DE102017213986A1 - Apparatus and method for friction welding warm metallic products - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung und Verfahren zum Reibschweißen warmer metallischer Produkte wie Bänder und/oder Brammen, insbesondere Dünnbrammen, umfassend eine Fördereinrichtung für mindestens zwei hintereinander angeordnete Bänder und/oder Brammen (i, i+1) und eine Andrückvorrichtung (6) zum Andrücken des Kopfes des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme (i+1) an das Ende des voreilenden Bandes und/oder der Bramme (i), wobei die Andrückvorrichtung (6) ein Losteil (L) und ein Festteil (F) oder zwei Losteile (L) aufweist und zum Fixieren von Kontaktflächen der Bänder und/oder Brammen (i, i+1) zueinander dient, wobei das Losteil (L) gegenüber dem Festteil (F) oder die zwei Losteile (L) gegeneinander so in Vibration versetzt werden können, dass die zwei hintereinander angeordneten Bänder und/oder Brammen (i, i+1) miteinander unter Einfluss der Reibenergie zwischen den Kontaktflächen und unter einem aufgebrachten definierten Druck oder einer definierten Kraft verschweißbar sind, und die Kontaktflächen so beschaffen und/oder ausgerichtet sind, dass zu Beginn des Reibschweißprozesses die Kontaktflächen eine Punkt- oder Linienberührung oder einen Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche, vorzugsweise von weniger als 20% in Bezug auf die gesamte zugehörige Kontaktfläche, aufweisen. Device and method for friction welding hot metallic products such as strips and / or slabs, in particular thin slabs, comprising a conveyor for at least two successively arranged bands and / or slabs (i, i + 1) and a pressing device (6) for pressing the head of the trailing Band and / or the slab (i + 1) to the end of the leading band and / or the slab (i), wherein the pressing device (6) has a loose part (L) and a fixed part (F) or two loose parts (L) and for fixing contact surfaces of the bands and / or slabs (i, i + 1) to each other, wherein the loose part (L) relative to the fixed part (F) or the two loose parts (L) against each other can be vibrated so that the two successively arranged bands and / or slabs (i, i + 1) are welded together under the influence of frictional energy between the contact surfaces and under an applied defined pressure or a defined force, and the Ko ntaktflächen are so designed and / or aligned that at the beginning of the friction welding process, the contact surfaces have a point or line contact or contact along a reduced partial contact surface, preferably less than 20% with respect to the entire associated contact surface.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reibschweißen warmer metallischer Produkte wie Vorbänder, nachfolgend auch nur Bänder genannt, und/oder Brammen, insbesondere Dünnbrammen, wie sie in sogenannten CSP-Anlagen gefertigt werden.The invention relates to a device and a method for friction welding warm metallic products such as pre-bands, hereinafter also referred to as bands, and / or slabs, in particular thin slabs, as they are manufactured in so-called CSP systems.
Derartige CSP-Anlagen walzen vorab gegossene Dünnbrammen im Wesentlichen unter Ausnutzung der Gießhitze direkt entweder im Batch-Betrieb, im Semi-Endlos-Betrieb oder im Endlos-Betrieb direkt zum Warmband aus.Such CSP plants roll pre-cast thin slabs directly using the casting heat directly either in batch mode, in semi-continuous operation or in continuous operation directly to the hot strip.
Stand der TechnikState of the art
Einrichtungen zum Verbinden von Vorbändern oder Knüppeln vor einer Fertigstraße zum Endloswalzen sind bekannt. Beispiele für den Stand der Technik sind die
Als Verbindungstechnologien sind dem Fachmann prinzipiell das mechanische Verbinden bekannt, beispielsweise durch Nieten und anschließendes Zusammenwalzen, durch Pressschweißen, bevorzugt nach induktivem Vorwärmen der Verbindungsstelle, durch formschlüssiges Verbinden, Lichtbogenschweißen und Überlappen der Vorbänder sowie anschließendes Schneiden und gleichzeitiges Festpressen.As joining technologies, those skilled in the art, in principle, the mechanical bonding known, for example by riveting and subsequent co-rolling, by pressure welding, preferably after inductive preheating the joint, by positive connection, arc welding and overlapping of the pre-bands and subsequent cutting and simultaneous pressing.
Insbesondere in CSP-Anlagen muss die Walzgeschwindigkeit im Wesentlichen auf die Gießgeschwindigkeit der vorgeschalteten Gießanlage abgestimmt werden, um entweder einen Direkteinsatz ohne Schneiden der gegossenen Dünnbramme zu ermöglichen oder aber die Fertigwalzstraße in einer betriebswirtschaftlich sinnvollen Weise nutzen zu können. In den Patentanmeldungen
Nachteilig ist hierbei, dass mit dem Massenfluss der Gießanlage auch gewalzt werden muss und sich deshalb oft eine relativ niedrige Endwalztemperatur einstellt und/oder zusätzlich innerhalb der Walzstraße das Vorband aufwändig nachgeheizt werden muss. Weiterhin ist die Produktivität der Gesamtanlage betriebswirtschaftlich vergleichsweise niedrig, da nur eine Gießmaschine mit der Walzstraße beim Endlos-Gieß-Walzen verbunden werden kann, die Walzstraße aber prinzipiell einen deutlich höheren Massenfluss erlaubt als eine einzelne Gießmaschine.The disadvantage here is that with the mass flow of the casting plant must also be rolled and therefore often sets a relatively low Endwalztemperatur and / or additionally the Vorband must be rehashed consuming within the rolling mill. Furthermore, the productivity of the overall system is economically comparatively low, since only one casting machine can be connected to the rolling train during continuous casting rolling, but in principle the rolling train allows a significantly higher mass flow than a single casting machine.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es war daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren anzugeben, mit denen einer oder mehrere der oben genannten Nachteile überwunden werden können.It was therefore an object of the invention to specify an apparatus and a method with which one or more of the abovementioned disadvantages can be overcome.
