本发明专利技术属于层状金属复合板轧制成形领域，涉及一种大厚比层状金属复合板单辊波平轧制设备及其方法，设备包括沿轧制方向依次设置的导向辊装置、第一电磁感应加热装置、单波纹辊轧制复合装置、第二电磁感应加热装置和单平辊轧制复合装置，预制复合坯料通过第一电磁感应加热装置后，进入单波纹辊轧制复合装置成形为波纹态层状金属复合板，波纹态层状金属复合板通过第二电磁感应加热装置后，进入单平辊轧制复合装置轧制成形为终轧态层状金属复合板。本发明专利技术简化传统异温轧制工艺，实现连续多道次单辊异温轧制复合，提高界面结合强度，采用分段电磁感应加热方式，解决大厚比复合板整体加热时间长、辊道运送过程热量损失多等问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于层状金属复合板轧制成形领域，具体涉及一种大厚比层状金属复合板单辊波平轧制设备及其方法。
技术介绍
1、高品质钢板根据厚度不同通常可以分为四类：小于3mm的薄板、大于或等于3mm且小于20mm的中板、大于或等于20mm且小于60mm的厚板以及大于或等于60mm的特厚板，特厚板包括普碳板、优碳板、低合金板、船板、桥梁板、锅炉板、容器板等多种产品类型。
2、近年来，随着电力、建筑、桥梁、海洋平台、压力容器、模具制造和重型机械等行业的蓬勃发展，对高品质钢板的需求量也逐年增加。厚板、特厚板作为重要的结构部件和功能部件，在保证整机设备全生命周期的安全性中发挥重要作用。然而，面对冲击、腐蚀、高压等极端使用环境，传统金属无法满足要求，而采用特殊材料的钢板由于厚度大、板幅宽以及重量大的特点导致成本极高，并且在复杂工况下表层容易出现磨损、腐蚀等失效现象，其修复过程也十分复杂。因此，高品质钢板的需求主要集中向低成本、高强度以及高性能的方向发展。
3、层状金属复合板是由多种组元金属通过机械或冶金的方式实现界面结合的新型功能结构一体化复合材料，兼具多种材料的性能优势，同时可以降低材料成本，广泛应用于国防军工、海洋工程、石油化工等重要领域。轧制复合法具有工艺稳定、连续成形和生产效率高等优点，成为最具前景的层状金属复合板制备技术。但由于组元金属物理、化学、力学等性能差异显著，传统轧制复合过程存在显著的变形不协调现象，因此制备的双金属复合板依然存在结合强度低、板形质量差、残余应力大、单道次压下率大等关键技术瓶颈亟待解决。</p>4、对于组元金属界面复合而言，界面温度与界面应力状态至关重要，合理的界面高温与强压是复合界面实现冶金结合的关键条件，具体对于轧制复合而言，通常需要高温下单道次变形量达到40%以上。目前轧制复合工艺制备的层状复合板主要为中板或薄板，即厚度小于20mm，并且基体与覆层的厚度比通常小于10。然而，对于总厚度大于20mm以上且基体与覆层的厚度比大于10以上的超大厚比层状金属复合板而言，大厚度和宽板幅导致加热过程耗时长且能耗大，并且现有工业应用的中厚板轧机无法实现界面复合所需的单道次大变形40%以上，未有相关研究的报道，其高效连续成形也是目前存在的难题。
5、因此，设计一种大厚比层状金属复合板单辊波平轧制设备来解决组元金属复合界面结合强度低、单道次压下率低、能源消耗大以及设备连续工作的稳定性低等问题是十分必要的。
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术的不足，本专利技术针对上述问题，提供了一种大厚比层状金属复合板单辊波平轧制设备及其方法，沿轧制方向依次设置导向辊装置、第一电磁感应加热装置、单波纹辊轧制复合装置、第二电磁感应加热装置和单平辊轧制复合装置，实现连续多道次异温轧制，简化传统的异温轧制工艺，提高异径异温轧制设备的连续性，同时对第一电磁感应加热装置和第二电磁感应加热装置进行独立控制，仅在轧制入口前方对组元金属进行电磁感应加热在复合界面处形成局部高温，解决大厚比层状金属复合板整体加热时间长、辊道运送过程热量损失多等造成的能源消耗大和传统组元金属同温轧制变形不协调等问题。
