無塵室用鋼製地板的製造方法
2023-11-30 19:06:41 2
專利名稱：無塵室用鋼製地板的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼製地板的製造方法，特別地涉及一種由鋼鐵材料以連續加工結合硬焊(Brazing)及熱處理技術製成地板的方法，以符合新一代無塵室用地板高承載的需求。
背景技術：
通常用於無塵室(Clean Room)的地板，大致上皆採用鋁合金通過壓鑄或重力鑄造法製成，受限於鋁合金材料強度的限制載重有一定的限度，若負荷超過其極限值時會產生碎裂，造成地板上的設備損失。就傳統鋁鑄地板承受力而言，其單位面積600mm2每一點最大載重2噸，在最大2mm變形量的下，尚能滿足第3、4代圓晶片廠生產設備的需求。隨著半導體組件的不斷演進，使半導體生產設備向著精密化、自動化而且重型化的趨勢發展。因此，新一代圓晶片廠對於無塵室地板的負荷重量需求已大幅提升，傳統鋁鑄地板因其單位面積承受力不足，已不適合新一代圓晶片廠高負載的需求。
為了改善傳統鋁合金地板的荷重能力，在先技術如圖4A及圖4B所示，中國臺灣發明專利公告第559636號，揭示了一種以鋼材製造通過板條交錯搭接焊接式的高架地板製造方法，其主要步驟包括先以鋼材製造格柵板10』及面板20』，該格柵板10』由框體12』及縱橫方向交錯、搭接的第一肋條13』和第二肋條14』所組成；及再將該面板20』與該格柵板10』等通過電焊或電阻焊焊接成一體。上述專利中的技術方案，雖以鋼材組成，並以電焊或電阻焊在第一肋條13』與第二肋條14』相交處焊接成一體，其製程中並無熱處理作業，就本領域技術人員可以理解的是，一般碳鋼若未經過熱處理的抗拉強度約在41kg/mm2以下，換言之，其材料強度無法發揮，對於荷重能力也並無任何的改進。若從本領域技術觀點分析，以電焊或電阻焊應用在鋼製地板上的缺點大致上可歸納如下1)氣密性差；2)單點焊接(焊接有效面積小)；3)變形大；4)破壞工件表面(母材熔，焊材不熔)；5)低強度；6)工件表面凹凸不平；7)費工時；8)外觀不佳；9)成本高等。
另外，如圖5所示，為本案申請人在中國臺灣的發明專利申請第93113651號(對應中國申請第200410062363.4號、日本申請第2004-381012號及韓國申請第10-2004-0058563號)，提出了一種「無塵室用鋼製地板的製造方法」，其包括下列步驟a)裁切步驟將鋼材胚料裁切成定尺寸的框條，及將鋼材胚料裁切成固定尺寸的蓋板。b)加工步驟將每一片框條衝制出多個嵌接槽，及將蓋板在對角相關位置鑽出多個通氣孔。c)組裝步驟將多片框條在石墨託板上進行縱橫方向排列的組裝，通過框條上的嵌接槽彼此上下插接形成框架結構，然後在此框架結構上覆設蓋板。d)第一次熱處理步驟將組裝完成的框架在其蓋板上加負荷重塊，然後進入熱處理爐內消除應力。e)添加焊料步驟將第一次熱處理完成的框架進行變形量校正後，對該框架的接縫處添加焊料。f)焊接步驟將添加完焊料的框架放置在石墨託板上並在蓋板上加負荷重塊，然後通過一連續爐同時焊接。
根據上述本發明的技術方案，採用鋼鐵材料構成地板框架，並通過連續加工結合硬焊(Brazing)及熱處理技術，在焊接的同時運用控制溫度的變化，使材料完全發揮其特性，並且結構更堅固及重量更輕。雖然上述技術方案實現了其發明目的，而且克服了在先技術中所存在的問題，但框架與蓋板一體成型結構的變形量仍存在不理想的缺陷。
