1 引言
宝钢股份有限公司冷轧冷轧薄板厂镀铬机组采用的是二步法镀铬技术,镀铬原板有多种规格,为保证各种型号规格原板的生产要求,该生产线上的焊机采用日本TEMIC全自动窄搭接焊机(型号为MSW-C100D-14-2R2PL)。该类型的焊机在国内多家厂家取得应用[1,2],取得一定的使用经验,但就冷轧薄板厂的镀铬产品而言,目前国内还没有成功经验。为解决该类型焊接用于极薄冷板,冷轧薄板厂技术人员通过优化焊接工艺参数,调整焊机的控制方案,改进焊缝质量的控制技术,解决了该焊机用于镀铬板生产中的技术问题,使得该焊机能符合高速镀铬板的生产要求。
2 窄搭接焊机的工作原理
窄搭接焊机的焊接原理是将两块材料(带钢),通以适当电流,在材料自身的电阻、材料间及材料与电极间接触部分的集中电阻上产生热量,最终熔化而焊接起来。
根据焦耳定律,焊接时作用在带钢上的热量表示如公式1所示:
(1)
式中Q:焊接时产生的热量;I:焊接电流;t:通电时间(取决于焊接速度);R:焊接区域的电阻。
又因为电阻R=ρ*L/S。
其中:ρ为被焊接带钢的电阻率;L为焊接时上下焊轮间的电阻的长度;S为焊接时前后带钢的搭接量。
从(1)式中看出,焊接带钢时所需要的热量Q与焊接电流I、通电时间t及自身电阻R有关。
因此对不同材质和不同规格的带钢进行焊接时,需要通过控制焊接电流I、通电时间(即焊接速度)及焊轮焊接压力和焊机搭接量,以确保焊接的质量[3,4]。
3 焊机工艺和设备功能
3.1 焊机主要设备功能介绍
3.1.1 入口侧夹钳
在焊接前,将后行带钢的顶部夹紧,以配合完成焊机的剪切工作,能夹住后行带钢向焊机出口侧方向横移来设置搭接量,并根据前后带钢的宽度信息,通过入口夹钳的对中装置,将后行带钢的中心线调节到先行带钢的中心线上(最大量为+-75mm)。
3.1.2 出口侧夹钳
出口侧夹钳用于焊接前固定前行带钢的尾端,在进行搭接时出口侧夹钳倾斜一定角度方便后行带钢的顶端与前行带钢的尾端搭接。出口侧夹钳也具有补偿功能,确保在焊接过程中,焊机传动侧与操作侧的搭接量一致。
3.1.3 焊机的移行架
移行架驱动装置的功能是通过速度可变的AC伺服电动机经滚珠丝杆来驱动移行架,从而达到控制焊接速度的目的。
3.1.4 焊机剪切单元
该焊机剪切单元的功能是为了获得较满意的焊接质量,确保前后带钢所形成的搭接量, 由安装在焊机移行架上的剪切装置同时剪切带钢的尾部和头部.另外,在剪切装置的下部的两片刀片间,有一个废料输送机,用来将剪切下的废料自动排房到焊机的传动侧。
3.1.5 焊轮装置
焊轮装置的功能是用来将焊接电流,焊接压力传导到已经被搭接起来的先行带钢的尾部和后行带钢的头上。
3.1.6 焊机焊轮的压力单元
该单元的功能是将焊轮压力通过焊轮头部而作用到带钢的搭接部位上,这种压力的大小是根据带钢的材质种类及厚度等因数调节成适当的大小,通过比例减压阀来实现的。
3.1.7 焊接变压器单元
焊机变压器单元主要由三部分构成:变压器、整流器、二次导体。其中变压器用来将电源所提供的一次电压降低到适合馈送焊接电流的电压等级.其二次端子被连接到整流器;整流器采用单相全波方式整流,提供平稳的焊接电流,以便改善焊接质量,进行高速焊接并降低最大的输入功率;二次导体是位于整流器和电极头部之间传导电流的通路组成件。
3.1.8 碾压系统
该碾压系统是用来通过碾压的方式,将经焊接后的焊缝搭接部位进行碾压,提高焊缝的平整度,降低焊缝处的应力集中,提高焊缝的精度。该碾压系统由上下碾压轮及上碾压轮的提升机构组成。
3.1.9 平行度调节装置
在入口侧穿带台上,安装了2对平行度调节装置(PAD),通过其中一对(PAD)的夹紧和横移动作,使得带钢与机组中心线保持平行。
