【技术实现步骤摘要】
冷床炉用等离子枪三维摆动机构以及等离子弧弧长控制方法
[0001]本专利技术涉及等离子熔炼
，具体而言涉及冷床炉用等离子枪三维摆动机构以及等离子弧弧长控制方法。
技术介绍
[0002]等离子熔炼是利用电能产生的高温等离子弧作为热源的冶金方法，等离子熔炼的特点是电弧温度高(10000℃以上)，并可有效地控制炉室气氛，因而适合于熔炼活泼金属、难熔金属及其合金。
[0003]等离子熔炼起源于20世纪60年代初，现今在许多国家中获得广泛应用，等离子熔炼目前主要应用于冷床炉设备中，等离子冷床炉(PACHM)与电子束冷床炉(EBCHM)为并行的两个发展方向，在美国、俄罗斯、德国等工业发达国家得到快速发展，正在逐渐取代传统的真空自耗电弧炉(VAR)熔炼工艺。
[0004]等离子冷床炉相比电子束冷床炉主要优点在于：合金元素挥发少，成分易于控制；等离子枪产生的等离子弧是高速和旋转的，能对钛熔池进行搅拌，有助于合金成分的均匀化；用等离子冷床炉进行熔炼时，熔池大而深，可以实现钛熔液的充分扩散。
[0005]但是在熔炼过程中如何确定熔池温度场的均匀性，实现冷床内物料的熔炼与精炼，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
[0006]本专利技术第一方面提出一种冷床炉用等离子枪三维摆动机构，包括：
[0007]第一连接座，第一端面连接到冷床炉，所述连接座内设有供等离子枪穿过的空腔；
[0008]第二连接座，能相对于第一连接座沿X轴方向转动，所述第二连接座设置在所述第一连接座的上方；>[0009]第三连接座，能相对于第二连接座沿Y轴方向转动，所述第三连接座设置在所述第二连接座的上方；
[0010]等离子枪，由所述第三连接座的上方装配到所述第三连接座的内壁，且第一端延伸至所述冷床炉中，所述等离子枪能沿所述第三连接座的高度方向滑动；
[0011]其中，所述第一连接座和第三连接座之间设有柔性套，使所述第三连接座与冷床炉之间形成可变体积的密封空间；
[0012]所述第一连接座和第二连接座之间设有第一驱动部件，用于控制第一连接座和第二连接座之间的倾角，使所述等离子枪射出的等离子弧沿Y向发生位移，所述第二连接座和第三连接座之间设有第二驱动部件，用于控制第二连接座和第三连接座之间的倾角，使所述等离子枪射出的等离子弧沿X向发生位移，所述第三连接座和等离子枪之间设有第三驱动部件，用于控制所述等离子枪与第三连接座之间的相对位置，使所述等离子枪射出的等离子弧在发生X
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Y向位移时，保持等离子枪枪头与熔池间距相同。
[0013]优选的，所述第二连接座呈环形，所述第三连接座呈圆台形，所述柔性套的第一端
连接到所述第一连接座的上端面，所述柔性套的第二端连接到所述第三连接座的下端面，所述柔性套位于所述第二连接座的内侧。
[0014]优选的，所述柔性套包括真空波纹管。
[0015]优选的，所述第一连接座和第二连接座之间通过两个线性分布的X轴铰接部件铰接，所述第二连接座和第三连接座之间通过两个线性分布的Y轴铰接部件铰接。
[0016]优选的，所述第一驱动部件包括第一线性伸缩杆，所述第一线性伸缩杆的第一端铰接到所述第一连接座，第二端铰接到所述第二连接座，所述第一线性伸缩杆与两个所述X轴铰接部件呈三角形分布。
[0017]优选的，所述第二驱动部件包括第二线性伸缩杆，所述第二线性伸缩杆的两端分别与所述第二连接座和第三连接座铰接，所述第二线性伸缩杆与两个所述Y轴铰接部件呈三角形分布。
[0018]优选的，所述等离子枪和所述第三连接座之间设有轴向密封结构。
[0019]优选的，所述第三连接座在所述轴向密封结构的外围设有第二水冷通道。
[0020]优选的，所述第一连接座和冷床炉之间设有第一密封结构，所述第一连接座上设有位于所述第一密封结构外围的第一水冷通道。
[0021]本专利技术第二方面提出一种技术方案，一种用于等离子冷床炉熔炼的等离子弧弧长控制方法，使用上述的等离子枪三维摆动机构，包括以下步骤：
[0022]等离子枪点火，使等离子枪与熔池之间形成等离子弧；
[0023]控制第一驱动部件和第二驱动部件的伸缩，使等离子枪沿X轴和Y轴偏转，等离子枪射出的等离子弧弧斑在熔池表面沿预设轨迹移动；
[0024]控制第三驱动部件的伸缩，使沿X轴、Y轴偏转状态下的等离子枪所射出的等离子弧的弧长恒长。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0026]本专利技术设置三层连接座，其中第二、第三连接座可独立地进行X向和Y向摆动，且等离子枪可相对于第三连接座沿等离子枪轴线方向滑动，用于等离子枪在X
