جلوگیری از نشت شار مغناطیسی در پوشش‌های فولادی الکتریکی

آیا از خرابی‌های فولاد الکتریکی ناشی از نشت شار مغناطیسی آگاهی دارید ؟ راه‌حل‌هایی برای طراحی کارآمد پوشش و انتخاب مواد برای جلوگیری از این مشکلات نیز وجود دارد.

نشت شار مغناطیسی (MFL) در پوشش‌های فولاد الکتریکی ممکن است منجر به ناکارآمدی و خرابی‌های احتمالی شود. درک علل و اجرای استراتژی‌های پیشگیری مؤثر برای اطمینان از عملکرد قابل‌اعتماد این روش و همچنین اجزای الکتریکی بسیار مهم است؛ از تشخیص خوردگی گرفته تا اطمینان از سلامت مواد و …

درک نشت شار مغناطیسی (MFL)

نشت شار مغناطیسی زمانی رخ می‌دهد که میدان مغناطیسی درون یک ماده فرومغناطیسی، مانند فولاد الکتریکی، مختل شود و باعث خروج یا “نشت” شار مغناطیسی شود.

این نشت می‌تواند ناشی از عوامل مختلفی ازجمله موارد زیر باشد:

• عیوب: ترک‌ها، خوردگی یا نازک شدن در ماده، جریان شار مغناطیسی را مختل می‌کند.
• تغییر در خواص ماده: تغییرات در نفوذپذیری مغناطیسی می‌تواند منجر به توزیع ناهموار شار شود.
• شکاف‌های هوایی: شکاف‌های هوایی یا ناخالصی‌های غیر مغناطیسی درون ماده، مسیرهای با مقاومت مغناطیسی (reluctance) بالا ایجاد می‌کنند و باعث نشت شار می‌شوند.
• لبه‌ها و گوشه‌های تیز: ناپیوستگی‌های هندسی، شار مغناطیسی را متمرکز می‌کنند و احتمال نشت را افزایش می‌دهند.

فیزیک پشت نشت شار مغناطیسی

MFL بر اساس الکترومغناطیس کار می‌کند. مواد فرومغناطیسی، مانند فولاد، هنگامی‌که در معرض میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند، مغناطیسی می‌شوند. هنگامی‌که یک میدان مغناطیسی بر روی یک ماده بدون نقص اعمال می‌شود، شار مغناطیسی به‌طور یکنواخت از آن عبور می‌کند. اما وجود نقص‌هایی مانند ترک یا خوردگی این جریان یکنواخت را مختل می‌کند. ازآنجایی‌که هوا یا ماده غیر مغناطیسی مقاومت بیشتری در برابر شار مغناطیسی نسبت به ماده فرومغناطیسی نشان می‌دهد، میدان مغناطیسی مجبور به “نشت” به فضای اطراف می‌شود.

تشخیص نشت شار مغناطیسی

MFL توسط حسگرهای مختلفی شناسایی می‌شود. وقتی نقصی وجود دارد، میدان را مختل می‌کند و باعث می‌شود مقداری از میدان مغناطیسی از ماده “نشت” کند. این نشت مغناطیسی به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌شود که سپس می‌توان آن‌ها را برای تعیین ویژگی‌های نقص‌ها تجزیه‌وتحلیل کرد. حساسیت تجزیه‌وتحلیل به تجهیزات مناسب بستگی دارد.

تجهیزات نشت شار مغناطیسی

آشکارسازها می‌توانند دستی، درون‌خطی یا اسکنرهای مخصوص کف مخزن باشند:

• اسکنرهای دستی : MFL قابل‌حمل برای بازرسی‌های موضعی. آن‌ها عیوب جوش‌ها، اتصالات و بخش‌های کوچک مواد آهنی را پیدا می‌کنند
• ابزارهای درون‌خطی(Smart Pigs) MFL : خطوط لوله نفت و گاز را به‌طور خودکار بازرسی می‌کنند. آن‌ها خوردگی و ترک‌ها را در فواصل طولانی تشخیص می‌دهند. Smart Pigs ، قسمت‌های داخلی خطوط لوله را ازنظر آسیب بررسی می‌کنند.
• اسکنرهای کف مخزن: MFL کف مخازن ذخیره را ازنظر عیوب، به‌ویژه خوردگی یا نازک شدن، بررسی می‌کنند. این اسکنرها مناطق وسیعی را پوشش می‌دهند و عیوب زیرسطحی مانند خوردگی یا سوراخ را تشخیص می‌دهند.

