CN115194101A - 一种磁控电弧超声处理的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高熔点合金及金属基复合材料技术领域，涉及一种磁控电弧超声处理的设备和方法，包括电弧及线圈控制器、电弧枪控制杆、电弧磁控组件、熔炼炉、坩埚、电弧枪、超声波处理装置、抽真空机构和控制柜，其中超声波处理装置的超声探头与坩埚的底部相靠接。本发明的优点：可对高温合金熔体进行超声处理，并可通过控制尖角磁场的大小进行调控，利用可控制电弧形状及熔池熔深的尖角磁场，调控温度梯度和电弧形状及覆盖位置，进而改变熔体的温度梯度和晶体生长方式，处理不同相区铸锭。

Description

一种磁控电弧超声处理的设备和方法

技术领域

本发明属于高熔点合金超声处理技术领域，具体涉及一种磁控电弧超声处理的设备和方法。

背景技术

超声处理技术在Al、Mg、Ti等合金领域有着广泛应用，是细化初生相、调控组织、提高合金力学性能的有效手段。主要的处理方法有直接处理和间接处理，对于熔点低的合金，通常为直接处理方法，而对于高温活泼性合金(高温活泼性合金是指合金铸锭的熔点在1000℃以上，以及易污染的活泼性金属)，直接将超声波引入合金的最大挑战是超声探头的材料无法满足高温合金的温度要求。

目前，高温合金的主要熔炼方式为真空非自耗感应电弧熔炼，将超声探头通过熔炼用的坩埚可实现间接引入超声波，但在此过程中超声内的作用范围无法调控。

发明内容

发明目的

本发明要解决的技术问题是克服高温活泼性合金中超声作用在液相、固液混合相以及固相范围不可控的问题，提供一种磁控电弧超声处理的设备和方法，搭建磁控电弧变温度梯度超声处理设备，获得高温活泼性合金的不同超声作用机制和不同细化程度的超声铸锭。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种磁控电弧超声处理的设备，其特征在于，包括电弧及线圈控制器、电弧枪控制杆、电弧磁控组件、熔炼炉、坩埚、电弧枪、超声波处理装置、抽真空机构和控制柜，所述电弧及线圈控制器设置在熔炼炉上方，且所述电弧及线圈控制器通过电源连接线与控制柜连接；所述电弧枪控制杆的顶端与电弧及线圈控制器相连接，所述电弧枪控制杆的底端伸入熔炼炉内；

所述电弧磁控组件，包括磁头、电磁屏蔽罩、感应线圈和永磁导体组件，所述磁头通过磁头连接柱固定在熔炼炉的内顶壁上，且所述磁头具有导入通道，所述感应线圈缠绕在所述磁头上，所述电磁屏蔽罩上部固定在磁头上，且电磁屏蔽罩罩设在感应线圈的外侧，电磁屏蔽罩的底端高度与感应线圈的底端高度一致；所述永磁导体组件的上部固定在磁头上，且永磁导体组件设置在电磁屏蔽罩的外侧，永磁导体组件的底端高度与电弧枪的钨级底端高度一致；所述坩埚设置在熔炼炉内；

所述电弧枪的一端与电弧枪控制杆的底端相连接，所述电弧枪的另一端穿过导入通道，且电弧枪的钨极位于坩埚的上方；所述抽真空机构与熔炼炉相连通；所述超声波处理装置包括超声波发生器、超声发生杆和超声探头，所述超声波发生器设置在熔炼炉的下方，所述超声发生杆的底端设置在超声波发生器上，所述超声发生杆的顶端穿入熔炼炉内，所述超声探头设置超声发生杆的顶端，并与坩埚的底部相靠接；所述感应线圈和电弧枪均与电弧及线圈控制器电性连接。

