圖 1窄搭接焊機焊接示意圖
1—先行帶鋼尾部；2—后行帶鋼頭部；3—上焊輪；4—下焊輪；5—焊接變壓器
- 摘要:冷軋薄帶鋼頻繁發生焊縫斷帶事故直接導致生產線停機，作業率下降，同時使大量噸鋼成為帶出品，導致產品質量降級，甚至產生大量廢鋼，影響下一道工序正常供料生產，造成了巨大的經濟損失。為了保證各生產工序連續穩定生產，本文介紹了TEMIC窄搭接焊機的焊接過程以及焊接原理，對可能造成焊縫斷帶事故的原因進行分析，找出焊縫異常的根源，并采取了相應的改進措施，減少了焊機設備故障的發生，實現了機組穩定高效運行。
首鋼京唐公司鍍錫板事業部共有四個主要作業區，按照工藝流程依次為：酸軋作業區—連退作業區—罩退作業區—鍍錫作業區，焊機在每個作業區的工藝流程中都非常重要，1420連退作業區各道工序連續生產無故不停車。但是近期焊縫斷帶事故時有發生，制約了整個生產線的產能發揮，甚至影響了下一道工序的正常生產，造成了巨大的經濟損失。國內外各大鋼廠對焊機焊接質量不佳進行了大量的分析和研究[1-4]。本文從TEMIC焊機的焊接過程以及焊接原理、焊縫斷帶事故的原因分析來尋找解決的措施。
1. TEMIC焊機焊接原理
1420連退作業區的焊機采用的是日本TEMIC全自動窄搭接焊機，此類焊機在首鋼京唐公司以及其他鋼廠應用非常廣泛[5-8]，如圖1所示。
焊接過程：焊接準備就續→后行帶鋼頭部2和先行帶鋼尾部1在焊機中停在剪切位→關閉入口和出口夾鉗→焊機入出口PDA裝置調整帶鋼對中→使用雙切剪切掉后行帶鋼頭部2和先行帶鋼尾部1→設定接搭長度→夾鉗夾緊對中→抬起入口夾鉗并推進入口夾鉗→搭接并補償→上焊輪3和下焊輪4將帶鋼焊接→焊機排出廢鋼板并復位→焊接完成產線起車。
TEMIC窄搭接焊機的焊接原理是將兩塊寬度和厚度相差不大的材料 (如圖1的后行帶鋼頭部2和先行帶鋼尾部1) 加壓，通過焊接變壓器5給焊機上焊輪3和下焊輪4施加適當的電流，電流通過材料本身的電阻、材料之間的集中電阻、材料與電極之間接觸部分的集中電阻后會產生大量的熱量，大量的熱瞬間熔化并焊接材料。焊接過程產生的熱量公式為：
式中，Q為焊接過程中熱量，J；I為焊接電流，A；t為通電時間，s；R為焊接區域的總電阻，Ω。
從式(1)中可以看出，焊接時熔化帶鋼所需要的熱量Q分別與焊接時的通電電流I的平方、通電時間t以及焊接區域的總電阻R成正比。焊接區域總電阻R的計算公式為：
式中，ρ為被焊接材料的電阻率，Ω·mm；L為焊接時上焊輪和下焊輪之間的電阻長度，mm；S為焊接時前后帶鋼的搭接面積，mm2。
因此，當對某種材質、規格的帶鋼進行焊接時，可以通過控制焊接電流、通電時間 (即焊接速度)、焊輪焊接壓力和焊機搭接面積來控制焊接質量。
2. 焊縫斷帶原因分析
由于焊縫斷帶事故對連續生產影響非常大，國內外相關技術人員對焊接質量不佳造成斷帶事故的調查研究非常多[9-12]。首鋼京唐公司鍍錫板事業部的技術攻關組對造成此類事故的焊機多次攻關研究，根據焊機焊接原理，分析了焊機參數如焊接電流、焊接溫度、焊接壓力及焊接速度、焊機焊輪、焊機水冷系統、焊縫處帶鋼的月牙杯突及焊機PDA對中裝置等因素對焊縫斷帶事故產生的原因。
2.1 斷帶焊縫斷口分析
查看焊縫斷帶的斷口，斷開焊縫為焊縫本體，前后帶鋼搭接處沒有融合，斷口實物如圖2所示。從焊縫斷口形貌分析可知整個焊縫在外力作用下瞬間斷開，測量焊縫前后厚度分別為0.181 mm和0.200 mm。斷帶前后卷原料厚度曲線正常，如圖3所示。考慮到正常的張力是不夠拉斷焊縫的，因此推斷此時應該是焊縫的垂直方向與張力方向有了一定角度，且角度比較大才將焊縫撕扯開；窄搭接焊縫的顯著特點就是存在大的局部厚差，在焊接熱影響區處有很大的應力集中，且韌性極差，不能承受較高的延伸率；熱影響區由于焊接時受熱，強度顯著低于母材和焊縫搭接區域，在承受很大的應力集中撕扯時必然在此區域斷開。
2.2 焊機焊輪位置
焊接電流、焊接溫度、焊接壓力、焊接速度等參數對焊接質量有顯著的影響。檢查斷帶時的焊接曲線如圖4所示。從焊接曲線可以看出，檢測到的焊縫溫度整體偏低，實際焊縫有明顯壓痕，焊縫邊緣褶皺。在這種情況下，首先應檢查和調整上下焊鉗的位置，確保焊輪位置應低于上下焊鉗的位置。其次，檢查焊機焊輪標高裝置標定位置是否準確。若發現焊輪高度低于夾鉗水平位置，要擦拭焊輪標高傳感器表面，使傳感器感應準確，直到焊輪標高正常。如果這類事故經常出現，必須制定焊機焊輪標高制度，每個班次均要檢查焊輪標高裝置，確保焊輪高度正常。
