鋁合金熔體高效除氣裝置及基于該裝置的除氣方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是鋁合金熔體質(zhì)量?jī)艋I(lǐng)域，具體涉及一種基于功率超聲及旋轉(zhuǎn)吹 氣法的復(fù)合式鋁合金熔體除氣凈化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著大型鋁合金構(gòu)件的應(yīng)用越來(lái)越多，對(duì)構(gòu)件的要求也越來(lái)越高，除了要保證其 化學(xué)成分、力學(xué)性能和尺寸精度外，還不允許鑄件有縮孔、氣孔、滲漏、夾渣等缺陷。然而，若 沒(méi)有高質(zhì)量的鋁合金熔液，即使后續(xù)的變質(zhì)、晶粒細(xì)化處理再有效，鑄造和熱處理工藝再合 理，加工成形控制技術(shù)再先進(jìn)，缺陷一旦從開(kāi)始產(chǎn)生，就會(huì)頑固地存在，并難以彌補(bǔ)，也就不 可能獲得高質(zhì)量的構(gòu)件。鋁合金在熔煉過(guò)程中存在吸氣（主要是氫氣）的問(wèn)題，由于氫在固 態(tài)的鋁合金中溶解度很小，當(dāng)鋁合金熔體開(kāi)始凝固時(shí)，氫以氣體的形態(tài)析出；凝固后，未能 離開(kāi)鋁合金熔體的氣體就會(huì)留在鑄件中形成氣孔或縮松等缺陷。這些缺陷的存在，會(huì)嚴(yán)重 削弱鑄件的強(qiáng)度、腐蝕抗性和導(dǎo)電性等，影響鑄件表面質(zhì)量，而鋁合金熔體除氣處理是消除 缺陷保證生產(chǎn)高質(zhì)量鋁合金構(gòu)件的基本措施之一，也是提高鋁合金綜合性能的主要手段。
[0003]因此，為獲得高質(zhì)量鋁合金構(gòu)件，有必要研究并采用先進(jìn)的鋁熔體除氣處理方法， 去除鋁液中的氣體和夾雜物。已經(jīng)發(fā)展了各種鋁熔體除氣處理方法，去除鋁合金熔體中的 氣體和夾雜物。但生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)各種除氣方法都有一定的局限性和優(yōu)缺點(diǎn)：有的方法除氫除 雜設(shè)備成本巨大，有的方法關(guān)鍵零部件使用壽命較短，有的方法污染比較嚴(yán)重，有的方法除 氣效果不佳。更為重要的是，采用單一方法很難達(dá)到高效除氣的高要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有鋁合金熔體除氣效果不佳，存在的除氣效率不高以及高能耗 的問(wèn)題，提出了一種利用功率超聲和旋轉(zhuǎn)吹氣法復(fù)合式的鋁合金熔體除氣裝置以及基于該 裝置的除氣方法。
[0005]鋁合金熔體高效除氣裝置及基于該裝置的除氣方法，它包括凈化氣瓶、絲杠、功率 超聲變幅桿、功率超聲發(fā)射體、第一支架、導(dǎo)桿、功率超聲電源、電氣控制柜、功率超聲工具 桿、石墨轉(zhuǎn)子、第一異步電機(jī)、電機(jī)電源、第二異步電機(jī)、上下移動(dòng)平臺(tái)、石墨坩堝、熔煉爐、 凈化氣體輸送軟管、絲杠螺母、第二支架、第三支架、第四支架、第五支架、第一數(shù)據(jù)傳輸線、 第二數(shù)據(jù)傳輸線、第三數(shù)據(jù)傳輸線、第四數(shù)據(jù)傳輸線、第一異步電機(jī)輸出軸、第二異步電機(jī) 輸出軸、上下移動(dòng)平臺(tái)支架組成。所述的凈化氣瓶安裝在第五支架上，凈化氣瓶的氣體輸出 端通過(guò)凈化氣體輸送軟管與石墨轉(zhuǎn)子的進(jìn)氣端連接。所述的石墨轉(zhuǎn)子通過(guò)與上下移動(dòng)平臺(tái) 支架固定在上下移動(dòng)平臺(tái)上。所述的絲杠的兩端和導(dǎo)桿的兩端與第一支架和第三支架相連 接。所述的石墨轉(zhuǎn)子與第二異步電機(jī)的第二異步電機(jī)輸出軸相連接。所述的功率超聲電源 通過(guò)第一數(shù)據(jù)傳輸線與功率超聲發(fā)射體電氣連接，功率超聲發(fā)射體與功率超聲變幅桿剛性 連接，功率超聲變幅桿與功率超聲工具桿剛性連接，功率超聲工具桿固定在上下移動(dòng)平臺(tái) 上。所述的電氣控制柜與功率超聲電源電氣連接。所述的上下移動(dòng)平臺(tái)一端通過(guò)絲杠螺母 配合與絲杠相連接，上下移動(dòng)平臺(tái)另一端與導(dǎo)桿連接。所述的絲杠與第一異步電機(jī)的第一 異步電機(jī)輸出軸相連接。所述的第一異步電機(jī)通過(guò)第二數(shù)據(jù)傳輸線與電機(jī)電源電氣連接。 所述的第二異步電機(jī)通過(guò)第三數(shù)據(jù)傳輸線與電機(jī)電源電氣連接。所述的電機(jī)電源通過(guò)第四 數(shù)據(jù)傳輸線與電氣控制柜電氣連接。所述的第四數(shù)據(jù)傳輸線安裝在支架、第一支架、第二支 架中。所述的第一支架、第二支架、第三支架、第四支架、第五支架之間均為剛性連接。
