Restmagnetismus und Reststromkreis in Stahl verstehen

Magnetismus spielt in vielen industriellen Anwendungen eine entscheidende Rolle, insbesondere beim Umgang mit Stahlmaterialien. Zwei wichtige Konzepte in diesem Bereich sind Restmagnetismus und Restkreise. Dieser Artikel untersucht diese Phänomene, ihre Auswirkungen auf verschiedene Stahlsorten und Methoden, um sie in praktischen Anwendungen zu nutzen.

Wenn ein positives Magnetfeld angelegt wird, beginnen die magnetischen Ionen, sich auszurichten.

Je stärker das Magnetfeld, desto enger sind die Ionen ausgerichtet. Wenn alle Ionen ausgerichtet sind, spricht man von einer magnetischen Sättigung des Materials (Punkt b).

Wenn das äußere Magnetfeld entfernt wird, kehren die Ionen nicht in ihren zufälligen Zustand zurück. Dadurch bleibt ein Restmagnetismus im Material zurück, ein Effekt, der als Remanenz bezeichnet wird (Punkt c in Abbildung 3:).

Restmagnetismus

Der Restmagnetismus ist definiert als die Menge an Magnetisierung, die nach dem Entfernen des äußeren Magnetfelds übrig bleibt. Mit anderen Worten wird der Wert der Flussdichte, die das magnetische Material behält, als Restmagnetismus bezeichnet und die Fähigkeit, diesen Magnetismus beizubehalten, wird als Remanenz des Materials bezeichnet.

Gauß ist eine Maßeinheit für die magnetische Flussdichte. Sie wurde 1936 nach dem deutschen Mathematiker und Physiker Carl Friedrich Gauß benannt. Das Internationale Einheitensystem (SI) verwendet Tesla (Symbol T) als Einheit für die magnetische Flussdichte.

1 Tesla = 10,000 Gauß

Feldstärke (Gauss)	Ergebnisse
> 200	Dauermagnet
~ 20-40	Büroklammer-Sticks
> 15	Kleine Metallteile kleben
> 10	Kleine Metallspäne bleiben haften
>4	Metallstaubstäbchen
~ 40-50	Beeinträchtigt das Lichtbogenschweißen
~ 0,3-0,6	Feldstärke der Erde

Kohlenstoffreicher und kohlenstoffarmer Stahl

Kohlenstoffarme Stähle haben eine geringe Hysterese und einen geringen Restmagnetismus. Ihr Restmagnetismus ist nicht stabil und zerstreut sich auf natürliche Weise. Kohlenstoffreiche „Werkzeug“-Stähle, die in Lagern, Zahnrädern und Messerklingen zu finden sind, „halten“ mehr Restmagnetismus und neigen dazu, einen Reststromkreis zu bilden, der möglicherweise einen Luftspalt an den Polschuhen erfordert, um das Teil effizient fallen zu lassen.

Reststromkreis: Ein vorübergehendes Phänomen

Ein Reststromkreis ist ein vorübergehender Zustand, der hauptsächlich bei kohlenstoffreichen Stählen auftritt. Er erzeugt einen selbsterhaltenden Magnetflusskreis, selbst wenn der Magnet ausgeschaltet ist. In diesem Szenario folgt der Magnetfluss einer geschlossenen Schleife vom Nordpol des Permanentmagneten durch das Stahlmaterial und zurück zum Südpol.
Im Gegensatz zum Restmagnetismus lösen sich Reststromkreise auf, sobald sich das Teil vom Magneten löst. Sie können jedoch bei magnetischen Handhabungsanwendungen Probleme bei der Teilefreigabe verursachen.

Stahlsorten und ihre magnetischen Eigenschaften

Kohlenstoffstahl (A36, A529, A572, 1020, 1045, 4130)

• Kohlenstoffarmer Stahl (0.05 % - 0.25 % Kohlenstoff): Geringe Hysterese, geringer und instabiler Restmagnetismus
• Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (0.29 % – 0.54 % Kohlenstoff): Mäßige magnetische Eigenschaften
• Kohlenstoffstahl (0.55 % - 0.95 % Kohlenstoff): Höherer Restmagnetismus, anfällig für Restschlüsse

Legierte Stähle (4140, 4150, 4340, 9310, 52100)

• Restmagnetismus und Restkurzschlüsse möglich

Werkzeugstähle (D2, H13, M2)

