CN108603238B - 钢板热处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一个实施例的钢板热处理装置可包括：主体单元，设置在连续生产的钢板的移动路径上；及照射单元，设置在所述主体单元中，并具有多个线照射部，所述多个线照射部在所述钢板的宽度方向上以线状向所述钢板表面照射激光，以对所述钢板进行热处理，且各线照射部照射的能量至少与其他一个线照射部照射的能量不同。

Description

钢板热处理装置及方法
技术领域
本发明涉及一种钢板热处理装置及方法，更详细地，是一种通过激光对作为毛坯材料的钢板进行热处理的发明。
背景技术
通常，连续生产的钢板通过穿过热处理炉(Annealing Furnace)和冷却装置来改变钢板的特性。但是，这种工艺为了进行加热、保持和冷却而需要较长的时间，并且，需要大量的甚至影响钢板内部等的生产力和费用。
近年来，为了解决这种问题尝试将能量密度高的能量照射到钢板表面，并且有很多关于各种方法的介绍。
上述方法是一种在钢板表面扫描(Scanning)聚焦能量，即，零点能(pointenergy)的方法和技术，而且是在处理对象钢板静止的状态下进行处理，因此生产率较低。
换言之，这种现有的方法在高速处理大面积方面存在技术上的困难。例如，对连续每分钟移动50m的、具有约1200mm的宽度的毛坯(blank)材料钢板表面进行处理时，难以用窄的点激光束处理大面积。
并且，近年来，由于地球变暖问题使用了拼焊板(Tailor Welded Blanket)或者拼焊卷板(Tailor Welded Coil)，拼焊板是为了汽车的轻量化而将用于汽车的钢板分别在要求强度的部分焊接厚钢板，否则焊接相对薄的钢板并使用，拼焊卷板是连续焊接具有不同厚度或者强度的钢板并使用。
这种现有的方法中，由于焊接部使得焊接部的强度与母材不同，由此加工时对金属模具的设计产生不利影响，并且利用模具成型时存在焊接部破裂的问题。
并且，由于厚度不同而用于加工的运输成本较高，且利用分批工艺(Batchprocessing)生产毛坯材料而不是利用连续工艺，因此不仅生产率低，而且制造成本也增加。
因此，需要进行关于解决上述问题的钢板热处理装置及方法的研究。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种在连续生产的毛坯材料钢板的宽度方向上，在至少一个部分形成不同的强度的钢板热处理装置及方法。
(二)技术方案
本发明的一个实施例的钢板热处理装置可以包括：主体单元，设置在连续生产的钢板的移动路径上；照射单元，设置在所述主体单元中，并具有多个线照射部，所述多个线照射部在所述钢板的宽度方向上以线状向所述钢板表面照射激光，以对所述钢板进行热处理，且各线照射部照射的能量至少与其他一个线照射部照射的能量不同。
并且，本发明的一个实施例的钢板热处理装置的所述照射单元可以包括：至少一个高功率线照射部，设置在所述钢板的宽度方向的一部分；及至少一个低功率线照射部，以低于所述高功率线照射部的能量照射激光，并与所述高功率线照射部并排设置。
并且，本发明的一个实施例的钢板热处理装置可以包括冷却单元，其设置在所述主体单元中，且相比所述照射单元，位于钢板的移动方向的下游。
并且，本发明的一个实施例的钢板热处理装置可以包括弹力单元，设置在所述主体单元中，且以所述照射单元为基准，位于所述钢板的移动方向上游和下游中的至少一个位置，以对所述钢板形成张力。
并且，本发明的一个实施例的钢板热处理装置的所述弹力单元可以包括：上游向导辊，设置在所述装置主体中，并引导所述钢板的移动；下游向导辊，在所述钢板的移动方向上，与所述上游向导辊隔开预定距离，且设置在所述装置主体中；及移动辊，设置在所述上游向导辊和下游向导辊之间，向一个方向推动所述钢板，以形成张力。
并且，本发明的一个实施例的钢板热处理装置的所述线照射部可以包括：照射支撑部，结合在所述主体单元；点照射部，在所述照射支撑部上并排设置多个，发射激光；及线透镜部，被设置成与发射激光的多个所述点照射部的端部连接。
并且，本发明的一个实施例的钢板热处理装置的所述线照射部可以包括聚光透镜部，设置在所述照射支撑部上，并调节与所述线透镜部的端部之间的距离，以聚集向所述钢板照射的激光
