WO2019030392A1 - VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM REIBSCHWEIßEN WARMER METALLISCHER PRODUKTE - Google Patents

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM REIBSCHWEIßEN WARMER METALLISCHER PRODUKTE Download PDF

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WO2019030392A1
WO2019030392A1 PCT/EP2018/071793 EP2018071793W WO2019030392A1 WO 2019030392 A1 WO2019030392 A1 WO 2019030392A1 EP 2018071793 W EP2018071793 W EP 2018071793W WO 2019030392 A1 WO2019030392 A1 WO 2019030392A1
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WO
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contact
slabs
contact surfaces
slab
friction welding
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Application number
PCT/EP2018/071793
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English (en)
French (fr)
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Jürgen Seidel
Olaf Norman Jepsen
Joachim Ohlert
Jürgen Merz
Heinz-Adolf MÜLLER
Ingmar ROTH
Kurt Scheffe
Matthias Kipping
Original Assignee
Sms Group Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B15/00—Arrangements for performing additional metal-working operations specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B15/0085—Joining ends of material to continuous strip, bar or sheet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/1205—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using translation movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/129—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding specially adapted for particular articles or workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/16—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating with interposition of special material to facilitate connection of the parts, e.g. material for absorbing or producing gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/16—Bands or sheets of indefinite length

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for friction welding of 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 plants.
  • 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.
  • the rolling speed must be substantially matched to the casting speed of the upstream casting plant, either to allow direct use without cutting the cast thin slab or to use the finishing train in a business-wise meaningful way.
  • DE 10 2009 037 278 A1 and EP 0 889 762 B1 is described by way of example, to pour a thin slab endlessly in a single-strand casting plant and then to roll down directly to the desired final thickness without interruption in a rolling train.
  • 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.
  • 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 the rolling train in principle allows a significantly higher mass flow than a single casting machine.
  • 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 between the two contact surfaces a contour element, which is further down is described, may be provided. 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • a high local pressure and a high local thermal energy input are achieved.
  • any existing scale can be better displaced to the outside during the vibration movement.
  • 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.
  • connection technology uses friction welding or vibration welding.
  • the strips and / or slabs, in particular thin slabs and pre-strips are preferably at a temperature level of more than 900.degree. C. to more than 1,100 upstream of the finishing train ° C.
  • the expert speaks here of hot products that are characterized
  • Temperature T L iq U idus depends on the material or alloy, but is regularly higher than 900 ° C, especially around 1550 ° C, for the grades cast by CSP plants.
  • the heating time of the surfaces and thus the connection time during friction welding itself reduced.
  • vibration and pressure make it very energy efficient at the joining plane and near the surface, usually within a range of ⁇ 50 mm (measured from the contact surface), which can be welded together required temperature generated.
  • additional media such as welding agents, or other fasteners, such. As rivets, etc., be waived.
  • the effort required for assembly is small compared to other known technologies. Steels with a higher carbon content, in which other bonding methods either fail or are particularly expensive, can also be welded together particularly well.
  • the apparatus comprises contouring means arranged to process or condition one or both contact surfaces, preferably by cutting, milling, bending, pressing, deforming and / or (the "and / or” always refers to all Enumeration elements, encompassing all possible combinations), scarfing and / or controlled heating or cooling, such that at the beginning of the friction welding process between the contact surfaces there is a point or line contact or contact along a reduced part contact area, preferably less than 20%.
  • a contour element such as a wire, wire mesh or profiled bar, can be brought between the contact surfaces, so that at the beginning of the friction welding process the contact surfaces with the contour element make a point or line contact or a contact along a reduced partial contact area. preferably less than 20%.
  • the aim of the mechanical or thermal contouring is that the two adjacent contact surfaces are at an angle to each other, have different shapes or profiles, raised areas or depressions are present, so that at the beginning of welding a point orcomparativelynformige or partial area conditioning the above achieved type is achieved.
  • the contouring can be performed in such a way that the bead is minimized during joining and / or the contour is optimized with regard to the stress distribution during subsequent rolling.
  • the processing of the contact surface (s) can be carried out immediately before the connection device. Alternatively, the editing the contact surface (s) functionally and / or locally separated, so for example in front of a roller hearth furnace, performed.
  • a contour element may be provided between the contact surfaces.
  • the contour element may extend in the width direction and / or thickness direction of the slab (s).
  • the contour element is fixed or clamped in front of the contact surface of the slab of the fixed side F.
  • the contour element serves to create a dot or line touch or patch contact, thereby obtaining the technical effects set forth above.
  • the contour element can be applied cold, but preferably preheated to slab temperature. Furthermore, the contour element is preferably applied without scale.
  • the pressing device is arranged to be movable along at least part of the conveyor.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the device is preferably designed so that the scale before Friction welding is removed from the contact surfaces. 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.
  • 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 with punches or pinch rolls or scaling-type edging 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.
  • 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.
  • a roller hearth furnace By laying at least part of the centering work in the roller hearth furnace, space can be saved. Parts or the entirety of the furnace inner centering can be retracted in the roller hearth furnace and set out from this.
  • 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 or reducing gas may be set, wherein the device is preferably arranged in the latter case, that the area under a reducing gas having a hydrogen content of less than 30%, more preferably between greater than 0% and 10%, is maintained. This allows the contact surfaces of the slabs after the Cutting or processing are kept free of scale until the beginning of the friction welding process, if desired.
  • 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.
  • tapes and / or slabs, in particular thin slabs, from at least two casting machines of a CSP plant are connected to a rolling train.
  • the friction welding takes place in detail as follows:
  • the pressing device preferably captures and fixes first the end of the pre-strip or the slab.
  • This so-called fixed part F of the pressing device preferably follows the feeding speed of the belt or the slab into the rolling train.
  • the trailing belt or slab is moved by means of the pressing device in front of the end of the leading slab or belt.
  • the so-called loose side of the pressing device then fixes the end and moves the head of the lagging slab or strip against the end of the leading strip or slab.
  • the Losseite the Andschreibvorraum is, after the head and end of the successive bands or slabs abut each other, with a simultaneously applied pressure, a force and / or a time-varying pressure or force curve in vibratory motion.
  • the lot side is thus moved relative to the fixed side, so that as a result of the frictional energy at the contact surface, a surface heating of the two contact surfaces of the bands or slabs to be joined is formed.
  • the applied pressure or the applied force can be calculated taking into account the assumed contact surface.
  • the contact pressure in the level is chosen to be somewhat smaller than the yield strength of the material and controlled by a model.
  • the oscillation frequency is preferably ⁇ 250 Hz and more preferably ⁇ 50 Hz.
  • the vibration amplitude at the contact surfaces of the slab or the belt during the vibratory movement in the thickness direction ⁇ 80%, more preferably ⁇ 30%, the thickness of the product and / or in the width direction ⁇ 50mm, more preferably ⁇ 20mm.
  • 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.
  • 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.
  • slab or belt hold downs may be placed in front of and behind the scissors punch to aid in the trimming or cutting process.
  • the respective subsequent slabs or bands before entering the region of the apparatus for friction welding and / or before being cut at the ends aligned laterally so that they are positioned centrally and averaging just the leading slabs or ribbons.
