CN106984648B - 制备金属复合板的设备及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制备金属复合板的设备及其制备方法，所述金属复合板由基层金属板和复层金属板复合而成，所述设备包括第一清理装置、第一轧机、抛光装置、第一加热装置、第二加热装置、第二清理装置、压下弯曲导轮和第二轧机。通过对两金属复合面的加热及其之间的相互搓轧作用，可以降低对轧机设备的要求，降低轧制复合所需要的临界变形力，并实现两金属板机械结合的同时达到冶金结合；通过本发明制备的金属复合板可进行后续处理，即将所得金属复合板作为基层金属板，其与另一复层金属板利用本发明提供的方法和/或设备进行处理获得三层或者三层以上的金属复合板。

Description

制备金属复合板的设备及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属复合板制作工艺技术领域，特别涉及一种制备金属复合板的设备及其制备方法。
背景技术
金属复合板是层压型复合材料的一种，是将两种或两种以上的不同物理、化学、力学性能的金属利用各自的性能优势进行分层组合而形成的一类金属材料，得到的复合板兼具复层金属和基层金属的性能，能够充分发挥和利用各组元材料的性能优势，实现材料资源的最优配置，为合理选材、降低成本、节约资源提供了更好的条件，以满足生产和科学技术日益增长的需要。
金属复合板因其独特优势，越来越引起人们的重视，尤其是在航空、航天、国防、交通、化工、电子、电力、通讯等领域里得到了广泛的应用。目前金属复合板产品主要有不锈钢-钢、镍-钢、钛-钢、铜-钢、铝-钢、钛-铝、钛-铜、钛-镍等复合板。对于某些特殊工程，要求三层金属复合板，主要有铝-钛-铝、不锈钢-铝-不锈钢等。
目前金属复合板的制备方法总体上可分为三大类：液-液相复合法、液-固相复合法和固-固相复合法。固-固相复合法是研究应用比较普遍的一种方法，主要包括挤压复合法、爆炸复合法、爆炸焊接-热轧法、轧制复合法、扩散复合法、钎焊法、摩擦焊法等。挤压法常用于单芯包覆材料的成形；爆炸复合法是目前国内应用比较广泛的一种方法，但该方法生产的复合板尺寸较小且板形较差，产品质量不稳定，能量消耗大，污染环境，而且不适用于薄板的复合；扩散法、钎焊法、摩擦焊法等复合方法，结合强度不高，无法大面积生产，只能进行单件生产，同时生产周期长，效率低。
轧制复合法分为热轧复合法和冷轧复合法，热轧复合法一种是先利用爆炸复合法进行热轧复合的坯料制备，再进行热轧复合，该方法有爆炸复合所具有的缺点，而且成本较高；另一种方法是先将待复合的金属坯料进行表面清理，在真空条件下将复层金属和基层金属待复合板面的四周焊接封严，然后再加热到一定温度，进行轧制复合，该方法获得的复合材料界面结合强度较高，但生产中需要建设配套的真空设备，投资较大，成本较高，且焊接处理影响了生产效率，同时对整个金属坯料的加热造成能源的浪费。冷轧复合法是先将待复合的金属坯料进行表面清理，在室温条件下采用大压下量轧制复合，然后通过扩散退火热处理，使复合面强化的一种工艺。该方法道次压下率要求较大，对轧机要求较高，获得的复合材料界面只存在机械结合，强度较差，同时因变形不均匀产生较严重的残余应力，需通过热处理消除。
以上制备方法及其设备都有一定的不足之处，制约了轧制复合法制备金属复合板的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备金属复合板的设备及其制备方法，可以有效解决现有轧制复合法制备金属复合板在技术上存在的上述问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种制备金属复合板的设备，所述金属复合板由基层金属板和复层金属板复合而成，所述设备包括第一清理装置、第一轧机、抛光装置、第一加热装置、第二加热装置、第二清理装置、压下弯曲导轮和第二轧机，其中：
第一清理装置，用于清除所述基层金属板的表面氧化层；
第一轧机，设置于所述第一清理装置的后方，用于夹持和/或轧制并以规定速度传送来自所述第一清理装置的所述基层金属板；
抛光装置，设置于所述第一轧机的后方，用于抛光清理来自所述第一轧机的所述基层金属板；
第一加热装置，设置于所述抛光装置后方并靠近所述第二轧机，用于加热所述基层金属板；
第二加热装置，用于预热所述复层金属板；
第二清理装置，靠近所述第二加热装置，用于去除来自所述第二加热装置的所述复层金属板的表面氧化层和油污；
压下弯曲导轮，所述压下弯曲导轮设有上下两排，上排所述压下弯曲导轮与下排所述压下弯曲导轮之间的空隙形成压下弯曲辊道，设置于所述第二清理装置的后方，用于将沿水平方向输送的来自所述第二清理装置的所述复层金属板向下或向上弯曲；所述第一加热装置还用于加热弯曲后的所述复层金属板；
第二轧机，设置于所述第一加热装置的后方，用于将加热后且弯曲传送至所述第二轧机的所述复层金属板与水平传送至所述第二轧机的所述基层金属板挤压轧制以形成金属复合板。
优选地，在上述制备金属复合板的设备中，上下两排所述压下弯曲导轮中的每排均设有至少两个压下弯曲导轮；优选地，上下两排所述压下弯曲导轮中，靠近所述第二轧机的所述压下弯曲导轮的直径小于远离所述第二轧机的所述压下弯曲导轮的直径。
