CN1475329A - 利用剪切连接的钢板拼接设备 - Google Patents

Abstract

一种钢板拼接设备，包括一个用于加热在先材料和在后材料的钢板加热装置和一个用于连接在先材料和在后材料的剪切－连接装置。在先材料是当前正要进行浸酸或浸酸冷轧的钢板，在后材料是下一步将要进行浸酸或浸酸冷轧的钢板。在剪切－连接装置中，模具和夹钳夹住在先材料和在后材料的交迭处，打孔机再对其进行剪切，以使各自新形成的表面相互接触从而连接起来。

Description

利用剪切连接的钢板拼接设备

文中涉及的2002年7月11日提出的申请号为2002-202321的日本专利申请的全部公开内容(包括说明书、权利要求书、附图和摘要)在此仅作参考。

技术领域

本发明涉及一种利用剪切连接技术的钢板拼接设备，尤其涉及一种适合于连接已经过热轧、将要被浸酸或浸酸冷轧处理的钢板的钢板拼接设备。

背景技术

通常，如图16A和16B所示，当前正要进行浸酸或浸酸冷轧的钢板1(下文中称之为在先材料)和下一步将要被浸酸或浸酸冷轧的钢板2(下文中称之为在后材料)通过如电弧对接处理或激光处理被连接在一起。

在先材料1逐一通过剪床10、一个夹紧装置11、一个如激光焊机或电弧对接机的连接装置12和又一个夹紧装置11，经过开槽处理1001和连接处理1002，然后被送入打环装置1003和浸酸装置1004。

在先材料1和在后材料2被相应的夹紧装置11夹住，在后材料2通过连接装置12被激光焊接或电弧对焊在在先材料1上。

顺便提一下，钢板必须以预定速度连续传送，这是因为，如果钢板正在浸酸池时停止传送，其表面性质会因过渡浸酸而被损坏。

由于传统的连接方法连接时间长、且需要安装一个大的打环装置(缓冲钢板装置)，所以产生了一个使整个装置尺寸变大的问题。

发明内容

本发明的目的是要解决上述在传统钢板拼接设备中存在的问题，并提供一种可以简化打环装置的钢板拼接设备。

为了达到上述目的，本发明提供了一种包括一个钢板加热装置和一个剪切-连接装置的钢板拼接设备，其中钢板加热装置用于将在先材料和在后材料加热到一个预定温度，在先材料是当前正要进行浸酸或浸酸冷轧的钢板，在后材料是下一步将要进行浸酸或浸酸冷轧的钢板；在所述剪切-连接装置中，借助模具和夹钳夹住在先材料尾部和在后材料头部相互重叠形成的交迭处，再用打孔机以这样的方式对在先材料的尾部和在后材料的头部进行剪切，即，剪切后新形成的尾部表面和头部表面相互接触，从而将在后材料的头端部分连接到在先材料的尾端部分上。因此，与如电弧对接处理和激光处理这样的传统连接技术相比，被连接的表面所需精确率低，连接时间很短，从而使整个连接过程所用时间大大缩短，同时打环装置也被大大简化。

钢板加热装置可以包括一个通过感应加热方式加热在后材料的设备和一个用加热钳夹住在先材料和在后材料的设备，以便通过接触式热传导的方式把热量从加热钳传送到在先材料和在后材料，其中加热钳通过感应加热先被预热。这样，在先材料和在后材料就被可靠加热。

可替换地，钢板加热装置包括一个通过感应加热方式加热在后材料的设备和一个通过感应加热方式加热在先材料和在后材料交迭部分的设备。在这种情况下在先材料和在后材料同样被可靠加热。

可替换地，钢板加热装置可包括一个通过感应加热方式加热在先材料和在后材料交迭部分的设备。在这种情况下在先材料和在后材料同样被可靠加热。

优选地，剪切-连接装置最好在钢板温度等于或高于350℃和间隙比例c/t等于或小于5％的条件下进行连接，间隙比例c/t是由等式c/t＝D/(t1+t2)×100表示的打孔机和模具之间的间隙，其中D代表打孔机和模具之间的距离，t1、t2代表在在先材料和在后材料的交迭处量得的它们各自相应的厚度。这样，就完成了接缝强度大于基体材料强度的良好连接。

剪切-连接装置可以以接缝表面沿线性或非线性的方式进行连接操作。这两种情况下新形成的表面都能可靠连接在一起。

剪切-连接装置还可以以下述方式进行连接操作：打孔机将朝着自己的钢板面压下以便连接到沿钢板宽度方向任意位置的另一块钢板上。此外，剪切-连接装置还可以由打孔机形成一个圆柱形接缝表面来进行连接操作。