  • the clamping process removes temperature from the strip or slab surface.
  • 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.
  • thermal insulation in the transport area are pivoted or pushed to minimize the temperature loss of the belt or slab.
  • the vibratory motion of the striker L on the loose side may be performed during the heating process in the width direction or alternatively in the thickness direction or in both directions following an elliptical trajectory and / or with a circular motion about the center of the slab or belt contact surface.
  • 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.
  • 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.
  • the vibration application can be done mechanically by a crank drive or by hydraulic and servo valve technology or by electromagnetic drives.
  • 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 achieved by appropriate temperature control and flow rate within an upstream furnace, preferably a CSP furnace, cooling the warmer slab side, for example, with water or inductive heating in front of the connecting path and local heating of the colder end.
  • 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.
  • other units such as a pair of scissors, rollers and / or insulating hoods, etc.
  • drivers and / or lateral guide rollers are preferably provided at a predetermined distance from the connection point.
  • 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.
  • the hot side of the pressing device can be made of a heat-resistant steel or a heat-insulating or be implemented heat loss reducing material. Before clamping, these areas can also be descaled.
  • 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.
  • 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.
  • the timing of the Reibsch notes 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 ,
  • 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.
  • 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.
  • Figure 1 is a schematic side view of an apparatus for
  • FIG. 2 is a schematic side and top view of a pressing device as part of a friction welding apparatus according to the embodiment of the invention
  • FIG. 3 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
  • FIG. 4 is a schematic side view showing a detail of a pressing device in an enlarged manner
  • FIG. 5 shows embodiments of contoured contact surfaces (FIGS
  • Figure 6 is a schematic plan view of a portion of the device for
  • Figure 7 is a schematic plan view of a portion of the device for
  • Figure 1 shows a side view of a device 1 for friction welding, hereinafter also referred to as connecting means, warm metallic products, in particular thin slabs i, i + 1, which conveyed from several (not shown) casting a CSP plant to a (not shown) finishing train become.
  • a plurality of thin slabs i, i + 1 conveyed by a conveyor 2 are connected to one another.
  • the conveyor 2 has a roller table comprising a plurality of rollers 2a-2d.
  • Both the end of the leading slab i and the head of the lagging thin slab i + 1 are cut within a means for processing, here a punching shear 3, on the one hand tinder to each other to remove opposite end faces and on the other hand to create contact surfaces of the thin slabs i, i + 1.
  • the punching scissors 3 can be arranged so that the end of the slab i and the head of the slab i + 1 can be cut simultaneously. This saves time.
  • the contact surfaces are already aligned parallel and fit well in the subsequent connection process, in particular wedge-free, together.
  • this region is kept under a reducing gas having a hydrogen content of less than 30%, more preferably between greater than 0% and 10% hydrogen, depending on the type of protective gas, for example nitrogen or argon, with which it is mixed.
  • a reducing gas having a hydrogen content of less than 30%, more preferably between greater than 0% and 10% hydrogen, depending on the type of protective gas, for example nitrogen or argon, with which it is mixed.
  • the pressing device 6 has two clamping devices 6a, 6b which comprise a loose side L at the head of the trailing thin slab i + 1 and a fixed side F at the end of the leading thin slab i.
  • the loose side L and the fixed side F each comprise at least one clamping jaw for gripping and clamping the slab i, i + 1.
  • the entire pressing device 6 can be moved at least over a partial section of the conveyor 2.
  • clamping devices 6a, 6b can be moved relative to one another such that on the one hand the end of the leading thin slab i can be brought into contact with the head of the trailing thin slab i + 1 and, on the other hand, a desired contact pressure or a desired contact pressure on the contact surface of the two thin slabs i, i + 1 can be applied.
  • a desired contact pressure or a desired contact pressure on the contact surface of the two thin slabs i, i + 1 can be applied.
  • the vibration required for the friction welding process can be applied to the head of the trailing thin slab i + 1.
  • a number of insulating hoods 7 are provided to reduce the temperature of the hot thin slabs i, i + 1 preferably limited so that no further heating of the welded together thin slabs i, i + 1 before use in the (not shown) finish rolling mill is required.
  • the pressing device 6 is provided with a deburring device 8 for removing compressed bars optionally produced during the friction welding process.
  • the rolls of the conveying device 2 arranged in the region of the pressing device 6 can be moved away from the thin slabs i, i + 1 so as not to influence the action of the pressing device 6.
  • all roller conveyor rollers of the conveyor 2 are vertically movable away from the thin slabs i, i + 1 in the area of the pressing device 6 which is movably arranged in the conveying direction.
  • FIG. 2 (bottom) shows schematically a plan view of a pressure device 6 of a device for friction welding.
  • FIG. 2 (top) schematically shows a side view along the section AA from FIG. 2 (bottom).
  • the pressing device 6 has two clamping devices 6a, 6b, wherein the clamping device 6b is designed as a fixed part F of the leading slab i following and the clamping device 6a is assigned as a loose part of the subsequent slab i + 1.
  • the clamping devices 6a, 6b can be moved toward one another in such a way that the contact surfaces of the slabs i, i + 1 can be laid on one another under a predetermined pressure or force.
  • At least the lower saddles or jaws of the respective clamping devices 6a, 6b have in this embodiment for secure fixing of the slabs i, i + 1 raised projections 10, which are in contact with the underside of the slabs i, i + 1.
  • the raised projections 10 preferably extend over the entire width of the clamping devices 6a, 6b, but at least over the entire width B of the slabs i, i + 1.
  • Figure 3 shows schematically a plan view of the pressing device 6 as part of the apparatus for friction welding warm metallic products.
  • Both the slab i and the slab i + 1 are held by the respective clamping devices 6a, 6b.
  • the contact surfaces of the slabs i, i + 1 are designed, for example, complementary to one another. However, non-complementary geometries are possible and may be conducive to welding, as set forth below by way of particular embodiments.
  • Vibrating movement in the width direction of the slab is applied to the clamping device 6a on the loose side by suitable means, whereby the movements of the head of the trailing thin slab i + 1, shown by arrows 9, are induced relative to the stationary end of the leading slab i.
  • the movement of the slab i + 1 may follow a straight path in the width direction or a curved trajectory (corresponding to the end face shape) as shown here.
  • the fixed side of the clamping device holds the slab end i in position with respect to the width direction.
  • the friction welding of the slab i then takes place with the slab i + 1.
  • the contact end of at least one of the two slabs i, i + 1 is vibrated under a defined contact pressure or a defined contact force, whereby the two ends are welded under a defined pressure or a defined force.
  • the corresponding slab i + 1 itself is vibrated, and there is a direct contact of the two ends together.
  • at least one contact surface is machined prior to the bonding process, such as mechanically machined (for example, milled or cut) or processed by melting (for example, flamed).
  • the processing can be done by means of a crimping or punching shear and / or include deformation, such as bending, twisting, upsetting, pressing and / or squeezing.
  • the machining can serve to contour one or both contact surfaces, as will be explained in more detail below.
  • FIG. 4 is a schematic side view showing a detail of the pressing device 6 in an enlarged manner.
  • the clamping devices 6a, 6b comprise clamping jaws which grip the slabs i, i + 1 to be welded.
