CN201538802U - 大功率超声波合金熔体处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大功率超声波合金熔体处理系统，包括依次相连的超声波换能器、由一级变幅杆、二级变幅杆和三级变幅杆依次相连构成的多级变幅杆以及耐高温抗腐蚀的超声波发射头，二级变幅杆上安装有防辐射帽，超声波换能器与超声波驱动电源电连接，超声波换能器位于一壳体内，壳体设有冷却装置。多级变幅杆的总长度至少为250mm，超声波发射头的端面面积为5～210平方厘米，超声波发射头的长度为80～200mm。本实用新型的超声波发射头作用于金属熔体，对金属熔体发射超声波，能够显著改善金属或合金熔体的成分均匀性和晶粒结构，提高金属的综合性能。本实用新型功率大，稳定性高，耐高温、抗热辐射，性能可靠，使用寿命长。

Description

大功率超声波合金熔体处理系统

技术领域

本实用新型属于超声波技术领域，尤其涉及一种大功率超声波合金熔体处理系统。

背景技术

目前的金属熔体处理设备功率小、稳定性差，不适合工业使用。而高能超声波作用于熔炼的金属，能显著改善金属或合金的结晶和性能。普通的超声波振动系统由换能器、变幅杆和工具头相连构成，如果作用于熔炼的金属，熔炼的金属产生的高温、热辐射会影响超声波振动系统的性能，甚至损坏超声波设备。

发明内容

本实用新型主要解决原有的超声波振动系统没有耐高温、抗热辐射的性能，不适用于处理金属熔体的技术问题；提供一种功率大，稳定性高，耐高温、抗热辐射，作用于金属熔体时也不会影响自身性能，使用寿命长，适合工业生产中处理金属熔体的大功率超声波合金熔体处理系统。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型包括依次相连的超声波换能器、多级变幅杆和耐高温抗腐蚀的超声波发射头，超声波换能器与超声波驱动电源电连接，所述的超声波换能器位于一壳体内，所述的壳体设有冷却装置。超声波换能器在超声波驱动电源的驱动下产生振动，多级变幅杆放大并聚焦能量，最后由超声波发射头对金属熔体发射超声波能量，从而显著改善金属或合金的结晶和性能，提高金属或合金的综合性能。

众所周知，超声波换能器一般为压电陶瓷材质，其安全的使用温度是低于100摄氏度，而铝合金熔体的温度接近800摄氏度。处理时，铝合金熔体的高温会沿着超声波发射头、多级变幅杆传递给超声波换能器。本实用新型中，热量的传递主要有二种形式，即热传导和热辐射，因此需要冷却装置对壳体内的超声波换能器进行冷却。

作为优选，所述的多级变幅杆上设有防辐射帽，用以隔绝热辐射对超声波换能器的影响。防辐射帽一般呈圆形，用薄铁皮等材料制成，其大小根据所使用的环境而定，一般以能够基本覆盖金属熔液容器的开口为好。

作为优选，所述的多级变幅杆包括依次相连的一级变幅杆、二级变幅杆和三级变幅杆，一级变幅杆与所述的超声波换能器相连，三级变幅杆与所述的超声波发射头相连，所述的二级变幅杆上安装有防辐射帽，二级变幅杆的两头分别与一级变幅杆和三级变幅杆相连。每一级变幅杆的长度都按照超声波纵向振动的半波长或半波长的整数倍进行设计。多级变幅杆不仅放大能量，同时也加长了超声波换能器离金属熔体的距离。在20kHz频率的条件下，一、二、三级变幅杆的总长度达到390mm以上，在15kHz频率的条件下，长度更是达到540mm以上，能够很好地隔绝热传导，有效减弱热传导对超声波换能器的影响。安装于二级变幅杆上的防辐射帽能很好地隔绝金属熔体的热辐射，消除热辐射对超声波换能器的影响，确保超声波换能器保持在一定温度内，使之性能稳定，也不易损坏，延长使用寿命。

作为优选，所述的超声波发射头是单头的或多头的，多头的超声波发射头包括与变幅杆相连的发射母头和连接于发射母头的端面上的多个发射子头。多头的超声波发射头增加超声波辐射面积，提高超声波发射头单位面积的超声波辐射功率，有效提高超声波的发射总功率和均匀性，确保超声波振动能量更好地作用于金属熔体，使合金成分分布更趋均匀，获得性能优越的合金金属材质。