Gelöst wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.The object is achieved with a device having the features of
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zum Reibschweißen warmer metallischer Produkte wie Bänder und/oder Brammen, insbesondere Dünnbrammen, eine Fördereinrichtung für mindestens zwei hintereinander angeordnete Bänder und/oder Brammen sowie eine Andrückvorrichtung zum Andrücken des Kopfes des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme an das Ende des voreilenden Bandes und/oder der Bramme auf. Die Andrückvorrichtung kann zwei Klemmeinrichtungen aufweisen, die zum Klemmen bzw. Einspannen der beiden zu verbindendenden Band- oder Brammenenden eingerichtet sind. Es sei darauf hingewiesen, dass zwischen den beiden Kontaktflächen ein Konturelement, das weiter unten beschrieben ist, vorgesehen sein kann. Die Formulierung „Andrücken“ impliziert daher nicht notwendigerweise einen direkten Kontakt zwischen den beiden Kontaktflächen der zu verbindenden Bänder bzw. Brammen, auch wenn dies gemäß bestimmter Ausführungsformen der Fall ist. Die Andrückvorrichtung weist erfindungsgemäß ein Losteil und ein sogenanntes Festteil auf, um die Kontaktflächen der Bänder und/oder Brammen zueinander zu fixieren, wobei das Losteil gegenüber dem Festteil so in Vibrationen versetzt werden kann, dass die zwei hintereinander angeordneten Bänder und/oder Brammen miteinander unter Einfluss der Reibenergie zwischen den Kontaktflächen verschweißbar sind. Die Reibenergie kann ein plastisches Fließen an den Kontaktflächen bewirken. Alternativ können zu diesem Zweck zwei Losteile, ohne Festteil, vorgesehen sein. Die Kontaktflächen sind so beschaffen und/oder ausgerichtet, dass zu Beginn des Reibschweißprozesses die Kontaktflächen eine Punkt- oder Linienberührung oder einen Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche, vorzugsweise von weniger als 20% in Bezug auf die gesamte zugehörige Kontaktfläche, aufweisen.According to the invention, the apparatus for friction welding of warm metallic products such as strips and / or slabs, in particular thin slabs, a conveyor for at least two successively arranged belts and / or slabs and a pressing device for pressing the head of the trailing belt and / or the slab to the end of the leading strip and / or slab. The pressing device may have two clamping devices, which are designed for clamping or clamping the two band or slab ends to be joined. It should be noted that a contour element, which is described below, may be provided between the two contact surfaces. The wording "pressing" therefore does not necessarily imply direct contact between the two contact surfaces of the tapes or slabs to be joined, although this is the case according to certain embodiments. According to the invention, the pressing device has a release part and a so-called fixed part in order to fix the contact surfaces of the belts and / or slabs to each other, whereby the release part can be vibrated relative to the fixed part such that the two belts and / or slabs arranged one behind the other are under one another Influence of the friction energy between the contact surfaces are weldable. The friction energy can cause a plastic flow at the contact surfaces. Alternatively, two loose parts, without a fixed part, can be provided for this purpose. The contact surfaces are such and / or oriented that at the beginning of the friction welding process, the contact surfaces have a point or line contact or contact along a reduced partial contact area, preferably less than 20% with respect to the entire associated contact area.
Wenn im Weiteren von „Dünnbrammen“ oder „Brammen“ die Rede ist, sind Bänder oder bandförmige Produkte mitumfasst. Sie sind nur zur Verbesserung der Lesbarkeit nicht immer explizit genannt. Es sei darauf hingewiesen, dass die zu verschweißenden Stirnflächen der Brammen als Kontaktflächen bezeichnet werden, auch wenn sie zu Beginn des Verschweißens nur teilweise - etwa punkt- oder linienförmig oder entlang einer Teilkontaktfläche - miteinander in Kontakt stehen. Die prozentuale Angabe einer Teilkontaktfläche bezieht sich auf die gesamte zugehörige Stirnfläche, die während des Reibschweißens mehr und mehr mit der gegenüberliegenden Stirnfläche in Kontakt kommt, bis schließlich im Wesentlich die gesamte Stirnfläche reibverschweißbar ist. Die einseitige (die Kontaktfläche nur einer Bramme ist konturiert) oder beidseitige (die Kontaktflächen beider Brammen sind konturiert) Konturierung ist so eingerichtet, dass sich unmittelbar vor dem Verschweißen eine Punkt- oder Linienberührung oder ein Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche von vorzugsweise weniger als 20% der Kontaktfläche ergibt. Dies umfasst eine zeitweise Punkt- oder Linienberührung oder einen zeitweisen Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche zu Beginn des Reibschweißprozesses. In anderen Worten: Es ist möglich und zulässig, dass an einer bestimmten Position während der Oszillationsbewegung zu Beginn des Reibschweißprozesses ein hoher flächiger Kontakt auftritt, sofern an einer anderen Position bzw. zu einem anderen Zeitpunkt die besagte Punkt- oder Linienberührung oder der Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche vorliegt. Dadurch werden eine hohe lokale Pressung und ein hoher lokaler Wärmeenergieeintrag erzielt. Weiterhin kann dadurch ein eventuell vorhandener Zunder während der Vibrationsbewegung besser nach außen verdrängt werden. Mit zunehmender Reibdauer unter einem definierten Druck oder einer definierten Kraft entsteht ein zunehmend flächiger Kontakt zwischen den Kontaktflächen bis vorzugsweise die gesamte Kontaktfläche zur Anlage kommt und sich nach einem abschließenden Druck eine gute Reibschweißverbindung einstellt. Das neue Verbindungsverfahren und der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reibschweißen stellen somit eine schnelle, zuverlässige und wenig aufwändige Verbindungstechnologie bereit.When the term "thin slabs" or "slabs" is mentioned, are bands or band-shaped products included. They are not always explicitly named to improve readability. It should be pointed out that the end faces of the slabs to be welded are referred to as contact surfaces, even if they are only partially in contact with one another at the beginning of the welding, for instance in the form of points or lines or along a partial contact surface. The percentage indication of a partial contact surface refers to the entire associated end face, which during the friction welding more and more comes into contact with the opposite end face, until finally substantially the entire end face is reibverschweißbar. The one-sided (the contact surface of only one slab is contoured) or two-sided (the contact surfaces of both slabs are contoured) Contouring is arranged so that immediately before welding a point or line contact or contact along a reduced partial contact area of preferably less than 20% the contact area results. This includes a temporary point or line contact or a temporary contact along a reduced partial contact area at the beginning of the friction welding process. In other words, it is possible and permissible that at a certain position during the oscillatory movement at the beginning of the friction welding process, a high surface contact occurs, if at another position or at another time, the said point or line contact or the contact along a reduced partial contact area is present. As a result, a high local pressure and a high local thermal energy input are achieved. Furthermore, any existing scale can be better displaced to the outside during the vibration movement. With increasing friction time under a defined pressure or a defined force, an increasingly flat contact between the contact surfaces is formed until, preferably, the entire contact surface comes to rest and after a final pressure a good friction-welded connection is achieved. The new connection method and the use of the inventive device for friction welding thus provide a fast, reliable and inexpensive connection technology.