  • As clamping jaw leading edges 6a-1, 6b-1 of the clamping devices 6a, 6b those edges or surfaces of the jaws are referred to, which are facing each other in the gripping state.
  • the contact surfaces of the slabs i, i + 1 are thus located immediately before welding between the jaw leading edges 6a-1, 6b-1.
  • the distance between the contact surfaces and the jaw leading edges 6a-1, 6b-1 is denoted by s.
  • Figure 4 shows an arrangement in which the distance s with respect to the jaw leading edge 6a-1 is approximately equal to that known with respect to the jaws 6b-1, such a symmetrical arrangement is not necessarily required so long as a fast and reliable welding the two slabs i, i + 1 is possible.
  • the slab ends are clamped as close as possible to the contact surfaces.
  • the protruding slab portions between the jaw leading edges 6a-1, 6b-1 and the contact surfaces should be mined. So s is preferably smaller than the slab thickness.
  • a suitable clamping value s 20mm or less can be used.
  • the clamping length can be selected so that a pressure for the completion of the friction welding process is just possible.
  • the distance between the contact surface of the vibrated slab i + 1 or the associated Clamping device 6a and the adjacent driving or straightening rollers 4 and / or the adjacent roller side guides be dimensioned so that on the one hand an unhindered vibration can take place and on the other hand the driving or straightening rollers 4 and / or the roller side guides the vibration to the rest of the slab i + 1 and to devices outside the connection device 1 attenuate.
  • one, several or all rollers of the roller table can be lowered or moved to be decoupled during welding of the slab i + 1.
  • the distance between the driving or straightening rollers 4 and the contact surface of the slab i + 1 is preferably nx slab width when initiated in the widthwise direction, where n> 2, and preferably at a vibration in the thickness direction mx slab thickness, where m> 15.
  • the contact surfaces of the slabs i, i + 1 can be heated with an induction heater before the friction welding process.
  • the frequency is preferably chosen so that a near-surface heating of the contact surfaces takes place.
  • the surface temperature in the effective range of the induction heating or in the area of the contact surfaces can be measured to monitor the process.
  • the contact forces and the force in the direction of movement ie substantially perpendicular to the contact pressure, for applying the friction energy during the bonding process. This should include acceleration forces be calculated out. 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.
  • the nature of the weld joint such as the shape of the bead on the surface in the area of the contact surfaces, can be checked. If the friction-welded connection is rated as insufficient, the final compression can be dispensed with, or the insufficiently connected slabs i, i + 1 can be separated with scissors (emergency shears) in front of the rolling train. Also, cutting away the connection area, i. a double cutting is feasible. The following slab is then rolled in a batch mode rather than an endless mode.
  • FIG. 5 shows various embodiments of contoured contact surfaces.
  • the representation of Figure 5a is similar to that of Figure 4, wherein from the side view, a convex curvature of the contact surfaces along the direction of the thickness D of the slabs i, i + 1 emerges.
  • the curvature may be uniform, such as along a defined radius of curvature, or irregular. Due to the convex curvature, at the beginning of the friction welding process between the contact surfaces, a point or line contact or a contact occurs along a reduced partial contact surface. Depending on the shape of curvature, the contact surfaces may make contact at one point, one line, multiple points or multiple lines. Contouring along a cutting plane parallel to the slab plane is shown in FIG. 5c.
  • the slab i has, for example, a flat contact surface, which comes into contact with a corrugated contact surface of the slab i + 1. This also causes a point or line contact.
  • An irregular contouring by a deformed contact surface of the slab i is shown in FIG. 5b. It should be noted that various contouring shapes can be combined. In particular, it is possible a Contouring along the width direction of the slab (s) i, i + 1 to combine with a contouring along the thickness direction.
  • the faces of the slabs i, i + 1 to be welded together are referred to collectively as contact surfaces, even if they are only partially in contact with each other at the beginning of the welding, for instance in a point or line or along a partial contact surface.
  • the indication of a partial contact surface refers to the entire associated end face, which more and more comes into contact with the opposite end face during friction welding until, finally, essentially the entire end face is friction weldable.
  • 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.
  • 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.
  • a high local pressure and a high local thermal energy input are achieved.
  • any existing scale during the vibrational motion can be better displaced to the outside.
  • a contouring device for processing the contact surface (s) may be provided on the transport path.
  • the machining can be done mechanically, for example by milling or deforming the corresponding contact surface.
  • the contouring can be done for example by means of a press, a stuffer, a pair of scissors, a bending device or a roll stand.
  • a melting technical processing such as a contouring by scarfing possible.
  • the aim of the contouring is that the two adjacent contact surfaces are at an angle to each other, have different shapes or profiles, raised points or depressions are present, so that at the beginning of welding a point or line-shaped or partial surface contact of the type described above is achieved ,
  • the processing of the contact surface (s) can in this case be carried out immediately in front of the connecting device 1.
  • the processing of the contact surface (s) can be carried out functionally and / or locally, for example in front of a roller hearth furnace.
  • a contour element 1 1 in order to enable a spot or line-shaped welding even in the case of non-contoured contact surfaces, alternatively or in addition to the embodiments set forth above, a contour element 1 1, as shown in Figure 5d, be provided between the contact surfaces.
  • the contour element 1 1 is preferably a wire, wire mesh or profiled bar.
  • the wire or profile bar may extend in the width direction and / or thickness direction of the slab (n) i, i + 1.
  • the contour element 1 1 is fixed or clamped in front of or at the contact surface of the slab i of the fixed side F.
  • the contour element 1 1 is used to create a point or line contact or surface contact, preferably less than 20% relative to the total contact surface, whereby the above technical effects are achieved.
  • the slabs i, i + 1 must be aligned relative to each other prior to welding. Such an alignment can take place in the region of the roller table, which precedes the connecting device 1. If the connection device 1 is positioned immediately behind a roller hearth furnace, as for example in a CSP plant, the alignment or centering of the slabs i, i + 1 is more difficult.
  • at least one centering device 12a is provided at least partially within a roller hearth furnace 13 and another centering device 12b behind and outside the roller hearth furnace 13 to temporarily guide, center, and center the slab i + 1 just before joining / or align.
  • the centering devices 12a, 12b may for this purpose comprise rollers whose positions are adjustable by means of movement.
  • the adjustment of the rollers can be done for example hydraulically and / or electrically.
  • the furnace inner centering device 12a can be partially or completely retracted into the roller hearth furnace 13 and arranged to be extendable therefrom.
  • the centering device 12a when it is moved into the roller hearth furnace 13, not cooled to exclude water pollution of the roller hearth furnace 13.
  • the residence time of the centering device 12a, in particular of the rollers with the associated movement organs, in the roller hearth furnace is preferably short, for example less than 20 seconds, in order to prevent overheating.
  • a cooling of the centering device 12a, in particular of the rollers, roller guides, etc., can take place during a longer centering pause outside the roller hearth furnace 13, for example by means of water and / or air.
  • the friction welding apparatus allows switching between an endless mode and a batch mode.
  • Continuous rolling for example in the manufacture of thin ribbons, may be temporary, while producing less critical ribbons or slabs i, i + 1 in the batch mode.
  • a movable, insulated roller table is provided, which can be pushed into the main transport line as required.
