一种复合能场协同制备异种金属复合板带的装置及方法

本发明涉及金属复合板带轧制，具体的，涉及一种复合能场协同制备异种金属复合板带的装置及方法。

背景技术：

1、异种金属复合板带在各个工业领域具有广泛的应用，其多功能性和独特性能使其成为一种不可或缺的材料。在航空航天业，它被用于制造轻量高强度的飞行器结构件，提高了飞行器性能和燃油效率。汽车工业中，这种板带在车身结构和底盘组件中发挥关键作用，增加了汽车的安全性、减轻了重量，降低了排放。在电子和电气工业，它用于制造导热性能卓越的元件，确保电子设备正常工作。此外，它还广泛用于建筑、化工设备、食品加工、核工业等领域，为不同行业的需求提供了材料解决方案。

2、目前现阶段异种金属复合板存在许多困难，制造异种金属复合板的学术难题主要涉及材料科学和工程方面的复杂问题。这包括如何处理不同金属之间的不同晶体结构、热膨胀系数和材料性质的差异，以确保它们能够有效结合并维持高强度的界面。此外，热应力管理和温度控制也是关键问题，因为金属在加工和热处理过程中会受到温度变化和热应力的影响。制备工艺的复杂性涉及多个步骤，包括金属加热、压力控制、清洁和界面处理等，需要深入的研究和工艺控制。在界面材料和润湿性方面，研究人员需要选择合适的材料，以改善金属之间的润湿性和粘附性。

3、当前，异种金属复合板的制备领域正处于积极发展阶段，研究重点涵盖了多个关键领域。这包括新型材料的选择和设计，以改善界面结合和性能，制备工艺的不断优化，包括高温压合、热处理和冷却控制，以提高制备效率和质量。此外，数值模拟和建模技术的应用有助于更好地理解复合板的形成过程，优化参数，并减少试验成本。

4、针对上述问题和目前国内外研究现状，本发明提出一种复合能场协同制备异种金属复合板带的装置及方法。

技术实现思路

1、本发明提出一种复合能场协同制备异种金属复合板带的装置及方法，解决了相关技术中的金属复合板带轧制过程中生产效率较低、界面结合性能较弱、生产能耗大以及容易出现形变不均匀性的问题。

2、本发明的技术方案如下：一种复合能场协同制备异种金属复合板带的装置，包括：

3、一种复合能场协同制备异种金属复合板带的装置，包括：

4、开卷机，用于将两种金属卷材材料展开、整平或剪切；

5、金属板材表面处理装置，用于去除金属板材表面的氧化层、锈迹、杂质，并改变金属板材的粗糙度；

6、导向调节机构，包括张紧部件和导向部件，用于控制上板材与下板材的输送角度以及板材张紧度；

7、激光磁场辅助轧制装置，用于将激光、磁场作用于轧制过程，从而提高双层异种金属复合板的界面结合强度。

8、优选的，所述张紧部件包括在上下方向上平行设置的辊轮ⅰ和辊轮ⅱ，用于对从开卷机出来的板材提供换向和张紧作用。

9、优选的，所述导向部件包括两个呈上下分布的辊轮组，用于分别控制进入激光磁场辅助轧制装置内侧的两种金属板材的张紧力与轧制夹角；

10、位于上侧的辊轮组包括辊轮ⅲ与辊轮ⅳ，位于下侧的辊轮组包括辊轮ⅴ与辊轮ⅵ。

11、优选的，所述激光磁场辅助轧制装置包括外框架和安装于外框架上的激光模块、气氛模块、轧辊模块以及交变磁场发生模块，所述外框架包括上基板、下基板以及固定连接于上基板与下基板之间的侧基板，所述激光模块包括激光发射装置，所述激光发射装置发射的激光路径照射与两个金属板材交汇处。

12、优选的，所述气氛模块包括下保护气喷发机构与上保护气喷发机构，下保护气喷发机构与上保护气喷发机构与外部保护气发生装置相连接，用于对轧制环境提供所需要的气氛环境。

13、优选的，所述轧辊模块包括呈上下分布的上轧辊与下轧辊，在所述下轧辊两侧外壁上对称开设有呈环状的凹槽，所述交变磁场发生模块包括方形磁场发生装置，所述方形磁场发生装置两侧正好分别安装于两个凹槽上。

14、优选的，所述下保护气喷发机构包括下喷嘴，在所述下喷嘴一端开设有下进气口，用于供外部保护气体管道插入，在所述下喷嘴两端对称固定有两个搭设于方形磁场发生装置顶部的下挡杆，位于两个所述下挡杆之间的下喷嘴上开设有向下倾斜设置下喷口，用于将从下喷嘴中喷出的保护气体以倾斜角喷向位于两个下挡杆之间的金属板面。

15、优选的，所述上保护气喷发机构包括上喷嘴，在所述上喷嘴一端开设有上进气口，用于供外部保护气体管道插入，在所述上喷嘴两端对称固定有两个上挡杆，两个所述上挡杆上均固定连接有三角挡板，两个所述三角挡板分别搭设于两个下挡杆上端。

16、优选的，所述上保护气喷发机构还包括上喷口，所述上喷口开设于两个所述上挡杆之间上喷嘴上，所述上喷口倾斜向上设置，用于将从上喷嘴中喷出的保护气体以倾斜角喷向位于两个上挡杆之间的金属板面。

17、优选的，所述发射装置发射的激光为连续激光，光束为矩形，能量密度呈平顶分布。

18、一种复合能场协同制备异种金属复合板带的方法，使用如上述权利要求中任一种复合能场协同制备异种金属复合板带的装置，包括以下步骤：

19、s1：首先，使用开卷机将卷材材料展开、整平或剪切，以便进下步的加工；

20、s2：之后，通过金属板材表面处理装置对金属板材表面的氧化层、杂质等进行去除，并改变金属板材的粗糙度，从而进一步提高界面结合强度；

21、s3：在导向调节机构上张紧部件和导向部件的作用下，利用张紧部件上平行设置的辊轮ⅰ和辊轮ⅱ以及导向部件上的呈上下分布的辊轮组，对从开卷机出来的板材提供换向和张紧作用、控制上、下金属板材进入轧辊模块中的角度以及金属板材张紧度；

22、s4：在上、下金属板材进入轧辊模块中时，将下保护气喷发机构与上保护气喷发机构与外部保护气发生装置相连接，对轧制环境提供所需要的气氛环境；

23、s5：之后，位置处于下金属板材下方的方形磁场发生装置，在激光熔化金属板材轧制的过程中产生磁场，磁场可以改变或调整金属熔池的流动行为，从而调整熔池的形状和流动，可以使熔池均匀流动同时控制金属熔池的深度，产生更均匀的组织以提高界面的结合质量。在激光作为热源熔化金属板表面和磁场同时作用下，上轧辊与下轧辊将两层异种金属压制在一起，在熔池凝固的过程中施加压力，提高异种金属界面结合强度。

24、本发明的工作原理及有益效果为：

25、1、本发明中，通过激光磁场辅助轧制，能够更高效地将能量引入系统，从而实现对金属板材的精确加热。这一过程不仅提高了能源的利用效率，还有助于提高生产效率，实现高效的能源利用。并且，本发明技术允许实现高度精确的成型和控制，确保最终的异金属复合板满足精确的尺寸和形状要求，有助于提高轧制速度和效率。

26、2、本发明中，激光可使界面快速升温，并且横向均匀的热传导使复合板温度分布更加均匀，良好方向性实现了选择性加热，改善了异种金属的变形协调性。并且，由于激光的局部加热和磁场的控制，因此改善了异金属复合板的界面质量，提高了界面结合强度和耐腐蚀性能，并改进了力学性能。

27、3、本发明中，通过调整激光和磁场参数，可以实现对界面结构的精确控制，从而获得性能稳定的复合材料。激光磁场辅助轧制还适用于制备具有不同材料特性的异金属复合板，如高强度、高导热性或高耐腐蚀性的特殊材料。可以通过精确控制激光和磁场参数实现连续化生产，适合大规模工业化连续生产，非常适合大批量制造需求，具有很高的使用价值。

28、4、本发明中，结合了激光加热和磁场均匀化组织的应用，以改善轧制过程中的材料变形性能、减少变形量、增强界面结合性能，并提高复合金属板带的生产效率。激光作为一种高能量输入工具，可以在局部区域内提供高温度和高热流密度，有助于软化金属材料，减少所需的轧制变形量，降低了生产能耗，并有助于降低轧制过程中的机械应力，减少形变不均匀性。磁场辅助轧制技术通过磁场的作用，可以调控材料的晶粒取向、减小晶粒尺寸，从而改善材料的力学性能，提高其变形可塑性。此外，磁场还有助于降低轧制过程中的摩擦力，减小材料的表面缺陷，如板形和边裂。激光磁场辅助轧制技术能够实现精密控制，包括温度、应变率和形变分布等参数。这种精确控制有助于提高材料的变形均匀性，减小界面应力集中，从而改善复合板带的质量。相对于传统的爆炸复合法，激光磁场辅助轧制技术更加安全可控。它不会引发爆炸危险，同时能够在连续生产中获得高质量的复合板带。