• Restmagnetismus und Restkurzschlüsse möglich

Edelstahl

• Serie 300: Nicht magnetisch
• Serie 400: Deutliche Reduzierung der Magnetkraft

Ultrahochfeste Stähle (UHSS)

• Außergewöhnliche Härte (50-65+ HRC) und Streckgrenze
• Martensitische und TWIP-Varianten können einen Kohlenstoffgehalt von bis zu 0.8 % aufweisen, was zu Reststromkreisphänomenen führt
• Kann zu Verschleiß an magnetischen Greiferoberflächen führen

Umgang mit Restmagnetismus und Reststromkreisen

Vibration

Vibrationen und Stöße durch Handhabung können die Domänen in ihr natürliches Streumuster zurückversetzen. Ein kleines Stück Stahl kann vibriert werden, um es zu entmagnetisieren. Manchmal genügt sogar die Bewegung und Handhabung des Teils durch eine Fertigungsstraße, um Rückstände zu entfernen.

Wärme-

Die bei Prozessen wie Heißprägen, Heißverformen, Schweißen, in Lackieröfen, bei maschineller Bearbeitung, Hochfrequenzabschreckung und Wärmebehandlungen entstehende Hitze kann häufig jeglichen Restmagnetismus entfernen, der bei der Handhabung mit einem Magnetgreifer zurückgeblieben ist.

Alle Ferromagnete haben eine Curietemperatur, also die Temperatur, bei der die ferromagnetischen Eigenschaften aufgrund thermischer Erregung verschwinden. Bei dieser Temperatur vibrieren Materialatome stark genug, um winzige magnetische Zonen, sogenannte „Domänen“, im Material zu demobilisieren.

Entmagnetisierer

Ein Degaussierer ist ein elektrischer Magnet (Spule), der mit Strom betrieben wird und zum Entmagnetisieren magnetischer Materialien verwendet werden kann. Er ist in vielen Ausführungen erhältlich, um allen industriellen Anforderungen gerecht zu werden, darunter als Werkzeug, Handgerät, Stift- und Tischgerät. In allen Fällen erzeugt der Strom ein Magnetfeld und die Stärke und Polarität wechseln, um die Ionen im Teil neu zu vermischen.

Luftspalte

Bei Reststromkreisen kann das Einbringen eines Luftspalts oder Nichteisenmaterials zwischen Magnetpolen und Stahl den Stromkreis unterbrechen.

Spezialbeschichtungen

Für kohlenstoffreiche Stähle, die anfällig für Restschlüsse sind, bietet Magswitch Beschichtungen für Polschuhe an, um die Teilefreigabe zu verbessern.

Verschleißfeste Oberflächen

Bei UHSS-Materialien können spezielle Verschleißpolster die Oberflächen magnetischer Greifer schützen.

Schlussfolgerung

Das Verständnis von Restmagnetismus und Restkreisen ist für die effektive Handhabung von Stahlmaterialien in industriellen Anwendungen von entscheidender Bedeutung. Bei kohlenstoffarmen Stählen treten im Allgemeinen nur minimale Probleme auf, während bei kohlenstoffreichen Stählen und Werkzeugstählen mehr Aufmerksamkeit erforderlich ist. Durch die Anwendung geeigneter Techniken und Technologien können diese magnetischen Phänomene effektiv bewältigt werden, wodurch reibungslose Abläufe bei der Handhabung und Verarbeitung von Stahl gewährleistet werden.

Wenn Sie spezifische Lösungen für Probleme mit Restmagnetismus oder Reststromkreisen benötigen, wenden Sie sich an unsere Experten für magnetische Handhabung. Sie können Ihren gesamten Prozess analysieren und Ihnen maßgeschneiderte Ansätze empfehlen.

Die Anwendungstechniker von Magswitch können Ihnen bei der Lösung Ihrer Anwendung helfen, indem sie Ihren Prozess von Anfang bis Ende verstehen. Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie Magswitch Ihnen bei der Lösung von Problemen mit Restmagnetismus oder Reststromkreisen helfen kann, kontaktieren Sie uns bitte unter sales@magswitch.com. Wir haben ein Team von Experten, die Ihnen bei allen Fragen und Anfragen zur Seite stehen. Sie können auch unsere Katalog wie Magswitch-Magnetgreifer in verschiedenen Branchen und Anwendungen eingesetzt werden.

Häufig gestellte Fragen

Wie bestimme ich den Kohlenstoffgehalt in meinem Stahl?

