用于真空电弧重熔系统的紧凑线圈组件技术方案

提供了一种用于由电极形成铸锭的真空电弧重熔系统，该系统包括坩埚组件，其被配置为容纳电极和铸锭；电磁能量源，其围绕坩埚组件布置；以及提升机构，其可操作以沿着坩埚组件的纵向轴线移动电磁能量源。在重熔期间，由电磁能量源产生的磁场局限于电弧区，以及在一种形式中，电磁能量源是具有磁芯和围绕磁芯缠绕的多个线圈对的线圈组件，其中，线圈组件可操作以基于在多个线圈对中流动的电流从线圈产生磁场。

Compact coil assembly for vacuum arc remelting system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于真空电弧重熔系统的紧凑线圈组件相关申请的交叉引用本申请要求于2017年10月17日提交的美国临时申请号62/573,229的优先权和权益。上述申请的公开内容在此通过引用而并入本文。
本公开涉及一种真空电弧重熔系统。
技术介绍
本部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，而可能不构成现有技术。真空电弧重熔(VAR)工艺通常用于加工高性能钛、锆、镍基合金和钢以及其它合金。通常，VAR系统通过电流逐渐熔化电极，该电流流过电极并形成电弧到容纳在坩埚内的熔融金属。在该过程中改变所施加的熔化电流，以获得所需的熔融金属池几何形状。有时，电弧可使金属珠溅射到熔融金属上方的坩埚壁的一部分上。这些部分是冷的，以及可将珠凝固成多孔的非均质块，这可在铸锭中引起表面不规则性。本公开解决了与VAR铸锭表面质量和内部质量相关的问题以及其它问题。
技术实现思路
本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。在本公开的一种形式中，提供了一种用于由电极形成铸锭的真空电弧重熔系统。该系统包括坩埚组件，其被配置为容纳电极和铸锭；电磁能量源，其围绕坩埚组件布置；以及提升机构，其可操作以沿着坩埚组件的纵向轴线移动电磁能量源。在该系统中，在重熔期间由电磁能量源产生的磁场局限于电弧区。在本公开的一些方面中，电磁能量源是线圈组件，该线圈组件包括磁芯和围绕该磁芯缠绕的多个线圈对。线圈组件可操作以基于在多个线圈对中流动的电流从线圈产生磁场。在本公开的一些方面中，磁芯由磁导率铁磁材料制成。此外，在本公开的一个方面中，线圈组件包括三个线圈对。在这种方面中，三个线圈对中的每一个中的电流可以是120°异相的。在本公开的一些方面，该系统还包括控制系统，该控制系统被配置为使得双向电流在多个线圈对中的每个线圈中流动。在一个变型中，控制系统以具有预定相位角偏移的正弦方式循环通过线圈的电流，以从线圈产生磁场。在本公开的一个方面中，控制系统包括用于每个线圈对的至少一个H型桥板。在本公开的另一种形式中，提供了一种用于由电极形成铸锭的真空电弧重熔系统。该系统包括坩埚组件、线圈组件和提升机构，其中坩埚组件被配置为容纳电极和铸锭。线圈组件围绕坩埚组件布置，以及包括磁芯和围绕磁芯缠绕的多个线圈对。线圈组件可操作以从线圈产生磁场，由多个线圈对中的每个线圈接收的电流(即，旋转)来形成。该提升机构与线圈组件可操作地接合，以及可操作以沿着坩埚组件的纵向轴线移动线圈组件，使得在重熔期间来自线圈的磁场局限于电弧区。在本公开的一些方面中，提升机构包括平台，线圈组件定位在该平台上。在这些方面中，包括至少一个电动机，该电动机可操作以沿着坩埚组件的纵向轴线移动平台和线圈组件。在本公开的一个方面中，系统还包括控制系统，被配置为驱动提升机构的至少一个电动机以及基于重熔期间铸锭的高度来移动线圈组件。在本公开的又一种形式中，提供了一种用于由电极形成铸锭的真空电弧重熔系统。系统包括坩埚组件和电磁能量源，坩埚组件被配置为容纳电极和铸锭。电磁能量源围绕坩埚组件布置，其中电磁能量源和坩埚组件被配置为沿着坩埚组件的纵向轴线彼此相对移动。此外，在重熔期间，由电磁能量源产生的磁场局限于电弧区。在本公开的又一种形式中，提供了一种真空电弧重熔铸锭的方法。该方法包括在重熔期间产生垂直于铸锭的纵向轴线且局限于电弧区的旋转磁场。旋转磁场与熔化电流相互作用以产生径向向外指向的旋转电弧。在本公开的一些方面中，该方法包括在形成铸锭时沿着铸锭的纵向轴线移动电磁能量源，以及电磁能量源产生旋转磁场。可以通过以具有预定相位角偏移的正弦方式使电流循环通过线圈组件以产生旋转磁场来形成旋转磁场。此外，线圈组件包括磁芯和围绕磁芯缠绕的多个线圈对。在本公开的一些方面中，该方法包括在形成铸锭时沿着与铸锭的纵向轴线平行的轴线移动旋转磁场。在本公开的其它方面中，该方法包括在形成铸锭时相对于旋转磁场移动容纳铸锭的坩埚组件。在其它方面中，该方法包括在形成铸锭时沿着平行于铸锭的纵向轴线的轴线移动旋转磁场，和在形成铸锭时相对于旋转磁场移动容纳铸锭的坩埚组件的组合。从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅用于说明目的，而非旨在限制本公开的范围。附图说明为了可以很好地理解本公开，现在将参考附图描述其以示例方式给出的各种形式，其中：图1是示出根据本公开的教导的具有线圈组件和提升机构的VAR系统的透视图；图2是图1的VAR系统的局部剖视图；图3是图1的VAR系统的局部俯视图；图4是示出根据本公开的教导的线圈控制器的示意图；图5是示出根据本公开的教导的提升控制器的示意图；以及图6是根据本公开的教导的三个正弦电流波形图。本文描述的附图仅用于说明目的，而不旨在以任何方式限制本公开的范围。具体实施方式以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。应当理解，在所有附图中，对应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。为了解决所形成的铸锭的表面不规则性，VAR系统可以包括围绕坩埚布置的亥姆霍兹构造的大的固定线圈。固定线圈沿着坩埚的整个长度延伸，并且用于产生横向磁场。这种VAR系统在与本申请共同转让的美国专利号4,581,745中详细描述，其公开内容通过引用而并入本文。虽然具有亥姆霍兹构造的线圈的VAR系统可以减少表面不规则性，但是线圈必须放置在离坩埚很远的位置。另外，由于它们的大尺寸，线圈需要更多的电力以产生所需的磁场。总体上，本公开的VAR系统包括电磁能量源和用于使电磁能量源与越来越多的熔融金属(即，铸锭)一起移动的提升机构，使得磁场局部化。在一种形式中，电磁能量源是紧凑线圈组件，并且如本文进一步描述的，在一种形式中，线圈组件包括环形磁芯，该磁芯由高磁导率材料制成并且缠绕有绝缘导线。线圈组件可操作以产生垂直于线圈组件的法向轴线的旋转磁场。产生的旋转磁场与熔化电流相互作用，以在垂直于电极和铸锭的法向轴线的方向上径向移动电弧。尽管提升机构被图示和描述为相对于铸锭移动电磁能量源，但还应当理解，可以相对于电磁能量源移动铸锭，或者电磁能量源和铸锭均可移动，而这仍然在本公开的范围内。现在将参照附图描述本公开的VAR系统的一种形式。参照图1和图2，VAR系统100，其也可以称为VAR炉，用于逐渐熔化电极102以形成铸锭104，其具有熔融金属池103。在一种形式中，VAR系统包括坩埚组件106、围绕坩埚组件106布置的线圈组件108(即，电磁能量源)和用于沿着坩埚组件106的外部移动线圈组件108的提升机构110。坩埚组件106容纳电极102并保持由电极102形成的铸锭104。在一种形式中，坩埚组件106包括坩埚112(下文称为“坩埚”)和冷却构件114，该冷却构件限定围绕坩埚112的腔室116，用于接收冷却剂(例如水)，以降低坩埚112的温度。也可使用用于冷却坩埚的其它合适的系统，而这些系统处于本公开的范围内。坩埚112和冷却构件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于由电极形成铸锭的真空电弧重熔系统，所述系统包括：/n坩埚组件，被配置为容纳所述电极和所述铸锭；以及/n电磁能量源，所述电磁能量源围绕所述坩埚组件布置，其中，所述电磁能量源和所述坩埚组件被配置为沿着所述坩埚组件的纵向轴线彼此相对移动，/n其中，在重熔期间，由所述电磁能量源产生的磁场局限于所述铸锭的电弧区。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171017 US 62/573,2291.一种用于由电极形成铸锭的真空电弧重熔系统，所述系统包括：
坩埚组件，被配置为容纳所述电极和所述铸锭；以及
电磁能量源，所述电磁能量源围绕所述坩埚组件布置，其中，所述电磁能量源和所述坩埚组件被配置为沿着所述坩埚组件的纵向轴线彼此相对移动，
其中，在重熔期间，由所述电磁能量源产生的磁场局限于所述铸锭的电弧区。