作为上述方案的进一步描述，所述坩埚为水冷坩埚，坩埚通过支撑底座设置在熔炼炉内。

作为上述方案的进一步描述，所述永磁导体组件包括第一永磁导体和第二永磁导体，所述第一永磁导体有两条，所述第二永磁导体有两条，每条所述第一永磁导体和第二永磁导体交错且呈等距离设置在磁头上，所述第二永磁导体的长度大于第一永磁导体的长度，且每条所述第一永磁导体和第二永磁导体的底端均与电弧枪的钨极底端平齐。

作为上述方案的进一步描述，还包括驱动电机，所述驱动电机设置在电弧及线圈控制器内；所述电极控制杆包括外套杆、伸缩杆和中心杆，所述外套杆的顶端与电弧及线圈控制器连接，外套杆的底端与熔炼炉顶壁固定连接；所述伸缩杆的直径小于外套杆，且伸缩杆的外径与外套杆的内壁之间具有空腔，伸缩杆的底端伸入进熔炼炉内；所述中心杆的一端与驱动电机驱动连接，且中心杆与伸缩杆的内壁螺纹连接，所述电弧枪设置在伸缩杆的底端。

作为上述方案的进一步描述，还包括保护气加压机构，所述保护气加压机构与熔炼炉相连通；所述的感应线圈为交流感应线圈。

作为上述方案的进一步描述，所述熔炼炉与超声发生杆通过密封组件连接，所述密封组件包括固定件和密封件，所述固定件与超声发生杆螺纹连接，所述固定件底部具有多个凸块，所述熔炼炉的底板上开设有超声发生杆连接孔，且在熔炼炉的内底板上还设有与凸块相匹配的卡槽；所述超声发生杆通过凸块设置在熔炼炉的内底板上；所述密封件与套设在超声发生杆上，所述密封件具有螺纹连接部和密封部，所述螺纹连接部伸入与超声发生杆连接孔内，并与超声发生杆螺纹密封连接；所述密封部设置在螺纹连接部的底部，并与熔炼炉的底板外部相贴合，在所述密封部迎向熔炼炉的一侧设置有密封垫，且所述密封部的外径大于超声发生杆连接孔的直径。

一种使用上述的磁控电弧超声处理的设备处理不同相区铸锭的方法，包括以下步骤：

步骤1：待熔炼铸锭放置在坩埚内部，并将电弧枪的钨级调至能够引弧的位置；步骤2：开启抽真空机构，然后开启保护气加压机构，将熔炼炉内真空度保持在0.05MPa，利用电弧枪将铸锭熔化至熔融状态；

步骤3：待铸锭熔化形成稳定熔体，启动感应线圈，控制电弧枪的电弧作用范围及熔深，对熔融状态下铸锭的液相区和糊状区进行作用；

步骤4：在步骤3感应线圈的磁场下保持预定时间，使合金的固、液两相区达稳定状态；

步骤5：在感应线圈的磁场下，开启超声波发生器，保持设定时间，来控制铸锭内晶体的细化程度；

步骤6：减小电弧枪的电弧电流，调至0后，关闭电源。

作为上述方案的进一步描述，所述步骤2中电弧枪的熔炼温度大于等于铸锭液相线100℃，保证过热度。

作为上述方案的进一步描述，所述步骤6的电弧枪的电弧电流为每10s减小100A，并逐渐减小电流至0。

作为上述方案的进一步描述，所述步骤3和步骤4中，在处理铸锭的熔体糊状区时，感应线圈频率不小于60Hz且不大于100Hz，感应线圈电流为50-150A；在处理铸锭的熔体液相区时，感应线圈频率不小于20Hz且小于60Hz，感应线圈电流为200-300A；所述步骤4的预定时间为90-110s。

作为上述方案的进一步描述，所述步骤5中，超声波发生器的频率为20kHz，在处理铸锭的熔体糊状区时，超声波发生器的功率不小于12kW且不大于20kW；在处理铸锭的熔体液相区时，超声波发生器的功率不小于10且小于12kW；所述步骤5的设定时间为70-90s。

