)銜鐵，再經(jīng)銜鐵引導通過電弧放電區(qū)域，從而提高了電弧 放電區(qū)域的磁感應(yīng)強度。
本發(fā)明的優(yōu)點是
1、利用銜鐵來引導和約束磁通的方法增強了電弧放電區(qū)域的磁通密度， 提高了磁場對電弧的控制能力，并大大減少了能量損失。2、磁路中加入銜鐵后，使電弧放電區(qū)域的磁通密度更易于調(diào)節(jié)，且分布 更加均勻，使電弧旋轉(zhuǎn)更加穩(wěn)定，清洗效果更好。


圖1為磁場控制電弧旋轉(zhuǎn)原理圖。
圖2為本發(fā)明方法實驗裝置的剖面圖。
圖3為利用ANSYS(有限元分析軟件)對實驗裝置分別在加銜鐵[圖3( 1)] 和未加銜鐵[圖3 (2)]兩種情況下的仿真結(jié)果。
圖1至圖3中l(wèi)-線圈；2-陽極；3-放電電弧；4-處理管材；5-銜鐵。
圖4為利用高速攝影儀拍攝的在該裝置中放電電弧圍繞管體運動的照片。
具體實施例方式
本發(fā)明具體實施方式
見圖2:在鐵磁性管材4需清除氧化層的外周設(shè)置環(huán) 形陽極2，將電弧放電電源的正、負極分別接到陽極2和鐵磁性管材4上； 將兩個與勵磁電源相接的線圈1分別置于陽極2的兩側(cè)，使兩線圈產(chǎn)生的磁 場相互加強；在每個線圈和鐵磁性管材徑向之間設(shè)置有高磁導率的銜鐵5， 銜鐵5的相對磁導率為1000-3000。使陽極2處于兩銜鐵5軸向之間；接通 電弧放電電源及連接線圈1的勵磁電源，利用高磁導率的銜鐵5來引導和約 束磁通，把磁通導向陽極2與鐵磁性管材4外周之間的電弧放電區(qū)域。
具體實驗參數(shù)為左右兩端勵磁線圈1的匝數(shù)均為300匝，勵磁電流為 IOA，陽極2與鐵磁性管材4之間的徑向間距是10mm，銜鐵厚度為8mm， 左右兩部分銜鐵5之間距離為8m，銜鐵5和鐵磁性管材4之間的間隙為6mm。 由于高磁導率銜鐵對磁通的引導和約束作用，磁通集中分布在銜鐵5和銜鐵 之間的空隙中，在上述實驗條件下在電弧放電區(qū)域產(chǎn)生大約0.08T軸向方向 的磁場，如圖3 (1)所示，遠遠大于不加銜鐵時的O.OIT，如圖3 (2)所示。 由圖3可以看到，未加銜鐵時磁場分布較分散，而電弧放電區(qū)域的磁通密度 較弱:在勵磁線圈通入10A電流時，電弧放電區(qū)域的磁通密度大約只有0.01T。 加入銜鐵后，銜鐵引導和約束磁通，使大部分的磁通流經(jīng)銜鐵，從而大大增強了電弧放電區(qū)域的磁通密度在勵磁線圈同樣通入10A電流的情況下，電
弧放電區(qū)域的磁通密度可以增大到0.08T左右。
如圖4所示，引燃電弧后，可以看到電弧便在磁場作用下繞管體4外側(cè) 作圓周運動以清除管體表面的氧化層。圖中淺色圓周線代表管材的外表面輪 廓線。
權(quán)利要求
1、一種去除磁性管狀材料表面氧化層的方法，其特征在于，包括下述步驟(1)在鐵磁性管材需清除氧化層的外周設(shè)置陽極，將電弧放電電源的正、負極分別接到陽極和鐵磁性管材上；(2)將兩個與勵磁電源相接的線圈分別置于鐵磁性管材外周陽極的兩側(cè)，使兩線圈產(chǎn)生的磁場相互加強；(3)在每個線圈和鐵磁性管材徑向之間設(shè)置有高磁導率的銜鐵，使陽極處于兩銜鐵軸向之間；(4)接通電弧放電電源及連接線圈的勵磁電源，利用高磁導率的銜鐵來引導和約束磁通，把磁通導向陽極與鐵磁性管材外周之間的電弧放電區(qū)域。
2、 如權(quán)利要求1所述的去除磁性管狀材料表面氧化層的方法，其特征在 于，所述的陽極與鐵磁性管材外周之間的間距是10mm。
3、 如權(quán)利要求1所述的去除磁性管狀材料表面氧化層的方法，其特征在 于，所述銜鐵與鐵磁性管材徑向之間的間隙為6mm。
4、 如權(quán)利要求1所述的去除磁性管狀材料表面氧化層的方法，其特征在 于，所述左右兩部分銜鐵之間距離為8m。
5、 如權(quán)利要求3或4所述的去除磁性管狀材料表面氧化層的方法，其特 征在于，所述銜鐵厚度為8mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種去除磁性管狀材料表面氧化層的方法，其特征在于，包括下述步驟在鐵磁性管材需清除氧化層的外周設(shè)置陽極，將電弧放電電源的正、負極分別接到陽極和鐵磁性管材上；將兩個與勵磁電源相接的線圈分別置于鐵磁性管材外周陽極的兩側(cè)，使兩線圈產(chǎn)生的磁場相互加強；在每個線圈和鐵磁性管材徑向之間設(shè)置有高磁導率的銜鐵，使陽極處于兩銜鐵軸向之間；接通電弧放電電源及連接線圈的勵磁電源，利用高磁導率的銜鐵來引導和約束磁通，把磁通導向陽極與鐵磁性管材外周之間的電弧放電區(qū)域。
文檔編號B23K9/08GK101537524SQ20091002207
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者原慶軍, 史宗謙, 王立軍, 賈申利, 趙睿豪 申請人:西安交通大學