CN114293042B - 一种预防var一次锭熔炼过焊缝处掉块的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预防VAR一次锭熔炼过焊缝处掉块的控制方法，包括以下步骤：1)在钛合金电极块压制过程中，将其中任意两块电极块采用切断模具的方式，分别沿长度方向对其进行中分；其中，电极块是指将HTi和各种中间合金按照国标比例混合均匀并压制成块；2)采用错位拼接的方式组拼电极，并焊接相邻电极块之间的间隙；3)将焊接完成的自耗电极放置于真空自耗电弧炉中进行一次熔炼。本发明通过错位拼接的方式组拼电极，并严格控制相邻电极块之间的焊缝间隙，熔炼过程中设定电压波动的调节积分及比例系数，并结合稳弧磁场控制，明显提升了电压的稳定性，解决了现有VAR一次熔炼过焊缝掉块、掉渣、电压不稳、熔炼稳定性差的问题。

Description

一种预防VAR一次锭熔炼过焊缝处掉块的控制方法

技术领域

本发明属于有色金属加工技术领域，具体涉及一种预防VAR一次锭熔炼过焊缝处掉块的控制方法。

背景技术

钛合金因其比强度高、耐腐蚀、生物相容性好等特性，已经在航空、航天、舰船及医疗等领域获得广泛应用。其中，真空自耗电弧熔炼法(简称VAR)是目前国内外钛合金铸锭生产的主要方法，其熔炼过程的稳定性对铸锭的成分和组织均匀性具有重要影响。

目前钛合金铸锭生产的主要流程为：原材料混料→电极块压制→电极块焊接→一次VAR熔炼→二次VAR熔炼→三次VAR熔炼。其中，一次VAR熔炼是后续熔炼的基础，需要在熔炼过程质量可控的前提下，提高一次锭的合金化效果。但在实际生产中，由于电极块中细末料容易出现在电极块边缘部位，不同电极块之间存在间隙，组拼后的电极块十字焊缝部位间隙较大，同时由于焊箱的功率有限，使得焊接后的电极十字焊缝部位牢固程度不足，在一次熔炼至电极块焊接的焊缝处，由于熔炼过程中的高温环境、电极轻微晃动等综合因素影响，会出现电极块局部掉入熔池(即掉块、掉渣)的情况出现，影响熔炼过程安全，同时，这些掉落的原材料可能在快速的熔化过程中不会完全熔解，给后续铸锭的使用带来较大隐患，但是目前没有针对此问题解决的有效手段。

有鉴于此，本发明人提出一种预防VAR一次锭熔炼过焊缝处掉块的控制方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种预防VAR一次锭熔炼过焊缝处掉块的控制方法，通过该控制方法解决了现有技术VAR一次熔炼过焊缝掉块、掉渣、电压不稳、熔炼稳定性差的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种预防VAR一次锭熔炼过焊缝处掉块的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、在钛合金电极块压制过程中，将其中任意两块电极块采用切断模具的方式，分别沿长度方向对其进行中分；

步骤二、采用错位拼接的方式组拼电极，并焊接相邻电极块之间的间隙；

步骤三、将焊接完成的自耗电极放置于真空自耗电弧炉中进行一次熔炼。

进一步地，所述步骤二中组拼电极时，相邻电极块之间的间隙小于或等于2mm。

进一步地，所述步骤二中在焊接相邻电极块时，焊接电流为600A～800A，焊接电压为92V～95V。

进一步地，所述步骤二中在焊接相邻电极块时，采用熔焊方式焊接。

进一步地，所述步骤三中一次熔炼时，电压的调节比例为200～400(％BasicSpeed/V)，调节积分为200～300[s/(Basic Speed/V)]。

进一步地，所述步骤三中一次熔炼时，熔炼稳弧磁场强度为60高斯～80高斯。

进一步地，所述步骤一中电极块是指将HTi和各种中间合金按照国标GB/T3620.1-2016中所示比例混合均匀并压制成块。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明一种预防VAR一次锭熔炼过焊缝处掉块的控制方法，在压制电极块的过程中，将其中任意两块电极块采用切断模具的方式，分别其对进行中分，并据此在组拼电极时采用错位的方式，是为了避开焊缝结合间隙较多的情况，从组拼方式的改变上避免熔炼过焊缝处掉块频发的情况，且电极块焊接前的组拼间隙≤2mm，是为了避免组拼间隙过大，从而导致熔炼至焊缝处弧光不稳定引起的掉块或掉渣情况出现；另外电极块在焊接时，将电流设定为600A～800A，焊接电压为92-95V，是为了加深焊缝熔池深度，增加焊缝结合强度，进一步避免熔炼过程中掉块或掉渣产生；其次在熔炼过程中，将熔炼电压的调节比例设定为200～400(％Basic Speed/V)，调节积分为200～300[s/(Basic Speed/V)]，是为了在熔炼至焊缝附近出现电压升高的情况时，通过电极杆进给的快速调节，迅速将熔炼电压值恢复至正常水平，避免熔炼长时间处于高电压情况下引起的弧光扫掉焊接焊缝引起的掉块或掉渣情况出现，熔炼过程中稳弧磁场强度为60～80高斯，是为了采用较大磁场强度，使得熔炼弧光集中在自耗电极的端面中心，从而避免发散导致的焊缝结合部位先行熔化，其余部位掉入熔池的情况出现。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明控制方法的流程框图；