附图说明

图1A和图1B是本发明实施例一所述的钢板拼接设备的全视图，其中图1A表示连接过程中的一种状态，图1B表示连接后的一种状态；

图2是实施例一所述的一种剪切-连接装置的说明性视图(连接前看)；

图3是实施例一所述的一种剪切-连接装置的说明性视图(连接后看)；

图4是实施例一所述的一个接缝表面的说明性视图；

图5A和图5B是本发明实施例二所述的钢板拼接设备的全视图，其中图5A表示连接过程中的一种状态，图5B表示连接后的一种状态；

图6是实施例二所述的一种剪切-连接装置的说明性视图(连接前看)；

图7是实施例二所述的一种剪切-连接装置的说明性视图(连接后看)；

图8是实施例二所述的一个接缝表面的说明性视图；

图9A和图9B是本发明实施例三所述的钢板拼接设备的全视图，其中图9A表示连接过程中的一种状态，图9B表示连接后的一种状态；

图10是实施例三所述的一种剪切-连接装置的说明性视图(连接后看)；

图11A和图11B是实施例三所述的一个接缝表面的说明性视图；

图12A和图12B是实施例一所述的剪切操作的说明性视图；

图13是接缝强度和连接温度(钢板温度)之间的关系曲线图；

图14是接缝强度和间隙比例之间的关系曲线图；

图15A和图15B是传统拼接方法和本发明所述拼接方法的示意图；以及

图16A和图16B是传统钢板拼接设备的全视图，其中图16A表示连接过程中的一种状态，图16B表示连接后的一种状态。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的实施例。

实施例一

图1A、1B、2、3和图4表示本发明实施例一所述的钢板拼接设备。

如图1A和图1B所示，本实施例所述的钢板拼接设备包括一个钢板加热装置100和一个剪切-连接装置200。在传统设备中，通过剪切-连接装置200的钢板1经过开槽处理和连接处理，再被送入打环装置和浸酸装置中。

在图2和图3中，在先材料位于在后材料之上。但是在先材料和在后材料的位置关系并不局限于此，也就是说在后材料也可以位于在先材料之上。图2到图4表示沿钢板厚度方向截取的横截面看(在X-Z平面上看)到的在连接过程中和连接后在先材料和在后材料的状态。

在图1A和图1B中，夹紧装置、打孔机和打孔机底座部件是可垂直移动的，模具是固定的。但模具并非必须要固定，也可以在一定条件下垂直移动。

钢板加热装置100包括一个在后材料加热装置31、一个在后材料加热装置32和一个在先/在后材料加热装置4，其适用于把钢板1和2加热到某一预定温度。

在此，“加热到某一预定温度”是指例如一块室温(约30℃)钢板可以被加热到1000℃或者更高。

在后材料加热装置31适用于通过感应加热加热一个当前正要进行浸酸或浸酸冷轧的钢板(下文指在先材料)1的头部。在后材料加热装置32适用于通过感应加热加热一个下一步将要进行浸酸或浸酸冷轧的钢板(下文指在后材料)2的头部。

加热在先材料1的方法并不局限于图1A和图1B中所示的感应加热。在先材料1可以利用一个火炉或从一个热源体上通过接触式热传导进行直接或辐射加热。这同样适用于对在后材料2的加热。

在后材料2被加热之后，在先材料1的尾端部分和在后材料2的头端部分相互重叠。加热装置4将在先材料1和在后材料2的交迭部分夹紧并通过接触式热传导加热交迭部分。加热装置4是一个加热钳(一个高温部件)，通过感应加热被预热到某一预定温度。

加热装置4并非必须要进行接触式热传导，还可以用感应加热或用例如火炉等热源加热。

在后材料2可以在本过程中一起被加热，而不用再进行单独加热。

剪切-连接装置200包括一个固定模具6、一个相对模具6可以垂直移动的夹钳5、一个可垂直移动的打孔机7和一个打孔机底座部件8。

如图2所示，在先材料1和在后材料2的交迭部分在模具6和夹钳5之间通过夹钳5向模具6的移动被夹紧，打孔机7压向打孔机底座部件8完成打孔。结果，在两块钢板的交迭处，打孔机7使一个钢板产生断裂面以和另一个钢板的断裂面相连。

在图2中，在先材料位于在后材料之上。但是在先和在后材料之间的位置关系并不局限于此；也就是说在后材料也可以位于在先材料之上。

如图3所示，在先材料1的尾端部分和在后材料2的头端部分在加热后被剪切，各自新形成的表面组成一个接缝表面(在图3中用虚线标出)。新形成的各面在其间没有如氧化物薄膜等杂质的高温条件下相互接触。这种杂质通常出现在高温下的钢板表面上。

