專利名稱：利用剪切連接的鋼板拼接設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用剪切連接技術的鋼板拼接設備，尤其涉及一種適合于連接已經過熱軋、將要被浸酸或浸酸冷軋處理的鋼板的鋼板拼接設備。
背景技術：
通常，如圖16A和16B所示，當前正要進行浸酸或浸酸冷軋的鋼板1(下文中稱之為在先材料)和下一步將要被浸酸或浸酸冷軋的鋼板2(下文中稱之為在后材料)通過如電弧對接處理或激光處理被連接在一起。
在先材料1逐一通過剪床10、一個夾緊裝置11、一個如激光焊機或電弧對接機的連接裝置12和又一個夾緊裝置11，經過開槽處理1001和連接處理1002，然后被送入打環裝置1003和浸酸裝置1004。
在先材料1和在后材料2被相應的夾緊裝置11夾住，在后材料2通過連接裝置12被激光焊接或電弧對焊在在先材料1上。
順便提一下，鋼板必須以預定速度連續傳送，這是因為，如果鋼板正在浸酸池時停止傳送，其表面性質會因過渡浸酸而被損壞。
由于傳統的連接方法連接時間長、且需要安裝一個大的打環裝置(緩沖鋼板裝置)，所以產生了一個使整個裝置尺寸變大的問題。
發明內容
本發明的目的是要解決上述在傳統鋼板拼接設備中存在的問題，并提供一種可以簡化打環裝置的鋼板拼接設備。
為了達到上述目的，本發明提供了一種包括一個鋼板加熱裝置和一個剪切-連接裝置的鋼板拼接設備，其中鋼板加熱裝置用于將在先材料和在后材料加熱到一個預定溫度，在先材料是當前正要進行浸酸或浸酸冷軋的鋼板，在后材料是下一步將要進行浸酸或浸酸冷軋的鋼板；在所述剪切-連接裝置中，借助模具和夾鉗夾住在先材料尾部和在后材料頭部相互重疊形成的交迭處，再用打孔機以這樣的方式對在先材料的尾部和在后材料的頭部進行剪切，即，剪切后新形成的尾部表面和頭部表面相互接觸，從而將在后材料的頭端部分連接到在先材料的尾端部分上。因此，與如電弧對接處理和激光處理這樣的傳統連接技術相比，被連接的表面所需精確率低，連接時間很短，從而使整個連接過程所用時間大大縮短，同時打環裝置也被大大簡化。
鋼板加熱裝置可以包括一個通過感應加熱方式加熱在后材料的設備和一個用加熱鉗夾住在先材料和在后材料的設備，以便通過接觸式熱傳導的方式把熱量從加熱鉗傳送到在先材料和在后材料，其中加熱鉗通過感應加熱先被預熱。這樣，在先材料和在后材料就被可靠加熱。
可替換地，鋼板加熱裝置包括一個通過感應加熱方式加熱在后材料的設備和一個通過感應加熱方式加熱在先材料和在后材料交迭部分的設備。在這種情況下在先材料和在后材料同樣被可靠加熱。
可替換地，鋼板加熱裝置可包括一個通過感應加熱方式加熱在先材料和在后材料交迭部分的設備。在這種情況下在先材料和在后材料同樣被可靠加熱。
優選地，剪切-連接裝置最好在鋼板溫度等于或高于350℃和間隙比例c/t等于或小于5％的條件下進行連接，間隙比例c/t是由等式c/t＝D/(t1+t2)×100表示的打孔機和模具之間的間隙，其中D代表打孔機和模具之間的距離，t1、t2代表在在先材料和在后材料的交迭處量得的它們各自相應的厚度。這樣，就完成了接縫強度大于基體材料強度的良好連接。
剪切-連接裝置可以以接縫表面沿線性或非線性的方式進行連接操作。這兩種情況下新形成的表面都能可靠連接在一起。