  • a part 13a of the roller hearth furnace 13 can be provided to be movable, as shown in FIG.
  • the movable part 13a of the Roller hearth furnace 13 can be driven out of or into the main transport line to service this or the connecting device 1.
  • This principle of transverse displacement can also be realized for other components, such as the connection device 1 itself.

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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.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Reibschweißen warmer metallischer Produkte
1. Gebiet der Erfindung 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. 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.
2. Stand der Technik
Einrichtungen zum Verbinden von Vorbändern oder Knüppeln vor einer Fertigstraße zum Endloswalzen sind bekannt. Beispiele für den Stand der Technik sind die DE 2 742 151 C2, die DE 2 844 354 A1 , die EP 0 201 744 A2, die EP 0 492 368 B1 , die EP 0 495 124 B1 , die EP 0 691 163 A1 , die EP 0 661 1 12 B1 und die DE 10 062 193 B4.
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.
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 DE 10 2009 037 278 A1 und EP 0 889 762 B1 ist beispielhaft beschrieben, in einer Ein-Strang-Gießanlage eine Dünnbramme endlos zu vergießen und direkt ohne Unterbrechung anschließend in einer Walzstraße auf die gewünschte Enddicke herunter zu walzen. 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.
3. Zusammenfassung der Erfindung 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.
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.
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.
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.
Die erfindungsgemäße Verbindungstechnologie nutzt das Reibschweißen bzw. Vibrationsschweißen. Im Gegensatz zum Reibschweißen von kalten Bauteilen, wie dies beispielsweise in der US 5,165, 589 A beschrieben ist, liegen die Bänder und/oder Brammen, insbesondere Dünnbrammen und Vorbänder, vor der Fertigstraße vorzugsweise auf einem Temperaturniveau von mehr als 900°C bis über 1.100°C. Der Fachmann spricht hierbei von Warmprodukten, die sich dadurch
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auszeichnen, dass sie eine Temperatur oberhalb von Li^dus aufweisen. Die
Temperatur TLiqUidus ist material- bzw. legierungsabhängig, liegt bei den von CSP- Anlagen vergossenen Güten jedoch regelmäßig oberhalb von 900°C, insbesondere bei ungefähr 1550°C. Somit reduziert sich durch das Reibschweißen warmer metallischer Produkte im oben beschriebenen Sinne die Aufwärmzeit der Oberflächen und damit die Verbindungszeit beim Reibschweißen selbst. Darüber hinaus ist des denkbar, die Ofentemperatur und damit die Produkttemperatur gezielt anzuheben oder abzusenken. Beim Reibschweißen wird zielgerichtet durch Vibration und Druck sehr energieeffizient an der Fügeebene und oberflächennah, üblicherweise in einem Bereich < 50 mm (gemessen von der Kontaktfläche), die zum Zusammenschweißen erforderliche Temperatur erzeugt. Weiterhin kann bei der Anwendung des Reibschweißens gegebenenfalls auf Zusatzmedien, wie etwa Schweißmittel, oder andere Verbindungselemente, wie z. B. Nieten usw., verzichtet werden. Der Kraftaufwand für das Zusammenfügen ist gering im Vergleich zu anderen bekannten Technologien. Besonders gut können auch Stähle mit einem höheren Kohlenstoffgehalt, bei denen andere Verbindungsverfahren entweder versagen oder zumindest besonders aufwändig sind, miteinander verschweißt werden.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Konturierungseinrichtung auf, die eingerichtet ist, um eine oder beide Kontaktflächen so zu bearbeiten oder zu konditionieren, 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 und/oder gezieltes Erwärmen oder Abkühlen, 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 Reibschwei ßprozess 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.
Ziel der mechanischen oder auch thermischen 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 Linienformige oder teilflächige Anlage der oben beschriebenen Art erzielt wird. Weiterhin kann die Konturierung derart vorgenommen werden, dass der Wulst beim Fügen minimiert und/oder die Kontur im Hinblick auf die Spannungsverteilung beim anschließenden Walzen optimiert 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 F fixiert oder eingespannt. Das Konturelement dient der Erzeugung einer Punkt- oder Linienberührung oder Teilflächenberührung, wodurch die oben dargelegten technischen Wirkungen erhalten werden. Das Konturelement kann kalt angewendet werden, vorzugsweise jedoch vorgewärmt auf Brammentemperatur. Ferner wird das Konturelement vorzugsweise zunderfrei angewendet.
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.
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.
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.
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 die Gesamtheit der ofeninneren Zentriermittel können in den Rollenherdofen einfahrbar und aus diesem ausfahrbar eingerichtet sein.
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 oder reduzierendes Gas gesetzt werden kann, wobei die Einrichtung im letzteren Fall 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, falls dies gewünscht wird.
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.
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 F der Andrückvorrichtung folgt vorzugsweise der Einzugsgeschwindigkeit des Bandes oder der Bramme in die Walzstraße hinein. Das nacheilende Band oder die Bramme wird mittels der Andrückvorrichtung vor das Ende der vorauseilenden Bramme oder des Bandes bewegt. Die sogenannte Losseite der Andrückvorrichtung fixiert dann das Ende und bewegt den Kopf der nacheilenden Bramme oder des Bandes gegen das Ende des vorauseilenden Bandes oder der Bramme. Die Losseite der Andrückvorrichtung wird, nachdem Kopf und Ende der aufeinanderfolgenden Bänder oder Brammen aneinander liegen, bei einem gleichzeitig aufgebrachten Druck, einer Kraft und/oder einem zeitlich variablen Druck- oder Kraftverlauf in Vibrationsbewegung versetzt. Die Losseite wird also gegenüber der Festseite bewegt, so dass infolge der Reibenergie an der Kontaktfläche eine Oberflächenerwärmung der beiden Kontaktflächen der miteinander zu verbindenden Bänder oder Brammen entsteht. Der aufzubringende Druck bzw. die aufzubringende Kraft kann unter Berücksichtigung der angenommenen Kontaktfläche errechnet werden.
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 Liquidustemperatur, 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.
Vorzugsweise beträgt die Schwingungsamplitude an den Kontaktflächen der Bramme oder des Bandes während der Vibrationsbewegung in Dickenrichtung < 80%, besonders bevorzugt < 30%, der Dicke des Produktes und/oder in Breitenrichtung < 50mm, besonders bevorzugt < 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. 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 Beschneidoder Schneidvorgang zu unterstützen.
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. 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.
Die Vibrationsbewegung der Andrückvorrichtung auf der Losseite L kann während des Erwärmungsprozesses in Breitenrichtung oder alternativ in Dickenrichtung oder in beide Richtungen kombiniert einer Ellipsenbahn folgend und/oder mit einer kreisförmigen Bewegung um den Mittelpunkt der Brammen- oder Bandkontaktfläche durchgeführt werden. 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.
Die Schwingungsaufbringung kann mechanisch durch einen Kurbelantrieb oder mittels Hydraulik- und Servoventiltechnik oder durch elektromagnetische Antriebe erfolgen. 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. 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.
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.
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.
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.
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.
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. 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.
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. 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.
4. Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren näher erläutert:
Figur 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum
Reibschweißen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Figur 2 ist eine schematische Seiten- und Draufsicht einer Andrückvorrichtung als Bestandteil einer Vorrichtung zum Reibschweißen gemäß der Ausführungsform der Erfindung,
Figur 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, Figur 4 ist eine schematische Seitenansicht, die einen Ausschnitt Andrückvorrichtung auf eine vergrößerte Weise zeigt, Figur 5 zeigt Ausführungsformen konturierter Kontaktflächen (Figuren 5a bis
5c), sowie eine Ausführungsform, in der ein Konturelement (Figur 5d) angewendet wird,
Figur 6 ist eine schematische Draufsicht eines Abschnitts der Vorrichtung zum
Reibschweißen gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Figur 7 ist eine schematische Draufsicht eines Abschnitts der Vorrichtung zum
Reibschweißen gemäß einer weiteren Ausführungsform. 5. Ausführliche Beschreibung einzelner Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung 1 zum Reibschweißen, im Folgenden auch als Verbindungseinrichtung bezeichnet, warmer metallischer Produkte, insbesondere Dünnbrammen i, i+1 , die aus mehreren (nicht dargestellten) Gießmaschinen einer CSP-Anlage zu einer (nicht dargestellten) Fertigwalzstraße gefördert werden. Um die CSP-Anlage vom Batch-Betrieb in einen Semi-Endlos- Walzbetrieb oder einen Endlos-Walzbetrieb umschalten zu können, werden mehrere von einer Fördereinrichtung 2 geförderte Dünnbrammen i, i+1 miteinander verbunden. Die Fördereinrichtung 2 weist einen Rollgang auf, der mehrere Rollen 2a-2d umfasst.
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.
Sowohl das Ende der vorauseilenden Bramme i als auch der Kopf der nacheilenden Dünnbramme i+1 werden innerhalb eines Mittels zum Bearbeiten, hier einer Stanzschere 3, abgeschnitten, um einerseits Zunder an den einander gegenüberliegenden Stirnseiten zu entfernen und andererseits Kontaktflächen der Dünnbrammen i, i+1 zu schaffen. Die Stanzschere 3 kann so eingerichtet sein, dass das Ende der Bramme i und der Kopf der Bramme i+1 zeitgleich geschnitten werden können. Hierdurch wird Zeit gespart. Ferner sind die Kontaktflächen bereits parallel ausgerichtet und passen beim anschließenden Verbindungsprozess gut, insbesondere keilfrei, zusammen.
Der Stanzschere 3 nachgeschaltet laufen die Dünnbrammen i, i+1 durch Treib- oder Richtrollen 4 und anschließend durch eine Entzunderungsvorrichtung 5 in die Andrückvorrichtung 6 hinein. Alternativ oder zusätzlich zur Entzunderung der Stirnflächen kann nach dem Schneiden der Bereich der beiden Stirnflächen der Brammen i, i+1 - so etwa von der Schere 3 bis zum Beginn des Reibschweißprozesses, im gesamten Bereich der Verbindungseinrichtung 1 und/oder nur an den Stirnflächen der Brammen i, i+1 - unter Schutzgas gesetzt werden. Es kann dort nahezu ein Vakuum oder ein lokales Vakuum herrschen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird dieser Bereich unter einem reduzierenden Gas mit einem Wasserstoffanteil von weniger als 30%, besonders bevorzugt zwischen größer 0% und 10% Wasserstoffanteil gehalten, in Abhängigkeit des Schutzgastyps, beispielsweise Stickstoff oder Argon, mit dem es gemischt wird. Speziell mit dem reduzierenden Gas kann die Bildung von neuem Zunder verhindert und vorhandener Zunder abgebaut werden.
Die Andrückvorrichtung 6 weist zwei Klemmeinrichtungen 6a, 6b auf, die eine Losseite L am Kopf der nacheilenden Dünnbramme i+1 und eine Festseite F am Ende der voreilenden Dünnbramme i umfassen. Die Losseite L und die Festseite F umfassen jeweils zumindest eine Klemmbacke zum Greifen und Einspannen der Bramme i, i+1. Die gesamte Andrückvorrichtung 6 kann zumindest über eine Teilstrecke der Fördereinrichtung 2 bewegt werden. Zudem können die Klemmeinrichtungen 6a, 6b so zueinander bewegt werden, dass einerseits das Ende der voreilenden Dünnbramme i mit dem Kopf der nacheilenden Dünnbramme i+1 in Kontakt gebracht werden kann und andererseits ein gewünschter Anpressdruck bzw. eine gewünschte Anpresskraft auf die Kontaktfläche der beiden Dünnbrammen i, i+1 aufgebracht werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann mittels der Losseite L der Klemmeinrichtung 6a die für den Reibschweißvorgang erforderliche Vibration auf den Kopf der nacheilenden Dünnbramme i+1 aufgebracht werden. Über eine Teillänge der Fördereinrichtung 2 sind gemäß der Ausführungsform der Figur 1 oberhalb der Dünnbrammen i, i+1 sowohl in Förderrichtung vor als auch nach der Andrückvorrichtung 6 eine Reihe von Dämmhauben 7 vorgesehen, um die Reduzierung der Temperatur der warmen Dünnbrammen i, i+1 bevorzugt so einzuschränken, dass keine nochmalige Erwärmung der miteinander verschweißten Dünnbrammen i, i+1 vor dem Einsatz in die (nicht dargestellte) Fertigwalzstraße erforderlich ist.
Der Andrückvorrichtung 6 ist zudem auch eine Entbartungseinrichtung 8 zum Entfernen gegebenenfalls beim Reibschweißvorgang erzeugter Pressbarte vorgesehen. Schließlich können die im Bereich der Andrückvorrichtung 6 angeordneten Rollen der Fördereinrichtung 2 von den Dünnbrammen i, i+1 wegbewegt werden, um das Wirken der Andrückvorrichtung 6 nicht zu beeinflussen. Vorzugsweise sind sämtliche Rollgangsrollen der Fördereinrichtung 2 im Bereich der beweglich in Förderrichtung angeordneten Andrückvorrichtung 6 vertikal von den Dünnbrammen i, i+1 wegbewegbar.
Figur 2 (unten) zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Andrückvorrichtung 6 einer Vorrichtung zum Reibschweißen. Die Figur 2 (oben) zeigt schematisch eine Seitenansicht entlang des Schnitts AA aus der Figur 2 (unten). Die Andrückvorrichtung 6 weist zwei Klemmeinrichtungen 6a, 6b auf, wobei die Klemmeinrichtung 6b als Festteil F der vorauseilenden Bramme i folgend ausgestaltet ist und die Klemmeinrichtung 6a als Losteil der nachfolgenden Bramme i+1 zugeordnet ist. Die Klemmeinrichtungen 6a, 6b können so aufeinander zubewegt werden, dass die Kontaktflächen der Brammen i, i+1 unter einem vorab festgelegten Druck bzw. einer vorab festgelegten Kraft aufeinander angelegt werden können. Zumindest die unteren Sättel bzw. Backen der jeweiligen Klemmeinrichtungen 6a, 6b weisen in diesem Ausführungsbeispiel zum sicheren Fixieren der Brammen i, i+1 erhabene Vorsprünge 10 auf, die mit der Unterseite der Brammen i, i+1 in Kontakt stehen. Die erhabenen Vorsprünge 10 erstrecken sich vorzugsweise über die gesamte Breite der Klemmeinrichtungen 6a, 6b, zumindest jedoch über die gesamte Breite B der Brammen i, i+1.
