焊接轮的清洁系统的制作方法

本申请案主张2016年11月4日申请的标题为“用于以节省成本及降低与频繁焊接轮更换相关联的安全风险为目标而延长电阻缝焊机的焊接轮的工作表面的完整性的方法(methodtoextendtheintegrityoftheworkingsurfacesofweldwheelsforresistanceseamweldingmachineswithagoalofcostsavingsandareductioninsafetyriskassociatedwithfrequentweldwheelchanges)”的序列号为62/417,812的美国临时申请案的优先权，所述案的揭示内容以引用的方式并入本文中。

背景技术：

在炼钢中，可期望借助通过连续涂覆生产线处理钢而使用保护涂层涂覆钢。此连续涂覆生产线通常包含用以将一个钢卷的尾端与另一钢卷的头端接合以维持生产线的连续操作的焊接机。焊接机可包含电阻缝焊接机，所述电阻缝焊接机依赖于焊接轮来传导电力且在焊接轮沿着焊接接头滚动时传输足以引起两个钢片之间的材料聚结的力。因此，由到电力的钢的电阻率产生的热及力的施加通常导致焊接接头处的聚结以形成搭接接头。然而，由于材料的化学组成物及/或嵌入焊接轮的工作表面中的其它碎屑，高热及高压力的此组合可导致焊接轮的劣化。嵌入材料的厚度可能不均匀且可随着每一焊接而增加，借此引起后续焊接的质量降级。

当焊接轮降级到影响焊接质量的程度时，焊接轮需要使用新焊接轮或具有重新加工表面的焊接轮更换。在其它方面，会有在熔炉中断裂焊接从而引起涂覆生产线关闭达近似26个小时或更多的风险存在。针对一些材料，此嵌入层可快速地建立使得焊接轮需要在约5个或约6个焊接内使用新焊接轮或具有重新加工表面的焊接轮更换以继续产生高质量焊接。此类频繁焊接轮更换可增加安全风险且可增加来自购买新焊接轮的成本。

通常已通过为焊接轮重修表面而从焊接轮的工作表面移除嵌入材料层。此过程可涉及从焊接机移除焊接轮以使用切割车床从每一焊接轮切除外层。此外，重修表面可从焊接轮的外径移除约3/8英寸与约1/2英寸之间且可将焊接轮的工作表面的表面粗糙度平均值(ra)增加到约125微英寸，其可降低由焊接轮执行的后续焊接的质量。由于焊接轮的外径在此过程期间减小，所以仅可重复重修表面达有限次数直到需要替换焊接轮。

在一些版本中，焊接机配备有希望通过经施加力维持焊接轮的工作表面的形状的焊接轮调节器。此重新塑形过程未能清洁焊接轮的工作表面，且可甚至通过将焊接残余物进一步嵌入焊接轮的工作表面中而使问题加剧。此可抑制焊接轮完成高质量焊接的能力，从而引起焊接轮的替换。

因此，需要提供一种用于清洁焊接轮的设备及方法，其通过在不移除焊接轮连续涂覆生产线焊接机器的情况下清洁焊接轮而更有效且通过增加焊接轮的寿命而降低成本。

技术实现要素：

提供一种焊接轮的清洁器及方法来解决实现经改进连续涂覆过程的前述需要。

在一个实施例中，一种焊接轮的清洁系统可包括：支撑件，其具有第一端、第二端；清洁器，其与所述支撑件的所述第一端耦合；及致动器，其与所述支撑件的所述第二端耦合。所述清洁器的外表面可具有可邻近焊接轮的工作表面定位的研磨材料。所述致动器可操作以使用足以使用所述研磨材料从所述焊接轮的所述工作表面移除嵌入材料层的力选择性地致动所述清洁器。所述研磨材料可包括钢丝刷及除毛边轮。所述致动器可包括可操作以相对于所述焊接轮旋转所述清洁器的电动机。臂可与所述清洁器耦合使得所述臂可相对于所述焊接轮枢转以邻近所述焊接轮选择性地定位所述清洁器。电动机可与所述臂耦合以选择性地枢转所述臂。所述臂可为可调整以邻近具有改变外径的多个焊接轮的所选择的一个焊接轮定位所述清洁器。所述清洁器可定位于一对轮之间，使得所述研磨材料邻近所述对轮中的每一焊接轮的所述工作表面，以同时从两个焊接轮移除所述嵌入材料层。真空可操作以在通过所述研磨材料从所述焊接轮的所述工作表面移除所述嵌入材料时抽吸来自所述嵌入材料的碎屑。所述真空可包括具有接近所述研磨材料与所述焊接轮的所述工作表面之间的接触点定位的入口的至少一个真空管。

