[发明专利]用于真空电弧重熔系统的紧凑线圈组件

说明书

提供了一种用于由电极形成铸锭的真空电弧重熔系统，该系统包括坩埚组件，其被配置为容纳电极和铸锭；电磁能量源，其围绕坩埚组件布置；以及提升机构，其可操作以沿着坩埚组件的纵向轴线移动电磁能量源。在重熔期间，由电磁能量源产生的磁场局限于电弧区，以及在一种形式中，电磁能量源是具有磁芯和围绕磁芯缠绕的多个线圈对的线圈组件，其中，线圈组件可操作以基于在多个线圈对中流动的电流从线圈产生磁场。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年10月17日提交的美国临时申请号62/573,229的优先权和权益。上述申请的公开内容在此通过引用而并入本文。

技术领域

本公开涉及一种真空电弧重熔系统。

背景技术

本部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，而可能不构成现有技术。

真空电弧重熔(VAR)工艺通常用于加工高性能钛、锆、镍基合金和钢以及其它合金。通常，VAR系统通过电流逐渐熔化电极，该电流流过电极并形成电弧到容纳在坩埚内的熔融金属。在该过程中改变所施加的熔化电流，以获得所需的熔融金属池几何形状。有时，电弧可使金属珠溅射到熔融金属上方的坩埚壁的一部分上。这些部分是冷的，以及可将珠凝固成多孔的非均质块，这可在铸锭中引起表面不规则性。本公开解决了与VAR铸锭表面质量和内部质量相关的问题以及其它问题。

发明内容

本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

在本公开的一种形式中，提供了一种用于由电极形成铸锭的真空电弧重熔系统。该系统包括坩埚组件，其被配置为容纳电极和铸锭；电磁能量源，其围绕坩埚组件布置；以及提升机构，其可操作以沿着坩埚组件的纵向轴线移动电磁能量源。在该系统中，在重熔期间由电磁能量源产生的磁场局限于电弧区。在本公开的一些方面中，电磁能量源是线圈组件，该线圈组件包括磁芯和围绕该磁芯缠绕的多个线圈对。线圈组件可操作以基于在多个线圈对中流动的电流从线圈产生磁场。在本公开的一些方面中，磁芯由磁导率铁磁材料制成。此外，在本公开的一个方面中，线圈组件包括三个线圈对。在这种方面中，三个线圈对中的每一个中的电流可以是120°异相的。

在本公开的一些方面，该系统还包括控制系统，该控制系统被配置为使得双向电流在多个线圈对中的每个线圈中流动。在一个变型中，控制系统以具有预定相位角偏移的正弦方式循环通过线圈的电流，以从线圈产生磁场。在本公开的一个方面中，控制系统包括用于每个线圈对的至少一个H型桥板。

在本公开的另一种形式中，提供了一种用于由电极形成铸锭的真空电弧重熔系统。该系统包括坩埚组件、线圈组件和提升机构，其中坩埚组件被配置为容纳电极和铸锭。线圈组件围绕坩埚组件布置，以及包括磁芯和围绕磁芯缠绕的多个线圈对。线圈组件可操作以从线圈产生磁场，由多个线圈对中的每个线圈接收的电流(即，旋转)来形成。该提升机构与线圈组件可操作地接合，以及可操作以沿着坩埚组件的纵向轴线移动线圈组件，使得在重熔期间来自线圈的磁场局限于电弧区。在本公开的一些方面中，提升机构包括平台，线圈组件定位在该平台上。在这些方面中，包括至少一个电动机，该电动机可操作以沿着坩埚组件的纵向轴线移动平台和线圈组件。在本公开的一个方面中，系统还包括控制系统，被配置为驱动提升机构的至少一个电动机以及基于重熔期间铸锭的高度来移动线圈组件。

在本公开的又一种形式中，提供了一种用于由电极形成铸锭的真空电弧重熔系统。系统包括坩埚组件和电磁能量源，坩埚组件被配置为容纳电极和铸锭。电磁能量源围绕坩埚组件布置，其中电磁能量源和坩埚组件被配置为沿着坩埚组件的纵向轴线彼此相对移动。此外，在重熔期间，由电磁能量源产生的磁场局限于电弧区。