專利名稱:水冷銅模激光熔煉爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熔煉合金的熔煉爐，更特別的是指一種利用激光束作為合金熔煉熱源的水冷銅模激光熔煉爐。
背景技術(shù)：
目前常用合金熔煉爐有1、水冷銅坩堝真空電弧熔煉紐扣爐此爐熔煉過程復(fù)雜、需要反復(fù)抽真空、反復(fù)翻轉(zhuǎn)熔煉3次以上，合金元素?zé)龘p揮發(fā)嚴(yán)重、化學(xué)成分變化大且難以控制、熔煉時(shí)間長(zhǎng)；存在鎢合金電極對(duì)合金的污染；合金成分及組織均勻性較低；只能熔煉鈕扣狀樣品，不能熔煉栓狀及長(zhǎng)栓狀鑄錠。
2、陶瓷耐火材料及石墨坩堝合金感應(yīng)熔煉爐此爐在熔煉過程中合金元素易于與陶瓷及石墨坩堝材料反應(yīng)，造成合金污染、影響合金的化學(xué)成分；陶瓷坩堝材料本身或合金元素與石墨坩堝的反應(yīng)產(chǎn)物容易進(jìn)入合金成為外來夾雜物；對(duì)陶瓷材料坩堝，由于受陶瓷耐火材料耐溫性能及強(qiáng)度的影響，難與熔煉熔點(diǎn)高于2000℃以上的高熔點(diǎn)合金。
3、電子束合金熔煉爐此爐爐體龐大，需要大型真空室、熔煉工藝復(fù)雜，熔池中合金元素在真空條件下?lián)]發(fā)嚴(yán)重。
4、自耗電極電渣重熔爐(ESR)此爐需要預(yù)先熔煉制備合金自耗電極、熔煉工藝十分復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用高功率激光束作為熔化合金的熱源，以高導(dǎo)熱水冷銅模作為合金熔煉容器，以金屬元素、合金及化合物粉末作為合金熔煉原材料的合金錠材快速熔煉與鑄錠成型裝置，適用于各種合金、各種難熔金屬、高熔點(diǎn)合金、高熔點(diǎn)金屬間化合物合金、各種高純凈合金、易污染合金、易于坩堝反應(yīng)活潑合金的熔煉。
一種水冷銅模激光熔煉爐，它包括爐體1、銅模2，還包括冷卻水裝置、氣氛保護(hù)裝置、上爐體4、上蓋5。上蓋5的底部設(shè)有銷子22，銷子22插入上爐體4的銷孔23中；上爐體4一端面上設(shè)有銷孔23，另一端采用密封件9同爐體1密封安裝在一起，氣氛保護(hù)裝置的氣氛保護(hù)氣體進(jìn)氣管7設(shè)在上爐體4上，保護(hù)氣體出氣孔8設(shè)在有保護(hù)氣體通過的氣氛保護(hù)腔6的四周內(nèi)壁上；爐體1和銅模2之間是冷卻水循環(huán)腔3，冷卻水循環(huán)腔3設(shè)有一進(jìn)水口10和一出水口11；同爐體1為一體的還有一緊固件18；熔煉合金的熱源采用的是激光束。
所述的熔煉爐，取消上蓋5，在上爐體4的上頂部增設(shè)了一個(gè)密封固定連接的激光窗口緊固件24、冷卻水循環(huán)腔19，激光窗口緊固件24周邊是冷卻水循環(huán)腔19，冷卻水循環(huán)腔19設(shè)一進(jìn)水口20和一出水口21，同時(shí)在上爐體4上還設(shè)有反充氣口15和真空抽氣口16。
所述的熔煉爐，取消上蓋5，在上爐體4的上頂部開設(shè)有一個(gè)以上的合金粉末輸入口14。
所述的熔煉爐，其合金熔煉鑄錠成型的形狀、大小由銅模的形狀、大小來確定。
所述的熔煉爐，其氣氛保護(hù)腔6中氣氛保護(hù)氣體采用的是惰性保護(hù)氣體。
本發(fā)明的裝置有如下的優(yōu)點(diǎn)1、充分利用聚焦激光束的高能量密度特點(diǎn)，進(jìn)行合金的無(wú)接觸、無(wú)污染快速熔煉，可以熔煉任何高熔點(diǎn)合金；2、無(wú)坩堝污染、無(wú)電極污染、無(wú)外來夾雜物，可熔煉各種高純潔度合金；3、利用金屬元素粉末、合金粉末及化合物粉末作為原材料，配料準(zhǔn)確、熔煉時(shí)間很短、合金元素幾乎無(wú)燒損、合金化學(xué)成分準(zhǔn)確；4、熔煉快速，熔煉短鑄錠每爐合金熔煉時(shí)間僅為20～60秒；包括裝料準(zhǔn)備時(shí)間在內(nèi)每爐不超過6分鐘；5、鑄錠化學(xué)成分及組織均勻、組織細(xì)小、鑄錠無(wú)中心縮孔、無(wú)宏觀化學(xué)成分偏析；6、可以快速熔煉各種高熔點(diǎn)、難熔金屬合金、高熔點(diǎn)金屬間化合物合金、貴重合金；7、可以快速熔煉易于與陶瓷耐火材料、石墨等坩堝材料反應(yīng)和易受坩堝污染的所有活潑金屬合金及其各種金屬間化合物合金；8、可以快速熔煉易分層、易偏析、高比重差合金；9、可以可以有效去除Sn、S、P、Te、Sb等有害雜質(zhì)，合金純凈度高
