CN206113617U - 一种简易熔炼装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种简易熔炼装置，包括上部端盖、中间玻璃罩和下部熔炼坩埚，上部端盖、中间玻璃罩和下部熔炼坩埚依次同轴连接；其特征在于所述下部熔炼坩埚包括可拆卸型漏斗形熔炼凹槽、试样熔炼凹槽和进气孔；所述漏斗形熔炼凹槽与试样熔炼凹槽以整个下部熔炼坩埚的圆心为中心，呈对称分布；所述漏斗形熔炼凹槽包括漏斗部分和棒状试样模具部分，漏斗部分的下部与棒状试样模具部分的上部活动连接，漏斗部分的下端直径小于棒状试样模具的直径，漏斗部分的下端采用向上倾斜式。所述上部端盖包括固定架、旋转台、电极孔、定位夹、定位棒、出气孔；所述旋转台可以旋转180°，以降低电弧偏吹引起的成分不均匀。

Description

一种简易熔炼装置

技术领域

本实用新型涉及熔敷金属开发与研究用设备技术领域，具体涉及一种简易熔炼装置及其使用方法，该装置及使用方法可应用于焊材或其他金属合金系的开发与研究中，采用电弧为热源，将焊丝或者合金进行融化，获得相应的熔敷金属或者合金系。

背景技术

熔敷金属是指焊接时在焊缝中熔化的焊丝或者焊条部分，熔敷金属对于焊接结构的质量起着重要的作用，因此研究熔敷金属对于焊接质量的研究有着很重要的作用。焊材熔化后得到熔敷金属，焊材的开发主要是观察熔敷金属的组织状态和力学性能。传统焊材的开发装置，在实际操作过程中无法保证材料成分混合均匀，也就无法为焊材的开发提供准确的试验数据。目前应用较为广泛的焊材开发装置是真空电弧炉，其熔炼坩埚包括中间的一个吸铸凹槽3、围绕吸铸凹槽3均匀分布的四个半球形熔炼凹槽1和一个电极2，如图1-A所示，该电弧炉对于熔敷金属的研究存在较大的局限性，不足之处如下：

1、价格昂贵，一台普通的真空电弧炉价格不低于15万元人民币，较高的价格限制了其应用的推广；

2、每次吸铸均需要配套的模具和相应的吸铸设备；

3、结构复杂、体积大，存放时占用较大空间，并且不方便移动；

4、使用过程繁琐，必须经过相应的使用培训才能进行独立操作；

5、焊枪过重，操作时移动不方便，并且焊枪有一定的倾斜度，电弧不能正垂直于坩埚，电弧的偏吹使得液态金属流动不均匀，这容易造成熔敷金属的组织状态不均匀，给后续的研究带来不便。

另一种常见的装置是专利文献105331828A中公开的一种纽扣炉，该纽扣炉的坩埚包括四个小方形凹槽4、一个大矩形凹槽5和八个电极2，具体分布如图1-B中所示，其不足之处在于：

1、坩埚的熔炼凹槽为小方形凹槽4，在熔炼过程中，液态金属流动时阻力大、流动性较差，所得到的试样的均匀性较差；

2、虽然能将小型试样在大矩形凹槽5中焊合成大试样，但所得到试样的焊合处与其他部位热处理状态不一致，影响后续的处理和检测结果；

3、焊枪不能正垂直于凹槽部位，电弧的偏吹使得液态金属流动不均匀，容易造成熔敷金属的组织状态不均匀，给后续的研究带来不便。

以上不足之处均使得所得到的试样的成分不稳定，均匀性较差。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供简易熔炼装置及其使用方法。该装置可应用于焊材的开发与研究中，整体结构简单、操作方便且能够获得组织状态较为均匀的试样。本实用新型装置的下部熔炼坩埚由一个半球形熔炼凹槽和一个可拆卸型漏斗形熔炼凹槽组成，半球形熔炼凹槽可用于熔炼小型试样，漏斗形熔炼凹槽可用于熔炼具有一定长度和直径的棒状试样，或者根据实验要求更换其他形状的模具，以便于获得不同类型的试样，便于进一步实验检测；上部端盖为可旋转型，旋转前后均可使焊枪正垂直于试样熔炼凹槽和漏斗形熔炼凹槽，可以改善由于焊枪倾斜而引起的电弧偏吹而造成试样成分不均匀的问题；漏斗形熔炼凹槽的中心入口处采用如图4-B所示的放大图，这样更有利于液态金属直接流入漏斗形熔炼凹槽底部，能有效的防止贴壁下流而引起的分层现象。

