WO2017140886A1 - Vorrichtung und verfahren zum reibverschweissen warmer metallischer produkte - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device and a method for friction welding warm metallic products such as pre-bands hereinafter also called belts and / or slabs, in particular thin slabs, as they are manufactured in so-called CSP systems.
- Such CSP plants roll pre-cast thin slabs directly using the casting heat directly either in batch mode, in semi-continuous operation or in continuous operation directly to the hot strip.
- the mechanical bonding for example by riveting and subsequent co-rolling, by pressure welding, preferably after inductive preheating the joint, by positive connection, arc welding and overlapping of the pre-bands and subsequent cutting and simultaneous pressing known.
- the rolling speed must be substantially matched to the casting speed within the upstream casting plant to either direct use without cutting the cast thin slab or to be able to use the finishing train in a way which makes sense economically.
- patent applications DE 10 2009 037 278 A1 and EP 0 889 762 B1 it is described by way of example to cast a thin slab endlessly in a single-strand casting installation and then to roll it down directly to the desired final thickness without interruption in a rolling train.
- the disadvantage here is that with the mass flow of the casting plant must also be rolled and therefore often sets a relatively low Endwalztemperatur and / or additionally the Vorband must be rehashed consuming within the rolling mill. Furthermore, the productivity of the entire system is economically too low, since only one casting machine can be connected to the rolling train during continuous casting rolling, but the rolling train in principle allows a significantly higher mass flow than a single casting machine.
- the aim of the new connection method and the use of the friction welding device according to the invention is a faster, more reliable and less complicated connection technology.
- This uses linear friction welding or vibration welding.
- the Ribbons and / or slabs, especially thin slabs and pre-bands, according to the invention already in the area before the finishing train at a temperature level of> 900 ° C to above 1,100 ° C before.
- the expert speaks here of hot products, the
- this temperature T L iq U idus is dependent on material or alloy, but is regularly above 900 ° C., in particular at the grades cast by CSP plants
- the apparatus for friction welding warm metallic products comprises a conveyor for at least two successively arranged belts and / or slabs and a pressing device for pressing the head of the trailing belt and / or the slab to the end of the leading belt and / or the slab.
- this pressing device has a release part and a so-called fixed part in order to fix the contact surfaces of the belts and / or slabs to one another, whereby the release part can be vibrated relative to the fixed part such that the two belts and / or slabs arranged one behind the other are under one another Influence of the friction energy between the contact surfaces are weldable. It is preferred if the pressing device is arranged to be movable along at least part of the conveyor.
- a device which is able to implement the joining of two successive bands and / or slabs flexibly and optionally also in time with the promotion of the individual bands and / or slabs towards the rolling train.
- a device is provided which is able to implement the joining of two successive bands and / or slabs flexibly and optionally also in time with the promotion of the individual bands and / or slabs towards the rolling train.
- Pressure device is designed synchronizable with the speed of the conveyor.
- the device according to the invention must at least substantially remove the scale which is inevitably present and adhering to warm metallic products before the friction welding, the
- Contact surfaces front surfaces can be removed. This can be done for example by movement of the belt or slab ends vertically in the thickness direction and / or horizontally in the width direction to each other, preferably at low contact pressure and greater amplitude, whereby the scale can be scraped off or pushed away to a large extent. Alternatively, the majority of the scale can be laterally on the head sides immediately before joining also by mechanical
- a pressing or clamping device preferably detects and fixes the end of the pre-strip or the slab first. This so-called fixed part F of
- Pressing device preferably follows the feeding speed of the belt or slab into the rolling train.
- the trailing tape or slab is by means of the pressing device in front of the end of the leading slab or Bandes moves.
- the so-called loose side of the pressing device then fixes the end and moves the head of the lagging slab or strip against the end of the leading strip or slab.
- the Losseite the Andschreibvorraum after the head and end of the successive bands or slabs are together, with applied simultaneously predetermined pressure and / or time-variable pressure curve in
- Vibration movement offset The lot side is thus moved relative to the fixed side, so that as a result of the frictional energy at the contact surface, a surface heating of the two contact surfaces of the bands or slabs to be joined is formed.
- the contact pressure in the level is slightly smaller than that
- the oscillation frequency is preferably ⁇ 250 Hz and particularly preferably ⁇ 50 Hz.
- the pressure from the head is opposite the end as long
- Maintaining or keeping a train between head and tail is avoided until the welding process or the necessary cooling process is completed at the joint.
- Slabs or bands are finally moved against each other for welding, the ends machined, preferably trimmed or cut in full, so as to give a clean, two-dimensional contact of the two joining ends, thereby also a simultaneous descaling occurs.
- This can be done for example by means of a punch scissors, which is preferably moved synchronously with the two slabs and / or belts, when the ends are cut.
- slab or belt hold downs may be placed in front of and behind the scissors punch to aid in the trimming or cutting process.
- the respective succeeding slabs or bands are also laterally aligned before they enter the area of the apparatus for friction welding and / or before they are cut at the ends, so that they are positioned centrally and on average just in line with the leading slabs or bands are.
- the clamping process removes temperature from the strip or slab surface.
- this band or slab region can be locally reheated again.
- Connecting line are preferably partially moved during the friction welding process from the effective range of the pressing device. Moreover, during the bonding process, thermal insulation is advantageously temporarily pivoted or pushed into the transport area in order to minimize the temperature losses of the strip or the slab.
- the vibratory movement of the pressing or clamping device on the loose side L can during the heating process in the width direction or alternatively in
- Thickness direction or combined in both directions following an elliptical orbit and / or with a circular motion about the center of the slab or belt contact surface.