并且，本发明的一个实施例的钢板热处理装置，其特征可在于，多个所述点照射部并排配置为线状，以便以一个线状照射激光，或者并排配置为面状，以便以多个线状照射激光。
并且，本发明的另一实施例的钢板热处理方法可以包括：配置步骤，在钢板的移动路径上，将照射线状的激光的照射单元配置在所述钢板上；及照射步骤，在连续移动的所述钢板的宽度方向上对至少一部分区域以不同于其他区域的能量照射激光。
并且，本发明的另一实施例的钢板热处理方法在所述照射步骤之后，可包括对所述钢板执行冷却的冷却步骤。
本发明的另一实施例的钢板热处理方法在所述配置步骤之后即可包括：张力赋予步骤，感测所述钢板的平坦度，在所述照射步骤之前通过张力增加所述钢板的平坦度。
(三)有益效果
本发明的钢板热处理装置及方法在连续生产的毛坯材料钢板的宽度方向上，在至少一个部分形成不同的强度。
由此，能够替代现有的拼焊板(Tailor Welded Blanket)或者连续焊接具有不同厚度或者强度的钢板并使用的拼焊卷板(Tailor Welded Coil)。
并且，能够对连续生产的钢板执行连续性的强度改变，从而能够增加钢板生产速度，提高生产率。
附图说明
图1是示出本发明的钢板热处理装置的主视图。
图2和图3是示出通过本发明的钢板热处理装置在钢板的宽度方向上对至少一个部分连续形成不同强度的状态的图。
图4是示出本发明的钢板热处理装置的线照射部的主视图和立体图。
图5是示出本发明的钢板热处理装置的侧视图。
图6是示出本发明的钢板热处理装置的点照射部的排列的主视图。
图7是示出本发明的钢板热处理方法的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的具体实施例进行详细说明。但是，本发明的思想并不限定于说明的实施例，理解本发明思想的本领域技术人员可以在相同的思想范围内通过添加、改变、删除其他组件等来容易地提出退步性的其他发明或者包括在本发明的思想范围内的其他实施例，且这也应视为包括在本发明的思想范围内。
并且，在各实施例的附图中表示的相同思想范围内的功能相同的组件使用相同的附图标记进行说明。
本发明的钢板热处理装置及方法是一种通过激光对作为毛坯材料的钢板S进行热处理的发明，通过在连续生产的作为毛坯材料的钢板S的宽度方向x上，在至少一个部分形成不同强度，由此能够对连续生产的钢板S执行连续性地强度改变，从而能够增加钢板S的生产速度，提高生产率。
并且，能够替代现有的拼焊板(Tailor Welded Blanket)或者连续焊接具有不同厚度或者强度的钢板S并使用的拼焊卷板(Tailor Welded Coil)。
换言之，本发明的钢板热处理装置及方法中，将具有线束(Line Beam，SheetBeam)形状的激光在钢板宽度方向x上分割为二份以上后，以不同能量连续照射到连续生产的钢板S表面，从而在毛坯(blank)钢板S的表面上可形成在宽度方向x上不同程度的晶粒细化(Grain Refining)层或者在宽度方向x上不同程度的非晶(Amorphous)层，或者可执行在宽度方向x上赋予不同表面固化层等特性的连续工艺(Continuous Process)。
具体参照附图，图1是示出本发明的钢板热处理装置的主视图，参照该图，本发明的一个实施例的钢板热处理装置可以包括：主体单元100，其设置在连续生产的钢板S的移动路径上；及照射单元200，设置在所述主体单元100中，具备多个线照射部210，所述多个线照射部在钢板S的宽度x方向上以线形状向所述钢板S表面照射激光，以对所述钢板S进行热处理，且各线照射部210照射的能量至少与其他一个线照射部210照射的能量不同。
所述主体单元100起到设置有将在下面说明的照射单元200等的主体的作用，且设置在连续生产的钢板S的移动路径上，从而使得所述照射单元200可以在连续工艺中对所述钢板S实施热处理。
并且，所述主体单元100可以包括基体部件和校准辊AR等，以使所述钢板S的宽度方向x的位置不变。
即，所述主体部件100可以包括：基体部件，与所述照射单元200等结合；及校准辊AR，结合在所述基体部件上，并且被设置成与所述钢板S的侧端部接触，以引导所述钢板S的移动。
这是为了在照射单元200通过向所述钢板S照射激光来进行热处理时，保持被热处理的位置不变，从而提高钢板S的热处理品质。
为此，所述校准辊AR被提供为结合在所述基础部件上，并且可以被设置成与所述钢板S的侧端面相接。并且，为了减少与所述钢板S的侧端面接触时的摩擦力，能够可旋转地结合在所述基础部件上。