在另一实施例中，一种电阻焊接机可包括：一对焊接轮，其具有沿着每一焊接轮的外圆周的工作表面；支撑件，其具有第一端、第二端；清洁器，其与所述支撑件的所述第一端耦合，所述清洁器的外表面上具有研磨材料；臂，其与所述清洁器耦合，所述臂可枢转以邻近所述对焊接轮的一个或两个焊接轮的所述工作表面选择性地定位所述研磨材料；及致动器，其与所述支撑件的所述第二端耦合以选择性地致动所述清洁器以从邻近所述研磨材料的所述对焊接轮的所述一个或两个焊接轮的所述工作表面移除嵌入材料层。

一种使用焊接轮的清洁系统清洁焊接轮的工作表面的方法，所述焊接轮的清洁系统具有具备研磨材料的清洁器及与所述清洁器耦合的致动器，所述方法可包括以下步骤：邻近所述焊接轮的所述工作表面定位所述清洁器的所述研磨材料；致动所述致动器以相对于所述焊接轮旋转所述清洁器；及使用所述研磨材料从所述焊接轮的所述工作表面移除嵌入材料层。通过枢转与所述清洁器耦合的臂而邻近所述焊接轮的所述工作表面定位所述研磨材料。可使用真空真空抽吸来自从所述焊接轮移除的所述嵌入材料的碎屑。可按所选择的速度旋转所述清洁器达所选择的时间量。可在由所述焊接轮执行的所选择的数目个一或多个焊接之后移除所述嵌入材料层。所述清洁器的所述研磨材料可以抵于所述焊接轮的所述工作表面的所选择的力经定位成邻近所述焊接轮的清洁器的所述工作表面。当所述焊接轮定位于钢涂覆生产线中的焊接机上时可移除所述嵌入材料层。当通过重整辊重新塑形所述焊接轮时可移除所述嵌入材料层。

附图说明

据信，从结合附图进行的某些实例的以下描述将更好地理解本发明，其中相同元件符号识别相同元件。

图1描绘连续涂覆生产线的透视图。

图2描绘图1的连续涂覆生产线的部分侧视图，其展示焊接机。

图3描绘图2的焊接机的一部分透视图。

图4描绘执行两个钢片之间的焊接的图3的焊接机的一对焊接轮的后视图。

图5描绘图4的所述对焊接轮的一部分端视图。

图6描绘具有嵌入碎屑层的焊接轮的工作表面的一部分透视图。

图7描绘具有嵌入碎屑层的另一焊接轮的工作表面的一部分透视图。

图8描绘具有嵌入碎屑层的另一焊接轮的工作表面的横截面视图。

图9描绘具有嵌入碎屑层的另一焊接轮的工作表面的横截面视图。

图10描绘用于与图3的焊接轮一起使用的焊接轮的清洁系统的正视图。

图11描绘图10的焊接轮的清洁系统的透视图。

图12描绘图10的焊接轮的清洁系统的一部分正视图。

图13描绘由焊接轮的清洁系统清洁的另一焊接轮的工作表面的一部分透视图。

图式不希望以任何方式限制，且预期可以各种其它方式(包含未必在图式中描绘的方式)实行本发明的各个实施例。并入说明书中且形成说明书的一部分的随附图式说明本发明的若干方面，且与描述一起用于解释本发明的原理及概念；然而，应理解，本发明不限于所展示的精确布置。

具体实施方式

本发明的以下描述及实施例不应用于限制本发明的范围。从以下描述，所属领域的技术人员将变得明白本发明的其它实例、特征、方面、实施例及优点。如将意识到，本发明可预期本文中具体论述的所述示范性实施例的替代实施例而不脱离本发明的范围。因此，应将图式及描述视为在本质上为说明性且非限制性。

