CN112872037A

CN112872037A - 一种激光轧制复合制造三层复合金属板带装置及制造方法

Info

Publication number: CN112872037A
Application number: CN202110171786.3A
Authority: CN
Inventors: 杨高林; 樊文; 李振兴; 张群莉; 姚建华
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2021-02-08
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2021-06-01

Abstract

本发明公开了一种激光轧制复合制造三层复合金属板带装置及制造方法，属于金属复合板带的制备技术领域。该装置主要包括用于控制操作的控制台、激光发射单元、送带和轧辊单元；送带包括第一送带部分和第二送带部分，分别设于基材的上下两侧；轧辊单元包括第一轧辊单元和第二轧辊单元，分别用于将第一送带部分引出的第一金属覆板和第二送带部分引出的第二金属覆板碾压至基材的上下表面上；激光发射单元包括第一激光头和第二激光头，其产生的第一激光束和第二激光束分别对准第一金属覆板和第二金属覆板与基材之间的结合处。本发明通过将激光技术和轧制技术复合起来，在金属基材的两侧同时进行复合板带制造，在较小变形量下，高效率、高质量地生产出性能更多样的金属复合板带。

Description

一种激光轧制复合制造三层复合金属板带装置及制造方法

技术领域

本发明属于金属复合板带的制备技术领域，具体涉及一种激光轧制复合制造三层复合金属板带装置及其制造方法。

背景技术

金属复合板带是由两种或多种不同的金属材料经特殊工艺复合而成的新型材料。与单一金属组元相比，经过合理设计组合后的金属复合板带结合了金属组元各自的优点，实现各组元材料资源的最优配置，节约贵重金属材料，并获得单金属不能满足的力学、物理和化学等性能，主要应用在防腐、压力容器制造，电建、石化、医药、轻工、汽车等行业。复合方法通常有爆炸复合法和压力加工复合法。

爆炸复合法是利用爆炸时产生的高能量将异种的金属板紧密地结合，可以实现性能相差较大的金属之间的复合，界面结合力强，但该方法难以连续生产薄规格复合板带，成材率低，并且存在一定危险。

压力加工复合法是指异种金属在塑性变形过程中受到变形力的作用使接触表面接近原子距离形成大量结合点，进而形成金属键，实现冶金结合。其制坯工艺及界面复合机制是制约复合金属板带质量、产量的主要因素。在众多压力加工法中，轧制复合的效率高、成本低，可连续生产性能稳定、厚度均匀的复合板带，具有较好的应用前景。但轧制复合通常需要较大的变形量，由于异种金属材料力学性能差异大，当变形量较大时，覆层与基板变形协调性差，容易产生板形、边裂问题，并且影响轧辊寿命。如何减少轧制所需变形量，改善界面结合性能是异种金属轧制复合亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种激光轧制复合制造三层金属复合板带装置及制造方法，本发明将激光技术与轧制技术复合起来，并且在基材的两侧同时进行复合金属板带的制造，由此在较小变形量下，高效率、高质量的生产出性能更多样的金属复合板带。

为达到上述目的，提出以下技术方案：

一种激光轧制复合制造三层复合金属板带装置，该装置主要包括用于控制操作的控制台、激光发射单元、送带和轧辊单元；

所述送带包括第一送带部分和第二送带部分，分别设于基材的上下两侧；

所述轧辊单元包括第一轧辊单元和第二轧辊单元，分别用于将第一送带部分引出的第一金属覆板和第二送带部分引出的第二金属覆板碾压至基材的上下表面上；送带和轧辊单元与控制台电连接或信号连接；送带和轧辊单元设置在机床上。

所述激光发射单元包括第一激光头和第二激光头，其产生的第一激光束和第二激光束分别对准第一金属覆板和第二金属覆板与基材之间的结合处，激光发射单元安装于机床或机械手的运动机构上，其控制端与控制台电连接或信号连接。