發明內容
本發明的主要目的在於提供一種無塵室用鋼製地板的製造方法，採用鋼鐵材料通過連續加工結合硬焊(Brazing)及熱處理技術，使結構更堅固及重量更輕。
本發明另一目的在提供一種無塵室用鋼製地板的製造方法，通過在框架底部四角設計的突出部位，可防止硬焊後產生的變形，同時使平面加工時更方便施工。
本發明又一目的在於提供一種無塵室用鋼製地板的製造方法，通過框架與蓋板在製程最後才榫接鉚合的方式，使應力分散，除了可將變形量降至最低程度的外，還可根據不同需求鉚合不同形式的蓋板從而使產品多樣化。
本發明再一目的在於提供一種無塵室用鋼製地板的製造方法，能生產出低工時、低成本的鋼製地板。
為了實現上述目的及其它目的，本發明鋼製地板的製造方法，至少包括下列步驟
(1)衝制步驟將鋼材衝製成多個固定尺寸的框條及固定尺寸的蓋板，同時將每一片框條衝制出多個突銷與嵌接槽，並在該蓋板上衝制有多個對應於突銷的榫槽。
(2)組裝步驟將多片框條在石墨託板上進行縱、橫方向排列的組裝，通過框條上的嵌接槽彼此交叉搭接形成框架結構。
(3)第一次熱處理步驟在組裝完成的框架上負荷重塊，然後放進熱處理爐內進行應力消除。
(4)添加焊料步驟將第一次熱處理完成的框架校正變形量之後，在該框架的接縫處添加焊料。
(5)焊接步驟將添加完焊料的框架放置在石墨託板上並負荷重塊，然後通過連續爐同時焊接。
(6)鉚合步驟將焊接完成的框架與蓋板組合，使該框條上的突銷與該蓋板上的榫槽相互榫接，並將突銷衝平。
根據本發明，採用碳鋼或合金鋼等材料，在製程中框架組裝完成之後、焊接之前先進行第一次熱處理，消除框條與框條之間的應力，使材料能完全發揮其特性，再經硬焊(Brazing)焊接同時進行第二次熱處理，在還原性保護氣體的熱爐中加熱該地板框架，由於各框條間的間隙會產生毛細現象，故框條銜接界面間可作完全焊接，使框架結構穩定性更佳、更堅固。如此，製成的鋼製地板歸納其優點包括1)氣密性佳；2)相鄰構件間全面焊接(焊接有效面積大)；3)變形小；4)不破壞工件表面(母材不熔，焊材熔)；5)高強度；6)工件表面清潔度高；
7)省工時；8)外觀良；9)成本低等。
圖1A～圖1H為本發明無塵室用鋼製地板的製造方法的示意流程圖。
圖2為本發明無塵室用鋼製地板的製造方法的步驟框圖。
圖3為本發明無塵室用鋼製地板的放大詳圖。
圖4A及圖4B為公知技術，轉繪自中國臺灣發明專利公告第559636號「板條交錯搭接焊接式高架地板的製造方法」的示意圖。
圖5為本案申請人在先的中國臺灣發明專利申請第93113651號「無塵室用鋼製地板的製造方法」的框圖。
具體實施例方式
以下將配合實施例對本發明技術特點作進一步地說明，該實施例僅為較佳代表的範例並非用來限定本發明的實施範圍，謹通過參考附圖結合下列詳細說明而獲致最好的理解。
首先，請參考圖1A～1H圖並對照圖2，本發明無塵室用鋼製地板100，是針對未來新一代無塵室高承載負荷的需求，而以例如碳鋼或合金鋼等鋼鐵材料所製成。根據本發明的製造方法，基本上包括下列步驟衝制步驟先準備鋼材，例如SAE 4130合金鋼或其它碳鋼材料等，將此鋼材衝製成固定尺寸的框條11，同時在每一片框條11上衝制有多個相對應的嵌接槽12，這些嵌接槽12在接近邊端處的間距較小；及，在每一片框條11上衝制有多個突銷13，且在特定的框條11兩端分別衝出有一突出部14等。另外，準備例如S45C碳鋼材料等，將該鋼材衝製成固定尺寸的蓋板20，同時在該蓋板20上衝制有多個對應於該突銷13的榫槽21，形成如圖1A所示的材料。