由于可期望维持干净的焊接轮表面，所以提供一种焊接轮的清洁系统及方法。此焊接轮的清洁系统可包含使用足以清洁轮的力相对于每一焊接轮旋转的研磨轮清洁器。可通过真空系统移除来自清洁操作的碎屑。虽然下文关于连续钢涂覆生产线更详细论述焊接轮的清洁系统及方法，但焊接轮的清洁系统及方法可与用于任何电阻性焊接过程的任何焊接轮一起使用。

图1展示连续钢涂覆生产线(10)的实例，其包括开卷机(11)、焊接机(12)、入口积累器(13)、熔炉(14)、罐(15)、冷却塔(16)、出口积累器(17)及盘卷机(18)。在所说明实施例中，冷轧钢卷由开卷机(11)在涂覆生产线(10)的入口处展开。接着，如图2中最佳可见，钢穿过焊接机(12)，其中一个卷(2)的尾端(2a)接合到另一卷(4)的头端(4a)以形成钢带(6)以维持涂覆生产线(10)的连续操作。返回参考图1，在焊接机(12)之后，钢带(6)可移行通过入口积累器(13)，其中可加长及/或缩短多个钢环使得在将卷接合在一起的同时过程不间断地继续。接着，钢带(6)可在熔炉(14)中被加热且行进到罐(15)中，其中其接纳例如铝、锌等的保护材料的涂层。接着，钢带(6)可行进通过冷却塔(16)以使涂层冷却。在所说明实施例中，在冷却之后，钢带(6)接着被传送通过出口积累器(17)且接着由盘卷机(18)重新盘卷。鉴于本文中的教示，所属领域的一般技术人员将明白用于处理钢的其它适合配置。

参考图3，在所说明实施例中的焊接机(12)是包括两对焊接轮(20)的电阻焊接机。虽然第一对前导焊接轮(20)经展示定位于一对尾随焊接轮(20)之前，但可使用任何适合数目个焊接轮对(20)。每一对焊接轮(20)包括上焊接轮(24)及沿着纵向轴线a在上焊接轮(24)下方对准的下焊接轮(22)，如图4及5中展示。焊接轮(22、24)可具有在约5英寸与约6英寸之间的半径及具有约0.625英寸的厚度，但可使用其它适合尺寸。焊接轮(22、24)可进一步具有沿着每一焊接轮(22、24)的圆周的弯曲工作表面(25、27)，其中焊接轮(22、24)接触待焊接材料，其具有约2英寸的半径，但可使用其它适合尺寸。焊接轮(22、24)可由铜或任何其它适合导电材料制成。

如在图4中最佳可见，下焊接轮(22)定位于下心轴(26)上使得心轴(26)经配置以将向上力施加到下焊接轮(22)、旋转下焊接轮(22)且将电流施加到下焊接轮(22)。上焊接轮(24)定位于上心轴(28)上使得心轴(28)经配置以将向下力施加到上焊接轮(24)、旋转上焊接轮(24)且将电流施加到上焊接轮(24)。电流可在约16,000安培与约17,000安培之间，其中焊接轮力接近约2,000kg，但可使用其它适合量。借此，如图5中最佳可见，钢带(2a、4a)的重叠端可定位于焊接轮对(20)的工作表面(25、27)之间，使得钢带(2a、4a)被压缩在焊接轮对(20)之间。在所说明实施例中，下心轴(26)顺时针方向旋转下焊接轮(22)且上心轴(28)逆时针方向旋转上焊接轮(24)以借此沿着钢带(2a、4a)平移焊接轮对(20)以形成焊接，如图4中展示。在其它版本中，焊接轮对(20)可在任何适合方向上旋转以平移焊接轮对(20)。因此，由钢带(2a、4a)对电力的电阻率所产生的热及由焊接轮对(20)沿着其工作表面(25、27)施加的力的施加通常导致焊接接头处的聚结以将钢带(2a、4a)焊接在一起。在焊接轮(22、24)与钢带(2a、4a)之间的接触界面处的温度可超过约2,000℉，但可使用其它适合温度。鉴于本文中的教示，所属领域的一般技术人员将明白焊接机(12)的又其它适合配置。

