[논문]비히스테리자화에 의한 강관의 탈자 기법 연구

김영학; 양창섭; 신광호

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In this study, we investigated whether the anhysteretic demagnetization process would be applicable to remove a complicated magnetization of a steel tube as a part of the experimental earlier study for a deperming of naval vessel. The magnetic tube used in this study was a 10cm-long and 1cm-diameter...

In this study, we investigated whether the anhysteretic demagnetization process would be applicable to remove a complicated magnetization of a steel tube as a part of the experimental earlier study for a deperming of naval vessel. The magnetic tube used in this study was a 10cm-long and 1cm-diameter steel tube, and magnetized with a E-shape ferrite core to form a nonuniform magnetization in it. In the anhysteretic demagnetization process, a dc magnetic field applied along the longitudinal direction of the tube decreased from ${\pm}$3kA/m to zero-field with the step of ${\pm}$300A/m. At the same time, an ac bias magnetic field with the frequency of 60Hz and the field intensity of 300A/m was excited along the circumstantial direction of the tube. It was found that the anhysteretic process was useful to demagnetize a small-object like a steel tube from the experimental results showing the residual magnetization reduced over 90%.

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문제 정의

본 논문에서는 탈자에 이용되는 비히스테리시스 자화곡선에 따른 탈자 방식"〕을 일반적인 탈자 방식과 비교하였으며 자성체에 대한 착자 방법에 의한 자속밀도의 불균일성과 강관의한 쪽 끝에 기계적인 응력을 인가하였을 때 발생하는 불균일한 자기 이방성 분산이 탈자 결과에 미치는 영향에 대해 검토하였다.
본 논문에서는 자성체인 강관에 대한 비히스테리시스 자화곡선에 따른 탈자방식과 일반적인 탈자 방식을 비교하였으며, 자성체에 기계적인 응력을 인가하였을 경우 발생하는 불균일한 자기 이방성이 탈자의 결과에 미치는 영향에 대해 검토하였다. 길이 방향의 자속밀도와 폭 방향의 자속밀도를 검토해 본 결과, 비히스테리시스 탈자 방식이 일반적인 탈자 방식에 비해 효과적이라는 것을 알 수 있었고, 응력이 인가되지 않은 경우 99 %이상의 탈자가 가능하다는 것을 알 수 있었다.

제안 방법

탈자시, 강관이 삽입된 픽업 코일을 솔레노이드 코일 안에 넣고 솔레노이드 코일을 B-H loop tracer의 자계 인가단자(H 단자)에, 그리고 픽업 코일은 자속 검출단자(B 단자)에 연결하였다. 관의 탈자에 필요한 자계의 크기와 시간을 조정하였으며, 비히스테리시스 자화곡선을 실시간으로 확인하며 탈자를 진행하였다.
탈자시, 강관이 삽입된 픽업 코일을 솔레노이드 코일 안에 넣고 솔레노이드 코일을 B-H loop tracer의 자계 인가단자(H 단자)에, 그리고 픽업 코일은 자속 검출단자(B 단자)에 연결하였다. 관의 탈자에 필요한 자계의 크기와 시간을 조정하였으며, 비히스테리시스 자화곡선을 실시간으로 확인하며 탈자를 진행하였다. 그림 2는 본 실험에서 사용된 강관을 나타낸 것으로 크기는 길이가 100mm, 직경이 10mm, 두께는 0.
착자 전, 후에 관의 자화는 코발트(Co)를 주성분으로 하는 길이가 15mm, 직경이 0.125mm인 아몰퍼스와이어를 이용하여 제작한 플럭스게이트 자계센서로 측정하였다. 측정 시, 관의 길이방향이 동서로 되게 하였고, 측정 중에 측정 공간에 존재하는 지구 자계를 제거하기 위해서 그림 3과 같은 3축 지구자계 보상 코일을 이용하였다.
측정 시, 관의 길이방향이 동서로 되게 하였고, 측정 중에 측정 공간에 존재하는 지구 자계를 제거하기 위해서 그림 3과 같은 3축 지구자계 보상 코일을 이용하였다. 플럭스게이트 자계센서의 출력은 60 皿의 인가 교류 전류의 제 2조파인 120k田의 신호의 크기를 lock-in 증폭기를 이용하여 측정하였다. 이때, 강관과 센서 사이의 거리는 수직 측정 시에, 15 mm, 수평 즉정 시에 20mnml였다.

