[发明专利]电子束铸造厚壁钛金属及钛合金管的设备与方法

说明书

本发明提供了一种电子束铸造厚壁钛金属及钛合金管的设备，包括熔炼冷床、熔炼电子枪、水冷铜结晶器以及水冷铜柱，所述水冷铜结晶器竖直设置，所述水冷铜柱设置于水冷铜结晶器的内部，且水冷铜结晶器的中心线与水冷铜柱的中心线重合，水冷铜结晶器与水冷铜柱之间设置有圆环形的成型腔，水冷铜柱的端部设置有进水口和出水口；所述熔炼冷床设置在水冷铜结晶器的上方，所述熔炼电子枪设置在熔炼冷床的上方。本发明将水冷铜结晶器和水冷铜柱竖直设置，且利用水冷铜结晶器和水冷铜柱围成一个圆环形的成型腔，利用成型腔直接将管坯成型，替代离心成型技术，不需要采用大功率的电机，保证生产效率的同时可降低能耗，节省生产成本。

技术领域

本发明涉及钛金属及钛合金管的制备技术领域，尤其是一种电子束铸造厚壁钛金属及钛合金管的设备与方法。

背景技术

厚壁钛金属及钛合金管一般是通过锻造和旋压制得，工序较多，效率较低，且成本高。申请号为201811630141.6的发明专利申请公开了一种电子束离心铸造大尺寸钛合金管设备，包括输料仓，输料仓的出口处设置有水冷铜床，水冷铜床的一侧紧贴输料仓的出口，用于承接原料，水冷铜床的一端还设置有开口，开口处连接有浇道，还包括水冷铜坩埚，水冷铜坩埚的外部包裹有旋转水套，浇道伸入水冷铜坩埚内，且与水冷铜坩埚不接触。其采用电子束使原料熔化，利用离心力使液态钛合金在水冷铜坩埚中形成管坯。这种设备和方法可以直接制得钛金属或者钛合金管，效率得到提升，但在运行时由于需要采用电机等设备带动旋转水套、水冷铜坩埚及内部的钛合金熔炼液高速转动，会消耗大量的电能，且由于水冷铜坩埚水平设置，钛合金熔炼液受到重力的影响，水冷铜坩埚下部的管坯厚度会大于顶部的管坯厚度，导致管坯的厚度不均匀，特别是制备厚度大于10mm的厚壁管时，管坯壁厚的差异较大。此外，由于是在真空条件下铸管，旋转水套的外部压强低，内部需要一定的压力通入冷却水，内外压差较大，对旋转动密封的要求较高，增加了设备的制造以及装配难度。最后，冷却水通入水冷夹套后，难以循环，冷却效率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电子束铸造厚壁钛金属及钛合金管的设备与方法，保证生产效率的同时降低生产成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：电子束铸造厚壁钛金属及钛合金管的设备，包括熔炼冷床、熔炼电子枪、水冷铜结晶器以及水冷铜柱，所述水冷铜结晶器竖直设置，所述水冷铜柱设置于水冷铜结晶器的内部，且水冷铜结晶器的中心线与水冷铜柱的中心线重合，水冷铜结晶器与水冷铜柱之间设置有圆环形的成型腔，水冷铜柱的端部设置有进水口和出水口；所述熔炼冷床设置在水冷铜结晶器的上方，所述熔炼电子枪设置在熔炼冷床的上方。

进一步地，所述成型腔上端口的上方设置有多个电子枪。

进一步地，所述水冷铜柱与水冷铜结晶器可拆卸连接。

进一步地，所述成型腔的厚度为10～50mm。

进一步地，所述进水口和出水口均设置在水冷铜柱的下端，所述水冷铜柱内部设置有隔热筒，隔热筒与水冷铜柱的侧壁之间设置有冷却腔，隔热筒的下端与水冷铜柱的底板固定连接，上端与水冷铜柱的顶板之间设置有间距，所述进水口与冷却腔连通，出水口与隔热筒的内腔连通。

进一步地，熔炼冷床的边缘位于成型腔的上方，所述熔炼冷床连接有用于驱动熔炼冷床倾斜的驱动装置。

采用上述设备的电子束铸造厚壁钛金属及钛合金管的方法，包括以下步骤

S1：将原料放入熔炼冷床；

S2：抽真空；

S3：利用熔炼电子枪将熔炼冷床中的原料熔化；

S4：将熔化后的原料注入成型腔，同时通过进水口向水冷铜柱内通入冷却水，冷却水将原料冷却形成管坯，水冷铜柱不断往下拉锭得到管材。