CN107671415A - 一种摩擦焊接制备复合板坯的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种摩擦焊接制备复合板坯的方法及装置，方法包括上料；固定金属坯料；摩擦焊接；卸料；复合板坯的重复摩擦焊接。装置包括机架、支撑辊道、底部料槽、顶部料槽、导槽、主液压缸、摩擦驱动装置、推进器、推出器，机架底部设置支撑辊道，底部料槽置于支撑辊道上方；机架上端设有导槽，顶部料槽在主液压缸驱动下，在导槽中上下往复动作；底部料槽连接摩擦驱动装置；机架一侧设置机前辊道和推进器，机架另一侧设置推出器，本发明可以将两块或多块相同材质的连铸板坯摩擦焊接在一起，也可以将两块或多块不同厚度、不同材质的金属板坯摩擦焊接在一起，因此可以直接获得内部组织致密、界面呈完全呈冶金结合状态的各种吨位的大型复合板坯。

Description

一种摩擦焊接制备复合板坯的方法及装置

技术领域

本发明涉及金属复合板坯的生产方法技术领域，尤其涉及一种摩擦焊接制备复合板坯的方法及装置。

背景技术

目前，随着核电事业、桥梁工程、高层建筑以及海洋工程的发展，工程装备越来越大型化，所需钢材内部质量要求越来越严，所需钢材尺寸越来越大。大型锻件、厚板及特厚板的生产主要采用模铸或电渣熔铸大型铸锭或特厚连铸板坯做原料。模铸或电渣熔铸大型铸锭生产效率太低，成本较高，同时内部质量难以保证，特别是内部疏松、缩孔及偏析严重，夹渣物尺度较大，成材率太低，生产上难以解决。厚度超过400mm的连铸板坯虽然已有少数企业能够生产，但投资过大，而且由于板坯厚度加大，依然存在偏析、疏松及夹渣物等问题，生产特厚板时压缩后仍然不够。近几年来，出现了将连铸薄板坯进行组合后真空焊接再轧制制坯的方法。专利文献200910016603.X公布了一种累积叠轧焊工艺制造特厚板坯的方法，该方法在将连铸坯表面进行除鳞处理后，将连铸坯叠合在一起，然后在真空室中将组合坯四周缝隙焊接，再进行常规加热轧制制得厚板。专利文献201110029651.X公布了一种不锈钢-碳钢复合板的制备方法，该方法将表面处理之后的不锈钢和碳钢坯料交替叠放在一起，采用两个金属平板夹紧之后电焊将四周焊接密封，构成复合坯料-阻隔剂-复合坯料的组合结构，再经过常规的加热轧制之后制成复合板材。专利文献200910248877.1、201310707559.3及JP2016-150341都公布了一种真空复合轧制特厚板的方法，该方法将表面处理之后的板坯叠放在一起，在真空状态下采用离子束焊接四周后在轧制成坯。上述专利方法均为组坯焊接制坯后热轧复合或组坯后在真空状态下焊接制坯再热轧复合的方法。与模铸、电渣熔铸钢锭和连铸厚板坯相比，这些方法利用普通的连铸坯经过真空焊接即可制备厚板坯，板坯内部质量好，制坯成本低，但共同缺点是需要采用真空焊接制坯，降低了生产效率，同时，所制板坯必须经过轧制才能复合在一起。

发明内容

本发明的目的是提供一种摩擦焊接制备复合板坯的方法及装置，利用该方法及其装置可以将两块或多块相同材质的连铸板坯摩擦焊接在一起，也可以将两块或多块不同厚度、不同材质的金属板坯摩擦焊接在一起，因此可以直接获得内部组织致密、界面呈完全呈冶金结合状态的各种吨位的大型复合板坯。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种摩擦焊接制备复合板坯的方法，该方法包括以下步骤：

1)上料：将金属坯料依次吊放在机前辊道上，并将金属坯料上下叠放在一起，位于上面的金属坯料为上部金属坯料，位于下面的金属坯料为下部金属坯料，开动推进器将叠放好的上部金属坯料和下部金属坯料推进底部料槽中；

2)固定金属坯料：退回推进器，开动主液压缸，推动顶部料槽向下运动，压在上部金属坯料上面，开动下夹紧液压缸，推动下压板，调整下部金属坯料的位置，然后压住下部金属坯料，利用紧固螺栓将下夹板固定在底部料槽的金属坯料推进侧，夹住下部金属坯料，然后开动上夹紧液压缸，推动上压板，调整上部金属坯料的位置，使上部金属坯料与下部金属坯料对齐，然后压住上部金属坯料，利用紧固螺栓将上夹板固定在顶部料槽的金属坯料推进侧，夹住上部金属坯料；

3)摩擦焊接：利用电动机及其传动系统带动偏心轴旋转，推动连杆做往复直线运动，连杆带动底部料槽在支撑辊道上做往复直线运动，被固定在底部料槽内的下部金属坯料在底部料槽的带动下，相对于被固定在顶部料槽内的上部金属坯料做往复摩擦运动，开动主液压缸，推动顶部料槽沿导槽向下滑动，带动顶部料槽内的上部金属坯料向下部金属坯料施加压力，当上部金属坯料与下部金属坯料相互接触的摩擦面温度升高到规定温度时，并当下部金属坯料边部运动到与上部金属坯料边部对齐时刻停止偏心轴旋转，连杆停止往复直线运动，此时，加大主液压缸推力，使上部金属坯料向下部金属坯料施加足够的压力，并保持压力；

4)卸料：当上部金属坯料与下部金属坯料之间的摩擦面温度下降到较低温度时，上部金属坯料与下部金属坯料粘结成一体，形成复合板坯，此时，打开底部料槽上的紧固螺栓，取下下夹板，打开顶部料槽上的紧固螺栓，取下上夹板，退回下夹紧液压缸和下压板以及上夹紧液压缸和上压板，撤去主液压缸压力，启动推出器，将复合板坯推出底部料槽，送至机前辊道上面运走；

