1 引言
寶鋼股份有限公司冷軋冷軋薄板廠鍍鉻機(jī)組采用的是二步法鍍鉻技術(shù),鍍鉻原板有多種規(guī)格,為保證各種型號(hào)規(guī)格原板的生產(chǎn)要求,該生產(chǎn)線上的焊機(jī)采用日本TEMIC全自動(dòng)窄搭接焊機(jī)(型號(hào)為MSW-C100D-14-2R2PL)。該類型的焊機(jī)在國內(nèi)多家廠家取得應(yīng)用[1,2],取得一定的使用經(jīng)驗(yàn),但就冷軋薄板廠的鍍鉻產(chǎn)品而言,目前國內(nèi)還沒有成功經(jīng)驗(yàn)。為解決該類型焊接用于極薄冷板,冷軋薄板廠技術(shù)人員通過優(yōu)化焊接工藝參數(shù),調(diào)整焊機(jī)的控制方案,改進(jìn)焊縫質(zhì)量的控制技術(shù),解決了該焊機(jī)用于鍍鉻板生產(chǎn)中的技術(shù)問題,使得該焊機(jī)能符合高速鍍鉻板的生產(chǎn)要求。
2 窄搭接焊機(jī)的工作原理
窄搭接焊機(jī)的焊接原理是將兩塊材料(帶鋼),通以適當(dāng)電流,在材料自身的電阻、材料間及材料與電極間接觸部分的集中電阻上產(chǎn)生熱量,最終熔化而焊接起來。
根據(jù)焦耳定律,焊接時(shí)作用在帶鋼上的熱量表示如公式1所示:
(1)
式中Q:焊接時(shí)產(chǎn)生的熱量;I:焊接電流;t:通電時(shí)間(取決于焊接速度);R:焊接區(qū)域的電阻。
又因?yàn)殡娮鑂=ρ*L/S。
其中:ρ為被焊接帶鋼的電阻率;L為焊接時(shí)上下焊輪間的電阻的長度;S為焊接時(shí)前后帶鋼的搭接量。
從(1)式中看出,焊接帶鋼時(shí)所需要的熱量Q與焊接電流I、通電時(shí)間t及自身電阻R有關(guān)。
因此對(duì)不同材質(zhì)和不同規(guī)格的帶鋼進(jìn)行焊接時(shí),需要通過控制焊接電流I、通電時(shí)間(即焊接速度)及焊輪焊接壓力和焊機(jī)搭接量,以確保焊接的質(zhì)量[3,4]。
3 焊機(jī)工藝和設(shè)備功能
3.1 焊機(jī)主要設(shè)備功能介紹
3.1.1 入口側(cè)夾鉗
在焊接前,將后行帶鋼的頂部夾緊,以配合完成焊機(jī)的剪切工作,能夾住后行帶鋼向焊機(jī)出口側(cè)方向橫移來設(shè)置搭接量,并根據(jù)前后帶鋼的寬度信息,通過入口夾鉗的對(duì)中裝置,將后行帶鋼的中心線調(diào)節(jié)到先行帶鋼的中心線上(最大量為+-75mm)。
3.1.2 出口側(cè)夾鉗
出口側(cè)夾鉗用于焊接前固定前行帶鋼的尾端,在進(jìn)行搭接時(shí)出口側(cè)夾鉗傾斜一定角度方便后行帶鋼的頂端與前行帶鋼的尾端搭接。出口側(cè)夾鉗也具有補(bǔ)償功能,確保在焊接過程中,焊機(jī)傳動(dòng)側(cè)與操作側(cè)的搭接量一致。
3.1.3 焊機(jī)的移行架
移行架驅(qū)動(dòng)裝置的功能是通過速度可變的AC伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)滾珠絲桿來驅(qū)動(dòng)移行架,從而達(dá)到控制焊接速度的目的。
3.1.4 焊機(jī)剪切單元
該焊機(jī)剪切單元的功能是為了獲得較滿意的焊接質(zhì)量,確保前后帶鋼所形成的搭接量, 由安裝在焊機(jī)移行架上的剪切裝置同時(shí)剪切帶鋼的尾部和頭部.另外,在剪切裝置的下部的兩片刀片間,有一個(gè)廢料輸送機(jī),用來將剪切下的廢料自動(dòng)排房到焊機(jī)的傳動(dòng)側(cè)。
