DE3625755C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von schichtförmigen metallischen Verbundwerkstoffen aus zwei oder mehreren Bändern aus Metallen oder Metallegierungen, die vor dem Zusammenfügen entfettet, gereinigt und von Oxiden befreit und nachfolgend in einem Walzspalt zusammengeführt werden, sowie eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.

In der EP-O 0 04 063 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung plattierter Bleche beschrieben, bei dem mit einem zusätzlichen Schweißhilfsrahmen versehene Blechpakete erwärmt und einzeln durch einen oder mehrere Walzstiche zu einem Verbundwerkstoff zusammengefügt werden. Der Verbundwerkstoff erfährt dabei eine hohe Verformung, so daß eine Rekristallisationsglühung erforderlich wird. Die Verwendung eines Schweißhilfsrahmens stellt eine aufwendige Maßnahme dar, die das Ausbringen durch Besäumen und Schopfen begrenzt.

In der DE-33 34 355 Cl wird ein Verfahren zur Herstellung plattierter Bleche beschrieben, bei dem auf en erwärmtes Trägerband ein oder mehrere kalte Deckbänder durch Walzen aufgebracht werden, wobei die Oberfläche des Kernbandes vorher mittels Bürsten aufgerauht wird, was ein Brechen der gebildeten Oxidhaut bedeutet. Dies ist in etwa mit einem Reinigen vergleichbar. Es ist bekannt, daß durch Wärmebehandlung im Trägermaterial Kornvergröberung auftritt und so die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt werden. In den meisten Fällen ist daher nach dem Zusammenfügen eine anschließende Wärmebehandlung notwendig. Um unerwünschte Diffusion und Legierungsbildung zu vermeiden, muß die Wärmebehandlung sehr gezielt gesteuert werden; vielfach können die für die Einzelwerkstoffe optimale Wärmebehandlungsbedingungen nicht angewendet werden. Durch die Verwendung einer Heftrolle mit Vorsprüngen auf der Oberfläche werden zudem Verbundbänder erzeugt, die durch eine schlechte, stark aufgerauhte Oberfläche gekennzeichnet sind.

Von der in Pat. Abstr. of Japan M-584 April 24, 1987 Vol 11/- No. 131 beschriebenen Erfindung unterscheidet sich die vorliegende im wesentlichen durch die Verwendung eines sehr viel energiereicheren Elektronenstrahls und durch die Verwendung einer mit einer geeigneten Atmosphäre gefüllten Kammer, in der das Zusammenfügen erfolgt, um unerwünschte Oxidation der Bandoberfläche und somit auch schlechte Haftung zu vermeiden. Durch die Verwendung eines energiereichen Elektronenstrahls lassen sich im Vergleich zur Laserstrahlung gemäß (3) wesentlich höhere Herstellungsgeschwindigkeiten erzielen. Bei der Verwendung von Laserstrahlen ist bei einer Reihe von Werkstoffen außerdem beobachtet worden, daß besondere Vorbehandlungen der Bänder notwendig werden, um die Leistung des Strahles in das Band einzukoppeln. Dieser Nachteil entfällt bei der anmeldungsgemäßen Verwendung von Elektronenstrahlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mittels dessen die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden und auf einfache Weise ohne weitere Nachbehandlung ein verarbeitungsfähiger, umformbarer und schweißfähiger Verbundwerkstoff herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen aufgeführt und ergeben sich ferner nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Ein solcher Verbundwerkstoff wird vorzugsweise im chemischen Apparatebau oder bei der Energiegewinnung für die Förderung oder den Transport von Erdgas oder Erdöl eingesetzt werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind insbesondere darin zu sehen, daß die Eigenschaften der eingesetzten Werkstoffkomponenten auch nach dem Zusammenfügen zu einem Verbundwerkstoff erhalten bleiben, wobei Werkstoffkombinationen möglich sind, die nach dem Kaltwalz- oder Warmwalzplattierverfahren sowie mit Schweiß- und Gießplattieren nicht herstellbar sind. So ist z. B. eine Plattierung von Titan auf Stahl möglich, weil die Legierungsbildung durch das Aufschmelzen nur sehr dünner Oberflächenschichten in engen Grenzen gehalten wird. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist darin zu sehen, daß eine vollkontinuierliche Fertigung von Verbundwerkstoffen möglich ist, da Metallbänder endlicher Länge aneinandergeschweißt und der Plattieranlage zuführbar sind. Weiterhin ist hervorzuheben, daß im Gegensatz zu bekannten Warm- und Kaltwalzplattierverfahren für das erfindungsgemäße Verfahren nur verhältnismäßig geringe Walzkräfte für die Fügung der Einzelkomponenten zu einem Verbundwerkstoff notwendig sind. Schließlich ist ein weiterer Vorteil des Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik darin zu sehen, daß die zu verbindenden Metallbänder auf die Endabmessungsbreite des Verbundwerkstoffes beschnitten werden können, so daß eine nachträgliche Besäu­ mung des Verbundwerkstoffes mit den daraus resultierenden Nachteilen entfallen kann.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispieles näher erläutert, wobei die einzige Fig. eine vorteilhafte Anlage zur Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens zeigt.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor­ zugsweise verwendete Einrichtung besteht - wie die Fig. zeigt - im wesentlichen aus einer Niederdruckkammer 1 mit den Eintrittsschleusen 2, 3 und dem Ausschleusesystem 4 und einem in der Kammer 1 befindlichen Walzgerüst 5.