5)复合板坯的重复摩擦焊接：当需要将三块或三块以上的金属坯料摩擦焊接在一起时，在步骤1)至步骤3)完成后，获得由两块金属坯料构成的复合板坯，此时，打开底部料槽上的紧固螺栓，取下下夹板，然后撤去主液压缸压力，主液压缸带动顶部料槽和复合板坯向上运动，当复合板坯下表面与底部料槽上表面之间的距离超过待复合的第三块金属坯料的厚度时，利用推进器将准备好的第三块金属坯料推至底部料槽上面，置于复合板坯的正下方，然后在底部料槽的金属坯料推进侧装好下夹板，并用紧固螺栓锁紧，夹住下部第三块金属坯料，然后重复步骤3)，当需要将三块以上的金属坯料摩擦焊接在一起时，可多次重复步骤3)与步骤5)，直到复合板坯的厚度达到主液压缸的最大行程为止，此时，执行步骤4)进行卸料，获得由三块或三块以上的金属坯料摩擦焊接在一起的复合板坯。

所述待复合的金属坯料为同种材质的金属坯料或为不同材质的金属坯料，当待复合的金属坯料为同种材质的金属坯料时，能利用连铸坯或轧制坯制备特厚复合板坯，当待复合的金属坯料为不同材质的金属坯料时，能利用连铸坯或轧制板材制备双金属或多金属复合板坯。

一种摩擦焊接制备复合板坯的装置，包括机架、支撑辊道、底部料槽、顶部料槽、导槽、主液压缸、摩擦驱动装置、推进器、推出器；在机架的底部设置有多个支撑辊道，底部料槽置于支撑辊道的上方；在机架的上端设有导槽，顶部料槽在主液压缸的驱动下，在导槽中上下往复动作；底部料槽连接机架外部的摩擦驱动装置；在机架的一侧设置有机前辊道和推进器，在机架的另一侧设置有推出器。

所述摩擦驱动装置包括连杆、空心套筒、偏心轴、导轮；连杆的一端连接底部料槽，连杆的另一端连接空心套筒，偏心轴设置于空心套筒内，偏心轴通过电动机驱动旋转，导轮设置于连杆的两侧，对连杆周向定位。

所述偏心轴的偏心距离设置在2mm-20mm。

所述机架是由立柱、顶盖和底座焊接在一起构成，或采用ZG35钢铸成一体。

所述顶部料槽的槽口朝下，槽口相对推进器的一侧边开放，相对推出器的一侧边上固定有上挡板，槽口的两端设置立板，立板的高度小于待复合的金属坯料的厚度，在一端立板的内壁上安装有上夹紧液压缸，上夹紧液压缸驱动上压板从侧面顶紧上部金属坯料。

所述底部料槽的槽口朝上，槽口相对推进器的一侧边开放，相对推出器的一侧边上固定有下挡板，槽口的两端设置立板，立板的高度小于待复合的金属坯料的厚度，在一端立板的内壁上安装有下夹紧液压缸，下夹紧液压缸驱动下压板从侧面顶紧下部金属坯料。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明以连铸坯、轧制坯或轧制板材作为待复合的金属坯料，坯料的内部质量好、生产成本低，可以获得高质量的复合板坯或特厚板坯，该复合板坯可作为轧制特厚板的原料，也可作为锻造大型锻件的原料；

(2)本发明通过在两块金属坯料之间施加压力，并使两块金属坯料产生相对高速摩擦运动，使得两块金属坯料之间的界面发热，甚至产生界面熔化，从而使两块金属坯料复合在一起，故不必经过爆炸焊接、轧制变形或复合浇铸即可获得由两块金属坯料组成的复合板坯；

(3)由于两块金属坯料之间的摩擦是作用在整个接触界面上的，故金属坯料之间的任何一点均可实现结合，即金属坯料之间可以实现整个界面的结合；

(4)由于两块金属坯料之间的摩擦是作用在整个接触界面上的，界面金属不但温度升高，而且产生剧烈的往复剪切变形，故在压力作用下接触界面呈现良好的冶金结合，而且界面晶粒会因剪切变形而呈现超细状态，故界面结合强度高；

(5)通过控制摩擦工艺参数，可以控制两块金属坯料之间的界面温度和平均单位压力，可以实现界面的互熔，使界面完全实现原子级的结合，故复合板坯的界面结合强度高，界面可以达到100％的冶金结合；

(6)由于摩擦发热时间短，发热效率高，故采用本发明制备复合板坯的效率高，能耗低，制备成本低；

(7)由于摩擦焊接过程中可以精确对正上下两块金属坯料，故采用本发明制备的复合板坯边部整齐，轧制或锻造变形后成材率高，生产成本低；

(8)本发明可以利用内部质量均匀、晶粒细小的尺寸较薄的同种材质板坯作原料，将多块薄板或薄板坯摩擦焊接在一起，从而制备高质量的复合厚板坯；

(9)本发明还可以利用多块材质不同的板坯作原料，将多块厚度不同、材质不同的板坯或板材复合在一起，从而制备两种或两种以上异种材质的复合板坯。

附图说明

图1为一种摩擦焊接制备复合板坯的方法所采用的装置的主剖视图；

图2为一种摩擦焊接制备复合板坯的方法所采用的装置的侧剖视图。

图中：1、机架，2、地脚螺栓，3、支撑辊道，4、底部料槽，5、导轮，6、空心套筒，7、偏心轴，8、连杆，9、顶部料槽，10、导槽，11、主液压缸，12、上压板，13、上夹紧液压缸，14、下压板，15、下夹紧液压缸，16、上部金属坯料，17、下部金属坯料，21、下挡板，22、推出器，23、上挡板，24、上夹板，25、紧固螺栓，26、推进器，27、机前辊道，28、下夹板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

如图1、图2所示，一种摩擦焊接制备复合板坯的方法，该方法包括以下步骤：

准备原料：使用连铸坯或轧制坯或板材作为待复合的金属坯料，利用常规的酸洗方法或机械打磨方法或喷砂方法去除金属坯料表面的氧化皮，将金属坯料清洗干净之后烘干备用。

1)上料：将金属坯料依次吊放在机前辊道27上，并将金属坯料上下叠放在一起，位于上面的金属坯料为上部金属坯料16，位于下面的金属坯料为下部金属坯料17，开动推进器26将叠放好的上部金属坯料16和下部金属坯料17推进底部料槽4中。

