下载
加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 等离子枪和等离子体冷炉床_0

等离子枪和等离子体冷炉床_0.doc

等离子枪和等离子体冷炉床_0

无止境菂等待
2017-11-11 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《等离子枪和等离子体冷炉床_0doc》,可适用于高等教育领域

等离子枪和等离子体冷炉床等离子枪和等离子体冷炉床等离子体冷炉床是通过电能转化为等离子弧的能量轰击熔化金属的一种装置。当电流通过气体时使气体电离形成等离子弧发出弧光利用弧光发出的热量熔炼高度活泼的金属或合金。等离子体被称为物质的第四态是由电子、离子及中性粒子组成。虽然存在正、负电荷但在整体上等离子体是中性的。形成等离子弧的气体介质一般用氩气冈为氩气的电离功率较小易于电离价格比较低廉在钛合金熔炼过程中又起到保护的作用。但从热效率上说氦气更是首选的介质其熔炼速率大约是氩气的倍但目前在国内氦气的成本相对要高得多。普通电弧炉中的电弧也是等离子体不过其电离程度较低。等离子电热是电弧电热的改进和强化。在工业应用上等离子弧是通过等离子枪实现的。等离子枪由含钍的钨电极和水冷的等离子枪体组成实用的等离子枪分为非转移弧和转移弧两种如图所示。非转移弧等离子枪功率较小在熔炼和铸造行业中主要采用转移弧等离子枪。图等离子枪示意图(a)非转移弧等离子枪(b)转移弧等离子枪被加热材料等膏子弧喷舅直流电源钨或钨钍阴极工业等离子体熔炼炉系统在生产钛及镍基合金中应用转移弧等离子枪(transferredarcplasma)。因为这些被熔化的合金都是导电的使用转移弧等离子枪使输入的能量更多地用于熔化金属工件上。高效率地利用电能以获得高的熔化速率此外因为转移弧枪仅仅需要一个电极设备的易损件相对减少和经济。转移弧枪有一个比较宽的功率范围其功率的范围是弧长和电流的函数。在工业应用中阴极常设计成水冷空心的阴极工作介质气体顺着阴极高速流入在负极的钨棒与正极的工件之间产生等离子弧。空心电极扩大了阴极的工作面因而增大了气体的电离度。在横向(等离子弧在水冷的喷嘴壁和磁场的作用下向中心压缩变细从而形成一束能量集中弧柱细长的高温等离子弧它比自由电弧具有较好的稳定性、较大的长度和较广的扫描能力因而等离子弧在熔炼和铸造中具有独特的优势比一般电弧温度高得多。有资料指出氩弧等离子束中心可达而一般电弧最高温度只到。此外这种等离子束的流速很高为ms冲击到被加热金属上可以使金属迅速加热和熔化这种热能转化的过程与普通电弧基本相同但其截面较小长度较长所以称为压缩型等离子弧。等离子枪是等离子体熔炼炉的核心部件而关键是电极的设计和应用一般分为固定的弧柱和螺旋的弧柱其中获得螺旋型的弧柱是最佳的这种弧柱更为稳定。美国Retech公司设计制造的转移弧等离子枪在长期的生产实践中得到了广泛应用。他们设计的得到螺旋型等离子弧的电极实际上是空心的并且是无氧纯铜制造的简单原理如图所示。采用直流高压电源以维持等离子弧柱。等离子枪的主要零件是电极、气环和喷嘴。电极和喷嘴直接由水冷却。气体通过气环如何以螺旋的方式进入电极的端部呢,气环使氩气或氮气呈切线方向注入形成要求的螺旋气流。而电极是一个带有盲孔的圆形的管。气体的螺旋运动在电极的整个内腔伸展至弧图转移弧的等离子枪的终端。这种设计有效地提供了h以上的电极寿命。这种螺旋运动保证了获得稳定可控的等离子弧柱并适合于喂人不同形式的原材料如散料、颗粒状的或块状的原材料。这时弧柱的长短宽窄变化比较大弧柱能直接打在各种原料上而不发生漂移。