剪切-連接裝置還可以以下述方式進行連接操作打孔機將朝著自己的鋼板面壓下以便連接到沿鋼板寬度方向任意位置的另一塊鋼板上。此外，剪切-連接裝置還可以由打孔機形成一個圓柱形接縫表面來進行連接操作。
圖1A和圖1B是本發明實施例一所述的鋼板拼接設備的全視圖，其中圖1A表示連接過程中的一種狀態，圖1B表示連接后的一種狀態；圖2是實施例一所述的一種剪切-連接裝置的說明性視圖(連接前看)；圖3是實施例一所述的一種剪切-連接裝置的說明性視圖(連接后看)；圖4是實施例一所述的一個接縫表面的說明性視圖；圖5A和圖5B是本發明實施例二所述的鋼板拼接設備的全視圖，其中圖5A表示連接過程中的一種狀態，圖5B表示連接后的一種狀態；圖6是實施例二所述的一種剪切-連接裝置的說明性視圖(連接前看)；圖7是實施例二所述的一種剪切-連接裝置的說明性視圖(連接后看)；圖8是實施例二所述的一個接縫表面的說明性視圖；圖9A和圖9B是本發明實施例三所述的鋼板拼接設備的全視圖，其中圖9A表示連接過程中的一種狀態，圖9B表示連接后的一種狀態；圖10是實施例三所述的一種剪切-連接裝置的說明性視圖(連接后看)；圖11A和圖11B是實施例三所述的一個接縫表面的說明性視圖；圖12A和圖12B是實施例一所述的剪切操作的說明性視圖；圖13是接縫強度和連接溫度(鋼板溫度)之間的關系曲線圖；圖14是接縫強度和間隙比例之間的關系曲線圖；圖15A和圖15B是傳統拼接方法和本發明所述拼接方法的示意圖；以及圖16A和圖16B是傳統鋼板拼接設備的全視圖，其中圖16A表示連接過程中的一種狀態，圖16B表示連接后的一種狀態。
具體實施例方式
下面結合附圖詳細描述本發明的實施例。
實施例一圖1A、1B、2、3和圖4表示本發明實施例一所述的鋼板拼接設備。
如圖1A和圖1B所示，本實施例所述的鋼板拼接設備包括一個鋼板加熱裝置100和一個剪切-連接裝置200。在傳統設備中，通過剪切-連接裝置200的鋼板1經過開槽處理和連接處理，再被送入打環裝置和浸酸裝置中。
在圖2和圖3中，在先材料位于在后材料之上。但是在先材料和在后材料的位置關系并不局限于此，也就是說在后材料也可以位于在先材料之上。圖2到圖4表示沿鋼板厚度方向截取的橫截面看(在X-Z平面上看)到的在連接過程中和連接后在先材料和在后材料的狀態。
在圖1A和圖1B中，夾緊裝置、打孔機和打孔機底座部件是可垂直移動的，模具是固定的。但模具并非必須要固定，也可以在一定條件下垂直移動。
鋼板加熱裝置100包括一個在后材料加熱裝置31、一個在后材料加熱裝置32和一個在先/在后材料加熱裝置4，其適用于把鋼板1和2加熱到某一預定溫度。
在此，“加熱到某一預定溫度”是指例如一塊室溫(約30℃)鋼板可以被加熱到1000℃或者更高。
在后材料加熱裝置31適用于通過感應加熱加熱一個當前正要進行浸酸或浸酸冷軋的鋼板(下文指在先材料)1的頭部。在后材料加熱裝置32適用于通過感應加熱加熱一個下一步將要進行浸酸或浸酸冷軋的鋼板(下文指在后材料)2的頭部。
加熱在先材料1的方法并不局限于圖1A和圖1B中所示的感應加熱。在先材料1可以利用一個火爐或從一個熱源體上通過接觸式熱傳導進行直接或輻射加熱。這同樣適用于對在后材料2的加熱。