Vor dem Walzgerüst 5 - in Durchlaufrichtung der miteinander zu verbindenden Metallbänder 6, 7 gesehen - sind Umlenk­ rollen 8, 9 vorgesehen sowie des weiteren Reinigungs- und Aktivierungsstationen 10 für die Vorbehandlung der zu ver­ bindenden Bänder 6, 7.

Unmittelbar vor dem Walzspalt des Walzgerüstes 5 ist ein Elektronenstrahlkanonensystem 11 mit Ablenkeinheiten vorge­ sehen. Mittels eines Pumpsystemes 12 wird der erforderliche Unterdruck von 10^-4 bis 100 mbar in der Kammer 1 einge­ stellt. Mittels einer Gaszuführung 13 kann der Niederdruck­ kammer 1 Schutzgas oder eine Schutzgasmischung zugeführt werden.

Zur Herstellung eines schichtförmigen Verbundwerkstoffes aus zwei metallischen Bändern 6, 7 werden diese zur Entfernung von Rückständen und Oberflächenoxiden in bekannter Weise gereinigt und anschließend durch die vakuumdichten Ein­ trittsschleusen 2, 3 in die Niederdruckkammer 1 eingeführt. Um eine Oxidation der Oberfläche vor dem Zusammenfügen zu vermeiden, weist die Kammer 1 eine Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffpartialdruck, vorzugsweise eine Atmosphäre aus einem inerten Gas, z. B. Argon, Stickstoff, und/oder redu­ zierenden Gas, z. B. Wasserstoff, auf. Im Ausführungsbei­ spiel besteht das eine Metallband 6 mit einer Dicke von bis zu 15 mm aus einem hochfesten, zähen Baustahl und das dünnere Metallband mit einer Dicke von bis zu 2 mm aus einem Cr-Ni-legierten korrosionsbeständigem Stahl. Die Metall­ bänder 6, 7 werden - soweit es die Oberflächenbeschaffenheit nach der einleitend vorgesehenen Reinigung noch erfordert - aktivierend, z. B. durch Bürsten in der Aktivierungs­ station 10, behandelt. Über die Umlenkrollen 8 und 9 werden die Metallbänder 6, 7 dem Walzspalt des Walzgerüstes 5 zuge­ führt. Das vor dem Walzspalt des Walzgerüstes 5 angeordnete Elektronenstrahlkanonensystem 11 schmelzt die einander ge­ genüberliegenden und zu verbindenden Oberflächen beider Metallbänder 6, 7 kurz vor dem Walzspalt auf. Die Auf­ schmelztemperatur ist dabei so gewählt, daß auch die etwa noch vorhandenen Oberflächenoxide auf den zu verbindenden Oberflächen aufgeschmolzen werden. Da der Elektronenstrahl einem kreisförmigen Querschnitt hat, dessen Durchmesser deutlich kleiner als die Breite der aufzuschmelzenden Bänder ist, wird der Strahl mittels eines Ablenksystems über die Oberfläche der Bänder 6, 7 geführt, vorzugsweise mäander- oder sägezahnfömig.

