真空自耗电弧炉熔炼技术和铸锭质量问题

综述了当今真空自耗电弧炉装备和先进的钛熔炼工艺技术特点，讨论了钛铸锭存在的质量问题以及产生的原因和解决办法。     

钛真空自耗电弧炉熔炼技术发展概况及未来展望

1前言众所周知,钦及钛合金具有[质量]密度低、强度高、耐高温、耐腐蚀等一系列优异性能,正在愈来愈广泛地应用于航空航天、化工、冶金、石油化工等领域．钛熔炼作为材料生产中的头一道工序,其重要性是可想而知的．熔炼过程中产生的冶金缺陷,如们祈、夹杂等,影响材料的最终性能,甚至造成废品．目前,世界各国钛锭的主要生产方法都是采用真空自耗电弧炉熔炼（VAR）法,该方法的主要特点是烙炼速度快、能生产大型铸锭、可基本满足一般工业的要求n’．迄今为止,VAR技术已经有40余年的运作业绩．本文对钛真空自耗电弧炉熔炼技术的发展…     

真空非自耗电弧熔炼温度场模拟及熔炼效果评估

采用ANSYS软件模拟真空非自耗电弧炉熔炼TiAl基和NbSi基合金的熔炼过程,通过模拟得到熔炼过程中的温度场数据,同时计算合金锭不同位置的冷却曲线以及相应的冷却速度曲线.并结合实际熔炼的Ti-47Al-2Cr-2Nb及Nb-16Si-22Ti-2Al-2Cr-2Hf合金锭,分析不同冷却速度节点处的微观组织均匀性.结果表明,冷却速度不同,导致合金锭微观组织不均匀,说明真空非自耗电弧熔炼方法虽简单易行,但其组织不均匀性影响了较大尺寸高温合金铸件的品质.     

钛及钛合金真空自耗熔炼爆炸预警系统研制

钛及钛合金主要采用真空自耗电弧炉熔炼,但熔炼过程中存在严重的爆炸风险。通过对钛及钛合金真空自耗熔炼爆炸机理及征兆要素的分析,提出一种钛及钛合金真空自耗熔炼爆炸预警系统。系统采集真空度、熔炼电压、熔炼电流、冷却水温度和冷却水流量等征兆参数,构建了基于模糊神经网络的爆炸预警模型,依据爆炸征兆要素实现钛及钛合金真空自耗熔炼爆炸风险预警。实际运行结果表明,该预警系统能够实现真空自耗电弧炉爆炸预警,提高钛及钛合金冶炼的安全性。     

汽提塔钛板衬里的等离子弧焊接

通过对工业纯钛的等离子弧的焊接工艺介绍，分析了钛的焊接要点，提出了钛在焊接时熔池和焊接区的保护措施，并从保护装置和喷嘴形式上做了改进，从而在合理的规范参数下获得满意的接头质量。     

低能、高效非转移弧等离子喷枪特性的研究

研究利用计算机数值模拟技术，采用有限容积方法，针对自制的低能耗，高效率内送粉等离子喷涂设备，对其喷枪内部和外部区域等离子体的速度场，温度场以及放电特性进行模拟计算。研究结果表明采用计算机数值技术能够较准确模拟等离子有关特性，为更加准确必优化喷涂工艺过程打下基础。     

真空自耗电弧炉熔炼钛锭偏析缺陷的分析与改进

目前,世界各国钛锭的主要生产方法仍是真空自耗电弧重熔（ＶＡＲ）法,该方法的特点是熔炼速度快,可生产大型铸锭,生产的铸锭基本上可满足一般工业的要求［１］． 真空自耗电弧炉熔炼和凝固结晶的基本特征是自耗电极不断地熔化,同时,铸锭自下而上地在结晶器中连续凝固增高．在熔化过程中,冷却条件、熔池形状和深度等均不是一成不变的,而且,合金元素在凝固结晶时的分配系数各异,这样,不可避免地使合金元素或化合物在树枝状晶间富集而形成偏析。虽然人们已采取各种防范措施,但由于合金成分、原料状况、工序质量控制、实际熔炼条件…     

真空自耗电弧熔炼过程中电磁场的数值模拟

采用ANSYS10.0软件建立电磁搅拌条件下真空自耗电弧熔炼过程三维电磁场数学模型,计算电流密度和磁场强度,并对比分析搅拌磁场对电磁力的影响.结果表明:电流沿坩埚壁向下流动,并在铸锭与坩埚的接触部位转为横向流动,在铸锭表面横向电流最大;随着熔炼的进行,铸锭上部自感磁场基本不变,下部的自感磁场强度减小;搅拌磁场的添加使得铸锭表面产生水平旋转洛伦兹力,且磁感应强度和功率损失随电流频率的增大而增大.     