该使用方法的优点是：由于该装置结构简单，且体积较小，采用的焊枪也较小，因此操作过程中更加轻便；上部端盖为可旋转型，所得试样的均匀程度较高；操作过程中，可以根据要实验情况将装置内的气体设置为流动型(既同时打开进气孔和出气孔)，更加真实的模拟实际焊接过程；进气、排气与抽真空操作简单，避免了现有装置(机械泵、分子泵)的保护操作，无需特定的培训，操作方便，减少了操作时间；熔炼结束后无需再次抽真空，进一步简化操作步骤。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种简易熔炼装置，包括上部端盖、中间玻璃罩和下部熔炼坩埚，上部端盖、中间玻璃罩和下部熔炼坩埚依次同轴连接；

其特征在于所述下部熔炼坩埚包括可拆卸型漏斗形熔炼凹槽、试样熔炼凹槽和进气孔；试样熔炼凹槽为半球形熔炼凹槽，所述漏斗形熔炼凹槽与试样熔炼凹槽以整个下部熔炼坩埚的圆心为中心，呈对称分布；

所述漏斗形熔炼凹槽包括漏斗部分和棒状试样模具部分，漏斗部分的下部与棒状试样模具部分的上部活动连接，漏斗部分的下端直径小于棒状试样模具的直径，漏斗部分的下端采用向上倾斜式。

一种上述的简易熔炼装置的使用方法，具体步骤如下：

1)打开装置，用酒精清洗并用无尘布擦拭，再用吸尘器去除无尘布脱落的纤维；

2)清洗干净后，将所需熔炼的金属或合金材料放入试样熔炼凹槽，封闭装置，打开电源，接通冷却水；

3)抽真空至1×10^-1Pa～1×10^-3Pa；

4)打开进气孔，充入氩气，当气压达到0Pa时，再次抽真空至1×10^-1Pa～1×10^{- 3}Pa；

5)依次重复步骤3)和步骤4)2～4次，再次充入氩气至0Pa；

6)通过调整焊枪上下的位置引弧，并且在熔炼过程中，通过上下调整电弧的位置，控制电流的大小，电流控制在80A～300A，当金属或合金材料完全熔化后，使其在熔融态保持20S～60s，并调整电流在100A～170A，最大不超过200A；根据不同的实验材料将试样熔炼2～4遍，得到熔炼好的小型试样；

7)待步骤6)熔炼好的小型试样冷却后，打开装置，将该试样放入漏斗形熔炼凹槽中，封闭装置并180°旋转旋转台；

8)依次重复步骤3)、步骤4)和步骤5)；

9)将步骤6)熔炼好的小型试样完全熔化，在熔化时，先熔远离漏斗形熔炼凹槽中心的小型试样，待金属液完全流入漏斗形熔炼凹槽的底部后熄弧；

10)打开出气孔，待气体排尽后，打开装置并取样；

11)断水断电断气，用酒精清洗整个装置，即完成一次熔炼。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型装置将真空电弧炉原有的四个半球形熔炼凹槽和一个吸铸凹槽以及纽扣炉原有的四个小方形凹槽和一个大矩形凹槽，改成一个半球形凹槽和一个漏斗形凹槽，省去了真空电弧炉吸铸时所用的感应加热系统和吸铸系统，使整个装置更加简单，且由于电弧呈圆锥状，通过上下调整焊枪的位置，能使液态金属完全覆盖在电弧下，使得液态金属受热更加均匀，并在电弧吹力的作用下，液态金属在上下流动时的流动阻力小，流动性更好，能够使材料混合更加充分，所得到的试样的组织状态更加均匀。

