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磁粉探傷交流磁化、退磁交替過(guò)程的磁滯回線(xiàn)效應(yīng)分析
首先需要了解什么是磁滯回線(xiàn)?
磁滯回線(xiàn)指描述磁滯現(xiàn)象的閉合磁化曲線(xiàn),如下圖1所示:
圖1 磁滯回線(xiàn)
0-1曲線(xiàn):
鐵磁性材料在外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的作用下由0點(diǎn)磁化到1點(diǎn),到達(dá)1點(diǎn)后磁感應(yīng)強(qiáng)度B不再隨著外加磁場(chǎng)強(qiáng)度H的增加而增加,而是保持在Bm值,此時(shí)的0-1曲線(xiàn)叫初始磁化曲線(xiàn)。此時(shí)1點(diǎn)被稱(chēng)為飽和點(diǎn)m,其鐵磁性材料內(nèi)部對(duì)應(yīng)的磁疇全部轉(zhuǎn)向與外加磁場(chǎng)方向一致;
1-2曲線(xiàn):
逐漸減小磁場(chǎng)強(qiáng)度H至零值后,磁感應(yīng)強(qiáng)度B不沿0-1曲線(xiàn)下降,而是沿著1-2曲線(xiàn)下降,直至2點(diǎn)停止,此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度B值不再是初始值零,而是剩余部分磁感應(yīng)強(qiáng)度Br(簡(jiǎn)稱(chēng)剩磁),這種磁感應(yīng)強(qiáng)度B變化滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化的現(xiàn)象被稱(chēng)為磁滯現(xiàn)象。磁滯現(xiàn)象反應(yīng)了磁化過(guò)程的不可逆性;
2-3曲線(xiàn):
為了使剩磁Br歸于零值,需要外加一個(gè)反向磁場(chǎng)強(qiáng)度-H,隨著外加反向磁場(chǎng)強(qiáng)度-H的逐漸增加-Hc(被稱(chēng)為矯頑力)值,出現(xiàn)2-3曲線(xiàn),反向磁感應(yīng)強(qiáng)度-B由Br值逐漸歸于零值,剩磁消失,鐵磁性材料不顯示磁性;
3-4曲線(xiàn):
如果繼續(xù)增加反向磁場(chǎng)強(qiáng)度-H至超過(guò)-Hc,會(huì)出現(xiàn)反向磁感應(yīng)強(qiáng)度-B隨著-H的增加而逐漸的增加至-Hm值,至后磁感應(yīng)強(qiáng)度-B不再隨著外加反向磁場(chǎng)強(qiáng)度-H的增加而增加,而是保持在-Bm值,形成3-4曲線(xiàn),此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與初始磁化曲線(xiàn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反,其最大飽和點(diǎn)m’與0-1曲線(xiàn)中的最大飽和點(diǎn)m大小相等,方向相反;
4-5曲線(xiàn):
逐漸減小反向磁場(chǎng)強(qiáng)度-H至零值后,反向磁感應(yīng)強(qiáng)度-B不是沿著3-4曲線(xiàn)下降,而是沿著4-5曲線(xiàn)下降,直至5點(diǎn)停止,5點(diǎn)對(duì)應(yīng)反向剩磁-Br,同樣是出現(xiàn)反向磁滯現(xiàn)象,且為不可逆性;
5-6曲線(xiàn):
要想使鐵磁性材料的反向剩磁消失,只有加上正向磁場(chǎng)強(qiáng)度H,隨著正向磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸增加至Hc,反向剩磁-Br逐漸減小為零值,此走勢(shì)形成5-6曲線(xiàn);
6-1曲線(xiàn):
如果繼續(xù)增加正向磁場(chǎng)強(qiáng)度H至超過(guò),會(huì)出現(xiàn)正向磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨著H的增加而逐漸回歸至飽和點(diǎn),此走勢(shì)為6-1曲線(xiàn)。
以上由0-1構(gòu)成磁化過(guò)程,1-2-3-4-5-6-1構(gòu)成的曲線(xiàn)走勢(shì)圖被稱(chēng)為磁滯回線(xiàn),且只有交流電才能出現(xiàn)正反方向交替的磁場(chǎng)強(qiáng)度,才能形成磁滯回線(xiàn)效應(yīng),我們利用0點(diǎn)磁化點(diǎn)的切線(xiàn)形成的角度來(lái)表示該材料磁化的難易程度,若角度越大,其越容易磁化;若角度越小,其越難以磁化。
對(duì)于不同的磁性材料,其對(duì)應(yīng)額磁滯回線(xiàn)效應(yīng)也是不同的,下面就簡(jiǎn)單的對(duì)比一下軟磁性材料、硬磁性材料、距磁性材料各自的相同和不同之處:
(1)軟磁性材料
軟磁性材料指的是磁滯回線(xiàn)狹長(zhǎng),具有高磁導(dǎo)率μ、低矯頑力Hc<100A/m、低磁阻、較低剩磁Br的鐵磁性材料。其特點(diǎn)是容易被磁化,也容易被退磁。例如純鐵、低碳鋼、軟磁鐵氧體。
圖2 軟磁性材料磁滯回線(xiàn)
(2)硬磁性材料
硬磁性材料指的是是磁滯回線(xiàn)肥長(zhǎng),具有低導(dǎo)磁率μ、高矯頑力Hc≥100A/m、高磁阻、高剩磁Br的鐵磁性材料。其特點(diǎn)是難以被磁化,也難以被退磁。例如鋁鎳鈷、稀土鈷、硬磁鐵氧體。
圖3 硬磁性材料磁滯回線(xiàn)
(3)距磁性材料
距磁性材料是硬磁性材料的一種特例。其特點(diǎn)是,初始磁化時(shí)較容易被磁化;一經(jīng)退磁,就表現(xiàn)出較高的剩磁Br,其值非常接近磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值Bm;再次磁化,就表現(xiàn)出較高的矯頑力Hc,其值非常接近飽和點(diǎn)Hm。距磁性材料常被用在現(xiàn)代電機(jī)中,計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)芯片中。
圖4 距磁性材料磁滯回線(xiàn)
磁粉探傷機(jī)、磁粉探傷儀、退磁機(jī)就是依據(jù)以上原則,根據(jù)所測(cè)得不同的材料,調(diào)節(jié)不同的磁化退磁電流,從而達(dá)到充磁、退磁的效果。
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