优点及效果

1.本发明采用磁控电弧超声处理的设备和方法，可对高温合金熔体进行超声处理，同时，超声作用的液相和液、固两相及固相可通过控制尖角磁场的大小进行调控，利用可控制电弧形状及熔池熔深的尖角磁场，调控温度梯度和电弧形状及覆盖位置，进而改变熔体的温度梯度和晶体生长方式，处理不同相区铸锭，本发明中，通过增大熔深，扩大坩埚内熔体的范围，使超声作用于铸锭的熔体液相区，可以充分改变元素分布，使元素分布更加均匀；减小熔深，可以使超声作用于铸锭的熔体糊状区，破碎糊状区内的树枝晶，并作为异质形核质点，增加形核率，细化组织。

2.本发明的感应线圈采用交流感应线圈，在产生磁场时，永磁导体的磁极会根据交流的变化从而N、S极对调进而改变电磁力，获得不同熔深，进而获得不同温度梯度，改变超声处理相区。

附图说明

图1为本发明实施例的磁控电弧变温度梯度熔炼的设备的结构示意图；

图2为本发明实施例的熔炼炉的结构示意图；

图3为本发明实施例的电极控制杆的结构示意图；

图4为图2中A部的局部放大图；

图5为图1中D-D的剖视图；

图6为实施例2在扫描电镜下的Nb-Si-Ti-ZrC-Sc合金超声处理液相组织图片；图7为实施例2在扫描电镜下的Nb-Si-Ti-ZrC-Sc合金超声处理液和固两相组织图片。

附图标记说明：

1-线圈及超声波控制器；2-电极控制杆；21-驱动电机；22-中心杆；23-伸缩杆；24-外套杆；3-磁头炉体连接柱；4-电弧磁控组件；41-包括磁头；42-感应线圈；43-电磁屏蔽罩；44-永磁导体组件；5-熔炼炉；6-电弧枪；7-坩埚；701-坩埚进水管；702-坩埚出水管；8-超声探头；9-超声发生杆；10-超声波发生器；11-控制柜；12-密封组件；1201-固定件；1202-密封件；13-电源连接线；14-抽真空机构；15-保护气加压机构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

如图1～5所示，本发明提供以下一种技术方案：

一种磁控电弧超声处理的设备，包括电弧及线圈控制器1、电弧枪控制杆2、电弧磁控组件4、熔炼炉5、坩埚7、电弧枪6、超声波处理装置、抽真空机构14和控制柜11，其中电弧及线圈控制器1设置在熔炼炉5上方，且电弧及线圈控制器1通过电源连接线13与控制柜11连接；电弧枪控制杆2的顶端与电弧及线圈控制器1相连接，电弧枪控制杆2的底端伸入熔炼炉5内；上述的电弧磁控组件，包括磁头41、电磁屏蔽罩43、感应线圈42和永磁导体组件44，磁头4通过磁头连接柱3固定在熔炼炉5的内顶壁上，且磁头41具有导入通道，感应线圈42缠绕在磁头4上，电磁屏蔽罩43上部固定在磁头41上，且电磁屏蔽罩43罩设在感应线圈42的外侧，电磁屏蔽罩43的底端高度与感应线圈42的底端高度一致；永磁导体组件44的上部固定在磁头41上，且永磁导体组件44设置在电磁屏蔽罩43的外侧，永磁导体组件44的底端高度与电弧枪6的钨级底端高度一致；坩埚7设置在熔炼炉5内；电弧枪的一端与电弧枪控制杆2的底端相连接，电弧枪的另一端穿过导入通道，且电弧枪6的钨极位于坩埚7的上方；抽真空机构14与熔炼炉5相连通；超声波处理装置包括超声波发生器10、超声发生杆9和超声探头8，超声波发生器10设置在熔炼炉7的下方，超声发生杆9的底端设置在超声波发生器10上，超声发生杆9的顶端穿入熔炼炉5内，超声探头8设置超声发生杆9的顶端，并与坩埚6的底部相靠接；感应线圈42和电弧枪6均与电弧及线圈控制器1电性连接。本发明的磁控电弧超声处理的设备，可对高温合金熔体进行超声处理，同时，超声作用的液相、液、固两相及固相可通过控制尖角磁场的大小进行调控，利用可控制电弧形状及熔池熔深的尖角磁场，调控温度梯度和电弧形状及覆盖位置，进而改变熔体的温度梯度和晶体生长方式，处理不同相区的铸锭。

