林 偉

（本鋼板材冷軋總廠，遼寧本溪 117000）

0 引言

在冷軋生產(chǎn)工藝中，酸軋機聯(lián)合機組的生產(chǎn)工藝方案得到業(yè)界廣泛認可和使用。為了維持PL-TCM 單元的連續(xù)、穩(wěn)定運行，焊機在應用中起著重要的作用。本鋼冷軋廠有4 臺在線應用焊機，其中閃光焊機2 臺、激光焊機2 臺。本鋼冷軋廠的焊機經(jīng)歷了兩代發(fā)展，將一冷分廠引進的二手FBW64 型CLECIM 閃光焊機作為第一代。第二代以MIEBACH 激光焊接機被引入到以汽車座椅、家電座椅、高強度鋼為產(chǎn)品的POSCO 冷軋和高強度鋼的三冷軋工程中。激光焊機不僅滿足技術要求，而且焊縫質量高、焊后板型良好，同時焊接周期短，為機組單位時間內提高材料形成率奠定基礎。

1 冷軋工藝介紹

冷軋生產(chǎn)工藝一般包括原料準備、酸洗、軋制、脫脂、退火（熱處理）、精加工等，冷軋應以熱軋產(chǎn)品為原料，冷軋前原料應先除磷，保證冷軋產(chǎn)品表面清潔軋制是使材料變形的主要工序。脫脂的目的是為了在退火時不污染鋼材表面，除去軋制時附著在軋制材料上的潤滑脂，對不銹鋼也防止增碳退火包括中間退火和成品熱處理以恢復材料的塑性并降低金屬的變形阻力。成品熱處理的目的是通過再結晶除去固化另外，根據(jù)產(chǎn)品的技術要求，得到必要的組織（例如各種紋理等）和產(chǎn)品性能（如拉深、電磁性能等）。精加工包括檢查、剪切、矯正（平整）、印刷、分類包裝等內容軋制硅鋼片時，在冷軋前進行脫碳退火，軋制后進行涂膜、拉伸矯正（參照張力矯正）等。

2 激光焊機的組成和工作原理

激光焊機由三大部分組成，分別為鋼板出口段、鋼板入口段、焊機本體。

2.1 出口段設備

（1）提升輥。提升輥位于夾送輥架上，目的是支撐鋼板。當帶鋼高速運行時提升輥略微抬起，經(jīng)過剪切過后的鋼板尾部到達焊機時，提升輥落在夾送輥前。在焊機準備和焊接過程中，它始終保持落下狀態(tài)頂彎新月后，提升輥迅速支撐，固定焊后鋼板兩個上升氣缸分別安裝在鋼板兩側執(zhí)行舉升和落下的環(huán)節(jié)。

（2）鋼板夾送輥。它主要用于運送前一卷的帶尾部分，底輥（即傳動輥）安裝在焊機水平線下，當擺動輥動作時，由液壓齒輪馬達驅動在擺動輥后部安裝的RT 計數(shù)編碼器工作，以計算出鋼板頭部分到剪刀下的有效距離和鋼板實際位置。

（3）活套輥。為不影響后續(xù)焊接，在焊機前后方各形成一個隆起的活套，在出口段安裝活套輥，氣壓缸推動活套起套臂上升形成鋼板活套，形成完活套后快速下降至機組水平位置。

（4）鋼板對中裝置。鋼板對中裝置位于設備出口中段，包括至少兩個對中單元，每個對中單元又包括升降座、調節(jié)輪及兩臺升降油缸，升降座上設置有左對中輥和右對中輥，兩個輥之間形成鋼板對中空間。升降座位于鋼板對中空間，其上端面布有多個滾珠軸承、下端面安裝有減速電機，而減速電機通過絲桿與左對中輥連接后驅使左對中輥沿水平方向往復移動。升降座的內部安裝有驅使右對中輥沿水平方向往復移動的推板油缸，對中精度為±1 mm。

（5）月牙剪。為防止帶鋼焊縫焊接處進爐子產(chǎn)生熱瓢曲和浪形斜條紋等質量缺陷，必須對焊接處進行挖圓弧，也就是通常所說的月牙剪。月牙剪由液壓驅動控制，其橫移只能處于兩個固定位置，即油缸全縮回和全伸出。當遇到前行帶鋼寬度大于后行帶鋼寬度這種模式、需要進行沖剪時，月牙剪在橫移油缸驅動下沿焊縫處進入橫移油缸、伸出到位，進行第一刀沖剪，激光焊完的鋼板焊縫被牽引車拉移至月牙剪切口正下方，月牙剪向下方鋼板邊緣移動，位于兩側的位置光柵感知到位置后月牙剪立即落下，剪下剛剛焊接完成、帶有溢出該部分的帶鋼。被切下的鋼板廢料頭，通過輸送機運送至廢料斗中并進行統(tǒng)一處理。