Figur 3 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die Andrückvorrichtung 6 als Bestandteil der Vorrichtung zum Reibschweißen warmer metallischer Produkte. Sowohl die Bramme i als auch die Bramme i+1 werden von den jeweiligen Klemmeinrichtungen 6a, 6b gehalten. Die Kontaktflächen der Brammen i, i+1 sind beispielsweise komplementär zueinander gestaltet. Allerdings sind nicht-komplementäre Geometrien möglich und können für das Verschweißen förderlich sein, wie es weiter unten anhand besonderer Ausführungsformen dargelegt wird.
Auf die Klemmeinrichtung 6a an der Losseite wird mit geeigneten Mitteln eine Vibrationsbewegung in Breitenrichtung der Bramme angelegt, wodurch die mit Pfeilen 9 dargestellten Bewegungen des Kopfes der nacheilenden Dünnbramme i+1 relativ zum feststehenden Ende der voreilenden Bramme i induziert wird. Die Bewegung der Bramme i+1 kann in Breitenrichtung einer geraden Bahn oder wie hier dargestellt einer gekrümmten Bewegungsbahn (entsprechend der Stirnflächenform) folgen. Die Festseite der Klemmeinrichtung hält das Brammenende i bezüglich der Breitenrichtung in Position. Gegebenenfalls unter einem vorgegebenen Druck bzw. einer vorgegebenen Kraft auf die Kontaktflächen und vorzugsweise unter einer geeigneten Temperaturmessung erfolgt dann das Reibschweißen der Bramme i mit der Bramme i+1.
Demnach wird das Kontaktende zumindest einer der beiden Brammen i, i+1 unter einem definierten Anpressdruck bzw. einer definierten Anpresskraft in Vibration versetzt, wodurch die beiden Enden unter einem definierten Druck bzw. einer definierten Kraft verschweißt werden. Hierbei wird die entsprechende Bramme i+1 selbst in Vibration versetzt, und es erfolgt ein direkter Kontakt der beiden Enden miteinander. Vorzugsweise wird vor dem Verbindungsprozess mindestens eine Kontaktfläche bearbeitet, etwa mechanisch bearbeitet (beispielsweise gefräst oder geschnitten) oder schmelztechnisch bearbeitet (beispielsweise geflammt). Die Bearbeitung kann mittels einer Schopf- oder Stanzschere erfolgen und/oder eine Deformierung umfassen, wie etwa Verbiegen, Verwinden, Stauchen, Pressen oder/und Quetschen. Die Bearbeitung kann der Konturierung einer oder beider Kontaktflächen dienen, wie weiter unten im Detail ausgeführt wird.
Die Figur 4 ist eine schematische Seitenansicht, die einen Ausschnitt der Andrückvorrichtung 6 auf eine vergrößerte Weise zeigt. Die Klemmeinrichtungen 6a, 6b umfassen Klemmbacken, welche die zu verschweißenden Brammen i, i+1 greifen. Als Klemmbackenvorderkanten 6a-1 , 6b-1 der Klemmeinrichtungen 6a, 6b werden jene Kanten oder Flächen der Klemmbacken bezeichnet, die im Greifzustand einander zugewandt sind. Die Kontaktflächen der Brammen i, i+1 befinden sich somit unmittelbar vor dem Schweißen zwischen den Klemmbackenvorderkanten 6a-1 , 6b-1. In der Figur 4 ist der Abstand zwischen den Kontaktflächen und den Klemmbackenvorderkanten 6a-1 , 6b-1 mit s bezeichnet. Auch wenn die Figur 4 eine Anordnung zeigt, bei welcher der Abstand s in Bezug auf die Klemmbackenvorderkante 6a-1 ungefähr gleich dem in Bezug auf die Klemmbackenvorderkannte 6b-1 ist, ist eine solche symmetrische Anordnung nicht unbedingt erforderlich, sofern ein schnelles und zuverlässiges Verschweißen der beiden Brammen i, i+1 möglich ist.
Um eine optimale Übertragung der Vibration auf die Brammen i, i+1 insbesondere bei hohen Temperaturen zu gewährleisten, werden die Brammenenden möglichst nahe an den Kontaktflächen geklemmt. Die überstehenden Brammenabschnitte zwischen den Klemmbackenvorderkanten 6a-1 , 6b-1 und den Kontaktflächen sollten miniert werden. So ist s vorzugsweise kleiner als die Brammendicke. Als geeigneter Einspannwert kann s=20mm oder weniger herangezogen werden. Allgemein kann die Einspannlänge so gewählt sein, dass eine Pressung zur Beendigung des Reibschweißvorgangs gerade noch möglich ist.
Für eine optimale Bewegungsumsetzung sollte der Abstand zwischen der Kontaktfläche der in Schwingung versetzten Bramme i+1 bzw. der zugehörigen Klemmeinrichtung 6a und den benachbarten Treib- oder Richtrollen 4 und/oder den benachbarten Rollenseitenführungen so bemessen sein, dass einerseits eine ungehinderte Vibration stattfinden kann und andererseits die Treib- oder Richtrollen 4 und/oder die Rollenseitenführungen die Schwingung zum Rest der Bramme i+1 und zu Einrichtungen außerhalb der Verbindungseinrichtung 1 dämpfen. Zu diesem Zweck können eine, mehrere oder alle Rollen des Rollgangs absenkbar oder verfahrbar eingerichtet sein, um während des Verschweißens von der Bramme i+1 entkoppelt zu werden. Der Abstand zwischen den Treib- oder Richtrollen 4 bzw. Rollenseitenführungen und der Kontaktfläche der Bramme i+1 beträgt bei initiierter Vibration in Breitenrichtung vorzugsweise n x Brammenbreite, wobei n>2, und bei einer Vibration in Dickenrichtung vorzugsweise m x Brammendicke, wobei m>15.
Da es sich beim Verschweißen um warme Brammen i, i+1 handelt, sollte während der Vibrationsphase ein Pressen in horizontaler Richtung der Brammenenden gegeneinander oberhalb der Fließfestigkeit des Materials vermieden werden. Dies gilt in dem Bereich zwischen den Klemmbackenvorderkanten 6a-1 , 6b-1 und den Kontaktflächen, d.h. in der Nähe der Kontaktflächen, jedoch nicht an den reiberhitzten Kontaktflächen selbst. Es wird somit normalerweise eine hohe Schwingungsfrequenz bei niedriger Anpresskraft gewählt, um die Reibarbeit optimal einzubringen.
Die Kontaktflächen der Brammen i, i+1 können vor dem Reibschweißvorgang mit einer Induktionsheizung erwärmt werden. Die Frequenz wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass ein oberflächennahes Erwärmen der Kontaktflächen erfolgt. Während dieses Prozesses kann die Oberflächentemperatur im Wirkbereich der Induktionsheizung bzw. im Bereich der Kontaktflächen gemessen werden, um den Vorgang zu überwachen.
Um die Güte der Reibschweißverbindung überwachen und/oder den Reibschwei ßprozess 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.