[0006] 所述的電氣控制柜通過(guò)第四數(shù)據(jù)傳輸線控制電機(jī)電源，以及通過(guò)第一數(shù)據(jù)傳輸線 控制率超聲電源，電氣控制柜可以同時(shí)啟動(dòng)功率超聲電源和第二異步電機(jī)，實(shí)現(xiàn)功率超聲 工具桿和石墨轉(zhuǎn)子在熔體中同時(shí)作用。電氣控制柜也可以分別啟動(dòng)功率超聲電源和第二異 步電機(jī)，實(shí)現(xiàn)功率超聲工具桿和石墨轉(zhuǎn)子的分別在熔體中作用。
[0007] 所述的電氣控制柜通過(guò)第四數(shù)據(jù)傳輸線控制電機(jī)電源進(jìn)而實(shí)現(xiàn)第一異步電機(jī)工 作，并通過(guò)第一異步電機(jī)輸出軸帶動(dòng)絲杠和導(dǎo)桿產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)上下移動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生向上或者 向下的位移。
[0008] 鋁合金熔體高效除氣方法包括以下步驟： 步驟一、打開(kāi)凈化氣瓶的出氣開(kāi)關(guān)，使石墨轉(zhuǎn)子中通入凈化氣體； 步驟二、電氣控制柜發(fā)出控制信號(hào)，啟動(dòng)第一異步電機(jī)，使上下移動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生向下位 移，同時(shí)使功率超聲工具桿和石墨轉(zhuǎn)子進(jìn)入到石墨坩堝中； 步驟三、電氣控制柜發(fā)出控制信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)功率超聲電源和第二異步電機(jī)，使功率超 聲工具桿和石墨轉(zhuǎn)子同時(shí)在鋁合金熔體中作用，即功率超聲工具桿產(chǎn)生一定頻率、振幅的 超聲振動(dòng)，同時(shí)石墨轉(zhuǎn)子以一定轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)吹氣； 步驟四、功率超聲工具桿和石墨轉(zhuǎn)子在鋁合金熔體中作用一段時(shí)間后，由電氣控制柜 發(fā)出控制信號(hào)，使上下移動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生向上位移，帶動(dòng)功率超聲工具桿和石墨轉(zhuǎn)子復(fù)位，之后 切斷凈化氣瓶的出氣開(kāi)關(guān)，完成除氣工作。
[0009] 有益效果:本發(fā)明通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)吹氣和功率超聲復(fù)合除氣關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，將兩 種除氣方法進(jìn)行有效復(fù)合，聯(lián)合除氣，進(jìn)而研究復(fù)合式除氣的工藝參數(shù)。與傳統(tǒng)工藝比較， 既體現(xiàn)了二者復(fù)合式高效除氣的優(yōu)勢(shì)，既避免了單一旋轉(zhuǎn)噴吹除氣因除氣時(shí)間長(zhǎng)而需要耗 費(fèi)大量氮?dú)饣驓鍤夂吐葰獾娜秉c(diǎn)，又體現(xiàn)了功率超聲除氣無(wú)排放無(wú)污染的優(yōu)勢(shì)，滿足了現(xiàn) 代航空航天、信息產(chǎn)業(yè)、交通運(yùn)載等高技術(shù)領(lǐng)域?qū)︿X合金構(gòu)件的高質(zhì)量要求，又發(fā)揮了功率 超聲除氣的優(yōu)點(diǎn)，滿足環(huán)保要求，有效節(jié)約能源，改善環(huán)境，提高生產(chǎn)效率。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為【具體實(shí)施方式】一和【具體實(shí)施方式】八所述的鋁合金熔體高效除氣裝置及基于 該裝置的除氣方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]