作为优选，所述的超声波发射头采用灰铁或球墨铸铁材质。使之可以作用于高温金属熔体，能够耐受高温铝合金熔液的腐蚀，提高发射头的使用寿命。

作为优选，所述的冷却装置为安装于壳体顶部的冷却风扇。通过冷却风扇对壳体内超声波换能器不停地吹风，降低超声波换能器的温度。

作为优选，所述的冷却装置为设于所述的壳体上的进气孔和出气孔，进气孔靠近壳体的底部，出气孔靠近壳体的顶部，并且进气孔和出气孔分别位于壳体侧面的相对一侧。从进气孔流入的是冷空气，流经壳体，与超声波换能器产生的热能进行冷热交换，变成热空气后从出气孔流出，有效降低超声波换能器的温度。

作为优选，所述的多级变幅杆的总长度至少为250mm，所述的超声波发射头的端面面积为5～210平方厘米，超声波发射头的长度为80～220mm。

超声波振动系统，特别是超声波发射头，与金属熔体接触后，温度会不断地上升。在较长时间连续工作的条件下，发射头的温度会与金属熔体等温。发射头温度升高后，其固有的谐振频率会相应的降低。本实用新型中超声波发射头的温度升高和同步的谐振频率降低是最大的问题。虽说是可以通过驱动电源的频率跟踪来匹配发射头的频率变化，但由于换能器、各级变幅杆所处的位置不同，温度也不同，相应的频率变化也不同。这时，整个超声波发射部分本身已经处于失谐状态，驱动电源也就处于无从跟踪的状态。以15k的超声波系统为例，其频率大约会降低约1.5kHz。我们通过合理的设计，让超声波发射头长度缩短，虽在常温下其谐振频率偏高，与整个超声波系统处于失谐状态，但当超声波发射头温度升高后，其谐振频率下降，这时正好可以和整个超声波系统处于谐振状态，从而保证了整机在高温条件下的稳定性和可靠性。

作为优选，所述的防辐射帽呈圆形，其直径为300～550mm，由厚度为0.5～0.9mm的镀锌铁板制成。

作为优选，所述的大功率超声波铝合金熔体处理系统的功率为1～10KW，其工作频率为14～41KHz，所述的超声波发射头的振幅为20～100μm。

本实用新型的有益效果是：大功率超声波换能器带动超声波发射头做超声波振动，超声波发射头作用于金属熔体，对金属熔体发射超声波，能够显著改善金属或合金熔体的成分均匀性和晶粒结构，提高金属的综合性能。本实用新型功率大，稳定性高，耐高温、抗热辐射，性能可靠，使用寿命长，满足金属材料工业发展的要求。

附图说明

图1是本实用新型的一种主视结构示意图。

图2是本实用新型的又一种主视结构示意图。

图中1.超声波换能器，2.一级变幅杆，3.二级变幅杆，4.三级变幅杆，5.超声波发射头，6.防辐射帽，7.壳体，8.发射母头，9.发射子头，10.冷却风扇，11.进气孔，12.出气孔。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的大功率超声波合金熔体处理系统，如图1所示，包括通过螺栓依次相连的超声波换能器1、一级变幅杆2、二级变幅杆3、三级变幅杆4和耐高温抗腐蚀的超声波发射头5。超声波换能器1采用型号为YP-7015-4Z的换能器，超声波换能器1位于壳体7内，超声波换能器1通过高频电缆与独立于超声波振动系统外的超声波驱动电源相连。一级变幅杆2采用15k合金钢制成，呈锥形，放大倍数为2倍，一级变幅杆通过固定环卡装在壳体7的底部。壳体7侧面的相对一侧开有进气孔11和出气孔12，进气孔11靠近壳体7的底部，出气孔12靠近壳体7的顶部。二级变幅杆3采用15k合金钢制成，呈锥形，放大倍数为1.5倍，二级变幅杆3上安装有防辐射帽6，防辐射帽6呈圆形，其直径为400mm，由厚度为0.7mm的镀锌铁板制成。三级变幅杆4采用15k合金钢制成，呈柱形，无放大倍数。一级、二级和三级变幅杆的总长度大约是540mm。超声波发射头5是个采用灰铁材质的多头的超声波发射头，包括与三级变幅杆相连的发射母头8和通过螺丝连接于发射母头8的端面上的五个发射子头9，发射母头呈长方体，其长×宽×高＝250×130×180mm，发射子头呈圆柱体，其直径为60mm，长度为110mm，超声波发射头的端面总面积约为150平方厘米，其最大振幅为50μm。本实施例中与超声波换能器电连接的超声波驱动电源采用ZJS-5000型落地式电源，工作频率为15KHz，最大功率为5KW。电源机壳底部带有脚轮，便于移动使用。驱动电源功率可调，即超声波处理系统的振幅可调。本实施例功率大，处理合金熔体量多，适合于单体重量10公斤以上的工件的制造。