在后材料2被加熱之后，在先材料1的尾端部分和在后材料2的頭端部分相互重疊。加熱裝置4將在先材料1和在后材料2的交迭部分夾緊并通過接觸式熱傳導加熱交迭部分。加熱裝置4是一個加熱鉗(一個高溫部件)，通過感應加熱被預熱到某一預定溫度。
加熱裝置4并非必須要進行接觸式熱傳導，還可以用感應加熱或用例如火爐等熱源加熱。
在后材料2可以在本過程中一起被加熱，而不用再進行單獨加熱。
剪切-連接裝置200包括一個固定模具6、一個相對模具6可以垂直移動的夾鉗5、一個可垂直移動的打孔機7和一個打孔機底座部件8。
如圖2所示，在先材料1和在后材料2的交迭部分在模具6和夾鉗5之間通過夾鉗5向模具6的移動被夾緊，打孔機7壓向打孔機底座部件8完成打孔。結果，在兩塊鋼板的交迭處，打孔機7使一個鋼板產生斷裂面以和另一個鋼板的斷裂面相連。
在圖2中，在先材料位于在后材料之上。但是在先和在后材料之間的位置關系并不局限于此；也就是說在后材料也可以位于在先材料之上。
如圖3所示，在先材料1的尾端部分和在后材料2的頭端部分在加熱后被剪切，各自新形成的表面組成一個接縫表面(在圖3中用虛線標出)。新形成的各面在其間沒有如氧化物薄膜等雜質的高溫條件下相互接觸。這種雜質通常出現在高溫下的鋼板表面上。
如圖2所示，按照本實施例，由于受到夾鉗5、打孔機7、打孔機底座部件8和模具6沿X方向或徑向產生的擠壓力，新形成的表面在高溫下相互接觸，通過金屬原子的擴散被連接在一起。
如圖4所示，本實施例中所述的打孔機7和模具6采用這樣的結構其接縫表面在X-Y平面內直線延伸。
本實施例所述的鋼板拼接設備用鋼板來作測試。測試結果如圖13所示。圖13中，當鋼板溫度等于或高于350℃時為良好連接條件，在該條件下形成一個接縫，接縫強度大于基體材料的強度。同樣，如圖14所示，當由下面等式(1)定義的間隙比例等于或低于5％時，在良好連接條件下形成一個接縫，且接縫強度大于基體材料的強度。
圖13和圖14中的“良好連接”是指接縫強度等于或大于基體材料強度，并且在鋼板浸酸或浸酸冷軋過程中不允許出現裂痕。基體材料的強度根據基體材料而變并且屬基體材料特有。但是，因為測試表明在鋼板溫度等于或高于350℃及在間隙比例c/t等于或小于5％時，接縫強度等于或大于基體材料強度，所以本發明規定鋼板溫度要等于或大于350℃，間隙比例c/t要等于或小于5％。特別地，基體材料的強度是指基體材料的抗拉強度。圖13示出了在進行連接的過程中鋼板溫度作為參數變化時接縫強度的測試結果。圖14示出了在進行連接的過程中間隙比例作為參數變化時接縫強度的測試結果。
c/t＝D/(t1+t2)×100...(1)其中D是沿X方向上打孔機7和鋼型6之間的間隙，t1和t2分別是在在先材料1和在先材料2的交迭處量得的它們各自的厚度。
如圖15A和圖15B所示，與傳統的連接方法(例如電弧對接處理和激光處理)相比，本實施例所述的鋼板拼接方法的優點在于，其被連接表面所需精確率低、連接時間短，有時只用一秒或更短時間。這樣，整個連接過程所用時間就大大縮短，同時打環裝置也被大大簡化。
特別地，根據傳統方法，如圖15A中虛線標識的部分所示，在后材料的頭端表面和在先材料的尾端表面相對接；這樣，連接的準備工作占用了25秒。比較來看，本實施中如圖15B中折線標識的部分所示，在后材料的頭端部分和在先材料的尾端部分相重疊；這樣，連接的準備工作所耗時間將比25秒大大減少。
