CN113950387A - 金属带材卷的带材端部区段在相邻的带材卷圈处的固定 - Google Patents

金属带材卷的带材端部区段在相邻的带材卷圈处的固定 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于将卷绕成卷材(8)的金属带材的带材端部区段固定在卷材(8)的相邻于带材端部区段布置的带材卷圈处的方法(1)。为了能够制造具有改善的质量的金属带材，将带材端部区段通过摩擦焊接工艺材料连接地固定在带材卷圈处。

Description

金属带材卷的带材端部区段在相邻的带材卷圈处的固定
技术领域
本发明涉及一种用于将卷绕成卷材的金属带材的带材端部区段固定在卷材的相邻于带材端部区段布置的带材卷圈(Bandwicklung)处的方法。此外，本发明涉及一种用于将卷绕成卷材的金属带材的带材端部区段固定在卷材的相邻于带材端部区段布置的带材卷圈处的设备。
背景技术
轧机机组的最终产品是金属带材卷，下文中简称为卷材，其通过将轧制的金属带材卷绕在卷取设备的卷轴上制成。卷材在卷绕过程之后被从卷轴拉出。在进一步的工艺步骤中，又将卷材推到另一卷取设备的卷轴上，然后进行开卷。
卷绕成具有内部的卷材孔眼的卷材的金属带材的布置在径向内部的内部的卷材孔眼中的带材端部区段趋于向内崩塌或塌缩。因此必须对该材端部区段进行固定，以便可在随后的处理过程中将卷材可靠地推到另一卷取设备的卷轴上。
已知将位于内部的卷材孔眼处的带材端部区段手动地与卷材的相邻于带材端部区段布置的带材卷圈焊接在一起，以便固定带材端部区段。然而，手动的焊接与低水平的工作安全和人员安全相关联，因为焊接工作在通常具有约400℃的温度的卷材处来进行。此外，焊接相当耗时，这导致高的人员成本。此外，手动焊接通常与消耗品的高消耗相关联，例如焊丝、焊接气体、保护气体等等。
此外，已知将在卷材外周处的带材端部区段借助于捆带式打捆机(Bundbindebandmaschine)固定在其余的卷材处。这同样涉及到呈捆带的形式的消耗品的高消耗。之所以需要这种固定，是因为外卷圈(一个或多个)由于固有应力而趋于弹开，并且因此使得卷材的进一步处理变得困难。
由EP 2 982 452A1已知一种用于由金属带材制成卷材的方法，在其中，将带材卷绕在可张缩的卷轴上，并且将完成卷绕的卷材放在卷材用小车(Bundwagen)上，并且将其从卷轴运走。该方法包括将带材卷绕到张开的卷轴上，在卷材用小车上接收完成卷绕的卷材，使卷轴收缩，并且通过在卷轴和卷材用小车之间沿卷轴的轴向方向的相对运动将卷材从卷轴移出，其中，进行这种移出运动，使得卷轴的轴向端部与卷材的端侧在卷材孔眼中相隔预定量，其中，该预定量小于卷材的宽度。该方法还包括：使卷轴张开；在带材的处于卷材孔眼的卷轴已移开的区域中的至少两个相叠的带材部分之间设置固定部；以及使卷轴收缩，并且通过在卷轴和卷材用小车之间沿卷轴的轴向方向的相对运动将卷材从卷轴完全移出。固定部的设置可通过材料连接在至少两个相叠的带材部分之间建立连接，尤其是通过用电或气的点焊。
JP H02 235 580A和JP H05 269 526A相应公开了一种用于在使用热焊接方法的情况下将卷绕成具有卷材孔眼的卷材的金属带材的位于内部的卷材孔眼处的带材端部区段固定在卷材的相邻于带材端部区段布置的带材卷圈处的方法。
发明内容
本发明的目的在于，能够实现将带材端部区段更简单地并且以改善的工艺可靠性固定在卷材处，而同时没有质量损失。
该目的通过独立权利要求实现。有利的设计方案在下文的说明、从属权利要求和附图中给出，其中，这些设计方案可相应单独地或以设计方案中的至少两个设计方案彼此组合地呈现本发明的改进的、尤其同样是优选或有利的方面。在此，方法的设计方案可对应于设备的设计方案，反之亦然，即使下文中在个别情况下没有明确提到这一点。
按照根据本发明的用于将卷绕成卷材的金属带材的带材端部区段固定在卷材的相邻于带材端部区段布置的带材卷圈处的方法，将带材端部区段通过摩擦焊接工艺材料连接地固定在带材卷圈处。所使用的摩擦焊接工艺可为搅拌摩擦焊接工艺，或者优选地为摩擦点焊工艺。