2)固定金属坯料：退回推进器26，开动主液压缸11，推动顶部料槽9向下运动，压在上部金属坯料16上面，开动下夹紧液压缸15，推动下压板14，调整下部金属坯料17的位置，然后压住下部金属坯料17，利用紧固螺栓25将下夹板28固定在底部料槽4的金属坯料推进侧，夹住下部金属坯料17，然后开动上夹紧液压缸13，推动上压板12，调整上部金属坯料16的位置，使上部金属坯料16与下部金属坯料17对齐，然后压住上部金属坯料16，利用紧固螺栓25将上夹板24固定在顶部料槽9的金属坯料推进侧，夹住上部金属坯料16。

3)摩擦焊接：利用常规的电动机及其传动系统带动偏心轴7旋转，推动连杆8做往复直线运动，连杆8带动底部料槽4在支撑辊道3上做往复直线运动，被固定在底部料槽4内的下部金属坯料17在底部料槽4的带动下，相对于被固定在顶部料槽9内的上部金属坯料16做往复摩擦运动，开动主液压缸11，推动顶部料槽9沿导槽10向下滑动，带动顶部料槽9内的上部金属坯料16向下部金属坯料17施加压力，当上部金属坯料16与下部金属坯料17相互接触的摩擦面温度升高到规定温度时，并当下部金属坯料17边部运动到与上部金属坯料16边部对齐时刻停止偏心轴7旋转，连杆8停止往复直线运动，此时，加大主液压缸11推力，使上部金属坯料16向下部金属坯料17施加足够的压力，并保持压力。

4)卸料：当上部金属坯料16与下部金属坯料17之间的摩擦面温度下降到较低温度时，上部金属坯料16与下部金属坯料17粘结成一体，形成复合板坯，此时，打开底部料槽4上的紧固螺栓25，取下下夹板28，打开顶部料槽9上的紧固螺栓25，取下上夹板24，退回下夹紧液压缸15和下压板14以及上夹紧液压缸13和上压板12，撤去主液压缸11压力，启动推出器22，将复合板坯推出底部料槽4，送至机前辊道27上面运走。

5)复合板坯的重复摩擦焊接：当需要将三块或三块以上的金属坯料摩擦焊接在一起时，在步骤1)至步骤3)完成后，获得由两块金属坯料构成的复合板坯，此时，打开底部料槽4上的紧固螺栓25，取下下夹板28，然后撤去主液压缸11压力，主液压缸11带动顶部料槽9和复合板坯向上运动，当复合板坯下表面与底部料槽4上表面之间的距离超过待复合的第三块金属坯料的厚度时，利用推进器26将准备好的第三块金属坯料推至底部料槽4上面，置于复合板坯的正下方，然后在底部料槽4的金属坯料推进侧装好下夹板28，并用紧固螺栓25锁紧，夹住下部第三块金属坯料，然后重复步骤3)，当需要将三块以上的金属坯料摩擦焊接在一起时，可多次重复步骤3)与步骤5)，直到复合板坯的厚度达到主液压缸11的最大行程为止，此时，执行步骤4)进行卸料，获得由三块或三块以上的金属坯料摩擦焊接在一起的复合板坯。

所述待复合的金属坯料为同种材质的金属坯料或为不同材质的金属坯料，当待复合的金属坯料为同种材质的金属坯料时，能利用连铸坯或轧制坯制备特厚复合板坯，当待复合的金属坯料为不同材质的金属坯料时，能利用连铸坯或轧制板材制备双金属或多金属复合板坯。

一种摩擦焊接制备复合板坯的装置，包括机架1、支撑辊道3、底部料槽4、顶部料槽9、导槽10、主液压缸11、摩擦驱动装置、推进器26、推出器22；在机架1的底部设置有多个支撑辊道3，底部料槽4置于支撑辊道3的上方；在机架1的上端设有导槽10，顶部料槽9在主液压缸11的驱动下，在导槽10中上下往复动作；底部料槽4连接机架1外部的摩擦驱动装置；在机架1的一侧设置有机前辊道27和推进器26，在机架1的另一侧设置有推出器22。

所述摩擦驱动装置包括连杆8、空心套筒6、偏心轴7、导轮5；连杆8的一端连接底部料槽4，连杆8的另一端连接空心套筒6，偏心轴7设置于空心套筒6内，偏心轴7通过电动机驱动旋转，导轮5设置于连杆8的两侧，对连杆8周向定位。

所述偏心轴7的偏心距离设置在2mm-20mm。

所述机架1是由立柱、顶盖和底座焊接在一起构成，或采用ZG35钢铸成一体。

所述顶部料槽9的槽口朝下，槽口相对推进器26的一侧边开放，相对推出器22的一侧边上固定有上挡板23，槽口的两端设置立板，立板的高度小于待复合的金属坯料的厚度，在一端立板的内壁上安装有上夹紧液压缸13，上夹紧液压缸13驱动上压板12从侧面顶紧上部金属坯料16。

所述底部料槽4的槽口朝上，槽口相对推进器26的一侧边开放，相对推出器22的一侧边上固定有下挡板21，槽口的两端设置立板，立板的高度小于待复合的金属坯料的厚度，在一端立板的内壁上安装有下夹紧液压缸15，下夹紧液压缸15驱动下压板14从侧面顶紧下部金属坯料17。