本发明实施例的坩埚7为水冷坩埚，水冷坩埚具有坩埚进水管701和坩埚出水管702，坩埚7通过支撑底座设置在熔炼炉5内。

本发明实施例的永磁导体组件44包括第一永磁导体和第二永磁导体，其中第一永磁导体有两条，第二永磁导体有两条，每条第一永磁导体和第二永磁导体交错且呈等距离设置在磁头41上，第二永磁导体的长度大于第一永磁导体的长度，且每条第一永磁导体和第二永磁导体的底端均与电弧枪6的钨极底端平齐。具体的，第二永磁导体通过螺栓固定在磁头41的上部，第一永磁导体通过连接件固定在磁头41的上部，使第一永磁导体顶部的高度低于第二永磁导体顶部的高度。本发明的装置将感应线圈42产生的磁场通过永磁导体组件44作用于电弧上，在永磁导体组件44的磁极N极、S极产生一定电磁力形成尖角磁场，磁极产生的电磁力作用在电弧上，进而改变熔深。

上述的设备还包括驱动电机21，驱动电机21设置在电弧及线圈控制器1内；电极控制杆2包括外套杆24、伸缩杆23和中心杆22，外套杆24的顶端与电弧及线圈控制器1连接，外套杆24的底端与熔炼炉5顶壁固定连接；伸缩杆23的直径小于外套杆24，且伸缩杆23的外径与外套杆24的内壁之间具有空腔，伸缩杆23的底端伸入进熔炼炉内；中心杆22的一端与驱动电机21驱动连接，且中心杆22与伸缩杆23的内壁螺纹连接，电弧枪6设置在伸缩杆23的底端，具体的，电弧枪6通过螺纹连接设置在伸缩杆23的底端。本发明通过外套杆24将电弧及线圈控制器1固定在熔炼炉5上方，并通过驱动电机21与伸缩杆23的配合来控制电弧枪6的钨极与待熔炼金属的距离，这种设计各部件之间可单独拆卸、维修，便于后期维护，提高了设备的实用性。

上述的设备还包括保护气加压机构15，保护气加压机构15与熔炼炉5相连通，其中保护气体优选为氩气，其中感应线圈42为交流感应线圈。

本发明实施例的熔炼炉5与超声发生杆通过密封组件12连接，密封组件12包括固定件1201和密封件1202，固定件1201与超声发生杆9螺纹连接，固定件1201底部具有多个凸块，熔炼炉5的底板上开设有超声发生杆连接孔，且在熔炼炉5的内底板上还设有与凸块相匹配的卡槽；超声发生杆9通过凸块设置在熔炼炉5的内底板上；密封件1202与套设在超声发生杆9上，密封件1202具有螺纹连接部和密封部，螺纹连接部伸入与超声发生杆连接孔内，并与超声发生杆9螺纹密封连接；密封部设置在螺纹连接部的底部，并与熔炼炉5的底板外部相贴合，在密封部1202迎向熔炼炉7的一侧设置有密封垫，且密封部1202的外径大于超声发生杆连接孔的直径。这种设计能够通过密封件1202和固定件1201固定超声发生杆的位置，超声探头8和坩埚7保持紧密贴合，并且也保证了密封件1202和熔炼炉5底部的紧密贴合，从而保证了熔炼炉5内部的密封。