2.根据权利要求1所述的真空电弧重熔系统，其中，所述电磁能量源是包括磁芯和围绕所述磁芯缠绕的多个线圈对的线圈组件，其中，所述线圈组件可操作以基于在所述多个线圈对中流动的电流从所述线圈产生磁场。


3.根据权利要求2所述的真空电弧重熔系统，其中，所述线圈组件包括三个线圈对。


4.根据权利要求3所述的真空电弧重熔系统，其中，所述三个线圈对中的每一个中的电流是120°异相的。


5.根据权利要求1所述的真空电弧重熔系统，还包括控制系统，被配置为使得双向电流在所述多个线圈对中的每个线圈中流动。


6.根据权利要求5所述的真空电弧重熔系统，其中，所述控制系统以具有预定相位角偏移的正弦方式循环通过所述线圈的电流，以从所述线圈产生所述磁场。


7.根据权利要求5所述的真空电弧重熔系统，其中，所述控制系统包括用于每个线圈对的至少一个H型桥板。


8.根据权利要求1所述的真空电弧重熔系统，其中，所述磁芯由磁导率铁磁材料制成。

【专利技术属性】
技术研发人员：哈希施·D·帕特尔，杰里米·L·森森尼格，小罗伯特·詹姆斯·麦克法兰，詹姆斯·勒罗伊·菲利普斯，
申请(专利权)人：钛金属公司，
类型：发明
国别省市：美国;US