板坯連鑄焊絲打號(hào)機(jī)故障分析及處理

◇馬鋼第四鋼軋總廠 吳慧平

介紹了焊絲打號(hào)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)核心部件的工作原理，分析了在使用過(guò)程中常見(jiàn)的故障，提出了對(duì)應(yīng)的處理措施，保障了打號(hào)機(jī)穩(wěn)健運(yùn)行。

1 前言

在生產(chǎn)過(guò)程管理體系中，板坯號(hào)關(guān)聯(lián)了板坯生產(chǎn)時(shí)間、爐號(hào)、鑄機(jī)流號(hào)、規(guī)格、品種等相關(guān)信息，是鑄坯的唯一標(biāo)識(shí)。將板坯號(hào)清晰準(zhǔn)確地打印在鑄坯上是生產(chǎn)物流管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，便于質(zhì)量跟蹤及可追溯性管理，可以有效防止混號(hào)事件的發(fā)生，為高溫鑄坯熱裝、熱送提供了必要條件。本單位焊絲打號(hào)機(jī)采用計(jì)算機(jī)管理控制，電控驅(qū)動(dòng)方式，根據(jù)二級(jí)通訊編碼信息，由PLC轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制邏輯，輸出一系列的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)噴頭，送絲起弧，噴出相應(yīng)的字符軌跡到鑄坯端面，在鑄坯表面留下板坯號(hào)。打號(hào)機(jī)是一種自動(dòng)化程度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的先進(jìn)設(shè)備，具有機(jī)、電、氣集于一身的技術(shù)和知識(shí)密集等特點(diǎn)，在使用過(guò)程中，通過(guò)統(tǒng)計(jì)、分析常見(jiàn)故障，制定預(yù)防性措施從而降低打號(hào)機(jī)故障率，對(duì)鑄坯的信息管理具有重要的作用。

2 打號(hào)機(jī)結(jié)構(gòu)

打號(hào)機(jī)總體由控制系統(tǒng)、上位機(jī)、操作箱和機(jī)身四個(gè)部分組成。

（1）控制系統(tǒng)如圖1所示，控制柜安裝在操作室內(nèi)，包括電源配電、PLC控制、驅(qū)動(dòng)器、變頻器、繼電器等電氣元件。PLC采用西門(mén)子S7-300系列的可編程邏輯控制器，配備FM357位置控制模塊，CP343以太網(wǎng)通訊模塊。柜內(nèi)使用科爾摩根S600系列的驅(qū)動(dòng)器控制大車(chē)橫移及X軸上下Y軸左右動(dòng)作，西門(mén)子G120系列的變頻器控制大車(chē)縱移動(dòng)作，繼電器控制氣動(dòng)閥，接觸器控制焊機(jī)電源從而控制起弧，接近開(kāi)關(guān)、光柵、限位等信號(hào)檢測(cè)元件輸入至輸入模塊參與控制與監(jiān)測(cè)。

圖1 打號(hào)機(jī)控制系統(tǒng)圖

（2）上位機(jī)采用研華工控機(jī)，Intel雙核CPU，安裝西門(mén)子step7調(diào)試軟件，配備畫(huà)面上位機(jī)軟件，如圖2所示，實(shí)時(shí)監(jiān)控X軸、Y軸及Z軸位置、鑄坯板坯號(hào)信息以及電機(jī)、變頻器、功能模塊、機(jī)身等主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可操作電源開(kāi)關(guān)及電機(jī)使能，設(shè)置字高、間距、符數(shù)、速度等參數(shù)，查詢鑄坯打號(hào)、事務(wù)操作、報(bào)警或異常記錄。

圖2 打號(hào)機(jī)上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面

（3）操作箱采用西門(mén)子觸摸屏顯示打號(hào)機(jī)的狀態(tài)，操作箱按鈕開(kāi)關(guān)可以選擇遠(yuǎn)程本地模式，以及進(jìn)行送絲、調(diào)零、機(jī)身左/右、噴頭左/右、機(jī)身前/后、噴頭上/下、復(fù)位、緊停等手動(dòng)操作。

