NO335494B1 - Fremgangsmåte for å redusere tap ved skjæring og kutting ved valsing av sammensatte blokker - Google Patents

Abstract

Den foreliggende oppfinnelsen omhandler valsing av sammenføyde metallvalseblokker, og mer spesifikt fremgangsmåter for å øke valseutbyttet og valseeffektivitet ved å minimalisere tap til skjæring og kutting ved valsing av sammenføyde valseblokker. Denne oppfinnelsen tilveiebringer en sammenføyd struktur for valsede aluminiumsprodukter som omfatter en kjerneblokk med redusert tverrsnitt i tykkelsesretningen på blokken i minst en av kantene parallelt med valseretningen. Minst en sekundær blokk er sammenføyd med kjerneblokken. Kantene på valseblokken kan ha en utskjæring eller en innsnevret form. Oppfinnelsen gir også en fremgangsmåte for å redusere tap ved skjæring og kutting ved valsing av sammenføyde valseblokker ved bruk av en kjerneblokk med redusert snittflate i tykkelsesretningen til blokken i minst en av blokkens kanter parallelt med valseretningen.

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Foreliggende oppfinnelse omhandler valsing av sammenføyde metallvalseblokker, og mer spesifikt om fremgangsmåter for å øke valseutbyttet og valseeffektiviteten ved å redusere tap ved skjæring og kutting ved valsing av sammenføyde valseblokker. Den positive økningen i materialutbytte og valseeffektivitet oppnås ved bruk av en ny valse-blokkgeometri i en eller begge av valseblokkens ender. Valseblokkens geometri formes ved maskinering eller støping. Oppfinnelsen har størst fordel ved bruk i produksjon av valsede aluminiumsprodukter.

En utbredt metode for å produsere aluminiumsplater, ark og folie er bruk av vertikal halvkontinuerlig støping av valseblokker med en nedre ledende ende, i faget kaldt valseblokkens butt. Denne dannes når flytende metall størkner på den bevegelige bunn-eller startblokken som er i den åpne enden av støpeformen. Bunnblokken beveger seg kontinuerlig nedover og bort fra formen ettersom den størknede valseblokken kommer ut av enden på formen der bunnblokken tidligere befant seg. Støpeformens sidevegger og sideveggene på den størknede valseblokken som beveger seg ut av formen sprayes med vann for å øke størkningshastigheten. Denne støpeteknikken kalles direkte avkjø-ling eller "DC" støping.

Valseblokkene kan deretter skrapes for å fjerne overflateurenheter fra støpingen og ytterligere homogeniseres ved oppvarming i en ovn for å oppnå enhetlig kjemi over hele valseblokkens snittflate før laminering med en eller flere nye valseblokker. Den neste valseblokken er vanligvis av en aluminiumslegering med annen sammensetning sveiset til kjernen, ofte et loddet materiale eller en plettering som har som mål å bedre korro-sjonsegenskapene.

For å kunne bearbeide valseblokker behandlet på denne måten videre til nyttbare slutt-produkter slik som ark, plater, folie eller lignende, sveises valseblokkene fortrinnsvis sammen i kantene og varmes til ønsket valsetemperatur. Deretter utsettes de for en rekke varme valsegjennomkjøringer i en varm valsemølle for å laminere vasleblokkene, fulgt av kaldvalsing, hvorved resultatet er et plettert materiale. Kjerneblokken kan bli sammenføyd med flere andre valseblokker, plassert på begge sider av blokken eller på samme side. Disse er ofte laget av bløtere materiale enn kjernen, slik som loddemate-riale med høyt innhold av silisium. Blokkene som danner pletteringen kan også være laget av aluminiumlegeringer som har som mål å bedre korrosjonsmotstanden på det valsede båndet.

Det resulterende materialet er nyttig til bruk i bånd eller plater i varmevekslere, for eksempel som ribber eller rørmateriale eller for fordampere eller samlestokkplater.

De frie overflatene på en valseblokk av bestemt bredde, tykkelse og lengde gjør at ikke-enhetlig valsedeformering oppstår i lengde og breddedimensj onene under varmvalsing. Denne ikke-enhetlige deformeringen fører til forlenging av valseblokkens midtre del, noe som fører til konvekse "tunger" som strekker seg ut langsgående ved kantene, sær-lig på aluminiumsblokker som blir bearbeidet i reverserende valser, vanligvis uten bruk av side- eller endevalser. Dannelse av tunger er heller ikke uvanlig ved valsing av alu-minium også i valser utstyrt med sidevalser. Ved valsing av plettert materiale slik som valseblokker til varmevekslerbånd, er pletteringen ofte mykere enn kjernen og det deformeres derfor lettere, noe som gjør problemet med ikke-enhetlig deformasjon verre. Kraften som virker på valseblokken vil være høyere ved kantene som går parallelt med valseretningen på grunn av valsenes elastiske deformasjon. Dette fører til dannelse av ujevn plettering nær valseblokkens kanter og til større skjæretap.