机架1安装在水泥基础上，并采用地脚螺栓2固定在水泥基础上。支撑辊道3使用常规的滚动轴承和轴承座安装在机架1的底座上，支撑辊道3的辊子均采用40Cr合金钢制作，在支撑辊道3的上面设置底部料槽4，底部料槽4的槽口朝上，槽口左侧边开放，用于推进或退出金属坯料，右侧边焊接有下挡板21，用于金属坯料定位，底部料槽4的端部设置立板，立板的高度小于待复合的金属坯料的厚度，槽口内一端设置下压板14，在下压板14与端部立板之间安放至少两只下夹紧液压缸15，用于将待复合的下部金属坯料17夹紧；所述的底部料槽4的另一端与连杆8固定连接，连杆8的中部设置两对导轮5，用于对连杆8进行周向定位，连杆8的另一端与空心套筒6焊接连接，空心套筒6内设置偏心轴7，偏心轴7在空心套筒6内偏心放置，偏心轴7的偏心距离设置在2mm-20mm，当偏心轴7旋转时带动空心套筒6和连杆8做线性往复运动，偏心轴7由常规的电动机拖动；顶部料槽9设置在导槽10内，导槽10与机架1的立柱焊接在一起，在顶部料槽9与机架1的顶盖之间设置多只主液压缸11，顶部料槽9在主液压缸11的带动下在导槽10内上下滑动；顶部料槽9的槽口朝下，槽口左侧边开放，用于推进或退出金属坯料，右侧边焊接有上挡板23，用于金属坯料定位，顶部料槽9的端部设置立板，立板的高度小于待复合的金属坯料的厚度，槽口内一端设置上压板12，在上压板12与立板之间安放至少两只上夹紧液压缸13，用于将待复合的上部金属坯料16夹紧；一组机前辊道27设置在底部料槽4的左侧，辊道面与底部料槽4的上表面平行，同时，在机前辊道27上面、底部料槽4的推进侧设置一台推进器26，用于将金属坯料推进底部料槽4中；在底部料槽4的推出侧设置一台推出器22，用于将复合板坯推出底部料槽4。

实施例1：

利用本发明的方法和装置将两块材质为Q345钢，厚度为300mm、宽度为1250mm、长度为1800mm的连铸板坯摩擦焊接在一起制成厚度为600mm的复合板坯，具体实施过程如下：

首先利用常规的酸洗方法去除两块连铸板坯待复合面的氧化铁皮，清洗干净之后烘干备用；将两块连铸板坯依次吊放在机前辊道27上，并将金属坯料上下叠放在一起，清洗干净的待复合面相互贴合，位于上面的一块连铸板坯为上部金属坯料16，位于下面的一块连铸板坯为下部金属坯料17，开动推进器26将叠放好的金属坯料推进底部料槽4中；退回推进器26，开动主液压缸11，推动顶部料槽9向下运动，压在上部金属坯料16上面，开动下夹紧液压缸15，推动下压板14，调整下部金属坯料17的位置，然后压住下部金属坯料17，利用紧固螺栓25将下夹板28固定在底部料槽4的推进侧，夹住下部金属坯料17，然后开动上夹紧液压缸13，推动上压板12，调整上部金属坯料16的位置，使上部金属坯料16与下部金属坯料17对齐，然后压住上部金属坯料16，利用紧固螺栓25将上夹板24固定在顶部料槽9的推进侧，夹住上部金属坯料16；利用常规的电动机及其传动系统带动偏心轴7旋转，推动连杆8做往复直线运动，连杆8带动底部料槽4在支撑辊道3上做往复直线运动，被固定在底部料槽4内的下部金属坯料17在底部料槽4的带动下，相对于被固定在顶部料槽9内的上部金属坯料16做往复摩擦运动，开动主液压缸11，推动顶部料槽9沿导槽10向下滑动，带动顶部料槽9内的上部金属坯料16向下部金属坯料17施加压力，当上部金属坯料16与下部金属坯料17相互接触的摩擦面温度升高到1400℃以上时，并当下部金属坯料17边部运动到与上部金属坯料16边部对齐时刻停止偏心轴7旋转，随之，连杆8停止往复直线运动，此时，加大主液压缸11的推力，使上部金属坯料16向下部金属坯料17施加足够的压力，并保持压力；当上部金属坯料16与下部金属坯料17之间的摩擦面温度下降到300℃以下时，上部金属坯料16与下部金属坯料17粘结成一体，形成厚度为600mm的Q345钢复合板坯，此时，打开紧固螺栓25，取下下夹板28和上夹板24，退回下夹紧液压缸15和下压板14以及上夹紧液压缸13和上压板12，撤去主液压缸11的压力，启动推出器22，将复合板坯推出底部料槽4，送至机前辊道27上面运走。

实施例2：

利用本发明的方法和装置将2块厚度为170mm和2块厚度为200mm、宽度均为1250mm、长度均为1800mm、材质均为FH690钢连铸板坯摩擦焊接在一起制成厚度为740mm的FH690钢复合板坯，具体实施过程如下：