2.此装置可将原有的小型试样熔化成具有一定直径和长度的棒状试样；与背景技术所提到的专利技术相比，能够保证整个试样的状态一致；由于此装置的漏斗形凹槽为可以拆卸型，并且是通过螺纹固定的，根据需要可以更换不同的模具来获得不同形状的试样，来满足不同的性能测试，如拉伸、轧制、热膨胀系数测定等。

3.如图6-A和图6-B所示，电极孔位与现有的设备不同的是将电极孔位开在偏离端盖中心的部位，如图5所示，这样旋转台旋转前后都能够使电弧正垂直于熔炼凹槽，在电弧吹力的作用下，加速液态金属的流动速度，使流动性更好，所获得试样的均匀性更优。

附图说明

图1-A和图1-B现有技术中熔炼坩埚的俯视结构示意图；

图2是本实用新型简易熔炼装置一种实施例的剖面结构示意图；

图3是本实用新型简易熔炼装置一种实施例的下部熔炼坩埚的俯视结构示意图；

图4-A是图3中A-A面的剖视结构示意图；

图4-B是图4-A中I的局部放大结构示意图；

图5是本实用新型简易熔炼装置一种实施例的上部端盖的俯视结构示意图；

图6-A是图5中B-B面的剖面图；

图6-B是上部端盖旋转后的剖面图；

图7-A是本实用新型简易熔炼装置一种实施例的旋转台8-4的俯视结构示意图；

图7-B是图7-A中C-C面的剖面结构示意图；

图8-A是本实用新型简易熔炼装置一种实施例的固定架8-3的俯视结构示意图；

图8-B是图8-A中D-D面的剖视结构示意图；

图9是本实用新型简易熔炼装置一种实施例的支撑架的结构示意图；

图中，1.半球形熔炼凹槽；2.电极；3.吸铸用凹槽；4.小方形熔炼凹槽；5.大矩形熔炼凹槽；6.下部熔炼坩埚；6-1.坩埚固定用螺纹孔；6-2.漏斗形熔炼凹槽；6-3.试样熔炼凹槽；6-4.进气孔；6-5.下固定凹槽；7.焊枪；8.上部端盖；8-1.上部端盖固定用螺纹孔；8-2.上部端盖进水孔；8-3.固定架；8-4.旋转台；8-5.电极孔(包括旋转台通孔8-5-1和半环形通孔8-5-2)；8-6.定位夹；8-7.上部端盖出水孔；8-8滚珠；8-9.定位棒；8-10.上部端盖冷却水流通通道；8-11.出气孔；8-12.上固定凹槽；9.中部玻璃罩。

具体实施方式

下面结合实施例及附图进一步叙述本实用新型，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。

本实用新型简易熔炼装置(简称装置，参见图2-图9)包括上部端盖8、中间玻璃罩9和下部熔炼坩埚6，上部端盖、中间玻璃罩和下部熔炼坩埚依次同轴连接；

所述下部熔炼坩埚(参见图3和图4-A)包括可拆卸型漏斗形熔炼凹槽6-2、试样熔炼凹槽6-3、进气孔6-4；漏斗形熔炼凹槽6-2用于制备具有一定直径和长度的棒状试样，所获得的棒状试样可用于进一步的实验，如拉伸、轧制、热膨胀系数的测定等；试样熔炼凹槽6-3，用于熔炼小型试样,试样熔炼凹槽为半球形熔炼凹槽；所述漏斗形熔炼凹槽6-2与试样熔炼凹槽6-3以整个下部熔炼坩埚的圆心为中心，呈对称分布，漏斗形熔炼凹槽6-2的圆心与试样熔炼凹槽6-3的圆心到下部熔炼坩埚的圆心的距离均相等，更便于电极旋转前后分别正对于试样熔炼凹槽6-3和漏斗形熔炼凹槽6-2，在下部熔炼坩埚的外部均匀分布有三个坩埚固定用螺纹孔6-1，在下部熔炼坩埚的上端面边缘设置有下固定凹槽6-5；

