Ультразвуковое оборудование для плавления металлов

Обзор устройства:

Ультразвуковое оборудование для плавки металлов в основном используется для удаления примесей, пузырьков, измельчения зерен и улучшения качества отливок. Это чистая и относительно эффективная технология. Пористость является одним из основных дефектов алюминиевых отливок, поскольку она может ухудшать механические свойства и герметичность под давлением. Возникновение пористости в отливках обусловлено выделением газов из расплава во время затвердевания или тем, что жидкого металла недостаточно для компенсации объемной усадки через междендритные области. Поэтому эффективное удаление пузырьков является ключевым этапом в улучшении качества отливок.

20 кГц Ультразвуковое оборудование для плавки металлов (керамическая рабочая головка)

15 кГц Ультразвуковое оборудование для плавки металлов (титановая рабочая головка)

Принцип работы:

Термический эффект Ультразвуковое термическое воздействие может вызывать два вида термических эффектов. Один из них — термический эффект, создаваемый непрерывными волнами, а другой — мгновенный термический эффект. Совместное действие этих двух эффектов усиливает внутреннее трение, приводя к частичному поглощению акустической энергии и её преобразованию в энергию среды, что способствует повышению температуры жидкой среды и изменению вязкости и текучести раствора.

Эффект акустического течения Когда ультразвуковая волна достигает определённой интенсивности, струйное течение, вызванное эффектом акустического течения, циркулирует по всей массе расплавленного металла, формируя циркуляционный поток. Акустическое течение представляет собой сочетание ламинарного и турбулентного взаимодействий и оказывает сильное вибрационное и перемешивающее воздействие на расплавленный металл.

Эффект кавитации Кавитация — это физическое явление, вызванное ультразвуковыми волнами, которое является основной причиной способности ультразвука очищать расплавы металлов. При обработке жидкостей интенсивными ультразвуковыми волнами звуковые волны, распространяющиеся в жидкой среде, создают чередующиеся циклы высокого давления (сжатие) и низкого давления (разрежение). В цикле разрежения интенсивные ультразвуковые волны формируют в жидкости истинные вакуумные пузырьки или полости. Когда пузырьки достигают объёма, при котором они больше не могут поглощать энергию, они резко коллапсируют в цикле сжатия. При коллапсе мелких пузырьков создаются давления до десятков тысяч атмосфер, что оказывает сильное ударное воздействие на окружающую жидкость и обеспечивает эффект перемешивания.

Иллюстрация кавитации

Преимущества оборудования:

• Процесс пайки прост и легок в освоении, значительно снижает расход припоя. В то же время уменьшает трудозатраты на производство и значительно повышает эффективность производства при одинаковых условиях;
• Значительно повышает электропроводность изделия, снижает сопротивление цепи, увеличивает площадь контактной поверхности и продлевает срок службы инструментальной головки для пайки;
• Не требует вспомогательного флюса или чистящего средства, снижает коррозию и предотвращает загрязнение воды и воздуха. Кроме того, не вызывает холодных паяных соединений или коротких замыканий;

Эксперимент демонстрирует:

Сравнение инструментальных головок из различных материалов

Инструментальная головка из высокопрочного титанового сплава, оснащенная ультразвуковым оборудованием для расплавленного материала, обладает повышенной коррозионной и термостойкостью, выдерживает температуру до 1300°C. Взаимодействие между микромолекулами расплава становится более прямым и выраженным. Кроме того, ее легко установить, не внося изменений в существующее производственное оборудование или технологический процесс клиента.

Керамическая головка

Во время ультразвукового литья металлических расплавов инструментальный стержень непосредственно контактирует с высокотемпературными металлическими расплавами, обеспечивая передачу ультразвуковых волн и реализацию ультразвуковой обработки металлических расплавов. Комбинированное воздействие высокотемпературной расплавной эрозии и термического напряжения в условиях высокотемпературного расплава быстро повреждает инструментальные стержни, изготовленные из обычных материалов. Керамические материалы обладают преимуществами устойчивости к высоким температурам, расплавной эрозии и износу, и уже применяются при выборе материалов для ультразвуковых инструментальных головок.

Головка инструмента из титанового сплава

Обработка расплавлением металла

Удаление примесей

Очень трудно, чтобы мелкие включения в жидкой стали всплывали, и только когда они собираются вместе, им становится легче всплывать. Используя оборудование для ультразвукового расплавления металла, чтобы ввести ультразвук в раствор, стоячая волна ультразвука может успешно расслаивать и концентрировать порошковые включения в растворе.

Удаление газов

Когда упругие вибрации ультразвука вводятся в расплавленный металл, возникает кавитация. Растворенные в жидком металле газы перемещаются в полости, способствуя образованию пузырькового ядра и его постоянному росту до тех пор, пока он не достигнет размера, при котором его можно удалить из расплавленного металла.

Измельчение зерна

В процессе непрерывной разливки алюминиево-кремниевого сплава ультразвуковая обработка может улучшить зернистость слитка, повышая пластическую деформируемость сплава для более эффективного применения в строительных материалах и поршнях автомобильных двигателей. Применение ультразвука к расплаву алюминиевого сплава позволяет избежать образования оксидных включений и улучшить его микроструктуру.

Повышение качества отливки

Воздействуя на кристаллизатор, улучшает качество поверхности отливаемого слитка. Может применяться для малых квадратных, крупных квадратных и слябовых заготовок без возникновения отрицательного скольжения во время ультразвуковой вибрации. После применения ультразвуковой вибрации к кристаллизатору при разливке малых и крупных квадратных заготовок достигается гладкая поверхность слитка.

Эксперимент по измельчению зерна:

Шаг 1: Нагревание и плавление алюминиевого блока	Шаг 2: Ультразвуковая обработка
Шаг 3: Эффект конечного алюминиевого слитка	Шаг 4: Торцевая поверхность керамической головки из нитрида кремния

Результаты эксперимента

• При электронной микроскопии распределение размеров зерен в расплаве относительно равномерно, и эффект рафинирования расплава является значительным.
• Размер зерна мал, поверхность ровная и не содержит примесей; эффект выражен чётко, что подтверждает возможность использования оборудования для обработки металлических расплавов в целях измельчения зерна.

Место проведения эксперимента