圖1是本發(fā)明立體剖視圖。
圖2是本發(fā)明主視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是采用抽真空的方法熔煉合金的上爐體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖3的激光窗口冷卻水循環(huán)腔A-A視圖。
圖5是采用多個(gè)合金原料輸送嘴熔鑄長(zhǎng)柱狀合金鑄錠的上爐體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是鑄長(zhǎng)柱狀鑄錠的銅模結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中 1.爐體 2.銅模 3.冷卻水循環(huán)腔 4.上爐體5.上蓋 6.氣氛保護(hù)腔 7.保護(hù)氣體進(jìn)氣管8.保護(hù)氣體出氣孔 9.密封件 10.進(jìn)水口 11.出水口12.合金粉末 13.合金粉末輸送管 14.合金粉末輸入口15.反充氣口 16.真空抽氣口 17.螺釘 18.緊固件19.激光窗口冷卻水循環(huán)腔 20.激光窗口冷卻水進(jìn)口21.激光窗口冷卻水出口 22.銷子 23.銷孔24.激光窗口緊固件 25.長(zhǎng)柱狀鑄錠具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖并列舉出具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，不能限制其權(quán)利要求
的范圍。
實(shí)施例1本發(fā)明的水冷銅模激光熔煉爐，它包括爐體1、銅模2、冷卻水裝置、氣氛保護(hù)裝置、上爐體4、上蓋5，上蓋5的底部設(shè)有銷子22，銷子22插入上爐體4的銷孔23中；上爐體4一端面上設(shè)有銷孔23，另一端采用密封件9同爐體1密封安裝在一起，氣氛保護(hù)裝置的進(jìn)氣管7設(shè)在上爐體4上，保護(hù)氣體出氣孔8設(shè)在有保護(hù)氣體通過的氣氛保護(hù)腔6的四周內(nèi)壁上；爐體1和銅模2之間是冷卻水循環(huán)腔3，冷卻水循環(huán)腔3設(shè)有一進(jìn)水口10和一出水口11；同爐體1為一體的還有緊固件18，緊固件18是用來固定爐體1的；熔煉合金的熱源采用的是激光束。
所述其熔煉鑄錠方法為(1)裝入10克混合的合金粉末料在水冷銅模中；(2)將上爐體安裝在爐體上；(3)接通冷卻水；(4)接通保護(hù)氣體；(5)移開上蓋，導(dǎo)入聚焦激光束進(jìn)行合金熔煉28秒；(6)冷卻2分鐘左右；(在實(shí)際操作中只要能取出就行，對(duì)冷卻時(shí)間的長(zhǎng)短不作要求)(7)關(guān)閉冷卻水；(8)關(guān)閉保護(hù)氣體；(9)從水冷銅模中取出鑄錠；(10)清理擦凈水冷銅模內(nèi)壁，以利下次使用。
此種水冷銅模激光熔煉爐適用于研究實(shí)驗(yàn)室熔煉短柱狀小尺寸合金鑄錠。(如圖2所示)實(shí)施例2本發(fā)明的水冷銅模激光熔煉爐，它包括爐體1、銅模2、冷卻水裝置、氣氛保護(hù)裝置、上爐體4、激光窗口緊固件24、激光窗口冷卻水循環(huán)腔19，上爐體4采用密封件9同爐體1密封安裝在一起，氣氛保護(hù)裝置的進(jìn)氣管7設(shè)在上爐體4上，保護(hù)氣體出氣孔8設(shè)在有保護(hù)氣體通過的氣氛保護(hù)腔6的四周內(nèi)壁上；爐體1和銅模2之間是冷卻水循環(huán)腔3，冷卻水循環(huán)腔3設(shè)有一進(jìn)水口10和一出水口11；同爐體1為一體的還有緊固件18，緊固件18是用來固定爐體1的；熔煉合金的熱源采用的是激光束。
