專利名稱：多尺度的焊接法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般與多尺度金屬帶材的生產(chǎn)有關(guān)，具體有關(guān)帶材生產(chǎn)的方法，這種帶材有一個(gè)或多個(gè)相當(dāng)薄的帶幅部分，其寬度與厚度的比例大于50比1。
已知有許多多尺度帶材的生產(chǎn)方法，例如連續(xù)鑄造，連續(xù)熱鍛，連續(xù)軋制，銑削或機(jī)加工，焊接及擠壓。
連續(xù)鑄造產(chǎn)品有相當(dāng)粗糙的表面，和低強(qiáng)度的“鑄態(tài)”晶體結(jié)構(gòu)。并且，每一次只能連續(xù)鑄造一種合金，而且只能在8-60英寸/分鐘范圍的相當(dāng)?shù)退傧逻M(jìn)行。
連續(xù)鍛造的特點(diǎn)也是生產(chǎn)速度相當(dāng)?shù)?，精度差，制品有相?dāng)粗糙的表面，為取得要求的表面光潔度和公差，必須求助于進(jìn)一步的切削加工。
連續(xù)軋制要求有多個(gè)軋輥型縫，各有經(jīng)特殊機(jī)加工的軋輥。一般要求用中間退火，否則制品常有不均勻的應(yīng)力，因而變形，例如扭曲及撓曲。
銑削或機(jī)加工要求將金屬切去或除去，產(chǎn)生相當(dāng)量的廢料。生產(chǎn)速度又相當(dāng)?shù)?，一般?至8英尺/分鐘，主要因?yàn)楸匦璞苊猱a(chǎn)品和刀具上形成過量的熱。制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(jìn)行熔接。焊縫位置產(chǎn)生厚度變化，焊接區(qū)成為鑄態(tài)晶體結(jié)構(gòu)而強(qiáng)度相對(duì)降低。并且，焊件易于產(chǎn)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(shù)焊接。
擠壓技術(shù)限制每次只能用一種金屬或合金，并且只限于再結(jié)晶溫度低的低彈性模數(shù)的金屬，例如銅，銀和鋁等的合金。擠壓時(shí)會(huì)咬住(galling)的金屬，諸如鎳和鉑類金屬不能進(jìn)行擠壓。
當(dāng)理想最終產(chǎn)品最薄截面處的寬度對(duì)厚度的比例增大時(shí)，許多上述的問題加劇。當(dāng)這比例超過大約50比1時(shí)，用上述的任何傳統(tǒng)方法，幾乎不能順利按商品生產(chǎn)規(guī)模生產(chǎn)合格的產(chǎn)品。
利用固態(tài)焊接生產(chǎn)復(fù)合帶材料也是已知技術(shù)。但是由于輥軋應(yīng)力的差別，和造成的弧形變形，妨礙將此方法用于順利生產(chǎn)寬度與厚度比超過約50比1的多尺度產(chǎn)品。
本發(fā)明的一個(gè)一般目的，是提出一種生產(chǎn)多尺度金屬帶材的改進(jìn)方法，可防止先有技藝領(lǐng)域中的上述缺點(diǎn)和問題。
在本發(fā)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(tài)焊接溫度。然后在將這樣加熱的帶材引導(dǎo)，平行比齊，互相疊放，從驅(qū)動(dòng)工作軋輥對(duì)形成的型縫中通過前，先使之從還原氣氛中經(jīng)過。軋輥型縫的構(gòu)形，可進(jìn)行相疊帶材之間的固態(tài)焊接，而同時(shí)減小每一帶材的厚度，從而產(chǎn)生從軋輥型縫中送出的復(fù)合帶材，其階梯形截面至少由厚度不同的兩個(gè)部分構(gòu)成。制成的復(fù)合帶材料立刻承受到拉伸應(yīng)力，這應(yīng)力大于帶材的屈服強(qiáng)度，而帶材正牌從軋輥型縫中排出的情況下。


圖1為實(shí)施本發(fā)明方法的系統(tǒng)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(gè)放大部分，示相鄰帶材間的焊接界面;
圖6及7為可用本發(fā)明方法生產(chǎn)的類型的其他典型多尺度復(fù)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(duì)12，14形成的一個(gè)軋輥型縫。帶材可用相同的或不同的金屬或合金制造?？捎酶吣?shù)金屬，諸如鋼，不可用會(huì)咬住的或再結(jié)晶溫度高的金屬制造。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(huán)圈18，和中間圓筒部分20用槽22隔開。
用在26處和一個(gè)工作輥連接的電源24，并在28處和每一帶材作滑動(dòng)或滾動(dòng)接觸，將各帶材A，B及C初步加熱，達(dá)到固態(tài)焊接溫度。然后將這樣加熱的帶材，引入含有如氫之類的氧化還原腔室30中。然后導(dǎo)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(guān)系安排。在這特定的方案中，中間帶B比外側(cè)的帶A，C薄而寬。
將這樣比齊的帶材在軋輥型縫中輥軋，進(jìn)行搭接邊緣的固態(tài)焊接，而同時(shí)減小帶材的厚度。經(jīng)這樣輥軋的帶材從軋輥型縫中輸出，成為復(fù)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(cè)部A′，C′較薄，寬度和厚度比例大于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(jí)的參考平面P的兩側(cè)橫向外伸，在兩部之間形成連續(xù)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(gè)截面中，有一個(gè)鍛造的，即冷作的晶體結(jié)構(gòu)，提供良好的強(qiáng)度和延展性。