一种使用上述的磁控电弧超声处理的设备处理不同相区铸锭的方法，包括以下步骤：

步骤1：待熔炼铸锭放置在坩埚7内部，并将电弧枪6的钨级调至能够引弧的位置；

步骤2：开启抽真空机构14，然后开启保护气加压机构15，将熔炼炉5内真空度保持在0.05MPa，利用电弧枪6将铸锭熔化至熔融状态；

步骤3：待铸锭熔化形成稳定熔体，启动感应线圈42，控制电弧枪6的电弧作用范围及熔深，对熔融状态下铸锭的液相区和糊状区进行作用。本发明中的坩埚7，为水冷坩埚，水冷坩埚冷却速率极快，通过增大熔深，扩大坩埚7内熔体的范围，使超声作用于金属的液相区，可以充分改变元素分布，使元素分布更加均匀。减小熔深，可以使超声作用于糊状区，破碎糊状区内的树枝晶，并作为异质形核质点，增加形核率，细化组织。

步骤4：在步骤3感应线圈42的磁场下保持预定时间，具体的，预定时间为90-110s，使合金的固、液两相区达稳定状态；

步骤5：在感应线圈42的磁场下，开启超声波发生器10，保持设定时间，具体的，设定时间为70-90s，来控制铸锭内晶体的细化程度；通过超声处理，通过改变超声时长，控制晶体的细化程度，超声时间短，晶体细化程度低；

步骤6：减小电弧枪6的电弧电流，调至0后，关闭电源。

步骤2中电弧枪6的熔炼温度大于等于铸锭液相线100℃，保证过热度；步骤6的电弧枪6的电弧电流为每10s减小100A，并逐渐减小电流至0。

上述步骤3和步骤4中，在处理铸锭的熔体糊状区时，感应线圈42频率不小于60Hz且不大于100Hz，感应线圈42电流为50-150A；在处理铸锭的熔体液相区时，感应线圈42频率不小于20Hz且小于60Hz，感应线圈42电流为200-300A。上述步骤5中，其中超声波发生器10的频率不可调，通过超声波发生器10的数显进行功率的调节，改变位移幅值，从而进行超声波发生器10的功率调节，其中超声波发生器10的频率为20kHz，在处理铸锭的熔体糊状区时，超声波发生器10的功率不小于12kW且不大于20kW；在处理铸锭的熔体液相区时，超声波发生器10的功率不小于10且小于12kW。

实施例1：

一种使用上述的设备超声处理Nb-Si-Ti-ZrC-Sc合金不同相区铸锭的方法：步骤1：待熔炼铸锭放置在坩埚7内部，并将电弧枪6的钨级调至能够引弧位置；步骤2：开启抽真空机构14，并在氩气作为保护气体的条件下，将熔炼炉5内真空度保持在0.05MPa，利用磁控电弧超声处理对步骤1中的待熔炼铸锭进行熔炼，电弧枪6的电弧电流由0增长至600A，将待熔炼铸锭熔化至熔融态。

步骤3：当待熔炼铸锭熔化形成稳定流动后，开启感应线圈42，在处理铸锭的熔体糊状区时，感应线圈42频率为60Hz，感应线圈42电流为50A；在处理铸锭的熔体液相区时，频率范围控制在20Hz，感应线圈42电流为200A在磁场作用下，电弧作用的熔深保持在一定范围。

步骤4：保持步骤3的磁场作用下110s，使合金的固、液两相区达稳定状态。

步骤5：在完成步骤4的前提下，开启超声波发生器10，其中超声波发生器10的频率为20kHz，在处理铸锭的熔体糊状区时，超声波发生器10的功率为12kW；在处理铸锭的熔体液相区时，超声波发生器10的功率为10kW，超声处理时间为90s。

步骤6：超声处理完成后，电弧枪6电弧电流为每10s减小100A直至电流至0，关闭电源。

步骤7：对超声处理后的铸锭进行组织测试，组织均匀一致。

实施例2：

一种使用上述的设备超声处理Nb-Si-Ti-ZrC-Sc合金不同相区铸锭的方法：步骤1：待熔炼铸锭放置在坩埚7内部，并将电弧枪6的钨级调至能够引弧位置；步骤2：开启抽真空机构14，并在氩气作为保护气体的条件下，将熔炼炉5内真空度保持在0.05MPa，利用磁控电弧超声处理对步骤1中的待熔炼铸锭进行熔炼，电弧枪6的电弧电流由0增长至600A，将待熔炼铸锭熔化至熔融态。