3.1.5 焊輪裝置
焊輪裝置的功能是用來將焊接電流,焊接壓力傳導(dǎo)到已經(jīng)被搭接起來的先行帶鋼的尾部和后行帶鋼的頭上。
3.1.6 焊機(jī)焊輪的壓力單元
該單元的功能是將焊輪壓力通過焊輪頭部而作用到帶鋼的搭接部位上,這種壓力的大小是根據(jù)帶鋼的材質(zhì)種類及厚度等因數(shù)調(diào)節(jié)成適當(dāng)?shù)拇笮?通過比例減壓閥來實(shí)現(xiàn)的。
3.1.7 焊接變壓器單元
焊機(jī)變壓器單元主要由三部分構(gòu)成:變壓器、整流器、二次導(dǎo)體。其中變壓器用來將電源所提供的一次電壓降低到適合饋送焊接電流的電壓等級(jí).其二次端子被連接到整流器;整流器采用單相全波方式整流,提供平穩(wěn)的焊接電流,以便改善焊接質(zhì)量,進(jìn)行高速焊接并降低最大的輸入功率;二次導(dǎo)體是位于整流器和電極頭部之間傳導(dǎo)電流的通路組成件。
3.1.8 碾壓系統(tǒng)
該碾壓系統(tǒng)是用來通過碾壓的方式,將經(jīng)焊接后的焊縫搭接部位進(jìn)行碾壓,提高焊縫的平整度,降低焊縫處的應(yīng)力集中,提高焊縫的精度。該碾壓系統(tǒng)由上下碾壓輪及上碾壓輪的提升機(jī)構(gòu)組成。
3.1.9 平行度調(diào)節(jié)裝置
在入口側(cè)穿帶臺(tái)上,安裝了2對(duì)平行度調(diào)節(jié)裝置(PAD),通過其中一對(duì)(PAD)的夾緊和橫移動(dòng)作,使得帶鋼與機(jī)組中心線保持平行。
3.1.10 焊機(jī)冷卻水系統(tǒng)
冷卻可控硅組件,焊接變壓器,上下電極輪。
3.2 焊接工藝流程
1)焊機(jī)準(zhǔn)備就緒2)帶鋼尾定位、停止,消除張力(由線上完成)3)帶鋼頭定位、停止,消除張力(由線上完成)4)焊機(jī)出入口PAD裝置調(diào)整帶鋼并充套5)出入口夾鉗夾緊帶鋼6)剪切帶鋼頭尾7)入口夾板進(jìn)行對(duì)中8)出口夾鉗向上傾斜9)帶鋼搭接并進(jìn)行搭接補(bǔ)償10)焊接11)焊機(jī)排出廢料并復(fù)位。
4 焊機(jī)電氣及控制系統(tǒng)
4.1 焊機(jī)控制系統(tǒng)
焊機(jī)控制系統(tǒng)包括PLC控制系統(tǒng)、伺服傳動(dòng)系統(tǒng)、位置控制器及焊接電流控制器等構(gòu)成。PLC系統(tǒng)參與焊接全過程,是焊機(jī)控制系統(tǒng)的核心,系統(tǒng)配置數(shù)字和模擬I／O模塊,可完成常規(guī)的邏輯量控制、模擬量及數(shù)值計(jì)算,控制器與主線PLC通信采用PIO方式。位置控制器對(duì)焊接臺(tái)及車架位置進(jìn)行計(jì)算和控制。
4.2 焊機(jī)控制順序
焊接動(dòng)作分為3個(gè)階段:
(1) 準(zhǔn)備階段:帶鋼頭尾定位、剪切及搭接。
(2) 焊接階段:接通焊接電流及焊輪壓力,同時(shí)碾壓輪進(jìn)行焊縫光整。
(3) 焊后處理階段:清除剪切廢料,檢查焊縫及焊機(jī)復(fù)位。
具體流程圖如圖1所示。
4.3 焊接參數(shù)的設(shè)定
焊接參數(shù)的設(shè)定有三種模式:P/C、C/D、MAN。
(1) 在P/C模式下,焊機(jī)PLC在接受到上位計(jì)算機(jī)送來的帶鋼信息后,在其儲(chǔ)存的焊接參數(shù)條件表中自動(dòng)搜索并將其對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)設(shè)定值及焊接后的焊接實(shí)際參數(shù)結(jié)果均在該畫面上顯示出來。