組裝步驟將多片框條11成縱、橫方向排列組合，通過該框條11上的對應嵌接槽12彼此上、下交叉搭接成框架10結構，形成如圖1B及圖1C所示的形狀。
第一次熱處理步驟將組裝完成的框架10放置在一石墨託板30上，在該框架10上面鋪設多塊氧化鋁板40，且在該氧化鋁板40上均勻配置負荷多個重塊41，然後進入一熱處理爐50內進行第一次熱處理，如圖1C及圖1D所示。按照本發明，該第一次熱處理的溫度大約為440℃左右，在此溫度環境保溫大約125分鐘之久，及經歷一冷卻時間後出爐，以消除框條11與框條11之間的應力。
添加焊料步驟將第一次熱處理完成的框架10校正變形量之後，在該框架10的接縫處一一添加焊料，例如C-698銅膏等，如圖1E所示。
焊接步驟將添加完焊料的框架10放置在石墨託板30上，在框架10上面鋪設多塊氧化鋁板40，且在該氧化鋁板40上均勻配置負荷多個重塊41，然後經由一輸送裝置70使其通過一連續爐60同時焊接，如圖1F所示。根據本發明，該連續爐60內依框架10的行進方向，包括有一溫度約800℃的預熱區、一溫度約在900℃至1200℃間的高熱區、及一冷卻區(圖中未示出)，及該輸送裝置70的輸送速度約以每分鐘250mm的速率前進。其中，該框架通過高熱區之後在冷卻區至少停留40至70分鐘之間，較佳為55分鐘，最後通過冷卻區而出爐。按照本發明，在多次實驗中所測得較佳的量測值，列表如下
表1.為多次實驗中所測得的量測值 鉚合步驟將焊接完成的框架10與上述蓋板20組合，使該框條11上的突銷13與該蓋板20上的榫槽21相互榫接，最後將凸出該蓋板20表面上的突銷13衝平完成鋼製地板100的製程，如圖1G、圖1H所示。
根據本發明鋼製地板100，如圖3所示，該框架10結構在接近四個邊的框條相鄰的間距比在內部的間距較小，即位於該框架10外側的框條密度較密，因此使結構更堅固、荷重能力更高。此外，該框架10結構在底部四個角落分別形成有突出部14，除了在平面加工時更方便的外，還可防止硬焊後產生的變形。按照本發明，在框架組裝完成之後、焊接之前先進行第一次熱處理，以消除框條與框條之間的應力，使材料能完全發揮其特性，再經硬焊(Brazing)焊接且同時進行第二次熱處理，在焊接同時運用溫度的變化將材料α+P相，轉變為M相，以使材料完全發揮其特性而產生成倍的機械強度，使結構穩定性更佳、更堅固及重量更輕。
根據本發明，鋼製地板的廠作連續加工及熱處理製程中，焊接及熱處理同時完成，相比傳統的一般鋼材加工完成後才進行熱處理，本發明的製程簡單、生產效率高並能降低成本。
綜上所述，利用本發明技術所製造的鋼製地板大致上可歸納出下列優點1)安全性高即使超過負荷時，也先有變形前兆而不致於產生碎裂的危險性。
2)輕量化同樣負荷重量比鋁鑄地板重量輕(若以一塊地板相差1公斤而言，整個建築物樓版面積負荷將差百噸以上)。
3)高強度鋼鐵材料經熱處理可大幅增加其材料強度(抗拉強度70kg/mm2以上)。
4)低成本鋼鐵材料比鋁合金材料價格便宜(至少便宜3倍)。
5)省能源鋁材比鋼材冶煉所需熱源較高。
以上僅為本發明代表說明的較佳實施例，並不局限本發明實施範圍，即不偏離本發明宗旨所作的變化與修飾，應仍屬本發明的涵蓋範圍之內。