- both can also be used in a heating process
- Clamping devices of the pressing at the head and end are relatively vibrated relative to each other. D. h., That, for example, in the thickness direction, the two ends are moved against each other oscillating to each other, so have two so-called loose parts. In this way, the oscillation amplitude of the respective side can be reduced within the pressing device, whereby optionally vibrations transmitted to the environment can be reduced.
- the vibration application can be done mechanically by a crank drive or by hydraulic and servo valve technology or by electromagnetic drives.
- the head and the end of the slabs and / or bands to be connected to one another are preferably of the same temperature as possible, a temperature difference of at most 50 ° C. being particularly preferred.
- This can by appropriate temperature control and flow rate within an upstream furnace, preferably a CSP furnace, a cooling of the warmer slab side, for example, with water or an inductive
- Heating upstream of the connecting section and local heating of the colder end can be achieved.
- the jaws preferably along with other aggregates such as a pair of scissors, rollers and / or Dämmhauben etc. advanced during the bonding process in the material transport direction of the conveyor and performed linear.
- driver and / or lateral guide rollers provided at a predetermined distance from the connection point.
- the clamping by means of the pressing device can both the upper and
- the bearing surface between the pressing device and the slab and / or the band can be performed as a full-surface edition or alternatively with raised shapes to secure a clamping safer. When clamping between the top and bottom of the slab or the band is pressed straight at the same time and possible bulges or waves are eliminated.
- the hot side of the pressing device can be made of heat-resistant steel or heat-insulating or
- Maximum temperature is then determined preferably via a computer model depending on the slab or strip material and the thickness of the temperature in the central region of the joint surface. After reaching the required slab or
- Temperature is then preferably terminated the heating process by slowing down the vibration process and the compression of the two ends against each other and the actual connection process or the welding process can then take place.
- the contact temperature or the time of the actual connection process can also alternatively or additionally by calculating the frictional heat theoretically taking into account the average relative speed of the friction surfaces to each other, the average contact pressure, the amplitude or the middle
- Friction welding according to the above method is not only provided for hot strip or hot slabs but also for billets, beams, plates, etc. in front of a rolling train.
- Figure 1 shows a side view of a device for friction welding in a first embodiment of the invention
- Figure 2 shows a side and top view of a pressing device within a device for friction welding according to the invention
- Figure 3 shows a plan view of the pressing device as part of an inventive Apparatus for friction welding hot metallic products during the step of relatively moving the
- FIG. 1 shows a side view of a device 1 according to the invention for friction-welding warm metallic products, in particular thin slabs i, i + 1, which are conveyed from a plurality of casting machines (not shown) of a CSP plant to a finishing train (not shown).
- a finishing train not shown
- this CSP system In order to be able to switch this CSP system from batch mode to semi-endless rolling mode or endless rolling mode, several are connected within one
- Conveyor 2 consisting of a plurality of rollers 2a-2d having roller table, subsidized thin slabs i, i + 1. Both the end of the leading slab i and the head of the trailing thin slab i + 1 are cut within a means for processing 3, here a punch, to remove on the one hand scale on the opposite contact surfaces and on the mutually complementary contact surfaces within the thin slabs i, i + 1 to create. Downstream of the punching scissors 3 run the thin slabs i, i + 1 by driving or straightening rollers 4 and then by a descaling device 5 in the pressing device 6 into it.
- a means for processing 3 here a punch
- the area after the cutting of the two faces of the slabs and / or bands i, i + 1 from the scissors 3 to the beginning of the friction welding process in the entire area of the connecting device and / or only on the faces of the slabs or / and belts i, i + 1 are placed under inert gas during transport or there is almost vacuum prevails.
- the pressing device 6 consists of two clamping devices 6a, 6b, the one lot side L at the head of the lagging
- Thin slab i + 1 and a fixed side F at the end of the leading thin slab i includes.
- the entire pressing device 6 can be moved at least over a partial section of the conveyor 2.
- the clamping devices 6a, 6b can be moved relative to one another such that, on the one hand, the end of the leading end
- Thin slab i can be brought into contact with the head of the trailing thin slab i + 1 and on the other hand, a desired contact pressure can be applied to the contact surface of the two thin slabs i, i + 1.
- Thin slab i + 1 can be applied. Over a partial length of the conveyor 2 are above the thin slabs i, i + 1 both in the conveying direction before and after the Pressing 6 a series of insulating hoods 7 is provided to reduce the reduction in the temperature of the hot thin slabs i, i + 1 preferably so that no repeated heating of the welded together thin slabs i, i + 1 before use in the (not shown) finishing train can.
- the pressing device 6 is provided with a deburring device 8 for removing compressed bars optionally produced during the friction welding process. Finally, in the area of the pressing device 6
- roller table rollers of the conveyor 2 can be moved vertically away from the thin slabs i, i + 1 in the area of the pressing device 6 that is movably arranged in the conveying direction.
- FIG. 2 (bottom) shows a plan view of a pressure device 6 within a device according to the invention for friction welding and a side view along the section AA from FIG. 2.
- the pressure device 6 has two
- clamping devices 6a, 6b wherein the clamping device 6b is designed as a fixed part F of the leading slab i following and the clamping device 6a is assigned as a loose part of the subsequent slab i + 1.
- the clamping devices 6a, 6b can be moved toward one another in such a way that the contact surfaces of the slabs i, i + 1 can be applied to one another under predetermined pressure. At least the lower saddles of the respective clamping devices 6a, 6b have in this
- These raised projections 10 preferably extend over the entire width of the
- Figure 3 shows a plan view of the pressing device 6 as part of the device according to the invention for friction welding warm metallic
- Both the slab i and the slab i + 1 are held by the respective clamping devices 6a, 6b.