مقایسه انواع تجهیزات MFL

کاربردهای آزمایش MFL در صنایع مختلف

آزمایش MFL در صنایعی که مواد باید سالم باشند، بسیار مهم است. درک MFL و پیامدهای آن برای قطعات صنعتی به جلوگیری از کاهش قابل‌توجه عملکرد و خطرات ایمنی کمک می‌کند.

تأثیر نشت شار مغناطیسی بر قطعات الکتریکی

• MFL می‌تواند چندین اثر مضر بر روی قطعات الکتریکی داشته باشد:
  کاهش راندمان: شار نشتی با منحرف کردن انرژی مغناطیسی از مسیر موردنظر، راندمان کلی قطعه را کاهش می‌دهد.
• افزایش آسیب‌ها: شار نشتی باعث ایجاد جریان‌های گردابی در مواد رسانای مجاور می‌شود که منجر به افزایش آسیب و تولید گرما می‌شود.
• تداخل الکترومغناطیسی :(EMI) شار نشتی می‌تواند امواج الکترومغناطیسی را ساطع کند و باعث تداخل با سایر دستگاه‌های الکترونیکی شود.
• خرابی قطعه: در موارد شدید، MFL می‌تواند منجر به گرمای بیش‌ازحد موضعی و خرابی بعدی قطعات الکتریکی شود.

راهکارهایی برای جلوگیری از خطرات نشت شار مغناطیسی

چندین استراتژی می‌تواند برای به حداقل رساندن MFL در پوشش فولادی الکتریکی اجرا شود:

بهینه‌سازی هندسه پوشش

• اجتناب از لبه‌ها و گوشه‌های تیز: گرد کردن یا پخ زدن لبه‌ها و گوشه‌های تیز، غلظت شار و نشتی را کاهش می‌دهد.
• حفظ ضخامت یکنواخت: اطمینان از ضخامت ثابت مواد، تغییرات در نفوذپذیری مغناطیسی و توزیع شار را به حداقل می‌رساند.
• به حداقل رساندن شکاف‌های هوایی: کاهش شکاف‌های هوایی بین اجزا، مسیر مغناطیسی پیوسته‌تری ایجاد می‌کند و از نشت شار جلوگیری می‌کند.
• طراحی مسیرهای مغناطیسی بسته: از مسیرهای بسته استفاده کنید که شار مغناطیسی را در داخل هسته نگه می‌دارند.
  حفاظت با مواد اضافی (نوع کاملاً محافظ): محصور کردن فولاد الکتریکی با هسته‌های محافظ به کاهش شار نشتی کمک می‌کند.
• استفاده از پوشش فلزی قالب‌گیری: شکاف‌های هوایی را می‌توان به میزان قابل‌توجهی کاهش داد.

بیشتر بخوانید :

انتخاب مواد

• انتخاب مواد با نفوذپذیری بالا: انتخاب موادی با نفوذپذیری مغناطیسی بالا، جریان آسان‌تر شار مغناطیسی را امکان‌پذیر می‌کند و نشتی را کاهش می‌دهد
• استفاده از موادی با آسیب هیسترزیس کم: هیستِرِزیس (انگلیسی: Hysteresis) عبارت است از وابستگیِ حالت (State) یک سیستم به گذشته‌اش. هیسترزیس عبارت است از بیشترین تفاوت در متغیر کنترل‌شده در یک مجموعه واحد از شرایط عملیاتی، پس از افزایش و سپس کاهش سیگنال کنترلی. مواد با آسیب هیسترزیس کم، آسیب‌های جریان‌های گردابی ناشی از شار نشتی را به حداقل می‌رسانند.
• استفاده از موادی با خواص غیر آهنی در محیط اطراف
• استفاده از یک ماده غیر آهنی در قسمت بیرونی محافظ محفظه مغناطیسی، به محافظت از مواد اطراف کمک می‌کند.