这种螺旋形的等离子弧柱的另一个特点是可以在环境气压很宽的范围等离子体冷炉床的雾化制粉装置示意图图北京所KWPAM等离子体冷炉床熔铸炉外观Retech公司的(PAM)等离子弧熔炼炉Photoofaplasmaarctorchinsideameltchamberheatingapoolofmoltentitanium一种等离子弧焊炬活性金属熔体钛锆硅熔体(右)双模式等离子炬操作Retech大型等离子熔炼炉室用于钛锭生产等离子体冷炉床熔炼具有以下的优点:()等离子体作为热源熔炼钛合金时等离子枪是在接近大气压的惰性气氛下工作可以防止Al、Sn、Mn、Cr等高挥发性元素的挥发可以实现高合金化和复杂合金化钛合金元素含量的精确控制而电子束冷炉床必须在高真空条件下熔炼因此熔炼含高挥发性元素的钛合金就比较困难合金的化学成分无法精确控制。()等离子枪产生的He或Ar等离子束是高速和旋转的对熔池冷炉床熔炼技术的应用冷炉床熔炼技术在多年的时间内得到了迅猛发展。目前世界上能生产冷炉床的公司主要有四家即美国的Retech公司、Consarc岔司德国的ALD公司和乌克兰的巴顿焊接研究所等。其中Retech公司装备了世界上大部分的PAM炉子。目前美国拥有世界上大部分的PAM炉子且开发时间早如GEAE发动机公司在年就与Allvac公司采用PAMVAR工艺生产钛合金用于发动机部件等关键应用领域。经过十几年的大力发展美国具备了批量生产优质钛合金铸锭的能力目前装备的冷炉床熔炼能力已占美国钛总熔炼能力的其中是采用等离子体冷炉床生产的。单台设备的功率也在提高如美国RMI公司在年安装了一台支枪的等离子体冷炉床总功率lkW可生产圆锭和扁锭质量可达kg。采用PACHM一次熔炼生产钛铝铸锭最大尺寸达,mm质量为kg挤压和锻造成涡轮盘件。俄罗斯的上萨尔达冶金生产联合体(VSMPO)于年安装了美国Retech公司生产的t级的等离子体冷炉床熔炼炉如图所示。该设备有支等离子枪功率为MW可生产圆锭也可生产扁锭圆锭的最大直径可达lmm扁锭的最大截面尺寸为mm×mm质量可达kg可直接投入板坯生产年生产能力预计为t。随着VSMPO新的等离子体冷炉床的投产目前世界范围俄罗斯上萨尔达冶金生产联合体的t级等离子体冷炉床示意图(b)俯视图(a)侧视图等离子冷床炉熔炼示意图等离子冷床炉熔炼示意图钛熔炼实景Retech等离子电弧加热熔炼在个大气压下圆柱电弧内部的温度在K等离子冷床炉熔炼示意图乌克兰的ANTARES公司钛扁锭两台巴顿熔炉可生产两种尺寸的钛锭(直径分别为毫米及毫米)钛板材的规格为xx毫米宝钢KW枪等离子冷床炉外观(吨年)宝钢特钢离子束冷床冶炼炉从美国RETECH公司引进一套当代最先进的冶炼炉。主要由熔炼室、拉锭室、加料室、熔炼枪、各类介质管道等组成设备总高米、长米、宽米分地上三层地下一层拉锭室垂直度测量达到千分之零点一(外方技术要求千分之零点五)。据资料介绍采用冷炉床熔炼技术生产的钛合金已经应用于FA飞机的F和F发动机上并将逐步扩大应用于F、F飞机的Fl发动机、V直升机的T发动机、F和飞机的F发动机、B飞机的F发动机及F飞机的F发动机中。冷炉床熔炼技术的发展冷炉床熔炼技术的开发与应用要求达到两个目标:一是提高钛合金的冶金质量即成分均匀、无夹杂和控制铸锭组织二是提高工艺的经济性简化工艺广泛使用各种原料和回收料。此外等离子冷炉床在熔炼高铝、高熔点组元的钛合金方面有不可取代的功能。多年来冷炉床熔炼无论在设备还是在T艺技术方面都得到了迅速的发展。在结构方面对于工业生产型熔炼装置由于技术定位除了对容量、电子枪(或等离子枪)的功率和数量有不同的选择外根据熔炼原材料的不同(如颗粒料、块料或压制的电极棒)采用不同的进料方式和进料口(如电子束冷炉床有两个进料斗和一个加长的电极棒进料器)并按不同的产品(锭型)配置不同的铸锭结晶器。