高热及高压力的组合可导致焊接轮(22、24)的劣化，这是因为铁氧化物涂层的层及与焊接过程相关联的其它碎屑可嵌入焊接轮(22、24)的工作表面(25、27)中。氧化物层的厚度可能不均匀且可随着每一焊接而增加。举例来说，在图6到7中展示具有嵌入材料层的焊接轮的实例。在图8到9中展示嵌入材料层的横截面。举例来说，在所说明实施例中的嵌入层具有焊接轮的表面上的约0.0007英寸的厚度且进一步嵌入焊接轮中达约0.003英寸。此嵌入层包括如在图9中的光谱3处展示的在焊接轮的表面处的铁氧化物以及如在图9中的光谱1及2处展示的铬及硅的一些节结。借此，此非均匀嵌入材料层会抑制焊接轮(22、24)的工作表面(25、27)与钢(2a、4a)的接触使得其会降级后续焊接的质量。

因此，可期望使用焊接轮的清洁系统(60)清洁焊接轮(22、24)的工作表面(25、27)以移除嵌入材料层而无需为焊接轮(22、24)重修表面及/或更换焊接轮(22、24)。参考图10到12，提供此焊接轮的清洁系统(60)，其包括至少一个清洁器(50)及真空(40)。每一清洁器(50)包括定位于清洁器(50)的外表面上的研磨材料(52)。研磨材料(52)可包含具有足以从焊接轮(22、24)的工作表面(25、27)移除嵌入材料的等级的钢丝刷或除毛边轮。举例来说，可使用由3m制成的具有精细或中等光泽度的思高(scotch-brite)exl除毛边轮。鉴于本文中的教示，所属领域的一般技术人员将明白其它适合研磨材料(52)。

接着，每一清洁器(50)定位于支撑件(56)上使得研磨材料(52)邻近焊接轮(22、24)的工作表面(25、27)。虽然在图10中展示两个清洁器(50)邻近一对焊接轮(20)中的每一焊接轮(22、24)定位，但可使用任何适合数目个清洁器(50)。在图11的所说明实施例中，展示一个清洁器(50)清洁焊接机(12)的下尾随焊接轮。在一些其它版本中，一个清洁器(50)可定位于焊接轮(22、24)之间以清洁焊接轮(22、24)两者。可使用任何其它适合数目个清洁器(50)。在所说明实施例中，支撑件(56)安装于臂(59)上，所述臂(59)可经枢转以邻近焊接轮(22、24)选择性地定位清洁器(50)。清洁器(50)可由致动器(58)(例如空气电动机、电电动机或任何其它适合机械致动器)操作。因此，清洁器(50)可在支撑件(56)上相对于焊接轮(22、24)旋转以清洁焊接轮(22、24)的工作表面(25、27)。借此，清洁器(50)可调整以清洁具有不同直径的焊接轮(22、24)。在一些版本中，清洁器(50)及焊接轮(22、24)两者在清洁过程期间旋转。在一些其它版本中，焊接轮(22、24)是固定的而旋转清洁器(50)或清洁器(50)是固定的而旋转焊接轮(22、24)。另外或替代地，清洁器(50)可相对于焊接轮(22、24)平移或振荡。所属领域的一般技术人员将明白清洁器(50)的又其它适合配置。

如图10中展示，使用真空(40)来移除由焊接轮的清洁系统(60)的清洁过程产生的碎屑。在所说明实施例中，真空管(44)从真空(40)延伸使得真空管(44)的入口邻近其中清洁器(50)毗连焊接轮(22、24)的工作表面(25、27)的区域。虽然所说明实施例展示在每一清洁器(50)处的两个真空管(44)，但可使用任何其它适合数目个真空管(44)。在一些版本中，此清洁区域由柔性共形围封壳(46)含有。因此，从焊接轮(22、24)移除的碎屑由真空(40)被抽吸通过真空管(44)。鉴于本文中的教示，所属领域的一般技术人员将明白真空(40)的其它适合配置。

借此，焊接轮的清洁系统(60)可用于清洁焊接轮(22、24)的工作表面(25、27)及/或从焊接轮(22、24)的工作表面(25、27)移除铁氧化物层及来自焊接的任何其它碎屑。此焊接轮的清洁系统(60)可联机使用而无需从焊接机(12)移除焊接轮(22、24)，从而节约涂覆生产线(10)的停机时间。在一些版本中，焊接轮的清洁系统(60)与地面绝缘以允许在焊接时清洁而不使焊接电流分流的选项。在一些其它版本中，在现存焊接轮重修表面操作期间操作焊接轮的清洁系统(60)。如图10中展示，调节操作包括焊接轮(22、24)使用力的施加抵于无驱动重整辊(30)旋转。清洁系统(60)可使用最小安装修改安装于焊接机(12)上且经定位使得其不妨碍焊接轮(22、24)更换及/或重整辊(30)及/或使得可容易维修清洁系统(60)。

