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초음파 금속 용융물의 입자 미세화

탈기, 결정립 미세화, 주조 품질 개선을 위한 초음파 금속 용융 장비.

1. 공동 현상 충격
기포 붕괴 시 극심한 압력이 발생하여 효과적인 혼합 및 탈기를 실현합니다.

2. 열 및 유동 효과
열 효과와 음향 유동 효과가 복합적으로 작용하여 유동성과 순환성을 향상시킵니다.

3. 주조 품질 향상
불순물 및 기포를 제거하면서 결정립 구조를 미세화합니다.

Spu:

HC-MA2010GL

개요
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장비 개요

초음파 금속 용융 장비는 주로 불순물 제거, 기포 제거, 결정립 미세화 및 주조 품질 향상을 위해 사용된다. 이는 청정하고 비교적 효율적인 기술이다. 다공성은 알루미늄 합금 주조품에서 여전히 주요 결함 중 하나로, 기계적 성질과 압력 밀봉 성능 모두를 저해한다. 다공성은 응고 과정에서 용융 금속 내 가스가 석출될 때 또는 액체 금속이 덴드라이트 간 공간과 부피 수축을 보상하지 못할 때 발생한다. 따라서 주조 품질 향상을 위해서는 효과적인 기포 제거가 매우 중요하다.

20k Ultrasonic Metal Melting Equipment (Ceramic Tool Head)

20k 초음파 금속 용융 장비 (세라믹 공구 헤드)

15k Ultrasonic Metal Melting Equipment (Titanium Alloy Tool Head)

15k 초음파 금속 용융 장비 (티타늄 합금 공구 헤드)

작동 원리

1. 열 효과: 초음파의 열 작용은 두 가지 형태의 열 효과를 유발할 수 있다. 하나는 연속파에 의해 발생하는 열 효과이고, 다른 하나는 순간적인 열 효과이다. 이러한 효과들의 병합은 내부 마찰을 강화시켜 음향 에너지의 부분 흡수를 유도하며, 이 흡수된 에너지는 매질 에너지로 전환되어 액체 매질의 온도를 상승시키고, 그 점도 및 유동성을 변화시킨다.

2. 음향 흐름 효과: 음파가 일정 강도에 도달하면, 음향 흐름 효과에 의해 유도된 제트류가 전체 용융 금속 내에서 순환하며 순환 패턴을 형성한다. 음향 흐름은 순환과 난류가 결합된 현상으로, 용융 금속에 강렬한 진동 및 교반 효과를 가한다.

3. 공동 현상 효과 공동 현상은 초음파에 의해 유도되는 물리적 현상으로, 초음파가 금속 용융물을 정제하는 주요 메커니즘입니다. 액체에 고강도 초음파를 조사하면, 액체 매질을 통해 전파되는 음파가 고압(압축)과 저압(희박)을 번갈아 생성하는 주기를 유발합니다. 저압 주기 동안 강력한 초음파는 액체 내부에 진공 기포 또는 공극을 형성합니다. 이러한 기포는 더 이상 에너지를 흡수할 수 없는 크기에 도달하면 고압 주기 중에 격렬하게 붕괴되며, 미세한 기포의 순간적 붕괴는 최대 수만 기압에 달하는 압력을 발생시켜 주변 액체에 강력한 충격력을 가함으로써 교반 효과를 달성합니다.

공동 현상 개략도

장치 장점

1. 용접 공정이 간단하고 숙달하기 쉬워, 동일한 작동 조건 하에서 납 소비량을 크게 줄이면서 생산 시간을 단축시키고 효율을 현저히 향상시킵니다.

2. 제품의 전도성을 크게 향상시키고, 회로 저항을 낮추며, 접촉 면적을 증가시키고, 침지 용접 도구의 내구성을 개선합니다.

3. 플럭스나 세정제를 필요로 하지 않아 부식을 최소화하고, 물 또는 대기 오염을 방지하며, 허위 용접과 단락 회로를 완전히 제거합니다.

