CN117926019A - 一种弧距控制制备钛合金铸锭的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种弧距控制制备钛合金铸锭的方法，包括以下步骤：将钛合金底垫、坩埚底垫和坩埚筒体进行装配，将钛合金自耗电极对中放置于坩埚筒体之中，进行熔炼前准备；设置初始弧矩和其他参数后进行起弧；进入起弧期后，通过弧距控制进行熔炼，送电起弧后，在2s内手动拉伸弧矩至30～50mm，随后弧距自动回落至初始弧距，直至整个起弧过程；进入正常熔炼期后，需将弧距调整至15～25mm范围内，并保证熔炼过程中每10min时间周期内存在0.01～0.50范围大小的熔滴；进入补缩期后，需将弧距调整至20～30mm范围内，直至补缩完成冷却出炉。本发明在熔炼过程中采用弧距控制，可以同时满足常规铸锭、大规格和多元钛合金铸锭生产的需求。

Description

一种弧距控制制备钛合金铸锭的方法

技术领域

本发明属于钛合金熔炼技术领域，具体涉及一种弧距控制制备钛合金铸锭的方法。

背景技术

钛合金因其优异的综合性能广泛应用于航空、航天、医疗等各个领域，而钛合金铸锭的成分均匀性是各类钛合金产品制备过程中最关键的环节之一。在铸锭熔炼环节，成品熔炼是最为关键的。现有技术中，成品熔炼主要控制的参数有电流、电压、熔速、真空度、进水温度和出水温度等，而弧距则不作为控制参数。弧距则作为随动参数根据电压实际值和设定值的差值进性自动调节。现有方式下，虽然可以满足铸锭均匀性的要求，但是对于大规格、多元合金的钛合金铸锭而言，铸锭成分均匀性仍存在一定风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种弧距控制制备钛合金铸锭的方法，本发明在熔炼过程中采用弧距控制，可以同时满足常规铸锭、大规格、多元钛合金铸锭生产的需求。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种弧距控制制备钛合金铸锭的方法，包括以下步骤：

S1，将钛合金底垫、坩埚底垫和坩埚筒体进行装配，将钛合金自耗电极对中放置于坩埚筒体之中，进行熔炼前准备；

S2，设置初始弧矩和其他参数后进行起弧；

S3，进入起弧期后，通过弧距控制进行熔炼，送电起弧后，在2s内手动拉伸弧矩至30～50mm，随后弧距自动回落至初始弧距，直至整个起弧过程；

S4，进入正常熔炼期后，需将弧距调整至15～25mm范围内，并保证熔炼过程中每10min时间周期内存在0.01～0.50范围大小的熔滴；

S5，进入补缩期后，需将弧距调整至20～30mm范围内，直至补缩完成冷却出炉。

优选的，所述S1中，钛合金底垫的直径为厚度为10～30mm范围，偏斜度≤5mm，钛合金底垫的材料与钛合金自耗电极化学成分为同一牌号。

优选的，所述S1中，钛合金自耗电极的直径为

优选的，所述S1中，钛合金自耗电极对中放置于坩埚筒体之中，保证四点对称位置的坩埚间隙偏差≤5mm，且任何位置的坩埚间隙均≥30mm。

优选的，所述S2中，初始弧距大小在20～30mm范围，起始水流量在500-700L/min，起始电流为6kA，起始电压在26-28V，稳弧在5-10A，稳弧周期在5-10s。

优选的，所述S4中，每10分钟观察熔滴情况，若无熔滴出现则将弧矩调整为15mm，若持续有送滴出现且在0.01-0.5则变化参数，若熔滴大于0.5mm则弧矩升高至25mm，水流量在1100-1300L/min。

优选的，所述S5中，水流量保持在1100～1300L/min。

本发明的有益效果在于：在熔炼过程中采用弧距控制，配合电流控制或熔速控制，进行钛合金铸锭的熔炼方式，而电压则作为从动参数进行匹配调节的方法，不仅可以满足常规铸锭生产的需求，同时也能满足大规格、多元钛合金铸锭的成分均匀性。

附图说明

图1为坩埚间隙侧视图，其中，1为钛合金底垫，2为坩埚底垫，3为坩埚筒体，4为钛合金自耗电极。

图2为坩埚间隙俯视图，其中a，b，c，d四点的长度为坩埚间隙。

图3为整个熔炼过程中不同时期的弧距范围示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合本发明的附图和实施例，对本发明的技术方案进行清楚完整的描述。

