首鋼京唐公司鍍錫板事業(yè)部共有四個(gè)主要作業(yè)區(qū)，按照工藝流程依次為：酸軋作業(yè)區(qū)—連退作業(yè)區(qū)—罩退作業(yè)區(qū)—鍍錫作業(yè)區(qū)，焊機(jī)在每個(gè)作業(yè)區(qū)的工藝流程中都非常重要，1420連退作業(yè)區(qū)各道工序連續(xù)生產(chǎn)無(wú)故不停車。但是近期焊縫斷帶事故時(shí)有發(fā)生，制約了整個(gè)生產(chǎn)線的產(chǎn)能發(fā)揮，甚至影響了下一道工序的正常生產(chǎn)，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。國(guó)內(nèi)外各大鋼廠對(duì)焊機(jī)焊接質(zhì)量不佳進(jìn)行了大量的分析和研究[1-4]。本文從TEMIC焊機(jī)的焊接過(guò)程以及焊接原理、焊縫斷帶事故的原因分析來(lái)尋找解決的措施。

1. TEMIC焊機(jī)焊接原理

1420連退作業(yè)區(qū)的焊機(jī)采用的是日本TEMIC全自動(dòng)窄搭接焊機(jī)，此類焊機(jī)在首鋼京唐公司以及其他鋼廠應(yīng)用非常廣泛[5-8]，如圖1所示。

焊接過(guò)程：焊接準(zhǔn)備就續(xù)→后行帶鋼頭部2和先行帶鋼尾部1在焊機(jī)中停在剪切位→關(guān)閉入口和出口夾鉗→焊機(jī)入出口PDA裝置調(diào)整帶鋼對(duì)中→使用雙切剪切掉后行帶鋼頭部2和先行帶鋼尾部1→設(shè)定接搭長(zhǎng)度→夾鉗夾緊對(duì)中→抬起入口夾鉗并推進(jìn)入口夾鉗→搭接并補(bǔ)償→上焊輪3和下焊輪4將帶鋼焊接→焊機(jī)排出廢鋼板并復(fù)位→焊接完成產(chǎn)線起車。

TEMIC窄搭接焊機(jī)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(guò)焊接變壓器5給焊機(jī)上焊輪3和下焊輪4施加適當(dāng)?shù)碾娏?，電流通過(guò)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(huì)產(chǎn)生大量的熱量，大量的熱瞬間熔化并焊接材料。焊接過(guò)程產(chǎn)生的熱量公式為：

式中，Q為焊接過(guò)程中熱量，J；I為焊接電流，A；t為通電時(shí)間，s；R為焊接區(qū)域的總電阻，Ω。

從式(1)中可以看出，焊接時(shí)熔化帶鋼所需要的熱量Q分別與焊接時(shí)的通電電流I的平方、通電時(shí)間t以及焊接區(qū)域的總電阻R成正比。焊接區(qū)域總電阻R的計(jì)算公式為：

式中，ρ為被焊接材料的電阻率，Ω·mm；L為焊接時(shí)上焊輪和下焊輪之間的電阻長(zhǎng)度，mm；S為焊接時(shí)前后帶鋼的搭接面積，mm2。

因此，當(dāng)對(duì)某種材質(zhì)、規(guī)格的帶鋼進(jìn)行焊接時(shí)，可以通過(guò)控制焊接電流、通電時(shí)間 (即焊接速度)、焊輪焊接壓力和焊機(jī)搭接面積來(lái)控制焊接質(zhì)量。

2. 焊縫斷帶原因分析

由于焊縫斷帶事故對(duì)連續(xù)生產(chǎn)影響非常大，國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)人員對(duì)焊接質(zhì)量不佳造成斷帶事故的調(diào)查研究非常多[9-12]。首鋼京唐公司鍍錫板事業(yè)部的技術(shù)攻關(guān)組對(duì)造成此類事故的焊機(jī)多次攻關(guān)研究，根據(jù)焊機(jī)焊接原理，分析了焊機(jī)參數(shù)如焊接電流、焊接溫度、焊接壓力及焊接速度、焊機(jī)焊輪、焊機(jī)水冷系統(tǒng)、焊縫處帶鋼的月牙杯突及焊機(jī)PDA對(duì)中裝置等因素對(duì)焊縫斷帶事故產(chǎn)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(kāi)焊縫為焊縫本體，前后帶鋼搭接處沒(méi)有融合，斷口實(shí)物如圖2所示。從焊縫斷口形貌分析可知整個(gè)焊縫在外力作用下瞬間斷開(kāi)，測(cè)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?？紤]到正常的張力是不夠拉斷焊縫的，因此推斷此時(shí)應(yīng)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(kāi)；窄搭接焊縫的顯著特點(diǎn)就是存在大的局部厚差，在焊接熱影響區(qū)處有很大的應(yīng)力集中，且韌性極差，不能承受較高的延伸率；熱影響區(qū)由于焊接時(shí)受熱，強(qiáng)度顯著低于母材和焊縫搭接區(qū)域，在承受很大的應(yīng)力集中撕扯時(shí)必然在此區(qū)域斷開(kāi)。