如图2所示，按照本实施例，由于受到夹钳5、打孔机7、打孔机底座部件8和模具6沿X方向或径向产生的挤压力，新形成的表面在高温下相互接触，通过金属原子的扩散被连接在一起。

如图4所示，本实施例中所述的打孔机7和模具6采用这样的结构：其接缝表面在X-Y平面内直线延伸。

本实施例所述的钢板拼接设备用钢板来作测试。测试结果如图13所示。图13中，当钢板温度等于或高于350℃时为良好连接条件，在该条件下形成一个接缝，接缝强度大于基体材料的强度。同样，如图14所示，当由下面等式(1)定义的间隙比例等于或低于5％时，在良好连接条件下形成一个接缝，且接缝强度大于基体材料的强度。

图13和图14中的“良好连接”是指接缝强度等于或大于基体材料强度，并且在钢板浸酸或浸酸冷轧过程中不允许出现裂痕。基体材料的强度根据基体材料而变并且属基体材料特有。但是，因为测试表明在钢板温度等于或高于350℃及在间隙比例c/t等于或小于5％时，接缝强度等于或大于基体材料强度，所以本发明规定钢板温度要等于或大于350℃，间隙比例c/t要等于或小于5％。特别地，基体材料的强度是指基体材料的抗拉强度。图13示出了在进行连接的过程中钢板温度作为参数变化时接缝强度的测试结果。图14示出了在进行连接的过程中间隙比例作为参数变化时接缝强度的测试结果。

c/t＝D/(t1+t2)×100...(1)

其中D是沿X方向上打孔机7和钢型6之间的间隙，t1和t2分别是在在先材料1和在先材料2的交迭处量得的它们各自的厚度。

如图15A和图15B所示，与传统的连接方法(例如电弧对接处理和激光处理)相比，本实施例所述的钢板拼接方法的优点在于，其被连接表面所需精确率低、连接时间短，有时只用一秒或更短时间。这样，整个连接过程所用时间就大大缩短，同时打环装置也被大大简化。

特别地，根据传统方法，如图15A中虚线标识的部分所示，在后材料的头端表面和在先材料的尾端表面相对接；这样，连接的准备工作占用了25秒。比较来看，本实施中如图15B中折线标识的部分所示，在后材料的头端部分和在先材料的尾端部分相重叠；这样，连接的准备工作所耗时间将比25秒大大减少。

此外，因为传统方法采用将电压作用于全部端面的电弧对接处理或靠移动激光头实现的激光处理，其连接时间大概需要10秒。比较来看，本实施例中的连接时间即打孔机7的打孔时间为一秒或更短，因此很短。

实施例二

图5A、5B、6、7和图8是本发明实施例二所述的钢板拼接设备。

在图6和图7中，在先材料位于在后材料之上。但是在先和在后材料之间的位置关系并不局限于此；也就是说在后材料也可以位于在先材料之上。图6到图8表示沿钢板厚度方向截取的横截面看(在X-Z平面上)连接过程中和连接后在先、在后材料的状态。特别地，为了说明沿钢板宽度方向的接缝状态，图8示出一个从钢板上面看在X-Y平面上的视图。

在图5A和图5B中，夹钳、打孔机和打孔机底座部件是可垂直移动的，模具是固定的。但模具并非必须要固定，也可以在一定条件下垂直移动。

如图5A和图5B所示，本实施例所述的钢板拼接设备采用的基本结构与实施例一大致相同，与实施例一不同的是，如图8所示，其接缝表面在X-Y平面上沿曲形线或矩形线延伸。

本实施例中的打孔机7和模具6按照使接缝表面呈上述形状的方式构成。本实施例的其它结构特征与实施例一相同。

因此，如图6所示，在本实施例中的一个在先材料1和在后材料2的交迭部分，通过夹钳5朝模具6方向的运动，该交迭部分被紧紧夹在模具6和夹钳5之间，打孔机7朝打孔机底座8方向压下完成打孔。结果，在两块钢板的交迭处打孔机7使一块钢板产生断裂面以和另一个钢板的断裂面相连。

如图7示，在先材料1的尾端部分和在后材料2的头端部分在加热后被剪切，各自新形成的表面组成一个接缝表面(在图7中用虚线标出)。新形成的各面在其间没有如氧化物薄膜等杂质的高温条件下相互接触。这种杂质通常出现在高温下的钢板表面上。

