水冷铜模激光熔炼炉及其熔炼铸锭的方法 【技术领域】
本发明涉及一种熔炼合金的熔炼炉，更特别的是指一种利用激光束作为合金熔炼热源的水冷铜模激光熔炼炉及其熔炼铸锭的方法。背景技术
目前常用合金熔炼炉有：
1、水冷铜坩埚真空电弧熔炼纽扣炉
此炉熔炼过程复杂、需要反复抽真空、反复翻转熔炼3次以上，合金元素烧损挥发严重、化学成分变化大且难以控制、熔炼时间长；存在钨合金电极对合金的污染；合金成分及组织均匀性较低；只能熔炼钮扣状样品，不能熔炼栓状及长栓状铸锭。
2、陶瓷耐火材料及石墨坩埚合金感应熔炼炉
此炉在熔炼过程中合金元素易于与陶瓷及石墨坩埚材料反应，造成合金污染、影响合金的化学成分；陶瓷坩埚材料本身或合金元素与石墨坩埚的反应产物容易进入合金成为外来夹杂物；对陶瓷材料坩埚，由于受陶瓷耐火材料耐温性能及强度的影响，难与熔炼熔点高于2000℃以上的高熔点合金。
3、电子束合金熔炼炉
此炉炉体庞大，需要大型真空室、熔炼工艺复杂，熔池中合金元素在真空条件下挥发严重。
4、自耗电极电渣重熔炉(ESR)
此炉需要预先熔炼制备合金自耗电极、熔炼工艺十分复杂。发明目的
本发明的目的在于提供一种利用高功率激光束作为熔化合金的热源，以高导热水冷铜模作为合金熔炼容器，以金属元素、合金及化合物粉末作为合金熔炼原材料的合金锭材快速熔炼与铸锭成型装置，适用于各种合金、各种难熔金属、高熔点合金、高熔点金属间化合物合金、各种高纯净合金、易污染合金、易于坩埚反应活泼合金的熔炼。发明内容
一种水冷铜模激光熔炼炉，它包括炉体、铜模，还包括冷却水装置、气氛保护装置、上炉体4、上盖5。上盖5的底部设有销子22，销子22插入上炉体4的销孔23中；上炉体4一端面上设有销孔23，另一端采用密封件9同炉体1密封安装在一起，气氛保护装置地气氛保护气体进气管7设在上炉体4上，保护气体出气孔8设在有保护气体通过的气氛保护腔6的四周内壁上；炉体1和铜模2之间是冷却水循环腔3，冷却水循环腔3设有一进水口10和一出水口11；同炉体1为一体的还有一紧固件18；熔炼合金的热源采用的是激光束。
所述的熔炼炉，取消上盖5，在上炉体4的上顶部增设了一个密封固定连接的激光窗口紧固件24、冷却水循环腔19，激光窗口紧固件24周边是冷却水循环腔19，冷却水循环腔19设一进水口20和一出水口21，同时在上炉体4上还设有反充气口15和真空抽气口16。
所述的熔炼炉，取消上盖5，在上炉体4的上顶部开设有一个以上的合金粉末输入口14。
所述的熔炼炉，其合金熔炼铸锭成型的形状、大小由铜模的形状、大小来确定。
所述的熔炼炉，其铜模的形状、大小根据工业技术指标来确定制作。
所述的熔炼炉，其气氛保护气体采用的是惰性保护气体。
本发明的熔炼铸锭方法为：(1)先将合金粉末装入铜模中；(2)接通冷却水；(3)接通保护气体；(4)打开上盖；(5)导入聚焦激光束进行合金熔炼20～50秒；(6)冷却时间2～10分钟；(6)关闭冷却水；(7)关闭保护气体；(8)从铜模中取出铸锭；(9)清理擦净铜模内壁，以方便下次熔炼使用。
本发明的另一熔炼铸锭方法为：(1)先将合金粉末装入铜模中；(2)接通冷却水；(3)启动真空系统抽真空；(4)反充保护气体；(5)导入聚焦激光束进行合金熔炼20～100秒；(6)冷却时间2～20分钟；(7)关闭真空系统；(8)关闭冷却水；(9)关闭保护气体；(10)打开真空腔；(11)从铜模中取出铸锭；(12)清理擦净铜模内壁，以方便下次熔炼使用。