图2是现有自耗电极组拼后的结构示意图；

图3是本发明自耗电极采用错位组拼后的结构示意图；

图4是本发明错位电极块中分结构示意图；

图5是作为实施例1的对照组，采用传统技术对Φ560mm规格铸锭进行熔炼时，熔炼过程中电压波动情况示意图；

图6是实施例1采用本发明控制方法对Φ560mm规格铸锭进行熔炼时，熔炼过程中电压波动情况示意图；

图7是作为实施例2的对照组，采用传统技术对Φ440mm规格铸锭进行熔炼时，熔炼过程中电压波动情况示意图；

图8是实施例2采用本发明控制方法对Φ440mm规格铸锭进行熔炼时，熔炼过程中电压波动情况示意图；

图9是作为实施例3的对照组，采用传统技术对Φ640mm规格铸锭进行熔炼时，熔炼过程中电压波动情况示意图；

图10是实施例3采用本发明控制方法对Φ640mm规格铸锭进行熔炼时，熔炼过程中电压波动情况示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。

参见图1所示，本发明一种预防VAR一次锭熔炼过焊缝处掉块的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、在钛合金电极块压制过程中，将其中任意两块电极块采用切断模具的方式，分别沿长度方向对其进行中分；

其中，步骤一中电极块是指将HTi和各种中间合金按照国标GB/T 3620.1-2016中所示比例混合均匀并压制成块；

步骤二、采用错位拼接的方式组拼电极，并焊接相邻电极块之间的间隙；

具体的，在组拼电极时，相邻电极块之间的间隙小于或等于2mm，以便熔焊时，防止组拼间隙过大，从而导致熔炼至焊缝处弧光不稳定引起的掉块或掉渣现象；其中，焊接时，设定焊接电流为600A～800A，焊接电压为92V～95V，用于加深焊缝熔池深度，增加焊缝结合强度，进一步避免熔炼过程中掉块或掉渣产生。

步骤三、将焊接完成的自耗电极放置于真空自耗电弧炉中进行一次熔炼

具体的，在一次熔炼时，电压的调节比例设定为200～400(％Basic Speed/V)，调节积分为200～300[s/(Basic Speed/V)]，用于在熔炼至焊缝附近出现电压升高的情况时，通过电极杆进给的快速调节，迅速将电压值恢复至正常水平，避免长时间处于高电压情况下引起的弧光扫掉焊接焊缝引起的掉块或掉渣情况出现；且在熔炼过程中稳弧磁场强度设定为60～80高斯，是为了采用较大磁场强度，使得熔炼弧光集中在自耗电极的端面中心，从而避免发散导致的焊缝结合部位先行熔化，其余部位掉入熔池的情况出现。

为了进一步验证上述控制方法，发明人做了如下具体试验：

实施例1

1)将HTi和Al55V、Al豆、TiO2按照国标GB/T 3620.1-2016中TC4钛合金成分要求，按比例混合均匀并压制为200×200×400mm电极块；

2)在压制其中的两块电极时，采用切断模具的方式，将两块电极块分别沿长度方向进行中分(如图4所示)，变为4块200×200×200mm电极块；

3)采用错位拼接的方式组拼电极，并焊接相邻电极块之间的间隙(如图3所示)，焊接时焊接电流控制在600A～650A，焊接电压控制在92V～93V；

4)将焊接完成的自耗电极放置于真空自耗电弧炉中进行Φ560mm规格铸锭一次熔炼，并设定熔炼电压的调节比例为200(％Basic Speed/V)，调节积分为220[s/(BasicSpeed/V)]，并将熔炼稳弧磁场强度设定为70高斯。

