CN1030375A - 多尺度的焊接法 - Google Patents

Abstract

一种多尺度复合金属带用若干厚度不同的分别 的金属带材制造。将分别的金属带加热，通过氧化还 原气氛，将相邻的边缘互相搭接，引入一对工作辊。 辊轧操作使各带材的厚度减小，而同时将搭接边缘作 固态焊接。将制成的多尺度带承受拉伸应力，这应力 大于工作辊输出复合带材时的条件下，带材的屈服强 度。

Description

本发明一般与多尺度金属带材的生产有关，具体有关带材生产的方法，这种带材有一个或多个相当薄的带幅部分，其宽度与厚度的比例大于50比1。

已知有许多多尺度带材的生产方法，例如连续铸造，连续热锻，连续轧制，铣削或机加工，焊接及挤压。

连续铸造产品有相当粗糙的表面，和低强度的“铸态”晶体结构。并且，每一次只能连续铸造一种合金，而且只能在8-60英寸/分钟范围的相当低速下进行。

连续锻造的特点也是生产速度相当低，精度差，制品有相当粗糙的表面，为取得要求的表面光洁度和公差，必须求助于进一步的切削加工。

连续轧制要求有多个轧辊型缝，各有经特殊机加工的轧辊。一般要求用中间退火，否则制品常有不均匀的应力，因而变形，例如扭曲及挠曲。

铣削或机加工要求将金属切去或除去，产生相当量的废料。生产速度又相当低，一般为4至8英尺/分钟，主要因为必需避免产品和刀具上形成过量的热。制品表面上也常被刀具擦伤划出条纹。

焊接要求高能量能源，将金属熔化进行熔接。焊缝位置产生厚度变化，焊接区成为铸态晶体结构而强度相对降低。并且，焊件易于产生缺陷，诸如气孔和未焊透。焊接速度很少超过20英尺/分钟，诸如银和镍之类的不相溶材料不能用这技术焊接。

挤压技术限制每次只能用一种金属或合金，并且只限于再结晶温度低的低弹性模数的金属，例如铜，银和铝等的合金。挤压时会咬住（galling）的金属，诸如镍和铂类金属不能进行挤压。

当理想最终产品最薄截面处的宽度对厚度的比例增大时，许多上述的问题加剧。当这比例超过大约50比1时，用上述的任何传统方法，几乎不能顺利按商品生产规模生产合格的产品。

利用固态焊接生产复合带材料也是已知技术。但是由于辊轧应力的差别，和造成的弧形变形，妨碍将此方法用于顺利生产宽度与厚度比超过约50比1的多尺度产品。

本发明的一个一般目的，是提出一种生产多尺度金属带材的改进方法，可防止先有技艺领域中的上述缺点和问题。

在本发明中，将至少两条厚度不同的相同金属或不同金属的带材，加热到固态焊接温度。然后在将这样加热的带材引导，平行比齐，互相叠放，从驱动工作轧辊对形成的型缝中通过前，先使之从还原气氛中经过。轧辊型缝的构形，可进行相叠带材之间的固态焊接，而同时减小每一带材的厚度，从而产生从轧辊型缝中送出的复合带材，其阶梯形截面至少由厚度不同的两个部分构成。制成的复合带材料立刻承受到拉伸应力，这应力大于带材的屈服强度，而带材正牌从轧辊型缝中排出的情况下。

图1为实施本发明方法的系统的示意;

图2，3及4为分别沿图1中2-2，3-3及4-4线的放大剖视;

图5为图4的一个放大部分，示相邻带材间的焊接界面;

图6及7为可用本发明方法生产的类型的其他典型多尺度复合带材的剖面。

首先参看图1，将若干金属带A、B、C从料卷10中放出，引向工作辊对12，14形成的一个轧辊型缝。带材可用相同的或不同的金属或合金制造。可用高模数金属，诸如钢，不可用会咬住的或再结晶温度高的金属制造。图2所示最清晰，下辊14有圆柱形表面16，而上辊12有端部环圈18，和中间圆筒部分20用槽22隔开。

用在26处和一个工作辊连接的电源24，并在28处和每一带材作滑动或滚动接触，将各带材A，B及C初步加热，达到固态焊接温度。然后将这样加热的带材，引入含有如氢之类的氧化还原腔室30中。然后导向件32将带材从腔室30引入轧辊型缝。如图3所示，将引入的带材A，B及C平行比齐，相邻边缘按搭接关系安排。在这特定的方案中，中间带B比外侧的带A，C薄而宽。

将这样比齐的带材在轧辊型缝中辊轧，进行搭接边缘的固态焊接，而同时减小带材的厚度。经这样辊轧的带材从轧辊型缝中输出，成为复合多尺度带材S，有三部分A′，B′，及C′组成的梯形截面。中间部即腹部B′比两外侧部A′，C′较薄，宽度和厚度比例大于50比1。部分B′及C′之间的焊接界面，在图5中用虚线34表示。这界面从梯级的参考平面P的两侧横向外伸，在两部之间形成连续的固定接头。在部分A′及B′之间，形成相似而为镜面影象的焊接界面。在整个截面中，有一个锻造的，即冷作的晶体结构，提供良好的强度和延展性。