进一步地，控制台通过第二管套、第一管套和第三管套内的线路分别与激光发射单元、送带和轧辊单元连接。

进一步地，该装置还包括冷却装置，所述冷却装置通过进水管道和出水管道与控制台连接，控制台再通过第一管套、第二管套和第三管套内的水冷管道分别与送带、激光发射单元和轧辊单元的水冷通道连接，冷却装置对设备进行降温处理，防止散射的激光束造成机构过热。

进一步地，所述的冷却装置为冷水箱。

进一步地，所述的激光发射单元产生的光斑为矩形光斑，宽度比第一金属覆板和第二金属覆板的宽度略宽。

进一步地，所述的第一激光头和第二激光头下方分别通过控制台和管道与气瓶连接，保护气由管道通入，防止激光照射产生的金属蒸汽污染光路系统。

进一步地，所述的第一轧辊单元和第二轧辊单元上分别设有凹槽，第一金属覆板和第二金属覆板分别嵌合在凹槽中，固定于轧辊单元，使第一金属覆板和第二金属覆板走向可控。

一种激光轧制复合制造三层复合金属板带装置的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）开启冷水箱，形成循环冷却系统；

2）激光发射单元在控制台控制下出光，发射处的光斑照射在第一金属覆板和第二金属覆板与基材的结合处；

3）由送带以稳定的速度送出的第一金属覆板和第二金属覆板，轧辊单元对第一金属覆板和第二金属覆板与基材的结合处进行碾压；

4）边照射边进行碾压，并带动第一金属覆板和第二金属覆板向前移动；

5）随着轧辊单元的不断碾压，第一金属覆板和第二金属覆板的热量被轧辊单元中的冷却水不断带走，第一金属覆板和第二金属覆板随之与基材的上下面分别结合，实现三层复合金属板带的制造。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

1）本发明和传统的复合金属板带轧制方法相比，在较小的变形量下，实现界面的良好结合，可用于塑性差、变形抗力大、难变形的金属复合材料的制备，极大拓宽了异种金属复合板材的品种选择范围，并且复合效率较高。

2）传统的金属复合板带轧制方法复合能量较低，异种金属材料力学性能差异大，本发明使用激光作为主要能源，复合能量更高，可以保证将金属基材与金属覆板的结合处熔化，与此同时使用轧辊对熔化中的金属覆板与金属基材进行轧制，轧制提供的较大的压力可以消除孔隙和气孔夹杂物，且成形的致密度高。

3）本发明与爆炸复合法相比，成材效率更高，对环境污染小，是环境友好型的复合板带生产方法。

附图说明

图1为本发明的装置的示意图；

图2为本发明的三层复合板带试样示意图。

图中：1-控制台；2-进水管道；3-出水管道；4-冷水箱；5-第一管套；6-第二管套；7-基材；8-第一激光头；9-第一激光束；10-第一送带部分；11-第一金属覆板；12-第一轧辊单元；13-第三管套；14-第二轧辊单元；15-第二金属覆板；16-第二送带部分；17-气瓶；18-管道；19-第二激光束；20-第二激光头。

具体实施例

下面结合说明书附图对本发明进行进一步地说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。

如图1所示，一种激光轧制复合制造三层复合金属板带装置，该装置包括用于控制操作的控制台1、激光发射单元、冷水箱4、送带和轧辊单元；控制台1通过第二管套6、第一管套5和第三管套13内的线路分别与激光发射单元、送带和轧辊单元连接；冷水箱4通过进水管道2和出水管道3与控制台1连接，控制台1再通过第一管套5、第二管套6和第三管套13内的水冷管道分别与送带、激光发射单元和轧辊单元的水冷通道连接。送带包括第一送带部分10和第二送带部分16，分别设于基材7的上下两侧；轧辊单元包括第一轧辊单元12和第二轧辊单元14，分别用于将第一送带部分10引出的第一金属覆板11和第二送带部分16引出的第二金属覆板15碾压至基材7的上下表面上；激光发射单元包括第一激光头8和第二激光头20，其产生的第一激光束9和第二激光束19分别对准第一金属覆板11和第二金属覆板15与基材7之间的结合处，第一激光头8和第二激光头20下方分别通过控制台1和管道18与气瓶17连接。