经检查本实施例1的一次熔炼过程，熔炼至过焊缝处各项参数平稳，真空度、电压、电流无剧烈波动，熔炼至焊缝处无掉块、掉渣等影响安全的情况出现。作为对照组，采用传统技术对Φ560mm规格铸锭进行熔炼时，熔炼过程中电压波动情况如图5所示，而实施例1采用本发明控制方法对Φ560mm规格铸锭进行熔炼时，熔炼过程中电压波动情况如图6所示，分别对改进前后电压控制能力进行分析，改进前电压控制能力Cpk为1.30，改进后电压控制能力Cpk为2.75，电压稳定性提升了1.1倍，而VAR一次锭熔炼过程中如果电压不稳定，尤其是在过焊缝处电压不稳定，会导致弧光优先将焊接部位熔化，从而导致结合强度不足，最终导致熔炼过程中掉块出现，影响铸锭质量及熔炼安全，采用本发明技术手段避免了这种由于电压不稳定造成的后果。

实施例2

1)将HTi和Al55V、Al豆、AlMo65、HZr、TiO2按照国标GB/T3620.1-2016中TA15钛合金成分要求，按比例混合均匀并压制为150×150×400mm电极块；

2)在压制其中的两块电极时，采用切断模具的方式，将两块电极块分别沿长度方向进行中分(如图4所示)，变为4块150×150×200mm电极块；

3)采用错位拼接的方式组拼电极，并焊接相邻电极块之间的间隙(如图3所示)，焊接时焊接电流控制在640A～670A，焊接电压控制在93V～94V；

4)将焊接完成的自耗电极放置于真空自耗电弧炉中进行Φ440mm规格铸锭一次熔炼，并设定熔炼电压的调节比例为300(％Basic Speed/V)，调节积分为200[s/(BasicSpeed/V)]，并将熔炼稳弧磁场强度设定为60高斯。

经检查本实施例2的一次熔炼过程，熔炼至过焊缝处各项参数平稳，真空度、电压、电流无剧烈波动，熔炼至焊缝处无掉块、掉渣等影响安全的情况出现。作为对照组，采用传统技术对Φ440mm规格铸锭进行熔炼时，熔炼过程中电压波动情况如图7所示，而实施例1采用本发明控制方法对Φ440mm规格铸锭进行熔炼时，熔炼过程中电压波动情况如图8所示，分别对改进前后电压控制能力进行分析，改进前电压控制能力Cpk为1.27，改进后电压控制能力Cpk为2.4，电压稳定性提升了90％。

实施例3

1)将HTi和Al85V、AlMo65、Cr、AlFe、Al豆、TiO2按照国标GB/T 3620.1-2016中TC18钛合金成分要求，按比例混合均匀并压制为200×200×400mm电极块；

2)在压制其中的两块电极时，采用切断模具的方式，将两块电极块分别沿长度方向进行中分(如图4所示)，变为4块200×200×200mm电极块；

3)采用错位拼接的方式组拼电极，并焊接相邻电极块之间的间隙(如图3所示)，焊接时焊接电流控制在700A～800A，焊接电压控制在93V～95V；

4)将焊接完成的自耗电极放置于真空自耗电弧炉中进行Φ640mm规格铸锭一次熔炼，并设定熔炼电压的调节比例为400(％Basic Speed/V)，调节积分为300[s/(BasicSpeed/V)]，并将熔炼稳弧磁场强度设定为80高斯。

经检查本实施例3的一次熔炼过程，熔炼至过焊缝处各项参数平稳，真空度、电压、电流无剧烈波动，熔炼至焊缝处无掉块、掉渣等影响安全的情况出现。作为对照组，采用传统技术对Φ640mm规格铸锭进行熔炼时，熔炼过程中电压波动情况如图9所示，而实施例1采用本发明控制方法对Φ640mm规格铸锭进行熔炼时，熔炼过程中电压波动情况如图10所示，分别对改进前后电压控制能力进行分析，改进前电压控制能力Cpk为1.33，改进后电压控制能力Cpk为2.81，电压稳定性提升了1.1倍。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。

应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (2)

1.一种预防VAR一次锭熔炼过焊缝处掉块的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在钛合金电极块压制过程中，将其中任意两块电极块采用切断模具的方式，分别沿长度方向对其进行中分；

步骤二、采用错位拼接的方式组拼电极，并焊接相邻电极块之间的间隙；

所述步骤二中在组拼电极时，相邻电极块之间的间隙小于或等于2mm，焊接时，采用熔焊方式，且设定焊接电流为600A～800A，焊接电压为92V～95V；

步骤三、将焊接完成的自耗电极放置于真空自耗电弧炉中进行一次熔炼；

所述步骤三中一次熔炼时，熔炼电压的调节比例为200～400%Basic Speed/V，调节积分为200～300s/(Basic Speed/V)，同时熔炼稳弧磁场强度为60高斯～80高斯。

2.根据权利要求1所述的一种预防VAR一次锭熔炼过焊缝处掉块的控制方法，其特征在于，所述步骤一中电极块是指将HTi和各种中间合金按照国标GB/T 3620.1-2016中所示比例混合均匀并压制成块。

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