模型及其制造方法技术

一种与异种金属元件焊接起来的模型，其特征在于所述模型通过一种方法来制造，该方法包括加压地使异种金属元件与由铜或铜合金构成且处于静止状态的模型相接触同时高速旋转异种金属元件的第一步骤、停止异种金属元件的第二步骤、以及向模型提供强制压力的第三步骤，该强制压力比第一步骤中的压力大。通过利用这种模型，解决了充分冷却和背面框架连接的问题，更具体地，能解决很多问题，比如铜或铜合金板的切削加工损失、大量的加工时间、铜板的热扭变和热老化等，并且能改进双头螺栓与焊接位置精度和焊接强度有关的可靠性。与异种金属元件焊接起来的模型的特征在于模型由一种包括第一步骤的方法来制造。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种与异种金属元件焊接起来并且由铜或铜合金作为基底金属构成的模型，及其制造方法。
技术介绍
通常，在钢铁工业领域，从炼钢炉(比如转炉、电炉等)中取出的高达1500℃的钢水通过铸勺、中间罐和中间罐水口被连续地送到由铜或铜合金制成的铸模中，该铸模在背面(后面)具有冷却机制，同时通过使钢水与模壁相接触来降低温度，然后在较低方向上排出同时其逐渐形成厚的凝固壳并且允许来制成连续形成且具有一定尺寸的板坯。而且，随后，它被送到最终精制过程，比如加热、轧制等，并且然后通过切断工艺制成产品。具有高热导率的铜或铜合金通常用于钢的这种连铸模材料，因为它具有降低钢水温度的重要作用。如上所述，尽管无需赘言，对于模型与钢水的接触面来说，已经对通过利用具有高热导率的铜或铜合金作为材料来降低温度的作用进行了研究。然而，随着钢水凝固的进行，还出现了表面硬化，并且由于铜元件因为这种表面硬化等所带来的磨损，由于铜混合入板坯就会导致一种称之为星状裂纹的表面裂纹，因此通常通过在与模型中钢水相接触的表面上利用电镀方法、热喷射方法等镀镍、镍钴合金、镍铁合金、镍铬合金等来防止由于使用铜而导致对板坯的损坏以及防止磨损的措施。至于安装在连铸模背面处的冷却机制，如图7所示，其结构为背面框架(水箱)连接到铸模的抗熔化钢接触面上。例如，如图3所示，其结构为模型自身上还提供有用于背面框架安装元件的孔以及用于提高冷却效率的冷却槽。很自然地，根据连铸机具体的情况，这种槽的形状和数目在一定程度上可以改变，然而，用于这种铸模的铜元件或铜合金元件的厚度基本上几乎固定在40至50mm的范围。应当说明的是，在一部分铸造领域中，已经使用了具有所谓电磁搅拌功能(即在模型内通过电磁力来搅拌钢水的功能)的连铸机，其目的是希望改善板坯的中心偏析和凝固结构并且使得板坯具有更高的质量，并且近年来这种使用正在增长。用于具有电磁搅拌功能的连铸机中的铸模通常设置为比普通模型更薄，并且铜元件或铜合金元件的厚度通常设置在大约25至大约30mm的范围，以提高渗透性，并且由于铸模上部的温度由于模型内钢水搅拌的作用而倾向于升高。因此，还需要给背面框架提供特定的设备，然而，铜元件或铜合金元件较薄的厚度使得很难形成孔以使得背面框架能安装到其中。而且，在用于一些具有电磁搅拌功能的连铸机中的铸模的例子中，这种模型采用了这种结构其中背面框架通过利用电弧螺柱焊接方法以150至200mm的间距焊接不锈钢的双头螺栓零件而安装，当其处于平面状态并且最初背面上没有冷却槽时。在电弧螺柱焊接方法中，基底金属和一部分不锈钢由直流电源所产生的电弧所熔化并且焊接起来。然而，由于目标物体(基底金属)是热导率较高的铜或者铜基合金，并且还由于目标物体(基底金属)的热量排放体积比待焊接的双头螺栓(由不锈钢制成)大得多，从焊接条件的角度来说，必须应用超出很多的热量输入。因此，很难避免材料在宽泛的区域中受到热的影响。除此之外，在这个过程中，需要圆柱形的陶瓷环，其称作套圈(ferrule)并且具有以下所有作用形成双头螺栓边缘的边缘、助焊剂的组合使用、防止熔化金属分散以及电绝缘，并且因此焊接操作会变得复杂和十分麻烦。此外，从垂直于模型铜元件的角度看，其中已经焊接了所需数目双头螺栓的铸模型有大约1.6mm的变化，并且除了双头螺栓安装精度的问题之外，还显示了铜板热变形和强度恶化等缺陷，铜板和双头螺栓之间的焊接区域在较高或较低温度下出现铜元件的破裂，并且熔渣仍然没有完全地从铜板和双头螺栓之间的焊接区域中排出。