- the contact surfaces of the slabs i, i + 1 are designed to complement each other. Vibrating movement in the width direction of the slab is applied to the clamping device 6a on the loose side by suitable means, whereby the movements of the head of the trailing thin slab i + 1, illustrated by arrows 9, are induced relative to the fixed end of the leading slab i.
- the movement of the slab i + 1 may be in the width direction of a straight path or as shown here a curved trajectory
- the fixed side of the clamping device holds the slab end i in position with respect to the width direction.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reibverschweißen warmer metallischer Produkte wie Bänder und/oder Brammen, insbesondere Dünnbrammen, umfassend eine Fördereinrichtung für mindestens zwei hintereinander angeordnete Bänder und/oder Brammen (i, i+1) und eine Andrückvorrichtung zum Andrücken des Kopfes des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme (i+1) an das Ende des voreilenden Bandes und/oder der Bramme (i), dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückvorrichtung ein Losteil (L) und ein Festteil (F) oder zwei Losteile (L) aufweisen und zum Fixieren der Kontaktflächen der Bänder und/oder Brammen (i, i+1) zueinander dient, wobei das Losteil (L) gegenüber dem Festteil (F) oder zwei Losteile (L) gegeneinander so in Vibration versetzt werden können, dass die zwei hintereinander angeordneten Bänder und/oder Brammen (i, i+1) miteinander unter Einfluss der Reibenergie zwischen den Kontaktflächen und unter aufgebrachten definierten Druck verschweißbar sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Reibverschweißen warmer metallischer Produkte wie Bänder und/oder Brammen, insbesondere Dünnbrammen, umfassend die Schritte des Förderns von zwei hintereinander angeordneten Bändern und/oder Brammen (i, i+1) zu einer Andrückvorrichtung, Entzunderns zumindest der Kontaktflächen der miteinander zu verbindenden Bänder und/oder Brammen (i, i+1), Andrückens des Kopfes des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme (i+1) an das Ende des vorauseilenden Bandes und/oder der Bramme (i), sowie des relativen Bewegens der Kontaktflächen zueinander mit vorab festgelegter Schwingungsfrequenz und -amplitude sowie unter vorab festgelegtem Druck oder/und zeitlich variablem Druckverlauf zum Aufbringen der Reibenergie, Fixierens der Kontaktflächen der Bänder und/oder Brammen (i, i+1) zueinander und Aufbringen eines definierten Drucks, sodass die zwei hintereinander angeordneten Bänder und/oder Brammen (i, i+1) miteinander zwischen den Kontaktflächen reibverschweißt werden.
Description
Vorrichtung und Verfahren zum Reibverschweißen warmer metallischer Produkte
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reibverschweißen warmer metallischer Produkte wie Vorbänder nachfolgend auch nur Bänder genannt und/oder Brammen, insbesondere Dünnbrammen, wie sie in sogenannten CSP- Anlagen gefertigt werden.
Derartige CSP-Anlagen walzen vorab gegossene Dünnbrammen im Wesentlichen unter Ausnutzung der Gießhitze direkt entweder im Batch-Betrieb, im Semi-Endlos- Betrieb oder im Endlos-Betrieb direkt zum Warmband aus.
2. Stand der Technik
Einrichtungen zum Verbinden von Vorbändern oder Knüppeln vor einer Fertigstraße zum Endloswalzen sind seit langem bekannt. Beispiele für den Stand der Technik sind die DE 2 742 151 C2, die DE 2 844 354 A1 , die EP 0 201 744 A2, die EP 0 492 368 B1 , die EP 0 495 124 B1 , die EP 0 691 163 A1 , die EP 0 661 1 12 B1 und die DE 10 062 193 B4.
Als Verbindungstechnologien sind dem Fachmann prinzipiell das mechanische Verbinden, beispielsweise durch Nieten und anschließendes Zusammenwalzen, durch Pressschweißen, bevorzugt nach induktivem Vorwärmen der Verbindungsstelle, durch formschlüssiges Verbinden, Lichtbogenschweißen und Überlappen der Vorbänder sowie anschließendes Schneiden und gleichzeitiges Festpressen bekannt. Insbesondere in CSP-Anlagen muss die Walzgeschwindigkeit im Wesentlichen auf die Gießgeschwindigkeit innerhalb der vorgeschalteten Gießanlage abgestimmt werden, um entweder einen Direkteinsatz ohne Schneiden der gegossenen Dünnbramme zu
ermöglichen oder aber die Fertigwalzstraße in einer betriebswirtschaftlich sinnvollen Weise nutzen zu können. In den Patentanmeldungen DE 10 2009 037 278 A1 und EP 0 889 762 B1 ist beispielhaft beschrieben, in einer Ein-Strang-Gießanlage eine Dünnbramme endlos zu vergießen und direkt ohne Unterbrechung anschließend in einer Walzstraße auf die gewünschte Enddicke herunter zu walzen.
Nachteilig ist hierbei, dass mit dem Massenfluss der Gießanlage auch gewalzt werden muss und sich deshalb oft eine relativ niedrige Endwalztemperatur einstellt und/oder zusätzlich innerhalb der Walzstraße das Vorband aufwändig nachgeheizt werden muss. Weiterhin ist die Produktivität der Gesamtanlage betriebswirtschaftlich zu niedrig, da nur eine Gießmaschine mit der Walzstraße beim Endlos-Gieß-Walzen verbunden werden kann, die Walzstraße aber prinzipiell einen deutlich höheren Massenfluss erlaubt als eine einzelne Gießmaschine.
