设备简介
超声波金属熔体设备主要用于去除杂质，气泡，晶粒细化，提升铸坯质量。是一种清洁且相对高效的技术。气孔是铝合金铸件的主要缺陷之一，因为它会损害铸件的机械性能和压力密封性。铸件中出现气孔是因为气体在凝固过程中从熔液中沉淀出来，或者因为液态金属无法通过枝晶间区域补偿和体积收缩。所以，有效去除气泡是提升铸件品质的关键环节。
20k超声波金属熔体设备（陶瓷工具头）
图-1
15k超声波金属熔体设备（钛合金工具头）
图-2
工作原理
- 热效应
超声波的热作用能产生两种形式的热效应。一是连续波产生的热效应，二是瞬时热效应。二者相结合加剧内摩擦导致部分声波能量被吸收转变为介质能量，促使液体介质温度升高，改变溶液粘度和流动性。
- 声流效应
当声波达到一定强度时，声流效应所引起的喷射流会在整个金属熔体中循环，形成一个环流。声流是环流和紊流相互作用的结合体，对金属熔体会有剧烈的振动和搅拌作用。
- 空化效应
空化作用是超声波引起的一种物理现象，它是超声波能够细化金属熔体的主要原因。当以高强度超声波处理液体时，传播到液体介质中的声波会产生交替的高压 (压缩) 和低压 (稀疏) 循环。在低压循环期间，高强度超声波会在液体中产生真空气泡或空隙。当气泡达到不能再吸收能量的体积时它们在高压循环中剧烈坍塌，小气泡在崩溃瞬间会产生高达上万个大气压的压强，从而对附近的液体产生剧烈冲击作用，达到搅拌效果。
空化示意图
图-3
设备优势
1. 焊接过程简单易上手，大大减少用锡量。同时降低生产工时，同工况下显著提高生产效率；
2. 显著提高产品导电率，降低回路电阻，增加接触面，增加浸焊工具头的耐久性；
3. 无需助焊剂清洗剂的辅助，减少腐蚀情况，不会造成水及空气污染。更不会造成虚焊短路；
设备参数
20k超声波金属熔体设备（陶瓷工具头）
| 总技术参数 | 振动部件参数 | 组成配件及材料 |
| 额定功率：1000w/2000w | 冷却方式：气冷 | 换能器：压电陶瓷/进口铝 |
| 工作频率：20.0±1kHz | 工作温度：≤80℃ | 变幅杆：高强度钛合金 |
| 输入电压：220v/50Hz | 最大承受压强：≤0.6Mpa | 工具头：陶瓷合金 |
| 设备尺寸：100*1151*30mm | 振动部件功率：1000w | 固定法兰：高强度铝合金 |
15k超声波金属熔体设备（钛合金工具头）
| 总技术参数 | 振动部件参数 | 组成配件及材料 |
| 额定功率：2000w | 冷却方式：气冷 | 换能器：压电陶瓷/进口铝 |
| 工作频率：15.0±1kHz | 工作温度：≤80℃ | 变幅杆：高强度钛合金 |
| 输入电压：220v/50Hz | 最大承受压强：≤0.6Mpa | 工具头：高强度钛合金 |
| 设备尺寸：116*1321*40mm | 振动部件功率：1000w | 固定法兰：高强度铝合金 |
实验展示
视-1
视-2
不同材质工具头对比
超声波熔体设备配备的高强度钛合金工具头，其更耐腐蚀、耐高温，最高承受温度1300℃，熔液微分子间作用效果更为直接、明显。且安装简便，无需改变客户现有的生产设备和工艺流程。
陶瓷工具头
图-4
金属熔体超声波铸造过程中，工具杆直接和高温金属熔体接触，起到传导超声波的作用，实现对金属熔体的超声处理。在高温熔体环境下高温熔蚀及热应力的共同作用会使普通材质的工具杆迅速破坏。陶瓷材料具有耐高温熔蚀、耐磨损等优点，已作为超声波工具头的选材。
钛合金工具头
图-5
金属熔体作用
- 去除杂质
钢液中微小的夹杂物上浮是非常困难，只有当它们聚集起来才会使上浮更加容易。使用超声波金属熔体设备在溶液中加入超声波，超声波驻波可使溶液夹杂物粉末成功分层、集聚。
- 去除气体
超声波的弹性振动导入熔融金属中时产生空化现象，溶解在液态金属中的气体向空洞靠拢，促使气泡核心的产生并使它不断长大，直至长大到能从熔融金属中排出的尺寸。
- 晶粒细化
铝硅合金的连铸过程中，超声处理可细化铸坯晶粒，改善合金塑性延展性更好应用到建材和汽车发动机活塞上。对铝合金液施加超声波，可避免氧化夹杂的生成，可使其显微组织细化。
- 提升铸胚质量
作用于结晶器，改善铸坯的表面质量。可用于小方坯、大方坯和板坯，用超声波振动时不用负滑动。在浇铸小方坯和大方坯时对结晶器施加超声振动后得到平滑的铸坯表面。
晶粒细化实验
Step1：铝块加温融化
Step2：超声波处理
Step3：最终铝锭效果
Step4：氮化硅陶瓷头端面
1. 电镜显示下，熔液内晶粒尺寸分布较为均匀，熔液细化效果显著。
2. 晶粒尺寸较小，平面整齐无杂质，效果明显，证明金属熔体设备可以用来进行晶粒细化。
实验结果
图-6
实验现场
图-7