所述漏斗形熔炼凹槽6-2(参见图4-A和图4-B)包括漏斗部分和棒状试样模具部分，漏斗部分的下部与棒状试样模具部分的上部活动连接，根据实验要求更换其他形状的模具，以便于获得不同类型的试样，漏斗部分的下端直径小于棒状试样模具的直径，漏斗部分的下端采用向上倾斜式(参见图4-B)，可以有效防止液态金属沿侧壁流下，这样能够保证液态金属以最快的流动速度流入漏斗形熔炼凹槽6-2的底部，有效地防止了流动过程中液态金属和侧壁接触而引起的纵向冷却分层现象。

所述漏斗部分的侧壁与水平方向的夹角为45°，此时液体的流动速度最快，漏斗部分的下端向上倾斜的角度为5°～30°，更有利于热量的导出，优选地漏斗部分的下端向上倾斜的角度为10°。

所述上部端盖(参见图5-图8)包括固定架8-3和旋转台8-4，固定架与旋转台之间为过盈配合，旋转台8-4插入到固定架8-3中，在旋转台8-4和固定架8-3之间布置有呈环形分布的若干数量的滚珠8-8，主要用于减小旋转台8-4旋转时的摩擦力，从而减小对固定架8-3的磨损，且固定架8-3和旋转台8-4为同轴安装，固定架8-3为旋转台8-4提供旋转的平台；固定架8-3底部边缘开有上固定凹槽8-12，且在边缘上沿圆周方向均匀分布有三个上部端盖固定用螺纹孔8-1，中部玻璃罩插入到上固定凹槽8-12中，将上部端盖下端与中部玻璃罩的上端形成连接；

所述旋转台8-4(参见图7-A、7-B)上设有旋转台通孔8-5-1，且旋转台通孔8-5-1中心到旋转台中心的距离与漏斗形熔炼凹槽6-2的圆心到下部熔炼坩埚的圆心的距离相等；

所述固定架8-3(参见图8-A、8-B)上开有半环形通孔8-5-2，半环形通孔8-5-2与所述的旋转台通孔8-5-1共同构成电极孔8-5，所述半环形通孔8-5-2与旋转台同轴，且半环形通孔8-5-2的起始端正对旋转台通孔8-5-2，焊枪从电极孔中插入，并且能够随旋转台8-4旋转，旋转角度为180°；定位棒8-9固定于旋转台之上，且位于旋转台圆心与旋转台通孔8-5-1圆心所确定的直线上；所述固定架8-3的两侧各布置有一个定位夹8-6，两个定位夹的连线穿过旋转台8-4未旋转时的旋转台通孔8-5-2的圆心，定位棒8-9与定位夹8-6一起组成定位系统，主要用于旋转前后的定位，以保证恰好旋转180°。图6-A为旋转台8-4旋转前(未旋转时)的示意图，此时焊枪7正垂直于试样熔炼凹槽6-3；图6-B为旋转台8-4旋转后的示意图，此时焊枪正垂直于漏斗形熔炼凹槽6-2，这样可使得电弧正垂直于需要熔化的金属或合金，可以有效地降低由于电弧偏吹所引起的成分不均匀性；在固定架8-3的下部设有为出气孔8-11，该出气孔可用于废气的排出和整个装置的抽真空；固定架8-3内设有上部端盖冷却水流通通道8-10，侧面开有上部端盖进水孔8-2和上部端盖出水孔8-7，上部端盖进水孔8-2和上部端盖出水孔8-7通过上部端盖冷却水流通通道8-10连接，且上部端盖进水孔8-2要开设在上部端盖冷却水流通通道8-10的下部，上部端盖出水孔8-7要开设在上部端盖冷却水流通通道8-10的上部，要保证上部端盖进水孔8-2和上部端盖出水孔8-7在俯视图中在同一直径上，以保证冷却水以最快的速度流出；冷却水从上部端盖进水孔8-2进入，从上部端盖出水孔8-7流出，冷却时充满整个上部端盖冷却水流通通道8-10，用于上部的冷却，防止因电弧弧光辐射而引起装置的烧损；

