一种相控阵超声波金属熔炼设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种相控阵超声波金属熔炼设备及方法，相控阵超声波金属熔炼设备包括熔炼腔；多个相控阵的超声波工具头，设置在熔炼腔内且始终淹没于金属熔液中，各超声波工具头分别独立地连接移相器、变幅杆和换能器；多个温度传感组件用于检测金属熔液中多个不同位置的温度；阵列相位电子控制单元分别与温度传感组件和移相器连接，根据收集到的温度信号控制各移相器，以适时调整超声波工具头输出的超声振动波相位。将多个超声波工具头按照一定的阵列排列，利用不同相位的超声振动波相互干涉，从而产生不同角度的超声波波束面，进而有效的对熔池中不同部位的金属熔体进行超声处理，有效解决在大规模熔炼金属过程中超声波处理不均匀问题。理不均匀问题。理不均匀问题。

【技术实现步骤摘要】
一种相控阵超声波金属熔炼设备及方法


[0001]本专利技术涉及金属熔炼
，特别涉及一种相控阵超声波金属熔炼设备及方法。

技术介绍

[0002]在大规模工业化生产中，金属熔炼装置中的熔液重量较重，且熔炼装置中熔池的深度也较大，一般在0.5米以上。然而，市面上的超声波发生器的功率都较小，一般在几千瓦到十几千瓦之间，因此难以对熔池中的全部金属熔液进行有效的熔炼。这导致浇铸出的金属部件各部位的微观组织差异较大，材料的物理特性不一致。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种相控阵超声波金属熔炼设备，能够有效解决在大规模熔炼金属过程中超声波处理不均匀问题。
[0004]本专利技术还提出一种相控阵超声波金属熔炼方法。
[0005]根据本专利技术第一方面实施例的相控阵超声波金属熔炼设备，包括：
[0006]熔炼腔，适于熔炼金属熔液；
[0007]多个相控阵的超声波工具头，设置在所述熔炼腔内，且所述超声波工具头始终淹没于所述金属熔液中，各所述超声波工具头分别独立地连接移相器，各所述移相器分别依次连接变幅杆和换能器，所述移相器用于调整所述变幅杆传递给所述超声波工具头的超声振动波相位；
[0008]多个温度传感组件，用于检测所述熔炼腔内的金属熔液中多个不同位置的温度；
[0009]阵列相位电子控制单元，分别与所述温度传感组件和所述移相器连接，所述阵列相位电子控制单元根据收集到的温度信号控制各所述移相器，以适时调整所述超声波工具头输出的超声振动波相位。
[0010]根据本专利技术的第一方面实施例的相控阵超声波金属熔炼设备，至少具有如下有益效果：将多个超声波工具头按照一定的阵列排列，利用不同相位的超声振动波相互干涉，从而产生不同角度的超声波波束面，进而有效的对熔池中不同部位的金属熔体进行超声处理，有效解决在大规模熔炼金属过程中超声波处理不均匀问题。
[0011]根据本专利技术的第一方面实施例所述的相控阵超声波金属熔炼设备，所述相控阵超声波金属熔炼设备还包括：
[0012]液面位置传感组件，用于检测所述熔炼腔内的金属熔液的液面位置；
[0013]换能器电子控制单元，分别与所述液面位置传感组件和所述换能器，所述换能器电子控制单元根据收集到的液面位置信号动态调节各所述换能器的输出功率。
[0014]根据本专利技术的第一方面实施例所述的相控阵超声波金属熔炼设备，所述超声波工具头设置在所述熔炼腔内的底部。
[0015]根据本专利技术的第一方面实施例所述的相控阵超声波金属熔炼设备，所述超声波工具头呈二维矩形阵列设置，各所述超声波工具头的横向间距恒定，各所述超声波工具头的纵向间距恒定。
[0016]根据本专利技术的第一方面实施例所述的相控阵超声波金属熔炼设备，各所述超声波工具头的横向间距或纵向间距的至少之一在0.5
‑
5厘米之间。
[0017]根据本专利技术的第一方面实施例所述的相控阵超声波金属熔炼设备，各所述超声波工具头的直径相同，且各所述超声波工具头的直径在0.5
‑
5厘米之间。
[0018]根据本专利技术的第一方面实施例所述的相控阵超声波金属熔炼设备，所述换能器的输出功率与液面高度成正相关，所述换能器电子控制单元用于控制各所述换能器的输出功率保持均衡。
[0019]根据本专利技术第二方面实施例的相控阵超声波金属熔炼方法，使用本专利技术的第一方面实施例所述的相控阵超声波金属熔炼设备；
[0020]相控阵超声波金属熔炼方法包括以下步骤：
[0021]在熔炼起始阶段，阵列相位电子控制单元控制所有移相器以相同的相位输出超声振动波给相控阵的超声波工具头，限定超声波工具头阵列所产生的超声波波束面平行于超声波工具头的阵列面，使超声波波束面引起的超声声流方向垂直于超声波工具头阵列面，以通过超声波工具头阵列对超声波工具头的阵列面正上方的金属熔液进行超声处理；
