多尺度的焊接法的製作方法

2023-06-10 20:03:21 1

專利名稱：多尺度的焊接法的製作方法
技術領域：
本發明一般與多尺度金屬帶材的生產有關，具體有關帶材生產的方法，這種帶材有一個或多個相當薄的帶幅部分，其寬度與厚度的比例大於50比1。
已知有許多多尺度帶材的生產方法，例如連續鑄造，連續熱鍛，連續軋制，銑削或機加工，焊接及擠壓。
連續鑄造產品有相當粗糙的表面，和低強度的「鑄態」晶體結構。並且，每一次只能連續鑄造一種合金，而且只能在8-60英寸/分鐘範圍的相當低速下進行。
連續鍛造的特點也是生產速度相當低，精度差，製品有相當粗糙的表面，為取得要求的表面光潔度和公差，必須求助於進一步的切削加工。
連續軋制要求有多個軋輥型縫，各有經特殊機加工的軋輥。一般要求用中間退火，否則製品常有不均勻的應力，因而變形，例如扭曲及撓曲。
銑削或機加工要求將金屬切去或除去，產生相當量的廢料。生產速度又相當低，一般為4至8英尺/分鐘，主要因為必需避免產品和刀具上形成過量的熱。製品表面上也常被刀具擦傷劃出條紋。
焊接要求高能量能源，將金屬熔化進行熔接。焊縫位置產生厚度變化，焊接區成為鑄態晶體結構而強度相對降低。並且，焊件易於產生缺陷，諸如氣孔和未焊透。焊接速度很少超過20英尺/分鐘，諸如銀和鎳之類的不相溶材料不能用這技術焊接。
擠壓技術限制每次只能用一種金屬或合金，並且只限於再結晶溫度低的低彈性模數的金屬，例如銅，銀和鋁等的合金。擠壓時會咬住(galling)的金屬，諸如鎳和鉑類金屬不能進行擠壓。
當理想最終產品最薄截面處的寬度對厚度的比例增大時，許多上述的問題加劇。當這比例超過大約50比1時，用上述的任何傳統方法，幾乎不能順利按商品生產規模生產合格的產品。
利用固態焊接生產複合帶材料也是已知技術。但是由於輥軋應力的差別，和造成的弧形變形，妨礙將此方法用於順利生產寬度與厚度比超過約50比1的多尺度產品。
本發明的一個一般目的，是提出一種生產多尺度金屬帶材的改進方法，可防止先有技藝領域中的上述缺點和問題。
在本發明中，將至少兩條厚度不同的相同金屬或不同金屬的帶材，加熱到固態焊接溫度。然後在將這樣加熱的帶材引導，平行比齊，互相疊放，從驅動工作軋輥對形成的型縫中通過前，先使之從還原氣氛中經過。軋輥型縫的構形，可進行相疊帶材之間的固態焊接，而同時減小每一帶材的厚度，從而產生從軋輥型縫中送出的複合帶材，其階梯形截面至少由厚度不同的兩個部分構成。製成的複合帶材料立刻承受到拉伸應力，這應力大於帶材的屈服強度，而帶材正牌從軋輥型縫中排出的情況下。