3.1.10 焊机冷却水系统
冷却可控硅组件,焊接变压器,上下电极轮。
3.2 焊接工艺流程
1)焊机准备就绪2)带钢尾定位、停止,消除张力(由线上完成)3)带钢头定位、停止,消除张力(由线上完成)4)焊机出入口PAD装置调整带钢并充套5)出入口夹钳夹紧带钢6)剪切带钢头尾7)入口夹板进行对中8)出口夹钳向上倾斜9)带钢搭接并进行搭接补偿10)焊接11)焊机排出废料并复位。
4 焊机电气及控制系统
4.1 焊机控制系统
焊机控制系统包括PLC控制系统、伺服传动系统、位置控制器及焊接电流控制器等构成。PLC系统参与焊接全过程,是焊机控制系统的核心,系统配置数字和模拟I／O模块,可完成常规的逻辑量控制、模拟量及数值计算,控制器与主线PLC通信采用PIO方式。位置控制器对焊接台及车架位置进行计算和控制。
4.2 焊机控制顺序
焊接动作分为3个阶段:
(1) 准备阶段:带钢头尾定位、剪切及搭接。
(2) 焊接阶段:接通焊接电流及焊轮压力,同时碾压轮进行焊缝光整。
(3) 焊后处理阶段:清除剪切废料,检查焊缝及焊机复位。
具体流程图如图1所示。
4.3 焊接参数的设定
焊接参数的设定有三种模式:P/C、C/D、MAN。
(1) 在P/C模式下,焊机PLC在接受到上位计算机送来的带钢信息后,在其储存的焊接参数条件表中自动搜索并将其对应的焊接参数设定值及焊接后的焊接实际参数结果均在该画面上显示出来。
(2) 在C/D模式下,焊机操作人员必须在该 画面上分别输入前后带钢的材料代码(1-8)及厚度(单位:mm),然后,焊机PLC在其储存的焊接参数条件表中自动搜索并将其对应的焊接参数设定值及焊接后的焊接实际参数结果均在该画面上显示出来。
(3) 当焊缝质量出现异常,或在做焊接试验的情况下, 操作人员可在该画面上输入或修改所需要的焊接参数进行焊接。
焊接参数设定框图如图2所示。
由图2中可知,焊接条件的设定可手动也可自动,自动模式在P/C模式和C/D模式下生效,C/D模式则需输入相关钢卷信息,方能自动产生焊接条件参数。待焊接条件生成后,将通过数模转换器,将数据分别分配到相关执行单元,从而实现对焊接电流、焊接速度、焊接压力等相关数据的控制,使焊机根据参数完成焊接工作。
4.4 焊机监视系统
焊机监视系统包含在操作面板的VDT中,主要对焊接电流、焊接速度、焊接压力和温度进行监测。同时,具有记录钢卷号、带钢厚度、带钢宽度和钢种等级的功能。系统最多可存储1000次近期焊接的数据。焊机监视系统通过工业以太网与L2上位机通信。在焊接监视系统中的数据同时也在入口操作室中的监视面板的VDT显示。监视画面如图,图3中的曲线分别代表焊接电流曲线、焊接速度曲线、焊接温度曲线和焊接压力曲线。
5 结束语
冷轧薄板厂镀铬机组焊机系统自投运以来,设备工作状态基本稳定,系统控制系统配置简单、合理,可靠性高。设备自动化程度高,自动监测信息简单明了,从而使设备操作和维护简单。焊接工艺上,采用边焊接边压薄,随即进行焊缝光整,提高了焊缝质量。搭接量连续可调,采用直流焊接。总体来说,TEMIC焊机的有效运行大大提升了机组的生产能力,为机组的连续运行起到支撑作用。
参考文献:
[1] 彭扬文.TMEIC窄搭接焊机在梅钢镀锌机组的应用[J].梅山科技,2010,(6):1-3.
[2] 王彬,刘维.TEMIC窄搭接焊机在热镀铝锌硅生产线中的应用[J].电工技术,2009,(8):29-30.
[3] 史耀武.焊接技术手册[M].中国电力出版社,2009,7.
[4] 郭荣岭.实用焊接技术快速入门[M].机械工业出版社,2010.1.
作者简介:龚辉(1968-),男,工程师,主要从事机电装备的控制与维护。