3. Aufgabe der Erfindung
Es war daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren anzugeben, mittels derer die oben genannten Nachteile überwunden werden können. Diese Aufgabe wird vorrichtungsseitig mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und verfahrensseitig mit den Verfahrensschritten gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind sowohl in den abhängigen Ansprüchen als auch in der detaillierten Beschreibung der Erfindung näher dargelegt.
4. Zusammenfassung der Erfindung
Ziel des neuen Verbindungsverfahrens und des Einsatzes der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reibverschweißen ist eine schnellere, zuverlässigere und weniger aufwändige Verbindungstechnologie. Diese nutzt das lineare Reibschweißen bzw. Vibrationsschweißen. Im Gegensatz zum konventionellen Reibschweißen von kalten Bauteilen, wie dies beispielsweise in der US 5,165, 589 A beschrieben ist, liegen die
Bänder und/oder Brammen, insbesondere Dünnbrammen und Vorbänder, gemäß der Erfindung bereits im Bereich vor der Fertigstraße auf einem Temperaturniveau von > 900°C bis über 1.100°C vor. Der Fachmann spricht hierbei von Warmprodukten, die
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sich dadurch auszeichnen, dass sie eine Temperatur oberhalb von Liq^u us aufweisen. Diese Temperatur TLiqUidus ist selbstverständlich material- bzw. legierungsabhängig, liegt bei den von CSP-Anlagen vergossenen Güten jedoch regelmäßig oberhalb von 900°C, insbesondere bei
Gemäß der Erfindung reduziert sich durch das Reibverschweißen warmer
metallischer Produkte im oben beschriebenen Sinne die Aufwärmzeit der Oberfläche und damit die Verbindungszeit beim Reibverschweißen selbst. Beim Reibschweißen wird zielgerichtet durch Vibration und Druck sehr energieeffizient die Wärme an der Fügeebene erzeugt und oberflächennah, üblicherweise in einem Bereich < 50 mm gemessen von der Kontaktfläche, die zum Zusammenschweißen erforderliche Temperatur erzeugt. Weiterhin werden beim Reibschweißen keine Zusatzmedien wie Schweißmittel oder andere Verbindungselemente wie z. B. Nieten usw. benötigt. Der Kraftaufwand für das Zusammenfügen ist gering im Vergleich zu anderen bekannten Technologien. Besonders gut können auch Stähle mit höherem Kohlenstoff-Gehalt, bei denen andere Verbindungsverfahren entweder versagen oder zumindest besonders aufwändig sind, miteinander verschweißt werden.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zum Reibverschweißen warmer metallische Produkte eine Fördereinrichtung für mindestens zwei hintereinander angeordnete Bänder und/oder Brammen sowie eine Andrückvorrichtung zum Andrücken des Kopfes des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme an das Ende des voreilenden Bandes und/oder der Bramme auf. Diese Andrückvorrichtung weist erfindungsgemäß ein Losteil und ein sogenanntes Festteil auf, um die Kontaktflächen der Bänder und/oder Brammen zueinander zu fixieren, wobei das Losteil gegenüber dem Festteil so in Vibrationen versetzt werden kann, dass die zwei hintereinander angeordneten Bänder und/oder Brammen miteinander unter Einfluss der Reibenergie zwischen den Kontaktflächen verschweißbar sind.
Bevorzugt wird, wenn die Andrückvorrichtung entlang zumindest einer Teilstrecke der Fördereinrichtung beweglich angeordnet ist. Hierdurch wird eine Vorrichtung geschaffen, die in der Lage ist, das Verbinden zweier aufeinander folgender Bänder und/oder Brammen flexibel und gegebenenfalls auch im Takt der Förderung der einzelnen Bänder und/oder Brammen hin zur Walzstraße umzusetzen. Besonders bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn die Bewegbarkeit der
Andrückvorrichtung mit der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung synchronisierbar gestaltet ist.
Aufgrund des Umstands, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung den auf warmen metallischen Produkten zwangsläufig vorliegenden und anhaftenden Zunder vor dem Reibschweißen zumindest in wesentlichen Teilen entfernen muss, muss die
Vorrichtung so ausgelegt sein, dass der Zunder auf geeignete Weise von den
Kontaktflächen (Stirnseitenflächen) entfernt werden kann. Dies kann beispielsweise durch Bewegung der Band- oder Brammenenden vertikal in Dickenrichtung oder/und horizontal in Breitenrichtung zueinander, vorzugsweise bei niedriger Anpresskraft und größerer Amplitude, erfolgen, wodurch der Zunder zum großen Teil abgeschabt oder weggeschoben werden kann. Alternativ lässt sich der Großteil des Zunders seitlich an den Kopfseiten unmittelbar vor dem Zusammenfügen auch durch mechanisches
Bürsten, Fräsen, Hobeln oder Feilen, Entzundern der Stirnseitenflächen mittels eines Wasserstrahls oder kurzzeitiges Zusammendrücken der Brammen oder/und Bänder im Kopf-Enden-Bereich von der Seite oder von Oben mit Stempeln oder
Quetschrollen im Zunderbrecherprinzip beseitigen. Letztes wäre besonders vorteilhaft, da gleichzeitig die Brammenenden gerichtet und von eventuellen Wölbungen befreit werden.