此外，因為傳統方法采用將電壓作用于全部端面的電弧對接處理或靠移動激光頭實現的激光處理，其連接時間大概需要10秒。比較來看，本實施例中的連接時間即打孔機7的打孔時間為一秒或更短，因此很短。
實施例二圖5A、5B、6、7和圖8是本發明實施例二所述的鋼板拼接設備。
在圖6和圖7中，在先材料位于在后材料之上。但是在先和在后材料之間的位置關系并不局限于此；也就是說在后材料也可以位于在先材料之上。圖6到圖8表示沿鋼板厚度方向截取的橫截面看(在X-Z平面上)連接過程中和連接后在先、在后材料的狀態。特別地，為了說明沿鋼板寬度方向的接縫狀態，圖8示出一個從鋼板上面看在X-Y平面上的視圖。
在圖5A和圖5B中，夾鉗、打孔機和打孔機底座部件是可垂直移動的，模具是固定的。但模具并非必須要固定，也可以在一定條件下垂直移動。
如圖5A和圖5B所示，本實施例所述的鋼板拼接設備采用的基本結構與實施例一大致相同，與實施例一不同的是，如圖8所示，其接縫表面在X-Y平面上沿曲形線或矩形線延伸。
本實施例中的打孔機7和模具6按照使接縫表面呈上述形狀的方式構成。本實施例的其它結構特征與實施例一相同。
因此，如圖6所示，在本實施例中的一個在先材料1和在后材料2的交迭部分，通過夾鉗5朝模具6方向的運動，該交迭部分被緊緊夾在模具6和夾鉗5之間，打孔機7朝打孔機底座8方向壓下完成打孔。結果，在兩塊鋼板的交迭處打孔機7使一塊鋼板產生斷裂面以和另一個鋼板的斷裂面相連。
如圖7示，在先材料1的尾端部分和在后材料2的頭端部分在加熱后被剪切，各自新形成的表面組成一個接縫表面(在圖7中用虛線標出)。新形成的各面在其間沒有如氧化物薄膜等雜質的高溫條件下相互接觸。這種雜質通常出現在高溫下的鋼板表面上。
像實施例一一樣，本實施例也有如下的特征當鋼板溫度等于或高于350℃時，接縫在良好連接條件下形成，且接縫強度大于基體材料的強度。同樣，當由上面等式(1)定義的間隙比例等于或低于5％時，接縫在良好連接條件下形成，且接縫強度大于基體材料的強度。
實施例三圖9A、9B、10、11A和圖11B是本發明實施例三所述的鋼板拼接設備。
在圖10中，在先材料位于在后材料之上。但是在先和在后材料之間的位置關系并不局限于此；也就是說在后材料也可以位于在先材料之上。
圖10、11A和圖11B表示沿鋼板厚度方向截取的橫截面看(在X-Z平面上看)在連接過程中和連接后在先材料和在后材料的狀態。特別地，為了說明沿鋼板寬度方向的接縫狀態，圖11A示出一個從鋼板上面看在X-Y平面上的視圖。
在圖9A和圖9B中，夾鉗、打孔機和打孔機底座部件是可垂直移動的，模具是固定的。但模具并非必須要固定，也可以在一定條件下垂直移動。
如圖9A和圖9B所示，本實施例所述的鋼板拼接設備采用的基本結構與實施例一大致相同，與實施例一不同的是，如圖11A和11B所示，任意個接縫表面沿鋼板寬度方向(沿Y軸方向)延伸；也就是說，接縫表面沿鋼板寬度方向不是連續的。
因此，本實施例中剪切-連接裝置200是這樣配置的將一個可垂直移動的打孔機7置于兩個夾鉗5中間，其中夾鉗相對于相應的模具6可垂直移動。如圖10所示，壓下打孔機7剪切在先材料1和在后材料2，由此將各自新形成的表面連接在一起。