該熔煉爐取消了上蓋5，在上爐體4(端面無(wú)銷孔23)的上頂部增設(shè)了一個(gè)密封固定連接的激光窗口緊固件24、激光窗口冷卻水循環(huán)腔19，激光窗口緊固件24周邊是激光窗口冷卻水循環(huán)腔19，激光窗口冷卻水循環(huán)腔19上設(shè)一進(jìn)水口20和一出水口21，同時(shí)在上爐體4上還設(shè)有反充氣口15和真空抽氣口16。
所述的熔煉鑄錠方法(1)裝入10克混合的合金粉末料在水冷銅模中；(2)接通冷卻水；(3)啟動(dòng)真空系統(tǒng)抽真空；(4)打開反充保護(hù)氣體；(5)導(dǎo)入聚焦激光束進(jìn)行合金熔煉30秒；(6)冷卻5分鐘；(在實(shí)際操作中只要能取出就行，對(duì)冷卻時(shí)間的長(zhǎng)短不作要求)(7)關(guān)閉真空系統(tǒng)；(8)關(guān)閉冷卻水；(9)關(guān)閉保護(hù)氣體；(10)從水冷銅模中取出鑄錠；(11)清理擦凈水冷銅模內(nèi)壁，以利下次使用。
此種水冷卻銅坩堝激光熔煉爐適用于實(shí)驗(yàn)室、小型企業(yè)鑄錠合金用。(如圖2、圖3所示)實(shí)施例3本發(fā)明的水冷銅模激光熔煉爐，它包括爐體1、銅模2、冷卻裝置、氣氛保護(hù)裝置、上爐體4，上爐體4采用密封件9同爐體1密封安裝在一起；氣氛保護(hù)裝置的進(jìn)氣管7設(shè)在上爐體4上，保護(hù)氣體出氣孔8設(shè)在有保護(hù)氣體通過的氣氛保護(hù)腔6的四周內(nèi)壁上，在上爐體4上頂部設(shè)有多個(gè)合金粉末輸入口14；爐體1和銅模2之間是冷卻水循環(huán)腔3，冷卻水循環(huán)腔3設(shè)有一進(jìn)水口10和一出水口11；同爐體1為一體的還有緊固件18，緊固件18是用來固定爐體1的；熔煉合金的熱源采用的是激光束。
合金粉未輸入口14根據(jù)工業(yè)上的運(yùn)用可以設(shè)置多個(gè)，主要是用來插入合金粉末輸送管13的。
所述的熔煉鑄錠方法(1)將合金粉末輸送管13經(jīng)合金粉未輸入口14插入上爐體4中；(2)接通冷卻水；(3)接通保護(hù)氣體；(4)打開粉末送料器；(合金粉末通過輸送管13向水冷銅模中連續(xù)輸送合金粉末原材料)進(jìn)行合金熔煉沉積直至送粉熔煉鑄錠完畢；(5)導(dǎo)人聚焦激光束；(在送料的同時(shí)打開光閘)(5)等待冷卻；(6)從水冷銅模中頂出棒狀鑄錠；(7)清理擦凈水冷銅模內(nèi)壁，以利下次使用。
在熔煉過程中，打開粉末送料器通過輸送管13向水冷銅模中連續(xù)輸送合金粉末原材料并同時(shí)打開光閘導(dǎo)人聚焦激光束進(jìn)行合金熔煉沉積。熔化過程中，邊送料熔化邊提升激光束交點(diǎn)位置，激光束焦點(diǎn)位置提升速度為單位時(shí)間鑄錠的增厚高度。
此種水冷卻銅模激光熔煉爐適用于企業(yè)生產(chǎn)長(zhǎng)柱狀合金鑄錠，適用于特種功能材料、稀有金屬與合金、精密合金、貴重金屬合金等材料致密、大尺寸、均勻鑄錠的生產(chǎn)。(如圖2、圖5、圖6所示)
權(quán)利要求
1.一種水冷銅模激光熔煉爐，它包括爐體(1)、銅模(2)，其特征在于還包括冷卻水裝置、氣氛保護(hù)裝置、上爐體(4)、上蓋(5)，上蓋(5)的底部設(shè)有銷子(22)，銷子(22)插入上爐體(4)的銷孔(23)中；上爐體(4)一端面上設(shè)有銷孔(23)，另一端采用密封件(9)同爐體(1)密封安裝在一起，氣氛保護(hù)裝置的氣氛保護(hù)氣體進(jìn)氣管(7)設(shè)在上爐體(4)上，保護(hù)氣體出氣孔(8)設(shè)在有保護(hù)氣體通過的氣氛保護(hù)腔(6)的四周內(nèi)壁上；爐體(1)和銅模(2)之間是冷卻水循環(huán)腔(3)，冷卻水循環(huán)腔(3)上設(shè)有一進(jìn)水口(10)和一出水口(11)；同爐體(1)為一體的還有一緊固件(18)；熔煉合金的熱源采用的是激光束。
