帶鋼連續(xù)熱鍍鋅窄搭接焊機(jī)故障分析及對策

岑耀東，陳芙蓉

（1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010051；2.包鋼（集團(tuán)）公司集團(tuán)管理部，內(nèi)蒙古包頭014010）

帶鋼連續(xù)熱鍍鋅窄搭接焊機(jī)故障分析及對策

岑耀東1，2，陳芙蓉1

（1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010051；2.包鋼（集團(tuán)）公司集團(tuán)管理部，內(nèi)蒙古包頭014010）

介紹了包鋼薄板廠熱鍍鋅線窄搭接焊機(jī)的生產(chǎn)實(shí)踐，針對焊機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的抽尾、甩尾等疑難問題，從原料把關(guān)、設(shè)備調(diào)整、工藝參數(shù)優(yōu)化、卷徑信息控制等方面著手,有效解決了此類故障，大大提高了焊接效率，保障了熱鍍鋅機(jī)組的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

熱鍍鋅；窄搭接焊機(jī)；抽尾；甩尾；對策

0 前言

焊機(jī)是熱鍍鋅機(jī)組中最關(guān)鍵的設(shè)備之一，負(fù)責(zé)將帶鋼頭和尾焊接在一起，以保證生產(chǎn)線的連續(xù)運(yùn)行[1]，如果焊機(jī)出現(xiàn)故障，整個(gè)熱鍍鋅機(jī)組立刻癱瘓，給企業(yè)帶來巨大損失[2-3]，所以焊機(jī)能否正常焊接對熱鍍鋅機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行起著決定性作用。如何提高焊接效率，保證帶鋼熱鍍鋅的連續(xù)化生產(chǎn)要求，防止因焊機(jī)故障造成的停機(jī)事故的發(fā)生，有效提高熱鍍鋅機(jī)組的作業(yè)率，成為當(dāng)今熱鍍鋅研究人員最關(guān)注的課題之一。

包鋼（集團(tuán)）公司（簡稱包鋼）薄板廠熱鍍鋅線在投產(chǎn)早期，焊機(jī)頻繁出現(xiàn)抽尾、甩尾故障，無法正常焊接，生產(chǎn)常處于半停機(jī)狀態(tài)，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量和機(jī)組作業(yè)率。為了解決這一疑難問題，相關(guān)技術(shù)人員開展了大量的技術(shù)攻關(guān)工作，經(jīng)過多年的科學(xué)探索和生產(chǎn)實(shí)踐，包鋼薄板廠熱鍍鋅線積累了大量經(jīng)驗(yàn)，摸索出一套較為完善的焊接操作技術(shù)和控制方法，為焊機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，有效提高了熱鍍鋅機(jī)組的作業(yè)率。

1 帶鋼連續(xù)熱鍍鋅窄搭接焊機(jī)介紹

窄搭接焊機(jī)是熱鍍鋅機(jī)組中用于卷板接頭工序的專用焊機(jī)，是薄鋼卷板接頭焊接的重要設(shè)備[4]，帶鋼連續(xù)熱鍍鋅入口段開卷及焊接工藝流程見圖1。包鋼薄板廠熱鍍鋅線窄搭接焊機(jī)主體設(shè)備包括焊接移動(dòng)架（C-形架）、剪切機(jī)、焊接頭裝置、焊縫碾壓裝置、沖孔裝置、出入口夾緊裝置、出入口活套輥裝置、焊輪修磨裝置及邊部月牙剪裝置等，電流形式為六相直流電，最大焊接能力2.5×1 540 mm，焊接電流范圍12～35 kA，搭接量調(diào)節(jié)范圍0～6 mm。