2、为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
3、本专利技术提供一种大厚比层状金属复合板单辊波平轧制设备，其包括沿轧制方向依次设置的入口输送辊道、导向辊装置、第一电磁感应加热装置、单波纹辊轧制复合装置、中间输送辊道、第二电磁感应加热装置、单平辊轧制复合装置和出口输送辊道；
4、单波纹辊轧制复合装置包括波纹辊轧制系统和第一辊道支撑系统，第一辊道支撑系统设置在波纹辊轧制系统中间下方位置，波纹辊轧制系统包括第一主传动组件、第一机架、第一压下系统和波纹轧辊，第一主传动组件的输出轴与波纹轧辊通过联轴器连接，波纹轧辊设置在第一机架中间，第一压下系统安装在第一机架上方，第一压下系统前端与波纹轧辊连接；第一辊道支撑系统包括第一重载支撑辊道、第一承压辊和第一重载支撑平台，第一重载支撑辊道和第一承压辊均设置在第一重载支撑平台上方；
5、单平辊轧制复合装置包括平辊轧制系统和第二辊道支撑系统，第二辊道支撑系统设置在平辊轧制系统中间下方位置，平辊轧制系统包括第二主传动组件、第二机架、第二压下系统和平轧辊，第二主传动组件的输出轴与平轧辊通过联轴器连接，平轧辊设置在第二机架中间，第二压下系统安装在第二机架上方，第二压下系统前端与平轧辊连接；第二辊道支撑系统包括第二重载支撑辊道、第二承压辊和第二重载支撑平台，第二重载支撑辊道和第二承压辊均设置在第二重载支撑平台上方。
6、优选地，第一重载支撑辊道与第一承压辊交替排列设置，第二重载支撑辊道与第二承压辊交替排列设置，第一承压辊的直径小于第一重载支撑辊道的直径，第二承压辊的直径小于第二重载支撑辊道的直径。
7、优选地，单波纹辊轧制复合装置中波纹轧辊上方的波纹形状为正弦曲线、圆弧、三角形、梯形或样条曲线，且波纹沿着波纹轧辊圆周方向均匀布置或者沿着波纹轧辊轴向错距布置。
8、优选地，波纹轧辊与第一重载支撑辊道组成非对称波纹辊轧制复合辊缝，平轧辊与第二重载支撑辊道组成非对称平辊轧制复合辊缝。
9、优选地，入口输送辊道、第一重载支撑辊道、中间输送辊道、第二重载支撑辊道和出口输送辊道的辊面位于同一高度。
10、本专利技术的另一方面提供基于上述的一种大厚比层状金属复合板单辊波平轧制设备的大厚比层状金属复合板单辊波平轧制方法，其包括以下步骤：
11、s1、预制真空组坯：依次对基体厚板与覆层薄板的待复合界面进行打磨、清洁和干燥处理，按照基体厚板在下、覆层薄板在上的顺序放置，四周封焊后对预制接触界面进行抽真空组坯，完成预制复合坯料的制备；
12、s2、第一次异温感应加热：将预制复合坯料置于入口输送辊道上方，驱动入口输送辊道带动预制复合坯料向前方移动，经过位于上方的第一电磁感应加热装置时对预制复合坯料的表层进行异温电磁感应加热，通过第一电磁感应加热装置后预制复合坯料中间的预制接触界面温度达到目标温度t1；
13、s3、单波纹辊轧制复合：预制复合坯料进入单波纹辊轧制复合装置中的非对称波纹辊轧制复合辊缝进行轧制复合，预制复合坯料底面由第一重载支撑辊道和第一承压辊提供支撑，预制复合坯料中间达到目标温度t1的预制接触界面在波纹轧辊的波纹轧制作用下形成局部强应力，离开单波纹辊轧制复合装置后成形为波纹态层状金属复合板；
14、s4、第二次异温感应加热：驱动中间输送辊道带动波纹态层状金属复合板继续向前方移动，经过位于上方的第二电磁感应加热装置时对波纹态层状金属复合板的表层进行异温电磁感应加热，通过第二电磁感应加热装置后波纹态层状金属复合板的波纹态复合界面达到目标温度t2；