Im Walzspalt des Walzgerüstes 5 werden die Bänder 6, 7 mit den aufgeschmolzenen Oberflächen durch einen ausreichenden Walzdruck gegeneinander gepreßt und auf diese Weise mitein­ ander verbunden. Der so entstandene, schichtförmige Verbund­ werkstoff 14 wird durch das vakuumdichte Ausschleusesystem 4 aus der Niederdruckkammer 1 herausgeführt.

Vor der Niederdruckkammer 1 sind im übrigen nicht näher be­ schriebene Haspel angeordnet, von denen die jeweils aufge­ wickelten Metallbänder 6, 7 abgewickelt werden. Je nach dem vorgesehenen Verwendungszweck des erfindungsgemäß herge­ stellten schichtförmigen Verbundwerkstoffes 14 ist im An­ schluß an das Ausschleusesystem 4 ebenfalls eine nicht dar­ gestellte Haspel- oder eine Zerteilanlage vorgesehen.

Bezugsziffern

 1 Niederdruckkammer
 2, 3 Eintrittsschleusesystem
 4 Ausschleusesystem
 5 Walzgerüst
 6, 7 Metallbänder
 8, 9 Umlenkrollen
10 Aktivierungsstation
11 Elektronenstrahlkanonensystem mit Ablenkeinheit
12 Pumpsystem
13 Gaszuführung
14 Verbundwerkstoff

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von schichtförmigen metallischen Verbundwerkstoffen aus zwei oder mehreren Bändern aus Metallen oder Metallegierungen, die vor dem Zusammenführen entfettet, gereinigt und von Oxiden befreit und nachfolgend in einem Walzspalt zusammengeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verbindenden Oberflächen der Metallbänder mit einem oder mehreren Elektronenstrahlen aufgeschmolzen und durch Walzdruck miteinander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen der zu verbindenden Oberflächen und das Zusammenfügen durch Walzdruck in einer geschlossenen Kammer bei einem Druck von 10^-4 bis 100 mbar durchge­ führt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Aufschmelzen der Oberfläche und das Zu­ sammenfügen durch Walzdruck in einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffpartialdruck, vorzugsweise unter Argon, Stickstoff oder Wasserstoff oder einer Mischung dieser Gase erfolgt.

4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den An­ sprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Niederdruckkammer (1) ein Walzgerüst (5) angeordnet ist, vor dessen Walzspalt ein Elektronenstrahlkanonen­ system (11) mit Ablenkeinheiten vorgesehen ist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckkammer (1) mit einem Pumpsystem (12) zur Her­ stellung des Unterdrucks in der Kammer sowie mit einer Gaszuführung (13) versehen ist.

6. Anlage nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeich­ net, daß in einer Wand der Niederdruckkammer (1) Ein­ trittschleusen (2, 3) für die einzuführenden und zu ver­ bindenden Metallbänder (6, 7) sowie in einer weiteren Wand ein Ausschleusesystem (4) für das Band aus Verbund­ werkstoff (14) vorgesehen ist.

7. Anlage nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß den Eintrittsschleusen (2, 3) Aktivierungs­ stationen (10) zugeordnet sind.

8. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eintrittsschleusen (2, 3) und dem Walzge­ rüst (5) je einem Metallband (6, 7) eine Umlenk­ rolle (8, 9) zugeordnet ist.