优选地，在上述制备金属复合板的设备中，所述第一加热装置设有两个加热面：其中一个加热面用来加热所述复层金属板的复合面、另一个加热面用来加热所述基层金属板的复合面。
优选地，在上述制备金属复合板的设备中，所述第一加热装置中用于加热所述复层金属板的加热面是与所述第二轧机入口处上/下辊的外辊面对应的弧形表面，所述弧形表面与对应的所述上/下辊的外辊面形成夹持和输送所述弯曲的复层金属板的弧形通道，穿过所述弧形通道的所述复层金属板与所述基层金属板接触；用于加热所述基层金属板的加热面是水平表面。
优选地，在上述制备金属复合板的设备中，所述压下弯曲辊道与所述弧形通道连通。
优选地，在上述制备金属复合板的设备中，所述第二轧机的上辊为主动辊、所述第二轧机的下辊为从动辊，或者所述第二轧机的上辊为从动辊、所述第二轧机的下辊为主动辊，或者所述第二轧机的上辊和下辊均为主动辊。
优选地，在上述的制备金属复合板的设备中，还包括，第三轧机，设置于所述第二轧机的后方，用于在所述第二轧机将所述复层金属板咬入时，对所述基层金属板产生拉力，辅助弯曲后的复层金属板的咬入；且在稳定挤压轧制阶段时，对金属复合板产生拉力，辅助挤压轧制，同时对金属复合板进行整形处理。
利用上述制备金属复合板的设备制备金属复合板的方法，包括如下步骤：
a基层金属板的处理：
a.1所述第一清理装置对所述基层金属板的表面进行清理，得到去除表面氧化层的基层金属板，
a.2所述第一轧机对去除表面氧化层的所述基层金属板进行夹持和/或轧制并以规定速度将所述基层金属板沿水平方向传送，
a.3所述抛光装置对来自所述第一轧机的基层金属板进行抛光，得到抛光后的基层金属板，
a.4抛光后的所述基层金属板被传送至所述第一加热装置，所述第一加热装置对抛光后的所述基层金属板进行加热，得到加热后的基层金属板；
b复层金属板的处理：
b.1所述第二加热装置对所述复层金属板进行第一次加热，得到第一次加热后的复层金属板，
b.2第二清理装置对第一次加热后的所述复层金属板的表面进行清理，得到去除表面氧化层和油污的复层金属板，
b.3将去除表面氧化层和油污的所述复层金属板输送至压下弯曲辊道并穿过所述压下弯曲辊道以使所述复层金属板向下或向上弯曲，得到弯曲后的复层金属板，
b.4所述第一加热装置对弯曲后的所述复层金属板进行第二次加热，得到第二次加热后的复层金属板；
c加热后的所述基层金属板沿水平方向进入所述第二轧机，第二次加热后的所述复层金属板弯曲地进入所述第二轧机，进入所述第二轧机的所述复层金属板的复合面与所述基层金属板的复合面接触，并在所述第二轧机中进行挤压轧制，得到所述金属复合板并将所述金属复合板沿水平方向传送。
d所述金属复合板沿水平方向进入所述第三轧机，所述第三轧机对金属复合板进行整形处理。
优选地，在上述制备金属复合板的方法中，在所述第二轧机进行复合挤压轧制之前，所述基层金属板先被输送至第三轧机中，之后所述复层金属板被输送至所述第二轧机的入口处，所述复层金属板被所述第二轧机咬入时，所述第三轧机对所述基层金属板产生拉力，从而辅助弯曲后的复层金属板的咬入；出所述第二轧机的金属复合板被输送至所述第三轧机，所述第三轧机对所述金属复合板产生拉力，从而辅助挤压轧制，同时对金属复合板进行整形处理。
优选地，在上述制备金属复合板的方法中，所述第一加热装置对所述基层金属板进行加热时，同时向所述基层金属板复合面喷射保护气体，实现对所述抛光后的基层金属板复合面在保护氛围下的加热；所述第一加热装置对所述复层金属板进行加热时，同时向所述复层金属板复合面喷射保护气体，实现对所述复层金属板复合面在保护氛围下的加热。
分析可知，本发明公开一种制备金属复合板的设备及其制备方法，本发明提供的制备金属复合板的设备及其制备方法主要存在下述优点：
本发明实施过程中，
(1)对复层金属板和基层金属板的清理均采用在线清理装置，提高效率；
(2)无需对复层金属板和基层金属板进行真空状态下的焊接处理，降低成本，提高效率；
(3)利用感应加热装置只对复层金属板和基层金属板的复合面进行加热，有利于界面的结合，与传统热轧复合法中对整个坯料进行加热相比，可以提高能源的利用率，降低能源的浪费；
(4)感应加热装置对复层金属板和基层金属板的复合面进行加热时，喷射保护气体对复合界面进行保护；
(5)基层金属板与复层金属板的结合界面在相互接触之前，存在一定角度，二者沿弧形斜面逐渐相互接触，随着轧制挤压的进行，两金属复合面逐渐接触至相互作用，避免了保护气体进入复合面，影响复合强度；
(6)第二轧机中基层金属板与复层金属板的复合面，发生挤压和摩擦，两金属复合面之间不仅发生正向作用，也发生切向作用，与传统热轧复合法相比，有利于提高复合面强度；
(7)第三轧机对基层金属板的拉力作用，有助于复层金属板的咬入；第三轧机对金属复合板的拉力作用，有利于轧制挤压的进行；
(8)通过对两金属复合面的加热及其之间的相互搓轧作用，可以降低对轧机设备的要求，降低轧制复合所需要的临界变形力，并实现两金属板机械结合的同时达到冶金结合；
(9)基层金属板与复层金属板连续进入该设备，可以实现金属复合板的连续化生产。