Die erfindungsgemäße Verbindungstechnologie nutzt das Reibschweißen bzw. Vibrationsschweißen. Im Gegensatz zum Reibschweißen von kalten Bauteilen, wie dies beispielsweise in der
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Konturierungseinrichtung auf, die eingerichtet ist, um eine oder beide Kontaktflächen so zu bearbeiten, vorzugsweise durch Schneiden, Fräsen, Biegen, Pressen, Deformieren und/oder (das „und/oder“ bezieht sich stets auf alle Elemente der Aufzählung, wodurch alle möglichen Kombinationen umfasst sind) Flämmen, dass zu Beginn des Reibschweißprozesses zwischen den Kontaktflächen eine Punkt- oder Linienberührung oder ein Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche, vorzugsweise von weniger als 20%, vorliegt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vor dem Reibschweißprozess ein Konturelement, etwa ein Draht, Drahtgeflecht oder Profilstab, zwischen die Kontaktflächen gebracht werden, so dass zu Beginn des Reibschweißprozesses die Kontaktflächen mit dem Konturelement eine Punkt- oder Linienberührung oder einen Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche, vorzugsweise von weniger als 20%, aufweisen.Preferably, the apparatus comprises a contouring device adapted to process one or both contact surfaces, preferably by cutting, milling, bending, pressing, deforming and / or (the "and / or" always refers to all elements of the list by which all possible combinations are included) scarfing that at the beginning of the friction welding process between the contact surfaces there is a point or line contact or a contact along a reduced partial contact area, preferably of less than 20%. Alternatively or additionally, before the friction welding process, a contour element, such as a wire, wire mesh or profiled bar, be brought between the contact surfaces, so that at the beginning of the friction welding process, the contact surfaces with the contour element, a point or line contact or contact along a reduced partial contact surface, preferably less than 20%.
Ziel der Konturierung ist es, dass die beiden benachbarten Kontaktflächen in einem Winkel zueinander stehen, unterschiedliche Formen oder Profilierungen haben, erhabene Stellen oder Vertiefungen vorhanden sind, so dass zu Beginn des Verschweißens eine Punkt- oder Linienförmige oder teilflächige Anlage der oben beschriebenen Art erzielt wird. Die Bearbeitung der Kontaktfläche(n) kann hierbei unmittelbar vor der Verbindungseinrichtung durchgeführt werden. Alternativ kann die Bearbeitung der Kontaktfläche(n) funktional und/oder örtlich getrennt, so beispielsweise vor einem Rollenherdofen, durchgeführt werden. Um ein punkt- oder linienförmiges Anschweißen auch im Fall nicht konturierter Kontaktflächen zu ermöglichen, kann alternativ oder zusätzlich ein Konturelement zwischen den Kontaktflächen vorgesehen sein. Das Konturelement kann in Breitenrichtung und/oder Dickenrichtung der Bramme(n) verlaufen. Vorzugsweise ist das Konturelement vor der Kontaktfläche der Bramme der Festseite
Vorzugsweise ist die Andrückvorrichtung entlang zumindest einer Teilstrecke der Fördereinrichtung beweglich angeordnet. Hierdurch wird eine Vorrichtung geschaffen, mit der das Verbinden zweier aufeinanderfolgender Bänder und/oder Brammen flexibel und gegebenenfalls auch im Takt der Förderung der einzelnen Bänder und/oder Brammen hin zur Walzstraße umgesetzt werden kann. Besonders bevorzugt ist Bewegbarkeit der Andrückvorrichtung mit der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung synchronisierbar.Preferably, the pressing device is arranged to be movable along at least part of the conveyor. In this way, a device is provided with which the joining of two successive bands and / or slabs can be implemented flexibly and optionally also in time with the promotion of the individual bands and / or slabs to the rolling train. Mobility of the pressing device is particularly preferably synchronized with the speed of the conveyor.
Die Konturierungseinrichtung ist ein Beispiel für ein Mittel zum Bearbeiten des Endes des vorauseilenden Bandes und/oder der Bramme und/oder des Kopfs des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme. Zusätzlich dazu oder alternativ kann ein solches Mittel zum Bearbeiten eine Stanzschere umfassen, die eingerichtet ist, um das Ende des vorauseilenden Bandes und/oder der Bramme und den Kopf des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme zeitgleich zu beschneiden. Hierdurch wird Zeit gespart. Ferner sind die Kontaktflächen bereits parallel ausgerichtet und passen beim anschließenden Verbindungsprozess gut, insbesondere keilfrei, zusammen.The contouring means is an example of means for processing the end of the leading strip and / or the slab and / or the head of the trailing strip and / or the slab. In addition or alternatively, such machining means may comprise a die cutter arranged to simultaneously trim the end of the leading strip and / or the slab and the head of the trailing strip and / or the slab. This saves time. Furthermore, the contact surfaces are already aligned parallel and fit well in the subsequent connection process, in particular wedge-free, together.