开启冷水箱4，形成循环冷却系统；激光发射单元在控制台1控制下出光，发射处的光斑照射在第一金属覆板11和第二金属覆板15与基材7的结合处，光斑在结合处上对称分布，激光将第一金属覆板11和第二金属覆板15与基材7的结合处熔化；由送带以稳定的速度送出的第一金属覆板11和第二金属覆板15，轧辊单元对第一金属覆板11和第二金属覆板15与基材7的结合处进行碾压；边照射边进行碾压，并带动第一金属覆板11和第二金属覆板15向前移动；随着轧辊单元的不断碾压，第一金属覆板11和第二金属覆板15的热量被轧辊单元中的冷却水不断带走，晶体不断向液体中生长，第一金属覆板11和第二金属覆板15随之与基材7的上下面分别结合，实现三层复合金属板带的制造，三层复合金属板带的效果图如图2所示。

Claims

1.一种激光轧制复合制造三层复合金属板带装置，其特征在于，该装置主要包括用于控制操作的控制台（1）、激光发射单元、送带和轧辊单元；

所述送带包括第一送带部分（10）和第二送带部分（16），分别设于基材（7）的上下两侧；

所述轧辊单元包括第一轧辊单元（12）和第二轧辊单元（14），分别用于将第一送带部分（10）引出的第一金属覆板（11）和第二送带部分（16）引出的第二金属覆板（15）碾压至基材（7）的上下表面上；

所述激光发射单元包括第一激光头（8）和第二激光头（20），其产生的第一激光束（9）和第二激光束（19）分别对准第一金属覆板（11）和第二金属覆板（15）与基材（7）之间的结合处。

2.如权利要求1所述的一种激光轧制复合制造三层复合金属板带装置，其特征在于，控制台（1）通过第二管套（6）、第一管套（5）和第三管套（13）内的线路分别与激光发射单元、送带和轧辊单元连接。

3.如权利要求1所述的一种激光轧制复合制造三层复合金属板带装置，其特征在于，该装置还包括冷却装置，所述冷却装置通过进水管道（2）和出水管道（3）与控制台（1）连接，控制台（1）再通过第一管套（5）、第二管套（6）和第三管套（13）内的水冷管道分别与送带、激光发射单元和轧辊单元的水冷通道连接。

4.如权利要求3所述的一种激光轧制复合制造三层复合金属板带装置，其特征在于，所述的冷却装置为冷水箱（4）。

5.如权利要求1所述的一种激光轧制复合制造三层复合金属板带装置，其特征在于，所述的激光发射单元产生的光斑为矩形光斑，宽度比第一金属覆板（11）和第二金属覆板（15）的宽度略宽。

6.如权利要求1所述的一种激光轧制复合制造三层复合金属板带装置，其特征在于，所述的第一激光头（8）和第二激光头（20）下方分别通过控制台（1）和管道（18）与气瓶（17）连接。

7.如权利要求1所述的一种激光轧制复合制造三层复合金属板带装置，其特征在于，所述的第一轧辊单元（12）和第二轧辊单元（14）上分别设有凹槽，第一金属覆板（11）和第二金属覆板（15）分别嵌合在凹槽中。

8.一种如权利要求4所述的激光轧制复合制造三层复合金属板带装置的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）开启冷水箱（4），形成循环冷却系统；

2）激光发射单元在控制台（1）控制下出光，发射处的光斑照射在第一金属覆板（11）和第二金属覆板（15）与基材（7）的结合处；

3）由送带以稳定的速度送出的第一金属覆板（11）和第二金属覆板（15），轧辊单元对第一金属覆板（11）和第二金属覆板（15）与基材（7）的结合处进行碾压；

4）边照射边进行碾压，并带动第一金属覆板（11）和第二金属覆板（15）向前移动；

5）随着轧辊单元的不断碾压，第一金属覆板（11）和第二金属覆板（15）的热量被轧辊单元中的冷却水不断带走，第一金属覆板（11）和第二金属覆板（15）随之与基材（7）的上下面分别结合，实现三层复合金属板带的制造。