步骤3：当待熔炼铸锭熔化形成稳定流动后，开启感应线圈42，在处理铸锭的熔体糊状区时，感应线圈42频率为100Hz，感应线圈42电流为150A；在处理铸锭的熔体液相区时，频率范围控制在59Hz，感应线圈42电流为300A在磁场作用下，电弧作用的熔深保持在一定范围。

步骤4：保持步骤3的磁场作用下90s，使合金的固、液两相区达稳定状态。

步骤5：在完成步骤4的前提下，开启超声波发生器10，其中超声波发生器10的频率为20kHz，在处理铸锭的熔体糊状区时，超声波发生器10的功率为20kW；在处理铸锭的熔体液相区时，超声波发生器10的功率为11.9kW，超声处理时间为70s。

步骤6：超声处理完成后，电弧枪6电弧电流为每10s减小100A直至电流至0，关闭电源。

步骤7：对超声处理后的铸锭进行组织测试，组织均匀一致。

实施例3：

一种使用上述的设备超声处理Nb-Si-Ti-ZrC-Sc合金不同相区铸锭的方法：步骤1：待熔炼铸锭放置在坩埚7内部，并将电弧枪6的钨级调至能够引弧位置；步骤2：开启抽真空机构14，并在氩气作为保护气体的条件下，将熔炼炉5内真空度保持在0.05MPa，利用磁控电弧超声处理对步骤1中的待熔炼铸锭进行熔炼，电弧枪6的电弧电流由0增长至600A，将待熔炼铸锭熔化至熔融态。

步骤3：当待熔炼铸锭熔化形成稳定流动后，开启感应线圈42，在处理铸锭的熔体糊状区时，感应线圈42频率为80Hz，感应线圈42电流为100A；在处理铸锭的熔体液相区时，频率范围控制在40Hz，感应线圈42电流为250A在磁场作用下，电弧作用的熔深保持在一定范围。

步骤4：保持步骤3的磁场作用下100s，使合金的固、液两相区达稳定状态。

步骤5：在完成步骤4的前提下，开启超声波发生器10，其中超声波发生器10的频率为20kHz，在处理铸锭的熔体糊状区时，超声波发生器10的功率为14kW；在处理铸锭的熔体液相区时，超声波发生器10的功率为10.8kW，超声处理时间为78s。

步骤6：超声处理完成后，电弧枪6电弧电流为每10s减小100A直至电流至0，关闭电源。

步骤7：对超声处理后的铸锭进行组织测试，组织均匀一致。

图6为实施例2在扫描电镜下的Nb-Si-Ti-ZrC-Sc合金超声处理液相组织图片；感应线圈42电弧频率低，熔深浅，超声作用于糊状区，超声处理后，异质形核质点多，形核率增大，组织更加细小，致密。由图6为本发明实施例中经超声波熔体处理Nb-Si-Ti-ZrC-Sc合金显微组织，可以看出，利用本发明涉及的超声波熔体处理装置和方法制备的Nb-Si-Ti-ZrC-Sc合金中显微组织明显细化，菊花状共晶组织显著减小，其中，图中铸锭顶部最大共晶团尺寸为154μm，底部最大的共晶团尺寸为29μm。由此可知，本发明的磁控电弧超声处理设备改变超声处理的合金相区，作用于液相区，可实现异质形核质点多，形核率增大，组织细小致密效果。