首先利用常规的酸洗方法去除一块170mm连铸板坯和一块200mm连铸板坯双面的氧化铁皮，再去除一块170mm连铸板坯和一块200mm连铸板坯单面的氧化铁皮，清洗干净之后烘干；将其中一块双面去除氧化铁皮的200mm连铸板坯先吊放在机前辊道27上，再吊放另一块单面去除氧化铁皮的200mm连铸板坯，清洗面朝下，两块连铸板坯上下叠放在一起，清洗干净的待复合面相互贴合，位于上面的连铸板坯为上部金属坯料16，位于下面的连铸板坯为下部金属坯料17，开动推进器26将叠放好的金属坯料推进底部料槽4中；退回推进器26，开动主液压缸11，推动顶部料槽9向下运动，压在上部金属坯料16上面，开动下夹紧液压缸15，推动下压板14，调整下部金属坯料17的位置，然后压住下部金属坯料17，利用紧固螺栓25将下夹板28固定在底部料槽4的推进侧，夹住下部金属坯料17，然后开动上夹紧液压缸13，推动上压板12，调整上部金属坯料16的位置，使上部金属坯料16与下部金属坯料17对齐，然后压住上部金属坯料16，利用紧固螺栓25将上夹板24固定在顶部料槽9的推进侧，夹住上部金属坯料16；利用常规的电动机及其传动系统带动偏心轴7旋转，推动连杆8做往复直线运动，连杆8带动底部料槽4在支撑辊道3上做往复直线运动，被固定在底部料槽4内的下部金属坯料17在底部料槽4的带动下，相对于被固定在顶部料槽9内的上部金属坯料16做往复摩擦运动，开动主液压缸11，推动顶部料槽9沿导槽10向下滑动，带动顶部料槽9内的上部金属坯料16向下部金属坯料17施加压力，当上部金属坯料16与下部金属坯料17相互接触的摩擦面温度升高到1400℃以上时，并当下部金属坯料17边部运动到与上部金属坯料16边部对齐时刻停止偏心轴7旋转，连杆8停止往复直线运动，此时，加大主液压缸11的推力，使上部金属坯料16向下部金属坯料17施加足够的压力，并保持压力；当上部金属坯料16与下部金属坯料17之间的摩擦面温度下降到300℃以下时，上部金属坯料16与下部金属坯料17粘结成一体，获得由两块厚度为200mm连铸板坯组成的厚度为400mm的复合板坯，此时，打开紧固螺栓25，取下下夹板28，然后撤去主液压缸11的压力，主液压缸11带动顶部料槽9和复合板坯向上运动，当复合板坯下表面与底部料槽4的上表面之间的距离达到至少180mm时，利用推进器26将吊放在机前辊道27上的双面清洗干净的厚度为170mm的连铸板坯推至底部料槽4上面，置于复合板坯的正下方，然后在底部料槽4的推进侧装好下夹板28，并用紧固螺栓25锁紧，夹住下部连铸板坯，此时下面厚度为170mm的连铸板坯为下部金属坯料17，上面已经复合在一起的厚度为400mm的复合板坯为上部金属坯料16；此时，利用常规的电动机及其传动系统带动偏心轴7旋转，推动连杆8做往复直线运动，连杆8带动底部料槽4在支撑辊道3上做往复直线运动，被固定在底部料槽4内的厚度为170mm的下部金属坯料17在底部料槽4的带动下，相对于被固定在顶部料槽9内的厚度为400mm的上部金属坯料16做往复摩擦运动，开动主液压缸11，推动顶部料槽9沿导槽10向下滑动，带动顶部料槽9内的上部金属坯料16向下部金属坯料17施加压力，当上部金属坯料16与下部金属坯料17相互接触的摩擦面温度再次升高到1400℃以上时，并当下部金属坯料17边部运动到与上部金属坯料16边部对齐时刻停止偏心轴7旋转，随之，连杆8停止往复直线运动，此时，加大主液压缸11的推力，使上部金属坯料16向下部金属坯料17施加足够的压力，并保持压力；当上部金属坯料16与下部金属坯料17之间的摩擦面温度下降到300℃以下时，厚度为170mm的下部金属坯料17与厚度为400mm上部金属坯料16粘结成一体，获得由一块厚度为170mm的连铸板坯和一块为400mm的复合板坯组成的厚度为570mm的复合板坯；此时，将最后一块厚度为170mm的连铸板坯吊放在机前辊道27上面，连铸板坯的清洗面朝上，然后，打开紧固螺栓25，取下下夹板28，撤去主液压缸11的压力，主液压缸11带动顶部料槽9和复合板坯向上运动，当复合板坯下表面与底部料槽4的上表面之间的距离达到至少180mm时，利用推进器26将机前辊道27上的厚度为170mm的连铸板坯推至底部料槽4上面，置于复合板坯的正下方，然后在底部料槽4的推进侧装好下夹板28，并用紧固螺栓25锁紧，夹住第四块连铸板坯，此时下面厚度为170mm的连铸板坯仍为下部金属坯料17，上面已经复合在一起的厚度为570mm的复合板坯为上部金属坯料16；此时，利用常规的电动机及其传动系统带动偏心轴7旋转，推动连杆8做往复直线运动，连杆8带动底部料槽4在支撑辊道3上做往复直线运动，被固定在底部料槽4内的厚度为170mm的下部金属坯料17在底部料槽4的带动下，相对于被固定在顶部料槽9内的厚度为570mm的上部金属坯料16做往复摩擦运动，开动主液压缸11，推动顶部料槽9沿导槽10向下滑动，带动顶部料槽9内的上部金属坯料16向下部金属坯料17施加压力，当上部金属坯料16与下部金属坯料17相互接触的摩擦面温度再次升高到1400℃以上时，并当下部金属坯料17边部运动到与上部金属坯料16边部对齐时刻停止偏心轴7旋转，连杆8停止往复直线运动，此时，加大主液压缸11的推力，使上部金属坯料16向下部金属坯料17施加足够的压力，并保持压力；当上部金属坯料16与下部金属坯料17之间的摩擦面温度下降到300℃以下时，厚度为170mm的下部金属坯料17与厚度为570mm上部金属坯料16粘结成一体，获得由一块厚度为170mm的连铸板坯和一块为570mm的复合板坯组成的厚度为740mm的复合板坯，复合板坯的宽度为1250mm、长度为1800mm；此时，打开紧固螺栓25，取下下夹板28和上夹板24，退回下夹紧液压缸15和下压板14以及上夹紧液压缸13和上压板12，撤去主液压缸11的压力，启动推出器22，将厚度为740mm的复合板坯推出底部料槽4，送至机前辊道27上面运走。

实施例3：

利用本发明的方法和装置将一块厚度为20mm、材质为316L的奥氏体不锈钢轧制板材和一块厚度为200mm、材质为Q345的合金钢连铸板坯摩擦焊接在一起制成厚度为220mm的316L不锈钢/Q345合金钢复合板坯，板坯宽度均为1240mm、长度均为1500mm，具体实施过程如下：

