礦用鏈條閃光對焊機(jī)故障分析和處理

陳春飛

（寧夏天地奔牛鏈條有限公司，寧夏石嘴山 753001）

0 引言

隨著煤礦用戶對鏈條性能及使用壽命要求的不斷提高，鏈條生產(chǎn)單位之間的競爭日益激烈，迫使其對鏈條質(zhì)量有更高的要求，提高鏈條的可靠性和使用周期，更好地服務(wù)于采礦事業(yè)。礦用圓環(huán)鏈閃光對焊作為鏈條焊接的關(guān)鍵工序，設(shè)備的運(yùn)行狀況和焊接質(zhì)量對整個生產(chǎn)流程有著十分重要的影響。閃光對焊機(jī)日常使用過程中會出現(xiàn)各種故障問題，通常表現(xiàn)在焊接鏈環(huán)的穩(wěn)定性和均一性上，尤其是偶爾出現(xiàn)個別鏈環(huán)質(zhì)量問題。國內(nèi)制作的閃光對焊機(jī)相對國外的閃光對焊機(jī)在結(jié)構(gòu)和性能上都存在一定差距。國外的閃光對焊機(jī)在多年使用過程中隨著部件磨損老化，也會出現(xiàn)各種各樣的故障，因此，應(yīng)針對設(shè)備初期劣化跡象，及早發(fā)現(xiàn)問題并修復(fù)。

1 故障表現(xiàn)形式

1.1 焊接記錄曲線顯示故障

一般情況下，故障能夠以焊接記錄形式顯示出來的，較容易被發(fā)現(xiàn)，記錄參數(shù)有方形圖和焊接曲線。

方形圖主要參數(shù)有閃光時間、頂鍛速度、頂鍛距離。焊接鏈環(huán)過程中，每個鏈環(huán)在保證編制尺寸不變的情況下，方形圖得到的參數(shù)應(yīng)相近，如出現(xiàn)偏差較大的情況或無法隨著參數(shù)調(diào)整進(jìn)行線性變化時，說明設(shè)備整機(jī)穩(wěn)定性下降，無法保障每個鏈環(huán)性能均一，此時需要進(jìn)行故障原因的查找分析。

曲線記錄主要有頂鍛座位移、焊接電流、伺服閥電壓、頂鍛油缸前后腔壓力差。焊接過程中配合查看曲線記錄，同一時刻電流與位移對應(yīng)性應(yīng)相符，如電流出現(xiàn)抖動、閃光結(jié)束時電流出現(xiàn)較長大電流、閃光時間長、每個鏈環(huán)參數(shù)偏差大、焊接曲線位移頂鍛出現(xiàn)圓弧、頂鍛速度合適的情況下，調(diào)整環(huán)背電流時間可改善，基本原因?yàn)殒湱h(huán)圓弧過尖角或環(huán)背彎曲度過大造成[1]。

1.2 焊接鏈環(huán)過程中觀察到的現(xiàn)象

設(shè)備操作焊接過程中需要隨時觀察焊接現(xiàn)象，如閃光時飛濺的大小、預(yù)熱焊口溫度是否合適、鏈環(huán)焊接中是否有抖動現(xiàn)象或異聲。

1.3 焊接鏈環(huán)質(zhì)量缺陷

鏈環(huán)外在質(zhì)量缺陷：可直觀查看或通過量具檢測到的問題，如燒傷、錯口、未焊透、過熱和過燒、鏈環(huán)幾何尺寸不符合工藝要求等。

鏈環(huán)內(nèi)在質(zhì)量缺陷：內(nèi)在的質(zhì)量缺陷需要通過檢測設(shè)備或破壞性試驗(yàn)檢測，此類問題不易被發(fā)現(xiàn)。如灰斑、氧化夾雜物、斷面層狀撕裂、焊口殘留鑄造組織、壓彎強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)、組織顆粒較大等[2]。

2 故障分析及處理

2.1 閃光對焊原理

圓環(huán)鏈閃光對焊焊接接頭需獲得合理的焊接溫度場，以促進(jìn)焊接區(qū)塑性變形和獲得優(yōu)質(zhì)連接，焊接熱的產(chǎn)生及影響產(chǎn)熱的因素由公式（1）決定：

其中，Q 是產(chǎn)生的熱量，i 是焊接電流，R 是焊接區(qū)電阻，t 是焊接時間。

鏈環(huán)的焊接不同于鋼軌、鋼筋等其他對焊焊接，在焊接過程中環(huán)背持續(xù)有電流導(dǎo)通，存在分流電阻（圖1）。

圖1 焊接鏈環(huán)分流電阻示意

焊接區(qū)電阻R1由焊件自身的電阻Rw、電極與焊件之間的接觸電阻Rew和焊接端面相互接觸所產(chǎn)生的電阻Rc串聯(lián)組成。正常情況下，因?yàn)殡姌O給焊件的夾緊力非常大，電極與焊件間的接觸電阻Rew非常小，可忽略不計(jì)，但該處是常發(fā)故障點(diǎn)。當(dāng)電極的夾緊力過小時，軟導(dǎo)體出現(xiàn)斷裂或老化，小導(dǎo)體與導(dǎo)體產(chǎn)生間隙松動，導(dǎo)體圓弧面與鏈環(huán)接觸面過小，導(dǎo)體接觸面有氧化、焊渣等現(xiàn)象，接觸電阻Rew增大，焊接控制二次電壓恒壓下，焊接端面的電流降低，閃光減弱不均勻，導(dǎo)致焊接鏈環(huán)內(nèi)部出現(xiàn)缺陷，接觸面局部過熱產(chǎn)生燒傷或過燒現(xiàn)象。