根据本发明，卷绕成具有卷材孔眼的卷材的金属带材的带材端部区段在没有按传统的方式给予外部的热能输入的情况下与卷材的相邻于该带材端部区段布置的带材卷圈材料连接地固定、更确切地说焊接。这防止了发生熔融焊接过程，并且因此防止由于焊接而改变金属带材的材料特性，从而可提供具有更高的整体质量的金属带材。此外，可通过本发明可靠地避免在后续的工艺步骤中例如在辊子处留下痕迹，其在处理金属带材时由带材端部区段或与之相邻地布置的带材卷圈的硬化的材料条造成，该材料条通过有或没有附加材料的热焊接工艺产生。在此，通过本发明，还不会由于焊接添加料而污染产生的废料。根据本发明的接合方法无需使用焊接附加材料，其在其他的工艺中可损坏冷轧设备的辊子。此外，根据本发明的方法能够实现有针对性地连接仅仅两层带材层。此外，在根据本发明的方法中，没有由于接地电流通过卷绕的金属带材而产生电流通路。
带材端部区段可布置在内部的卷材孔眼中，该卷材孔眼构造为卷材的沿径向在内部和同轴布置的轴向通孔，或者带材端部区段可在卷材的径向外部布置在外直径处。还可借助于根据本发明的方法对金属带材的两个在带材长度方向上得到的带材端部区段进行固定。
为了简单起见，本发明在下文中对内部的带材端部区段的固定进行说明，因为这是综合性的任务。将该作用方式转用到外部的带材端部区段不受限制。
借助于优选的摩擦点焊工艺可形成唯一的焊点或形成至少两个焊点，它们例如可相对于金属带材的带材宽度彼此布置成一排。还可建立两排或更多排这种焊接点排，它们可彼此平行地取向。
借助于所使用的搅拌摩擦焊接工艺可形成单个短焊缝，或者形成至少两个焊缝，它们例如可相对于金属带材的带材宽度相继地布置成一排。
根据本发明的方法尤其适用于由轧制的铝制带材构成的卷材，但是还可适用于以其他方式形成的金属带材，尤其薄带材，其具有的带材厚度直至约12mm。金属带材可为热轧带材或冷轧带材。替代铝制带材，金属带材例如可为钢制带材、铜制带材或由其他有色金属制成的金属带材。铝制带材可为热轧带材，其具有例如直至400℃的温度。根据本发明的方法的工艺参数可进行调整，使得仅仅带材端部区段和与之相邻地布置的带材卷圈焊接在一起，即，没有使该带材卷圈与布置在其径向外部的其他带材卷圈焊接在一起。
根据本发明的方法适合于在卷材处的后续热处理步骤，因为具有相同物理主要数据的带材材料彼此连接在一起，没有外来材料或附加材料。因此，本发明保证了纯的材料流(Materialumlauf)。
为了执行根据本发明的方法，可将卷材首先完全从卷取设备的卷取芯轴取下，并且将其放在存放处(Ablage)。存放处可静态地接收卷材，或构造成可改变卷材的位置。在此，为了便于卷材连同存放处一起移位，可对存放处进行驱动。接着，可将摩擦焊接设备布置在卷材之前，并且可将其用于进行摩擦焊接。在摩擦焊接结束之后，可将摩擦焊接设备再次移走，并且将卷材例如借助于存放处运输至其下一加工地点。因此，根据本发明的方法在卷取机之外执行，从而没有出现辅助时间的增加，并且避免了在与安全相关的设备部分中工作。
根据有利的设计方案，借助于焊接机器人执行摩擦焊接工艺。因此使焊接自动化，这节省了人员成本，由于取消了在热的卷材处的手动焊接工作，这提高了设备安全性和人员安全性，并且由于自动化的更高的精度，这还与减少消耗品相关联。焊接机器人可具有至少一个摩擦焊接设备和至少一个保持摩擦焊接设备的、受驱动的机器人臂。焊接机器人可为摩擦焊接设备提供转动功能，以便可不费力地使摩擦焊接设备进入卷材的内部的卷材孔眼中，或可将其放在卷材外直径处。为了操控焊接机器人，例如可动用数据库模型，该数据库模型提供工艺参数，以便可考虑参数，例如材料合金、材料温度、材料尺寸等等。
根据另一有利的设计方案，在执行摩擦焊接工艺期间，至少将带材端部区段自动化地沿径向压在相邻的带材卷圈上。因此，可使卷材的松散的带材卷圈彼此成对接触，这改善了卷材的卷绕质量，并且同时引起在带材端部区段和与之相邻地布置的带材卷圈之间的改善的接触。后者使根据本发明的方法在建立高质量的摩擦焊接连接方面具有更高的安全性。为了可将带材端部区段自动化地沿径向向外压在相邻的带材卷圈上，例如可将锥形芯轴、例如可张缩的锥形芯轴引入到内部的卷材孔眼中。为了可将带材端部区段自动化地沿径向向内压在相邻的带材卷圈上，例如可将削平的压力面压在卷材外直径上。