本发明的另一熔炼铸锭方法为：(1)接通冷却水；(2)接通保护气体；(3)打开粉末送料器通过送粉喷嘴，向水冷铜模坩埚中输送合金粉末原材料，同时打开光闸导人聚焦激光束进行合金熔炼沉积直至送粉熔炼铸锭完毕；(4)等待冷却；(5)从铜模中取出棒状铸锭；(6)清理擦净铜模内壁，以方便下次熔炼使用。
所述的熔炼铸锭方法，其铸锭的形状、大小由铜模确定，冷却时间根据铸锭的大小、工业指标来确定。
本发明的装置有如下的优点：
1、充分利用聚焦激光束的高能量密度特点，进行合金的无接触、无污染快速熔炼，可以熔炼任何高熔点合金；
2、无坩埚污染、无电极污染、无外来夹杂物，可熔炼各种高纯洁度合金；
3、利用金属元素粉末、合金粉末及化合物粉末作为原材料，配料准确、熔炼时间很短、合金元素几乎无烧损、合金化学成分准确；
4、熔炼快速，熔炼短铸锭每炉合金熔炼时间仅为20～60秒；包括装料准备时间在内每炉不超过6分钟；
5、铸锭化学成分及组织均匀、组织细小、铸锭无中心缩孔、无宏观化学成分偏析；
6、可以快速熔炼各种高熔点、难熔金属合金、高熔点金属间化合物合金、贵重合金；
7、可以快速熔炼易于与陶瓷耐火材料、石墨等坩埚材料反应和易受坩埚污染的所有活泼金属合金及其各种金属间化合物合金；
8、可以快速熔炼易分层、易偏析、高比重差合金；
9、可以可以有效去除Sn、S、P、Te、Sb等有害杂质，合金纯净度高；附图说明
图1是本发明立体剖视图。
图2是本发明主视结构示意图。
图3是采用抽真空的方法熔炼合金的上炉体结构示意图。
图4是图3的激光窗口冷却水循环腔A-A视图。
图5是采用多个合金原料输送嘴熔铸长柱状合金铸锭的上炉体结构示意图。
图6是铸长柱状铸锭的铜模结构示意图。
图中：1.炉体 2.铜模 3.冷却水循环腔 4.上炉体 5.上盖6.气氛保护腔 7.保护气体进气管 8.保护气体出气孔 9.密封件10.进水口 11.出水口 12.合金粉末 13.合金粉末输送管 14.合金粉末输入口 15.反充气 16.真空抽气口 17.螺钉 18.紧固件 19.冷却水循环腔 20.激光窗口冷却水进 21.激光窗口冷却水出口 22.销子 23.销孔 24.激光窗口紧固件 25.长柱状铸锭具体实施例
下面将结合附图并列举出具体实施例对本发明作进一步的详细说明，实施例仅用于说明本发明，不能限制其权利要求的范围。
实施例1
本发明的水冷铜模激光熔炼炉，它包括炉体1、铜模2、冷却水装置、气氛保护装置、上炉体4、上盖5，上盖5的底部设有销子22，销子22插入上炉体4的销孔23中；上炉体4一端面上设有销孔23，另一端采用密封件9同炉体1密封安装在一起，气氛保护装置的进气管7设在上炉体4上，保护气体出气孔8设在有保护气体通过的气氛保护腔6的四周内壁上；炉体1和铜模2之间是冷却水循环腔3，冷却水循环腔3设有一进水口10和一出水口11；同炉体1为一体的还有紧固件18，紧固件18是用来固定炉体1的；熔炼合金的热源采用的是激光束。
所述其熔炼铸锭方法为：
(1)装入10克混合的合金粉末料在水冷铜模中；
(2)将上炉体安装在炉体上；
(3)接通冷却水；
(4)接通保护气体；
(5)导入聚焦激光束进行合金熔炼28秒；