并且，所述主体单元100还可以包括支撑移动的所述钢板S且移动该钢板3的安置辊SR。
所述照射单元200起到通过将激光照射到所述钢板S来对连续生产的毛坯钢板S进行热处理的作用。例如，可以通过对所述钢板S照射激光来在所述钢板S上连续形成晶粒细化层、非晶层、表面固化层等。
尤其，本发明的照射单元200将照射到所述钢板S上的激光以线状沿所述钢板S的宽度方向x照射，从而能够连续实施所述钢板S的宽度方向x的热处理，并且，宽度方向x上的至少一部分以与其他部分不同的功率照射激光。
这使得连续生产的作为毛坯材料的钢板S在宽度方向x上可以具有不同的性质(强度分布等)。对此，将在后面参照图2和图3进行说明。
并且，所述照射单元200为此可以包括照射不同功率的激光的多个线照射部210。
换言之，所述线照射部210起到在所述钢板S的宽度方向x上照射线激光的作用，这种线照射部210可以在所述钢板S的宽度方向x上设置有多个。
为了照射线激光，这种线照射部210可以包括照射支撑部211、点照射部212、线透镜部213、聚光透镜部214等，对此将在后面参照图4进行说明。
进一步地，所述照射单元200并不限定于只向所述钢板S上表面照射激光而进行热处理，可以通过向所述钢板S的下表面或者所述钢板S的上下表面均照射激光来对钢板S实施热处理。
换言之，所述照射单元200可以设置在所述钢板S的上表面侧的主体单元100上部件和所述钢板S的下表面侧的所述主体单元100下部件中的至少一个上。
图2和图3是示出通过本发明的钢板热处理装置在钢板S的宽度方向x上对至少一个部分连续形成不同强度的状态的图。其中，图2是示出设置两个所述线照射部210时的照射状态的图，图3是示出设置三个所述线照射部210时的照射状态的图。
参照图2和图3，本发明的一个实施例的钢板热处理装置的所述照射单元200可以包括：至少一个高功率线照射部210a，设置在所述钢板S的宽度方向x上的一部分；及至少一个低功率线照射部210b，以低于所述高功率线照射部210a的能量照射激光，并且与所述高功率线照射部210a并排设置。
换言之，可以同时具有向连续生产的作为毛坯材料的钢板S表面照射高功率激光HL的结构和照射低功率激光LL的结构。
由此，以使所述钢板S的宽度方向x的至少一部分S1与其他部分S2不同的方式进行热处理，从而能够在所述钢板S的宽度方向x上形成强度等性质彼此不同的部分。
例如，图2中示出了将每个高功率线照射部210a和低功率线照射部210b分别沿钢板S的宽度方向x并排设置。由此，可以在所述钢板S的宽度方向x上对两个部分实施不同的热处理。
并且，图3中，将高功率线照射部210a设置在所述钢板S的宽度方向x上的中间部分，在所述高功率线照射部210a的两侧分别设置低功率线照射部210b，从而可在三个部分实施不同的热处理。
图4是示出本发明的钢板热处理装置的线照射部210的主视图和立体图，图6是示出本发明的钢板热处理装置的点照射部212的排列的主视图。
参照图4和图6，本发明的一个实施例的钢板热处理装置的所述线照射部210可以包括：照射支撑部211，结合在所述主体单元100上；点照射部212，多个并排设置在所述照射支撑部211，并发射激光；及线透镜部213，被设置成与发射激光的多个所述点照射部212的端部连接。
并且，本发明的一个实施例的钢板热处理装置的所述线照射部210可以包括聚光透镜部214，其设置在所述照射支撑部211，调节与所述线透镜部213的端部的距离，以聚集向所述钢板S照射的激光。
所述照射支撑部211作为配置所述点照射部212的部件，将所述点照射部212配置为线状，以通过所述线透镜部213照射线激光。进一步地，所述照射支撑部211还可以具备多个以线状配置的所述点照射部，从而还能够配置为面状。
换言之，本发明的一个实施例的钢板热处理装置的多个所述点照射部212的特征在于，可以并排配置为线状，以便以一个线状照射激光，或者配置为面状，以便以多个线状照射激光的方式。
并且，其中所述点照射部212为以点(point)照射激光的结构，可以通过所述照射支撑部211在所述钢板S的宽度方向x上以线状并排设置多个，由此可以同时对所述钢板S的宽度方向x照射激光。
换言之，通过同时对所述钢板S的宽度方向x实施激光的照射，能够同时对所述钢板S的宽度方向x实施热处理，从而能够对连续生产的钢板S实施连续工艺的热处理。