（4）機(jī)身由龍門(mén)架、橫移小車(chē)、機(jī)身框體、噴涂機(jī)構(gòu)、送絲裝置、十字平臺(tái)、位置檢測(cè)單元、除鱗器等組成。龍門(mén)架主要起支撐整個(gè)機(jī)身的作用，并為機(jī)身橫向運(yùn)動(dòng)提供導(dǎo)向和定位裝置。橫移小車(chē)采用橫移電機(jī)組件上的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)齒條傳動(dòng),利用導(dǎo)向輪在滑軌上進(jìn)行橫移。機(jī)身框體作為基礎(chǔ)件，自動(dòng)檢測(cè)裝置、除鱗裝置、噴涂機(jī)構(gòu)、送絲裝置、冷卻裝置安裝在機(jī)箱里面，通過(guò)縱移驅(qū)動(dòng)組件上的變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)齒條傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)縱移。噴涂機(jī)構(gòu)的電極夾頭與電弧電源輸出正負(fù)級(jí)電纜連接，壓縮空氣接頭與主氣管連接，金屬絲經(jīng)過(guò)導(dǎo)電銅管至噴嘴，在焊機(jī)的直流高電壓下起弧。送絲裝置由絲盤(pán)和送絲架組成，工作時(shí)左右絲盤(pán)在噴槍的拉動(dòng)下同時(shí)送絲。十字平臺(tái)是電弧噴涂系統(tǒng)中噴槍的控制機(jī)構(gòu)，XY兩軸的上下左右運(yùn)動(dòng)可形成需要的標(biāo)識(shí)字符。通過(guò)位置檢測(cè)桿受壓回縮，接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)鑄坯位置。除鱗器通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)除鱗頭旋轉(zhuǎn)將鑄坯表面附著的氧化皮除落。

3 打號(hào)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

打號(hào)機(jī)負(fù)荷容量約17kVA，系統(tǒng)用電為三級(jí)負(fù)荷。壓縮空氣總消耗量約為2.0Nm3/min，壓力：0.5～0.6MPa，壓縮空氣品質(zhì)為潔凈氣。打號(hào)機(jī)工作周期一般不超過(guò)75秒，滿足鑄機(jī)每流出坯最短間隔時(shí)間按拉速2.2m/min，定尺8m計(jì)算的要求。打號(hào)機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 打號(hào)機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

4 打號(hào)機(jī)工作周期及原理

為了縮短打號(hào)周期，板坯稱重時(shí)，打號(hào)機(jī)開(kāi)始預(yù)動(dòng)作，行駛至預(yù)打號(hào)位。打號(hào)機(jī)收到鑄坯到達(dá)信號(hào)后，橫移裝置啟動(dòng)帶動(dòng)機(jī)身橫移，通過(guò)打號(hào)機(jī)側(cè)面檢測(cè)光柵檢測(cè)到鑄坯邊緣，機(jī)身伺服電機(jī)編碼器記錄板坯邊緣位置，再根據(jù)二級(jí)鑄坯寬度信息，編碼器定位機(jī)身橫移位置，橫移到位后機(jī)身縱移，位置檢測(cè)桿滾輪接觸到鋼坯標(biāo)識(shí)面，檢測(cè)桿受壓回縮，第一個(gè)接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)到后機(jī)身減速前進(jìn)，第二個(gè)接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)到后機(jī)身停止前進(jìn)?？v移到位后啟動(dòng)除磷裝置，板坯端部氧化皮出去之后，送絲電機(jī)將兩根成一定角度的金屬絲均勻連續(xù)地送進(jìn)到導(dǎo)電嘴中，同時(shí)啟動(dòng)焊機(jī)，在直流高壓電作用下，金屬絲接觸端短路瞬間起弧，釋放的熱量不斷地熔化持續(xù)送進(jìn)的金屬絲并在高速壓縮空氣作用下形成細(xì)小的微粒噴射出去，伺服控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的字符串控制十字平臺(tái)X軸Y軸的運(yùn)動(dòng)軌跡，在鑄坯端部打印板坯號(hào)，打號(hào)周期結(jié)束后回原始位。打號(hào)機(jī)核心的工作原理就是使金屬絲在直流高壓電下短路，瞬間起弧融化金屬絲，在壓縮空氣作用下將其霧化并噴射至鑄坯端面。