Eine Andrück- oder Klemmvorrichtung erfasst und fixiert vorzugsweise zunächst das Ende des Vorbandes bzw. der Bramme. Dieser sogenannte Festteil F der
Andrückvorrichtung folgt vorzugsweise der Einzugsgeschwindigkeit des Bandes oder der Bramme in die Walzstraße hinein. Das nacheilende Band oder die Bramme wird mittels der Andrückvorrichtung vor das Ende der vorauseilenden Bramme oder des
Bandes bewegt. Die sogenannte Losseite der Andrückvorrichtung fixiert dann das Ende und bewegt den Kopf der nacheilenden Bramme oder des Bandes gegen das Ende des vorauseilenden Bandes oder der Bramme. Die Losseite der Andrückvorrichtung wird, nachdem Kopf und Ende der aufeinander folgenden Bänder oder Brammen aneinander liegen, bei gleichzeitig aufgebrachtem vorab festgelegtem Druck oder/und zeitlich variablem Druckverlauf in
Vibrationsbewegung versetzt. Die Losseite wird also gegenüber der Festseite bewegt, so dass infolge der Reibenergie an der Kontaktfläche eine Oberflächenerwärmung der beiden Kontaktflächen der miteinander zu verbindenden Bänder oder Brammen entsteht.
Vorzugsweise wird dabei der Anpressdruck im Niveau etwas kleiner als die
Fließfestigkeit des Materials gewählt und von einem Modell gesteuert. Bei
ungünstigen Schopfbedingungen (Punkt- bzw. Linienberührung) kann es dabei zu einem Rauigkeitsabtrag und plastischer Deformation an den Kopfseiten kommen, so dass die Reibflächen zunehmend vergrößert werden. Die Oszillationsfrequenz beträgt vorzugsweise < 250 Hz und besonders bevorzugt < 50 Hz. Nach Einstellung einer ausreichend hohen Fügezonentemperatur, vorzugsweise 65 % der Solidustemperatur bis etwas unterhalb der Solidustemperatur, erfolgt vorzugsweise zu Beendigung des Verschweißprozesses das Abbremsen des Vibrationsantriebs und das
Zusammendrücken der beiden Enden gegeneinander, vorzugsweise unter einem Druck, der höher als die Fließfestigkeit des Materials eingestellt ist und der eigentliche Verbindungsvorgang bzw. Schweißvorgang findet statt.
Vorzugsweise betragen die Schwingungsamplituden an den Kontaktflächen der Bramme oder des Bandes während der Vibrationsbewegung in Dickenrichtung < 80% der Dicke des Produktes oder/und in Breitenrichtung < 50mm. Vorzugsweise wird der Druck vom Kopf gegenüber dem Ende solange
aufrechterhalten oder ein Zug zwischen Kopf und Ende wird solange vermieden, bis
der Schweißvorgang bzw. der notwendige Abkühlvorgang an der Fügestelle abgeschlossen ist.
Vorzugsweise werden, bevor Kopf und Ende der nacheinander angeordneten
Brammen oder Bänder zum Verschweißen endgültig gegeneinander bewegt werden, die Enden bearbeitet, vorzugsweise beschnitten oder in Gänze abgeschnitten, damit sich eine saubere, flächige Anlage der beiden Fügeenden ergibt, wobei hierdurch auch eine gleichzeitige Entzunderung erfolgt. Dies kann beispielsweise mittels einer Stanzschere erfolgen, welche vorzugsweise synchron mit den beiden Brammen und/oder Bändern bewegt wird, wenn die Enden geschnitten werden. Vor und hinter dem Scherenstempel können zusätzlich Brammen- oder Band-Niederhalter angeordnet sein, um den Beschneid- oder Schneidvorgang zu unterstützen.
Vorzugsweise werden auch die jeweiligen nachfolgenden Brammen oder Bänder, bevor sie in den Bereich der Vorrichtung zum Reibverschweißen einlaufen oder/und bevor sie an den Enden geschnitten werden, seitlich ausgerichtet, so dass sie mittig und im Mittel gerade passen zu der vorauseilenden Brammen oder Bänder positioniert sind. Durch den Klemmvorgang wird der Band- oder Brammenoberfläche Temperatur entzogen. Vorzugsweise kann daher durch Aktivierung einer Induktionsheizung hinter der Verbindungseinrichtung dieser Band- oder Brammenbereich wieder lokal nacherwärmt werden. Die Rollgangsrollen der Fördereinrichtung in der
Verbindungsstrecke werden vorzugsweise während des Reibschweißprozesses teilweise aus dem Wirkbereich der Andrückvorrichtung bewegt. Vorteilhaft werden überdies während des Verbindungsprozesses zeitweise Wärmedämmungen in den Transportbereich geschwenkt oder geschoben, um die Temperaturverluste des Bandes oder der Bramme zu minimieren. Die Vibrationsbewegung der Andrück- oder Klemmvorrichtung auf der Losseite L kann während des Erwärmungsprozesses in Breitenrichtung oder alternativ in
Dickenrichtung oder in beide Richtungen kombiniert einer Ellipsenbahn folgend
oder/und mit einer kreisförmigen Bewegung um den Mittelpunkt der Brammen- oder Bandkontaktfläche durchgeführt werden.
Vorzugsweise können auch bei einem Erwärmungsprozess beide
Klemmeinrichtungen der Andrückvorrichtung am Kopf und Ende gegeneinander relativ vibrierend bewegt werden. D. h., dass beispielsweise in Dickenrichtung die beiden Enden gegeneinander schwingend zueinander bewegt werden, also zwei sogenannte Losteile aufweisen. Hierdurch kann die Schwingungsamplitude der jeweiligen Seite innerhalb der Andrückvorrichtung reduziert werden, wodurch gegebenenfalls auch auf die Umgebung übertragene Schwingungen reduziert werden können.
Die Schwingungsaufbringung kann mechanisch durch einen Kurbelantrieb oder mittels Hydraulik- und Servoventiltechnik oder durch elektromagnetische Antriebe erfolgen.