Das Engineering-Team von Magswitch hat eine Datenbank zur Metallchemie für viele gängige Stahlsorten zusammengestellt und kann Ihnen bei der Dimensionierung des Magneten helfen und eine Leistungsminderung basierend auf der genauen Materialqualität richtig einschätzen.

Die Bestimmung des Kohlenstoffgehalts in Stahl ist entscheidend, um dessen Eigenschaften und Eignung für verschiedene Verwendungszwecke zu verstehen. Hier sind einige häufig eingesetzte Techniken:

• Verbrennungsanalyse (LECO-Methode): Bei dieser Methode wird eine Stahlprobe in einem Sauerstoffstrom verbrannt, wodurch Kohlendioxid (CO2) entsteht. Die CO2-Menge wird dann mittels Infrarotabsorption ermittelt und liefert eine genaue Messung des Kohlenstoffgehalts
• Optische Emissionsspektroskopie (OES): Ein kleines Stück der Stahlprobe wird mit einem elektrischen Funken oder Lichtbogen verdampft, wodurch ein Plasma entsteht. Die Lichtemissionen dieses Plasmas werden untersucht, um den Kohlenstoffgehalt zu bestimmen.
• Infrarot-Absorptionsspektroskopie: Wie bei der Verbrennungsanalyse beruht dieser Ansatz auf der Erkennung von Infrarotlicht, das von CO2 absorbiert wird, das bei der Verbrennung der Stahlprobe entsteht.
• Röntgenfluoreszenzspektroskopie (XRF): Bei dieser nichtinvasiven Technik werden Röntgenstrahlen eingesetzt, um Atome im Stahl anzuregen, was zur Emission sekundärer Röntgenstrahlen führt. Diese sekundären Röntgenstrahlen werden untersucht, um den Kohlenstoffgehalt festzustellen.
• Funkenprüfung: Bei diesem vergleichsweise qualitativen Verfahren wird Stahl an einer Schleifscheibe gerieben, um Funken zu erzeugen. Die Analyse der Funkenmuster kann im Vergleich mit etablierten Standards Aufschluss über den Kohlenstoffgehalt geben.

Jede dieser Methoden bietet bestimmte Vor- und Nachteile, sodass die Auswahl auf der erforderlichen Präzision, der verfügbaren Ausrüstung und der beabsichtigten Anwendung basiert.

Hat Restmagnetismus Auswirkungen auf das Lichtbogenschweißen?

Bei korrekter Anwendung und Auswahl des richtigen Magswitch-Werkzeugs entspricht die Werkzeugsättigung der Magnetfeldtiefe und der Dicke des zu bearbeitenden Materials. Dadurch wird die Beeinflussung des Lichtbogenstoßes oder der Lichtbogenablenkung beim Lichtbogenschweißen durch „Streufluss“ minimiert.

Was ist Streumagnetfluss?

Streumagnetfluss, auch Streumagnetfeld genannt, ist der Teil des Magnetfelds, der von seinem beabsichtigten Weg abweicht. Dies kann in verschiedenen Zusammenhängen wie elektrischen Geräten oder in der Nähe von Permanentmagneten auftreten. Zu den wichtigsten zu berücksichtigenden Punkten gehören:

Herkunft: Sie entsteht durch die innere Magnetisierung von Magneten oder durch Ströme in Leitern.

Einfluss: Dieser Fluss kann die Funktion benachbarter elektronischer Geräte und Sensoren stören und Fehler oder Fehlfunktionen verursachen.

Schadensbegrenzung: Um den Streufluss zu verringern, können Abschirmungen eingesetzt, Materialien mit hoher Permeabilität ausgewählt und Schaltkreise so konzipiert werden, dass Leckagen begrenzt werden.

Was ist magnetische Lichtbogenblasung oder Lichtbogenablenkung?

Lichtbogenablenkung beim Schweißen, oft auch als Lichtbogenblasung bezeichnet, tritt auf, wenn der Schweißlichtbogen von seinem vorgesehenen Weg abweicht. Dies kann verschiedene Ursachen haben, darunter Störungen des Magnetfelds um den Schweißbereich herum. Lichtbogenblasung tritt auf, wenn das Magnetfeld durch externe Quellen gestört wird, was zu einer Ablenkung des Lichtbogens führt. Dies kann Probleme wie mangelnde Wurzeldurchdringung, mangelnde Verschmelzung, Hinterschneidungen und Poren verursachen. Lichtbogenblasung kann zu einer unregelmäßigen Schweißnaht, verringerter Durchdringung und Defekten wie Porosität und Rissen führen.