IJP 59027701 har kantene på stålvalseblokkers sidekanter kontinuerlige rifler for å minimalisere feil og redusere marginer for beskjæring. Dette tiltaket har ikke vist seg å være effektivt for pletterte valseblokker.

Det tidligere nevnte fenomenet med ikke-enhetlig deformasjon er like ille i lengderet-ningen til en valseblokk, noe som fører til en annen tilstand i faget kaldt "overbrett", "overlapp" eller "alligatoring". Disse ikke fordelaktige tilstandene i valseblokkens ender blir verre ettersom valsingen fortsetter og de må til slutt fjernes ved kutting for at valsingen kan fortsette.

Det er (også) velkjent at overlapp fører til en intern laminasjonssprekk i materialet, som vokser under valsing og vil resultere i dårlige plate- og arkprodukter dersom den ikke fjernes ved skjæring.

Bruk av plettert materiale gjør også resirkulering av skrap vanskeligere, fordi de sam-menføyde materialene har ulik sammensetning.

Tidligere eksperimenter har blitt utført i JP 61262456 for å prøve å redusere tap ved skjæring og kutting av sammenføyde valseblokker ved å smalne endene på valseblokken ved å deformere endene ved å bruke skrå valser for å øke utbyttet ved valsing. Pletteringen støpes på den deformerte kjernen for å gi tykkere plettering ved valseblokkens kanter og dermed sørge for tykk nok plettering også ved kantene. Problemet med ujevn plettering vil imidlertid fortsatt være til stede.

WO01/94050 presenterer en aluminiumsblokk med redusert tverrsnitt i endene for å redusere kuttetap. Problemet med ujevn deformering av plettering ved valsing er ikke vurdert.

WO 01/56782 beskriver et komposittmateriale inkludert et kjernemateriale med høyere styrke og minst et pletteringsmateriale med en høyere ledeevne enn kjernemateriale. Pletteringsmaterialelaget(-ene) påføres ved alminnelig kjente teknikker og derfor løser ikke WO 01/56782 problemet med en ujevn tykkelse på pletteringslaget(-ene) over hele lengden av blokken etter valsing.

Foreliggende oppfinnelse løser manglene ved tidligere teknikk ved å komme med en fremgangsmåte og en valseblokk av spesifikk geometri for å redusere tap til kutting og kantskjæring ved varmvalsing av en sammenføyd struktur av valsede aluminiumsprodukter som øker valseproduktivitet og metallutnyttelse betydelig, spesielt ved varmvalsing av aluminiumprodukter.

Foreliggende oppfinnelse presenterer en fremgangsmåte og et produkt som tilveiebringer en kjerneblokk med spesiell konfigurasjon på langsgående kanter som løper parallelt med valseretningen til blokken. Den spesielle valseblokken som oppstår ved bruk av foreliggende oppfinnelse minimaliserer dannelse av ujevn pletteringstykkelse ved valsing av blokken, noe som reduserer tap til skjæring og kutting og øker valseproduktivitet og gjenbruk av metall. 1. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en sammenføyd struktur innrettet for en valseprosess som omfatter:

- en kjerneblokk som har:

første og andre ender og mellom disse langsgående kanter som løper parallelt med valseretningen og

redusert tverrsnitt i tykkelsesretningen til kjerneblokken i minst en av de langsgående kantene, og

minst en annen valseblokk arrangert parallelt med kjerneblokken.

I tillegg tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å fremstille et aluminiumsbånd av den sammenføyde strukturen ved varmvalsing og kaldvalsing av valseblokken til passende mål så vel som det produserte båndet.

For det tredje tilveiebringer den foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte for å redusere tap til skjæring og kutting ved valsing av blokker ved å a) tilveiebringe en kjerneblokk med redusert tverrflate i tykkelsesretningen i minst en av valseblokkens ender

b) tilveiebringe minst en annen valseblokk

c) eventuelt skalpere valseblokkene

d) sammenføye valseblokkene

e) utføre en rekke valsegjennomkjøringer på de nevnte valseblokkene for å laminere disse og for å redusere tykkelse og forlenge blokkene, slik at et metallbånd

med jevn pletteringstykkelse oppnås

Båndet kan brukes i varmevekslerutstyr.