根据另一有利的设计方案，在执行摩擦焊接工艺之前，自动化地探测带材端部区段的位置和/或形状。探测到的带材端部区段相对于焊接机器人的摩擦焊接设备的位置和/或带材端部区段的形状可在操纵焊接机器人时加以考虑，以便可在带材端部区段的最佳位置设置至少一个焊接点/焊缝。
根据另一有利的设计方案，在执行摩擦焊接工艺之前，自动化地探测在卷材的内部的卷材孔眼内为焊接机器人的可引入其中的摩擦焊接设备提供的空间。这种检查还可被称为可信度检查，并且在开始焊接过程之前进行。由此避免在卷材孔眼中没有为摩擦焊接设备提供足够的空间时摩擦焊接设备与卷材发生碰撞。这就避免了对卷材和摩擦焊接设备的损坏。在卷材孔眼中为焊接机器人的待引入其中的摩擦焊接设备提供的空间是否足以引入摩擦焊接设备的信息可在操纵焊接机器人时予以考虑。
根据另一有利的设计方案，摩擦焊接设备在执行摩擦焊接工艺期间自动化地支撑在卷材处。由此可在执行摩擦焊接工艺期间减轻焊接机器人的保持摩擦焊接设备的机器人臂的负荷。此外，可通过支撑保证足够的摩擦焊接力。摩擦焊接设备例如可支撑在卷材的径向外部或支撑在卷材的内部的卷材孔眼内。
根据本发明的用于将卷绕成卷材的金属带材的带材端部区段固定在卷材的相邻于带材端部区段布置的带材卷圈处的设备具有至少一个保持装置，以用于将带材端部区段材料连接地连接在带材卷圈处，其中，保持装置具有至少一个摩擦焊接设备。摩擦焊接设备为摩擦点焊设备或搅拌摩擦焊接设备。在优选的实施方式中，保持装置实施为焊接机器人。
上文参考方法提到的优点也相应地与设备相关联。根据上文提到的设计方案中的一设计方案或设计方案中的至少两个设计方案彼此的组合的方法尤其可在使用根据本发明的设备的情况下来执行。设备可具有至少一个操控电子器件，以用于操控焊接机器人/保持装置。此外，设备可具有至少一个与操控电子器件连接的传感机构，其中，操控电子器件可设立成在考虑传感机构的测量值的情况下操控焊接机器人/保持装置。
根据另一有利的设计方案，焊接机器人/保持装置具有至少一个传感器单元，以用于探测带材端部区段的位置和/或形状，和/或用于探测在卷材的内部的卷材孔眼内为可引入其中的摩擦焊接设备提供的空间。与该设计方案相应地相关联的是上文参考方法的相应的设计方案提到的设计方案。传感器单元例如可为光学传感器单元。
根据另一有利的设计方案，焊接机器人/保持装置具有：至少一个保护单元，以对外保护摩擦焊接设备；和/或至少一个冷却单元，以冷却摩擦焊接设备。保护单元可保护摩擦焊接设备不受机械影响，并且为此部分地包围摩擦焊接设备。冷却单元可为具有冷却回路的主动冷却单元。
根据另一有利的设计方案，焊接机器人/保持装置具有至少一个支撑单元，以将摩擦焊接设备自动化地支撑在卷材处。与该设计方案相应地相关联的是上文参考方法的相应的设计方案提到的优点。
附图说明
下面参考附图借助优选的实施方式示例性地阐述本发明，其中，下文阐述的特征可相应单独地以及以特征中的至少两个特征彼此组合地呈现本发明的有利的或改进性的方面。其中，
图1示出了根据本发明的方法的实施例的流程图；
图2示出了具有未固定的内部的带材端部区段和外部的带材端部区段的三种不同的卷材的示意性的侧视图；
图3示出了根据本发明的设备的实施例的示意性的侧视图；
图4示出了在图3中示出的设备的示意性的俯视图；并且
图5示出了根据本发明的设备的另一实施例的示意性的截面图示。
具体实施方式
在附图中，相同或功能相同的构件设有相同的附图标记。可省略对这些构件的重复说明。
图1示出了根据本发明的用于将卷绕成具有卷材孔眼的未示出的卷材的、未示出的金属带材的处于未示出的内部的卷材孔眼中的、未示出的带材端部区段固定在卷材的相邻于该带材端部区段布置的、未示出的带材卷圈处的方法1的实施例的流程图。为了执行方法1，可使用未示出的根据本发明的设备。
在方法步骤100中，将卷材从未示出的卷轴取下并且放在未示出的辊子台上，为此例如可使用起重机、卷材升降车等等。此外，在方法步骤100中，可将卷材借助于卷材升降车等等运输至一个地点，在该地点，在执行摩擦焊接工艺的情况下借助于焊接机器人执行带材端部区段的固定，或者带材端部区段通过摩擦焊接工艺材料连接地固定在带材卷圈处。