通过本发明制备的金属复合板可进行后续处理，即将所得金属复合板作为基层金属板，其与另一复层金属板利用本发明提供的方法和/或设备进行处理获得三层或者三层以上的金属复合板。
附图说明
图1是制备方法流程示意图；
图2是金属复合板挤压轧制开始咬入复合示意图；
图3是金属复合板挤压轧制稳定过程示意图。
附图标记说明：1第一清理装置，2第一轧机，3抛光装置，4第一加热装置，5第二加热装置，6第二清理装置，7压下弯曲导轮，8第二轧机，9第三轧机；10基层金属板，11复层金属板，12金属复合板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
一种制备金属复合板的设备其一实施例的示意图如图2和图3所示，金属复合板12由基层金属板10和复层金属板11复合而成，且基层金属板10的复合面为上表面，该设备包括第一清理装置1、第一轧机2、抛光装置3、第一加热装置4、第二加热装置5、第二清理装置6、压下弯曲导轮7、第二轧机8和第三轧机9，下面对本发明设备所包含的各部分一一进行描述。
第一清理装置1，用于清除基层金属板10的表面氧化层，其为本领域常用的清理装置，例如除锈打磨机。
第一轧机2，紧邻或靠近于第一清理装置1即设置于第一清理装置1的正后方(该后方是相对于基层金属板10的运行方向而言的，基层金属板10先经过的装置在前方，后经过的装置在后方)，用于夹持并水平输送来自第一清理装置1、的基层金属板10，可通过调整第一轧机2上下辊的线速度来控制基层金属板10的传输速度，从而保证第一轧机2与第二轧机8的协调配合，实现连续复合板的生产；本发明中使用的第一轧机2可以是本领域常用的普通两辊轧机。
抛光装置3，紧邻或靠近于第一轧机2即设置于第一轧机2的正后方且位于基层金属板10的上方，用于抛光清理来自第一轧机2的基层金属板10的上表面，抛光装置3为本领域常用的金属抛光机。基层金属板10的上表面经抛光清理后形成一定表面粗糙度，可以提高复合面上基层金属板10与复层金属板11的摩擦，促进复合面形成机械结合。当然，如果基层金属板10的复合面为下表面时，抛光装置3需设置于基层金属板10的下方，用于抛光清理来自第一轧机2的基层金属板10的下表面。
第一加热装置4，紧邻或靠近于抛光装置3即设置于抛光装置3的正后方、位于基层金属板10的上方且靠近第二轧机8的上辊，用于加热基层金属板10的上表面。当然，如果基层金属板10的复合面为下表面时，第一加热装置4将位于基层金属板10的下方且靠近第二轧机8的下辊，用于加热基层金属板10的下表面。
在本发明中第一加热装置4优选设有两个加热面A和B：其中一个加热面A用来加热复层金属板11的复合面，加热面B用于加热基层金属板10的复合面，加热面B是水平表面。这样就仅需一个加热装置即可完成基层金属板10和复层金属板11进入第二轧制前的复合面的加热。对复层金属板11和基层金属板10的复合面进行加热，有利于界面的结合，与传统热轧复合法中对整个坯料进行加热相比，可以提高能源的利用率；第一加热装置4设有两个加热面A和B能够与需要加热的复层金属板11和基层金属板10的复合面完全贴合，提高了能源的利用率。
为了使本发明的设备适合于温度相差较大的两种金属板的复合，第一加热装置4更优选为感应加热装置，其可以同时实现对两金属板进行不同温度的加热。上述感应加热装置是用空心铜管绕成感应器，感应器优选为C型或者槽型结构，方便将基层金属板10的上表面(复合面)和复层金属板11的下表面(复合面)包裹，通入中频或高频交流电后，在基层金属板10和复层金属板11的表面形成同频率的感应电流，将金属板表面迅速加热，且通过频率等控制，可以实现对两金属板进行不同温度的加热。由于本发明采用感应加热装置对进入第二轧机的基层金属板10和复层金属板11进行不同温度的加热，因此，本发明的方法适合轧制温度相差较大的两种金属板的复合。
第二加热装置5，用于预热复层金属板11，其可以为普通的加热装置，也可以为感应加热装置；
第二清理装置6，紧邻或靠近第二加热装置5即设置于第二加热装置5后方(该后方是相对于复层金属板11的运行方向而言的，复层金属板11先经过的装置在前方，后经过的装置在后方)，用于去除来自第二加热装置5的复层金属板11的表面氧化层和油污，其为本领域常用的清理装置，例如除锈打磨机；第二加热装置5、第二清理装置6、压下弯曲辊道、第一清理装置1、第一轧机2、抛光装置3和第一加热装置4均位于第二轧制8的同一侧。优选地，第二加热装置5、第二清理装置6、压下弯曲辊道位于第一清理装置1、第一轧机2、抛光装置3和第一加热装置4的上方。当然，如果基层金属板10的复合面是下表面，则第二加热装置5、第二清理装置6和压下弯曲辊道位于第一清理装置1、第一轧机2、抛光装置3和第一加热装置4的下方。
压下弯曲导轮7，压下弯曲导轮7设有上下两排，上排压下弯曲导轮7与下排压下弯曲导轮7之间的空隙形成压下弯曲辊道，设置于第二清理装置6的后方，用于将沿水平方向输送的来自第二清理装置6的复层金属板11向下弯曲；优选地，上下两排压下弯曲导轮9中的每排均设有至少两个压下弯曲导轮7；靠近第二轧机8的压下弯曲导轮7的直径小于远离第二轧机8的压下弯曲导轮7的直径；压下弯曲导轮7的数量越多即排列的越紧密，复层金属板11向下弯曲的越均匀。即压下弯曲辊道是弧形向下(或向上)弯曲的。