2.2 入口段設備

（1）活套輥?；钐纵伿窃诤附忧皩摪逑蛏下∑鹪诤笝C前后區(qū)域形成兩個可以使用的的鋼板活套，形成活套后起套輥迅速下降至水平位置。

（2）輔助鋼板對齊裝置。入口段安裝有兩套大型機械輔助鋼板對齊裝置，生產(chǎn)線上使用的鋼板對中側推機構包括左推料支架和右推料支架。料架上表面的左、右兩端分別設有左推料支架和右推料支架，中部設有連接板，開關支架上設有兩個行程開關。左推料支架的前后兩側分別通過螺栓螺紋固定在推料支架底板上，推料支架底板的前后兩端伸出左推料支架，推料支架底板的前、后兩側分別通過螺栓固定到導向座上，料架右側結構，位于設備兩側的位置傳感器感映到信號后對齊夾緊器的停止運動完成而成為帶鋼對中，對中過程其精度為±1 mm。

2.3 焊機基本框架及焊機整體設備

（1）夾緊臺。夾緊臺分別安裝在鋼板入口和鋼板出口側，夾緊裝置連接板的左、右兩端對稱設有左膠軸支座和右膠軸支座（分別固定在連接板上），入口夾緊臺帶著夾緊帶鋼來到焊接準備位置，夾緊工作臺的行走由液壓缸驅動（每側行程距離約70 mm），安裝工作臺的兩個距離編碼器采集其實際行走位置。

（2）鋼板彈簧U 形螺栓夾緊機構。該機構通過扭緊U 形螺栓產(chǎn)生軸向預緊力，保證鋼板彈簧和總成的夾緊位置由限位傳感器控制。帶鋼運行時夾鉗（位于初始位置）抬起，需要夾緊鋼板時夾鉗落下，確保壓緊裝置落在鋼板上、保證鋼板始終不動。

（3）輔助夾緊壓輥裝置。在焊機的入/出口側分別安裝一套輔助夾緊壓輥裝置，該裝置在鋼板對中裝置動作時起到夾緊要對中的鋼板作用。輔助夾緊壓輥裝置由兩個輥組成，上、下一組。

（4）對中裝置裝。在入口夾具2 和出口夾具1 上，每個對中裝置由兩個滑槽組成，每個滑槽連接一個對中夾具執(zhí)行對中操作由液壓缸和調整絲桿驅動，帶鋼的對中精度為±1 mm。

（5）焊接專用臺車。在臺車軌道上行駛，行程3650 mm，焊接臺車由液壓控制。

（6）PLC 機構。焊接車行駛速度的不同，通過操作信號輸入裝置形成前進指令信號，傳感器測得液壓馬達轉動信號，兩種信號經(jīng)轉速控制器比較放大后輸出控制電流，控制伺服閥開閉。液壓泵輸出相應的壓力油驅動液壓馬達轉向，構成液壓馬達轉速的閉環(huán)控制焊接車的行駛速度和位置，編碼器將檢測值反饋給焊機PLC。

（7）橫向切削刀具。橫向切削刀具有下切削刃和上切削刃兩種刀具，包括4 個刀具刃（上切、下切各兩個刀具刃），橫切可以同時切割頭部和尾部。

（8）剪刀。傳動上的刀和下的刀，上升和下降由液壓缸驅動，被切下的前頭碎片落在剪刀下面的廢料輸送機上，上刃和下刃剪切帶鋼后同時回到初始位置

（9）液壓馬達。切斷切片輸送機后產(chǎn)生的碎片輸送機由液壓馬達驅動，液壓馬達安裝在驅動側

（10）沖頭裝置。沖頭裝置固定在焊機出口的上剪塊上，沖頭基座固定在下剪切塊上。

（11）帶鋼邊部檢測器。該檢測器應用于檢測帶鋼的邊部，鋼板頭、尾寬不同時以窄帶鋼為基準。

（12）激光頭。焊接邊緣定位激光頭的前部安裝在兩個輥上（上、下各1 個），用于垂直調整頭和尾下輥可以手動調整高度。

（13）感應加熱裝置（預加熱）。感應加熱器（簡稱感應器）是一種電感線圈，安裝在C 形框架上，它能通過合理分布感應磁場來滿足各種加熱工藝，是實現(xiàn)各類感應加熱工藝的關鍵部件，直接關系到加熱工藝的優(yōu)良。感應器必須按加熱工藝制造，由于感應加熱工藝種類繁多，所以感應器的規(guī)格品種也相應較多。