2.2 焊機(jī)焊輪位置

焊接電流、焊接溫度、焊接壓力、焊接速度等參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量有顯著的影響。檢查斷帶時(shí)的焊接曲線如圖4所示。從焊接曲線可以看出，檢測(cè)到的焊縫溫度整體偏低，實(shí)際焊縫有明顯壓痕，焊縫邊緣褶皺。在這種情況下，首先應(yīng)檢查和調(diào)整上下焊鉗的位置，確保焊輪位置應(yīng)低于上下焊鉗的位置。其次，檢查焊機(jī)焊輪標(biāo)高裝置標(biāo)定位置是否準(zhǔn)確。若發(fā)現(xiàn)焊輪高度低于夾鉗水平位置，要擦拭焊輪標(biāo)高傳感器表面，使傳感器感應(yīng)準(zhǔn)確，直到焊輪標(biāo)高正常。如果這類事故經(jīng)常出現(xiàn)，必須制定焊機(jī)焊輪標(biāo)高制度，每個(gè)班次均要檢查焊輪標(biāo)高裝置，確保焊輪高度正常。

2.3 焊機(jī)水冷系統(tǒng)

水冷系統(tǒng)包括流量計(jì)、水冷機(jī)的壓縮機(jī)、控制面板、冷凝器等。檢查水冷系統(tǒng)的兩個(gè)流量計(jì)FS101（變壓器冷卻）和FS102（晶閘管冷卻）流量是否正常。若水冷機(jī)控制面板有報(bào)警顯示，報(bào)警點(diǎn)為High press（high or low refrigerant pressure is abnormal）報(bào)紅，檢查壓縮機(jī)壓力是否偏高，檢查冷凝器灰塵是否很多。如果是，停機(jī)清理冷凝器直到通風(fēng)散熱正常及壓縮機(jī)壓力正常，之后將冷凝器保護(hù)罩打開(kāi)重新啟動(dòng)水冷機(jī)壓縮機(jī)工作正常，壓縮機(jī)壓力恢復(fù)正常。

將清理冷凝器列入周期性項(xiàng)目，周期為一個(gè)月，責(zé)任人為連退作業(yè)區(qū)機(jī)械點(diǎn)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(shí)際焊縫質(zhì)量未見(jiàn)異常，但通過(guò)月牙杯突發(fā)現(xiàn)前后帶鋼對(duì)中存在異常，對(duì)中偏差為7 mm，超出焊機(jī)允許范圍，作為重點(diǎn)焊縫質(zhì)量異常點(diǎn)，且這種情況會(huì)導(dǎo)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(guī)格時(shí)月牙，跟蹤焊機(jī)PDA對(duì)中情況，調(diào)整對(duì)中攝像頭補(bǔ)償值，調(diào)整焊縫對(duì)中裝置，直到產(chǎn)線月牙剪剪出的月牙對(duì)中正常，尤其是變規(guī)格焊接時(shí)的月牙，如圖6所示。

3. 焊縫斷帶改進(jìn)措施

3.1 調(diào)整焊接對(duì)中

生產(chǎn)線中心線和帶鋼中心線時(shí)常出現(xiàn)偏離的情況，如圖7（a）所示。收集帶鋼變規(guī)格時(shí)剪切下的月牙，通過(guò)比對(duì)月牙跟蹤對(duì)中情況，從而調(diào)整對(duì)中攝像頭補(bǔ)償值，合理調(diào)整對(duì)中。調(diào)整焊機(jī)的帶尾對(duì)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(duì)中偏差，保證帶鋼過(guò)焊機(jī)過(guò)程中，生產(chǎn)線中心線和帶鋼中心線重合，如圖7（b）所示。