在方法步骤200中，自动化地借助于至少一个未示出的传感器单元探测带材端部区段的位置和/或形状。此外，在方法步骤200中，探测在卷材孔眼内为焊接机器人的可引入其中的、未示出的摩擦焊接设备提供的空间是否足以实现引入。
如果在方法步骤200中探测的空间足以将摩擦焊接设备引入到卷材孔眼中，在方法步骤300中将摩擦焊接设备引入到卷材孔眼中。
接着，在方法步骤400中执行摩擦焊接工艺。在方法步骤400中，可在执行摩擦焊接工艺期间至少将带材端部区段自动化地沿径向向外压在相邻的带材卷圈上。此外，在方法步骤400中，可将摩擦焊接设备在执行摩擦焊接工艺期间自动化地支撑在卷材孔眼中。在方法步骤400中，替代地或附加地，从外面压靠卷材表面地支撑摩擦焊接设备，以便按压外部的带材端部区段而使之抵靠卷材表面和相邻的带材卷圈。
图2示出了三种不同的卷材2、3和4的示意性的侧视图，其具有未固定的内部的带材端部区段5。因此，内部的带材端部区段5可局部地塌缩或折弯，如在图2中的左图示出的那样。此外，内部的带材端部区段5可整个塌缩或向内弯曲，如在图2中的中间的图示出的那样。还可在卷材外侧处存在外部的带材端部区段5，如在卷材3处示出的那样。除了内部的带材端部区段5之外，其他的带材卷圈6同样可塌缩或弯曲，如在图2中的右图示出的那样。
图3示出了根据本发明的用于将卷绕成卷材8的、未示出的金属带材的未示出的内部的带材端部区段固定在卷材8的相邻于该带材端部区段布置的、未示出的带材卷圈处的设备7的实施例的示意性的侧视图。卷材8具有内部的卷材孔眼9。设备7具有由两个辊子12和13形成的存放处14，卷材8放在该存放处处。
设备7具有焊接机器人10，以用于将带材端部区段材料连接地连接到带材卷圈处。为此，焊接机器人10具有摩擦焊接设备11。此外，焊接机器人10具有保持摩擦焊接设备11的、优选地多部件地构造的机器人臂15。此外，焊接机器人10具有位置固定的线性引导部16，在该线性引导部处可移位地布置有机器人臂15，以便可平行于卷材8的垂直于图3的绘图平面的纵向轴线17移位。
此外，焊接机器人10具有传感器单元25，以用于探测带材端部区段的位置和/或形状，和/或用于探测在卷材的卷材孔眼内为待引入卷材孔眼中的摩擦焊接设备11提供的空间。此外，焊接机器人10具有：未示出的保护单元，以对外保护摩擦焊接设备11；和/或至少一个未示出的冷却单元，以冷却摩擦焊接设备11。此外，焊接机器人10具有支撑单元26，以将摩擦焊接设备11自动化地支撑在卷材8处。
图4示出了在图3中示出的设备7的示意性的俯视图。示出了处在两种不同的状态中的设备7。在通过实线示出的状态中，摩擦焊接设备11引入到卷材孔眼9的端部中，而在用虚线示出的状态中，摩擦焊接设备11定位到卷材孔眼9的另一端部之前，以便可在卷材孔眼9的两个端部处对卷材8的在图4中未示出的内部的带材端部区段进行固定。
图5示出了根据本发明的用于将卷绕成卷材8的、未示出的金属带材的未示出的内部的带材端部区段固定在卷材8的相邻于该带材端部区段布置的、未示出的带材卷圈处的设备18的另一实施例的示意性的截面图示。设备18可在其余方面根据在图3和图4中示出的实施例来构造。
设备18的摩擦焊接设备19具有壳体20，其在引入侧锥形地逐渐变细，以便于将摩擦焊接设备19引入到卷材8的卷材孔眼9中。在壳体处附加地存在传感器单元25和支撑单元26，以自动化地支撑在卷材外直径上。此外，摩擦焊接设备19具有摩擦焊接单元21，其可穿过壳体20中的开口22执行摩擦点焊过程或搅拌摩擦焊接过程。此外，摩擦焊接设备21具有支撑单元23，以将摩擦焊接设备19自动化地支撑在卷材8处，支撑单元可穿过壳体20的另一开口24接触卷材8。
附图标记列表
1 方法
2 卷材
3 卷材
4 卷材
5 带材端部区段
5’ 带材端部区段
6 带材卷圈
7 设备
8 卷材
9 卷材孔眼
10 保持装置/(焊接)机器人
11 摩擦焊接设备
12 辊子
13 辊子
14 存放处