تکنیک‌های پیشرفته تولید

• مهرزنی و برش دقیق: استفاده از فرآیندهای تولید دقیق، ابعاد دقیق را تضمین کرده و نقص‌ها را به حداقل می‌رساند و نشت شار مغناطیسی را کاهش می‌دهد.
• عملیات سطحی: عملیات سطحی مناسب و حذف آلودگی‌ها به کاهش نشتی شار و آسیب‌های جریان گردابی کمک می‌کند.
• استفاده از ماشین‌کاری مناسب: ماشین‌کاری مناسب خطر ایجاد شکاف هوایی را کاهش می‌دهد.
• روش‌های اتصال: استفاده از روش‌های صحیح اتصال، اختلال درحرکت شار را محدود می‌کند.

کاربرد مواد محافظ

• مواد مغناطیسی نرم: محافظت از تداخل الکترومغناطیسی با مهار نشتی شار با استفاده از مواد نرم مؤثر است.
• محل قرارگیری محافظ: محل استفاده از محصول یا کاربرد می‌تواند به تعیین چگونگی تأثیر نیروی خارجی بر انتشار ناشی از نشتی کمک کند.

کپسول سازی و قالب‌گیری

• انتخاب مواد: انتخاب موادی با رسانایی حرارتی بالا می‌تواند انتقال حرارت را بهبود بخشد.
• انتخاب انواع قالب‌گیری: قالب‌گیری باکیفیت به حداقل رساندن حباب‌های هوا کمک می‌کند و خطر به دام افتادن رطوبت که باعث خوردگی می‌شود را کاهش می‌دهد.

بهترین روش محافظت مغناطیسی

محافظ مغناطیسی نقش حیاتی در عملکرد و طول عمر قطعات شما ایفا می‌کند.
• ملاحظات مربوط به جنس: محافظ‌های چندلایه میکرو فلزی می‌توانند سیگنال‌های فرکانس پایین و بالا را تقویت کنند.
• خواص جنس: مواد نرم با نفوذپذیری بالا می‌توانند خطر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را کاهش دهند.

بهترین شیوه‌های محافظت از سطح

برای کاهش حساسیت سطح از این روش‌ها استفاده کنید:
• صاف‌سازی: زبری را حذف کنید تا تشخیص شار یا تداخل کاهش یابد.
• پوشش‌ها: با مواد غیر حساس بپوشانید تا خوردگی یا حساسیت کاهش یابد.

آزمایش

• کالیبراسیون تجهیزات: کالیبره‌کردن تجهیزات و پیروی از دستورالعمل‌ها، امری حیاتی است.

• جمع‌آوری داده‌ها به‌صورت لحظه‌ای:جمع‌آوری داده‌ها به‌صورت لحظه‌ای، اطلاعات دقیقی فراهم می‌کند و زمینه‌ساز بهبود فرآیندها می‌گردد.

• استفاده از شبیه‌سازی : برای مقابله مؤثر با نشت شار مغناطیسی، درک مدل‌ها و تعاملات آن‌ها دیدگاه دقیقی نسبت به بهترین روش‌های کاهش و رفع عوامل خطر فراهم می‌سازد.

بیشتر بخوانید : اهمیت تفسیر داده در روش نشت شار مغناطیسی

استفاده از روش عددی

محاسبات عددی نیز گاهی مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ زیرا حل معادلات با روش‌های تحلیلی در فضای سه‌بعدی غیرممکن است. پرکاربردترین روش محاسبه عددی، روش المان محدود (the finite element method) است.

نتیجه‌گیری

با اجرای استراتژی‌ها این مقاله، می‌توان نشت شار مغناطیسی را در پوشش‌های فولادی الکتریکی به‌طور قابل توجهی کاهش داد که منجر به بهبود راندمان، کاهش آسیب‌های و افزایش قابلیت اطمینان اجزای الکتریکی می‌شود. درک عمیق‌تر از فیزیک پایه به جلوگیری از تلفات قابل‌توجه و خطرات ایمنی به‌منظور داشتن عملکرد پایدار کمک می‌کند.