并且，优选地，所述点照射部212中，将所述激光的照射能量密度设定为约104～108W/cm2，激光的照时间设定为约10-8～100的范围，以形成晶粒细化层、非晶层及表面固化层等。
但是，在所述钢板S的宽度方向x上并排配置所述点照射部212的基础上，作为中间介质设置有所述线透镜部213，从而吸收所述点照射部212发射的激光并以线形(lineshape)激光照射到所述钢板S。
由此，能够对连续移动的钢板S进行连续性的热处理，因此，能够在不停止所述钢板S的情况下，对钢板S表面连续进行热处理以快速生产钢板S。
并且，例如，所述线透镜部213的形状可以被设置为，与所述点照射部212相对的部分为平坦的形状，发射分散为线状的激光的另一部分为凸透镜形状，以将所述点照射部212发射的点激光分布为线状。
进一步地，对于所述线透镜部213发射的线激光，为了将线激光的焦点聚焦到所述钢板S的表面，还可以包括聚光透镜部214。
换言之，所述聚光透镜部214可通过调节与线透镜部213之间的间距，来调整发射的所述线激光的焦点。
这种间距的调节可通过在与所述照射支撑部211结合的驱动缸上结合所述聚光透镜部214来执行。但是，用于调节所述线透镜部213与所述聚光透镜部214的间距的致动器的结构并不限定于所述驱动缸，也可以是与驱动马达的齿轮结合等结构。
并且，例如，为了在更加短的距离内使所述线照射部发射的线激光聚光，所述聚光透镜部214可以是两面均凸出的形状。
进一步地，通过这种聚光透镜部214，还可以与所述钢板S隔开预定距离地设置，从而能够防止所述线照射部210由于照射到钢板S的线激光引起的烟雾(fume)而受污染。例如，为此的焦点距离可以约为100～300mm。
并且，所述聚光透镜部214的宽度优选设定为约50～70mm，以免发生所述聚光透镜部214受热变形的热透镜(thermal lens)效果。
图5是示出本发明的钢板热处理装置的侧视图，参照该图，本发明的一个实施例的钢板热处理装置可以包括冷却单元300，其设置在所述主体单元100中，且在钢板S的移动方向y上位于所述照射单元200下游。
换言之，所述冷却单元300对被所述照射单元200热处理的钢板S进行冷却，从而能够缩短热处理时间或者调节钢板S的性质。
为此，所述冷却单元300相比所述照射单元200，设置在钢板S的移动方向y的下游，以在所述照射单元200照射线激光后对所述钢板S进行冷却。
并且，为了对所述钢板S进行冷却，所述冷却单元300可以由向所述钢板S表面喷射冷却流体的喷嘴构成，或者由与所述钢板S接触并通过传导来进行冷却的冷却辊构成。
并且，本发明的一个实施例的钢板热处理装置可以包括弹力单元400，其设置在所述主体单元100中，并以所述照射单元200为基准，位于所述钢板S的移动方向y的上游和下游中至少一处来对所述钢板S形成张力。
换言之，为了对所述钢板S赋予张力并提高所述钢板S的平坦度，可设置所述弹力单元400，以便通过连续工艺生产所述钢板S并执行热处理的同时，在表面上执行均匀的热处理。
为此，所述弹力单元400可以包括上游向导辊410、下游向导辊420、移动辊430等。
即，本发明的一个实施例的钢板热处理装置的所述弹力单元400可以包括：上游向导辊410，设置在所述装置主体中并引导钢板S移动；下游向导辊420，在所述钢板S的移动方向y上与所述上游向导辊410隔开预定距离，且设置在所述装置主体中；及移动辊430，设置在所述上游向导辊410与所述下游向导辊420之间，向一个方向推动所述钢板S以形成张力。
相比所述下游向导辊420，所述上游向导辊410位于所述钢板S的移动方向y的上游，相比所述上游向导辊410，所述下游向导辊420位于所述钢板S的移动方向y的下游，从而引导所述钢板S移动。
尤其，在所述上游向导辊410与所述下游向导辊420之间设置有移动辊430，所述移动辊430被设置成向与所述钢板S的移动方向y不同的方向移动。例如，所述钢板S向与地面平行的方向移动时，所述移动辊430可以被设置成在垂直于地面的方向上上下移动。为此，所述移动辊430可以结合在与所述主体单元100结合的上下驱动缸。
并且，所述上游向导辊410和下游向导辊被设置成支撑所述钢板S的一面时，所述移动辊430被设置成与所述钢板S的另一面相接，从而在所述移动辊430上下移动时赋予所述钢板S张力。
换言之，所述移动辊430被设置成推动所述钢板S的部分区域而赋予所述钢板S张力。
