CN103464505B - 高频焊轧多层复合板生产装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明所设计的一种高频焊轧多层复合板生产装置及方法，本发明中带卷送入相应的开卷机，通过张力控制可以保证带材的平直度和良好对中，带材通过导向辊进入导电辊后，高频电流对带材进行在线加热，加热的范围是从导电辊到导卫装置入口这个回路。高频电流从导电辊导入，对带材表面浅层进行在线快速加热，到达夹送辊时，带材相互接触使热量达到最高，从而形成焊接的条件，多层带材经焊接后进入轧机再进行一次轧制复合，使不同带材的复合性能达到最佳。

Description

高频焊轧多层复合板生产装置及方法

技术领域

本发明涉及钢材加工与制造技术领域，具体地指一种高频焊轧多层复合板生产装置及方法。

技术背景

随着现代科技和国民经济的飞速发展，各行各业对金属材料提出了越来越苛刻的要求，单一组成的金属材料常常难以同时满足实际使用过程中多方面性能的要求。在此情况下，选取两种或两种以上的金属材料，采用各种不同工艺制成复合板材能够满足特殊的综合性能要求。

经过数十年的发展，金属复合板材已经成为重要的结构材料和功能材料。金属复合板具有如下特点：一是所选金属在性能上能够相互取长补短，复合板的综合性能优于未复合前任一组元金属材料。如钢与有色金属组合的复合极，不但具有钢的高强度和韧性，而且具有有色金属的特殊物理化学性能；又如高合金钢往往不能铸成大锭或难以轧成大板，但它可以做成复合钢板的一层坯料与钢坯一起轧成大板。二是采用金属复合板可以大幅度地节约贵金属材料、节约能源和板材的生产成本，生产不锈钢一碳钢、钛一钢、铜一钢、镍一钢等复合板材时，Ti、Cu、Ni等贵金属重量仅占整个复合板重量的5%～20%。钛一钢复合板为钛板价格的约1/3；不锈钢一碳钢、铜一钢等复合板分别为不锈钢板、铜板价格的50%～70%。

复合钢板是复合金属板中的重要种类，它广泛地应用于石油、化工、机械、造船、动力等工业中，需求量很大。

二十世纪三十年代，美国和德国就已经研制成功复合钢板，在以后数十年来复合板材的生产在国内外获得了高速发展。八十年代以来日本每年不锈钢复合板的产量超过3万吨，美国及前苏联的复合板材年产量也达数万吨。我国自1965年起采用轧制法生产不锈钢一钢复合板以来，虽然在复合钢板的制造工艺方法以及生产能力等方面都取得了长足的进步，但是总体与国外相比差距很大，主要表现在生产能力远远不足和不能生产大幅面复合板材，每年仍需进口大量复合钢板。

经过几十年的研究开发，金属复合板已经发展了多种生产工艺和方法，目前普遍使用的金属复合板工艺为热轧复合法，它在利用金属塑性变形的同时，为了能在较小的压力下实现压接焊合，采用高温加热使待复材料处于激活状态，其工艺方法中的绝大部分工序和普通钢板生产是一致的，主要的差别在于板迭的准备。热轧复合法的主要工序包括基板和复板的加工（切割）、表面处理（酸洗、研磨、镀镍）、板迭的组装和焊接、加热和轧制等。板迭的准备工序是热轧复合工艺中的关键工序，板迭组装时，四周必须用挡条进行密封焊接，焊接方式一般为埋弧焊或CO2保护焊。对于厚度50mm以下的复合板，通常由于基层和复合层的变形抗力不同，轧制时复合板将产生弯曲，故常采用对称轧制法，即将两组复合金属组合对称地叠放在一起，其中间放置隔离层，四周加以封焊，然后进行轧制。对于轧制厚度大于50mm的复合板，可以使用外露层轧制或者半夹层轧制。采用热轧复合法生产复合板具有如下优点：1、可充分发挥轧机的轧制能力和材料高温下的延展性能，产品尺寸范围广，可生产长而宽的各种厚度规格的大型板。2、容易在工业上实现稳定而经济的规模生产，生产成本较低。3、可以减少非金属杂质对接合部的污染，得到均一的接合。