分流電阻R2包括環(huán)背電阻Rv、兩側(cè)鏈環(huán)與機(jī)體回路及冷卻水路形成的回路電阻Rm、頂鍛模座與機(jī)體間形成的回路電阻Rn并聯(lián)組成。正常情況下，頂鍛模座與機(jī)體間有絕緣墊板，回路電阻Rn無窮大，忽略不計(jì)。當(dāng)絕緣墊板失效或焊渣等形成短路分流，Rn減小，二次電流增大，不考慮變壓器損耗情況下，變壓器一次回路與二次回路功率相等，將電流電壓帶入U1I1=U2I2，導(dǎo)致一次電流I1增大。一次電流I1作為伺服閥主要控制條件，調(diào)節(jié)幅度增大，頂鍛滑座送進(jìn)速度大于實(shí)際燒化速度，出現(xiàn)閃光中斷等現(xiàn)象，使焊接有效區(qū)的電流減少，電極與鏈環(huán)接觸面由于分流造成電流密度大的部位，加速電極磨損，嚴(yán)重時造成鏈環(huán)燒傷[3]。

2.2 焊機(jī)伺服控制算法與工藝參數(shù)

工藝參數(shù)合理設(shè)置是產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定均一性的重要保障，如設(shè)置不合理，在批量生產(chǎn)中適應(yīng)性較差。工藝參數(shù)的設(shè)置與焊機(jī)的伺服控制算法相關(guān)聯(lián)，以德國閃光對焊機(jī)伺服閥閃光控制算法為例：

其中：u 是伺服電壓，k0是電流系數(shù)，u0是補(bǔ)償量，e 是自然底數(shù)（e=2.718 281 8…），j 是電流密度參數(shù)，m 是比例系數(shù)。

其中：r 是加速比，IΔ是電流差，k1是換算系數(shù)。

其中：b 是閃光電流比，I2是環(huán)背電流，I 是檢測電流。

工藝參數(shù)設(shè)置不合理將導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷，如預(yù)熱時過長、預(yù)熱溫度過高或二次空載電壓過小導(dǎo)致鏈環(huán)出現(xiàn)燒傷，即出現(xiàn)細(xì)小裂紋或過熱和過燒；預(yù)熱時過低或預(yù)熱溫度場過低，焊接過程中會出現(xiàn)閃光較弱、閃光電流密度或二次空載電壓過小，導(dǎo)致閃光不穩(wěn)定而出現(xiàn)未焊透現(xiàn)象；頂鍛參數(shù)設(shè)置不合理將導(dǎo)致焊口殘留鑄造組織甚至斷面層狀撕裂。在控制算法中，較為重要的是環(huán)背電流I2的設(shè)定值，其直接關(guān)系到整個焊接過程，因原材料表面質(zhì)量問題造成設(shè)備導(dǎo)電接觸面、絕緣狀況變化時，需要重新檢測環(huán)背電流I2，合適的電流值是鏈環(huán)獲得穩(wěn)定焊接的基礎(chǔ)。

通常來說，工藝參數(shù)設(shè)置完成后，經(jīng)過長期使用，其合理性和穩(wěn)定性均經(jīng)過時間的驗(yàn)證，一旦確定下來就不再需要變動。維修中通過參數(shù)的調(diào)整進(jìn)行故障分析診斷，從而快速查找出問題原因。如提高二次電壓，預(yù)熱次數(shù)進(jìn)而提高鏈環(huán)溫度場，根據(jù)電阻焊公式可以判斷出電流產(chǎn)生分流[4]，進(jìn)而針對設(shè)備分流原因進(jìn)行解決。調(diào)整閃光參數(shù)可改善閃光，以此確定故障原因，從而快速排除故障。

3 故障處理

3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

機(jī)械結(jié)構(gòu)直接決定了焊機(jī)的穩(wěn)固程度。機(jī)械結(jié)構(gòu)問題包括頂鍛模松動、支撐裝置在焊接過程中下沉、頂鍛滑座滑動阻力增大、間隙增大；固定頂鍛座出現(xiàn)松動，節(jié)距出現(xiàn)變化，頂鍛滑座從接觸位置到頂鍛接觸位置相對不變，鏈環(huán)跟隨頂鍛座動作，在快速頂鍛中產(chǎn)生反彈致使；固定頂鍛座長期使用磨損，導(dǎo)致鏈環(huán)位置出現(xiàn)偏差，接觸不牢固導(dǎo)致焊口錯位現(xiàn)象，同時鏈環(huán)固定位置變化[5]。