圖1 開卷及焊接工藝流程Fig.1 Decoiling and welding process

當(dāng)一個(gè)鋼卷即將運(yùn)行完畢時(shí)，帶尾停留在焊機(jī)中部，出口夾鉗夾住帶尾，下一個(gè)鋼卷的帶頭由剪前夾送輥送至焊機(jī)中部，由入口夾鉗夾住。焊機(jī)入口活套輥將帶頭挑起形成一個(gè)小活套，剪切機(jī)依次剪切上一卷帶尾及下一卷帶頭，出口夾鉗向上翹起形成一個(gè)小角度，然后入口夾鉗將帶頭向焊機(jī)平移適當(dāng)距離，同時(shí)自動(dòng)對中，出口夾鉗恢復(fù)原位，帶頭與帶尾進(jìn)行搭接。通電后的焊輪沿搭接處滾動(dòng)焊接，同時(shí)，由碾壓輪緊跟其后將焊縫壓平，焊輪及碾壓輪抬起并復(fù)位，隨后沖孔，入口及出口夾鉗打開，焊接完成，搭接焊縫如圖2所示。

圖2 搭接焊縫示意Fig.2 Schematic diagram of lap welding

2 焊機(jī)故障及原因分析

在包鋼薄板廠熱鍍鋅線生產(chǎn)運(yùn)行中，焊機(jī)故障表現(xiàn)為抽尾、甩尾等，因抽尾會(huì)造成入口活套失張而停機(jī)，甩尾會(huì)造成焊偏[5]，焊偏的焊縫在運(yùn)行至活套內(nèi)時(shí)極易與框架刮蹭而發(fā)生斷帶事故，如果在退火爐內(nèi)斷帶，停機(jī)處理時(shí)間更長，影響更為嚴(yán)重，帶鋼撕裂后斷口如圖3所示。焊機(jī)抽尾、甩尾問題嚴(yán)重影響熱鍍鋅機(jī)組的作業(yè)率和產(chǎn)品質(zhì)量。

圖3 撕裂后斷口Fig.3 Fracture after tearing

2.1 抽尾

抽尾是指在焊接前，上一個(gè)鋼卷即將運(yùn)行完畢時(shí)，其帶尾本應(yīng)運(yùn)行至焊機(jī)處停留，以便和下一個(gè)鋼卷的帶頭進(jìn)行焊接，但在實(shí)際生產(chǎn)中帶尾卻繼續(xù)行走，通過焊機(jī)，錯(cuò)過與下一鋼卷焊接的最佳位置，有時(shí)甚至通過焊機(jī)后張力輥，抽入活套，引起入口活套失張而發(fā)生被迫停機(jī)的事故，一旦發(fā)生此類事故必將產(chǎn)生大量停線廢品，給生產(chǎn)帶來巨大損失。

曾在一段時(shí)間內(nèi)，包鋼薄板廠熱鍍鋅線窄搭接焊機(jī)頻繁發(fā)生抽尾事故，檢查焊機(jī)設(shè)備運(yùn)行正常，焊機(jī)參數(shù)設(shè)定也正常，這一故障曾一度困擾著生產(chǎn)，經(jīng)過長期現(xiàn)場研究分析，發(fā)現(xiàn)這一問題是由于卷長、卷徑數(shù)據(jù)發(fā)生混亂使焊機(jī)控制模式錯(cuò)誤造成的。

分析原因：

（1）原料卷卷徑計(jì)算不準(zhǔn)確。在焊機(jī)調(diào)試期間，操作工習(xí)慣將帶頭碎斷長度設(shè)定較長距離，以防止帶頭鐮刀彎缺陷造成焊偏，這使得切頭后的帶鋼實(shí)際卷徑小于原始卷徑，但實(shí)際上入口段PLC系統(tǒng)仍按原始卷徑計(jì)算開卷機(jī)轉(zhuǎn)速和剩余帶尾長度，利用原始卷徑計(jì)算出的帶尾長度一定和實(shí)際帶尾長度存在偏差，必然導(dǎo)致入口段自動(dòng)停車和焊機(jī)準(zhǔn)備時(shí)間不準(zhǔn)確。當(dāng)上一鋼卷運(yùn)行即將結(jié)束時(shí)，由于帶尾計(jì)算值與實(shí)際值有偏差，焊機(jī)二級機(jī)認(rèn)為帶尾長度還足夠長，所以未進(jìn)入焊接準(zhǔn)備階段，但實(shí)際上帶尾長度已經(jīng)為零，此時(shí)開卷機(jī)和焊機(jī)均未得到焊接準(zhǔn)備信號，帶尾繼續(xù)高速運(yùn)行，穿過焊機(jī)而不停止，導(dǎo)致抽尾事故發(fā)生。