图7为实施例2在扫描电镜下的Nb-Si-Ti-ZrC-Sc合金超声处理液、固两相组织图片，感应线圈42电弧频率高，熔深深，超声作用于液相区，超声处理后，元素分布均匀，白色初生相长大，韧性相增多。由图7为本发明实施例2中经超声波熔体处理Nb-Si-Ti-ZrC-Sc合金显微组织，可以看出，利用本发明涉及的超声波熔体处理装置和方法制备的Nb-Si-Ti-ZrC-Sc合金中显微组织明显细化，白色初生相长大，韧性相增多。其中，图中白色韧性初生相的长径比约为1，韧性相的面积分数为70％。由此可知，本发明的磁控电弧超声处理设备改变超声处理的合金相区，作用于液相区，可实现初生相形态变化，增大韧性相比例的效果。

显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种磁控电弧超声处理的设备，其特征在于，包括电弧及线圈控制器(1)、电弧枪控制杆(2)、电弧磁控组件(4)、熔炼炉(5)、坩埚(7)、电弧枪(6)、超声波处理装置、抽真空机构(14)和控制柜(11)，

所述电弧及线圈控制器(1)设置在熔炼炉(5)上方，且所述电弧及线圈控制器(1)通过电源连接线(13)与控制柜(11)连接；所述电弧枪控制杆(2)的顶端与电弧及线圈控制器(1)相连接，所述电弧枪控制杆(2)的底端伸入熔炼炉(5)内；

所述电弧磁控组件，包括磁头(41)、电磁屏蔽罩(43)、感应线圈(42)和永磁导体组件(44)，所述磁头(4)通过磁头连接柱(3)固定在熔炼炉(5)的内顶壁上，且所述磁头(41)具有导入通道，所述感应线圈(42)缠绕在所述磁头(4)上，所述电磁屏蔽罩(43)上部固定在磁头(41)上，且电磁屏蔽罩(43)罩设在感应线圈(42)的外侧，电磁屏蔽罩(43)的底端高度与感应线圈(42)的底端高度一致；所述永磁导体组件(44)的上部固定在磁头(41)上，且永磁导体组件(44)设置在电磁屏蔽罩(43)的外侧，永磁导体组件(44)的底端高度与电弧枪(6)的钨级底端高度一致；所述坩埚(7)设置在熔炼炉(5)内；

所述电弧枪的一端与电弧枪控制杆(2)的底端相连接，所述电弧枪的另一端穿过导入通道，且电弧枪(6)的钨极位于坩埚(7)的上方；所述抽真空机构(14)与熔炼炉(5)相连通；

所述超声波处理装置包括超声波发生器(10)、超声发生杆(9)和超声探头(8)，所述超声波发生器(10)设置在熔炼炉(7)的下方，所述超声发生杆(9)的底端设置在超声波发生器(10)上，所述超声发生杆(9)的顶端穿入熔炼炉(5)内，所述超声探头(8)设置超声发生杆(9)的顶端，并与坩埚(6)的底部相靠接；所述感应线圈(42)和电弧枪(6)均与电弧及线圈控制器(1)电性连接。

2.根据权利要求1所述的磁控电弧超声处理的设备，其特征在于：所述坩埚(7)为水冷坩埚，坩埚(7)通过支撑底座设置在熔炼炉(5)内。

3.根据权利要求1所述的磁控电弧超声处理的设备，其特征在于：所述永磁导体组件(44)包括第一永磁导体和第二永磁导体，所述第一永磁导体有两条，所述第二永磁导体有两条，每条所述第一永磁导体和第二永磁导体交错且呈等距离设置在磁头(41)上，所述第二永磁导体的长度大于第一永磁导体的长度，且每条所述第一永磁导体和第二永磁导体的底端均与电弧枪(6)的钨极底端平齐。

4.根据权利要求2或3所述的磁控电弧超声处理的设备，其特征在于：还包括驱动电机(21)，所述驱动电机(21)设置在电弧及线圈控制器(1)内；

所述电极控制杆(2)包括外套杆(24)、伸缩杆(23)和中心杆(22)，所述外套杆(24)的顶端与电弧及线圈控制器(1)连接，外套杆(24)的底端与熔炼炉(5)顶壁固定连接；所述伸缩杆(23)的直径小于外套杆(24)，且伸缩杆(23)的外径与外套杆(24)的内壁之间具有空腔，伸缩杆(23)的底端伸入进熔炼炉内；所述中心杆(22)的一端与驱动电机(21)驱动连接，且中心杆(22)与伸缩杆(23)的内壁螺纹连接，所述电弧枪(6)设置在伸缩杆(23)的底端。