공장 파라미터

20k 초음파 금속 용융 장비 (세라믹 공구 헤드)

총 기술 사양	진동 부품 파라미터	조립 부품 및 재료
정격 출력: 1000W/2000W	냉각 방식: 공기 냉각	트랜스듀서: 압전 세라믹/수입 알루미늄
작동 주파수: 20.0 ± 1 kHz	작동 온도: ≤80°C	진폭 로드: 고강도 티타늄 합금
입력 전압: 220V/50Hz	최대 허용 압력: ≤0.6 MPa	공구 헤드: 세라믹 합금
장치 크기: 100×1151×30 mm	진동 부품의 출력: 1000 W;	고정 플랜지: 고강도 알루미늄 합금

15k 초음파 금속 용해 장비(티타늄 합금 공구 헤드 포함)

총 기술 사양	진동 부품 파라미터	조립 부품 및 재료
정격 출력: 2000W	냉각 방식: 공기 냉각	트랜스듀서: 압전 세라믹/수입 알루미늄
작동 주파수: 15.0 ± 1 kHz	작동 온도: ≤80°C	진폭 로드: 고강도 티타늄 합금
입력 전압: 220V/50Hz	최대 허용 압력: ≤0.6 MPa	공구 헤드: 고강도 티타늄 합금
장치 크기: 116×1321×40 mm	진동 부품의 출력: 1000 W;	고정 플랜지: 고강도 알루미늄 합금

실험 시연

다양한 재료로 제작된 공구 헤드의 비교

초음파 용융 가공 장비는 우수한 내식성과 고온 내성을 갖춘 고강도 티타늄 합금 공구 헤드를 장착하고 있으며, 최대 작동 온도는 1300°C이다. 이러한 공구는 용융 상태의 재료 내에서 분자 간 상호작용을 보다 직접적이고 뚜렷하게 촉진한다. 또한, 고객사의 기존 생산 설비나 공정 워크플로우를 변경할 필요 없이 간단한 설치만으로 사용이 가능하다.

세라믹 툴 헤드

금속 용융물의 초음파 주조 과정에서, 공구 홀더는 고온의 용융 금속과 직접 접촉하여 초음파를 전달함으로써 초음파 처리를 수행한다. 이러한 조건 하에서는 고온 침식과 열 응력이 복합적으로 작용하여 일반 재료로 제작된 공구 홀더가 급격히 손상될 수 있다. 고온 침식 및 마모에 대한 저항성이 뛰어난 것으로 알려진 세라믹 재료는 초음파 공구 헤드용 재료로서 선호되는 소재가 되었다.

티타늄 합금 공구 헤드

금속 용융물의 영향

1. 불순물 제거: 용융 강철 내 미세 포함물을 부상시키는 것은 매우 어려운데, 오직 이들이 응집될 때에만 해당 공정이 보다 실현 가능해진다. 초음파 금속 용해 장비를 사용하여 용액에 초음파를 가하면, 초음파에 의해 생성된 정재파가 용액 내 포함물 입자들의 분리 및 응집을 효과적으로 촉진할 수 있다.

2. 가스 제거: 초음파의 탄성 진동이 용융 금속에 도입되면 공동 현상(cavitation)이 발생하며, 액체 금속에 용해된 기체가 공동으로 이동하여 기포 핵의 형성과 지속적인 성장을 촉진시켜, 용융 금속에서 배출될 수 있을 만큼 충분한 크기에 도달하게 된다.

3. 곡물 미세화된 알루미늄-실리콘 합금의 연속 주조 과정에서 초음파 처리를 적용하면 주조물의 곡물을 미세화하고 합금의 연성 및 인성을 향상시켜 건축 자재 및 자동차 엔진 피스톤 등 다양한 응용 분야에 더욱 적합하게 만들 수 있다. 용융 알루미늄 합금에 초음파를 조사하면 산화물 개재물의 형성을 방지하고 미세조직을 미세화할 수 있다.

4. 금형에 초음파 진동을 가하여 주조 빌릿의 품질을 향상시키며, 주조물의 표면 품질을 개선합니다. 소형 사각 빌릿, 대형 사각 빌릿 및 슬래브 빌릿에 적합하며, 초음파 진동 시 음의 슬라이딩이 필요하지 않습니다. 소형 사각 빌릿 및 대형 사각 빌릿 주조 시 금형에 초음파 진동을 적용하면 매끄러운 주조 표면을 얻을 수 있습니다.

결정립 미세화 실험


단계 1: 알루미늄 블록을 녹을 때까지 가열	단계 2: 초음파 처리

단계 3: 최종 알루미늄 인고트 품질	단계 4: 실리콘 질화물 세라믹 팁 표면