Принцип работы магнитострикционных преобразователей

Магнитострикционные преобразователи (ПМС) преобразуют энергию магнитного поля в механическую ультразвуковую энергию. Действие ПМС основано на магнитоупругом эффекте, при котором некоторые сплавы с содержанием железа, кобальта или никеля деформируются (изменяют линейные размеры) в магнитном поле.

В качестве материалов для ультразвуковых магнитострикционных преобразователей используются сплав 49К2Ф (*пермендюр) или никель.

*Пермендюр (англ, permendur, от permeability - проницаемость и durable - прочный, длительный) - сплав железа с кобальтом (48-50%) и ванадием (до 2%), характеризующийся большими значениями магнитного насыщения, проницаемости в области высоких индукций, точки Кюри. Относится к магнитно-мягким материалам.

Волновод первой ступени см. рис. 1, иначе называемый трансформатором механических колебаний, выполняется из специального титанового сплава или высокопрочной стали.

Соединение магнитострикционного материала с титановым волноводом первой ступени осуществляется методом переплава, технология которого является ноу-хау автора, а интеллектуальная собственность на такой ПМС защищена патентом.

Соединение магнитострикционного материала со стальным волноводом первой ступени осуществляется пайкой серебряными припоями в вакууме или среде защитных газов. Общий вид ПМС представлен на рис. 1.

Рисунок 1. Конструкция ПМС.

1 – пакет пластин из магнитострикционного материала;   2 – волновод первой ступени (трансформатор упругих колебаний); 3 – обмотка.

Выходной диаметр волновода первой ступени ØD см. рис. 1, на мощность 400 и 630 Вт составляет 22 мм, резьбовое отверстие MxN см. рис. 1, для присоединения волновода второй ступени М12х1,25;

• на мощность 1000, 1600 Вт – выходной Ø32 мм, резьбовое отверстие М12х1,25;
• на мощность (2000), 2500 Вт – выходной Ø40 мм, резьбовое отверстие М12х1,25;
• на мощность  4000, (5000), 6300 Вт – выходной Ø65 мм, резьбовое отверстие М27х1,5.

Соединение волновода первой и второй ступени (инструмента) осуществляется шпилькой.

Магнитострикционные преобразователи характеризуются высокой надежностью, не менее 10 тыс. часов непрерывной работы и КПД, до 80%. Такие характеристики обусловлены качеством соединения и пайки волновода с пакетом, геометрической формой колебательной системы и специальной технологией термической обработки.

Сортамент поставляемых ПМС определяется:

- по мощности и напряжению ГОСТ 9865-68. «Установки ультразвуковые. Ряд номинальных электрических мощностей. Ultrasonic installations. Range of nominal electric powers», таблица 1, 3;

- по частоте ГОСТ Р 50664-94 «Аппараты ультразвуковые технологические. Рабочие частоты». Однако при создании ультразвуковых технологических устройств их электрические параметры дополнительно необходимо согласовывать с ГОСТ Р 51318.11-99 «Радиопомехи индустриальные от промышленных, научных, медицинских и бытовых (ПНМБ) высокочастотных устройств», а также руководствоваться ГОСТ 16165-70 «Генераторы транзисторные ультразвуковые для технологических установок. Общие технические условия», таблица 2;

- по требованиям технологических процессов, в которых используются ультразвуковые магнитострикционные преобразователи.

Допуски на мощность, частоту и напряжение для ПМС:

В соответствии с ГОСТ 27955-88 «Преобразователи ультразвуковые магнитострикционные. Методы измерения характеристик. Ultrasonic magnetostrictive transducers. Methods of measuring characteristics», преобразователи подразделяют на две категории:

Категория Р (ультразвуковые излучатели) - преобразователи, предназначенные для излучения акустической мощности в жидкость. Металлическая диафрагма или поршень, присоединенные к излучающему концу преобразователя для лучшего согласования со средой, могут рассматриваться как часть самого преобразователя.

Категория А (ультразвуковые инструменты) - преобразователи с механическими трансформаторами для увеличения амплитуды колебаний или иного способа согласования с нагрузкой или без них, предназначены для ультразвукового резания, сварки и т.п. Инструмент или наконечник, присоединенный к выходному концу трансформатора, может рассматриваться как часть измеряемого преобразователя.

При работе на технологическую нагрузку ПМС нагреваются, и для их охлаждения рекомендуется использовать жидкостные системы охлаждения, например, автономные системы охлаждения с теплоносителем в виде дистиллированной воды или антифризов, возможно использование так же и проточной воды. Для поддержания рабочей температуры ПМС, не выше +65°С, они помещаются в бачки охлаждения.