第一加热装置4中用于加热复层金属板11的加热面A是与第二轧机8入口处上辊的外圆周面即辊面对应的弧形表面，该弧形表面与对应的上辊的外圆周面形成夹持和输送弯曲的复层金属板11的弧形通道，该弧形通道与压下弯曲辊道连通，穿过弧形通道的弯曲复层金属板11与基层金属板10接触；另一个加热面B用来加热基层金属板10的复合面，用于加热基层金属板10的加热面B是水平表面。
当然，如果基层金属板10的复合面为下表面时，压下弯曲导轮7，设置在基层金属板10的下方，上排压下弯曲导轮7与下排压下弯曲导轮7之间的空隙为复层金属板11的压下弯曲辊道，用于将沿水平方向输送的来自第二清理装置6的复层金属板11向上弯曲；第一加热装置4中用于加热复层金属板11的加热面A则是与第二轧机8入口处下辊的外圆周面即辊面对应的弧形表面，该弧形表面与对应的下辊的外圆周面形成夹持和输送弯曲的复层金属板11的弧形通道，该弧形通道与压下弯曲辊道连通，穿过弧形通道的弯曲复层金属板11与基层金属板10的下表面接触；另一个加热面B用来加热基层金属板10的复合面即下表面，用于加热基层金属板10的加热面B是水平表面。
第二轧机8，设置于第一加热装置4的后方，且第二轧机8的上辊面或下辊面与第一加热装置4的加热面A形成供弯曲复层金属板11通过的弧形通道，用于将加热后且弯曲传送至第二轧机8入口的复层金属板11与水平传送至第二轧机8入口的基层金属板10挤压轧制以形成金属复合板。第二轧机8可以为本领域常用的两辊轧机，其上辊为主动辊、下辊为从动辊，或者第二轧机8的上辊为从动辊、第二轧机8的下辊为主动辊，或者第二轧机8的上辊和下辊均为主动辊。第二轧机8的轧辊对复层金属板11和基层金属板10产生挤压轧制作用；促使基层金属板10与复层金属板11在张力作用下发生相对移动，产生摩擦作用，增强复合强度。
第三轧机9，设置于第二轧机8的后方(该后方是相对于基层金属板10的运行方向而言的，基层金属板10先经过的装置在前方，后经过的装置在后方)即与第二轧机8相邻，用于在第二轧机8将复层金属板11咬入时，对基层金属板10产生拉力，辅助弯曲后的复层金属板11的咬入；且在稳定挤压轧制阶段，对金属复合板12产生拉力，辅助挤压轧制，同时对金属复合板12进行整形处理。
当然，本发明的制备金属复合板设备也可以不包括第三轧机9，而是仅通过第二轧机8来实现两种金属板的复合，比如调整第二轧机8的上下辊转速，使其不对称，从而进行异步轧制，使基层金属板10与复层金属板11发生相对运动，对复层金属板11的下表面与基层金属板10的上表面发生挤压搓轧作用以实现复合，得到金属复合板12。
上述设备中的各部分可以以在线运行的方式进行金属板的复合，即本发明设备中的各装置和轧机形成一条生产线，从而实现金属复合板的连续生产。
利用上述制备金属复合板的设备制备金属复合板的方法，如图1所示，包括如下步骤：
a基层金属板10的处理：
a.1第一清理装置1对基层金属板10的表面进行清理，得到去除表面氧化层的基层金属板10，对基层金属板10的表面清理采用在线清理，提高效率；也就是说，经第一清理装置1清理后的基层金属板10直接输送至生产线上的下一个装置即第一轧机2。
a.2第一轧机2对去除表面氧化层的基层金属板10进行夹持并以规定速度将基层金属板10沿水平方向传送至生产线上紧邻第一轧机2的抛光装置3，如果基层金属板10表面不平整，可以在第一轧机2对基层金属板10进行夹持的同时轧制，进而得到表面平整的基层金属板10；第一轧机2的出口速度略小于或等于第二轧机8的入口速度，比如第一轧机2的出口速度与第二轧机8的入口速度之差小于等于0.1m/s，这样可以保证基层金属板10在第一轧机2和第二轧机8之间存在一定的张力，从而更有利于基层金属板10和复层金属板11在第二轧机上的复合。
a.3抛光装置3对表面平整的基层金属板10进行抛光，得到抛光后的基层金属板10，优选地，在基层金属板10的复合面为上表面时，仅对基层金属板10的上表面进行打磨和清理；在基层金属板10的上表面抛光并形成一定表面粗糙度，提高复合面上基层金属板10与复层金属板11的摩擦，促进复合面形成机械结合；但如果基层金属板10的复合面为下表面，则对基层金属板10的下表面进行抛光。
a.4抛光后的基层金属板10被传送至第一加热装置4，第一加热装置4对抛光后的基层金属板10进行加热，得到加热后的基层金属板10，优选地，对抛光后的基层金属板10进行加热(由第一加热装置4的加热面B来完成)时，在基层金属板10的复合面为上表面情况下，仅对基层金属板10的上表面进行加热，即仅对基层金属板10的复合面进行加热，有利于界面的结合，且与传统热轧复合法中对整个坯料进行加热相比，可以提高能源的利用率；对基层金属板10的加热温度依据基层金属板的具体材质而定。
更优选地，在给抛光后的基层金属板10加热的同时，向抛光后的基层金属板10的加热部分喷射保护气体，实现对抛光后的基层金属板10表面在保护氛围下的加热，喷射保护气体能对复合界面进行保护，是为了避免加热时空气氧化金属等问题的出现。保护气体最好选用惰性气体，比如氮气、氩气等，但是根据气体与金属的反应动力学，针对两金属的加热温度，从成本考虑，可以适当选用一些活性气体，比如二氧化碳。由于在该加热温度下，金属和气体几乎不发生反应。