Aufgrund des Umstands, dass auf warmen metallischen Produkten Zunder anhaftet, ist die Vorrichtung vorzugsweise so ausgelegt, dass der Zunder vor dem Reibschweißen von den Kontaktflächen entfernt wird. Dies kann beispielsweise durch Bewegung der Band- oder Brammenenden vertikal in Dickenrichtung und/oder horizontal in Breitenrichtung zueinander, vorzugsweise bei niedriger Anpresskraft und vergleichsweise großer Amplitude, erfolgen, wodurch der Zunder zum großen Teil abgeschabt oder weggeschoben werden kann. Alternativ lässt sich ein Großteil des Zunders seitlich an den Kopfseiten unmittelbar vor dem Zusammenfügen auch durch mechanisches Bürsten, Fräsen, Hobeln oder Feilen, Entzundern der Stirnseitenflächen mittels eines Wasserstrahls, Abschneiden von Kopf und Ende oder kurzzeitiges Zusammendrücken der Brammen und/oder Bänder im Kopf-Enden-Bereich von der Seite oder von Oben mit Stempeln oder Quetschrollen oder Stauchwalzen im Zunderbrecherprinzip beseitigen. Letztes ist besonders vorteilhaft, da gleichzeitig die Brammenenden gerichtet und von eventuellen Querwölbungen befreit werden. Auch ein Entzundern durch Flämmen der Kontaktflächen oder Anlegen von Strom zwischen den beiden Brammenenden ist möglich.Due to the fact that scale adheres to warm metallic products, the device is preferably designed so that the scale is removed from the contact surfaces prior to friction welding. This can be done, for example, by movement of the belt or slab ends vertically in the thickness direction and / or horizontally in the width direction to each other, preferably at low contact pressure and relatively large amplitude, whereby the scale can be scraped off or pushed away to a large extent. Alternatively, a large part of the scale can be laterally at the head sides immediately prior to assembly by mechanical brushing, milling, planing or filing, descaling the front surfaces by means of a water jet, cutting head and end or short-term compression of the slabs and / or bands in the head Remove the end area from the side or from the top using punches or squeeze rolls or scallop-type bevelling rolls. The latter is particularly advantageous because at the same time the slab ends are directed and freed from any transverse bulges. Descaling by scarfing the contact surfaces or applying current between the two slab ends is also possible.
Vorzugsweise weist die Andrückvorrichtung und/oder die Transportstrecke vor der Andrückvorrichtung Mittel zum Zentrieren und/oder Ausrichten der Bänder und/oder Brammen auf der Fördereinrichtung auf, wobei diese Mittel vorzugsweise zumindest teilweise innerhalb eines Rollenherdofens vorgesehen sind. Indem zumindest ein Teil der Zentrierarbeit in den Rollenherdofen verlegt wird, kann Platz eingespart werden. Teile oder doi Gesamtheit der ofeninneren Zentriermittel können in den Rollenherdofen einfahrbar und aus diesem ausfahrbar eingerichtet sein.Preferably, the pressing device and / or the transport path in front of the pressing device on means for centering and / or aligning the belts and / or slabs on the conveyor, said means are preferably at least partially provided within a roller hearth furnace. By laying at least part of the centering work in the roller hearth furnace, space can be saved. Parts or doi entirety of the furnace inner centering can be retracted in the roller hearth furnace and set out from this.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Einrichtung auf, durch welche eine oder beide Kontaktflächen der Brammen und/oder Bänder - vorzugsweise im Bereich der Andrückvorrichtung, zwischen einer Vorrichtung zur Bearbeitung der Kontaktflächen und der Andrückvorrichtung oder im Wesentlichen im gesamten Bereich der Verbindungseinrichtung - unter Schutzgas oder nahezu Vakuum gesetzt werden kann, wobei die Einrichtung vorzugsweise so eingerichtet ist, dass der Bereich unter einem reduzierenden Gas mit einem Wasserstoffanteil von weniger als 30%, besonders bevorzugt zwischen größer 0% und 10%, gehalten wird. Dadurch können die Kontaktflächen der Brammen nach dem Schneiden bzw. Bearbeiten bis zum Beginn des Reibschweißprozesses frei von Zunder gehalten werden.Preferably, the device has a device by which one or both contact surfaces of the slabs and / or bands - preferably in the region of the pressing device, between a device for processing the contact surfaces and the pressing device or substantially in the entire region of the connecting device - under inert gas or almost Vacuum can be set, wherein the device is preferably arranged so that the area under a reducing gas with a hydrogen content of less than 30%, more preferably between greater than 0% and 10%, is maintained. Thereby, the contact surfaces of the slabs can be kept free of scale after cutting or processing until the beginning of the friction welding process.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise zwischen Gießmaschinen und einer Walzstraße einer CSP-Anlage und/oder hinter einem Ofen angeordnet und zum Reibschweißen der Bänder und/oder Brammen aus den Gießmaschinen zur Zufuhr in die Walzstraße ausgelegt. So werden vorzugsweise Bänder und/oder Brammen, insbesondere Dünnbrammen, aus wenigstens zwei Gießmaschinen einer CSP-Anlage mit einer Walzstraße verbunden.The apparatus is preferably arranged between casting machines and a rolling train of a CSP plant and / or behind a furnace and designed for friction welding of the belts and / or slabs from the casting machines for feeding into the rolling train. Thus, preferably tapes and / or slabs, in particular thin slabs, from at least two casting machines of a CSP plant are connected to a rolling train.