Reduksjon av tverrsnittsarealet gjøres fortrinnsvis ved maskinering, men andre fremgangsmåter slik som dannelse av den spesielle formen ved støping av valseblokken er ikke ekskludert.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i mer detalj og det vil bli referert til de medfølgende tegningene hvor: Figur 1 (a) viser et tverrsnitt av en kant på en plettert valseblokk vinkelrett på valseretningen etter noen valsegjennomkjøringer ved bruk av kjent teknikk. Figur 1 (b) viser et tverrsnitt av en kant på en plettert valseblokk vinkelrett på valseretningen etter noen valsegjennomkjøringer ved bruk av foreliggende oppfinnelse. Figur 2 viser et tverrsnitt av en kant av en plettert valseblokk vinkelrett på valseretningen før valsing. Valseblokken er modifisert i henhold til innholdet i foreliggende oppfinnelse. Figur 3 viser et snitt av kanten på en plettert valseblokk før valsing. Valseblokken er modifisert i henhold til innholdet i foreliggende oppfinnelse. Figur 4 viser trykket fra valsene på en valseblokk, med og uten utskjæring i kjernens senter. Figur 1 (a) demonstrerer problemet som oppstår ved valsing av en plettert blokk med konvensjonell form. Endene får tungeform når materialet i sentrum av kjernen (1) dyttes ut mens overflatematerialets flyt begrenses av friksjonskrefter fra valsene. Når kjernen er plettert vil pletteringen (2) deformeres lettere fordi den er mykere enn kjernen, noe som fører til "overflyt" av plettering ved kantene. Ved kantene vil forholdet mellom plettering og kjerne ble ujevnt, noe som resulterer i materialtap fordi kantene må skjæres av.

Når det maskineres en utskjæring i valseblokken som vist på figur 2, vil blokken deformeres på en måte som minimaliserer dannelse av ujevn plettering (se figur 1 (b)) og dermed reduserer mengden av skrap. Utskjæringen kan ha hvilken som helst form, men er fortrinnsvis i form av en U, en V eller et polygon. Utskjæringen kan plasseres i sentrum av kjernen, eller den kan forskyves fra sentrum av kjernen i tykkelsesretningen, det vil si loddrett på planet til valseblokken slik at deformasjonsmotstanden til kjernen justeres til hardheten til kjerneblokken i forhold til hardheten til den andre blokken. Deformasjonen hos den andre blokken blir da mer homogen.

Det foretrekkes av utskjæringen dekker minst en tredjedel av blokkens tykkelse, og fortrinnsvis minst halvparten av tykkelsen til blokken. I henhold til dette vil snittarealet til kjerneblokken bli redusert med henholdsvis minst en tredjedel eller halvparten. Utskjæringen eller den avsmalende formen på kantene kan kombineres med avsmalende blokkender slik at kjernen har redusert tverrsnitt i tykkelsesretningen til kjerneblokken i minst en av endene loddrett på valseretningen. For sammenføyning, for eksempel ved sveising, av en eller to nye blokker til kjerneblokken foretrekkes imidlertid utskjæring.

Dybden på utskjæringen inn i kjernens ende bør være større enn bredden i tykkelsesretningen. Fortrinnsvis bør dybden være minst 1,5 ganger bredden i tykkelsesretningen.

Endene på blokken kan alternativt, eller i kombinasjon med utskjæring, ha en form som vist i figur 3. Denne avsmalende formen reduserer også problemet med ujevn pletteringstykkelse og dermed mengden skrap. Den andre eller tredje blokken bør gå til kanten (3) av kjerneblokken, for å gi materiale til plettering av kjerneblokken når den deformeres under valsing. Denne konfigurasjonen forhindrer at valseblokken sklir mot valsene, og fører derfor til et jevnere kjerne/pletteringsforhold. 1 figur 4 vises kraften fra valsene "R" på en sammenføyd struktur i henhold til foreliggende oppfinnelse. Kurve A viser kraften på valseblokker i henhold til tidligere teknikk og kurve B viser kraften for blokker som har en utskjæring med form som et polygon (P). Som det kan sees er variasjonen i kraft mye mindre i kurve B, på grunn av mindre elastisk deformasjon når kjernens tverrflate er redusert. Den resulterende pletteringen er derfor jevnere i tykkelse over båndets bredde, og tapet til skjæring av kantene blir mindre.

Reduksjonen i tykkelse kan være hvilken som helst av de beskrevne utskjæringene eller innsmalningene, brukt alene eller i kombinasjon. Reduksjonen av kjernens tverrsnitt reduserer deformasjonsmotstanden til kjernen i kantene (og endene dersom brukt der), og dermed reduseres deformasjonen av pletteringen på de pletterte kantene (og endene), noe som gir mer enhetlig pletteringstykkelse.

Materialet til kjernen og pletteringen kan være hvilket som helst metall, men er spesielt rettet mot aluminiumslegeringer.

Det valsede båndet kan brukes som varmevekslerbånd eller plate for ribber, rør eller samlestokkplater, fordampningsplater.