b复层金属板11的处理：
b.1第二加热装置5对复层金属板11进行第一次加热，得到第一次加热后的复层金属板11，以利于后续步骤的进行；具体的加热温度只要能够保证复层金属板11顺利弯曲即可。
b.2第二清理装置6对加热后的复层金属板11的表面进行清理，得到去除表面氧化层和油污的复层金属板11，对复层金属板11的表面清理采用在线清理，提高效率；也就是说，第二清理装置6位于生产线上，经第二清理装置6清理后的复层金属板11直接输送至生产线上的下一个装置即第二轧机2的辊面与压下弯曲导轮7形成的压下弯曲辊道。
b.3将去除表面氧化层和油污的复层金属板11输送至压下弯曲辊道并穿过压下弯曲辊道以使复层金属板11向下(压下弯曲导轮7如图2中所示的设置在基层金属板10的上方时)或向上(压下弯曲导轮7如图2中所示设置在基层金属板10的下方时)弯曲，得到弯曲后的复层金属板11。
b.4第一加热装置4对弯曲后的复层金属板11进行第二次加热，即弯曲后的复层金属板11进入由加热面A和与加热面A对应的第二轧机8入口处上辊辊面形成的弧形通道，得到第二次加热后的复层金属板11，复层金属板11第二次加热的具体温度由其材质决定；优选地，对抛光后的复层金属板11进行加热时，仅对复层金属板11的复合面进行加热，有利于界面的结合，且与传统热轧复合法中对整个坯料进行加热相比，可以提高能源的利用率；
更优选地，将弯曲后的复层金属板11进行第二次加热时，同时向弯曲后的复层金属板11复合面喷射保护气体，实现对弯曲后的复层金属板11表面在保护氛围下的第二次加热，喷射保护气体是为了避免加热时空气氧化金属等问题的出现。保护气体最好选用惰性气体，比如氮气、氩气等，但是根据气体与金属的反应动力学，针对两金属的加热温度，从成本考虑，可以适当选用一些活性气体，比如二氧化碳。由于在该加热温度下，金属和气体几乎不发生反应。
c进行挤压轧制复合：加热后的基层金属板10沿水平方向进入第二轧机8，第二次加热后的复层金属板11弯曲地进入第二轧机8，进入第二轧机8的复层金属板11的复合面与基层金属板10的复合面接触，接着复层金属板11被第二轧机咬入，之后由第二轧机继续对复层金属板11的复合面与基层金属板10的复合面进行挤压轧制，从而实现复合，得到金属复合板12。
具体地，弯曲后的复层金属板11是以有利角度进入第二轧机8的轨道，所述有利角度包括夹角β和咬入角α。其中，夹角β是指复层金属板11的复合面与基层金属板10的复合面在刚开始相互接触且未被第二轧机8咬入时复层金属板11与基层金属板10之间形成的夹角，该夹角β需要满足如下要求：tanβ<(f3-f1)，f3为复层金属板11的复合面与基层金属板10的复合面在刚开始相互接触且未被第二轧机8咬入时基层金属板10与第二轧机8下辊之间的摩擦系数，f1为复层金属板11的复合面与基层金属板10的复合面在刚开始相互接触且未被第二轧机8咬入时复层金属板11与第二轧机8上辊之间的摩擦系数。咬入角α是指复层金属板11被第二轧机8咬入的角度，夹角β与咬入角α需满足如下关系：α＝2β。弯曲后的复层金属板11以上述角度进入第二轧机8的轨道可以实现稳定咬入和轧制。另外，基层金属板10与复层金属板11的复合面在相互接触时，存在一定角度，随着轧制挤压的进行，基层金属板10与复层金属板11的复合面逐渐接触至相互作用，避免了保护气体进入复合面，影响复合强度。
具体地，该挤压轧制复合步骤可以通过两种方式来完成：
第一种方式，通过第三轧机9的辅助来完成两块金属板的挤压轧制复合，基层金属板10与复层金属板11的复合面在相互接触之前，基层金属板10已被输送至第三轧机9，第三轧机9对基层金属板10产生拉力，第二轧机8入口处基层金属板10与复层金属11产生相对运动，复层金属板11在基层金属板10对其产生的摩擦力作用下进入第二轧机，之后受第二轧机上下辊的挤压轧制作用，两金属板结合，得到的金属复合板12沿水平方向传送至第三轧机9，第三轧机9对金属复合板12产生拉力，牵引金属复合板12向前移动，使得第二轧机8继续对复层金属板11的复合面与基层金属板10的复合面发生挤压搓轧作用以实现复合，从而实现连续生产金属复合板12。金属复合板12沿水平方向进入第三轧机9，第三轧机9利用小压下量(比如压下量小于1％)对金属复合板12进行整形处理，第三轧机9的入口速度略大于第二轧机8的出口速度，比如第三轧机9的入口速度与第二轧机8的出口速度的差值小于0.2m/s，从而可以保证两轧机之间存在张力。
在该第一种方式中，在第二轧机8将复层金属板11咬入时，通过第三轧机9对基层金属板10的拉力，辅助复层金属板11的咬入，有利于实现挤压轧制；在稳定挤压轧制阶段，通过第三轧机9对金属复合板12的拉力，可以控制第二轧机8中基层金属板10与复层金属板11之间的摩擦作用。
第二种方式，无需第三轧机9的辅助，仅需调整第二轧机8的上下辊转速，使其不对称，从而进行异步轧制，使基层金属板10与复层金属板11发生相对运动，对复层金属板11的下表面与基层金属板10的上表面发生挤压搓轧作用以实现复合，得到金属复合板12。