Das Reibschweißen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt im Detail wie folgt: Die Andrückvorrichtung erfasst und fixiert vorzugsweise zunächst das Ende des Vorbandes bzw. der Bramme. Dieser sogenannte Festteil
Vorzugsweise wird dabei der Anpressdruck im Niveau etwas kleiner als die Fließfestigkeit des Materials gewählt und von einem Modell gesteuert. Bei bestimmten Schopfbedingungen - etwa der oben dargelegten Punkt-, Linien- oder Teilflächenberührung - kann es dabei zu einem Rauigkeitsabtrag und einer plastischen Deformation an den Kopfseiten kommen, so dass die Reibflächen zunehmend vergrößert werden. Die Oszillationsfrequenz beträgt vorzugsweise < 250 Hz und besonders bevorzugt < 50 Hz. Nach Einstellung einer ausreichend hohen Fügezonentemperatur, vorzugsweise 65 % der Solidustemperatur bis etwas unterhalb der Solidustemperatur, erfolgt zur Beendigung des Verschweißprozesses vorzugsweise ein Abbremsen des Vibrationsantriebs und ein Zusammendrücken der beiden Enden gegeneinander, vorzugsweise unter einem Druck, der höher als die Fließfestigkeit des Materials eingestellt ist, wodurch der eigentliche Verbindungsvorgang bzw. Schweißvorgang stattfindet.Preferably, the contact pressure in the level is chosen to be somewhat smaller than the yield strength of the material and controlled by a model. Under certain conditions of the discharge - such as the point, line or partial surface contact described above - this can lead to a reduction in the roughness and a plastic deformation on the sides of the head, so that the friction surfaces are increasingly increased. The oscillation frequency is preferably <250 Hz and particularly preferably <50 Hz. After setting a sufficiently high joining zone temperature, preferably 65% of the solidus temperature to slightly below the solidus temperature, the vibrating drive is preferably stopped to stop the welding process and the two ends are pressed against each other, preferably under a pressure which is set higher than the flow resistance of the material, whereby the actual joining operation or welding process takes place.
Vorzugsweise beträgt die Schwingungsamplitude an den Kontaktflächen der Bramme oder des Bandes während der Vibrationsbewegung in Dickenrichtung < 80%, besonders bevorzugt < 20%, der Dicke des Produktes und/oder in Breitenrichtung < 50mm, besonders bevorzugt < 20mm.Preferably, the vibration amplitude at the contact surfaces of the slab or the belt during the vibratory movement in the thickness direction <80%, more preferably <20%, the thickness of the product and / or in the width direction <50mm, more preferably <20mm.
Vorzugsweise wird der Druck vom Kopf gegenüber dem Ende solange aufrechterhalten oder ein Zug zwischen Kopf und Ende wird solange vermieden, bis der Schweißvorgang bzw. der Abkühlvorgang an der Fügestelle abgeschlossen ist.Preferably, the pressure from the head opposite the end is maintained or a train between the head and the end is avoided until the welding process or the cooling process is completed at the joint.
Vorzugsweise werden, bevor Kopf und Ende der nacheinander angeordneten Brammen oder Bänder zum Verschweißen endgültig gegeneinander bewegt werden, die Enden bearbeitet, vorzugsweise beschnitten oder in Gänze abgeschnitten, oder erst beschnitten und anschließend konturiert, damit sich eine saubere Anlage der beiden Fügeenden ergibt, wobei hierdurch auch eine gleichzeitige Entzunderung erfolgt. Dies kann beispielsweise mittels einer Stanzschere erfolgen, welche vorzugsweise synchron mit den beiden Brammen und/oder Bändern bewegt wird, wenn die Enden geschnitten werden. Vor und hinter dem Scherenstempel können zusätzlich Brammen- oder Band-Niederhalter angeordnet sein, um den Beschneid- oder Schneidvorgang zu unterstützen.Preferably, before the head and the end of the successively arranged slabs or strips are finally moved against each other for welding, the ends are machined, preferably trimmed or completely cut off, or first trimmed and then contoured to give a clean abutment of the two joining ends, thereby also a simultaneous descaling occurs. This can be done for example by means of a punch scissors, which is preferably moved synchronously with the two slabs and / or belts, when the ends are cut. In addition, slab or belt hold downs may be placed in front of and behind the scissors punch to aid in the trimming or cutting process.
Vorzugsweise werden auch die jeweiligen nachfolgenden Brammen oder Bänder, bevor sie in den Bereich der Vorrichtung zum Reibschweißen einlaufen und/oder bevor sie an den Enden geschnitten werden, seitlich ausgerichtet, so dass sie mittig und im Mittel gerade passend zu den vorauseilenden Brammen oder Bändern positioniert sind.Preferably, the respective succeeding slabs or bands are also laterally oriented, before they enter the area of the friction welding apparatus and / or cut at the ends, so as to be positioned centrally and in the middle just fitting the leading slabs or bands are.
Durch den Klemmvorgang wird der Band- oder Brammenoberfläche Temperatur entzogen. Vorzugsweise kann daher durch Aktivierung einer Induktionsheizung hinter der Verbindungseinrichtung dieser Band- oder Brammenbereich wieder lokal nacherwärmt werden. Die Rollgangsrollen der Fördereinrichtung in der Verbindungsstrecke werden vorzugsweise während des Reibschweißprozesses teilweise aus dem Wirkbereich der Andrückvorrichtung bewegt. Vorteilhaft werden überdies Wärmedämmungen in den Transportbereich geschwenkt oder geschoben, um die Temperaturverluste des Bandes oder der Bramme zu minimieren.The clamping process removes temperature from the strip or slab surface. Preferably, therefore, by activation of an induction heater behind the connecting device, this band or slab region can be locally reheated again. The roller table rollers of the conveyor in the connecting path are preferably moved during the friction welding process partially from the effective range of the pressing device. Advantageously, thermal insulation in the transport area are pivoted or pushed to minimize the temperature loss of the belt or slab.