대상 데이터

관의 탈자에 필요한 자계의 크기와 시간을 조정하였으며, 비히스테리시스 자화곡선을 실시간으로 확인하며 탈자를 진행하였다. 그림 2는 본 실험에서 사용된 강관을 나타낸 것으로 크기는 길이가 100mm, 직경이 10mm, 두께는 0.5mrn였다. 응력에 의한 자성체 관의 이방성을 강제적으로 부여하기 위해 관의 한쪽 끝에 면적이 3×3mm²<?l 부분에 약 IMPa 의 응력을 원주의 중심 방향으로 인가하였다.
비히스테리시스 탈자 시 관의 길이 방향에 직교하는 관의 원주방향으로 자계를 인가할 수 있도록 9회의 코일을 감아 60Hz, 1A의 전류를 흘렸다. 솔레노이드 코일은 직경 2mm의 동선을 길이 400mm, 직경 48mm의 PVC 파이프에 345회 권선하여 제작하였으며 최대 15 A의 전류를 흘렸을 때 3000A/m의 자계를 발생시킬 수 있었다. 픽업 코일은 0.
솔레노이드 코일은 직경 2mm의 동선을 길이 400mm, 직경 48mm의 PVC 파이프에 345회 권선하여 제작하였으며 최대 15 A의 전류를 흘렸을 때 3000A/m의 자계를 발생시킬 수 있었다. 픽업 코일은 0.5mm의 동선을 길이 78mm, 직경 22mm의 PVC파이프에 144회 권선하여 제작하였다. 강관의 탈자 과정을 진행하기 전에 E자형 페라이트요크에 강관을 접촉시키고, 페라이트 요크에 직류 전류를 흘려 착자시켰다.

성능/효과

그림 5는 E자형 페라이트 코어를 이용하여 강관을 착자시킨 후, 강관의 길이 방향으로 10mm씩 이동하면서 튜브의 길이 방향과 폭 방향에서 발생하는 자속밀도를 측정한 것이다. 측정된 자속밀도로부터 관의 자화는 관 중심 부근의 넓은 범위에서 수직방향 자계가 크게 발생하고 있으며, 관 양 끝으로 갈수록 수평방향의 자계가 강하게 발생하고 있어 E자형 페라이트코어로부터 발생하는 자계의 영향을 반영하고 있다는 것을 알 수 있다. 그리고 자속밀도는 관의 중심에서 거의 대칭을 이루고 있으므로 관의 중심 부근에서는 자기모멘트가 관의 두께 방향으로 배열하고 있고 양쪽 끝으로 갈수록 자기모멘트의 방향이 길이 방향으로 향하는 성분이 많아지는 것으로 생각된다.
그림에서 확인할 수 있듯이, 탈자에 의해서 강관으로부터 발생하는 자속밀도가 크게 감소되었다는 것을 알 수 있다. 일반적인 탈자방법으로 처리된 경우, 강관으로부터 발생하는 최대 자속밀도는 길이 방향으로 4.4mG였으며 폭 방향으로는 0.9mG였으며, 탈자를 통해서 자속밀도가 길이 방향으로는 약 95% 감소하였으며 폭 방향으로는 약 98% 감소하였다는 것을 알 수 있다. 특히, 관의 중심 부근에서는 반자 계가 작아 탈자 효과가 우수함을 알 수 있다.
3mG였다. 따라서 비히스테리시스 탈자 방법을 통해 자속밀도가 길이 방향으로는 99% 이상 감소하였으며 폭 방향으로는 웅력을 인가하지 않은 쪽은 약 99% 감소하였고 응력을 인가한 쪽은 약 94% 감소하였다는 것을 알 수 있다.
길이 방향의 자속밀도와 폭 방향의 자속밀도를 검토해 본 결과, 비히스테리시스 탈자 방식이 일반적인 탈자 방식에 비해 효과적이라는 것을 알 수 있었고, 응력이 인가되지 않은 경우 99 %이상의 탈자가 가능하다는 것을 알 수 있었다. 또한 동일한 조건으로 탈자를 할 경우, 응력이 인가된 부분은응력이 인가되지 않은 부분에 비해 충분히 탈자가 되지 않음을 알 수 있었다. 이것
미치는 영향에 대해 검토하였다. 길이 방향의 자속밀도와 폭 방향의 자속밀도를 검토해 본 결과, 비히스테리시스 탈자 방식이 일반적인 탈자 방식에 비해 효과적이라는 것을 알 수 있었고, 응력이 인가되지 않은 경우 99 %이상의 탈자가 가능하다는 것을 알 수 있었다. 또한 동일한 조건으로 탈자를 할 경우, 응력이 인가된 부분은응력이 인가되지 않은 부분에 비해 충분히 탈자가 되지 않음을 알 수 있었다.

참고문헌 (4)

T. M. Baynes, G. J. Russel and A. Bailes, 'Comparison of Stepwise Demagnetization Technique', IEEE Trans. Magn., Vol. 38, No. 4, 2002

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S. Chikazumi, Physics of Magnetism, New York, Wiley, p. 258, 1964
H. J. de Wit, 'On the Interaction between Anhysteretic Magnetization and Demagnetizing Fields in Iron Strips', J. Appl. Phys., Vol. 81, pp. 1838-1846, 1997. Dec.

상세보기
Y. Bi and D. C. Jiles, 'Measurement and Modeling of Hysteresis in Magnetic Materials Under the Action of an Orthogonal Bias Field', IEEE Trans. Mang. Vol. 35, pp. 3787-3789, 1999

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