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Y向摆动时，对等离子枪的端部位置进行补偿，使等离子弧的弧长恒定，从而确保熔池温度场的均匀性；另外使用真空波纹管作为动密封，以确保摆动过程中，炉室的熔炼氛围不被破坏。
附图说明
[0027]附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：
[0028]图1是本专利技术所示的冷床炉用等离子枪三维摆动机构的结构简图；
[0029]图2是本专利技术所示的第二连接座沿X向偏转的示意图；
[0030]图3是根据图1的冷床炉用等离子枪三维摆动机构的具体实施方式的结构示意图；
[0031]图4是图3的侧视图；
[0032]图5是本专利技术所示的轴向密封结构的结构示意图；
[0033]图6是本专利技术所示的等离子弧在熔池内的轨迹图。
具体实施方式
[0034]为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所有附图说明如下。
[0035]等离子熔炼中，在给定电流不变的前提下，等离子枪的输出功率取决于弧长的大小，若等离子枪与熔池表面垂直，通过控制等离子枪水平移动的方式移动至熔池的任意位置，则不容易控制冷床的密封状态，若将等离子枪固定到某一位置，通过摆动的方式则等离子枪的枪头摆动时距离熔池表面的间距发生变化，但无论是X向摆动，还是Y向摆动，都会引起弧长的变化。
[0036]本专利技术采用三层连接座结构，第一层和第二层连接座之间实现等离子枪沿X轴方向的摆动，使等离子枪的枪头所射出的等离子弧弧斑在熔池表面沿Y向移动，第二层和第三层连接座之间实现等离子枪沿Y轴方向的摆动，使等离子枪的枪头所射出的等离子弧弧斑在熔池表面沿X向移动，实现弧斑可达到熔池表面的任意一点，进一步的，等离子枪和第三层连接座之间可沿等离子枪长度方向移动，在等离子枪沿X
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Y轴摆动时，控制等离子枪伸长或缩短，保持等离子枪头射出的等离子弧弧长不变。
[0037]如此，等离子枪在摆动过程中，使等离子弧弧斑可达到熔池表面的任意一点，同时等离子枪的弧长保持恒定，使熔炼过程中等离子枪40的输出功率保持恒定，确保熔池温度场本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种冷床炉用等离子枪三维摆动机构，其特征在于，包括：第一连接座(10)，第一端面连接到冷床炉(100)，所述第一连接座(10)内设有供等离子枪(40)穿过的空腔；第二连接座(20)，能相对于第一连接座(10)沿X轴方向转动，所述第二连接座(20)设置在所述第一连接座(10)的上方；第三连接座(30)，能相对于第二连接座(20)沿Y轴方向转动，第三连接座(30)设置在所述第二连接座(20)的上方；等离子枪(40)，由所述第三连接座(30)的上方装配到所述第三连接座(30)的内壁，且第一端延伸至所述冷床炉(100)中，所述等离子枪(40)能沿所述第三连接座(30)的高度方向滑动；其中，所述第一连接座(10)和第三连接座(30)之间设有柔性套(50)，使所述第三连接座(30)与冷床炉(100)之间形成可变体积的密封空间；所述第一连接座(10)和第二连接座(20)之间设有第一驱动部件(11)，用于控制第一连接座(10)和第二连接座(20)之间的倾角，使所述等离子枪(40)射出的等离子弧沿Y向发生位移，所述第二连接座(20)和第三连接座(30)之间设有第二驱动部件(21)，用于控制第二连接座(20)和第三连接座(30)之间的倾角，使所述等离子枪(40)射出的等离子弧沿X向发生位移，所述第三连接座(30)和等离子枪(40)之间设有第三驱动部件(31)，用于控制所述等离子枪(40)与第三连接座(30)之间的相对位置，使所述等离子枪(40)在沿X或Y轴摆动时，保持等离子枪(40)射出的等离子弧(41)恒长。2.根据权利要求1所述的冷床炉用等离子枪三维摆动机构，其特征在于，所述第二连接座(20)呈环形，所述第三连接座(30)呈圆台形，所述柔性套(50)的第一端连接到所述第一连接座(10)的上端面，所述柔性套(50)的第二端连接到所述第三连接座(30)的下端面，所述柔性套(50)位于所述第二连接座(20)的内侧。3.根据权利要求2所述的冷床炉用等离子枪三维摆动机构，其特征在于，所述柔性套(50)包括真空波纹管。4.根据权利要求1所述的冷床炉用等离子枪三维摆动机构，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵博，陈小龙，李永华，王健，王红伟，
申请(专利权)人：南京尚吉增材制造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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