3.2 加強(qiáng)質(zhì)量檢查

上料工對(duì)鋼卷的表面質(zhì)量進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)邊裂超標(biāo)的按規(guī)定程序退料；設(shè)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(shí)，對(duì)于0.2 mm以下規(guī)格，增加剪切長(zhǎng)度。

3.3 調(diào)整焊接參數(shù)

二級(jí)系統(tǒng)焊接參數(shù)設(shè)定的準(zhǔn)確性，直接影響帶鋼焊縫質(zhì)量。如果設(shè)定參數(shù)不準(zhǔn)確，焊縫區(qū)域分布不合理可能會(huì)導(dǎo)致帶鋼焊接過(guò)程中發(fā)生斷帶。

如果焊接熱影響區(qū)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(qū)處就會(huì)有很大的應(yīng)力集中，外加焊縫對(duì)中偏差大便會(huì)導(dǎo)致焊縫斷開(kāi)而斷帶。從焊接參數(shù)上減小焊接熱影響區(qū)，從而提高焊接熱影響區(qū)的韌性，提高焊縫熱影響區(qū)的延伸能力。

3.4 防塵防護(hù)改善

焊機(jī)軌道和承重滾輪在設(shè)計(jì)的時(shí)候，考慮過(guò)防塵的功能，依靠毛氈對(duì)軌道防塵，依靠防塵網(wǎng)分別對(duì)焊機(jī)小車的軌道和承重輪進(jìn)行防塵保護(hù)，如圖8所示。防塵網(wǎng)起到防塵的效果并不大，甚至可以說(shuō)只起到美觀和簡(jiǎn)單隔離的作用，粉塵還是會(huì)從孔洞處進(jìn)入焊機(jī)小車軌道上。原焊機(jī)小車防塵網(wǎng)大部分時(shí)間都是在驅(qū)動(dòng)側(cè)，操作側(cè)的軌道沒(méi)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(wǎng)，其次在操作側(cè)也鋪設(shè)防塵罩。小車軌道防塵改善，可以增加防塵面積與防塵強(qiáng)度，大大降低焊車軌道表面的粉塵，減少焊機(jī)故障，保障焊接穩(wěn)定運(yùn)行，保證帶鋼的焊接質(zhì)量。

3.5 維護(hù)精準(zhǔn)到位

激光傳輸系統(tǒng)要保證各部件安裝牢固、無(wú)松動(dòng)。保護(hù)氣體不得有接頭泄漏，不能出現(xiàn)噴嘴堵塞；各部位的潤(rùn)滑，如移動(dòng)機(jī)架傳動(dòng)部位滾珠絲杠、導(dǎo)軌對(duì)中裝置的滾珠絲杠、雙切剪導(dǎo)向滑道等部位；導(dǎo)軌、傳動(dòng)滾珠絲杠、輥?zhàn)拥鬃ㄎ坏炔课宦菟ㄒㄆ跈z查和緊固，防止出現(xiàn)松動(dòng)影響設(shè)備運(yùn)行；定期對(duì)焊機(jī)進(jìn)行清理，保證焊機(jī)重要部位的清潔；定期對(duì)設(shè)備各部位接近開(kāi)關(guān)、線性傳感器的位置和功能進(jìn)行檢查和確認(rèn)。

4. 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)斷帶的分析，找出了斷帶原因，制定了相應(yīng)的解決方法和防范措施。由于首鋼京唐公司鍍錫板事業(yè)部連退作業(yè)區(qū)實(shí)際生產(chǎn)中因焊機(jī)焊接質(zhì)量不良而造成的焊縫斷帶事故頻繁發(fā)生，通過(guò)研究連退作業(yè)區(qū)的TEMIC窄搭接焊機(jī)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(jī)參數(shù)如焊接電流、焊接溫度、焊接壓力及焊接速度，焊機(jī)焊輪，焊機(jī)水冷系統(tǒng)，焊縫處帶鋼的月牙杯突及焊機(jī)PDA對(duì)中裝置。通過(guò)各因素分析，找出了焊縫異常的根源，落實(shí)了相應(yīng)的調(diào)整措施，并不斷地驗(yàn)證這些方法和措施，保證鍍錫板事業(yè)部各作業(yè)區(qū)工序的連續(xù)生產(chǎn)。

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