对于本发明而言，基层金属板10一般为硬质金属(不易于弯曲变形)，复层金属板一般为软质金属(塑性好，易于弯曲变形)，如：铜钢复合板中，钢作为基层金属板，铜作为复层金属板。本发明中，基层金属板的变形相对较小，复层金属板的变形相对较大。挤压轧制复合中，基层金属板的厚度变化较小，复合板中基层金属板厚度几乎与原厚度相近，复合板中复层金属板的厚度主要通过第二轧机的辊缝控制。
在本发明中，基层金属板10进入第二轧机的时间要早于复层金属板11进入第二轧机的时间。
传统热轧复合法在进行轧制时，侧重于复合板垂直方向的变形；本发明在进行挤压轧制时，充分利用界面之间的摩擦，同时结合垂直方向的受力，更有利于复合界面的结合，相对于传统热轧复合法，最低可降低10％的轧制力。
下面列举几个实施例以对本发明金属复合板的生产方法进行详细说明。
实施例1：
一种铜-钢金属复合板的制备
本实施例中，基层金属板10为11mm厚的Q235碳素结构钢，复层金属板11为9mm厚的紫铜。
a基层金属板的处理：
a.1第一清理装置1对基层金属板10进行机械清理，得到去除表面氧化层的基层金属板10；
a.2第一轧机2对去除表面氧化层的基层金属板10进行夹持并以规定速度将基层金属板10沿水平方向传送至抛光装置3；
a.3抛光装置3将表面平整的基层金属板10的上表面进行横向打磨和表面清理，得到抛光后的基层金属板10；
a.4抛光后的基层金属板10被传送至第一加热装置4，并由第一加热装置4的加热面B对基层金属板10的复合面进行加热，第一加热装置4将抛光后的基层金属板10的复合面感应加热至800℃，同时喷射CO2气体形成保护气氛；
b复层金属板的处理：
b.1第二加热装置5将复层金属板11加热到300℃，得到第一次加热后的复层金属板11；
b.2第二清理装置6对将加热后的复层金属板11的表面进行清理，得到去除表面氧化层和油污的复层金属板11；
b.3将去除表面氧化层和油污的复层金属板11输送至压下弯曲辊道并穿过压下弯曲辊道以使复层金属板11向下弯曲，得到弯曲后的复层金属板11；
b.4弯曲后的复层金属板11进入弧形通道，由第一加热装置4的加热面A将弯曲后的复层金属板11的复合面感应加热至500℃，同时喷射CO2气体形成保护气氛，得到第二次加热后的复层金属板11；
c进行挤压轧制复合：加热后的基层金属板10通过第二轧机8进入第三轧机9，同时，第二次加热后的复层金属板11弯曲地进入第二轧机8，进入第二轧机8的复层金属板11的复合面与基层金属板10的复合面接触，第三轧机9对基层金属板10产生拉力，第二轧机8入口处基层金属板10与复层金属板11产生相对运动，复层金属板11在基层金属板10对其产生的摩擦力作用下进入第二轧机8，同时受第二轧机8上下辊的挤压作用，复层金属板11下表面与基层金属板10的上表面发生挤压搓轧作用实现复合，得到金属复合板12。
d稳定挤压轧制：随着挤压轧制的进行，金属复合板12进入第三轧机9，第三轧机9对金属复合板12产生拉力，牵引金属复合板12向前移动，使得第二轧机继续对复层金属板11的复合面与基层金属板10的复合面发生挤压搓轧作用实现复合，继续得到金属复合板12。
其中，第一轧机2的出口速度为0.6m/s；第二轧机8的上下辊均设为从动辊，压下量为4mm，第二轧机8的入口速度为0.6m/s；第三轧机压下量为1mm，第三轧机9的入口速度为0.7m/s。
本实施例中，得到的金属复合板12的复合面结合强度达到92MPa，金属复合板12的厚度为15mm，且厚度均匀。
实施例2：
一种铜-不锈钢金属复合板的制备
本实施例中，基层金属板10为10mm厚的Q235碳素结构钢，复层金属板11为9mm厚的紫铜。
a基层金属板的处理：
a.1第一清理装置1对基层金属板10进行机械清理，得到去除表面氧化层的基层金属板10；
a.2第一轧机2对去除表面氧化层的基层金属板10进行夹持并以规定速度将基层金属板10沿水平方向传送至抛光装置3；
a.3抛光装置3将表面平整的基层金属板10的上表面进行横向打磨和表面清理，得到抛光后的基层金属板10；
a.4抛光后的基层金属板10被传送至第一加热装置4，并由第一加热装置4的加热面B对基层金属板10的复合面进行加热，第一加热装置4将抛光后的基层金属板10的复合面感应加热至900℃，同时喷射CO2气体形成保护气氛；
b复层金属板的处理：
b.1第二加热装置5将复层金属板11加热到300℃，得到第一次加热后的复层金属板11；
b.2第二清理装置6对将加热后的复层金属板11的表面进行清理，得到去除表面氧化层和油污的复层金属板11；
b.3将去除表面氧化层和油污的复层金属板11输送至压下弯曲辊道并穿过压下弯曲辊道以使复层金属板11向下弯曲，得到弯曲后的复层金属板11，得到弯曲后的复层金属板11；
b.4弯曲后的复层金属板11进入弧形通道，由第一加热装置4的加热面A将弯曲后的复层金属板11的复合面感应加热至500℃，同时喷射CO2气体形成保护气氛，得到第二次加热后的复层金属板11；