真空自耗电弧炉熔速控制模型的实验研究

首先对真空自耗电弧炉称重模块采集的数据进行了处理,然后通过设计的试验建立了电极熔化速度与电弧电流之间的关系模型,最后提出了熔速控制的真空自耗电弧炉的系统设计方案。该系统设计已在现场投入使用。     

用真空自耗凝壳炉直接回收钛废料的研究

本文论述了用真空自耗凝壳炉直接回收钛废料的回收原理、回收方法及操作规程。通过各种分析和实验,回收钛铸件具有稳定的化学成分、优良的机械性能和极好的耐蚀性,完全符合泵、阀类等民用产品的使用要求。     

钛合金真空自耗电弧熔炼过程中温度场的数值模拟

采用ANSYS软件分析了真空自耗电弧熔炼(VAR)过程中温度场的分布规律,探讨了熔炼速率和冷却条件对VAR过程中熔池形貌的影响。结果表明,在一定熔炼速率下,VAR过程中温度场由初始阶段的动态过程逐渐演变为稳态过程;熔炼速率对VAR过程温度场影响显著,表现为随熔炼速度增大,VAR熔池变宽变深,达到稳态熔炼阶段的时间缩短;而冷却条件仅对VAR过程熔池达到稳态阶段的时间和铸锭高度略有影响。     

钛及钛合金自耗电极用双工位等离子焊箱电控系统研制

等离子焊箱是制备真空电弧熔炼用钛及钛合金自耗电极的重要设备。为了满足铸锭单重和产量增加对自耗电极制备能力的要求,研发了双工位等离子焊箱。该焊箱使用2套独立的焊接炉室,但共用1套冷却水、真空充氩系统,且由1套电控系统控制。基于现场总线,采用模块化控制结构研制了双工位等离子焊箱的电控系统,成功解决了双工位独立操作及联锁互锁控制的技术难点。实际运行效果达到了预期目标。     

空气等离子弧切割机的使用及常见故障检修方法

空气等离子弧切割是利用高温高速的强劲的等离子射流,将金属快速熔化并随即吹除,形成狭窄割缝。它不但能切割碳钢、铸铁等一般的金属材料,更重要的是能解决不锈钢、高温合金、钛合金、铜、铝及其它有色金属等氧—乙炔焰不能切割的问题,且其割缝整齐、切口光滑,热量集中、工件变形量小,不改变切口周围材料的物理性能。当采用非转移型等离子弧时还可以切割混凝土等非金属材料。由于空气等离子弧切割有许多氧—乙炔焰切割无法比拟的优越性,引起了国内外同行业专家的高度重视,使空气等离子弧切割设备的研制、生产和使用得到了快速发展。目前,国…     

真空自耗电弧熔炼电流对Ti-10V-2Fe-3Al铸锭凝固组织的影响

研究真宅自耗电弧熔炼(VAR)条件下熔炼电流对Ti-10V-2Fe-3Al合金凝固组织的影响,分析VAR熔炼中熔池内部的对流类型,基于安培定理,建立VAR熔炼条件下熔池中的洛仑兹力与电流、磁场及铸锭半径的关系.结果表明:熔炼电流较低时,浮力的影响占据主要地位,加速热量的散失,铸锭中组织细小;随着熔炼电流变大,熔池中电磁力(洛伦兹力)的影响逐渐占据主要地位,将表面的热量带入熔池内部,增大了温度梯度,使铸锭组织变得粗大.     

真空自耗电弧熔炼过程中搅拌线圈参数对TC17铸锭成分和组织影响的数值模拟与实验验证

采用MeltFlow VAR软件建立了真空自耗电弧熔炼（VAR）过程中温度、电磁、流动和溶质场的耦合模型,通过数值模拟与实验验证的方法研究了搅拌电流和周期对TC17钛合金铸锭成分和组织的影响规律。结果表明,铸锭中心的Cr元素浓度从底部逐渐升高,在铸锭头部100 mm范围内出现激增,与铸锭边缘和1/2半径处表现出不同的趋势。施加搅拌磁场,有利于铸锭心部Cr元素的降低和1/2直径处等轴晶区域宽度的减小。增加搅拌线圈电流或延长搅拌磁场的周期,可以降低铸锭心部Cr元素含量并减小1/2直径处等轴晶区域宽度。这主要是因为搅拌磁场引起的角速度,加剧了熔池内湍流的速度。采用工程化规格的TC17铸锭实物解剖可知,铸锭下部柱状晶生长方向发生扰动的位置与Cr含量上升的位置相对应,均与该位置搅拌磁场的作用相关。数值模拟结果与实验数据吻合较好。     

水冷铜坩埚非自耗电极电弧炉熔炼钛合金的组织及硬度研究

水冷铜坩埚非自耗电极电弧炉熔炼出的钛合金试样沿径向方向晶体组织由激冷层的等轴晶与柱状晶混合转化为柱状晶、树枝晶一直到等轴晶。基于一维温度场方程，建立了实验条件下液固界面的温度梯度随时间的关系及温度梯度与凝固速度之商和时间的关系，利用这些关系结合固液界面稳定性动力学原理解释了径向上晶体组织变化的原因。不同位置上的硬度不同，结合相应位置上的单位面积上的晶界长度LA及单位体积内的界面积Sv，基于塑性变形理论进行了合理解释。