上部端盖8和下部熔炼坩埚6通过中间玻璃罩9连接，中间玻璃罩9为柱状耐高温玻璃罩，连接时将中间玻璃罩9插入上部端盖8和下部熔炼坩埚6的相应固定凹槽(下固定凹槽6-5和上固定凹槽8-12)中，以保障三部分的同轴度，并且支撑架通过螺栓连接加固三部分，所述支撑架呈L形，L形短边通过螺栓穿过坩埚固定用螺纹孔6-1与下部熔炼坩埚连接，L形长边通过螺栓穿过相应的上部端盖固定用螺纹孔8-1与上部端盖固定连接。

以上所有的结合部位均涂油密封油，用来保证一定的密封度。

本实用新型所述的简易熔炼装置的使用方法，具体步骤如下：

1)打开装置，用酒精清洗并用无尘布擦拭，再用吸尘器去除无尘布脱落的纤维；

2)清洗干净后，将所需熔炼的金属或合金材料放入试样熔炼凹槽中，封闭装置，打开电源，接通冷却水；

3)抽真空至1×10^-1Pa～1×10^-3Pa；

4)打开进气孔，充入氩气，当气压达到0Pa时，再次抽真空至1×10^-1Pa～1×10^{- 3}Pa；

5)依次重复步骤3)和步骤4)2～4次，再次充入氩气至0Pa；

6)通过调整焊枪上下的位置引弧，并且在熔炼过程中，通过上下调整电弧的位置，控制电流的大小，电流控制在80A～300A，当金属或合金材料完全熔化后，使其在熔融态保持20S～60s，并调整电流在100A～170A，最大不超过200A；根据不同的实验材料将试样熔炼2～4遍，得到熔炼好的小型试样；

7)待步骤6)熔炼好的小型试样冷却后，打开装置，将该试样放入漏斗形熔炼凹槽中，封闭装置并180°旋转旋转台；

8)依次重复步骤3)、步骤4)和步骤5)；

9)将步骤6)熔炼好的小型试样完全熔化，在熔化时，先熔远离漏斗形熔炼凹槽中心的小型试样，待金属液完全流入漏斗形熔炼凹槽的底部后熄弧；

10)打开出气孔，待气体排尽后，打开装置并取样；

11)断水断电断气，用酒精清洗整个装置，即完成一次熔炼。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种简易熔炼装置，包括上部端盖、中间玻璃罩和下部熔炼坩埚，上部端盖、中间玻璃罩和下部熔炼坩埚依次同轴连接；

其特征在于所述下部熔炼坩埚包括可拆卸型漏斗形熔炼凹槽、试样熔炼凹槽和进气孔；试样熔炼凹槽为半球形熔炼凹槽，所述漏斗形熔炼凹槽与试样熔炼凹槽以整个下部熔炼坩埚的圆心为中心，呈对称分布；

所述漏斗形熔炼凹槽包括漏斗部分和棒状试样模具部分，漏斗部分的下部与棒状试样模具部分的上部活动连接，漏斗部分的下端直径小于棒状试样模具的直径，漏斗部分的下端采用向上倾斜式。

2.根据权利要求1所述的简易熔炼装置，其特征在于所述漏斗部分的侧壁与水平方向的夹角为45°，漏斗部分的下端向上倾斜的角度为5°～30°。

3.根据权利要求1所述的简易熔炼装置，其特征在于所述漏斗部分的下端向上倾斜的角度为10°。

4.根据权利要求1-3任一所述的简易熔炼装置，其特征在于所述上部端盖包括固定架和旋转台，固定架与旋转台之间为过盈配合，旋转台插入到固定架中，在旋转台和固定架之间布置有呈环形分布的若干数量的滚珠，且固定架和旋转台为同轴安装；

所述旋转台上设有旋转台通孔，且旋转台通孔中心到旋转台中心的距离与漏斗形熔炼凹槽的圆心到下部熔炼坩埚的圆心的距离相等；

所述固定架上开有半环形通孔，半环形通孔与所述的旋转台通孔共同构成电极孔，所述半环形通孔与旋转台同轴，焊枪从电极孔中插入，并且能够随旋转台旋转，旋转台旋转前，焊枪正垂直于试样熔炼凹槽；旋转台旋转后，焊枪正垂直于漏斗形熔炼凹槽。