如图1到图3所示，一种弧距控制制备钛合金铸锭的方法，包括以下步骤：

S1，将钛合金底垫1、坩埚底垫2和坩埚筒体3进行装配，将钛合金自耗电极4对中放置于坩埚筒体2之中，进行熔炼前准备。

S101，将钛合金底垫1、坩埚底垫2和坩埚筒体3进行装配，然后放置于熔化站。

将直径为厚度为10～30mm，偏斜度≤5mm的钛合金底垫1进行清理后，装配在坩埚底垫2上，并组装坩埚底垫2和坩埚筒体3，然后放置于熔化站。

钛合金底垫1的材料必须与钛合金自耗电极4化学成分为同一牌号。

S102，将钛合金自耗电极4对中放置于坩埚筒体3之中，并将辅助电极一端与电弧炉的气动夹头连接。

将直径为的钛合金自耗电极4对中放置于坩埚筒体3之中，利用工装调整坩埚间隙位置，保证四点对称位置的坩埚间隙(即a，b，c，d的长度)偏差≤5mm，且任何位置的坩埚间隙均≥30mm，然后将辅助电极与电弧炉的气动夹头连接。

S103，对电弧炉进行封炉和抽空操作，将辅助电极另一端和钛合金自耗电极焊接到一起，然后进行焊后清理，重新对中钛合金自耗电极4，再次对电弧炉进行封炉和抽空操作，准备熔炼。

对电弧炉进行封炉和抽空操作。

当电弧炉的真空度≤5Pa，漏率≤1Pa/min，在抽空的真空自耗电弧炉室内，将焊接电流控制在3kA～15kA范围，电压控制在25V～32V范围，稳弧在5A～15A范围，用电弧炉热量熔化辅助电极下端面和钛合金自耗电极上端面，将辅助电极和钛合金自耗电极4焊接到一起，完成炉内焊接。

然后进行焊后清理，主要清理的对象有坩埚内壁、底垫、辅助电极、焊缝和焊瘤以及喷溅，清理完成后重新对中钛合金自耗电极4，保证四点对称位置的坩埚间隙偏差≤5mm，且任何位置的坩埚间隙均≥30mm，再次对电弧炉进行封炉和抽空操作，当真空度≤1.33Pa，漏率≤1Pa/min，准备熔炼。

S2，设置初始弧矩和其他参数后进行起弧。

设置初始弧矩大小在20～30mm范围，起始水流量在500-700L/min，起始电流为6kA，起始电压在26-28V，稳弧在5-10A，稳弧周期在5-10s，参数设置完成后，进行起弧。

S3，进入起弧期后，通过弧距控制进行熔炼，送电起弧后，在2s内手动拉伸弧矩至30～50mm，随后弧距自动回落至初始弧距，直至整个起弧过程。

S4，进入正常熔炼期后，需将弧距调整至15～25mm范围内，并保证熔炼过程中每10min时间周期内存在0.01～0.50范围大小的熔滴，水流量在1100-1300L/min。

每10分钟观察熔滴情况，若无熔滴出现则将弧矩调整为15mm，若持续有熔滴出现且在0.01-0.5则变化参数，若熔滴大于0.5mm则弧矩升高至25mm。

S5，进入补缩期后，需将弧距调整至20～30mm范围内，水流量保持在1100～1300L/min，直至补缩完成冷却出炉。

钛合金自耗电极剩余重量300～350kg时，进入补缩期，进入补缩期后，需将弧距调整至20～30mm范围内，水流量保持在1100～1300L/min，补缩过程不在监控熔滴情况，补缩结束前钛合金自耗电极4余留必须采用完整余留，剩余重量≥25kg，补缩完成后，铸锭在坩埚内冷却至少6h后出炉脱模。

下面结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例1：弧距控制制备规格TC4钛合金

S1，将TC4底垫、坩埚底垫和坩埚筒体进行装配，将TC4自耗电极对中放置于坩埚筒体之中，进行熔炼前准备。

S101，将直径为厚度为10mm，偏斜度≤5mm的TC4合金底垫进行清理后，装配在坩埚底垫上，并组装坩埚底垫和坩埚筒体，然后放置于熔化站。

SS102，将的TC4自耗电极对中放置于坩埚之中，利用工装调整坩埚间隙位置，保证四点对称位置的坩埚间隙偏差≤5mm，且任何位置的坩埚间隙均≥30mm，然后将辅助电极与电弧炉气动夹头连接。

SS103，封炉，抽空，当真空度≤5Pa，漏率≤1Pa/min，将焊接电流控制在3kA～12kA范围，电压控制在25V～30V范围，稳弧在5A～15A范围，完成炉内焊接，然后进行焊后清理，主要清理的对象有坩埚内壁、底垫、辅助电极、焊缝和焊瘤以及喷溅，清理完成后重新对中TC4自耗电极，保证四点对称位置的坩埚间隙偏差≤5mm，且任何位置的坩埚间隙均≥30mm，再次封炉，抽空，当真空度≤1.33Pa，漏率≤1Pa/min，准备熔炼。

S2，设置初始弧矩为20mm，起始水流量500L/min，起始电流为6kA，起始电压26V，稳弧为5A，稳弧周期为5s，进行起弧。

S3，通过弧距控制进行熔炼。送电起弧后，在2s内手动拉伸弧矩至30mm，随后通过设备自动调节，弧距自动回落至20mm，持续有熔滴出现，且在0.01-0.5则变化参数，直至整个起弧过程结束。

S4，进入正常熔炼期后，需将弧距控制在20mm±5mm范围内，并保证熔炼过程中每10min时间周期内存在0.01～0.50范围大小的熔滴。每10分钟观察熔滴情况，若无熔滴出现则将弧矩调整为15mm，若持续有熔滴出现且在0.01-0.5则变化参数，若熔滴大于0.5mm则弧矩升高至25mm。水流量保持在1200±100L/min。

S5，TC4自耗电极剩余重量300kg时，进入补缩期，将弧距调整至25mm±5mm范围内，水流量保持在1200±100L/min，此时不在监控熔滴状态，使用弧距控制直至补缩完成，需要注意的是TC4自耗电极余留必须采用完整余留，剩余重量≥25kg，最后铸锭在坩埚内冷却至少6h以上，出炉脱模。

在铸锭头部、中部、尾部取化学成分样品进行检测，可以看出化学成分均匀性良好，Al、V元素极差均小于3000ppm。(如表1所示)

表1弧距控制制备规格TC4化学成分(重量百分比wt.％)

实施例2：弧距控制制备规格TA15合金

S1，将TA15底垫、坩埚底垫和坩埚筒体进行装配，将TA15自耗电极对中放置于坩埚筒体之中，进行熔炼前准备。

S101，将直径为厚度为20mm，偏斜度≤5mm的TA15合金底垫进行清理后，装配在坩埚底垫上，并组装坩埚底垫和坩埚筒体，然后放置于熔化站。

S102，将的TA15自耗电极对中放置于坩埚之中，利用工装调整坩埚间隙位置，保证四点对称位置的坩埚间隙偏差≤5mm，且任何位置的坩埚间隙均≥30mm，然后将辅助电极与电弧炉气动夹头连接。

S103，封炉，抽空，当真空度≤5Pa，漏率≤1Pa/min，将焊接电流控制在4kA～15kA范围，电压控制在25V～32V范围，稳弧在5A～15A范围，完成炉内焊接，然后进行焊后清理，主要清理的对象有坩埚内壁、底垫、辅助电极、焊缝和焊瘤以及喷溅，清理完成后重新对中TA15自耗电极，保证四点对称位置的坩埚间隙偏差≤5mm，且任何位置的坩埚间隙均≥30mm，再次封炉，抽空，当真空度≤1.33Pa，漏率≤1Pa/min，准备熔炼。

S2，设置初始弧矩为25mm，起始水流量600L/min，起始电流为6kA，起始电压28V，稳弧8A，稳弧周期10s，参数进行起弧。

S3，通过弧距控制进行熔炼。送电起弧后，在2s内手动拉伸弧矩至40mm，随后通过设备自动调节，弧距自动回落至25mm，持续有熔滴出现，且在0.01-0.5则变化参数，直至整个起弧过程结束。

S4，进入正常熔炼期后，需将弧距控制在20mm±5mm范围内，并保证熔炼过程中每10min时间周期内存在0.01～0.50范围大小的熔滴。每10分钟观察熔滴情况，若无熔滴出现则将弧矩调整为15mm，若持续有熔滴出现且在0.01-0.5则变化参数，若熔滴大于0.5mm则弧矩升高至25mm。水流量保持在1200±100L/min

S5，TA15自耗电极剩余重量350kg时，进入补缩期，将弧距调整至25mm±5mm范围内，水流量保持在1200±100L/min，此时不在监控熔滴状态，使用弧距控制直至补缩完成，需要注意的是TA15自耗电极余留必须采用完整余留，剩余重量≥60kg，最后铸锭在坩埚内冷却至少6h以上，出炉脱模。

在铸锭头部、中部、尾部取化学成分样品进行检测，可以看出化学成分均匀性良好，Al、Mo、V、Zr元素极差均小于3000ppm。(如表2所示)

表2弧距控制制备规格TA15合金化学成分(重量百分比wt.％)

实施例3：弧距控制制备规格Ti80合金

S1，将Ti80底垫、坩埚底垫和坩埚筒体进行装配，将Ti80自耗电极对中放置于坩埚筒体2之中，进行熔炼前准备。

S101，将直径为厚度为30mm，偏斜度≤5mm的Ti80合金底垫进行清理后，装配在坩埚底垫上，并组装坩埚底垫和坩埚筒体，然后放置于熔化站。

S102，将的Ti80自耗电极对中放置于坩埚之中，利用工装调整坩埚间隙位置，保证四点对称位置的坩埚间隙偏差≤5mm，且任何位置的坩埚间隙均≥30mm，然后将辅助电极与电弧炉气动夹头连接。

S103，封炉，抽空，当真空度≤5Pa，漏率≤1Pa/min，将焊接电流控制在4kA～15kA范围，电压控制在25V～32V范围，稳弧在5A～15A范围，完成炉内焊接，然后进行焊后清理，主要清理的对象有坩埚内壁、底垫、辅助电极、焊缝和焊瘤以及喷溅，清理完成后重新对中Ti80自耗电极，保证四点对称位置的坩埚间隙偏差≤5mm，且任何位置的坩埚间隙均≥30mm，再次封炉，抽空，当真空度≤1.33Pa，漏率≤1Pa/min，准备熔炼。

S2，设置初始弧矩为30mm，起始水流量700L/min，起始电流为6kA，起始电压26V稳弧为10A，稳弧周期为10s，进行起弧。

S3，通过弧距控制进行熔炼。送电起弧后，在2s内手动拉伸弧矩至50mm，随后通过设备自动调节，弧距自动回落至30mm，持续有熔滴出现，且在0.01-0.5则变化参数，直至整个起弧过程结束。

S4，进入正常熔炼期后，需将弧距控制在20mm±5mm范围内，并保证熔炼过程中每10min时间周期内存在0.01～0.50范围大小的熔滴。每10分钟观察熔滴情况，若无熔滴出现则将弧矩调整为15mm，若持续有熔滴出现且在0.01-0.5则变化参数，若熔滴大于0.5mm则弧矩升高至25mm。水流量在1200±100L/min

S5，Ti80自耗电极剩余重量350kg时，进入补缩期，将弧距调整至25mm±5mm范围内，水流量保持在1200±100L/min，此时不在监控熔滴状态，使用弧距控制直至补缩完成，需要注意的是Ti80自耗电极余留必须采用完整余留，剩余重量≥60kg，最后铸锭在坩埚内冷却至少6h以上，出炉脱模。

在铸锭头部、中部、尾部取化学成分样品进行检测，可以看出化学成分均匀性良好，Al、Zr、Mo、Nb元素极差均小于3000ppm。(如表3所示)

表3弧距控制制备规格Ti80合金化学成分(重量百分比wt.％)

Claims (7)

1.一种弧距控制制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将钛合金底垫、坩埚底垫和坩埚筒体进行装配，将钛合金自耗电极对中放置于坩埚筒体之中，进行熔炼前准备；

S2，设置初始弧矩和其他参数后进行起弧；

S3，进入起弧期后，通过弧距控制进行熔炼，送电起弧后，在2s内手动拉伸弧矩至30～50mm，随后弧距自动回落至初始弧距，直至整个起弧过程；

S4，进入正常熔炼期后，需将弧距调整至15～25mm范围内，并保证熔炼过程中每10min时间周期内存在0.01～0.50范围大小的熔滴；

S5，进入补缩期后，需将弧距调整至20～30mm范围内，直至补缩完成冷却出炉。

2.根据权利要求1所述的弧距控制制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，所述S1中，钛合金底垫的直径为φ700～900mm，厚度为10～30mm范围，偏斜度≤5mm，钛合金底垫的材料与钛合金自耗电极化学成分为同一牌号。

3.根据权利要求1所述的弧距控制制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，所述S1中，钛合金自耗电极的直径为φ640～850mm。

4.根据权利要求1所述的弧距控制制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，所述S1中，钛合金自耗电极对中放置于坩埚筒体之中，保证四点对称位置的坩埚间隙偏差≤5mm，且任何位置的坩埚间隙均≥30mm。

5.根据权利要求1所述的弧距控制制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，所述S2中，初始弧距大小在20～30mm范围，起始水流量在500-700L/min，起始电流为6kA，起始电压在26-28V，稳弧在5-10A，稳弧周期在5-10s。

6.根据权利要求1所述的弧距控制制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，所述S4中，每10分钟观察熔滴情况，若无熔滴出现则将弧矩调整为15mm，若持续有送滴出现且在0.01-0.5则变化参数，若熔滴大于0.5mm则弧矩升高至25mm，水流量在1100-1300L/min。

7.根据权利要求1所述的弧距控制制备钛合金铸锭的方法，其特征在于，所述S5中，水流量保持在1100～1300L/min。