首先利用常规的机械打磨方法去除不锈钢板材和连铸板坯待复合面的氧化铁皮，清洗及烘干之后备用；先将厚度为20mm的316L不锈钢板材吊放在机前辊道27上，打磨面朝上，再将厚度为200mm的Q345合金钢连铸板坯吊放在316L不锈钢板材的上面，打磨面朝下，将两块金属坯料上下叠放在一起，清洗干净的待复合面相互贴合，位于上面的Q345合金钢连铸板坯为上部金属坯料16，位于下面的316L不锈钢板材为下部金属坯料17，开动推进器26将叠放好的金属坯料推进底部料槽4中；退回推进器26，开动主液压缸11，推动顶部料槽9向下运动，压在上部金属坯料16上面，开动下夹紧液压缸15，推动下压板14，调整下部金属坯料17的位置，然后压住下部金属坯料17，利用紧固螺栓25将下夹板28固定在底部料槽4的推进侧，夹住下部金属坯料17，然后开动上夹紧液压缸13，推动上压板12，调整上部金属坯料16的位置，使上部金属坯料16与下部金属坯料17对齐，然后压住上部金属坯料16，利用紧固螺栓25将上夹板24固定在顶部料槽9的推进侧，夹住上部金属坯料16；利用常规的电动机及其传动系统带动偏心轴7旋转，推动连杆8做往复直线运动，连杆8带动底部料槽4在支撑辊道3上做往复直线运动，被固定在底部料槽4内的下部金属坯料17在底部料槽4的带动下，相对于被固定在顶部料槽9内的上部金属坯料16做往复摩擦运动，开动主液压缸11，推动顶部料槽9沿导槽10向下滑动，带动顶部料槽9内的上部金属坯料16向下部金属坯料17施加压力，当上部金属坯料16与下部金属坯料17相互接触的摩擦面温度升高到1400℃以上时，并当下部金属坯料17边部运动到与上部金属坯料16边部对齐时刻停止偏心轴7旋转，连杆8停止往复直线运动，此时，加大主液压缸11的推力，使上部金属坯料16向下部金属坯料17施加足够的压力，并保持压力；当上部金属坯料16与下部金属坯料17之间的摩擦面温度下降到300℃以下时，上部金属坯料16与下部金属坯料17粘结成一体，形成厚度为220mm的316L不锈钢/Q345合金钢复合板坯，此时，打开紧固螺栓25，取下下夹板28和上夹板24，退回下夹紧液压缸15和下压板14以及上夹紧液压缸13和上压板12，撤去主液压缸11的压力，启动推出器22，将复合板坯推出底部料槽4，送至机前辊道27上面运走。

实施例4：

利用本发明的方法和装置将一块厚度为20mm、材质为304L的奥氏体不锈钢轧制板材、一块厚度为170mm、材质为16Mn的合金钢连铸板坯与一块厚度为10mm、材质为TA3的钛合金轧制板材摩擦焊接在一起制成厚度为200mm的不锈钢/合金钢/钛合金复合板坯，板坯宽度均为1240mm、长度均为1500mm，具体实施过程如下：

首先利用常规的机械打磨方法去除不锈钢板材和TA3钛合金板材单面的氧化皮，清洗并烘干，采用常规的酸洗方法去除16Mn连铸板坯两面的氧化铁皮，清洗及烘干之后备用；先将厚度为170mm的16Mn钢连铸板坯吊放在机前辊道27上，再将厚度为20mm的304L不锈钢板材吊放在16Mn钢连铸板坯上面，打磨面朝下，将两块金属坯料上下叠放在一起，使清洗干净的待复合面相互贴合，位于上面的304L不锈钢板材为上部金属坯料16，位于下面的16Mn合金钢连铸板坯为下部金属坯料17，开动推进器26将叠放好的金属坯料推进底部料槽4中；退回推进器26，开动主液压缸11，推动顶部料槽9向下运动，压在上部金属坯料16上面，开动下夹紧液压缸15，推动下压板14，调整下部金属坯料17的位置，然后压住下部金属坯料17，利用紧固螺栓25将下夹板28固定在底部料槽4的推进侧，夹住下部金属坯料17，然后开动上夹紧液压缸13，推动上压板12，调整上部金属坯料16的位置，使上部金属坯料16与下部金属坯料17对齐，然后压住上部金属坯料16，利用紧固螺栓25将上夹板24固定在顶部料槽9的推进侧，夹住上部金属坯料16；利用常规的电动机及其传动系统带动偏心轴7旋转，推动连杆8做往复直线运动，连杆8带动底部料槽4在支撑辊道3上做往复直线运动，被固定在底部料槽4内的下部金属坯料17在底部料槽4的带动下，相对于被固定在顶部料槽9内的上部金属坯料16做往复摩擦运动，开动主液压缸11，推动顶部料槽9沿导槽10向下滑动，带动顶部料槽9内的上部金属坯料16向下部金属坯料17施加压力，当上部金属坯料16与下部金属坯料17相互接触的摩擦面温度升高到1400℃以上时，并当下部金属坯料17边部运动到与上部金属坯料16边部对齐时刻停止偏心轴7旋转，连杆8停止往复直线运动，此时，加大主液压缸11的推力，使上部金属坯料16向下部金属坯料17施加足够的压力，并保持压力；当上部金属坯料16与下部金属坯料17之间的摩擦面温度下降到300℃以下时，上部金属坯料16与下部金属坯料17粘结成一体，形成厚度为190mm的16Mn合金钢/304L不锈钢复合板坯，此时，将最后一块厚度为10mm的TA3钛合金轧制板材吊放在机前辊道27上面，清洗面朝上，然后，打开紧固螺栓25，取下下夹板28，撤去主液压缸11的压力，主液压缸11带动顶部料槽9和复合板坯向上运动，当复合板坯下表面与底部料槽4的上表面之间的距离超过至少20mm时，利用推进器26将TA3钛合金轧制板材推至底部料槽4上面，置于复合板坯的正下方，然后在底部料槽4的推进侧装好下夹板28，并用紧固螺栓25锁紧，夹住TA3钛合金轧制板材，此时下面厚度为10mm的TA3钛合金轧制板材为下部金属坯料17，上面已经复合在一起的厚度为190mm的16Mn合金钢/304L不锈钢复合板坯为上部金属坯料16；此时，启动偏心轴7旋转，推动连杆8做往复直线运动，连杆8带动底部料槽4在支撑辊道3上做往复直线运动，被固定在底部料槽4内的厚度为10mm的下部金属坯料17在底部料槽4的带动下，相对于被固定在顶部料槽9内的厚度为190mm的上部金属坯料16做往复摩擦运动，开动主液压缸11，推动顶部料槽9沿导槽10向下滑动，带动顶部料槽9内的上部金属坯料16向下部金属坯料17施加压力，当上部金属坯料16与下部金属坯料17相互接触的摩擦面温度再次升高到1350℃以上时，并当下部金属坯料17边部运动到与上部金属坯料16边部对齐时刻停止偏心轴7旋转，连杆8停止往复直线运动，此时，加大主液压缸11的推力，使上部金属坯料16向下部金属坯料17施加足够的压力，并保持压力；当上部金属坯料16与下部金属坯料17之间的摩擦面温度下降到300℃以下时，厚度为190mm的上部金属坯料16与厚度为10mm下部金属坯料17粘结成一体，获得由一块厚度为10mm的TA3钛合金轧制板材和一块为190mm的16Mn合金钢/304L不锈钢复合板坯组成的厚度为200mm的三金属复合板坯；此时，打开紧固螺栓25，取下下夹板28和上夹板24，退回下夹紧液压缸15和下压板14以及上夹紧液压缸13和上压板12，撤去主液压缸11的压力，启动推出器22，将厚度为200mm的三金属复合板坯推出底部料槽4，送至机前辊道27上面运走。