工作时，将本实用新型根据需要简单地固定在熔炼炉或静置炉(保温炉)附近，并与超声波驱动电源通过高频电缆连接。在铝合金熔液熔炼结束前，最好是在精炼结束前，打开超声波驱动电源开关，将超声波发射头直接浸入铝合金熔体中。浸入深度一般在几毫米到几十毫米之间，作用时间每次数分钟。超声波处理既可用于熔炼的过程，也可用于浇铸压铸前的处理。经过超声波处理过的铝溶液，应该尽快进行浇铸或压铸。

实施例2：本实施例的大功率超声波合金熔体处理系统，如图2所示，壳体7的顶部安装有作为冷却装置的冷却风扇10。超声波换能器1采用型号为YP-5020-4Z的换能器。一级变幅杆2采用20k合金钢制成，呈阶梯形，放大倍数为3倍，一级变幅杆通过固定环卡装在壳体7的底部。二级变幅杆3采用20k合金钢制成，呈锥形，长度为一级变幅杆的2倍，放大倍数为1.5倍，二级变幅杆3上安装有防辐射帽6，防辐射帽6呈圆形，其直径为350mm，由厚度为0.5mm的镀锌铁板制成。三级变幅杆4采用20k合金钢制成，呈柱形，无放大倍数。一级、二级和三级变幅杆的总长度大约是500mm。超声波发射头5是单头的，采用球墨铸铁材质，呈圆柱体，其直径为80mm，长度为120mm，最大振幅为45μm。本实施例中与超声波换能器1电连接的超声波驱动电源采用TJS-2000型卧式数控电源，工作频率为20KHz，最大功率为3KW。驱动电源功率可调，即超声波处理系统的振幅可调。本实施例适合于所浇铸产品比较小、变动比较多的生产场合。其余的同实施例1。

本实用新型对金属熔体发射超声波能量，能够显著改善金属或合金熔体的成分均匀性和晶粒结构，提高金属或合金的综合性能。本实用新型功率大，稳定性高，耐高温、抗热辐射，性能可靠，使用寿命长，满足金属材料工业发展的要求。

Claims (10)

1.一种大功率超声波合金熔体处理系统，其特征在于包括依次相连的超声波换能器(1)、多级变幅杆和耐高温抗腐蚀的超声波发射头(5)，超声波换能器(1)与超声波驱动电源电连接，所述的超声波换能器(1)位于一壳体(7)内，所述的壳体(7)设有冷却装置。

2.根据权利要求1所述的大功率超声波合金熔体处理系统，其特征在于所述的多级变幅杆上设有防辐射帽(6)。

3.根据权利要求1或2所述的大功率超声波合金熔体处理系统，其特征在于所述的多级变幅杆包括依次相连的一级变幅杆(2)、二级变幅杆(3)和三级变幅杆(4)，一级变幅杆(2)与所述的超声波换能器(1)相连，三级变幅杆(4)与所述的超声波发射头(5)相连，所述的二级变幅杆(3)上安装有防辐射帽(6)。

4.根据权利要求1所述的大功率超声波合金熔体处理系统，其特征在于所述的超声波发射头(5)是单头的或多头的，多头的超声波发射头包括与多级变幅杆相连的发射母头(8)和连接于发射母头(8)的端面上的多个发射子头(9)。

5.根据权利要求1或4所述的大功率超声波合金熔体处理系统，其特征在于所述的超声波发射头(5)采用灰铁或球墨铸铁材质。

6.根据权利要求1所述的大功率超声波合金熔体处理系统，其特征在于所述的冷却装置为安装于壳体(7)顶部的冷却风扇(10)。

7.根据权利要求1所述的大功率超声波合金熔体处理系统，其特征在于所述的冷却装置为设于所述的壳体(7)上的进气孔(11)和出气孔(12)，进气孔(11)靠近壳体(7)的底部，出气孔(12)靠近壳体(7)的顶部，并且进气孔(11)和出气孔(12)分别位于壳体(7)侧面的相对一侧。

8.根据权利要求1或2或4所述的大功率超声波合金熔体处理系统，其特征在于所述的多级变幅杆的总长度至少为250mm，所述的超声波发射头(5)的端面面积为5～210平方厘米，超声波发射头(5)的长度为80～200mm。

9.根据权利要求3所述的大功率超声波合金熔体处理系统，其特征在于所述的防辐射帽(6)呈圆形，其直径为300～550mm，由厚度为0.5～0.9mm的镀锌铁板制成。

10.根据权利要求1或2或4或6或7所述的大功率超声波合金熔体处理系统，其特征在于所述的大功率超声波合金熔体处理系统的功率为1～10KW，其工作频率为14～41KHz，所述的超声波发射头(5)的振幅为20～100μm。

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