Oppfinnelsen løser problemet med å redusere skjære- og kuttetap ved å kontrollere materialflyt som beskrevet ovenfor, for å forbedre utbyttet av aluminiumsproduksjon ved valsing.

Eksempel

En aluminiumslegert kjerneblokk ble støpt ved DC metoden og skalpert for å fjerne overflateujevnheter fra støping. En utskjæring med polygonform (P) ble maskineri i endene av blokken som vist i figur 4, og overflaten på blokkens ender ble maskineri til en innsmalende form som vist i figur 3. En ny blokk (skalpert) med rektangulær form bestående av et loddet aluminiumslegering ble sveiset til kjerneblokkens ender. Blokkene ble varm- og kaldvalset til ferdig dimensjon. En bit at det resulterende båndet ble kuttet av og varmbelagt med harpiks og polert, og snittet av båndet ble gransket i et optisk mikroskop. Variasjonen i pletteringstykkelse over båndets bredde var mindre enn 2 %, og defektene i endene var svært små. Det resulterende båndet ble viklet og kuttet i biter og levert til en produsent av varmevekslere for videre behandling.

Claims (18)

1. Sammenføyd struktur arrangert for en valseprosess som omfatter: - en kjerneblokk (1) som har: første og andre ender og mellom disse langsgående kanter som løper parallelt med valseretningen og et redusert tverrsnitt i tykkelsesretningen til kjerneblokken (1) i minst en av de langsgående kantene,karakterisert vedat - minst en andre valseblokk (2) er arrangert parallelt med kjerneblokken (1).

2. Sammenføyd struktur ifølge krav 1, hvori det reduserte tverrsnittet oppstår ved minst en utskjæring i sentrum av kanten.

3. Sammenføyd struktur ifølge krav 1, hvori det reduserte tverrsnittet oppstår ved minst en utskjæring, hvori utskjæringen er plassert bort fra senter på blokken (1) i tykkelsesretningen.

4. Sammenføyd struktur ifølge krav 1 eller 2, hvori det reduserte tverrsnittet oppnås ved innsmaling av øvre og/eller nedre overflate på kjerneblokken (1) i kantens retning.

5. Sammenføyd struktur ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori en total reduksjon av tverrsnittet er minst en tredjedel av blokkens (1) tykkelse.

6. Sammenføyd struktur ifølge et av kravene 1-4, hvori en total reduksjon av tverrsnittet er minst halvparten av blokkens (1) tykkelse.

7. Sammenføyd struktur ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori dybden på utskjæringen er større enn bredden på utskjæringen i tykkelsesretningen, fortrinnsvis større enn 1,5 ganger bredden.

8. Sammenføyd struktur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvori utskjæringen har én av formen av en U, en V og en polygon.

9. Sammenføyd struktur ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvori den minst ene andre valseblokken (2) når ut til kanten (3) på kjerneblokken.

10. Sammenføyd struktur ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori kjerneblokken (1) er laget av en aluminiumslegering.

11. Sammenføyd struktur ifølge krav 9, hvori den minst ene andre blokken (2) er laget av et mykere materiale enn kjerneblokken (1).

12. Sammenføyd struktur ifølge et hvilket som helst av krav 9 eller 10, hvori minst den ene andre blokken (2) er av en annen aluminiumslegering enn kjerneblokkens (1) legering.

13. Sammenføyd struktur ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori den minst ene andre blokken (2) er laget av en loddet legering.

14. Sammenføyd struktur ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori den minst ene andre blokken (2) har rektangulært tverrsnitt.

15. Sammenføyd struktur ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori: - kjernen har redusert tverrsnitt i tykkelsesretningen til kjerneblokken (1) i minst en av blokkens ender vinkelrett på valseretningen.

16. Fremgangsmåte for å fremstille et plettert bånd, omfattende følgende trinn: a) fremstille en kjerneblokk (1) med redusert tverrsnitt i tykkelsesretningen av blokken i minst en av blokkens kanter, karakterisert vedtrinnene: b) fremstille minst en andre blokk (2), c) eventuelt skalpering av blokkene (1,2), d) sammenføying av en kjerneblokk (1) og den minst ene andre blokken (2) for å lage en sammenføyd struktur ifølge hvilket som helst av krav 1-15, og e) varm- og kaldvalsing av den sammenføyde strukturen i denne lengderet-ningen til den når et passende mål.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, som omfatter følgende trinn: - maskinering av kanten på valseblokken for å oppnå det reduserte tverrsnittet på kjerneblokken (1).

18. Fremgangsmåte ifølge krav 16, som omfatter følgende trinn: - utførelse av reduksjonen av kjerneblokkens (1) tverrsnitt ved støping av kjerneblokken (1).