Die Vibrationsbewegung der Andrückvorrichtung auf der Losseite
Vorzugsweise können auch bei einem Erwärmungsprozess beide Klemmeinrichtungen der Andrückvorrichtung am Kopf und Ende gegeneinander relativ vibrierend bewegt werden. In anderen Worten, die Andrückvorrichtung weist zwei Losseiten auf, wobei die beiden Enden beispielsweise in Dickenrichtung gegeneinander schwingend zueinander bewegt werden können. Hierdurch kann die Schwingungsamplitude der jeweiligen Seite innerhalb der Andrückvorrichtung reduziert werden, wodurch gegebenenfalls auch auf die Umgebung übertragene Schwingungen reduziert werden können.Preferably, both clamping devices of the pressing device can be moved relative to each other relatively vibrating at the head and end in a heating process. In other words, the pressing device has two loose sides, wherein the two ends, for example, in the thickness direction against each other can be moved oscillating to each other. In this way, the oscillation amplitude of the respective side can be reduced within the pressing device, whereby optionally vibrations transmitted to the environment can be reduced.
Die Schwingungsaufbringung kann mechanisch durch einen Kurbelantrieb oder mittels Hydraulik- und Servoventiltechnik oder durch elektromagnetische Antriebe erfolgen.The vibration application can be done mechanically by a crank drive or by hydraulic and servo valve technology or by electromagnetic drives.
Der Kopf und das Ende der miteinander zu verbindenden Brammen und/oder Bänder weisen beim Verbindungsprozess vorzugsweise ungefähr dieselbe Temperatur auf, wobei ein Temperaturunterschied von maximal 50°C besonders bevorzugt ist. Dies kann durch entsprechende Temperaturführung und Durchlaufgeschwindigkeit innerhalb eines vorgeschalteten Ofens, vorzugsweise eines CSP-Ofens, eine Kühlung der wärmeren Brammenseite beispielsweise mit Wasser oder eine induktive Aufheizung vor der Verbindungsstrecke und lokales Aufheizen des kälteren Endes erreicht werden.The head and the end of the slabs and / or bands to be joined together preferably have approximately the same temperature during the bonding process, a temperature difference of at most 50 ° C. being particularly preferred. This can be done through appropriate Temperature control and flow rate within an upstream furnace, preferably a CSP furnace, a cooling of the warmer slab side, for example, with water or an inductive heating before the link and local heating of the colder end can be achieved.
Vorzugsweise wird die Andrückvorrichtung oder zumindest Teile derselben, beispielsweise die Klemmbacken, vorzugsweise zusammen mit weiteren Aggregaten, wie beispielsweise einer Schere, Rollen und/oder Dämmhauben usw., während des Verbindungsprozesses in Materialtransportrichtung der Fördereinrichtung vorbewegt und linear geführt.Preferably, the pressing device or at least parts thereof, for example the jaws, preferably together with other units, such as a pair of scissors, rollers and / or insulating hoods, etc., advanced during the bonding process in the material transport direction of the conveyor and linearly guided.
Zum Abfangen bzw. zur Dämpfung von Vibrationen und Verhinderung der Übertragung von Vibrationen auf die Umgebung der Brammen bzw. Bänder in Breiten- und/oder Dickenrichtung sind vorzugsweise Treiber und/oder seitliche Führungsrollen unter einem vorab festgelegten Abstand zur Verbindungsstelle vorgesehen.For intercepting or damping vibrations and preventing the transmission of vibrations to the surroundings of the slabs or bands in the width and / or thickness direction, drivers and / or lateral guide rollers are preferably provided at a predetermined distance from the connection point.
Die Klemmung mittels der Andrückvorrichtung kann sowohl an der Ober- und Unterseite als auch alternativ an den Seitenflächen der Brammen und/oder Bänder durchgeführt werden. Auch ein kombiniertes Klemmen an den Seitenflächen und lokal im z. B. mittleren Bereich an der Ober- und Unterseite ist möglich. Die Auflagefläche zwischen der Andrückvorrichtung und der Bramme und/oder dem Band kann als eine vollflächige Auflage oder alternativ mit erhabenen Formen ausgeführt werden, um die Klemmung sicherer zu fixieren. Beim Klemmen zwischen Ober- und Unterseite werden vorzugsweise gleichzeitig die Bramme bzw. das Band gerade gedrückt und eventuelle Wölbungen oder Wellen eliminiert. Die Warmseite der Andrückvorrichtung kann aus einem wärmebeständigen Stahl oder einem wärmeisolierenden oder wärmeverlustreduzierenden Material ausgeführt sein. Vor dem Klemmen können auch diese Bereiche entzundert werden.The clamping by means of the pressing device can be carried out both on the top and bottom as well as alternatively on the side surfaces of the slabs and / or belts. Also a combined clamping on the side surfaces and locally in z. B. middle area at the top and bottom is possible. The bearing surface between the pressing device and the slab and / or the band can be performed as a full-surface edition or alternatively with raised forms to secure the clamping more secure. When clamping between the top and bottom of the slab or the band are pressed straight at the same time and possible bulges or waves are eliminated. The hot side of the pressing device may be made of a heat-resistant steel or a heat-insulating or heat-loss-reducing material. Before clamping, these areas can also be descaled.
Um den Verbindungsprozess optimal steuern und überwachen zu können und die Erwärmungsdauer beim Reibschweißen zu minimieren, wird vorzugsweise die Oberflächentemperatur an oder dicht neben der Fügestelle gemessen. Aus der gemessenen Maximaltemperatur wird dann bevorzugt über ein Rechenmodell, etwa abhängig von dem Brammen- oder Bandmaterial, der Dicke des Bands bzw. der Bramme und/oder vom Abstand Messstelle/Fügestelle, die Temperatur im mittleren Bereich der Fügefläche ermittelt. Nach Erreichen der erforderlichen Brammen- oder Bandtemperatur und unter Berücksichtigung der Reibzeit bei der entsprechenden Temperatur wird dann vorzugsweise der Erwärmungsprozess durch Abbremsen des Vibrationsprozesses beendet. Anschließend können die beiden Enden gegeneinander gedrückt werden, wodurch der eigentliche Verbindungsvorgang bzw. Schweißvorgang stattfindet.In order to be able to optimally control and monitor the connection process and to minimize the heating time during friction welding, the surface temperature is preferably measured at or close to the joint. From the measured maximum temperature, the temperature in the middle region of the joining surface is then preferably determined via a mathematical model, for example, depending on the slab or strip material, the thickness of the strip or the slab and / or the distance measuring point / joint. After reaching the required slab or strip temperature and taking into account the friction time at the corresponding temperature of the heating process is then preferably terminated by slowing down the vibration process. Subsequently, the two ends can be pressed against each other, whereby the actual connection process or welding takes place.