（2）原料卷內(nèi)徑設(shè)定錯(cuò)誤。帶鋼連續(xù)熱鍍鋅用原料卷內(nèi)徑一般有610 mm和620 mm兩種，如果操作時(shí)將開卷機(jī)的卷徑設(shè)定錯(cuò)誤，就會(huì)引起PLC系統(tǒng)計(jì)算失真，利用有誤差的卷徑計(jì)算出的開卷機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值一定和實(shí)際轉(zhuǎn)速有差別，極易出現(xiàn)帶尾長度計(jì)算值與實(shí)際值有偏差，從而造成抽尾事故。

（3）帶尾長度設(shè)定不足。在實(shí)際生產(chǎn)中這一影響因素極易被忽略，當(dāng)開卷機(jī)上的實(shí)時(shí)卷徑小于一定值，入口段將減速為停車分切做準(zhǔn)備，同時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)卷徑計(jì)算出的剩余帶鋼長度決定了入口段的停車剪切時(shí)間。如果入口段得到降速停止信號并為焊接做準(zhǔn)備時(shí)，設(shè)定的剩余帶尾長度過短，此時(shí)機(jī)組速度越高，焊接時(shí)帶鋼由高速到停止所需的時(shí)間越長，帶鋼移動(dòng)的距離也越長，當(dāng)移動(dòng)的距離超過帶尾設(shè)定長度時(shí)，就會(huì)發(fā)生抽尾事故。另外，當(dāng)生產(chǎn)厚規(guī)格帶鋼時(shí)，由于活套張力較大，當(dāng)即將焊接時(shí)，帶尾行走到焊機(jī)過程中，在活套張力的作用下極易抽入活套，出現(xiàn)抽尾事故。

（4）入口段光電檢測開關(guān)（切斷剪處、并線平臺(tái)處及焊機(jī)前）和切斷剪關(guān)閉信號丟失。這主要是由于檢測開關(guān)表面積有灰層或不規(guī)則帶頭將檢測開關(guān)撞擊變形而偏離正常檢測位置所致，這種情況出現(xiàn)的可能性較小，但一旦出現(xiàn)這一故障，很難排查。

2.2 甩尾

實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到這種情況，在焊接前，上一個(gè)鋼卷即將運(yùn)行完畢時(shí)，帶尾在行走至焊機(jī)的過程中，劇烈擺動(dòng)，且明顯向一側(cè)跑偏，等到達(dá)焊機(jī)處時(shí)已嚴(yán)重跑偏，即使采用焊機(jī)自動(dòng)對中裝置也無法有效對正，從而發(fā)生焊偏，焊偏的焊縫在后序運(yùn)行過程中極易跑偏而發(fā)生撕裂焊縫的斷帶事故。在實(shí)際生產(chǎn)中，厚規(guī)格帶鋼發(fā)生甩尾的機(jī)率遠(yuǎn)大于薄規(guī)格。

