專利名稱：一種去除鐵磁性管狀材料表面氧化層的方法
技術領域：
本發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：
在傳統的冶金工業中，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的酸洗和機械除鱗的干式"綠色"除鱗技 術，但由于其技術復雜，目前國內外尚無大批量的工業化應用。該技術除利 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 驅動電弧運動，以實現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動電弧沿管的環向運動，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這一原理施加磁場使電弧旋轉的。該裝置利用 環形電極產生電弧，并利用實驗腔體外部的磁場線圈產生軸向磁場使電弧旋 轉，可用于去除不同生產條件下有色金屬和黑色金屬的表面氧化物。
可見這一技術的關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，根據磁路定理，施加的磁場大部分流經管材內部鐵磁區，而管材外側和內側電弧放 電區域的磁通密度很小，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。

發明內容
本發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，本發明是采取如下技術方案予以實現的 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，使兩
線圈產生的磁場相互加強；
在每個線圈和鐵磁性管材徑向之間設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。
本發明相比圖1所示現有技術常用的實驗裝置，在線圈和待處理管材之間 設置了高磁導率的銜鐵。由于銜鐵的磁導率高于鐵磁性管材，根據磁路定理， 大部分磁通會流經銜鐵，再經銜鐵引導通過電弧放電區域，從而提高了電弧 放電區域的磁感應強度。
本發明的優點是
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，使電弧放電區域的磁通密度更易于調節，且分布 更加均勻，使電弧旋轉更加穩定，清洗效果更好。


圖1為磁場控制電弧旋轉原理圖。
圖2為本發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果。
圖1至圖3中l-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置環 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，使兩線圈產生的磁 場相互加強；在每個線圈和鐵磁性管材徑向之間設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域。
具體實驗參數為左右兩端勵磁線圈1的匝數均為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域產生大約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，而電弧放電區域的磁通密度 較弱:在勵磁線圈通入10A電流時，電弧放電區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銜鐵，從而大大增強了電弧放電區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 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，使兩線圈產生的磁場相互加強；(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域。
2、 如權利要求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，使兩線圈產生的磁場相互加強；在每個線圈和鐵磁性管材徑向之間設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 優先權日2009年4月16日
發明者原慶軍, 史宗謙, 王立軍, 賈申利, 趙睿豪 申請人:西安交通大學