然而长期生产实践中申请人发现，常规的热轧复合法需要对复合板料焊接前清除复合面的非金属杂质和氧化薄膜，对复合面进行抽真空处理，同时还要进行一系列的焊接操作，焊接完成后，需对整块板加热到600～1350℃才能进行轧制。，这样明显加大了金属复合板生产的难度和生产时间。同时，上述热轧复合法不能对板料进行连续加工，只能一块板料一块板料的加工，明显的降低了金属复合板的生产效率。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种生产难度低，生产效率高的高频焊轧多层复合板生产装置及方法。

为实现此目的，本发明所设计的高频焊轧多层复合板生产装置，其特征在于：包括轧机、第一复材卷导向辊、第二复材卷导向辊、位于第一复材卷导向辊与第二复材卷导向辊之间的基材卷导向辊、设置在第一复材卷导向辊后方且能与对应的第一复材板料复合面接触的第一导电辊、设置在第二复材卷导向辊后方且能与对应的第二复材板料复合面接触的第二导电辊、设置在基材卷导向辊后方且能与对应的基材板料的顶面和底面接触的上下导电辊组、设置在第一导电辊、第二导电辊和上下导电辊组后方且能将第一复材板料、第二复材板料和基材板料夹紧的夹送辊、位于夹送辊和轧机之间的导卫、与轧机输出端连接的复合板料导向辊，其中，所述导卫的一端通向夹送辊，导卫的另一端通向轧机的输入端，所述第一复材卷导向辊、基材卷导向辊和第二复材卷导向辊的前方分别设有开卷机，复合板料导向辊的后方设有卷取机。

进一步地，所述第一导电辊、第二导电辊和上下导电辊组的辊面分别均匀布置有多个槽。

进一步地，所述每个槽的槽深范围为0.3～3mm，槽的开口部分宽度范围为0.5～5.0mm，槽的槽底宽度范围为0.3～3.0mm，相邻两槽之间的距离范围为0.1～0.3mm。

一种利用上述高频焊轧多层复合板生产装置进行多层复合板生产的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：将第一复材卷、第二复材卷和基材卷通过开卷机开卷分别得到待复合的第一复材板料、第二复材板料和基材板料；

步骤2：将第一复材板料、第二复材板料和基材板料的带头分别引入第一复材卷导向辊、第二复材卷导向辊和基材卷导向辊；

步骤3：第一复材卷导向辊、第二复材卷导向辊和基材卷导向辊分别将第一复材板料、第二复材板料和基材板料送入第一导电辊、第二导电辊和上下导电辊组，第一导电辊、第二导电辊和上下导电辊组通过100KHz～10MHz的高频电流同时将第一复材板料、第二复材板料和基材板料的复合接触面加热到熔融状态；

步骤4：复合接触面被加热到熔融状态的第一复材板料、第二复材板料和基材板料经过夹送辊时自动压紧焊接，经过压紧和焊接后的多层板料由导卫输送入轧机进行轧制形成多层复合带材；

步骤5：所述多层复合带材由复合板料导向辊输送到卷取机形成复合卷。

进一步地，所述步骤4中通过控制轧机的冷轧压下量，能实现生产多种厚度规格的多层复合带材。

进一步地，所述步骤1中，第一复材板料、第二复材板料和基材板料进入第一复材卷导向辊、第二复材卷导向辊和基材卷导向辊前分别进行表面清理处理。

进一步地，所述步骤4，在夹送辊中第一复材板料和第二复材板料分别与基材板料的顶面和底面自动压紧和焊接。

进一步地，所述熔融状态的复合接触面温度为400～1450℃。

更进一步地，它还包括步骤6：以离轧机最近的开卷机做为可逆轧机的卷取机进行可逆冷轧。

本发明通过导电辊释放的高频电流与夹送辊和轧机一起实现了将第一复材板料、第二复材板料和基材板料复合成多层复合带材。本发明的有益效果为：

1、本发明适用于多种材料的复合；由于本发明利用了高频电流的趋肤效应和临近效应的原理，只对两种材料的接触表面进行加热，直到熔融状态，而对复合材料本身没有要求。

如双面同材料复合：

铜-钢-铜复合板，钢带作为母材，铜或铜合金作为复合层；铝-钢-铝复合板，钢带作为母材，铝或铝合金作为复合层；不锈钢-钢-不锈钢复合板，钢带作为母材，不锈钢作为复合层；铝-铜-铝复合板，铜带作为母材，铝或铝合金作为复合层；