分析原因：（1）原料問題。冷軋?jiān)系膸ь^和帶尾存在較嚴(yán)重的鐮刀彎缺陷，這種缺陷不易被發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)樵跍?zhǔn)備焊接前由于開卷機(jī)為帶尾提供后張力，使帶鋼在穿過直頭機(jī)后一直保持在軋制中心線上，正是由于帶鋼后張力的存在，即使帶尾有鐮刀彎缺陷，跑偏也不明顯，但是，當(dāng)即將焊接時(shí)，帶尾脫離開卷機(jī)，由開卷機(jī)行走到焊機(jī)過程中并沒有后張力，帶尾對中不受控，鐮刀彎缺陷充分暴露出來，向一側(cè)跑偏，從而發(fā)生甩尾現(xiàn)象。（2）設(shè)備問題。為了將帶尾準(zhǔn)確導(dǎo)入焊機(jī)，需要由焊機(jī)后的張力輥壓輥提供驅(qū)動(dòng)，但是，壓輥兩側(cè)壓下氣缸的壓力經(jīng)常不一致，或一側(cè)有卡阻，使帶鋼兩側(cè)的間隙不同，造成壓輥兩側(cè)摩擦力不一致。如圖4所示，當(dāng)兩側(cè)氣缸壓力一致，即N1=N2時(shí)，帶鋼兩側(cè)a摩=b摩，帶鋼沿軋制中心線運(yùn)行，但是，當(dāng)兩側(cè)氣缸壓力不一致時(shí)，即N1＞N2時(shí)，帶鋼a端與壓輥充分接觸，b端與壓輥接觸少或不接觸，帶鋼兩側(cè)a摩＞b摩，導(dǎo)致帶尾在行走到焊機(jī)過程中向摩擦力小的b端跑偏。由于厚度h＞1.0 mm的厚規(guī)格帶鋼較薄規(guī)格帶鋼更易與壓輥充分接觸，所以，當(dāng)兩側(cè)摩擦力不一致時(shí)，厚規(guī)格帶鋼更易發(fā)生甩尾事故。

圖4 兩側(cè)氣缸壓力大小對輥縫形狀的影響Fig.4 Influence of the gap shape with sides squeezed roller pressure

3 預(yù)防焊機(jī)故障的對策

針對焊接故障的原因分析，為了提高焊接效率，重點(diǎn)從工藝和設(shè)備方面進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整以解決問題。

3.1 工藝優(yōu)化及控制

3.1.1 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化

開卷機(jī)的電氣自動(dòng)化PLC系統(tǒng)對卷徑信息的控制精度直接決定了焊接時(shí)間的準(zhǔn)確性，因此，必須精確控制卷徑和帶鋼長度。優(yōu)化入口段PLC系統(tǒng)程序進(jìn)行實(shí)時(shí)卷徑計(jì)算，可以有效測定開卷機(jī)轉(zhuǎn)速和剩余帶尾長度。另外，當(dāng)生產(chǎn)厚規(guī)格帶鋼時(shí)，盡量減少帶頭碎斷長度，避免實(shí)際卷徑與原始卷徑相差太多。

3.1.2 參數(shù)控制

即使再精確的卷徑測量系統(tǒng)也一定存在誤差，生產(chǎn)中要注意監(jiān)視卷徑計(jì)算值與實(shí)際值的一致性；為了避免卷徑數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤，在焊接前有必要核對一級機(jī)和二級機(jī)卷徑是否一致。

3.1.3 活套張力的優(yōu)化

為了防止在焊接時(shí)由于活套張力太大出現(xiàn)抽尾故障，生產(chǎn)厚帶時(shí)可將活套張力系數(shù)適當(dāng)降低0.1～0.2，待焊接成功后再將活套張力系數(shù)恢復(fù)到原設(shè)定值。焊接操作前也可手動(dòng)調(diào)整入口段速度，平緩減速和停車。實(shí)踐證明，在焊接前，及時(shí)調(diào)整活套張力能夠很好地解決此類問題，大大減少抽尾機(jī)率。

3.1.4 原料檢查

原料缺陷對焊接影響非常大，卻不容易被重視，上料前必須檢查帶頭是否有嚴(yán)重的鐮刀彎、中浪、邊浪等缺陷，如果這部分缺陷長度較短，可以在開卷后的切頭切尾中碎斷，使帶頭干凈、平直，如果缺陷長度較長，則應(yīng)避免進(jìn)入生產(chǎn)線。