并且，所述弹力单元400可以设置在所述照射单元200的两侧。即，所述弹力单元400以所述钢板S的移动方向y为基准，可以分别设置在所述照射单元200的上游和所述照射单元200的下游。
并且，优选地，上游侧的弹力单元400与下游侧的弹力单元400之间的距离可以形成为所述上游向导辊410或者所述下游向导辊420的直径的约2～3倍的距离。这是因为该距离是通过绷紧所述钢板S以在宽度方向x上具有预定焦点的优选距离。
图7是示出本发明的钢板热处理方法的流程图，参照该图，本发明的另一实施例的钢板热处理方法可以包括：配置步骤，在钢板S的移动路径上，将照射线状的激光的照射单元200位于所述钢板S上；及照射步骤，在连续移动的所述钢板S的宽度方向x上，对至少一个区域以不同于其他区域的能量照射激光。
如上所述，本发明的钢板热处理方法在所述钢板S的宽度方向x上照射线状的激光，从而在连续生产钢板S的工艺中，对所述钢板S连续进行热处理。
尤其，对所述钢板S的热处理中，以不同功率的激光照射所述钢板S的宽度方向x上的至少部分区域，从而能够在所述钢板S的宽度方向x上赋予彼此不同的性质。
为此，在所述配置步骤中可以将前述的照射单元200等设置在所述钢板S连续移动的路径上。
并且，在所述照射步骤中，以不同功率的线激光照射所述钢板S的宽度方向x上的至少一部分来在所述钢板S的宽度方向x上的至少一个区域形成不同的强度等性质。即，可以在所述钢板S的宽度方向x上连续形成彼此不同的晶粒细化层、非晶层、表面固化层等。
并且，根据本发明的另一实施例的钢板热处理方法在所述照射步骤之后可以包括对所述钢板S执行冷却的冷却步骤。
这种冷却步骤用于对在所述照射步骤中被加热的所述钢板S进行快速冷却，或者用于改变基于冷却速度的钢板S性质。
这种冷却步骤可以通过前述的冷却单元300执行，并且在所述照射步骤以后执行。
并且，本发明的另一实施例的钢板热处理方法在所述配置步骤之后可以包括张力赋予步骤，其感测所述钢板S的平坦度，并在所述照射步骤之前通过张力增加所述钢板S的平坦度。
这种张力赋予步骤用于在对所述钢板S的照射步骤中提高钢板S的平坦度，从而提高根据激光照射的热处理的品质。这种张力赋予步骤可以通过前述的弹力单元400执行，在所述照射步骤之前执行。

Claims (7)

1.一种钢板热处理装置，其包括：
主体单元，设置在连续生产的钢板的移动路径上；及
照射单元，设置在所述主体单元中，并具有多个线照射部，所述多个线照射部在所述钢板的宽度方向上以线状向所述钢板表面照射激光，以对所述钢板进行热处理，且各线照射部照射的能量至少与其他一个线照射部照射的能量不同，
其中，所述照射单元包括：
至少一个高功率线照射部，设置在所述钢板的宽度方向的一部分；及
至少一个低功率线照射部，以低于所述高功率线照射部的能量照射激光，并与所述高功率线照射部并排设置。
2.根据权利要求1所述的钢板热处理装置，其包括：
冷却单元，设置在所述主体单元中，且相比所述照射单元，位于钢板的移动方向的下游。
3.根据权利要求1所述的钢板热处理装置，其包括：
弹力单元，设置在所述主体单元中，且以所述照射单元为基准，位于所述钢板的移动方向上游和下游中的至少一个位置，以对所述钢板形成张力。
4.根据权利要求3所述的钢板热处理装置，其中，
所述弹力单元包括：
上游向导辊，设置在所述装置主体中，并引导所述钢板的移动；
下游向导辊，在所述钢板的移动方向上，与所述上游向导辊隔开预定距离，且设置在所述装置主体中；及
移动辊，设置在所述上游向导辊和下游向导辊之间，向一个方向推动所述钢板，以形成张力。
5.根据权利要求1所述的钢板热处理装置，其中，
所述线照射部包括：
照射支撑部，结合在所述主体单元；
点照射部，在所述照射支撑部上并排设置多个，发射激光；及
线透镜部，被设置成与发射激光的多个所述点照射部的端部连接。
6.根据权利要求5所述的钢板热处理装置，其中，
所述线照射部包括：
聚光透镜部，设置在所述照射支撑部上，并调节与所述线透镜部的端部之间的距离，以聚集向所述钢板照射的激光。
7.根据权利要求5所述的钢板热处理装置，其特征在于，
多个所述点照射部并排配置为线状，以便以一个线状照射激光，或者并排配置为面状，以便以多个线状照射激光。
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