15、s5、单平辊轧制复合：波纹态层状金属复合板进入单平辊轧制复合装置的非对称平辊轧制复合辊缝进行轧制复合，波纹态层状金属复合板底面由第二重载支撑辊道和第二承压辊提供支撑，波纹态层状金属复合板达到目标温本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种大厚比层状金属复合板单辊波平轧制设备，其特征在于，其包括沿轧制方向依次设置的入口输送辊道、导向辊装置、第一电磁感应加热装置、单波纹辊轧制复合装置、中间输送辊道、第二电磁感应加热装置、单平辊轧制复合装置和出口输送辊道；
2.根据权利要求1所述的一种大厚比层状金属复合板单辊波平轧制设备，其特征在于，第一重载支撑辊道与第一承压辊交替排列设置，第二重载支撑辊道与第二承压辊交替排列设置，第一承压辊的直径小于第一重载支撑辊道的直径，第二承压辊的直径小于第二重载支撑辊道的直径。
3.根据权利要求1所述的一种大厚比层状金属复合板单辊波平轧制设备，其特征在于，单波纹辊轧制复合装置中波纹轧辊上方的波纹形状为正弦曲线、圆弧、三角形、梯形或样条曲线，且波纹沿着波纹轧辊圆周方向均匀布置或者沿着波纹轧辊轴向错距布置。
4.根据权利要求1所述的一种大厚比层状金属复合板单辊波平轧制设备，其特征在于，波纹轧辊与第一重载支撑辊道组成非对称波纹辊轧制复合辊缝，平轧辊与第二重载支撑辊道组成非对称平辊轧制复合辊缝。
5.根据权利要求1所述的一种大厚比层状金属复合板单辊波平轧制设备，其特征在于，入口输送辊道、第一重载支撑辊道、中间输送辊道、第二重载支撑辊道和出口输送辊道的辊面位于同一高度。
6.基于权利要求4所述的一种大厚比层状金属复合板单辊波平轧制设备的大厚比层状金属复合板单辊波平轧制方法，其特征在于，其包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的大厚比层状金属复合板单辊波平轧制方法，其特征在于，预制复合坯料中基体厚板的厚度大于覆层薄板的厚度，且基体厚板的厚度为覆层薄板的厚度的10倍以上。
8.根据权利要求6所述的大厚比层状金属复合板单辊波平轧制方法，其特征在于，第一电磁感应加热装置和第二电磁感应加热装置的加热深度大于覆层薄板的厚度且小于基体厚板的1/4厚度。
9.根据权利要求6所述的大厚比层状金属复合板单辊波平轧制方法，其特征在于，波纹态层状金属复合板通过单平辊轧制复合装置中非对称平辊轧制复合辊缝轧制时的压下量大于波纹态层状金属复合板上表面的波纹高度。
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【技术特征摘要】
1.一种大厚比层状金属复合板单辊波平轧制设备，其特征在于，其包括沿轧制方向依次设置的入口输送辊道、导向辊装置、第一电磁感应加热装置、单波纹辊轧制复合装置、中间输送辊道、第二电磁感应加热装置、单平辊轧制复合装置和出口输送辊道；
2.根据权利要求1所述的一种大厚比层状金属复合板单辊波平轧制设备，其特征在于，第一重载支撑辊道与第一承压辊交替排列设置，第二重载支撑辊道与第二承压辊交替排列设置，第一承压辊的直径小于第一重载支撑辊道的直径，第二承压辊的直径小于第二重载支撑辊道的直径。
3.根据权利要求1所述的一种大厚比层状金属复合板单辊波平轧制设备，其特征在于，单波纹辊轧制复合装置中波纹轧辊上方的波纹形状为正弦曲线、圆弧、三角形、梯形或样条曲线，且波纹沿着波纹轧辊圆周方向均匀布置或者沿着波纹轧辊轴向错距布置。
4.根据权利要求1所述的一种大厚比层状金属复合板单辊波平轧制设备，其特征在于，波纹轧辊与第一重载支撑辊道组成非对称波纹辊轧制复合辊缝，平轧辊与第二重载支撑辊道组成非对称平辊轧制复...
【专利技术属性】
技术研发人员：季策，马一顺，王涛，黄华贵，黄庆学，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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