5 打號(hào)機(jī)故障分析及處理

通過(guò)統(tǒng)計(jì)最近幾年打號(hào)機(jī)的故障類型與次數(shù)，繪制打號(hào)機(jī)故障的Pareto圖，如圖3所示，發(fā)現(xiàn)打號(hào)機(jī)故障主要問(wèn)題為堵絲故障，故下面針對(duì)打號(hào)機(jī)堵絲故障進(jìn)行分析及處理。

圖3 打號(hào)機(jī)故障的Pareto圖

焊絲交叉及起弧不好。①導(dǎo)電嘴松動(dòng)：鋁絲本身帶有應(yīng)力，導(dǎo)電嘴安裝時(shí)若未擰緊，使用一段時(shí)間后會(huì)造成導(dǎo)電嘴松動(dòng)，從而使鋁絲相交不好。因此安裝導(dǎo)電嘴時(shí)一定要使兩個(gè)導(dǎo)電嘴在一個(gè)平面上，兩根絲相交到一起；一定要用工具把導(dǎo)電嘴擰緊，加強(qiáng)點(diǎn)檢，防止松動(dòng)。②交點(diǎn)距離導(dǎo)電嘴口太遠(yuǎn)：鋁絲本身帶有應(yīng)力，鋁絲離開(kāi)導(dǎo)電嘴后會(huì)朝某一方向彎曲，若兩根鋁絲彎曲方向相反，且交點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，偏差的距離過(guò)大會(huì)導(dǎo)致兩根鋁絲相交不好。調(diào)整時(shí)適當(dāng)搖晃送絲管的位置，以調(diào)整送絲管的角度，使兩根鋁絲的彎曲方向趨向一致，此外現(xiàn)場(chǎng)將逐步使用加長(zhǎng)型的導(dǎo)電嘴替換原有較短的導(dǎo)電嘴，減小交點(diǎn)到導(dǎo)電嘴口的距離。

送絲管阻力大。送絲管內(nèi)部柔性金屬管在送絲過(guò)程中會(huì)與鋁絲不斷摩擦，刮下鋁絲表面的鋁粉，長(zhǎng)時(shí)間使用后鋁粉堆積，增大送絲阻力，造成送絲不暢、堵絲。目前制定了半個(gè)月的清理周期，將送絲管拆下來(lái)，用壓縮空氣吹，將鋁粉吹出，定期清理送絲管。

導(dǎo)電嘴燒壞。①送絲速度過(guò)快，鋁絲起弧熔化需要的連續(xù)電流負(fù)荷較大，易造成鋁絲與導(dǎo)電嘴放電粘接；另外絲沒(méi)有完全熔化，因?qū)щ娮斓脚鞯木嚯x就2.5CM左右，如果絲沒(méi)有完全熔化絲就會(huì)頂?shù)脚髯由?，引起后?lái)絲送不出來(lái)而引起堵絲；可以調(diào)送絲速度板旁邊的的電位器，逆時(shí)針減小，順時(shí)針增大，調(diào)到輸出電壓在6V左右。②使用一段時(shí)間后導(dǎo)電嘴前端磨損，與鋁絲放電燒壞導(dǎo)電嘴；定期檢查導(dǎo)電嘴磨損情況，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)更換。

起弧中斷。①焊機(jī)輸出電纜在導(dǎo)電嘴處連接松動(dòng)。定期緊固導(dǎo)電嘴處連接電纜。②焊機(jī)內(nèi)部的電流檢測(cè)模塊損壞導(dǎo)致在規(guī)定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)不到起弧致使打號(hào)中斷。定期清理焊絲內(nèi)部積灰，通過(guò)監(jiān)控PLC程序，檢查起弧檢測(cè)狀態(tài)。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)打號(hào)機(jī)常見(jiàn)故障的分析及預(yù)防性維護(hù)措施的實(shí)施，目前打號(hào)機(jī)運(yùn)行非常穩(wěn)定。清晰美觀的板坯號(hào)有助于鑄坯信息的管理，滿足了生產(chǎn)的需求，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。