Die Kontakttemperatur bzw. der Zeitpunkt des eigentlichen Verbindungsvorgangs kann auch alternativ oder ergänzend durch Berechnung der Reibwärme theoretisch unter Berücksichtigung der mittleren Relativgeschwindigkeit der Reibflächen zueinander, des mittleren Anpressdruckes, der Amplitude oder des mittleren Reibwegs und der Anzahl der Oszillationen abgeschätzt werden.The contact temperature or the time of the actual connection process can also be estimated as an alternative or in addition by calculating the frictional heat theoretically taking into account the mean relative velocity of the friction surfaces to each other, the average contact pressure, the amplitude or the average friction travel and the number of oscillations.
Die zeitlichen Abläufe des Reibschweißprozesses und die Aktivierung der oben erwähnten Einrichtungen und Einstellwerte (spezifischer Druck, Oszillationshub, Relativgeschwindigkeit der Kontaktflächen zueinander, Oszillationszeiten, Anpresszeiten usw.) auch in Abhängigkeit der zu verbindenden Materialien, Eingangstemperaturen und Produktdicken können von einem Prozessmodell vorgegeben und gesteuert werden.The timing of the Reibschweißprozesses and the activation of the above-mentioned facilities and set values (specific pressure, oscillation, relative velocity of the contact surfaces, oscillation times, contact times, etc.) also depending on the materials to be connected, inlet temperatures and product thicknesses can be specified and controlled by a process model ,
Das erfindungsgemäße Verfahren dient wie die Vorrichtung zum Reibschweißen warmer metallischer Produkte. Die technischen Wirkungen, bevorzugten Ausführungsbeispiele und Beiträge zum Stand der Technik, die in Bezug auf die Vorrichtung beschrieben wurden, gelten auf analoge Weise für das Verfahren.The method according to the invention serves as the device for friction welding of warm metallic products. The technical effects, preferred embodiments, and contributions to the prior art described with respect to the device apply analogously to the method.
Ein Reibschweißen nach der obigen Beschreibung ist nicht nur für Warmbänder oder warme Brammen sondern auch für Knüppel, Träger, Platten usw. anwendbar. Das Reibschweißen findet vorzugsweise vor einer Walzstraße, etwa einer konventionellen Warmbandstraße oder einer Walzstraße einer CSP-Anlage, insbesondere vor einer Fertigstraße, statt.Friction welding as described above is applicable not only to hot strip or hot slab but also to billets, beams, plates and so on. The friction welding preferably takes place in front of a rolling train, for example a conventional hot strip mill or a rolling train of a CSP plant, in particular in front of a finishing train.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale realisiert werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.Further advantages and features of the present invention will be apparent from the following description of preferred embodiments. The features described therein may be implemented alone or in combination with one or more of the features set forth above insofar as the features do not conflict. The following description of preferred embodiments will be made with reference to the accompanying drawings.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren näher erläutert:
-
1 ist eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Reibschweißen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, -
2 ist eine schematische Seiten- und Draufsicht einer Andrückvorrichtung als Bestandteil einer Vorrichtung zum Reibschweißen gemäß der Ausführungsform der Erfindung, -
3 ist eine schematische Draufsicht der Andrückvorrichtung als Bestandteil einer Vorrichtung zum Reibschweißen warmer metallischer Produkte während des Schritts des relativen Bewegens der Kontaktflächen zueinander, -
4 ist eine schematische Seitenansicht, die einen Ausschnitt der Andrückvorrichtung auf eine vergrößerte Weise zeigt, -
5 zeigt Ausführungsformen konturierter Kontaktflächen (5a bis5c) , sowie eine Ausführungsform, in der ein Konturelement (5d) angewendet wird, -
6 ist eine schematische Draufsicht eines Abschnitts der Vorrichtung zum Reibschweißen gemäß einer weiteren Ausführungsform, -
7 ist eine schematische Draufsicht eines Abschnitts der Vorrichtung zum Reibschweißen gemäß einer weiteren Ausführungsform.
-
1 is a schematic side view of a device for friction welding according to an embodiment of the invention, -
2 is a schematic side and top view of a pressing device as a part a friction welding apparatus according to the embodiment of the invention, -
3 Fig. 12 is a schematic plan view of the pressing device as part of a device for friction welding of warm metallic products during the step of moving the contact surfaces relative to each other, -
4 is a schematic side view showing a section of the pressing device in an enlarged manner, -
5 shows embodiments of contoured contact surfaces (5a to5c) , and an embodiment in which a contour element (5d) is applied, -
6 FIG. 12 is a schematic plan view of a portion of the friction welding apparatus according to another embodiment; FIG. -
7 FIG. 12 is a schematic plan view of a portion of the friction welding apparatus according to another embodiment. FIG.
Ausführliche Beschreibung einzelner AusführungsformenDetailed description of individual embodiments
Wenn im Weiteren von „Dünnbrammen“ oder „Brammen“ die Rede ist, sind Bänder oder bandförmige Produkte mitumfasst. Sie sind nur zur Verbesserung der Lesbarkeit nicht immer explizit genannt.Whenever "thin slabs" or "slabs" are mentioned, bands or band-shaped products are included. They are not always explicitly named to improve readability.