(2) 在C/D模式下,焊機(jī)操作人員必須在該 畫面上分別輸入前后帶鋼的材料代碼(1-8)及厚度(單位:mm),然后,焊機(jī)PLC在其儲(chǔ)存的焊接參數(shù)條件表中自動(dòng)搜索并將其對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)設(shè)定值及焊接后的焊接實(shí)際參數(shù)結(jié)果均在該畫面上顯示出來。
(3) 當(dāng)焊縫質(zhì)量出現(xiàn)異常,或在做焊接試驗(yàn)的情況下, 操作人員可在該畫面上輸入或修改所需要的焊接參數(shù)進(jìn)行焊接。
焊接參數(shù)設(shè)定框圖如圖2所示。
由圖2中可知,焊接條件的設(shè)定可手動(dòng)也可自動(dòng),自動(dòng)模式在P/C模式和C/D模式下生效,C/D模式則需輸入相關(guān)鋼卷信息,方能自動(dòng)產(chǎn)生焊接條件參數(shù)。待焊接條件生成后,將通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器,將數(shù)據(jù)分別分配到相關(guān)執(zhí)行單元,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接電流、焊接速度、焊接壓力等相關(guān)數(shù)據(jù)的控制,使焊機(jī)根據(jù)參數(shù)完成焊接工作。
4.4 焊機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)
焊機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)包含在操作面板的VDT中,主要對(duì)焊接電流、焊接速度、焊接壓力和溫度進(jìn)行監(jiān)測。同時(shí),具有記錄鋼卷號(hào)、帶鋼厚度、帶鋼寬度和鋼種等級(jí)的功能。系統(tǒng)最多可存儲(chǔ)1000次近期焊接的數(shù)據(jù)。焊機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)與L2上位機(jī)通信。在焊接監(jiān)視系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)同時(shí)也在入口操作室中的監(jiān)視面板的VDT顯示。監(jiān)視畫面如圖,圖3中的曲線分別代表焊接電流曲線、焊接速度曲線、焊接溫度曲線和焊接壓力曲線。
5 結(jié)束語
冷軋薄板廠鍍鉻機(jī)組焊機(jī)系統(tǒng)自投運(yùn)以來,設(shè)備工作狀態(tài)基本穩(wěn)定,系統(tǒng)控制系統(tǒng)配置簡單、合理,可靠性高。設(shè)備自動(dòng)化程度高,自動(dòng)監(jiān)測信息簡單明了,從而使設(shè)備操作和維護(hù)簡單。焊接工藝上,采用邊焊接邊壓薄,隨即進(jìn)行焊縫光整,提高了焊縫質(zhì)量。搭接量連續(xù)可調(diào),采用直流焊接。總體來說,TEMIC焊機(jī)的有效運(yùn)行大大提升了機(jī)組的生產(chǎn)能力,為機(jī)組的連續(xù)運(yùn)行起到支撐作用。
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作者簡介:龔輝(1968-),男,工程師,主要從事機(jī)電裝備的控制與維護(hù)。