像实施例一一样，本实施例也有如下的特征：当钢板温度等于或高于350℃时，接缝在良好连接条件下形成，且接缝强度大于基体材料的强度。同样，当由上面等式(1)定义的间隙比例等于或低于5％时，接缝在良好连接条件下形成，且接缝强度大于基体材料的强度。

实施例三

图9A、9B、10、11A和图11B是本发明实施例三所述的钢板拼接设备。

在图10中，在先材料位于在后材料之上。但是在先和在后材料之间的位置关系并不局限于此；也就是说在后材料也可以位于在先材料之上。

图10、11A和图11B表示沿钢板厚度方向截取的横截面看(在X-Z平面上看)在连接过程中和连接后在先材料和在后材料的状态。特别地，为了说明沿钢板宽度方向的接缝状态，图11A示出一个从钢板上面看在X-Y平面上的视图。

在图9A和图9B中，夹钳、打孔机和打孔机底座部件是可垂直移动的，模具是固定的。但模具并非必须要固定，也可以在一定条件下垂直移动。

如图9A和图9B所示，本实施例所述的钢板拼接设备采用的基本结构与实施例一大致相同，与实施例一不同的是，如图11A和11B所示，任意个接缝表面沿钢板宽度方向(沿Y轴方向)延伸；也就是说，接缝表面沿钢板宽度方向不是连续的。

因此，本实施例中剪切-连接装置200是这样配置的：将一个可垂直移动的打孔机7置于两个夹钳5中间，其中夹钳相对于相应的模具6可垂直移动。如图10所示，压下打孔机7剪切在先材料1和在后材料2，由此将各自新形成的表面连接在一起。

如实施例一一样，本实施例也有如下的特征：当钢板温度等于或高于350℃时，在良好连接条件下形成一个接缝，接缝强度大于基体材料的强度。同样，当由上面等式(1)定义的间隙比例等于或低于5％时，在良好连接条件下形成一个接缝，接缝强度大于基体材料的强度。

在本实施例中，接缝是一个圆柱形接缝表面。但是本发明并不局限于此。接缝表面可以是如矩形的任意形状。

Claims (9)

1、一种钢板拼接设备，包括：

一个将在先材料和在后材料加热到预定温度的钢板加热装置，其中在先材料是当前正要进行浸酸或浸酸冷轧的钢板，在后材料是下一步将要进行浸酸或浸酸冷轧的钢板；以及

一个用模具和夹钳夹住在先材料的尾端部分和在后材料的头端部分的交迭处，并以如下方式通过打孔机剪切在先材料的尾端部分和在后材料的头端部分的剪切-连接装置，即，剪切后新形成的尾端部分和头端部分的表面相接触以连接在后材料的头端部分和在先材料的尾端部分。

2、一种如权利要求1所述的钢板拼接设备，其特征在于，所述钢板加热装置包括一个通过感应加热方式加热在后材料的设备和一个用加热夹钳夹住在先材料和在后材料的设备，以便通过接触式热传导将热量从加热夹钳上传到在先材料和在后材料，其中加热夹钳通过感应加热先被预热。

3、一种如权利要求1所述的钢板拼接设备，其特征在于，所述钢板加热装置包括一个通过感应加热方式加热在后材料的设备和一个通过感应加热方式加热在先材料和在后材料交迭处的设备。

4、一种如权利要求1所述的钢板拼接设备，其特征在于，所述钢板加热装置包括一个通过感应加热方式加热在先材料和在后材料交迭处的设备。

5、一种如权利要求1所述的钢板拼接设备，其特征在于，剪切-连接装置在钢板温度等于或高于350℃和间隙比例c/t等于或小于5％的条件下进行钢板的连接操作，间隙比例c/t由等式c/t＝D/(t1+t2)×100定义，其中D代表打孔机和模具之间的距离，t1、t2代表在在先材料和在后材料的交迭处量得的它们各自相应的厚度。

6、一种如权利要求1或5所述的钢板拼接设备，其特征在于，剪切-连接装置进行连接操作时接缝表面沿直线延伸。

7、一种如权利要求1或5所述的钢板拼接设备，其特征在于，剪切-连接装置进行连接操作时接缝表面非线性延伸。

8、一种如权利要求1所述的钢板拼接设备，其特征在于，剪切-连接装置进行连接操作时，朝着打孔机的钢板面被打孔机压下以便连接到沿钢板宽度方向任意位置的另一块钢板上。

9、一种如权利要求1或8所述的钢板拼接设备，其特征在于，剪切-连接装置进行连接操作时打孔机形成一个圆柱形接缝表面。

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