利用一个牵引装置36，牵引从轧辊型缝中输出的复合带材S。牵引力使复合带材承受拉伸应力，这应力高于带材从轧辊型缝中输出时及升温条件下的屈服强度。

由于将截面不同的带材A，B及C焊接，产生理想的端部形状，因而不均匀内应力有最大的降低，然后在上面加牵引装置36的牵引作用造成的较高而基本均匀的拉伸应力，消除了不均匀内应力。因此，可使带材搭接区域中厚度降低的百分比增大，以加强固态焊接，而不造成扭曲，挠曲或其他类似变形。

复合带材承受牵引装置36施加的拉伸应力后，可用飞剪等类似装置将其切成要求的长度。否则，也可将复合带材用收集轴（未示）收集为卷盘。

下面的举例可对本发明作解说：将三个铜带材A，B及C按上面的叙述加工。带材A，C宽度各1.625英寸，厚度各0.200英寸。中间带材B宽度为2.085英寸，厚度0.041英寸。带材用电阻加热法加热到1000°F以上，在将其在图3所示状态下引入轧辊型缝前，先从腔30的氢气氛中通过。辊轧时各带材厚度减30-50%，搭接边缘区厚度的百分比减幅较大，约减69%。固态焊接在搭接部位进行。制成的复合带材S的截面形状如图4所示。部分A′及C′宽1.5英寸，厚0.216英寸，中间腹部B′宽2.0英寸，厚0.026英寸，宽和厚的比例约76.923。

输出复合带材在经剪切机分剪成段前，承受约20，000磅/英寸²的拉伸应力。制成的复合带材的剪段平伏，其中的部分A′，B′及C′中的任一部分，没有扭曲，挠曲或其他类似的变形。

本发明的方法不限于图4中复合带材的生产。可以适用于其他有变化的截面构形。因此，如图6所示，中间腹部B′可以比边侧部A′，C′厚。否则，如图7所示，边侧部A′，C′可在复合带材的相对两侧表面上突出。上述仅为本发明之将两个以上金属带材用固态焊接方法可作的若干变化。

本发明生产速度可高达40英尺/分钟或更高。仅一个轧辊型缝进行焊接并产生完成的形式，而不借助于额外的工序，诸如退火，研磨，抛光等等。表面抛光用作为研磨工具的钢辊进行，即20微英寸有效值（RMS）以下。焊接产品有锻制或冷作晶体结构，提供良好强度和延展性，而不致有焊接产品典型的内部的突然变化和缺陷。和传统的铣削及机加工方法比较，废料极少，合格产品率达到90%以上。用本发明生产的带材，腹部宽度和厚度的比例大于50比1，在形状和重复生产方面有极高的精度。

Claims (7)

1、一种用至少两条厚度不同的金属带材连续制造多尺度复合金属带材的方法中，包括下列各个步骤：

将金属带加热到固态焊接温度；

将这样加热的带材通过氧化还原气氛；

将带材从该氧化还原气氛引入一对工作辊形成的轧辊型缝，各该带材互相相邻的边缘有互相搭接的关系；

将带材在该轧辊型缝中辊轧，沿一个焊接界面，进行该搭接边缘的固态焊接，焊接界面通过一个与该带材平面垂直的基准平面伸展，焊接的同时还对各该带材的厚度作减薄，在该轧辊型缝中将该相邻边缘的搭接区，作厚度的最大比例下降，经过这样辊轧的带材形成一条复合带，从该轧辊型缝中输出，复合带有阶梯形截面，至少有两个部分厚度不同，位于该基准平面的两侧；

从该轧辊型缝中输出的复合带材上施加拉伸应力。

2、如权利要求1中之方法，而特征为该两部分中之至少一部分，其宽度和厚度的比例大于50比1。

3、如权利要求1中之方法，而特征为轧制的该复合带有一个平表面，一个阶梯形表面。

4、如权利要求1中之方法，而特征为在复合带承受拉伸应力后，将其分切成任意数目的平带段。

5、如权利要求1中之方法，而特征为该拉伸应力大于复合带材从该轧辊型缝中输出时的条件下的材料的屈服强度。

6、如权利要求5中之方法，而特征为通过将该复合带材从该轧辊型缝中拉出，以施加拉伸应力。

7、扁平金属带材有阶梯形截面，至少有两个厚度不同的部分，在一个基准平面的相对两侧安排，该带材为至少两条厚度不同而经过热轧减小其各自厚度的金属带材制成的复合带，将该至少两部分沿通过该参考平面伸展的焊接界面，进行搭接边缘的固态焊接，该带材的整个截面有锻造晶体的结构，而在该焊接界面附近的区域中没有中断变化。