双面不同材料的复合：

铜-钢-铝复合，不锈钢-钢-铝复合，不锈钢-钢-铜复合等

另外，本发明还可以生产锌-钢-锌复合板，锌-钢-锌复合板相当于带钢热镀锌，采用本发明进行带钢热镀锌时可以取消锌锅内的沉没辊，减少了带钢热镀锌时的工艺步骤。

2、本方法适用于多种厚度规格板材的复合，通过选择各层材料的厚度比例，实现母材和复合层不同的厚度比例；通过确定不同的冷轧压下量，可以生产多种厚度规格的复合带材。

3、本方法工艺流程连续、紧凑，工艺调整简单方便；传统的热轧复合法只能一块板料一块板料的加工，本发明可以实现带材的连续加工。

4、此方法因是连续化生产，对生产成卷的薄规格的复合板具有明显优势，通过轧机可以直接轧到更薄的厚度。

5、本发明不需要对复合板料进行抽真空处理，降低了复合板料的生产成本，提高了复合板料的生产效率。

6、本发明不需要对整个钢卷和整条带材进行加热，只加需热1～5mm的接触表面，节能效果显著。

7、本发明由于接触表面温度高，而基体材料整体温度较低，约30～200℃，轧制属于冷轧状态，因此复合板表面质量好，强度高。优于其它复合加工方式生产出来的复合板。

说明书附图

图1为本发明的高频焊轧多层复合板生产装置的结构示意图；

图2为本发明中第一导电辊的辊面的结构示意图；

图3为本发明中第二导电辊的辊面的结构示意图；

图4为本发明中上下导电辊组的辊面的结构示意图。

其中，1—第一复材卷导向辊、2—基材卷导向辊、3—第二复材卷导向辊、4—复合卷、5—第一复材板料、6—第一导电辊、7—第二复材板料、8—第二导电辊、9—基材板料、10—上下导电辊组、11—夹送辊、12—导卫、13—轧机、14—复合板料导向辊、15—槽、16—第一复材卷、17—第二复材卷、18—基材卷、19—多层复合带材、20—开卷机、21—卷取机。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1～4所示的高频焊轧多层复合板生产装置，包括轧机13、第一复材卷导向辊1、第二复材卷导向辊3、位于第一复材卷导向辊1与第二复材卷导向辊3之间的基材卷导向辊2、设置在第一复材卷导向辊1后方且能与对应的第一复材板料5复合面接触的第一导电辊6、设置在第二复材卷导向辊3后方且能与对应的第二复材板料7复合面接触的第二导电辊8、设置在基材卷导向辊2后方且能与对应的基材板料9的顶面和底面接触的上下导电辊组10、设置在第一导电辊6、第二导电辊8和上下导电辊组10后方且能将第一复材板料5、第二复材板料7和基材板料9夹紧的夹送辊11、位于夹送辊11和轧机13之间的导卫12、与轧机13输出端连接的复合板料导向辊14，其中，导卫12的一端通向夹送辊11，导卫12的另一端通向轧机13的输入端，所述第一复材卷导向辊1、基材卷导向辊2和第二复材卷导向辊3的前方分别设有开卷机20，复合板料导向辊14的后方设有卷取机21。