Bevorzugt wird beim Verbindungsprozess, dass Kopf und Ende der miteinander zu verbindenden Brammen und/oder Bänder möglichst gleiche Temperaturen aufweisen, wobei ein Temperaturunterscheid von maximal 50°C besonders bevorzugt wird. Dies kann durch entsprechende Temperaturführung und Durchlaufgeschwindigkeit innerhalb eines vorgeschalteten Ofens, vorzugsweise eines CSP-Ofens, eine Kühlung der wärmeren Brammenseite beispielsweise mit Wasser oder eine induktive
Aufheizung vor der Verbindungsstrecke und lokales Aufheizen des kälteren Endes erreicht werden. Vorzugsweise wird die Andrückvorrichtung oder zumindest Teile hiervor,
beispielsweise die Klemmbacken, vorzugsweise zusammen mit weiteren Aggregaten wie beispielsweise einer Schere, Rollen und/oder Dämmhauben usw. während des Verbindungsprozesses in Materialtransportrichtung der Fördereinrichtung vorbewegt und linear geführt.
Zum Abfangen bzw. zur Dämpfung der Vibrationen und der Übertragung dieser Vibrationen auf die benachbarte Umgebung der Brammen bzw. Bänder in Breiten-
und/oder Dickenrichtung sind vorzugsweise Treiber und/oder seitliche Führungsrollen unter einem vorab festgelegten Abstand zur Verbindungsstelle vorgesehen.
Die Klemmung mittels der Andrückvorrichtung kann sowohl an der Ober- und
Unterseite als auch alternativ an den Seitenflächen der Brammen und/oder Bänder durchgeführt werden. Auch ein kombiniertes Klemmen an den Seitenflächen und lokal im z. B. mittleren Bereich an der Ober- und Unterseite ist bevorzugt. Die Auflagefläche zwischen der Andrückvorrichtung und der Bramme und/oder dem Band kann als eine vollflächige Auflage oder alternativ mit erhabenen Formen ausgeführt werden, um eine Klemmung sicherer zu fixieren. Beim Klemmen zwischen Ober- und Unterseite wird vorzugsweise gleichzeitig die Bramme bzw. das Band gerade gedrückt und eventuelle Wölbungen oder Wellen eliminiert. Die Warmseite der Andrückvorrichtung kann aus wärmebeständigem Stahl oder aus wärmeisolierendem oder
wärmeverlustreduzierendem Material ausgeführt sein.
Um den Verbindungsprozess optimal steuern zu können und die Erwärmungsdauer beim Reibschweißen zu minimieren, kann vorzugsweise vorgesehen sein, die
Oberflächentemperatur an der Fügestelle zu messen. Aus der gemessenen
Maximaltemperatur wird dann bevorzugt über ein Rechenmodell abhängig vom Brammen- oder Bandmaterial und deren Dicke die Temperatur im mittleren Bereich der Fügefläche ermittelt. Nach Erreichen der erforderlichen Brammen- oder
Bandtemperatur und unter Berücksichtigung der Reibzeit bei entsprechender
Temperatur wird dann vorzugsweise der Erwärmungsprozess durch Abbremsen des Vibrationsprozesses beendet und das Zusammendrücken der beiden Enden gegeneinander und der eigentliche Verbindungsvorgang bzw. der Schweißvorgang kann dann stattfinden.
Die Kontakttemperatur bzw. der Zeitpunkt des eigentlichen Verbindungsvorgangs kann auch alternativ oder ergänzend durch Berechnung der Reibwärme theoretisch unter Berücksichtigung der mittleren Relativgeschwindigkeit der Reibflächen zueinander, des mittleren Anpressdruckes, der Amplitude oder des mittleren
Reibwegs und der Anzahl der Oszillationen abgeschätzt werden.
Natürlich werden vorzugsweise alle zeitlichen Abläufe des Reibschweißprozesses und die Aktivierung der obig erwähnten Einrichtungen und Einstellwerte (spezifischer Druck, Oszillationshub, Relativgeschwindigkeit der Kontaktflächen zueinander, Oszillationszeiten, Anpresszeiten) auch in Abhängigkeit der zu verbindenden
Materialien, Eingangstemperaturen und Produktdicken von einem Prozessmodell vorgegeben und gesteuert.
Ein Reibschweißen nach obigem Verfahren ist nicht nur für Warmband oder warme Brammen sondern auch für Knüppel, Träger, Platten etc. vor einer Walzstraße vorgesehen.
5. Detaillierte Beschreibung der Erfindung Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf drei Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht auf eine Vorrichtung zum Reibverschweißen in einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Figur 2 zeigt eine Seiten- und Draufsicht auf eine Andrückvorrichtung innerhalb einer Vorrichtung zum Reibverschweißen gemäß der Erfindung, und Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Andrückvorrichtung als Bestandteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reibverschweißen warmer metallischer Produkte während des Schritts des relativen Bewegens der
Kontaktflächen zueinander.