[0022]熔炼过程中当某一部位的温度较低时，阵列相位电子控制单元控制至少部分的移相器输出不同相位的超声振动波，使超声波工具头阵列产生的超声波波束面与超声波工具头阵列面产生一定的夹角α，超声波波束面产生的超声声流与超声波工具头阵列面之间产生一个与夹角α互补的夹角β，从而通过超声波工具头阵列对超声波工具头阵列面正上方以外的其他区域的金属熔液进行超声处理；
[0023]通过控制移相器，以使超声波波束面与超声波工具头阵列面之间的夹角β可控，从而针对熔炼腔中的所有部位的金属熔液都进行超声处理。
[0024]根据本专利技术的第二方面实施例所述的相控阵超声波金属熔炼方法，将超声波工具头置于熔炼腔的底部。
[0025]根据本专利技术的第二方面实施例所述的相控阵超声波金属熔炼方法，夹角β的控制范围在
‑
90
°
到+90
°
之间。
[0026]不难理解，本专利技术第二方面实施例中的相控阵超声波金属熔炼方法，具有如前所述第一方面实施例中的相控阵超声波金属熔炼设备的技术效果，因而不再赘述。
[0027]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0028]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步地说明；
[0029]图1为本专利技术实施例的示意图；
[0030]图2为本专利技术实施例的超声波工具头阵列示意图；
[0031]图3为本专利技术实施例中熔炼起始阶段时超声波波束面与超声波工具头阵列面的示意图；
[0032]图4为本专利技术实施例中熔炼起始阶段时超声声流方向与超声波工具头阵列面、液面的示意图；
[0033]图5为本专利技术实施例中输出不同相位的超声振动波时超声波波束面与超声波工具头阵列面的示意图；
[0034]图6为本专利技术实施例中输出不同相位的超声振动波时超声声流方向与超声波工具头阵列面、液面的示意图。
[0035]附图标记：
[0036]熔炼腔100、超声波工具头200、移相器210、变幅杆220、换能器230、温度传感组件300、阵列相位电子控制单元400、换能器电子控制单元500、液面位置传感组件600。
具体实施方式
[0037]下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
[0038]在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0039]在本申请的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是至少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相控阵超声波金属熔炼设备，其特征在于，包括：熔炼腔，适于熔炼金属熔液；多个相控阵的超声波工具头，设置在所述熔炼腔内，且所述超声波工具头始终淹没于所述金属熔液中，各所述超声波工具头分别独立地连接移相器，各所述移相器分别依次连接变幅杆和换能器，所述移相器用于调整所述变幅杆传递给所述超声波工具头的超声振动波相位；多个温度传感组件，用于检测所述熔炼腔内的金属熔液中多个不同位置的温度；阵列相位电子控制单元，分别与所述温度传感组件和所述移相器连接，所述阵列相位电子控制单元根据收集到的温度信号控制各所述移相器，以适时调整所述超声波工具头输出的超声振动波相位。2.根据权利要求1所述的相控阵超声波金属熔炼设备，其特征在于：所述相控阵超声波金属熔炼设备还包括：液面位置传感组件，用于检测所述熔炼腔内的金属熔液的液面位置；换能器电子控制单元，分别与所述液面位置传感组件和所述换能器，所述换能器电子控制单元根据收集到的液面位置信号动态调节各所述换能器的输出功率。3.根据权利要求1或2所述的相控阵超声波金属熔炼设备，其特征在于：所述超声波工具头设置在所述熔炼腔内的底部。4.根据权利要求3所述的相控阵超声波金属熔炼设备，其特征在于：所述超声波工具头呈二维矩形阵列设置，各所述超声波工具头的横向间距恒定，各所述超声波工具头的纵向间距恒定。5.根据权利要求4所述的相控阵超声波金属熔炼设备，其特征在于：各所述超声波工具头的横向间距或纵向间距的至少之一在0.5
‑
5厘米之间。6.根据权利要求4所述的相控阵超声波金属熔炼设备，其特征在于：各所述超声波工具头的直径相同，且各所述超声波工具头的直径在0.5

【专利技术属性】
技术研发人员：甘俊旗，潘梦瑶，王锋，钟玉灵，李佳威，郭玉豪，
申请(专利权)人：广东工贸职业技术学院，
类型：发明
国别省市：