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 i, i+1 können mit einer Schere (Notschere) vor der Walzstraße getrennt werden. Auch ein Wegschneiden des Verbindungsbereiches, d.h. ein zweimaliges Schneiden, ist durchführbar. Die folgende Bramme wird dann in einer Batch-Betriebsart statt einer Endlos-Betriebsart gewalzt.
Figur 5 zeigt verschiedene Ausführungsformen konturierter Kontaktflächen. Die Darstellung der Figur 5a ähnelt der der Figur 4, wobei aus der Seitenansicht eine konvexe Krümmung der Kontaktflächen entlang der Richtung der Dicke D der Brammen i, i+1 hervorgeht. Die Krümmung kann gleichförmig, etwa entlang eines definierten Krümmungsradius, oder unregelmäßig gestaltet sein. Durch die konvexe Krümmung ergibt sich zu Beginn des Reibschweißprozesses zwischen den Kontaktflächen eine Punkt- oder Linienberührung oder ein Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche. Je nach Krümmungsform können die Kontaktflächen an einem Punkt, einer Linie, mehreren Punkten oder mehreren Linien Kontakt erlangen. Eine Konturierung entlang einer Schnittebene parallel zur Brammenebene geht aus der Figur 5c hervor. Hierbei weist die Bramme i beispielhaft eine ebene Kontaktfläche auf, die mit einer gewellten Kontaktfläche der Bramme i+1 in Kontakt kommt. Dadurch findet ebenfalls eine Punkt- oder Linienberührung statt. Eine unregelmäßige Konturierung durch eine deformierte Kontaktfläche der Bramme i geht aus der Figur 5b hervor. Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Konturierungsformen kombiniert werden können. Insbesondere ist es möglich eine Konturierung entlang der Breiten richtung der Bramme(n) i, i+1 mit einer Konturierung entlang der Dickenrichtung zu kombinieren.
Zur Terminologie sei darauf hingewiesen, dass die zu verschweißenden Stirnflächen der Brammen i, i+1 insgesamt 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 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 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. 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 1 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 zu den oben dargelegten Ausführungsformen ein Konturelement 1 1 , wie in Figur 5d dargestellt, zwischen den Kontaktflächen vorgesehen sein. Das Konturelement 1 1 ist vorzugsweise ein Draht, Drahtgeflecht oder Profilstab. Der Draht oder Profilstab kann in Breitenrichtung und/oder Dickenrichtung der Bramme(n) i, i+1 verlaufen. Vorzugsweise ist das Konturelement 1 1 vor oder an der Kontaktfläche der Bramme i der Festseite F fixiert oder eingespannt. Das Konturelement 1 1 dient der Erzeugung einer Punkt- oder Linienberührung oder Teilflächenberührung, vorzugsweise von weniger als 20% relativ zur gesamten Kontaktfläche, wodurch die oben dargelegten technischen Wirkungen erzielt werden.
Gegebenenfalls müssen die Brammen i, i+1 vor dem Verschweißen relativ zueinander ausgerichtet werden. Eine solche Ausrichtung kann im Bereich des Rollgangs erfolgen, welcher der Verbindungseinrichtung 1 vorausgeht. Ist die Verbindungseinrichtung 1 unmittelbar hinter einem Rollenherdofen positioniert, wie beispielsweise bei einer CSP-Anlage, ist die Ausrichtung bzw. Zentrierung der Brammen i, i+1 schwieriger. Gemäß der Ausführungsform der Figur 6 ist mindestens eine Zentriereinrichtung 12a zumindest teilweise innerhalb eines Rollenherdofens 13 und eine weitere Zentriereinrichtung 12b hinter dem Rollenherdofen 13 und außerhalb desselben vorgesehen, um die Bramme i+1 kurz vor dem Verbinden vorübergehend am Kopf zu führen, zu zentrieren und/oder auszurichten. Die Zentriereinrichtungen 12a, 12b können zu diesem Zweck Rollen umfassen, deren Positionen durch Bewegungsorgane einstellbar sind. Die Verstellung der Rollen kann beispielweise hydraulisch und/oder elektrisch erfolgen. Indem zumindest ein Teil der Zentrierarbeit in den Rollenherdofen 13 verlegt wird, kann Platz eingespart werden. Die ofeninnere Zentriereinrichtung 12a kann teilweise oder vollständig in den Rollenherdofen 13 einfahrbar und daraus ausfahrbar eingerichtet sein. Vorzugsweise wird die Zentriereinrichtung 12a, wenn sie in den Rollenherdofen 13 hineingefahren wird, nicht gekühlt, um eine Wasserbelastung des Rollenherdofens 13 auszuschließen. Die Verweildauer der Zentriereinrichtung 12a, insbesondere der Rollen mit den zugehörigen Bewegungsorganen, im Rollenherdofen ist vorzugsweise kurz, beispielsweise weniger als 20 Sekunden, um ein Überhitzen zu unterbinden. Eine Kühlung der Zentriereinrichtung 12a, insbesondere der Rollen, Rollenführungen usw., kann während einer längeren Zentrierpause außerhalb des Rollenherdofens 13 erfolgen, beispielsweise mittels Wasser und/oder Luft.
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 i, i+1 in der Batch- Betriebsart hergestellt werden.
Um Temperaturverluste im Bereich der Verbindungseinrichtung 1 zu minimieren, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform ein verfahrbarer, gedämmter Rollgang vorgesehen, der bei Bedarf in die Haupttransportlinie hineingeschoben werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann ein Teil 13a des Rollenherdofens 13 verfahrbar vorgesehen sein, wie es in Figur 7 gezeigt ist. Der verfahrbare Teil 13a des Rollenherdofens 13 kann aus der oder in die Haupttransportlinie gefahren werden, um diesen oder die Verbindungseinrichtung 1 zu warten. Dieses Prinzip der Querverschiebung kann auch für andere Komponenten, wie etwa die Verbindungseinrichtung 1 selbst, realisiert werden.