6. Ausführliche Beschreibung einzelner Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht über eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Reibverschweißen warmer metallischer Produkte, insbesondere Dünnbrammen i, i+1 , die aus mehreren (nicht dargestellten) Gießmaschinen einer CSP-Anlage zu einer (nicht dargestellten) Fertigwalzstraße gefördert werden. Um diese CSP-Anlage vom Batch-Betrieb in einen Semi-Endlos-Walzbetrieb oder einen Endlos-Walzbetrieb umschalten zu können, erfolgt das Verbinden mehrerer innerhalb einer
Fördereinrichtung 2, bestehend aus einem mehrere Rollen 2a-2d aufweisenden Rollgang, geförderten Dünnbrammen i, i+1. Sowohl das Ende der vorauseilenden Bramme i als auch der Kopf der nacheilenden Dünnbramme i+1 werden innerhalb eines Mittels zum Bearbeiten 3, hier einer Stanzschere, abgeschnitten, um einerseits Zunder an den einander gegenüberliegenden Kontaktflächen zu entfernen und über die zueinander komplementäre Kontaktflächen innerhalb der Dünnbrammen i, i+1 zu schaffen. Der Stanzschere 3 nachgeschaltet laufen die Dünnbrammen i, i+1 durch Treib- oder Richtrollen 4 und anschließend durch eine Entzunderungsvorrichtung 5 in die Andrückvorrichtung 6 hinein. Alternativ zur Entzunderung der Stirnflächen können der Bereich nach dem Schneiden der beiden Stirnflächen der Brammen oder/und Bänder i, i+1 von der Schere 3 bis zum Beginn des Reibschweißprozesses im gesamten Bereich der Verbindungseinrichtung oder/und nur an den Stirnflächen der Brammen oder/und Bänder i, i+1 beim Transport unter Schutzgas gesetzt werden oder dort nahezu Vakuum herrscht. Die Andrückvorrichtung 6 besteht aus zwei Klemmeinrichtungen 6a, 6b, die eine Losseite L am Kopf der nacheilenden
Dünnbramme i+1 und eine Festseite F am Ende der voreilenden Dünnbramme i umfasst. Die gesamte Andrückvorrichtung 6 kann zumindest über eine Teilstrecke der Fördereinrichtung 2 bewegt werden. Zudem können die Klemmeinrichtungen 6a, 6b so zueinander bewegt werden, dass einerseits das Ende der voreilenden
Dünnbramme i mit dem Kopf der nacheilenden Dünnbramme i+1 in Kontakt gebracht werden kann und andererseits ein gewünschter Anpressdruck auf die Kontaktfläche der beiden Dünnbrammen i, i+1 aufgebracht werden kann. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel kann mittels der Losseite L der Klemmeinrichtung 6a die für den Reibschweißvorgang erforderliche Vibration auf den Kopf der nacheilenden
Dünnbramme i+1 aufgebracht werden. Über eine Teillänge der Fördereinrichtung 2 sind oberhalb der Dünnbrammen i, i+1 sowohl in Förderrichtung vor als auch nach der
Andrückvorrichtung 6 eine Reihe von Dämmhauben 7 vorgesehen, um die Reduzierung der Temperatur der warmen Dünnbrammen i, i+1 bevorzugt so einzuschränken, dass keine nochmalige Erwärmung der miteinander verschweißten Dünnbrammen i, i+1 vor dem Einsatz in die (nicht dargestellte) Fertigwalzstraße erfolgen kann. Der Andrückvorrichtung 6 ist zudem auch eine Entbartungseinrichtung 8 zum Entfernen gegebenenfalls beim Reibschweißvorgang erzeugter Pressbarte vorgesehen. Schließlich können die im Bereich der Andrückvorrichtung 6
angeordneten Rollen der Fördereinrichtung 2 von den Dünnbrammen i, i+1
wegbewegt werden, um das Wirken der Andrückvorrichtung 6 nicht zu beeinflussen. Bevorzugt wird, wenn sämtliche Rollgangsrollen der Fördereinrichtung 2 im Bereich der beweglich in Förderrichtung angeordneten Andrückvorrichtung 6 vertikal von den Dünnbrammen i, i+1 weg bewegt werden können.
Figur 2 (unten) zeigt eine Draufsicht auf eine Andrückvorrichtung 6 innerhalb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reibverschweißen sowie eine Seitenansicht entlang des Schnitts AA aus Figur 2. Die Andrückvorrichtung 6 weist zwei
Klemmeinrichtungen 6a, 6b auf, wobei die Klemmeinrichtung 6b als Festteil F der vorauseilenden Bramme i folgend ausgestaltet ist und die Klemmeinrichtung 6a als Losteil der nachfolgenden Bramme i+1 zugeordnet ist. Die Klemmeinrichtungen 6a, 6b können so aufeinander zubewegt werden, dass die Kontaktflächen der Brammen i, i+1 unter vorab festgelegtem Druck aufeinander angelegt werden können. Zumindest die unteren Sättel der jeweiligen Klemmeinrichtungen 6a, 6b weisen in diesem
Ausführungsbeispiel zum sicheren Fixieren der Brammen i, i+1 erhabene Vorsprünge 10 auf, die mit der Unterseite der Brammen i, i+1 in Kontakt stehen. Diese erhabenen Vorsprünge 10 erstrecken sich vorzugsweise über die gesamte Breite der
Klemmeinrichtungen 6a, 6b, zumindest jedoch über die gesamte Breite B der
Brammen i, i+1.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Andrückvorrichtung 6 als Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reibverschweißen warmer metallischer
Produkte. Sowohl die Bramme i als auch die Bramme i+1 sind von den jeweiligen Klemmeinrichtungen 6a, 6b gehalten. Die Kontaktflächen der Brammen i, i+1 sind
komplementär zueinander gestaltet. Auf die Klemmeinrichtung 6a an der Losseite wird mit geeigneten Mitteln eine Vibrationsbewegung in Breitenrichtung der Bramme aufgegeben, wodurch die mit Pfeilen 9 dargestellten Bewegungen des Kopfes der nacheilenden Dünnbramme i+1 relativ zum festgelegten Ende der voreilenden Bramme i induziert wird. Die Bewegung der Bramme i+1 kann in Breitenrichtung einer geraden Bahn oder wie hier dargestellt einer gekrümmten Bewegungsbahn
(entsprechend der Stirnflächenform) folgen. Die Festseite der Klemmeinrichtung hält das Brammenende i bezüglich der Breitenrichtung in Position. Gegebenenfalls unter vorgegebenem Druck auf die Kontaktflächen und vorzugsweise unter geeigneter Temperaturmessung erfolgt dann das Reibverschweißen der Bramme i mit der Bramme i+1.