c进行挤压轧制复合：加热后的基层金属板10通过第二轧机8进入第三轧机9，同时，第二次加热后的复层金属板11弯曲地进入第二轧机8，进入第二轧机8的复层金属板11的复合面与基层金属板10的复合面接触，第三轧机9对基层金属板10产生拉力，第二轧机8入口处基层金属板10与复层金属11产生相对运动，复层金属板11在基层金属板10对其产生的摩擦力作用下进入第二轧机，同时受第二轧机上下辊的挤压作用，复层金属板11的下表面与基层金属板10的上表面发生挤压搓轧作用实现复合，得到金属复合板12。
d稳定挤压轧制：随着挤压轧制的进行，金属复合板12进入第三轧机9，第三轧机9对金属复合板12产生拉力，牵引金属复合板12向前移动，使得第二轧机继续对复层金属板11的复合面与基层金属板10的复合面发生挤压搓轧作用实现复合，继续得到金属复合板12。
其中，第一轧机2的出口速度为0.5m/s；第二轧机8的上辊设为从动辊，下辊设为主动辊，压下量为3mm，第二轧机8的入口速度为0.6m/s；第三轧机压下量为1mm，第三轧机9的入口速度为0.7m/s。
本实施例中，得到的金属复合板12的复合面结合强度达到92MPa，金属复合板12厚度为15mm，且厚度均匀；
实施例3：
一种铝-铜金属复合板的制备
本实施例中，基层金属板10为7mm厚的紫铜，复层金属板11为5mm厚的1050铝。
a基层金属板的处理：
a.1第一清理装置1对基层金属板10进行机械清理，得到去除表面氧化层的基层金属板10；
a.2第一轧机2对去除表面氧化层的基层金属板10进行夹持并以规定速度将基层金属板10沿水平方向传送至抛光装置；
a.3抛光装置3将表面平整的基层金属板10的上表面进行横向打磨和表面清理，得到抛光后的基层金属板10；
a.4抛光后的基层金属板10被传送至第一加热装置4，并由第一加热装置4的加热面B对基层金属板10的复合面进行加热，第一加热装置4将抛光后的基层金属板10的复合面感应加热至500℃，同时喷射Ar气形成保护气氛；
b复层金属板的处理：
b.1第二加热装置5将复层金属板11加热到100℃，得到第一次加热后的复层金属板11；
b.2第二清理装置6对将加热后的复层金属板11的表面进行清理，得到去除表面氧化层和油污的复层金属板11；
b.3将去除表面氧化层和油污的复层金属板11输送至压下弯曲辊道并穿过压下弯曲辊道以使复层金属板11向下弯曲，得到弯曲后的复层金属板11，得到弯曲后的复层金属板11；
b.4弯曲后的复层金属板11进入弧形通道，由第一加热装置4的加热面A将弯曲后的复层金属板11的复合面感应加热至160℃，同时喷射Ar气形成保护气氛，得到第二次加热后的复层金属板11；
c进行挤压轧制复合：加热后的基层金属板10通过第二轧机8进入第三轧机9，同时，第二次加热后的复层金属板11弯曲地进入第二轧机8，进入第二轧机8的复层金属板11的复合面与基层金属板10的复合面接触，第三轧机9对基层金属板10产生拉力，第二轧机8入口处基层金属板10与复层金属11产生相对运动，复层金属板11在基层金属板10对其产生的摩擦力作用下进入第二轧机，同时受第二轧机上下辊的挤压作用，复层金属板11的下表面与基层金属板10的上表面发生挤压搓轧作用实现复合，得到金属复合板12。
d稳定挤压轧制：随着挤压轧制的进行，金属复合板12出第二轧机8，调整第二轧机8上下辊转速，下辊表面线速度大于上辊表面线速度，进行异步轧制，使两金属板发生相对运动，对复层金属板11的复合面与基层金属板10的复合面发生挤压搓轧作用实现复合，继续得到金属复合板12。
其中，第一轧机2的出口速度为0.7m/s；第二轧机8的上辊设为主动辊，下辊设为从动辊，压下量为2.5mm，第二轧机8的入口速度为0.75m/s；第三轧机压下量为0.5mm，第三轧机9的入口速度为0.8m/s。
本实施例中，得到的金属复合板12的复合面结合强度达到56MPa，金属复合板12厚度为9mm，且厚度均匀。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (4)

1.一种制备金属复合板的方法，所述金属复合板由基层金属板和复层金属板复合而成，其特征在于：
制备金属复合板的设备包括第一清理装置、第一轧机、抛光装置、第一加热装置、第二加热装置、第二清理装置、压下弯曲导轮和第二轧机，其中：
第一清理装置，用于清除所述基层金属板的表面氧化层；
第一轧机，设置于所述第一清理装置的后方，用于夹持和/或轧制并以规定速度传送来自所述第一清理装置的所述基层金属板；
抛光装置，设置于所述第一轧机的后方，用于抛光清理来自所述第一轧机的所述基层金属板；
第一加热装置，设置于所述抛光装置后方并靠近所述第二轧机，用于加热所述基层金属板；
第二加热装置，用于预热所述复层金属板；
第二清理装置，靠近所述第二加热装置，用于去除来自所述第二加热装置的所述复层金属板的表面氧化层和油污；
压下弯曲导轮，所述压下弯曲导轮设有上下两排，上排所述压下弯曲导轮与下排所述压下弯曲导轮之间的空隙形成压下弯曲辊道，设置于所述第二清理装置的后方，用于将沿水平方向输送的来自所述第二清理装置的所述复层金属板向下或向上弯曲；所述第一加热装置还用于加热弯曲后的所述复层金属板；
第二轧机，设置于所述第一加热装置的后方，用于将加热后且弯曲传送至所述第二轧机的所述复层金属板与加热后水平传送至所述第二轧机的所述基层金属板挤压轧制以形成金属复合板；