上述技术方案中，所述第一导电辊6、第二导电辊8和上下导电辊组10的辊面分别均匀布置有多个槽15。这是由于板的宽度≥100mm后，板形的不平度明显表现出来，带材的不平和板形缺陷会导致导电辊面与带材接触面不均匀，造成电流在传导表面上的不均匀，导致带材接触处熔融不均匀，轧制时压力不均匀，成品性能不均匀。实践证明，将导电辊表面做成槽形表面，能使带材表面电流均匀，复合后的材料结合力强，性能均匀。每个槽15的槽深H范围为0.3～3mm，槽15的开口部分宽度B1范围为0.5～5.0mm，槽15的槽底宽度B2范围为0.3～3.0mm，相邻两槽15之间的距离B范围为0.1～0.3mm。上述多个槽15均匀分布在导电辊表面，从而使带钢表面的电流密度沿带钢宽度方向均匀分布，在夹送辊中的多层带材之间接触线（面）的热量均匀。上述尺寸设计能进一步提高导电辊辊面与带材表面配合的精密性，保证了带材表面电流的均匀分布。

一种利用上述高频焊轧多层复合板生产装置进行多层复合板生产的方法，该方法总体来说，带卷送入相应的开卷机20，通过张力控制可以保证带材的平直度和良好对中，带材通过导向辊进入导电辊后，高频电流对带材进行在线加热，加热的范围是从导电辊到导卫装置入口这个回路。高频电流从导电辊导入，对带材表面浅层进行在线快速加热，到达夹送辊时，带材相互接触使热量达到最高，从而形成焊接的条件，多层带材经焊接后进入轧机再进行一次轧制复合，使不同带材的复合性能达到最佳。

具体来说本发明包括如下步骤：

步骤1：将第一复材卷16、第二复材卷17和基材卷18通过开卷机20开卷分别得到待复合的第一复材板料5、第二复材板料7和基材板料9；

步骤2：将第一复材板料5、第二复材板料7和基材板料9的带头分别引入第一复材卷导向辊1、第二复材卷导向辊3和基材卷导向辊2；

步骤3：第一复材卷导向辊1、第二复材卷导向辊3和基材卷导向辊2分别将第一复材板料5、第二复材板料7和基材板料9送入第一导电辊6、第二导电辊8和上下导电辊组10，第一导电辊6、第二导电辊8和上下导电辊组10通过100KHz～10MHz的高频电流同时将第一复材板料5、第二复材板料7和基材板料9的复合接触面加热到熔融状态，而不需加热其它材料及表面；

步骤4：复合接触面被加热到熔融状态的第一复材板料5、第二复材板料7和基材板料9经过夹送辊11时自动压紧焊接（到达夹送辊11时，带材相互接触使热量达到最高，从而形成焊接的条件），经过压紧和焊接后的多层板料由导卫12输送入轧机13进行轧制形成多层复合带材19；

步骤5：所述多层复合带材19由复合板料导向辊14输送到卷取机21形成复合卷4。

上述技术方案的步骤4中，通过控制轧机13的冷轧压下量，能实现生产多种厚度规格的多层复合带材19。

上述技术方案的步骤1中，第一复材板料5、第二复材板料7和基材板料9进入第一复材卷导向辊1、第二复材卷导向辊3和基材卷导向辊2前分别进行表面清理处理。

上述技术方案的步骤4，在夹送辊11中第一复材板料5和第二复材板料7分别与基材板料9的顶面和底面自动压紧和焊接。

上述技术方案中，所述熔融状态的复合接触面温度为400～1450℃。不同熔点的材料，其熔融所需的温度不同，低熔点的材料先达到熔融状态。

上述技术方案中，如需更薄的材料厚度，以离轧机13最近的开卷机做为可逆轧机的卷取机进行可逆冷轧，直到轧成所需的厚度。

本发明利用了高频电流的集肤效应和高频电流的邻近效应对板料进行复合处理，高频电流的集肤效应是指高频电流流过导体时，导体表面比中心耦合的磁力线减少，因此其反电动势即感抗小，结果使高频交流电流集中于导体表面很浅的深度内流动，随着电流频率的升高，集肤效应表现的更加明显。高频电流的邻近效应是指高频电流在两导体中彼此反向流动或在一个往复导体流动时，电流集中流动于导体的邻近侧。