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.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung zum Reibschweißen
2 Fördereinrichtung
2a-2d Rollen der Fördereinrichtung
3 Stanzschere
4 Treib- oder Richtrollen
5 Entzunderungsvorrichtung
6 Andrückvorrichtung
6a, 6b Klemmeinrichtung
6a-1 , 6b-1 Klemmbackenvorderkante
7 Dämmhaube
8 Entbartungseinrichtung
9 Vibrationsbewegung
10 Vorsprünge
1 1 Konturelement
12a, 12b Zentriereinrichtung
13, 13a Rollenherdofen i, i+1 Dünnbramme/Band
B Breite der Bramme
D Dicke der Bramme
F Festseite, Festteil
L Losseite, Losteil
s Abstand zwischen Kontaktfläche und Klemmbackenvorderkante

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung 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.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Konturierungseinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um eine oder beide Kontaktflächen so zu bearbeiten oder zu konditionieren, vorzugsweise durch Schneiden, Fräsen, Biegen, Pressen, Deformieren, Flämmen und/oder gezieltes Erwärmen oder Abkühlen, dass zu Beginn des Reibschweißprozesses zwischen den Kontaktflächen eine Punkt- oder Linienberührung oder ein Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche, vorzugsweise von weniger als 20% in Bezug auf die gesamte zugehörige Kontaktfläche, vorliegt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese so eingerichtet ist, dass vor dem Reibschweißprozess ein Konturelement (11 ), vorzugsweise ein Draht, Drahtgeflecht oder Profilstab, zwischen die Kontaktflächen bringbar ist, so dass zu Beginn des Reibschweißprozesses die Kontaktflächen mit dem Konturelement (11 ) eine Punkt- oder Linienberührung oder einen Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche, vorzugsweise von weniger als 20% in Bezug auf die gesamte zugehörige Kontaktfläche, aufweisen.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückvorrichtung (6) entlang zumindest einer Teilstrecke der Fördereinrichtung beweglich angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Bewegbarkeit der Andrückvorrichtung (6) mit der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung synchronisierbar ist.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich Mittel zum Bearbeiten, vorzugsweise Beschneiden, des Endes des vorauseilenden Bandes und/oder der Bramme (i) und/oder des Kopfs des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme (i+1 ) aufweist, wobei das Mittel zum Bearbeiten vorzugsweise eine Stanzschere (3) ist, die eingerichtet ist, um das Ende des vorauseilenden Bandes und/oder der Bramme (i) und den Kopf des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme (i+1 ) zeitgleich zu beschneiden.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückvorrichtung (6) und/oder die Transportstrecke vor und hinter der Andrückvorrichtung (6) Mittel zum Zentrieren und/oder Ausrichten der Bänder und/oder Brammen auf und vor und/oder hinter der Fördereinrichtung aufweist, wobei diese Mittel vorzugsweise zumindest teilweise innerhalb eines Rollenherdofens vorgesehen sind.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, durch welche eine oder beide Kontaktflächen der Brammen und/oder Bänder (i, i+1 ), vorzugsweise im Bereich der Andrückvorrichtung (6), zwischen einer Vorrichtung zur Bearbeitung der Kontaktflächen und der Andrückvorrichtung (6) oder im Wesentlichen im gesamten Bereich der Verbindungseinrichtung, unter Schutzgas oder nahezu Vakuum oder reduzierendes Gas gesetzt werden kann, wobei die Einrichtung im letzteren Fall 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.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung oder Teile derselben aus der Bearbeitungslinie herausfahrbar ist, vorzugsweise durch einen beweglichen Dämmrollgangsteil oder Ofenteil ersetzbar ist.
Verfahren zum Reibschweißen warmer metallischer Produkte wie Bänder und/oder Brammen, insbesondere Dünnbrammen, das aufweist:
(a) Fördern von zwei hintereinander angeordneten Bändern und/oder Brammen (i, i+1 ) zu einer Andrückvorrichtung (6), wobei die Bändern und/oder Brammen (i, i+1 ) Kontaktflächen aufweisen, an denen die Bändern und/oder Brammen (i, i+1 ) zum Reibschweißen in Kontakt zu bringen sind, (b) Andrücken des Kopfes des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme (i+1 ) an das Ende des voreilenden Bandes und/oder der Bramme (i), so dass 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,
(c) Bewegen der Kontaktflächen relativ zueinander zum Aufbringen von Reibenergie,
(d) Fixieren der Kontaktflächen der Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) aneinander und Aufbringen eines definierten Drucks oder einer definierten Kraft, sodass die zwei hintereinander angeordneten Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) miteinander zwischen den Kontaktflächen reibverschweißt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt (b) eine oder beide Kontaktflächen so bearbeitet oder konditioniert werden, vorzugsweise durch Schneiden, Fräsen, Biegen, Pressen, Deformieren, Flämmen und/oder gezieltes Erwärmen oder Abkühlen, dass im Schritt (b) zwischen den Kontaktflächen eine Punkt- oder Linienberührung oder ein Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche, vorzugsweise von weniger als 20% in Bezug auf die gesamte zugehörige Kontaktfläche, vorliegt.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt (b) ein Konturelement (11 ), vorzugsweise ein Draht, Drahtgeflecht oder Profilstab, zwischen die Kontaktflächen gebracht wird, so dass im Schritt (b) die Kontaktflächen mit dem Konturelement (1 1 ) eine Punkt- oder Linienberührung oder einen Kontakt entlang einer verringerten Teilkontaktfläche, vorzugsweise von weniger als 20% in Bezug auf die gesamte zugehörige Kontaktfläche, aufweisen. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide Kontaktflächen der Brammen und/oder Bänder (i, i+1 ) unter Schutzgas, nahezu Vakuum oder unter reduzierendes Gas vorzugsweise mit einem Wasserstoffanteil von weniger als 30%, besonders bevorzugt zwischen größer 0% und 10%, gesetzt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibschweißen bei einer Durchschnittstemperatur der Bänder und/oder Brammen von mehr als 900°C, vorzugsweise zwischen 900°C und 1250°C, insbesondere zwischen 950°C und 1 150°C, durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das relative Bewegen im Schritt (c) mit einer vorab festgelegten Schwingungsfrequenz und -amplitude sowie unter einem vorab festgelegten Druck, einer vorab festgelegten Kraft und/oder unter einem zeitlich variablen Druck- oder Kraftverlauf erfolgt, wobei die Schwingungsamplitude an den Kontaktflächen der Bramme oder des Bandes (i, i+1 ) während der Vibrationsbewegung in Dickenrichtung vorzugsweise < 80%, besonders bevorzugt < 30%, der Dicke des Produktes und/oder in Breitenrichtung vorzugsweise < 50mm, besonders bevorzugt < 20mm, beträgt, und/oder die relative Bewegung linear, kreisförmig oder kombiniert einer Ellipsenbahn folgend durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) zum Reibschweißen von je mindestens einer Klemmbacke einer Andrückvorrichtung (6) gegriffen werden, wobei die Klemmbacken jeweils eine Klemmbackenvorderkante (6a-1 , 6b-1 ) aufweisen und der Abstand zwischen der Klemmbackvorderkante (6a-1 , 6b-1 ) und der zugehörigen Kontaktfläche vor dem Schritt (c) kleiner als die Banddicke oder Brammendicke, vorzugsweise kleiner als 20mm, ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass während der Verfahrensschritte (b) und/oder (c) der Anpressdruck der Kontaktflächen gegeneinander geringer als die Fließfestigkeit der zu verbindenden Materialien in der Nähe der Kontaktflächen ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt (b) die Kontaktflächen mit einer Induktionsheizung erwärmt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (c) und/oder danach die Güte der Reibschweißverbindung geprüft und/oder der Reibschwei ßprozess gesteuert wird, vorzugsweise durch Messen einer Kontaktflächentemperatur im Bereich der Fügestelle, einer Anpresskraft, einer Kraft senkrecht zur Anpresskraft, einer Reibungskraft, Leistung, Arbeit, eines Presswegs und/oder durch Detektieren einer Form der Schweißverbindung, wobei
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer als unzureichend bestimmten Reibschweißverbindung die beiden Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) getrennt weitertransportiert werden, nachdem sie vorzugsweise mittels einer Schere getrennt wurden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt (b) eine oder beide Kontaktflächen der miteinander zu verbindenden Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) bearbeitet, vorzugsweise konturiert und/oder entzundert, wird. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchgeführt wird.
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