2.一種水冷銅模激光熔煉爐，它包括爐體(1)、銅模(2)，其特征在于還包括冷卻水裝置、氣氛保護(hù)裝置、上爐體(4)、激光窗口緊固件(24)、激光窗口冷卻水循環(huán)腔(19)，上爐體(4)采用密封件(9)同爐體(1)密封安裝在一起，氣氛保護(hù)裝置的進(jìn)氣管(7)設(shè)在上爐體(4)上，保護(hù)氣體出氣孔(8)設(shè)在有保護(hù)氣體通過的氣氛保護(hù)腔(6)的四周內(nèi)壁上；爐體(1)和銅模(2)之間是冷卻水循環(huán)腔(3)，冷卻水循環(huán)腔(3)設(shè)有一進(jìn)水口(10)和一出水口(11)；同爐體(1)為一體的還有緊固件(18)，緊固件(18)是用來固定爐體(1)的；上爐體(4)的上頂部設(shè)有激光窗口緊固件(24)和激光窗口冷卻水循環(huán)腔(19)，激光窗口緊固件(24)周邊是激光窗口冷卻水循環(huán)腔(19)，激光窗口冷卻水循環(huán)腔(19)上設(shè)有一進(jìn)水口(20)和一出水口(21)；同時(shí)在上爐體(4)上還設(shè)有反充氣口(15)和真空抽氣口(16)；熔煉合金的熱源采用的是激光束。
3.一種水冷銅模激光熔煉爐，它包括爐體(1)、銅模(2)，其特征在于還包括冷卻裝置、氣氛保護(hù)裝置、上爐體(4)，上爐體(4)采用密封件(9)同爐體(1)密封安裝在一起；氣氛保護(hù)裝置的進(jìn)氣管(7)設(shè)在上爐體(4)上，保護(hù)氣體出氣孔(8)設(shè)在有保護(hù)氣體通過的氣氛保護(hù)腔(6)的四周內(nèi)壁上，在上爐體(4)上頂部設(shè)有多個(gè)合金粉末輸入口(14)；爐體(1)和銅模(2)之間是冷卻水循環(huán)腔(3)，冷卻水循環(huán)腔(3)設(shè)有一進(jìn)水口(10)和一出水口(11)；同爐體(1)為一體的還有緊固件(18)，緊固件(18)是用來固定爐體(1)的；熔煉合金的熱源采用的是激光束。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的熔煉爐，其特征在于合金熔煉鑄錠成型的形狀、大小由銅模的形狀、大小來確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的熔煉爐，其特征在于合金熔煉鑄錠成型的形狀、大小由銅模的形狀、大小來確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的熔煉爐，其特征在于合金熔煉鑄錠成型的形狀、大小由銅模的形狀、大小來確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的熔煉爐，其特征在于氣氛保護(hù)腔(6)中的氣氛保護(hù)氣體采用的是惰性保護(hù)氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的熔煉爐，其特征在于氣氛保護(hù)腔(6)中的氣氛保護(hù)氣體采用的是惰性保護(hù)氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的熔煉爐，其特征在于氣氛保護(hù)腔(6)中的氣氛保護(hù)氣體采用的是惰性保護(hù)氣體。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種水冷銅模激光熔煉爐，它包括爐體、銅模，還包括冷卻水裝置、氣氛保護(hù)裝置、上爐體、上蓋，上蓋的底部設(shè)有銷子，銷子插入上爐體的銷孔中；上爐體一端面上設(shè)有銷孔，另一端采用密封件同爐體密封安裝在一起，氣氛保護(hù)裝置設(shè)在上爐體上；爐體和銅模之間是冷卻水循環(huán)腔，冷卻水循環(huán)腔設(shè)有一進(jìn)水口和一出水口；氣氛保護(hù)腔中的保護(hù)氣體經(jīng)保護(hù)氣體進(jìn)氣管輸入給分布在四周的保護(hù)氣體出氣孔輸入給保護(hù)腔中，熔煉合金的熱源采用的是激光束。適用于各種合金、各種難熔金屬、高熔點(diǎn)合金、高熔點(diǎn)金屬間化合物合金、各種高純凈合金、易污染合金、易于銅模反應(yīng)活潑合金的熔煉。
文檔編號(hào)B22D23/06GKCN1180901SQ02121496
公開日2004年12月22日 申請(qǐng)日期2002年6月26日
發(fā)明者王華明, 張凌云, 席文君, 張立強(qiáng), 張長(zhǎng)利, 呂旭東, 方艷麗, 蔡良續(xù), 湯海波, 徐亞偉 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan