CN1307945A - 紫铜坩埚的银钎焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及真空冶炼的主要设备电弧炉的心脏部件——紫铜坩埚的银钎焊接方法,它将上法兰、无缝筒体相互之间先采用螺纹结构连接,再用银钎焊焊接,银钎焊焊接时,所用焊剂由钎料和钎剂组成,它可为粉状或粘稠液状,其钎料选定为BAg35－50CuZn,钎剂为料314和/或料315,钎料和钎剂的用量之比为:钎料∶钎剂=2－3∶1。本发明制造方法简单、成本低、辅助设备少、成品率高。
Description
本发明涉及真空冶炼的主要设备电弧炉的心脏部件—紫铜坩埚的银钎焊接方法。
目前，真空自耗电弧炉是我国熔炼钛、钛合金等稀有金属的主要设备。真空电弧熔炼是在低于大气压力下用电弧加热熔炼金属或合金，与普通电弧炉相比，它有许多优点：在熔炼中避开了大气的污染，也没有耐火材料炉衬的不良作用；相反，低压促进了去除有害气体和杂质，改善了材料纯度，改善了金属或合金的性能。
紫铜坩埚是电弧炉的关键部件，对坩埚的要求有如下几点：①有良好的导热性和导电性，且不易被熔炼金属粘结。②坩埚内表面应平整光滑。③坩埚结构应该允许其热胀变形。④坩埚应有一定的整体强度，在使用过程中绝对禁止内腔和外界贯通。⑤要充分冷却，一般采用水套式冷却。其真空电弧炉结构如图1，图中：1′是水冷坩埚，2′是自耗电极，3′是排气，4′是炉身，5′是升降机构，6′是电弧电源，7′是电极升降控制系统。在使用过程中，电极杆接熔化电源负极，坩埚接正极，熔化电流常在1万安培-2.5万安培。电极和坩埚之间通过电弧放电，金属以蒸汽或熔滴的形式在坩埚中建立熔池，而接触坩埚的部分因坩埚外面冷却水而迅速冷却，整个熔炼过程中，电极杆不断下降，熔池不断升高，整个铸锭的凝固过程是由外向内，由下向上。坩埚作为一个电极的同时，也作为钛锭的成型容器，在整个抽空、熔炼、冷却过程中，其内部是真空状态，外部是冷却水，其压力为5-6kg/cm2，坩埚内壁和钛液直接接触，虽然钛的熔点(1668℃)高于铜的熔点，但由于冷却水的保护，钛锭接触内壁后迅速冷却凝固。目前国内制造真空电弧炉的主要生产厂家制造紫铜坩埚的方法是采用铜焊，焊接前将基体在专用预热设备中预热到一定温度后，再进行铜焊焊接。焊接时，采用大电流不间断焊接，一旦断弧或基体温度下降，焊缝中就会出现气孔、夹渣，届时，就必须采用机械加工方法去除有缺陷的焊缝，重新加热后再焊接。如果返工次数超过一定范围，则整个坩埚就会报废，这也是造成坩埚焊接难度大、成品率低的原因。而且，由于实际中的诸多因素，焊接质量难以保证，如果冷却水通过焊缝，水遇到高温熔池迅速汽化、分解，并再次氢、氧聚合、爆炸，产生巨大的危害。
本发明的目的在于克服传统坩埚制造技术的不足而提出一种加工难度低、成品率高且焊接质量能可靠保证的紫铜坩埚的银钎焊接方法。
本发明的目的可以通过以下技术措施得以实现：
一种紫铜柑祸的银钎焊接方法，其特征在于将上法兰、无缝筒体相互之间先采用螺纹结构连接，再用银钎焊焊接，银钎焊焊接时，所用焊剂由钎料和钎剂组成，它可为粉状或粘稠液状，其钎料选定为BAg35-50CuZn，钎剂为料314和/或料315，钎料和钎剂的用量之比为：钎料∶钎剂＝2-3∶1。
本发明的技术特征是坩埚法兰和坩埚筒体之间通过螺纹连接再加以银钎焊接，其制造方法简单、成本低、辅助设备少、成功率高，它与现有技术相比的优点是：由于采用螺纹连接及银钎焊焊接，制造难度低、成品率高，保证使用要求。采用本发明方法可使1T电弧炉的产量提高50％，产钛锭达20T，熔炼达30余次，效果十分理想。
附图及图面说明：
图1为现有真空电弧炉的整体结构示意图。
图2为本发明紫铜坩埚的结构示意图。
如图2，本发明方法是，将上法兰1、无缝筒体2相互之间先用螺纹连接，再用银钎焊焊接。上法兰1和筒体2通过螺纹连接，保证机械强度，上下焊缝开坡口，通过银钎焊连接成整体，保证真空密封。具体方法如下：
1、首先将紫铜坩埚的上法兰1和筒体2上端口采用相配合的螺纹结构连接在一起，即将上法兰1内壁车制成内螺纹，将筒体2上端口外壁制成相配合的外螺纹，法兰和筒体通过螺纹旋合在一起，这样通过螺纹保证它们相互连接的整体机械强度及导电接触面积，因为在正常使用时，上法兰1作为起吊部位，承载坩埚自重450kg及钛锭重800kg，总共1.25T。同时，上法兰1通过螺纹和筒体2连接因有足够大的接触面，保证在正常熔炼时，有近1.5万安培的电流通过螺纹，而不发热。
2.银钎焊时，焊剂由钎料和钎剂组成，它可为粉状或粘稠液状，其钎料选定为BAg35-50CuZn，最好选用BAg45CuZn；钎剂为料314和/或料315。钎料和钎剂的用量之比为：钎料∶钎剂＝2-3∶1。钎剂中的料314和料315可以单独使用，也可混合使用钎剂最好由50％的料314和50％的料315组成。通过银钎焊，将上法兰1和筒体2连接螺纹的两端以银焊密封，确保在正常时，坩埚外为压力5kg/cm2的冷却水，而坩埚内为熔化时必需的真空。通过试验得到，用这种焊剂和焊材而形成的银钎焊焊缝可承受600℃的温度而不变形，温度剧升剧降不产生裂纹。虽然熔炼时，金属熔点为1668℃，但由于在熔化结束时溶池的最高位置距银钎焊缝有400mm，且坩埚外有大流量强制冷却水，因而银钎焊缝处的实际工作温度不超过500℃，银钎焊能够满足工作要求。
本发明焊接方法具体如下：
A、首先将上法兰1和筒体2通过螺纹连接到位，上法兰1螺纹上、下端面两处均开“U”型坡口。
B、将坩埚装在起吊工装内，放入电阻加热炉缓慢升温至450℃，温升速度不高于150℃/h，然后保温2小时，保证整个坩埚各处均达到450℃。
C、将坩埚从加热炉内吊出，垂直装进保温筒，用几把割枪同时加热，见暗红后，开始焊接。第一遍焊接时，焊缝的高度仅为坡口高度的一半，边焊接，边加入焊剂。焊后迅速用割枪加热保温，焊接方向为顺时针旋转，焊完第一遍后再焊接第二遍。在整个焊接过程中，焊接区域的温度不低于780℃。
D、焊完第一遍后，再用上述方法焊接第二遍，焊高略高于上法兰1平面。
E、一面焊完后，再将坩埚调头垂直放置在保温筒内，露出焊接区域，加热一段时间后，再以C、D方法焊接。
F、焊接完毕后，继续加热一段时间，见暗红后，迅速盖上保温材料，其后冷却速度不得高于30℃/h，二十四小时后，撤去保温材料。
G、进行机加工，最终得到图纸要求尺寸。做8kg/cm2水压及5kg/cm2气密试验。一次合格，表面无任何气孔、夹渣。
Claims (5)
1、一种紫铜坩埚的银钎焊接方法，其特征在于将上法兰、无缝筒体相互之间先采用螺纹结构连接，再用银钎焊焊接，银钎焊焊接时，所用焊剂由钎料和钎剂组成，它可为粉状或粘稠液状，其钎料选定为BAg35-50CuZn，钎剂为料314和/或料315，钎料和钎剂的用量之比为：钎料∶钎剂＝2-3∶1。
2、按权利要求1所述的紫铜坩埚的银钎焊接方法，其特征在于所述钎料选用BAg45CuZn。
3、按权利要求1所述的紫铜坩埚的银钎焊接方法，其特征在于所述钎剂中的料314和料315或单独使用，或混合使用。
4、按权利要求3所述的紫铜坩埚的银钎焊接方法，其特征在于所述钎剂由50％的料314和50％的料315组成。
5、按权利要求1所述的紫铜坩埚的银钎焊接方法，其特征在于焊接方法具体如下：
A、首先将上法兰和筒体通过螺纹连接到位，上法兰螺纹上、下端面两处均开“U”型坡口；
B、将坩埚装在起吊工装内，放入电阻加热炉缓慢升温至450℃，温升速度不高于150℃/h，然后保温2小时，保证整个坩埚各处均达到450℃；
C、将坩埚从加热炉内吊出，垂直装进保温筒，用几把割枪同时加热，见暗红后，开始焊接。第一遍焊接时，焊缝的高度仅为坡口高度的一半，边焊接，边加入焊剂，焊后迅速用割枪加热保温，焊接方向为顺时针旋转，焊完第一遍后再焊接第二遍，在整个焊接过程中，焊接区域的温度不低于780℃；
D、焊完第一遍后，再用上述方法焊接第二遍，焊高略高于上法兰平面；
E、一面焊完后，再将坩埚调头垂直放置在保温筒内，露出焊接区域，加热一段时间后，再以C、D方法焊接；
F、焊接完毕后，继续加热一段时间，见暗红后，迅速盖上保温材料，其后冷却速度不得高于30℃/h，二十四小时后，撤去保温材料；
G、进行机加工，做8kg/cm2水压及5kg/cm2气密试验，一次合格，表面无任何气孔、夹渣。
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