实施例5：

利用本发明的方法和装置将10块材质为40Cr钢，厚度为80mm、宽度为1250mm、长度为1500mm的轧制板材摩擦焊接在一起制成厚度为800mm的复合板坯，具体实施过程如下：

首先利用常规的酸洗方法去除10块轧制板材表面的氧化铁皮，清洗干净之后烘干备用；先将两块轧制板材依次吊放在机前辊道27上，并将金属坯料上下叠放在一起，位于上面的一块轧制板材为上部金属坯料16，位于下面的一块轧制板材为下部金属坯料17，开动推进器26将叠放好的金属坯料推进底部料槽4中；退回推进器26，开动主液压缸11，推动顶部料槽9向下运动，压在上部金属坯料16上面，开动下夹紧液压缸15，推动下压板14，调整下部金属坯料17的位置，然后压住下部金属坯料17，利用紧固螺栓25将下夹板28固定在底部料槽4的推进侧，夹住下部金属坯料17，然后开动上夹紧液压缸13，推动上压板12，调整上部金属坯料16的位置，使上部金属坯料16与下部金属坯料17对齐，然后压住上部金属坯料16，利用紧固螺栓25将上夹板24固定在顶部料槽9的推进侧，夹住上部金属坯料16；利用常规的电动机及其传动系统带动偏心轴7旋转，推动连杆8做往复直线运动，连杆8带动底部料槽4在支撑辊道3上做往复直线运动，被固定在底部料槽4内的下部金属坯料17在底部料槽4的带动下，相对于被固定在顶部料槽9内的上部金属坯料16做往复摩擦运动，开动主液压缸11，推动顶部料槽9沿导槽10向下滑动，带动顶部料槽9内的上部金属坯料16向下部金属坯料17施加压力，当上部金属坯料16与下部金属坯料17相互接触的摩擦面温度升高到1400℃以上时，并当下部金属坯料17边部运动到与上部金属坯料16边部对齐时刻停止偏心轴7旋转，连杆8停止往复直线运动，此时，加大主液压缸11的推力，使上部金属坯料16向下部金属坯料17施加足够的压力，并保持压力；当上部金属坯料16与下部金属坯料17之间的摩擦面温度下降到300℃以下时，上部金属坯料16与下部金属坯料17粘结成一体，形成厚度为160mm的复合板坯，此时，然后撤去主液压缸11的压力，主液压缸11带动顶部料槽9和厚度为160mm的复合板坯向上运动，当复合板坯下表面与底部料槽4的上表面之间的距离达到至少100mm时，利用推进器26将吊放在机前辊道27上的厚度为80mm的轧制板材推至底部料槽4上面，置于复合板坯的正下方，然后在底部料槽4的推进侧装好下夹板28，并用紧固螺栓25锁紧，夹住下部厚度为80mm的轧制板材，此时下面厚度为80mm的轧制板材为下部金属坯料17，上面已经复合在一起的厚度为160mm的复合板坯为上部金属坯料16；此时，利用常规的电动机及其传动系统带动偏心轴7旋转，推动连杆8做往复直线运动，连杆8带动底部料槽4在支撑辊道3上做往复直线运动，被固定在底部料槽4内的厚度为80mm的下部金属坯料17在底部料槽4的带动下，相对于被固定在顶部料槽9内的厚度为160mm的上部金属坯料16做往复摩擦运动，开动主液压缸11，推动顶部料槽9沿导槽10向下滑动，带动顶部料槽9内的上部金属坯料16向下部金属坯料17施加压力，当上部金属坯料16与下部金属坯料17相互接触的摩擦面温度再次升高到1400℃以上时，并当下部金属坯料17边部运动到与上部金属坯料16边部对齐时刻停止偏心轴7旋转，连杆8停止往复直线运动，此时，加大主液压缸11的推力，使上部金属坯料16向下部金属坯料17施加足够的压力，并保持压力；当上部金属坯料16与下部金属坯料17之间的摩擦面温度下降到300℃以下时，厚度为160mm的上部金属坯料16与厚度为80mm的下部金属坯料17粘结成一体，获得由一块厚度为80mm的轧制板材和一块厚度为160mm的复合板坯组成的厚度为240mm的复合板坯；重复上述过程，直到10块轧制板材全部被摩擦焊接在一起为止，获得由10块厚度为80mm的轧制板材组成的厚度为800mm的复合板坯，此时，打开紧固螺栓25，取下下夹板28和上夹板24，退回下夹紧液压缸15和下压板14以及上夹紧液压缸13和上压板12，撤去主液压缸11的压力，启动推出器22，将复合板坯推出底部料槽4，送至机前辊道27上面运走。

上述具体实施例表明，采用本发明的工艺方法及装置可以低成本地制备出界面呈冶金结合的大型复合钢锭，本发明的工艺方法及装置具有工艺简单、生产成本低，固液界面结合质量好，钢锭冷却速度快，内部组织细密，综合成材率高，钢锭形状、尺寸规格及品种灵活多样等特点。需要说明的是，这些例子仅是本发明的制备方法及装置提供的一些应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (8)