说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种高频焊轧多层复合板生产装置，其特征在于：包括轧机(13)、第一复材卷导向辊(1)、第二复材卷导向辊(3)、位于第一复材卷导向辊(1)与第二复材卷导向辊(3)之间的基材卷导向辊(2)、设置在第一复材卷导向辊(1)后方且能与对应的第一复材板料(5)复合面接触的第一导电辊(6)、设置在第二复材卷导向辊(3)后方且能与对应的第二复材板料(7)复合面接触的第二导电辊(8)、设置在基材卷导向辊(2)后方且能与对应的基材板料(9)的顶面和底面接触的上下导电辊组(10)、设置在第一导电辊(6)、第二导电辊(8)和上下导电辊组(10)后方且能将第一复材板料(5)、第二复材板料(7)和基材板料(9)夹紧的夹送辊(11)、位于夹送辊(11)和轧机(13)之间的导卫(12)、与轧机(13)输出端连接的复合板料导向辊(14)，其中，所述导卫(12)的一端通向夹送辊(11)，导卫(12)的另一端通向轧机(13)的输入端，所述第一复材卷导向辊(1)、基材卷导向辊(2)和第二复材卷导向辊(3)的前方分别设有开卷机(20)，复合板料导向辊(14)的后方设有卷取机(21)；所述第一导电辊(6)、第二导电辊(8)和上下导电辊组(10)的辊面分别均匀布置有多个槽(15)。

2.根据权利要求1所述的高频焊轧多层复合板生产装置，其特征在于：每个所述槽(15)的槽深范围为0.3～3mm，槽(15)的开口部分宽度范围为0.5～5.0mm，槽(15)的槽底宽度范围为0.3～3.0mm，相邻两槽(15)之间的距离范围为0.1～0.3mm。

3.一种利用权利要求1所述高频焊轧多层复合板生产装置进行多层复合板生产的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：将第一复材卷(16)、第二复材卷(17)和基材卷(18)通过开卷机(20)开卷分别得到待复合的第一复材板料(5)、第二复材板料(7)和基材板料(9)；

步骤2：将第一复材板料(5)、第二复材板料(7)和基材板料(9)的带头分别引入第一复材卷导向辊(1)、第二复材卷导向辊(3)和基材卷导向辊(2)；

步骤3：第一复材卷导向辊(1)、第二复材卷导向辊(3)和基材卷导向辊(2)分别将第一复材板料(5)、第二复材板料(7)和基材板料(9)送入第一导电辊(6)、第二导电辊(8)和上下导电辊组(10)，第一导电辊(6)、第二导电辊(8)和上下导电辊组(10)通过100KHz～10MHz的高频电流同时将第一复材板料(5)、第二复材板料(7)和基材板料(9)的复合接触面加热到熔融状态；

步骤4：复合接触面被加热到熔融状态的第一复材板料(5)、第二复材板料(7)和基材板料(9)经过夹送辊(11)时自动压紧焊接，经过压紧和焊接后的多层板料由导卫(12)输送入轧机(13)进行轧制形成多层复合带材(19)；

步骤5：所述多层复合带材(19)由复合板料导向辊(14)输送到卷取机(21)形成复合卷(4)。

4.根据权利要求3所述的多层复合板生产的方法，其特征在于：所述步骤4中通过控制轧机(13)的冷轧压下量，能实现生产多种厚度规格的多层复合带材(19)。

5.根据权利要求3所述的多层复合板生产的方法，其特征在于：所述步骤1中，第一复材板料(5)、第二复材板料(7)和基材板料(9)进入第一复材卷导向辊(1)、第二复材卷导向辊(3)和基材卷导向辊(2)前分别进行表面清理处理。

6.根据权利要求3所述的多层复合板生产的方法，其特征在于：所述步骤4，在夹送辊(11)中第一复材板料(5)和第二复材板料(7)分别与基材板料(9)的顶面和底面自动压紧和焊接。

7.根据权利要求3所述的多层复合板生产的方法，其特征在于：所述熔融状态的复合接触面温度为400～1450℃。

8.根据权利要求3所述的多层复合板生产的方法，其特征在于：它还包括步骤6：以离轧机(13)最近的开卷机(20)做为可逆轧机的卷取机进行可逆冷轧。