圖1為實施本發明方法的系統的示意;
圖2，3及4為分別沿圖1中2-2，3-3及4-4線的放大剖視;
圖5為圖4的一個放大部分，示相鄰帶材間的焊接界面;
圖6及7為可用本發明方法生產的類型的其他典型多尺度複合帶材的剖面。
首先參看圖1，將若干金屬帶A、B、C從料卷10中放出，引向工作輥對12，14形成的一個軋輥型縫。帶材可用相同的或不同的金屬或合金製造。可用高模數金屬，諸如鋼，不可用會咬住的或再結晶溫度高的金屬製造。圖2所示最清晰，下輥14有圓柱形表面16，而上輥12有端部環圈18，和中間圓筒部分20用槽22隔開。
用在26處和一個工作輥連接的電源24，並在28處和每一帶材作滑動或滾動接觸，將各帶材A，B及C初步加熱，達到固態焊接溫度。然後將這樣加熱的帶材，引入含有如氫之類的氧化還原腔室30中。然後導向件32將帶材從腔室30引入軋輥型縫。如圖3所示，將引入的帶材A，B及C平行比齊，相鄰邊緣按搭接關係安排。在這特定的方案中，中間帶B比外側的帶A，C薄而寬。
將這樣比齊的帶材在軋輥型縫中輥軋，進行搭接邊緣的固態焊接，而同時減小帶材的厚度。經這樣輥軋的帶材從軋輥型縫中輸出，成為複合多尺度帶材S，有三部分A′，B′，及C′組成的梯形截面。中間部即腹部B′比兩外側部A′，C′較薄，寬度和厚度比例大於50比1。部分B′及C′之間的焊接界面，在圖5中用虛線34表示。這界面從梯級的參考平面P的兩側橫向外伸，在兩部之間形成連續的固定接頭。在部分A′及B′之間，形成相似而為鏡面影象的焊接界面。在整個截面中，有一個鍛造的，即冷作的晶體結構，提供良好的強度和延展性。
利用一個牽引裝置36，牽引從軋輥型縫中輸出的複合帶材S。牽引力使複合帶材承受拉伸應力，這應力高於帶材從軋輥型縫中輸出時及升溫條件下的屈服強度。
由於將截面不同的帶材A，B及C焊接，產生理想的端部形狀，因而不均勻內應力有最大的降低，然後在上面加牽引裝置36的牽引作用造成的較高而基本均勻的拉伸應力，消除了不均勻內應力。因此，可使帶材搭接區域中厚度降低的百分比增大，以加強固態焊接，而不造成扭曲，撓曲或其他類似變形。
複合帶材承受牽引裝置36施加的拉伸應力後，可用飛剪等類似裝置將其切成要求的長度。否則，也可將複合帶材用收集軸(未示)收集為卷盤。
下面的舉例可對本發明作解說將三個銅帶材A，B及C按上面的敘述加工。帶材A，C寬度各1.625英寸，厚度各0.200英寸。中間帶材B寬度為2.085英寸，厚度0.041英寸。帶材用電阻加熱法加熱到1000°F以上，在將其在圖3所示狀態下引入軋輥型縫前，先從腔30的氫氣氛中通過。輥軋時各帶材厚度減30-50%，搭接邊緣區厚度的百分比減幅較大，約減69%。固態焊接在搭接部位進行。製成的複合帶材S的截面形狀如圖4所示。部分A′及C′寬1.5英寸，厚0.216英寸，中間腹部B′寬2.0英寸，厚0.026英寸，寬和厚的比例約76.923。
輸出複合帶材在經剪切機分剪成段前，承受約20，000磅/英寸2的拉伸應力。製成的複合帶材的剪段平伏，其中的部分A′，B′及C′中的任一部分，沒有扭曲，撓曲或其他類似的變形。
本發明的方法不限於圖4中複合帶材的生產。可以適用於其他有變化的截面構形。因此，如圖6所示，中間腹部B′可以比邊側部A′，C′厚。否則，如圖7所示，邊側部A′，C′可在複合帶材的相對兩側表面上突出。上述僅為本發明之將兩個以上金屬帶材用固態焊接方法可作的若干變化。
本發明生產速度可高達40英尺/分鐘或更高。僅一個軋輥型縫進行焊接並產生完成的形式，而不藉助於額外的工序，諸如退火，研磨，拋光等等。表面拋光用作為研磨工具的鋼輥進行，即20微英寸有效值(RMS)以下。焊接產品有鍛制或冷作晶體結構，提供良好強度和延展性，而不致有焊接產品典型的內部的突然變化和缺陷。和傳統的銑削及機加工方法比較，廢料極少，合格產品率達到90%以上。用本發明生產的帶材，腹部寬度和厚度的比例大於50比1，在形狀和重複生產方面有極高的精度。
權利要求
1.一種用至少兩條厚度不同的金屬帶材連續製造多尺度複合金屬帶材的方法中，包括下列各個步驟將金屬帶加熱到固態焊接溫度；將這樣加熱的帶材通過氧化還原氣氛；將帶材從該氧化還原氣氛引入一對工作輥形成的軋輥型縫，各該帶材互相相鄰的邊緣有互相搭接的關係；將帶材在該軋輥型縫中輥軋，沿一個焊接界面，進行該搭接邊緣的固態焊接，焊接界面通過一個與該帶材平面垂直的基準平面伸展，焊接的同時還對各該帶材的厚度作減薄，在該軋輥型縫中將該相鄰邊緣的搭接區，作厚度的最大比例下降，經過這樣輥軋的帶材形成一條複合帶，從該軋輥型縫中輸出，複合帶有階梯形截面，至少有兩個部分厚度不同，位於該基準平面的兩側；從該軋輥型縫中輸出的複合帶材上施加拉伸應力。
2.如權利要求1中之方法，而特徵為該兩部分中之至少一部分，其寬度和厚度的比例大於50比1。
3.如權利要求1中之方法，而特徵為軋制的該複合帶有一個平表面，一個階梯形表面。
4.如權利要求1中之方法，而特徵為在複合帶承受拉伸應力後，將其分切成任意數目的平帶段。
5.如權利要求1中之方法，而特徵為該拉伸應力大於複合帶材從該軋輥型縫中輸出時的條件下的材料的屈服強度。
6.如權利要求5中之方法，而特徵為通過將該複合帶材從該軋輥型縫中拉出，以施加拉伸應力。
7.扁平金屬帶材有階梯形截面，至少有兩個厚度不同的部分，在一個基準平面的相對兩側安排，該帶材為至少兩條厚度不同而經過熱軋減小其各自厚度的金屬帶材製成的複合帶，將該至少兩部分沿通過該參考平面伸展的焊接界面，進行搭接邊緣的固態焊接，該帶材的整個截面有鍛造晶體的結構，而在該焊接界面附近的區域中沒有中斷變化。
全文摘要
一種多尺度複合金屬帶用若干厚度不同的分別的金屬帶材製造。將分別的金屬帶加熱，通過氧化還原氣氛，將相鄰的邊緣互相搭接，引入一對工作輥。輥軋操作使各帶材的厚度減小，而同時將搭接邊緣作固態焊接。將製成的多尺度帶承受拉伸應力，這應力大於工作輥輸出複合帶材時的條件下，帶材的屈服強度。
文檔編號B23K20/04GK1030375SQ88103880
公開日1989年1月18日 申請日期1988年6月22日 優先權日1987年6月22日
發明者阿曼納格·伊斯肯達裡恩, 羅德裡克·L·迪阿, 保羅·A·戴恩 申請人:多元冶金公司