5.根据权利要求4所述的磁控电弧超声处理的设备，其特征在于：还包括保护气加压机构(15)，所述保护气加压机构(15)与熔炼炉(5)相连通，所述的感应线圈(42)为交流感应线圈。

6.根据权利要求5所述的所述磁控电弧变温度梯度熔炼的设备，其特征在于：所述熔炼炉(5)与超声发生杆通过密封组件(12)连接，所述密封组件(12)包括固定件(1201)和密封件(1202)，所述固定件(1201)与超声发生杆(9)螺纹连接，所述固定件(1201)底部具有多个凸块，所述熔炼炉(5)的底板上开设有超声发生杆连接孔，且在熔炼炉(5)的内底板上还设有与凸块相匹配的卡槽；所述超声发生杆(9)通过凸块设置在熔炼炉(5)的内底板上；所述密封件(1202)与套设在超声发生杆(9)上，所述密封件(1202)具有螺纹连接部和密封部，所述螺纹连接部伸入与超声发生杆连接孔内，并与超声发生杆(9)螺纹密封连接；所述密封部设置在螺纹连接部的底部，并与熔炼炉(5)的底板外部相贴合，在所述密封部(1202)迎向熔炼炉(7)的一侧设置有密封垫，且所述密封部(1202)的外径大于超声发生杆连接孔的直径。

7.一种使用如权利要求6所述的磁控电弧超声处理的设备处理不同相区铸锭的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：待熔炼铸锭放置在坩埚(7)内部，并将电弧枪(6)的钨级调至能够引弧的位置；

步骤2：开启抽真空机构(14)，然后开启保护气加压机构(15)，将熔炼炉(5)内真空度保持在0.05MPa，利用电弧枪(6)将铸锭熔化至熔融状态；

步骤3：待铸锭熔化形成稳定熔体，启动感应线圈(42)，控制电弧枪(6)的电弧作用范围及熔深，对熔融状态下铸锭的液相区和糊状区进行作用；

步骤4：在步骤3感应线圈(42)的磁场下保持预定时间，使合金的固、液两相区达稳定状态；

步骤5：在感应线圈(42)的磁场下，开启超声波发生器(10)，保持设定时间，来控制铸锭内晶体的细化程度；

步骤6：减小电弧枪(6)的电弧电流，调至0后，关闭电源。

8.根据权利要求7所述的使用磁控电弧超声处理的设备处理不同相区铸锭的方法，其特征在于：所述步骤2中电弧枪(6)的熔炼温度大于等于铸锭液相线100℃，保证过热度；所述步骤6的电弧枪(6)的电弧电流为每10s减小100A，并逐渐减小电流至0。

9.据权利要求7所述的使用磁控电弧超声处理的设备处理不同相区铸锭的方法，其特征在于：所述步骤3和步骤4中，在处理铸锭的熔体糊状区时，感应线圈(42)频率不小于60Hz且不大于100Hz，感应线圈(42)电流为50-150A；在处理铸锭的熔体液相区时，感应线圈(42)频率不小于20Hz且小于60Hz，感应线圈(42)电流为200-300A；所述步骤4的预定时间为90-110s。

10.根据权利要求9所述的使用磁控电弧超声处理的设备处理不同相区铸锭的方法，其特征在于：所述步骤5中，超声波发生器(10)的频率为20kHz，在处理铸锭的熔体糊状区时，超声波发生器(10)的功率不小于12kW且不大于20kW；在处理铸锭的熔体液相区时，超声波发生器(10)的功率不小于10且小于12kW；所述步骤5的设定时间为70-90s。

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