القای تنش در قطعات فولادی با استفاده از میدان مغناطیسی متناوب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی، دانشگاه کردستان

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

چکیده
در این تحقیق القای تنشهای متناوب فرکانس بالا در قطعات فولادی با استفاده از میدان مغناطیسی متناوب به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. این کار ضمن القای تنش‌های متناوب، می‌تواند باعث افزایش دمای قطعه و تسهیل آزادسازی تنش‌های پسماند گردد. تنش‌های پسماند ناشی از فرایند جوشکاری در ناحیه اطراف خط جوش، مثال خوبی برای کاربردهای این روش هستند. این روش بسیار سریع است و بدون محدودیت مکانی می‌توان آن را برای قطعات کوچک یا بزرگ مورد استفاده قرار داد. همچنین ابزارهای لازم برای این کار را می‌توان به آسانی و با هزینه های نسبتاً کمی تهیه نمود.

در این مطالعه، برای القای میدان مغناطیسی، از یک سیم‌پیچ کوچک با هسته آهنی استفاده گردید و برای ایجاد جریان نوسانی در سیم‌پیچ، از یک بورد الکتریکی ساده و ارزان قیمت استفاده شد که به وسیله یک سویچ الکترونیکی فرکانس بالا که در مسیر یک جریان مستقیم قرار گرفته است، یک موج متناوب مستطیلی را ایجاد می‌نماید. نتایج تجربی به دست آمده نشان می‌دهند که قطعه را می‌توان در فرکانس‌های نزدیک فرکانس طبیعی طولی قطعه و یا زیر هارمونی‌های آن به تشدید رساند و در این حالت تنش‌های طولی در مرتبه 100 مگاپاسکال در قطعه القا می‌شود. با ارتقای تجهیزات الکتریکی تهیه شده در این پژوهش، این امکان وجود دارد که تنش‌های القایی تا چندین برابر نیز افزایش داده شوند.بنابراین، به نظر می رسد با استفاده از تجهیزات مناسب، روش القای میدان مغناطیسی فرکانس بالا بتواند به عنوان یک روش جایگزین در عملیات تنش زدایی مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Stress induction in steel parts using alternating magnetic field

نویسندگان English

Sirwan Farhadi 1
Mohammad Aslani 2
1 Department of Mechanical Engineering, University of Kurdistan
2 Department of Mechanical Engineering,, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran.
چکیده English

In this research, the induction of high-frequency alternating stresses in steel parts using an alternating magnetic field has been investigated experimentally. This treatment, in addition to the induction of alternating stresses, can increase the temperature of the part and facilitate the release of residual stresses. Residual stresses caused by the welding process in the area around the weld line are a good example of the applications of this method. This method is very fast, and it can be used for small or large parts without space limitations. Also, the necessary equipment can be prepared easily at low costs.

In this study, a small coil with an iron core was used to induce the magnetic field, and a simple and cheap electric board was used to create an oscillating current in the coil. The electric board employs a high-frequency electronic switch in a DC circuit to generate a rectangular waveform voltage. The obtained experimental results show that the steel part can resonate at frequencies close to the first longitudinal natural frequency or its subharmonics, and in this case, normal stresses in the order of 100 MPa are induced in the part. By upgrading the electrical equipment prepared in this research, it is possible to increase the induced stresses several times. Hence, employing appropriate equipment, the high-frequency magnetic induction method can be used as an alternative method for stress relief of welded joints.