利用一個(gè)牽引裝置36，牽引從軋輥型縫中輸出的復(fù)合帶材S。牽引力使復(fù)合帶材承受拉伸應(yīng)力，這應(yīng)力高于帶材從軋輥型縫中輸出時(shí)及升溫條件下的屈服強(qiáng)度。
由于將截面不同的帶材A，B及C焊接，產(chǎn)生理想的端部形狀，因而不均勻內(nèi)應(yīng)力有最大的降低，然后在上面加牽引裝置36的牽引作用造成的較高而基本均勻的拉伸應(yīng)力，消除了不均勻內(nèi)應(yīng)力。因此，可使帶材搭接區(qū)域中厚度降低的百分比增大，以加強(qiáng)固態(tài)焊接，而不造成扭曲，撓曲或其他類似變形。
復(fù)合帶材承受牽引裝置36施加的拉伸應(yīng)力后，可用飛剪等類似裝置將其切成要求的長度。否則，也可將復(fù)合帶材用收集軸(未示)收集為卷盤。
下面的舉例可對(duì)本發(fā)明作解說將三個(gè)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(tài)下引入軋輥型縫前，先從腔30的氫氣氛中通過。輥軋時(shí)各帶材厚度減30-50%，搭接邊緣區(qū)厚度的百分比減幅較大，約減69%。固態(tài)焊接在搭接部位進(jìn)行。制成的復(fù)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。
輸出復(fù)合帶材在經(jīng)剪切機(jī)分剪成段前，承受約20，000磅/英寸2的拉伸應(yīng)力。制成的復(fù)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(fā)明的方法不限于圖4中復(fù)合帶材的生產(chǎn)?？梢赃m用于其他有變化的截面構(gòu)形。因此，如圖6所示，中間腹部B′可以比邊側(cè)部A′，C′厚。否則，如圖7所示，邊側(cè)部A′，C′可在復(fù)合帶材的相對(duì)兩側(cè)表面上突出。上述僅為本發(fā)明之將兩個(gè)以上金屬帶材用固態(tài)焊接方法可作的若干變化。
本發(fā)明生產(chǎn)速度可高達(dá)40英尺/分鐘或更高。僅一個(gè)軋輥型縫進(jìn)行焊接并產(chǎn)生完成的形式，而不借助于額外的工序，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(jìn)行，即20微英寸有效值(RMS)以下。焊接產(chǎn)品有鍛制或冷作晶體結(jié)構(gòu)，提供良好強(qiáng)度和延展性，而不致有焊接產(chǎn)品典型的內(nèi)部的突然變化和缺陷。和傳統(tǒng)的銑削及機(jī)加工方法比較，廢料極少，合格產(chǎn)品率達(dá)到90%以上。用本發(fā)明生產(chǎn)的帶材，腹部寬度和厚度的比例大于50比1，在形狀和重復(fù)生產(chǎn)方面有極高的精度。
權(quán)利要求
1.一種用至少兩條厚度不同的金屬帶材連續(xù)制造多尺度復(fù)合金屬帶材的方法中，包括下列各個(gè)步驟將金屬帶加熱到固態(tài)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(duì)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(guān)系；將帶材在該軋輥型縫中輥軋，沿一個(gè)焊接界面，進(jìn)行該搭接邊緣的固態(tài)焊接，焊接界面通過一個(gè)與該帶材平面垂直的基準(zhǔn)平面伸展，焊接的同時(shí)還對(duì)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(qū)，作厚度的最大比例下降，經(jīng)過這樣輥軋的帶材形成一條復(fù)合帶，從該軋輥型縫中輸出，復(fù)合帶有階梯形截面，至少有兩個(gè)部分厚度不同，位于該基準(zhǔn)平面的兩側(cè)；從該軋輥型縫中輸出的復(fù)合帶材上施加拉伸應(yīng)力。
2.如權(quán)利要求1中之方法，而特征為該兩部分中之至少一部分，其寬度和厚度的比例大于50比1。
3.如權(quán)利要求1中之方法，而特征為軋制的該復(fù)合帶有一個(gè)平表面，一個(gè)階梯形表面。
4.如權(quán)利要求1中之方法，而特征為在復(fù)合帶承受拉伸應(yīng)力后，將其分切成任意數(shù)目的平帶段。
5.如權(quán)利要求1中之方法，而特征為該拉伸應(yīng)力大于復(fù)合帶材從該軋輥型縫中輸出時(shí)的條件下的材料的屈服強(qiáng)度。
6.如權(quán)利要求5中之方法，而特征為通過將該復(fù)合帶材從該軋輥型縫中拉出，以施加拉伸應(yīng)力。
7.扁平金屬帶材有階梯形截面，至少有兩個(gè)厚度不同的部分，在一個(gè)基準(zhǔn)平面的相對(duì)兩側(cè)安排，該帶材為至少兩條厚度不同而經(jīng)過熱軋減小其各自厚度的金屬帶材制成的復(fù)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(jìn)行搭接邊緣的固態(tài)焊接，該帶材的整個(gè)截面有鍛造晶體的結(jié)構(gòu)，而在該焊接界面附近的區(qū)域中沒有中斷變化。
全文摘要
一種多尺度復(fù)合金屬帶用若干厚度不同的分別的金屬帶材制造。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(duì)工作輥。輥軋操作使各帶材的厚度減小，而同時(shí)將搭接邊緣作固態(tài)焊接。將制成的多尺度帶承受拉伸應(yīng)力，這應(yīng)力大于工作輥輸出復(fù)合帶材時(shí)的條件下，帶材的屈服強(qiáng)度。
文檔編號(hào)B23K20/04GK1030375SQ88103880
公開日1989年1月18日 申請(qǐng)日期1988年6月22日 優(yōu)先權(quán)日1987年6月22日
發(fā)明者阿曼納格·伊斯肯達(dá)里恩, 羅德里克·L·迪阿, 保羅·A·戴恩 申請(qǐng)人:多元冶金公司