權利要求
1.一種無塵室用鋼製地板的製造方法，該地板包括由多個縱向及橫向框條互為搭接組成的框架，及結合於該框架上的蓋板所構成，其特徵在於，至少包括下列步驟衝制步驟將鋼材衝制出多個預定尺寸的框條及蓋板，同時將每一片框條衝制出多個突銷和嵌接槽，及在該蓋板上衝制有多個對應於突銷的榫槽；組裝步驟將多片框條成縱、橫方向排列組裝，通過框條上的嵌接槽彼此交叉搭接成框架結構；第一次熱處理步驟在組裝完成的框架上負荷重塊，然後進入第一次熱處理爐內進行應力消除；添加焊料步驟將第一次熱處理完成的框架，在該框架接縫處添加焊料；焊接步驟將添加完焊料的框架負荷重塊，然後通過連續爐同時焊接；鉚合步驟將焊接完成的框架與蓋板組合，使該框條上的突銷與該蓋板上的榫槽相互榫接，並將突銷衝平。
2.如權利要求1所述的無塵室用鋼製地板的製造方法，其特徵在於，該框架結構在接近四個邊的相鄰框條的間距比在內部相鄰框條的間距小。
3.如權利要求2所述的無塵室用鋼製地板的製造方法，其特徵在於，該框架結構在底部四個角落分別形成有一突出部。
4.如權利要求1所述的無塵室用鋼製地板的製造方法，其特徵在於，將該框架放置在石墨託板上送入熱處理爐內和通過連續爐。
5.如權利要求1所述的無塵室用鋼製地板的製造方法，其特徵在於，該熱處理爐的溫度在400℃至490℃之間。
6.如權利要求5所述的無塵室用鋼製地板的製造方法，其特徵在於，該第一次熱處理時間歷經100分鐘至150分鐘之間。
7.如權利要求1所述的無塵室用鋼製地板的製造方法，其特徵在於，該連續爐依框架行進方向，包括有預熱區、高熱區及冷卻區。
8.如權利要求7所述的無塵室用鋼製地板的製造方法，其特徵在於，該框架以每分鐘200mm至300mm之間的輸送速率通過連續爐。
9.如權利要求7所述的無塵室用鋼製地板的製造方法，其特徵在於，該預熱區的溫度在700℃至900℃之間。
10.如權利要求7所述的無塵室用鋼製地板的製造方法，其特徵在於，該高熱區的溫度在800℃至1200℃之間。
11.如權利要求10所述的無塵室用鋼製地板的製造方法，其特徵在於，該框架通過高熱區之後在冷卻區至少停留40至70分鐘之間。
12.如權利要求1所述的無塵室用鋼製地板的製造方法，其特徵在於，該框架由SAE 4130的合金鋼材料所構成，該蓋板由S45C碳鋼材料所構成。
13.一種無塵室用鋼製地板，其特徵在於，通過如權利要求1至12項中任一所述的製造方法所製成。
全文摘要
一種無塵室用鋼製地板的製造方法，將多個縱橫方向的框條預先衝出多個突銷及嵌接槽，通過縱橫方向框條上的嵌接槽彼此插接成框架結構，在此框架結構上負荷重塊，然後進入熱處理爐內進行應力消除，及將熱處理完成的框架校正變形量之後在其接縫處添加焊料，然後將添加完焊料的框架再負荷重塊並通過連續爐同時焊接；最後，將衝有對應榫槽的蓋板與該框架上的突銷榫接並經衝平。如此，將鋼鐵材料以連續加工結合硬焊(Brazing)及熱處理技術，在焊接同時運用溫度的變化使材料完全發揮其特性，使結構更堅固、輕量化、提高荷重能力及降低變形量。
文檔編號C21D11/00GK101058149SQ20061006669
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月19日 優先權日2006年4月19日
發明者韓顯壽, 陳建和 申請人:高力熱處理工業股份有限公司