【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1說(shuō)明本【具體實(shí)施方式】，本【具體實(shí)施方式】所述的鋁合金熔 體高效除氣裝置及基于該裝置的除氣方法它包括凈化氣瓶1、絲杠2、功率超聲變幅桿3、功 率超聲發(fā)射體4、第一支架5、導(dǎo)桿6、功率超聲電源7、電氣控制柜8、功率超聲工具桿9、石墨 轉(zhuǎn)子10、第一異步電機(jī)11、電機(jī)電源12、第二異步電機(jī)13、上下移動(dòng)平臺(tái)14、石墨坩堝15、熔 煉爐16、凈化氣體輸送軟管1-1、絲杠螺母2-1、第二支架5-1、第三支架5-2、第四支架5-3、第 五支架5-4、第一數(shù)據(jù)傳輸線6-1、第二數(shù)據(jù)傳輸線12-1、第三數(shù)據(jù)傳輸線12-2、第四數(shù)據(jù)傳 輸線12-3、第一異步電機(jī)輸出軸11-1、第二異步電機(jī)輸出軸13-1、上下移動(dòng)平臺(tái)支架14-1組 成。所述的凈化氣瓶1安裝在第五支架5-4上，凈化氣瓶1的氣體輸出端通過(guò)凈化氣體輸送軟 管1-1與石墨轉(zhuǎn)子10的進(jìn)氣端連接。所述的石墨轉(zhuǎn)子10通過(guò)與上下移動(dòng)平臺(tái)支架14-1固定 在上下移動(dòng)平臺(tái)14上。所述的絲杠2的兩端和導(dǎo)桿6的兩端與第一支架5和支架第三支架5-2 相連接。所述的石墨轉(zhuǎn)子10與第二異步電機(jī)13的第二異步電機(jī)輸出軸13-1相連接。所述的 功率超聲電源7通過(guò)第一數(shù)據(jù)傳輸線6-1與功率超聲發(fā)射體4電氣連接，功率超聲發(fā)射體4與 功率超聲變幅桿3剛性連接，功率超聲變幅桿3與功率超聲工具桿9剛性連接，功率超聲工具 桿9固定在上下移動(dòng)平臺(tái)14上。所述的電氣控制柜8與功率超聲電源7電氣連接。所述的上下 移動(dòng)平臺(tái)14 一端通過(guò)絲杠螺母2-1配合與絲杠2相連接，上下移動(dòng)平臺(tái)14另一端與導(dǎo)桿6連 接。所述的絲杠2與第一異步電機(jī)11的第一異步電機(jī)輸出軸11-1相連接。所述的第一異步電 機(jī)11通過(guò)第二數(shù)據(jù)傳輸線12-1與電機(jī)電源12電氣連接。所述的第二異步電機(jī)13通過(guò)第三數(shù) 據(jù)傳輸線12-2與電機(jī)電源12電氣連接。所述的電機(jī)電源12通過(guò)第四數(shù)據(jù)傳輸線12-3與電氣 控制柜8電氣連接。所述的第四數(shù)據(jù)傳輸線12-3安裝在支架5-3、第一支架5、第二支架5-1 中。所述的第一支架5、第二支架5-1、第三支架5-2、第四支架5-3、第五支架5-4之間均為剛 性連接。
【具體實(shí)施方式】 [0012] 二、本與一所述的鋁合金熔體高效除氣 裝置及基于該裝置的除氣方法的區(qū)別在于，所述的電氣控制柜8通過(guò)第四數(shù)據(jù)傳輸線12-3 控制電機(jī)電源12,以及通過(guò)第一數(shù)據(jù)傳輸線6-1控制率超聲電源7,電氣控制柜8可以同時(shí)啟 動(dòng)功率超聲電源7和第二異步電機(jī)13,實(shí)現(xiàn)功率超聲工具桿9和石墨轉(zhuǎn)子10在熔體中同時(shí)作 用。電氣控制柜8也可以分別啟動(dòng)功率超聲電源7和第二異步電機(jī)13,實(shí)現(xiàn)功率超聲工具桿9 和石墨轉(zhuǎn)子10的分別在熔體中作用。
【具體實(shí)施方式】 [0013] 三、本與一所述的鋁合金熔體高效除氣 裝置及基于該裝置的除氣方法的區(qū)別在于，所述的電氣控制柜8通過(guò)第四數(shù)據(jù)傳輸線12-3 控制電機(jī)電源12進(jìn)而實(shí)現(xiàn)第一異步電機(jī)11工作，并通過(guò)第一異步電機(jī)輸出軸11-1帶動(dòng)絲杠 2和導(dǎo)桿6產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)上下移動(dòng)平臺(tái)14產(chǎn)生向上或者向下的位移。
【具體實(shí)施方式】 [0014] 四、本與一所述的鋁合金熔體高效除氣 裝置及基于該裝置的除氣方法的區(qū)別在于，所述旋轉(zhuǎn)吹氣和功率超聲可以同時(shí)在熔體中除 氣，也可以分別在熔體中除氣。
【具體實(shí)施方式】 [0015] 五、本與一所述的鋁合金熔體高效除氣 裝置及基于該裝置的除氣方法的區(qū)別在于，所述第一支架5、第二支架5-1、第三支架5-2、第 四支架5-3、第五支架5-4均為方管空心結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】 [0016] 六、本與一所述的鋁合金熔體高效除氣 裝置及基于該裝置的除氣方法的區(qū)別在于，所述功率超聲電源7為頻率可調(diào)電源。
【具體實(shí)施方式】 [0017] 七、結(jié)合圖1說(shuō)明本，本與 一所述的鋁合金熔體高效除氣裝置及基于該裝置的除氣方法的區(qū)別在于，所述的功率超聲 電源7通過(guò)第一數(shù)據(jù)傳輸線6-1與功率超聲發(fā)射體4電氣連接，功率超聲發(fā)射體4與功率超聲 變幅桿3剛性連接，功率超聲變幅桿3與功率超聲工具桿9剛性連接，功率超聲工具桿9固定 在上下移動(dòng)平臺(tái)1