如實施例一一樣，本實施例也有如下的特征當鋼板溫度等于或高于350℃時，在良好連接條件下形成一個接縫，接縫強度大于基體材料的強度。同樣，當由上面等式(1)定義的間隙比例等于或低于5％時，在良好連接條件下形成一個接縫，接縫強度大于基體材料的強度。
在本實施例中，接縫是一個圓柱形接縫表面。但是本發明并不局限于此。接縫表面可以是如矩形的任意形狀。
權利要求
1.一種鋼板拼接設備，包括一個將在先材料和在后材料加熱到預定溫度的鋼板加熱裝置，其中在先材料是當前正要進行浸酸或浸酸冷軋的鋼板，在后材料是下一步將要進行浸酸或浸酸冷軋的鋼板；以及一個用模具和夾鉗夾住在先材料的尾端部分和在后材料的頭端部分的交迭處，并以如下方式通過打孔機剪切在先材料的尾端部分和在后材料的頭端部分的剪切-連接裝置，即，剪切后新形成的尾端部分和頭端部分的表面相接觸以連接在后材料的頭端部分和在先材料的尾端部分。
2.一種如權利要求1所述的鋼板拼接設備，其特征在于，所述鋼板加熱裝置包括一個通過感應加熱方式加熱在后材料的設備和一個用加熱夾鉗夾住在先材料和在后材料的設備，以便通過接觸式熱傳導將熱量從加熱夾鉗上傳到在先材料和在后材料，其中加熱夾鉗通過感應加熱先被預熱。
3.一種如權利要求1所述的鋼板拼接設備，其特征在于，所述鋼板加熱裝置包括一個通過感應加熱方式加熱在后材料的設備和一個通過感應加熱方式加熱在先材料和在后材料交迭處的設備。
4.一種如權利要求1所述的鋼板拼接設備，其特征在于，所述鋼板加熱裝置包括一個通過感應加熱方式加熱在先材料和在后材料交迭處的設備。
5.一種如權利要求1所述的鋼板拼接設備，其特征在于，剪切-連接裝置在鋼板溫度等于或高于350℃和間隙比例c/t等于或小于5％的條件下進行鋼板的連接操作，間隙比例c/t由等式c/t＝D/(t1+t2)×100定義，其中D代表打孔機和模具之間的距離，t1、t2代表在在先材料和在后材料的交迭處量得的它們各自相應的厚度。
6.一種如權利要求1或5所述的鋼板拼接設備，其特征在于，剪切-連接裝置進行連接操作時接縫表面沿直線延伸。
7.一種如權利要求1或5所述的鋼板拼接設備，其特征在于，剪切-連接裝置進行連接操作時接縫表面非線性延伸。
8.一種如權利要求1所述的鋼板拼接設備，其特征在于，剪切-連接裝置進行連接操作時，朝著打孔機的鋼板面被打孔機壓下以便連接到沿鋼板寬度方向任意位置的另一塊鋼板上。
9.一種如權利要求1或8所述的鋼板拼接設備，其特征在于，剪切-連接裝置進行連接操作時打孔機形成一個圓柱形接縫表面。
全文摘要
一種鋼板拼接設備，包括一個用于加熱在先材料和在后材料的鋼板加熱裝置和一個用于連接在先材料和在后材料的剪切－連接裝置。在先材料是當前正要進行浸酸或浸酸冷軋的鋼板，在后材料是下一步將要進行浸酸或浸酸冷軋的鋼板。在剪切－連接裝置中，模具和夾鉗夾住在先材料和在后材料的交迭處，打孔機再對其進行剪切，以使各自新形成的表面相互接觸從而連接起來。
文檔編號B21B15/00GK1475329SQ0314878
公開日2004年2月18日 申請日期2003年6月26日 優先權日2002年7月11日
發明者川水努, 橋本律男, 平井悅郎, 橋本正一, 林寬治, 一, 男, 郎 申請人:三菱重工業株式會社, 三菱日立制鐵機械株式會社