Sowohl das Ende der vorauseilenden Bramme
Der Stanzschere
Die Andrückvorrichtung
Über eine Teillänge der Fördereinrichtung
Der Andrückvorrichtung
Auf die Klemmeinrichtung
Demnach wird das Kontaktende zumindest einer der beiden Brammen
Die
Um eine optimale Übertragung der Vibration auf die Brammen
Für eine optimale Bewegungsumsetzung sollte der Abstand zwischen der Kontaktfläche der in Schwingung versetzten Bramme i+1 bzw. der zugehörigen Klemmeinrichtung
Da es sich beim Verschweißen um warme Brammen
Die Kontaktflächen der Brammen
Um die Güte der Reibschweißverbindung überwachen und/oder den Reibschweißprozess steuern zu können, ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, die Anpresskräfte und die Kraft in Bewegungsrichtung, d.h. im Wesentlichen senkrecht zur Anpresskraft, zum Aufbringen der Reibenergie während des Verbindungsprozesses zu messen. Hierbei sollten Beschleunigungskräfte herausgerechnet werden. Befindet sich die ermittelte Reibungskraft, Leistung, Arbeit und/oder der daraus ermittelte Reibungswert in einem definierten Prozessfenster, kann von einer optimalen Reibbedingung und damit Reibschweißverbindung ausgegangen werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Pressweg für die Bewertung und/oder Steuerung der Reibschweißverbindung herangezogen werden.In order to monitor the quality of the friction-welded connection and / or to control the friction-welding process, it is provided according to one embodiment that the contact forces and the force in the direction of movement, i. substantially perpendicular to the contact force, to apply the friction energy during the bonding process. In this case, acceleration forces should be excluded. If the determined frictional force, power, work and / or the friction value determined therefrom are within a defined process window, it can be assumed that the friction conditions are optimum and thus the friction-welded connection. Additionally or alternatively, the pressing path can be used for the evaluation and / or control of the friction-welded connection.
Während des Reibprozesses und/oder des anschließenden Pressprozesses zum Abschluss des Reibschweißvorgangs kann die Beschaffenheit der Schweißverbindung, etwa die Form der Wulst an der Oberfläche im Bereich der Kontaktflächen, geprüft werden. Wird die Reibschweißverbindung als unzureichend bewertet, so kann auf das finale Zusammenpressen verzichtet werden, oder die unzureichend verbundenen Brammen
Insbesondere ist es möglich eine Konturierung entlang der Breitenrichtung der Bramme(n) i, i+1 mit einer Konturierung entlang der Dickenrichtung zu kombinieren.In particular, it is possible to combine contouring along the width direction of the slab (n) i, i + 1 with contouring along the thickness direction.
Zur Terminologie sei darauf hingewiesen, dass die zu verschweißenden Stirnflächen der Brammen
Zur Herstellung einer oder mehrerer konturierter Kontaktflächen kann auf dem Transportweg eine Konturierungseinrichtung zum Bearbeiten der Kontaktfläche(n) vorgesehen sein. Die Bearbeitung kann mechanisch erfolgen, etwa durch Fräsern oder Deformieren der entsprechenden Kontaktfläche. Die Konturierung kann beispielsweise mittels einer Presse, eines Stauchers, einer Schere, einer Biegeeinrichtung oder eines Walzgerüsts erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist eine schmelztechnische Bearbeitung, etwa eine Konturierung durch Flämmen, möglich. Ziel der Konturierung ist es, dass die beiden benachbarten Kontaktflächen in einem Winkel zueinander stehen, unterschiedliche Formen oder Profilierungen haben, erhabene Stellen oder Vertiefungen vorhanden sind, so dass zu Beginn des Verschweißens eine Punkt- oder Linienförmige oder teilflächige Anlage der oben beschriebenen Art erzielt wird. Die Bearbeitung der Kontaktfläche(n) kann hierbei unmittelbar vor der Verbindungseinrichtung
Um ein punkt- oder linienförmiges Anschweißen auch im Fall nicht konturierter Kontaktflächen zu ermöglichen, kann alternativ oder zusätzlich zu den oben dargelegten Ausführungsformen ein Konturelement
Gegebenenfalls müssen die Brammen
Gemäß der Ausführungsform der
Indem zumindest ein Teil der Zentrierarbeit in den Rollenherdofen
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erlaubt die Vorrichtung zum Reibschweißen ein Umschalten zwischen einer Endlosbetriebsart und Batch-Betriebsart. Eine Endloswalzung, beispielsweise bei der Herstellung dünner Bänder, kann zeitweise stattfinden, während weniger kritische Bänder oder Brammen
Um Temperaturverluste im Bereich der Verbindungseinrichtung
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.Where applicable, all individual features illustrated in the embodiments may be combined and / or interchanged without departing from the scope of the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtung zum ReibschweißenDevice for friction welding
- 22
- FördereinrichtungConveyor
- 2a-2d2a-2d
- Rollen der FördereinrichtungRollers of the conveyor
- 33
- Stanzscherepunching shear
- 44
- Treib- oder RichtrollenDriving or straightening rollers
- 55
- Entzunderungsvorrichtungdescaling
- 66
- Andrückvorrichtungpressure device
- 6a, 6b6a, 6b
- Klemmeinrichtungclamper
- 6a-1, 6b-16a-1, 6b-1
- KlemmbackenvorderkanteJaw front edge
- 77
- Dämmhaubeinsulating hood
- 88th
- EntbartungseinrichtungEntbartungseinrichtung
- 99
- Vibrationsbewegungvibratory motion
- 1010
- Vorsprüngeprojections
- 1111
- Konturelementcontour element
- 12a, 12b12a, 12b
- Zentriereinrichtungcentering
- 13, 13a13, 13a
- Rollenherdofen Roller hearth furnace
- i, i+1i, i + 1
- Dünnbramme/BandThin slab / band
- BB
- Breite der BrammeWidth of the slab
- DD
- Dicke der BrammeThickness of the slab
- FF
- Festseite, FestteilFixed side, fixed part
- LL
- Losseite, LosteilLosseite, Losteil
- ss
- Abstand zwischen Kontaktfläche und KlemmbackenvorderkanteDistance between contact surface and jaw leading edge
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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