为了执行清洁，清洁系统(60)可经操作以通过如图11及12中展示那样调整臂(59)而邻近焊接轮(22、24)的工作表面(25、27)定位清洁器(50)的研磨材料(52)。举例来说，可由臂电动机手动及/或自动平移及/或枢转臂(59)。此臂电动机可为气缸或任何其它适合电动机以抵于焊接轮(22、24)提供清洁器(50)的足够力。一旦清洁系统(60)的清洁器(50)在所要位置中，可启动清洁系统(60)的致动器(58)以相对于焊接轮(22、24)旋转清洁器(50)。因此，清洁器(50)的研磨材料(52)充分清洁焊接轮(22、24)的工作表面(25、27)及/或从焊接轮(22、24)的工作表面(25、27)移除铁氧化物层及来自焊接的任何其它碎屑。在图13中展示干净焊接轮(22、24)的实例。在此清洁过程期间，可激活真空(40)以抽吸经移除碎屑通过真空管(44)。借此，可激活清洁系统(60)达用以充分清洁焊接轮(22、24)的所选择的时间，例如小于约1分钟或任何其它适合时间量。一旦完成清洁，可关闭致动器(58)以停止清洁器(50)的旋转且可枢转臂(59)以移动清洁器(50)远离焊接轮(22、24)。鉴于本文中的教示，所属领域的一般技术人员将明白用于操作清洁系统(60)的其它适合配置。

举例来说，接着，可在相同焊接轮(22、24)及/或焊接机(12)的不同焊接轮(22、24)上重复此清洁过程。在一些版本中，在每一焊接之后执行清洁过程。在一些其它版本中，在一个以上焊接(例如五个焊接、十个焊接或任何其它适合数目个焊接)之后执行清洁过程。在一些版本中，清洁器(50)抵于每一焊接轮(22、24)的研磨力及/或清洁器(50)的旋转速度是可调整的。借此，清洁系统(60)可从焊接轮(22、24)的工作表面(25、27)移除一英寸材料的约1/1000，其小于通常从焊接轮(22、24)的工作表面(25、27)移除约3/8英寸与约1/2英寸之间的重修表面过程。清洁系统(60)可在焊接轮(22、24)的工作表面(25、27)处进一步提供约32微英寸的ra，其比通常提供约125微英寸的ra的重修表面过程更平滑。因此，清洁系统(60)可延长焊接轮(22、24)的工作表面(25、27)的清洁度及/或完整性。此可允许焊接轮(22、24)执行更多焊接，从而减少对于重修表面及/或频繁焊接轮(22、24)更换的需要以节约时间及/或降低成本。

实例

焊接测试确认用于焊接轻型烘烤硬化(bh)材料的现存焊接规程及替代焊接规程两者被视为在5个测试焊接之后，导致上及下尾随焊接轮的快速降级。焊接轮的表面降级到可不再实现可接受生产焊接的点。

随后，在具有约250mpa的抗拉强度的0.64mmbh级钢上产生六个测试焊接。通常，在5个焊接之后，尾随焊接轮的表面降级到无法产生可接受焊接的点。因此，针对此六个测试焊接，在每一焊接之后使用手持式电动旋转钢丝刷来清洁上及下尾随轮。在第6个焊接之后，终止焊接间清洁。在终止清洁之后，产生另五个焊接且焊接轮表面的前述条件无法产生可接受生产焊接。此测试证实，尾随焊接轮的焊接间清洁能够扩展可产生的可接受焊接的数目，借此消除生产线速度降低的可能性、产生不可接受焊接的风险及延长尾随焊接轮更换之间的时间间隔。

已展示且描述本发明的各个实施例，可由所属领域的一般技术人员通过适当修改完成本文中描述的方法及系统的进一步调适而不脱离本发明的范围。已提及若干此类潜在修改，且所属领域的技术人员将明白其它潜在修改。举例来说，上文论述的实例、实施例、几何形状、材料、尺寸、比率、步骤及类似物是说明性的且非必须的。因此，本发明的范围应依据可呈现的任何权利要求考虑且应理解为不限于在说明书及图式中展示且描述的结构及操作的细节。