但是冷炉床最重要的改进是采用双室(或多室)结构扩大炉床把熔化和精炼部分适当分开从而适当延长金属(合金)在液态停留的时间使精炼、净化进行更充分如图所示的C型电子束冷炉床和等离子冷炉床。C型冷炉床之所以可能实现主要在于电子枪技术的进步特别是电子束的聚束与偏转扫描系统的改进使电子枪的工作距离增加到mm扫描频率达到lkHz可以根据工艺的需要通过计算机设定热源的扫描形式和覆盖范围。工艺方面目前应用中比较成熟的熔炼工艺路线是CHMVAR。以充分发挥冷炉床和真空自耗熔炼各自的优点改善在等离子熔炼过程中可能存在提高惰性气体含量的情况并改善了铸锭的表面质量。数值模拟方面为了改进和优化冷炉床熔炼工艺美国NCEMT(NationalCenterforExcellenceinMetalworkingTechnology)公司开发了一个冷炉床熔炼模拟COMPACT软件系统该系统可以模拟熔体流动、热量和物质转移、电磁场、等离子束、夹杂物熔化、铸锭凝固和宏观偏析、晶粒长大和微观偏析等。这套模拟系统已转到钛合金的生产商(如Allvac)以指导实践生产出优异的钛合金铸锭。同时正在开发只采用单一的冷炉床熔炼技术。根据目前的研究结果来看单一的冷炉床熔炼工艺对于航空结构件用钛合金也是可行的。通过减少熔炼次数和炉床熔炼生产扁锭的优势可以节约加工成本~。美国从年月到年月期间通过由空军ManTech项目的资助进行了单一的EBM和单一的PAM炉床熔炼技术的研究结果认为是可行的。如美国THT公司采用MW电子束冷炉床一次熔炼成直径为mm的TiAIV合金锭铸锭成分均匀Al、V质量分数的标准偏差不大于。与传统的钛合金相比钛铝基金属间化合物是非常难以熔炼和加工的。铸态粗晶组织的塑性很差生产大型钛铝铸锭是一个非常大的挑战。美国Allvac公司采用两台等离子体冷炉床(一台炉子为枪总功率为kW另一台为枪总功率为lkW)尝试了生产小型和大型铸锭生产的铸锭尺寸可为,mm质量为kg。此外J(A(Silvus等人总结了TeledyneAllvac公司和Retech公司曾经在等离子体冷炉床上进行了以种子形式加入各种夹杂的钛合金熔炼研究熔制了两个,mm×lmm的圆锭目的是研究高密度夹杂、低密度央杂在等离子体冷炉床熔炼过程中消除的程度。谨慎地加人的杂质种子包括钽、碳化钨、氮化的海绵钛颗粒和TiAlV的回收料。基体合金的成分为TiAIV。等离子气体为氦气炉子的气氛为lllkPa。,mm锭型经过变形成,mm圆棒在X射线和超声波检查中未发现任何高密度和低密度夹杂。因为对于,mm的圆棒是很容易通过无损检测方法发现夹杂的。在X射线检查冷炉床的凝壳时发现了钽和碳化钨型高密度夹杂的颗粒。钽和碳化钨高密度夹杂在凝壳中的分布位置如图所示。未能熔化的高密度夹杂沉积在炉床的凝壳中纯净的钛液通过浇注槽流入拉锭坩埚凝固形成铸锭。钽和碳化钨高密度夹杂在凝壳中的分布位置图W(R(Chinins等人为了深入研究等离子体冷炉床熔炼技术和开发航空优质钛合金坯料正在多方面开展工作:(l)开发先进的参数测试仪器如熔化表面高温计、熔池金属深度传感器、工艺气体的化学分析仪()确定实际的工艺窗口如杂质种子与工艺参数的关系、炉床熔体保留时间的测量、缺陷跟踪试验等()工艺的数值模拟工作并取得了多项的突破。

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

文档小程序码

使用微信“扫一扫”扫码寻找文档

1

打开微信

2

扫描小程序码

3

发布寻找信息

4

等待寻找结果

我知道了
评分:

/7

等离子枪和等离子体冷炉床_0

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利