機(jī)械結(jié)構(gòu)處于活動中，應(yīng)將各部件使用過程產(chǎn)生的磨損、松動、絕緣老化等問題作為重點(diǎn)。還要關(guān)注電極與鏈環(huán)接觸面情況，飛濺焊渣將導(dǎo)致整機(jī)性能下降，頂鍛終位置采用機(jī)械限位控制，理論上不會出現(xiàn)偏差。

頂鍛壓力通過頂鍛缸傳給活動頂鍛座，直接作用于鏈環(huán)圓弧處，左右活動電極夾緊鏈環(huán)，閃光預(yù)熱過程中，焊口由V 形口不斷下壓至一字形，夾緊壓力使夾緊環(huán)口同時傳遞電能，如圖2所示[6]。

圖2 閃光對焊機(jī)焊接區(qū)結(jié)構(gòu)

部件間絕緣墊板出現(xiàn)老化或焊渣堆積產(chǎn)生電流分路，小導(dǎo)體磨損及相關(guān)接觸面出現(xiàn)老化，軟導(dǎo)體導(dǎo)電率下降，小導(dǎo)體圓弧與鏈環(huán)焊口圓弧吻合程度降低。

減小分流措施：焊前清理鏈環(huán)表面；適當(dāng)增大焊接電流，補(bǔ)償分流。條件不變情況下，鏈環(huán)環(huán)背電流、兩側(cè)鏈環(huán)機(jī)身分流已計(jì)算在內(nèi)，如鏈環(huán)外形尺寸、銹蝕原因等，接觸不良、電阻增大、油污會影響夾緊導(dǎo)電、材料成分[7]。

3.2 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)作為焊機(jī)的動力源，其不穩(wěn)定將直接導(dǎo)致頂鍛油缸泄漏增大、蓄能器中氮?dú)庋a(bǔ)充不足、系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定、液控?fù)Q向閥或伺服閥出現(xiàn)堵塞、液壓油溫變化、閥組內(nèi)泄、膠圈老化等問題（圖3）。

圖3 閃光對焊機(jī)液壓原理

（1）氮?dú)鈮毫Γ汉笝C(jī)油泵油量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠頂鍛時油缸所需的油量，因此需要充滿壓力油的氮?dú)庑钅芷髟陧斿懰查g釋放壓力油補(bǔ)充給頂鍛油缸。如氮?dú)鈮毫^低，向系統(tǒng)供油速度減慢，將導(dǎo)致供油不足；如氮?dú)鈮毫ζ?，氮?dú)馄績?nèi)儲油量減少，向系統(tǒng)補(bǔ)充供油量減少。這兩種情況都會造成頂鍛無力，導(dǎo)致鏈環(huán)內(nèi)部缺陷[8]。

（2）左、右電極頭在焊接過程中呈夾緊狀態(tài)，電極頭一方面對鏈環(huán)起到夾持作用，另一方面起到導(dǎo)電作用，液壓回路壓力的下降或夾持油缸泄漏都會導(dǎo)致夾緊力不足，鏈環(huán)導(dǎo)電率下降，同時夾持不穩(wěn)會產(chǎn)生“打滑”現(xiàn)象，即鏈環(huán)不能跟隨動活動頂鍛座同步運(yùn)動。

（3）頂鍛油缸由伺服閥與液壓換向閥并聯(lián)供油。液壓換向閥僅在頂鍛時開啟，液壓換向閥無法正?；刂形磺闆r下，出現(xiàn)少量供油，此時頂鍛油缸會出現(xiàn)擺動漂移現(xiàn)象。頂鍛油缸兩側(cè)快速放氣閥的作用是避免出現(xiàn)氣泡影響油缸運(yùn)行穩(wěn)定性，油缸多年使用后，活塞與油缸內(nèi)壁間隙增大，出現(xiàn)泄油等現(xiàn)象需及時修復(fù)[9]。伺服閥進(jìn)油口裝有5 μm 的濾芯，可有效保障伺服閥正常使用，可采用替換法判斷閥是否故障。

3.3 電氣控制

電壓、電流、壓力檢測不準(zhǔn)，控制閥電壓、焊接電流直接影響焊接質(zhì)量控制，無論哪種方式焊接，電流都作為伺服閥動作調(diào)整的關(guān)鍵。

4 結(jié)語

閃光對焊機(jī)日常使用過程中出現(xiàn)的故障由多方面原因引起，從機(jī)械、電氣、液壓等系統(tǒng)分析故障點(diǎn)，可通過工藝參數(shù)輔助查找故障原因，但不應(yīng)通過改變工藝參數(shù)去適應(yīng)設(shè)備的故障。應(yīng)掌握設(shè)備工作原理，對常見的焊機(jī)故障做到提前發(fā)現(xiàn)和有效預(yù)防，提高設(shè)備人員的維護(hù)水平，降低故障率，做好設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，根據(jù)設(shè)備初期劣化跡象，合理安排檢修和制定檢修對策，使閃光焊機(jī)的關(guān)鍵精度始終處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。