上下两排所述压下弯曲导轮中的每排均设有至少两个压下弯曲导轮；
上下两排所述压下弯曲导轮中，靠近所述第二轧机的所述压下弯曲导轮的直径小于远离所述第二轧机的所述压下弯曲导轮的直径；
所述第一加热装置设有两个加热面：其中一个加热面用来加热所述复层金属板的复合面、另一个加热面用来加热所述基层金属板的复合面；
所述第一加热装置为感应加热装置；
所述第一加热装置中用于加热所述复层金属板的加热面是与所述第二轧机入口处上/下辊的外辊面对应的弧形表面，所述弧形表面与对应的所述上/下辊的外辊面形成夹持和输送所述弯曲的复层金属板的弧形通道，穿过所述弧形通道的所述复层金属板与所述基层金属板接触；用于加热所述基层金属板的加热面是水平表面；
所述感应加热装置是用空心铜管绕成感应器，所述感应器为C型或者槽型结构能够将所述基层金属板的复合面和所述复层金属板复合面包裹，所述感应器通入中频或高频交流电后，在所述基层金属板和所述复层金属板的复合面形成同频率的感应电流并将所述基层金属板和所述复层金属板的复合面迅速加热，通过对所述感应器的频率控制，可以实现对所述基层金属板和所述复层金属板进行不同温度的加热；
还包括，第三轧机，设置于所述第二轧机的后方，用于在所述第二轧机将所述复层金属板咬入时，对所述基层金属板产生拉力，辅助弯曲后的复层金属板的咬入；且在稳定挤压轧制阶段时，对金属复合板产生拉力，辅助挤压轧制，同时对金属复合板进行整形处理；
制备金属复合板的方法包括如下步骤：
a基层金属板的处理：
a.1所述第一清理装置对所述基层金属板的表面进行清理，得到去除表面氧化层的基层金属板，
a.2所述第一轧机对去除表面氧化层的所述基层金属板进行夹持和/或轧制并以规定速度将所述基层金属板沿水平方向传送，
a.3所述抛光装置对来自所述第一轧机的基层金属板进行抛光，得到抛光后的基层金属板，
a.4抛光后的所述基层金属板被传送至所述第一加热装置，所述第一加热装置对抛光后的所述基层金属板进行加热，得到加热后的基层金属板；
b复层金属板的处理：
b.1所述第二加热装置对所述复层金属板进行第一次加热，得到第一次加热后的复层金属板，
b.2第二清理装置对第一次加热后的所述复层金属板的表面进行清理，得到去除表面氧化层和油污的复层金属板，
b.3将去除表面氧化层和油污的所述复层金属板输送至压下弯曲辊道并穿过所述压下弯曲辊道以使所述复层金属板向下或向上弯曲，得到弯曲后的复层金属板，
b.4所述第一加热装置对弯曲后的所述复层金属板进行第二次加热，得到第二次加热后的复层金属板；
c加热后的所述基层金属板沿水平方向进入所述第二轧机，第二次加热后的所述复层金属板弯曲地进入所述第二轧机，进入所述第二轧机的所述复层金属板的复合面与所述基层金属板的复合面接触，并在所述第二轧机中进行挤压轧制，得到所述金属复合板并将所述金属复合板沿水平方向传送；
其中，弯曲后的所述复层金属板以有利角度进入所述第二轧机的轨道，所述有利角度包括夹角β和咬入角α，咬入角α是指所述复层金属板被所述第二轧机咬入的角度，夹角β是指所述复层金属板的复合面与所述基层金属板的复合面在相互接触且未被第二轧机咬入时之间的夹角，
夹角β与咬入角α需满足如下关系：α＝2β，
所述夹角β需要满足如下要求：tanβ<(f3-f1)，f3为所述复层金属板的复合面与所述基层金属板的复合面在刚开始相互接触且未被第二轧机咬入时基层金属板与第二轧机下辊之间的摩擦系数，f1为所述复层金属板的复合面与所述基层金属板的复合面在刚开始相互接触且未被第二轧机咬入时复层金属板与第二轧机上辊之间的摩擦系数；
d所述金属复合板沿水平方向进入第三轧机，所述第三轧机对金属复合板进行整形处理；
所述第三轧机的入口速度略大于第二轧机的出口速度，所述第三轧机的入口速度与所述第二轧机的出口速度的差值小于0.2m/s；
在所述第二轧机进行复合挤压轧制之前，所述基层金属板先被输送至第三轧机中，之后所述复层金属板被输送至所述第二轧机的入口处，所述复层金属板被所述第二轧机咬入时，所述第三轧机对所述基层金属板产生拉力，从而辅助弯曲后的复层金属板的咬入；出所述第二轧机的金属复合板被输送至所述第三轧机，所述第三轧机对所述金属复合板产生拉力，从而辅助挤压轧制，同时对金属复合板进行整形处理。
2.根据权利要求1所述的制备金属复合板的方法，其特征在于：所述压下弯曲辊道与所述弧形通道连通。
3.根据权利要求1所述的制备金属复合板的方法，其特征在于：所述第二轧机的上辊为主动辊、所述第二轧机的下辊为从动辊，或者所述第二轧机的上辊为从动辊、所述第二轧机的下辊为主动辊，或者所述第二轧机的上辊和下辊均为主动辊。
4.根据权利要求1所述的制备金属复合板的方法，其特征在于：所述第一加热装置对所述基层金属板进行加热时，同时向所述基层金属板复合面喷射保护气体，实现对所述抛光后的基层金属板复合面在保护氛围下的加热；所述第一加热装置对所述复层金属板进行加热时，同时向所述复层金属板复合面喷射保护气体，实现对所述复层金属板复合面在保护氛围下的加热。
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