2.3 焊機水冷系統
水冷系統包括流量計、水冷機的壓縮機、控制面板、冷凝器等。檢查水冷系統的兩個流量計FS101（變壓器冷卻）和FS102（晶閘管冷卻）流量是否正常。若水冷機控制面板有報警顯示，報警點為High press（high or low refrigerant pressure is abnormal）報紅，檢查壓縮機壓力是否偏高，檢查冷凝器灰塵是否很多。如果是，停機清理冷凝器直到通風散熱正常及壓縮機壓力正常，之后將冷凝器保護罩打開重新啟動水冷機壓縮機工作正常，壓縮機壓力恢復正常。
將清理冷凝器列入周期性項目，周期為一個月，責任人為連退作業區機械點檢員。
2.4 月牙杯突分析
檢查焊縫斷帶的帶鋼月牙杯突，如圖5所示。實際焊縫質量未見異常，但通過月牙杯突發現前后帶鋼對中存在異常，對中偏差為7 mm，超出焊機允許范圍，作為重點焊縫質量異常點，且這種情況會導致帶鋼跑偏，造成焊縫的垂直方向與張力方向形成一定角度。
收集變規格時月牙，跟蹤焊機PDA對中情況，調整對中攝像頭補償值，調整焊縫對中裝置，直到產線月牙剪剪出的月牙對中正常，尤其是變規格焊接時的月牙，如圖6所示。
3. 焊縫斷帶改進措施
3.1 調整焊接對中
生產線中心線和帶鋼中心線時常出現偏離的情況，如圖7（a）所示。收集帶鋼變規格時剪切下的月牙，通過比對月牙跟蹤對中情況，從而調整對中攝像頭補償值，合理調整對中。調整焊機的帶尾對中精度以及帶頭和帶尾帶鋼寬度差值，用于輔助操作人員判斷對中偏差，保證帶鋼過焊機過程中，生產線中心線和帶鋼中心線重合，如圖7（b）所示。
3.2 加強質量檢查
上料工對鋼卷的表面質量進行檢查，發現邊裂超標的按規定程序退料；設專人目視檢查帶鋼頭尾缺陷，折疊、大邊裂、孔洞、板形不良等缺陷部分盡量切除；入口原料頭尾剪切時，對于0.2 mm以下規格，增加剪切長度。
3.3 調整焊接參數
二級系統焊接參數設定的準確性，直接影響帶鋼焊縫質量。如果設定參數不準確，焊縫區域分布不合理可能會導致帶鋼焊接過程中發生斷帶。
如果焊接熱影響區處韌性極差，不能承受較高的延伸率且存在大的局部厚差，在焊接熱影響區處就會有很大的應力集中，外加焊縫對中偏差大便會導致焊縫斷開而斷帶。從焊接參數上減小焊接熱影響區，從而提高焊接熱影響區的韌性，提高焊縫熱影響區的延伸能力。
3.4 防塵防護改善
焊機軌道和承重滾輪在設計的時候，考慮過防塵的功能，依靠毛氈對軌道防塵，依靠防塵網分別對焊機小車的軌道和承重輪進行防塵保護，如圖8所示。防塵網起到防塵的效果并不大，甚至可以說只起到美觀和簡單隔離的作用，粉塵還是會從孔洞處進入焊機小車軌道上。原焊機小車防塵網大部分時間都是在驅動側，操作側的軌道沒有任何的防塵措施。首先用鐵皮做成防塵罩代替原有的防塵鐵網，其次在操作側也鋪設防塵罩。小車軌道防塵改善，可以增加防塵面積與防塵強度，大大降低焊車軌道表面的粉塵，減少焊機故障，保障焊接穩定運行，保證帶鋼的焊接質量。
3.5 維護精準到位
激光傳輸系統要保證各部件安裝牢固、無松動。保護氣體不得有接頭泄漏，不能出現噴嘴堵塞；各部位的潤滑，如移動機架傳動部位滾珠絲杠、導軌對中裝置的滾珠絲杠、雙切剪導向滑道等部位；導軌、傳動滾珠絲杠、輥子底座定位等部位螺栓要定期檢查和緊固，防止出現松動影響設備運行；定期對焊機進行清理，保證焊機重要部位的清潔；定期對設備各部位接近開關、線性傳感器的位置和功能進行檢查和確認。
4. 結束語
通過對斷帶的分析，找出了斷帶原因，制定了相應的解決方法和防范措施。由于首鋼京唐公司鍍錫板事業部連退作業區實際生產中因焊機焊接質量不良而造成的焊縫斷帶事故頻繁發生，通過研究連退作業區的TEMIC窄搭接焊機的組成，分析了可能造成該類焊縫斷帶事故的因素，包括焊機參數如焊接電流、焊接溫度、焊接壓力及焊接速度，焊機焊輪，焊機水冷系統，焊縫處帶鋼的月牙杯突及焊機PDA對中裝置。通過各因素分析，找出了焊縫異常的根源，落實了相應的調整措施，并不斷地驗證這些方法和措施，保證鍍錫板事業部各作業區工序的連續生產。
來源：金屬世界