کلیدواژه‌ها English

Stress induction
Alternating magnetic field
Natural frequency
[1] Jablonowski J, Pulsed Magnetism Boosts Tool Life. American Machinist and Automated Manufacturing. 1987;31: 80-82.
[2] Fahmy Y, Hare T, Tooke R, Conrad H, Effects of a Pulsed Magnetic Treatment on the Fatigue of Low Carbon Steel. Scripta Materialia. 1998: 35: 1355-1358.
[3] Hochman R F, Drits V, Tselesin N, Magnetic Fields: Fertile Ground for Metals Processing. Advanced Materials and Processes. 1988; 154: 230-235.
[4] Milton R, Relaxing stresses to better tool life, Mod. Mach. Shop March.1988; 64–69.
[5] Su Y Y, Hochman R F, Schaffer J P, A Positron Annihilation Spectroscopy Investigation of Magnetically Induced Changes in Defect Structure. Journal of Physics C (Condensed Matter). 1990; 2: 3629-3642.
[6] Hochman R F, Drits V, Tselesin N, Surface Modification by Magnetic Treatment. Encyclopedia of Materials Science and Engineering. 1994; 2037.
[7] Luo X J, Research on residual stress relieving in welded structure with magnetic field (Doctoral dissertation, M. Sc. Dissertation, Tsing Hua University, Beijing, 1995, (in Chinese).
[8] Lu A L, Tang F, Luo X J, Mei J F, Fang H Z, Research on residual stress reduction by strong pulsed magnetic treatment. Journal of materials processing technology. 1998; 74: 259-262.
[9] Tang F, Lu, A L, Mei J F, Fang H Z, Luo X J, Research on residual stress reduction by a low frequency alternating magnetic field. Journal of Materials Processing; 1998; 74: 255-258.
[10] Klamecki B E, Residual stress reduction by pulsed magnetic treatment. Journal of Materials Processing Technology. 2003; 141: 385-394.
[11] Zhipeng C, Lin J, Zhao H, Lu A, Orientation Effect in Pulsed Magnetic Field Treatment. Material Science and Engineering; 2005; 398: 344-348.
[12] Song, Y., Hua, L. and Wang, B., Reduction of residual stress in low alloy steel with magnetic treatment in different directions. Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed., 2009; 24: 857-862.
[13] Gexin C, Yuming F, Jing Y, Wei L, The Residual Stress Analysis of Aluminum Alloy Alternating Magnetic Treatment after Cold Plastic Forming. In 2010 International Conference on Electrical and Control Engineering. 2010; 3108-3111. IEEE.
[14] Huang X, Residual stress reduction by combined treatment of pulsed magnetic field and pulsed current. Materials Science and Engineering. 2011; 528(19-20): 6287-6292.
[15] Song Y, Hua L, Mechanism of residual stress reduction in low alloy steel by a low frequency alternating magnetic treatment. Journal of Materials Science & Technology. 2012; 28(9): 803-808.
[16] Shao Q, Kang J, Xing Z, Wang H, Huang Y, Ma G, Liu H, Effect of pulsed magnetic field treatment on the residual stress of 20Cr2Ni4A steel. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2019; 476: 218-224.
[17] Zhang, X, Zhao, Q, Cai, Z, Pan, J, Effects of magnetic field on the residual stress and structural defects of Ti6Al-4V. Metals. 2020; 10: 141.
[18] Hou M, Li K, Li X, Zhang X, Rui S, Wu Y, Cai Z, Effects of pulsed magnetic fields of different intensities on dislocation density, residual stress, and hardness of Cr4Mo4V steel. Crystals. 2020; 10: 115.
[19] Zhong F, Wang J, Zhang Q, Huang J, Wang W, Xu J, Huang K, Qin Y, Residual stress reductions of carbide cutting tools through applying pulsed magnetic field and coupled electromagnetic field–mechanism analysis and comparison study. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2022; 121: 4757-4775.
[20] Huang, G, Liu, R, Hu, S, Modeling study of mesoscale magnetic treatment influencing factors through dynamic softening analysis. Results in Physics. 2023; 53: 107015.
[21] Huang G, Li B, The combined magnetic-vibration stress relief. Results in Physics. 2023; 47: 106372.
[22] Huang G, Liu R, Hu S, Investigation of the mechanism for reduction of residual stress through magneticvibration stress relief treatment. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2023; 582: 171041.
[23] Ashi L, Xie Z, Sun H, Wang J, Huang K, Effect of electromagnetic coupling treatment on the residual stress relief and mechanical properties of 7050 aluminum alloy. Journal of Materials Science. 2023; 58: 12097-12117.
[24] Nouri Z. Investigating the effect of magnetic volumetric forces on the release of residual stresses in welding. Master's thesis. University of Kurdistan. 2019.
دوره 3، شماره 3
پاییز 1402
صفحه 363-379

  • تاریخ دریافت 12 مهر 1402
  • تاریخ بازنگری 18 آبان 1402
  • تاریخ پذیرش 28 آذر 1402