(6)冷却2分钟左右；(在实际操作中只要能取出就行，对冷却时间的长短不作要求)
(7)关闭冷却水；
(8)关闭保护气体；
(9)从水冷铜模中取出铸锭；
(10)清理擦净水冷铜模内壁，以利下次使用。
此种水冷铜模激光熔炼炉适用于研究实验室熔炼短柱状小尺寸合金铸锭。(如图2所示)
实施例2
本发明的水冷铜模激光熔炼炉，它包括炉体1、铜模2、冷却水装置、气氛保护装置、上炉体4、激光窗口紧固件24、激光窗口冷却水循环腔19，上炉体4采用密封件9同炉体1密封安装在一起，气氛保护装置的进气管7设在上炉体4上，保护气体出气孔8设在有保护气体通过的气氛保护腔6的四周内壁上；炉体1和铜模2之间是冷却水循环腔3，冷却水循环腔3设有一进水口10和一出水口11；同炉体1为一体的还有紧固件18，紧固件18是用来固定炉体1的；熔炼合金的热源采用的是激光束。
该熔炼炉取消了上盖5，在上炉体4的上顶部增设了一个密封固定连接的激光窗口紧固件24、冷却水循环腔19，激光窗口紧固件24周边是冷却水循环腔19，冷却水循环腔19设一进水口20和一出水口21，同时在上炉体4上还设有反充气口15和真空抽气口16。
所述的熔炼铸锭方法：
(1)装入10克混合的合金粉末料在水冷铜模中；
(2)接通冷却水；
(3)启动真空系统抽真空；
(4)打开反充保护气体；
(5)导入聚焦激光束进行合金熔炼30秒；
(6)冷却5分钟；(在实际操作中只要能取出就行，对冷却时间的长短不作要求)
(7)关闭真空系统；
(8)关闭冷却水；
(9)关闭保护气体；
(10)从水冷铜模中取出铸锭；
(11)清理擦净水冷铜模内壁，以利下次使用。
此种水冷却铜坩埚激光熔炼炉适用于实验室、小型企业铸锭合金用。(如图2、图3所示)
实施例3
本发明的水冷铜模激光熔炼炉，它包括炉体1、铜模2、冷却装置、气氛保护装置、上炉体4。上炉体4采用密封件9同炉体1密封安装在一起；气氛保护装置的进气管7设在上炉体4上，保护气体出气孔8设在有保护气体通过的气氛保护腔6的四周内壁上，在上炉体4上顶部设有多个合金粉未输入口14；炉体1和铜模2之间是冷却水循环腔3，冷却水循环腔3设有一进水口10和一出水口11；同炉体1为一体的还有紧固件18，紧固件18是用来固定炉体1的；熔炼合金的热源采用的是激光束。
合金粉未输入口14根据工业上的运用可以设置多个，主要是用来插入合金粉末输送管13的。
所述的熔炼铸锭方法：
(1)将合金粉末输送管13经合金粉未输入口14插入上炉体4中；
(2)接通冷却水；
(3)接通保护气体；
(4)打开粉末送料器；(合金粉末通过输送管13向水冷铜模中连续输送合金粉末原材料)进行合金熔炼沉积直至送粉熔炼铸锭完毕；
(5)导人聚焦激光束；(在送料的同时打开光闸)
(5)等待冷却；
(6)从水冷铜模中顶出棒状铸锭；
(7)清理擦净水冷铜模内壁，以利下次使用。
在熔炼过程中，打开粉末送料器通过输送管13向水冷铜模中连续输送合金粉末原材料并同时打开光闸导人聚焦激光束进行合金熔炼沉积。熔化过程中，边送料熔化边提升激光束交点位置，激光束焦点位置提升速度为单位时间铸锭的增厚高度。
此种水冷却铜模激光熔炼炉适用于企业生产长柱状合金铸锭，适用于特种功能材料、稀有金属与合金、精密合金、贵重金属合金等材料致密、大尺寸、均匀铸锭的生产。(如图2、图5、图6所示)