1.一种摩擦焊接制备复合板坯的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)上料：将金属坯料依次吊放在机前辊道上，并将金属坯料上下叠放在一起，位于上面的金属坯料为上部金属坯料，位于下面的金属坯料为下部金属坯料，开动推进器将叠放好的上部金属坯料和下部金属坯料推进底部料槽中；

2)固定金属坯料：退回推进器，开动主液压缸，推动顶部料槽向下运动，压在上部金属坯料上面，开动下夹紧液压缸，推动下压板，调整下部金属坯料的位置，然后压住下部金属坯料，利用紧固螺栓将下夹板固定在底部料槽的金属坯料推进侧，夹住下部金属坯料，然后开动上夹紧液压缸，推动上压板，调整上部金属坯料的位置，使上部金属坯料与下部金属坯料对齐，然后压住上部金属坯料，利用紧固螺栓将上夹板固定在顶部料槽的金属坯料推进侧，夹住上部金属坯料；

3)摩擦焊接：利用电动机及其传动系统带动偏心轴旋转，推动连杆做往复直线运动，连杆带动底部料槽在支撑辊道上做往复直线运动，被固定在底部料槽内的下部金属坯料在底部料槽的带动下，相对于被固定在顶部料槽内的上部金属坯料做往复摩擦运动，开动主液压缸，推动顶部料槽沿导槽向下滑动，带动顶部料槽内的上部金属坯料向下部金属坯料施加压力，当上部金属坯料与下部金属坯料相互接触的摩擦面温度升高到规定温度时，并当下部金属坯料边部运动到与上部金属坯料边部对齐时刻停止偏心轴旋转，连杆停止往复直线运动，此时，加大主液压缸推力，使上部金属坯料向下部金属坯料施加足够的压力，并保持压力；

4)卸料：当上部金属坯料与下部金属坯料之间的摩擦面温度下降到较低温度时，上部金属坯料与下部金属坯料粘结成一体，形成复合板坯，此时，打开底部料槽上的紧固螺栓，取下下夹板，打开顶部料槽上的紧固螺栓，取下上夹板，退回下夹紧液压缸和下压板以及上夹紧液压缸和上压板，撤去主液压缸压力，启动推出器，将复合板坯推出底部料槽，送至机前辊道上面运走；

5)复合板坯的重复摩擦焊接：当需要将三块或三块以上的金属坯料摩擦焊接在一起时，在步骤1)至步骤3)完成后，获得由两块金属坯料构成的复合板坯，此时，打开底部料槽上的紧固螺栓，取下下夹板，然后撤去主液压缸压力，主液压缸带动顶部料槽和复合板坯向上运动，当复合板坯下表面与底部料槽上表面之间的距离超过待复合的第三块金属坯料的厚度时，利用推进器将准备好的第三块金属坯料推至底部料槽上面，置于复合板坯的正下方，然后在底部料槽的金属坯料推进侧装好下夹板，并用紧固螺栓锁紧，夹住下部第三块金属坯料，然后重复步骤3)，当需要将三块以上的金属坯料摩擦焊接在一起时，可多次重复步骤3)与步骤5)，直到复合板坯的厚度达到主液压缸的最大行程为止，此时，执行步骤4)进行卸料，获得由三块或三块以上的金属坯料摩擦焊接在一起的复合板坯。

2.根据权利要求1所述一种摩擦焊接制备复合板坯的方法，其特征在于，所述待复合的金属坯料为同种材质的金属坯料或为不同材质的金属坯料，当待复合的金属坯料为同种材质的金属坯料时，能利用连铸坯或轧制坯制备特厚复合板坯，当待复合的金属坯料为不同材质的金属坯料时，能利用连铸坯或轧制板材制备双金属或多金属复合板坯。

3.一种如权利要求1所述的方法采用的摩擦焊接制备复合板坯的装置，其特征在于，包括机架、支撑辊道、底部料槽、顶部料槽、导槽、主液压缸、摩擦驱动装置、推进器、推出器；在机架的底部设置有多个支撑辊道，底部料槽置于支撑辊道的上方；在机架的上端设有导槽，顶部料槽在主液压缸的驱动下，在导槽中上下往复动作；底部料槽连接机架外部的摩擦驱动装置；在机架的一侧设置有机前辊道和推进器，在机架的另一侧设置有推出器。

4.根据权利要求3所述的一种摩擦焊接制备复合板坯的装置，其特征在于，所述摩擦驱动装置包括连杆、空心套筒、偏心轴、导轮；连杆的一端连接底部料槽，连杆的另一端连接空心套筒，偏心轴设置于空心套筒内，偏心轴通过电动机驱动旋转，导轮设置于连杆的两侧，对连杆周向定位。

5.根据权利要求4所述的一种摩擦焊接制备复合板坯的装置，其特征在于，所述偏心轴的偏心距离设置在2mm-20mm。

6.根据权利要求3所述的一种摩擦焊接制备复合板坯的装置，其特征在于，所述机架是由立柱、顶盖和底座焊接在一起构成，或采用ZG35钢铸成一体。

7.根据权利要求3所述的一种摩擦焊接制备复合板坯的装置，其特征在于，所述顶部料槽的槽口朝下，槽口相对推进器的一侧边开放，相对推出器的一侧边上固定有上挡板，槽口的两端设置立板，立板的高度小于待复合的金属坯料的厚度，在一端立板的内壁上安装有上夹紧液压缸，上夹紧液压缸驱动上压板从侧面顶紧上部金属坯料。

8.根据权利要求3所述的一种摩擦焊接制备复合板坯的装置，其特征在于，所述底部料槽的槽口朝上，槽口相对推进器的一侧边开放，相对推出器的一侧边上固定有下挡板，槽口的两端设置立板，立板的高度小于待复合的金属坯料的厚度，在一端立板的内壁上安装有下夹紧液压缸，下夹紧液压缸驱动下压板从侧面顶紧下部金属坯料。