15 机器人臂
16 线性引导部
17 8的纵向轴线
18 设备
19 摩擦焊接设备
20 19的壳体
21 摩擦焊接单元
22 在20处的开口
23 19的支撑单元
24 在20处的开口
25 传感器单元
26 19的支撑单元
100 方法步骤
200 方法步骤
300 方法步骤
400 方法步骤

Claims (14)

1.一种用于将卷绕成卷材(2、3、4、8)的金属带材的带材端部区段(5、5’)固定在所述卷材(2、3、4、8)的相邻于所述带材端部区段(5、5’)布置的带材卷圈(6)处的方法(1)，其特征在于，将所述带材端部区段(5、5’)通过摩擦焊接工艺材料连接地固定在所述带材卷圈(6)处。
2.根据权利要求1所述的方法(1)，其特征在于，所述摩擦焊接工艺为摩擦点焊工艺。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述摩擦焊接工艺是搅拌摩擦焊接工艺。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法(1)，其特征在于，借助于焊接机器人(10)执行所述摩擦焊接工艺。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法(1)，其特征在于，在执行所述摩擦点焊工艺期间，至少将所述带材端部区段(5、5’)自动化地沿径向向外和/或向内压在相邻的带材卷圈(6)上。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法(1)，其特征在于，在执行所述摩擦焊接工艺之前，自动化地探测所述带材端部区段(5、5’)的位置和/或形状。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法(1)，其特征在于，在执行所述摩擦焊接工艺之前，自动化地探测在所述卷材(8)的卷材孔眼(9)内为所述焊接机器人(10)的能引入其中的摩擦焊接设备(11、19)提供的空间。
8.根据权利要求7所述的方法(1)，其特征在于，在执行所述摩擦焊接工艺期间，将所述摩擦焊接设备(11、19)自动化地支撑在所述卷材(2、3、4、8)处。
9.一种用于将卷绕成卷材(2、3、4、8)的金属带材的带材端部区段(5、5’)固定在所述卷材(2、3、4、8)的相邻于所述带材端部区段(5、5’)布置的带材卷圈(6)处的设备(7、18)，该设备具有保持机构，其特征在于，所述保持装置(10)具有至少一个摩擦焊接设备(11、19)，以用于材料连接地连接所述带材端部区段(5、5’)与所述带材卷圈(6)。
10.根据权利要求9所述的设备(7、18)，其特征在于，所述保持装置实施为焊接机器人。
11.根据权利要求9或10所述的设备(7、18)，其特征在于，所述保持装置(10)包括至少一个传感器单元(25)，以用于探测所述带材端部区段(5、5’)的位置和/或形状，和/或用于探测在所述卷材(8)的孔眼(9)内提供的、用于能引入所述孔眼中的摩擦焊接设备(11、19)的空间。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的设备(7、18)，其特征在于，所述焊接机器人/所述保持装置(10)具有用于对外保护所述摩擦焊接设备(11、19)的至少一个保护单元和/或用于冷却所述摩擦焊接设备(11、19)的至少一个冷却单元。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的设备(7、18)，其特征在于，所述焊接机器人/所述保持装置(10)具有至少一个支撑单元(23)，以用于将所述摩擦焊接设备(11、19)自动化地支撑在所述卷材(2、3、4、8)处。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的设备，其特征在于，所述摩擦焊接设备为搅拌摩擦焊接设备或摩擦点焊设备。
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