3.2 設(shè)備調(diào)整

3.2.1 張力輥壓輥的調(diào)整

為了防止焊機(jī)后張力輥壓輥兩側(cè)摩擦力不一致造成甩尾，可對壓輥兩側(cè)氣缸的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)兩側(cè)氣缸壓力不一致時(shí)，通過調(diào)整壓縮空氣管道的壓力控制閥可以保證兩側(cè)氣缸壓力一致，當(dāng)生產(chǎn)厚度h＞1 mm帶鋼時(shí)，需保證輥面與帶鋼有較大的摩擦力，可適當(dāng)增加氣缸壓力。當(dāng)生產(chǎn)厚度h≤1mm帶鋼時(shí)，要適當(dāng)減少氣缸壓力，這主要是因?yàn)樯a(chǎn)薄帶時(shí)活套張力較低，壓輥與帶鋼表面不需要太大的摩擦力。另外，當(dāng)氣缸壓力太大時(shí)，由于輥縫較小，極易造成壓輥卡阻，更不利于甩尾事故的控制。如果是氣缸漏氣或有卡阻現(xiàn)象，在停機(jī)檢修時(shí)可維護(hù)壓下氣缸，確保兩側(cè)氣缸壓力一致。

3.2.2 焊機(jī)出口活套輥的調(diào)整

當(dāng)帶尾搭接量不夠，且焊機(jī)出口活套輥處帶鋼出現(xiàn)被拉平狀況時(shí)，可及時(shí)反轉(zhuǎn)焊機(jī)后張力輥，使帶尾向后運(yùn)行適當(dāng)距離，給焊機(jī)出口夾具調(diào)整搭接量留有足夠長度的帶鋼，再進(jìn)行焊接操作。

3.2.3 設(shè)備維護(hù)

入口段幾乎每個(gè)切斷剪、夾送輥前都有光電開關(guān)或接近開關(guān)，由于開卷過程中設(shè)備震動(dòng)較大，這些電氣元件極易失靈，所以在日常點(diǎn)檢時(shí)，必須檢查切斷剪和焊機(jī)光電檢測開關(guān)是否正常，不能有積灰，偏斜等現(xiàn)象。

4 結(jié)論

（1）通過研究窄搭接焊機(jī)抽尾、甩尾問題的產(chǎn)生原因，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，確定此類故障的發(fā)生與原料鐮刀彎、卷徑信息、焊機(jī)后張力輥壓輥摩擦力、活套張力等多種因素有關(guān)。

（2）卷徑計(jì)算與生產(chǎn)線速度控制密切相關(guān)，實(shí)現(xiàn)卷徑計(jì)算與生產(chǎn)線速度的合理控制對焊機(jī)功能的穩(wěn)定發(fā)揮意義重大。

（3）采用控制卷徑信息，調(diào)整活套張力、開卷機(jī)卷徑及原料把關(guān)等工藝措施，以及調(diào)整焊機(jī)后張力輥、壓輥等設(shè)備，可有效提高焊機(jī)效率。

（4）優(yōu)化工藝制度，使鋼卷在上卷時(shí)就處于較好的對中位置，及時(shí)切頭切尾，加強(qiáng)入口段光電檢測開關(guān)等設(shè)備的點(diǎn)檢維護(hù)，有利于設(shè)備功能的發(fā)揮。

[1]孫鶴旭，馬子涵，陳海永，等.激光焊機(jī)高精度帶鋼對中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電焊機(jī)，2013，43（6）：16-21.

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Failure analysis and strategy of the strip continuous hot dip galvanized mash lap seam welder

CEN Yaodong1，2，CHEN Furong1
（1.Institute of Materials Science and Engineering of Inner Mongolia University of Technology，Hohhot 010051，China；2.Group Management Department of Baotou Steel(Group)Corp.，Baotou 014010,China）

The production practice of the mash seam welder of baotou strip production plant hot-dip galvanizing line was introduced. For problems like back-end pull and back-end whip of welding machine running，solved this kind of failure from the raw material control，equipment adjustment，process parameter optimization，the information of coil diameter control and other aspects，improved the welding efficiency.The guarantee for the strip continuous hot dip galvanized mash lap seam welder continuous and stable operation was provided.

hot galvanized；mash lap seam welder；back-end pull；back-end whip；strategy

TG441.4

：A

1001-2303（2015）09-0076-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.09.16

2014-04-13

岑耀東（1982—），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，在讀博士，主要從事焊接工藝研究工作。