在一些情况下，这些复杂因素就要求进行重新焊接，并且在装配背面框架时会导致螺栓断裂事故，并且还有，在模型操作等期间会由于各种作用应力导致螺栓断裂事故。在图2(a)和图2(b)中，大概地示出了进行电弧螺柱焊接之前和已经进行了电弧螺柱焊接之后的状态。此外，作为如图4所示用于具有另一电磁搅拌功能的连铸机中的模型的实施例，还具体化了一个例子，其结构为只是背面框架连接部分的铜元件较厚，背面框架连接底座通过对这种较厚的结构进行螺纹孔加工而提供，并且还通过进行切削加工来提供冷却槽。在这个例子中，伴随着电弧螺柱焊接，没有热量输入发生，并且还无需担心原料变形和强度恶化，因为圆柱形的背面框架安装底座设在铜元件的背面上，并且冷却槽是在背面之外的其它位置处加工出来。另一方面，这样就不可避免地使得加工安装底座、加工背面框架安装孔(加工螺纹孔和安装用于不锈钢螺旋线圈介入物(下文中称之为螺纹衬套)的推杆tapp)等过程变得复杂。而且，这个连续机械加工实际上切削和移除了原始铜或铜合金的40至50％的重量。切削碎片将以可翻新的碎屑的方式进行利用。然而，这伴随着大量工业废料的出现。如上所述，在常规模型的情形下，为了设定背面框架安装孔以及赋予充分冷却的功能，在厚铜元件的背面上执行处理比如加工安装孔、装配不锈钢的螺纹衬套(为了提高和保护螺纹)，以及加工冷却槽(其将是冷却水的通道)。另一方面，在具有常规电磁搅拌功能的铸造机中的铸模中，使用了电弧螺柱焊接方法，其中鉴于材料的热变形、强度恶化、焊接缺陷、焊接位置精度和焊接强度等，就存在着很多问题，或者进行很多处理加工背面框架安装底座、连接用于不锈钢螺纹线圈介入物(下文中称之为“螺纹衬套”)的推杆、加工槽等，这就需要长时间的加工并且厚铜元件有材料损失。这样，可以理解到，钢的连铸模型的常规抗熔化钢接触面(后面)所共有的技术问题可以大致总结为两个问题有效冷却和背面框架的安装。更具体地，这些问题的解决方案，比如改善铜元件或铜合金元件的切削加工损失、长时间的加工、焊接位置相对于铜元件或铜合金元件的精度、焊接强度的可靠性以及铜元件的热变形和热老化等，有利于节省资源，减少工业废料，缩短加工时间以及改进铜合金元件和双头螺栓之间焊接的可靠性，因此对工业的贡献很大。此外，通过切削加工来形成常规冷却槽的铸模中存在的一个很大的问题在于由于为了在铜板的侧面上安装背面框架而必须提供安装孔，铜板就被限定为较厚并且较厚铜板的使用导致了冷却槽的加工。如果能发现一种解决这个问题的安装背面框架的新方法，使铜板变薄以及加工冷却槽就毫无意义了，也解决了在一种为了提供背面安装底座而仍然使用较厚铜板的方法中铜板用于电磁搅拌的问题。此外，对于利用双头螺栓的电弧螺柱焊接方法中的用于电磁搅拌的模型铜板，如果能发现一种可以提高焊接位置精度和焊接强度并且同时能抑制铜板的热变形和热扭变的双头螺栓焊接方法，就能避免螺栓的位置调节、双头螺栓断裂事故等。
技术实现思路
因此，本专利技术用来提供一种解决充分冷却和背面框架安装问题的模型，并且更具体地，提供一种解决比如改善铜元件或铜合金元件切削损失、大量加工时间、双头螺栓的焊接位置精度和焊接强度的可靠性、铜元件的热变形和热老化等问题的方法。为了解决上述问题，本专利技术人已经通过试验和纠错研究了很多研究成果。作为研究的结果，本专利技术人已经在制造与异种金属元件焊接起来的模型方面取得成功，其特征在于该模型通过一种方法来制造，该方法包括加压地使异种金属元件与由铜或铜合金构成且处于静止状态的模型相接触同时高速旋转异种金属元件的第一步骤、停止异种金属元件的第二步骤、以及向模型提供强制压力的第三步骤，该强制压力比第一步骤中的压力大。因而，本专利技术人发现，本专利技术能解决上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与异种金属元件焊接起来的模型，其特征在于该模型通过一种包括第一步骤、第二步骤和第三步骤的方法来制造，在第一步骤中加压地使异种金属元件与由铜或铜合金构成且处于静止状态的模型相接触，同时高速旋转异种金属元件；在第二步骤中停止异种金属元件；在第三步骤中向模型提供强制压力，该强制压力大于第一步骤中的压力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：新田正宽，水藤昌幸，池尾良一，筱田刚，
申请(专利权)人：株式会社野村镀金，
类型：发明
国别省市：JP[日本]