（14）激光焊機激光導引頭。在焊接過程中，激光支撐輥導輪在帶鋼下部運行，焊接頭導輪從上部向激光支撐輥導輪壓下此方法可保證鋼板在焊接過程中在水平方向上進行激光導引頭始終有一對調整輪工作，在焊機機架入口處使用伺服電動機自動調整導輪的高度。

（15）焊接后加熱裝置。該裝置固定在行走C 形框架上，在激光頭和輥之間通過焊接車的帶動，運行至帶鋼焊縫的正下方，然后自下而上加熱焊接區(qū)。該功能主要應用于特殊鋼種（如TRIP 鋼），加熱系統(tǒng)在焊接后增加一個加熱的工作周期。

（16）軋機輥導向件。軋機輥導向件裝配在焊車的操作側，軋機在焊接過程后執(zhí)行焊接部向上、向下軋制，保證焊接部平整、無超厚。如果帶頭和帶尾的厚度不同，則僅在厚帶鋼上進行軋制，如有必要可手動調整下輥。

3 焊機的日常維護及特點

3.1 日常檢查

（1）小車導軌：要確保導軌清潔，行車對稱均勻，導軌涂輕油，防止腐蝕，發(fā)現(xiàn)污損的及時清理更換。

（2）沖頭切刀：檢查沖頭和沖頭切刀配合度，發(fā)現(xiàn)破損或裂紋時，必須同時更換沖頭和沖頭切刀，沖頭可以修理檢查廢料桶是否已滿及時清倒。

（3）雙剪：目視檢查在線刀片是否磨損、斷口、平直、破碎或損壞，發(fā)生以上問題的應更換，需整體更換，放入修理好的雙剪。

（4）雙側磁帶輸出：手動停機檢查上次切割的磁帶頭是否輸出，確認皮帶輸出裝置正常。

（5）月牙剪：卸下檢查刀片和沖模是匹配是否磨損或破碎、缺肉，再決定是否更換刀片；檢查對中光柵是否清潔，用脫脂棉輕輕擦光柵同時檢查廢料輸送帶是否順利輸出廢帶鋼。

（6）入口夾送輥：及時檢查夾送輥的輥面的襯膠是否破損。

（7）夾緊臺：檢查夾緊臺下襯板，及時清除襯板上留下的油污，檢查襯板表面是否光滑，發(fā)現(xiàn)毛刺及時更換破損襯板。

（8）平整輪：平整輪表面臟污或異物粘接時要迅速清理平整輪表面，轉動平整輪、檢查轉動是否平滑順暢，處理更新?lián)p壞的平整輪，工件表面利用角磨機返修，使最后用柔軟的布清洗反射箔。

（9）鋼板二次感應加熱器：主要作用于對帶鋼進行預熱，感應加熱器的溫度和距離關鍵在于帶鋼的鋼種和薄厚度，采用聚亞烷基胺的C 形支架位于感應加熱器上方，阻止帶鋼和預加熱帶鋼直接接觸。

（10）激光焊機導向系統(tǒng)：主要用于固定、壓接帶鋼，定位焊機機頭和焊機頭部分。對于激光下導輪表面要及時認真檢查，光路和軟連接是否有泄漏，傳動表面的污垢或異物及時清理，否則會對焊接質量產(chǎn)生不良影響，造成軋機斷帶。

3.2 常見故障的處理

以常見的冷卻單元異常為例，進行故障分析。

（1）故障現(xiàn)象：在激光焊機焊接時激光HMI 報警列表上，報告為“cooling unit error”紅色字體閃動。

（2）可能原因：焊機冷卻單元出現(xiàn)工作異常。

（3）處理方法：第一時間告知電氣維護人員進行處理。從焊機PLC 可以看到冷卻單元發(fā)生的故障，低液位報警的情況下添加冷卻液后液位緩慢上升后自動復位，報警消除。若高壓報警的情況下打開冷卻單元的前控制面板，找到檢測開關，下面有一個綠色的復位按鈕就可以點擊復位后，復位激光源故障。但這只是暫時的處理方法，應盡快聯(lián)系維修處理。

3.3 激光焊接的主要特點

（1）速度快、深度大、變形小。

（2）能在室溫或特殊條件下進行焊接，焊接裝置簡單。例如，激光通過電磁場，光束不會偏移；激光在真空、空氣及某種氣體環(huán)境中均能施焊，并能通過玻璃或對光束透明的材料進行焊接。

（3）可焊接難熔材料如鈦、石英等，并能對異性材料施焊，效果良好。

（4）激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接時，深寬比可達5∶1，最高可達10∶1。

（5）焊接能量轉換密度高：高功率激光束聚焦后，由于焦斑直徑非常小，功率密度高，可達到105～108 W/cm2。