Bezugszeichenliste
Vorrichtung
Fördereinrichtung
Stanzschere
Treib- oder Richtrollen
Entzunderungsvorrichtung
Andrückvorrichtung
Klemmeinrichtungen
Dämmhauben
Entbartungseinrichtung
Pfeile
Vorsprünge
Breite der Brammen Dünnbramme Dünnbramme Festseite, Festteil Losseite, Losteil
Claims
1. Vorrichtung zum Reibverschweißen warmer metallischer Produkte wie Bänder und/oder Brammen, insbesondere Dünnbrammen, umfassend eine
Fördereinrichtung für mindestens zwei hintereinander angeordnete Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) und eine Andrückvorrichtung zum Andrücken des Kopfes des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme (i+1 ) an das Ende des voreilenden Bandes und/oder der Bramme (i), dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückvorrichtung ein Losteil (L) und ein Festteil (F) oder zwei Losteile (L) aufweist und zum Fixieren der Kontaktflächen der Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) zueinander dient, wobei das Losteil (L) gegenüber dem Festteil (F) oder die zwei Losteile (L) gegeneinander so in Vibration versetzt werden können, dass die zwei hintereinander angeordneten Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) miteinander unter Einfluss der Reibenergie zwischen den Kontaktflächen und unter aufgebrachtem definierten Druck verschweißbar sind.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Andrückvorrichtung entlang zumindest einer Teilstrecke der Fördereinrichtung beweglich angeordnet ist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Bewegbarkeit der Andrückvorrichtung mit der Geschwindigkeit der
Fördereinrichtung synchronisierbar ist.
4. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich Mittel zum Bearbeiten, vorzugsweise Beschneiden, des Endes des vorauseilenden Bandes und/oder
der Bramme (i) und/oder des Kopfs des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme (i+1 ) aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Mittel zum Bearbeiten eine Einrichtung zum Entfernen von Zunder zumindest auf den Kontaktflächen der Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückvorrichtung oder/und die Transportstrecke vor der Andrückvorrichtung Mittel zum Zentrieren der Bänder und/oder Brammen auf der Fördereinrichtung aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückvorrichtung ein Mittel zum Ausrichten des Kopfes des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme (i+1 ) entsprechend der Position des Endes des vorauseilenden Bandes und/oder der Bramme (i) aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Treib-, Niederhalte-, Führungs- und/oder Richtrollen zum Ausrichten des Endes des vorauseilenden Bandes und/oder der Bramme (i) und des Kopfes des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme (i+1 ) und/oder dem gesamten nacheilenden Bandes und/oder Bramme (i+1 ) vorgesehen sind.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, durch die der Bereich nach dem Schneiden der beiden Stirnflächen der Brammen oder/und Bänder (i, i+1 ) von der Schere bis zum Beginn des Reibschweißprozesses, vorzugsweise im gesamten Bereich der Verbindungseinrichtung oder/und nur
den Stirnflächen der Brammen oder/und Bänder (i, i+1 ) beim Transport unter Schutzgas oder nahezu Vakuum gesetzt werden kann.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass sie zwischen den Gießmaschinen und der Walzstraße einer CSP-Anlage oder/und hinter einem Ofen angeordnet ist und zum
Reibverschweißen der Bänder und/oder Brammen aus den Gießmaschinen zur Zufuhr in die Walzstraße ausgelegt ist.
Verfahren zum Reibverschweißen warmer metallischer Produkte wie Bänder und/oder Brammen, insbesondere Dünnbrammen, umfassend die Schritte des
(a) Förderns von zwei hintereinander angeordneten Bändern und/oder
Brammen (i, i+1 ) zu einer Andrückvorrichtung,
(b) Entzunderns zumindest der Kontaktflächen der miteinander zu
verbindenden Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ),
(c) Andrückens des Kopfes des nacheilenden Bandes und/oder der Bramme (i+1 ) an das Ende des voreilenden Bandes und/oder der Bramme (i), sowie des
(d) relativen Bewegens der Kontaktflächen zueinander mit vorab festgelegter Schwingungsfrequenz und -amplitude sowie unter vorab festgelegtem Druck oder/und zeitlich variablem Druckverlauf zum Aufbringen der Reibenergie,
(e) Fixierens der Kontaktflächen der Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) zueinander und Aufbringen eines definierten Drucks, sodass die zwei hintereinander angeordneten Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) miteinander zwischen den Kontaktflächen reibverschweißt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (b) und (c, d) zeitgleich oder in umgekehrter Reihenfolge erfolgen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einer Temperatur der Bänder und/oder Brammen von mehr als 900°C, vorzugsweise zwischen 900°C und 1200, insbesondere zwischen 900°C und 1 100°C, durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Bewegung im Schritt (e) linear, kreisförmig oder kombiniert einer Ellipsenbahn folgend durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsamplitude an den Kontaktflächen der Bramme oder des Bandes während der Vibrationsbewegung in Dickenrichtung < 80% der Dicke des Produktes oder/und in Breitenrichtung < 50mm beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Verbinden von Bändern und/oder Brammen, insbesondere Dünnbrammen, aus wenigstens zwei Gießmaschinen einer CSP-Anlage mit einer Walzstraße dient.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung von Zunder oder/und zum Richten der Brammenenden durch Zusammendrücken der Bänder und/oder Brammen (i, i+1 ) im Kopf- Enden-Bereich von der Seite oder bevorzugt von Oben erfolgt.
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