欒英偉，王 偉，鞠在豐

（承德鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北 承德 067000）

承鋼冷軋事業(yè)部熱鍍鋅產(chǎn)線是國(guó)內(nèi)第一條高強(qiáng)厚規(guī)格厚鋅層的熱基鍍鋅產(chǎn)線，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)熱基鍍鋅產(chǎn)線的先河。鍍鋅線選用國(guó)產(chǎn)武漢凱奇激光焊機(jī)，同樣是屬于國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)厚規(guī)格高強(qiáng)重型激光焊機(jī)，根據(jù)高強(qiáng)厚規(guī)格的產(chǎn)品焊接要求，我事業(yè)部通過(guò)對(duì)焊機(jī)精度和設(shè)備功能優(yōu)化，提高了高強(qiáng)厚規(guī)格焊接的穩(wěn)定性，保證了熱鍍鋅線的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 焊接工藝過(guò)程描述

1.1 焊接工藝面描述

整個(gè)工藝過(guò)程可分為如下五個(gè)過(guò)程依次進(jìn)行：

（1）帶尾準(zhǔn)備過(guò)程：從機(jī)組剪切帶尾完畢開(kāi)始→機(jī)組牽引帶尾接近焊機(jī)入口對(duì)中裝置→焊機(jī)出口挑套→機(jī)組繼續(xù)牽引帶尾至入口1#對(duì)中區(qū)域停止→焊機(jī)出口夾送輥壓下、牽引帶尾定位到剪切區(qū)域停止→焊機(jī)輔助壓緊帶尾→出口夾送輥打開(kāi)→焊機(jī)四點(diǎn)對(duì)中帶尾→焊機(jī)出口夾鉗壓緊帶尾→帶尾準(zhǔn)備完畢。

（2）帶頭準(zhǔn)備過(guò)程：機(jī)組夾送帶頭穿過(guò)入口夾送輥停止→焊機(jī)入口夾送輥壓下、入口挑套→焊機(jī)夾送帶頭定位到剪切區(qū)域停止→焊機(jī)輔助壓緊帶頭→入口夾送輥打開(kāi)→焊機(jī)四點(diǎn)對(duì)中帶頭→焊機(jī)入口夾鉗壓緊帶頭→帶頭準(zhǔn)備完畢。

（3）焊前準(zhǔn)備過(guò)程（機(jī)內(nèi)沖孔）：同時(shí)剪切頭尾→沖信號(hào)孔→對(duì)接拼縫、焊接頭支撐輪、碾壓輪壓下。

（4）焊接過(guò)程：小車(chē)移向傳動(dòng)側(cè)→依次對(duì)鋼板預(yù)熱、預(yù)碾壓、激光焊接、退火加熱、碾壓→焊接頭、碾壓輪升起→入出口夾鉗打開(kāi)→小車(chē)停止。

（5）剪月牙過(guò)程：焊機(jī)入出口夾送輥牽引焊縫定位到月牙剪→雙側(cè)剪頭小車(chē)移向鋼板停止→2側(cè)沖剪月牙→完畢。

2 現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題、解決措施及功能優(yōu)化

鍍鋅線自2019年6月18日投產(chǎn)，激光焊機(jī)發(fā)生問(wèn)題較多，尤其是對(duì)于高強(qiáng)厚規(guī)格焊接成功率低，已嚴(yán)重影響到了鍍鋅線生產(chǎn)的穩(wěn)定性，所以我方技術(shù)人員對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)所發(fā)生的各種問(wèn)題分類(lèi)討論，制定相關(guān)設(shè)備優(yōu)化方案，逐一解決，下面將關(guān)鍵設(shè)備優(yōu)化介紹如下：

（1）激光頭增加專(zhuān)用冷水機(jī)，保證激光功率穩(wěn)定。激光焊機(jī)原設(shè)計(jì)的激光頭冷卻水和激光器冷水機(jī)使用同一個(gè)冷水機(jī)，但供水管路長(zhǎng)，長(zhǎng)期使用過(guò)程中水質(zhì)容易受污染，且激光頭冷卻水管細(xì)（直徑為8mm），冷卻塊小，如果流量不足或者出現(xiàn)堵塞的情況，激光功率會(huì)衰減，嚴(yán)重堵塞時(shí)會(huì)直接損壞；我方?jīng)Q定為激光頭增加了專(zhuān)用的冷水機(jī)，并增加了流量報(bào)警和堵塞報(bào)警，確保激光功率穩(wěn)定，延長(zhǎng)激光頭的使用壽命。

（2）焊機(jī)后退火裝置優(yōu)化。焊機(jī)在焊接高強(qiáng)厚規(guī)格帶鋼時(shí)，必須對(duì)焊縫記性退火處理，增加焊縫的強(qiáng)度，保證焊縫質(zhì)量。在焊接厚帶鋼過(guò)程中，由于鋼板厚且硬，退火裝置上的隔熱云母片受熱變形后存在和帶鋼刮蹭的情況，刮蹭會(huì)導(dǎo)致云母片脫落損壞。鑒于此種情況，我方技術(shù)人員研究將后退火裝置云母片保護(hù)銅板重新加工制作，增加卡槽，將云母片鑲嵌在卡槽里；另重新制作裝置底座，在保證退火效果的前提下，將后退火裝置整體降低5mm，避免剮蹭情況的發(fā)生。

（3）揮設(shè)備潛力，保證充足焊接時(shí)間。在焊接高強(qiáng)厚規(guī)格帶鋼時(shí)，總是出現(xiàn)焊接質(zhì)量不好，導(dǎo)致多次重焊，產(chǎn)線停車(chē)，我方技術(shù)人員基于此情況，提高了焊機(jī)甩尾和穿帶速度，降低入出口起套的套量，減少入口建張的時(shí)間，同時(shí)優(yōu)化焊接參數(shù)，減少焊接時(shí)間，成為了重點(diǎn)的研究問(wèn)題。經(jīng)研究焊機(jī)入出口夾送輥液壓馬達(dá)發(fā)現(xiàn)，液壓馬達(dá)的能力僅適用了45%左右，穿帶和甩尾提速可以實(shí)現(xiàn)，隨即調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的速度，提升至55m/min，使甩尾的速度提升了近一倍，大大降低了甩尾時(shí)間（大約降低了15s）。同時(shí)優(yōu)化入口段的程序，將1#張力輥和焊機(jī)入口夾送輥多轉(zhuǎn)0.4s時(shí)間，減小出口套量，大大降低了焊接完成后入口段建張的時(shí)間（大約降低了10s左右）。為焊接失敗后再次重焊創(chuàng)造條件，最大限度減低了焊機(jī)焊接一次不成功造成的風(fēng)險(xiǎn)，保證了工藝段的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 制定標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化

（1）制定合理的周期計(jì)劃。對(duì)雙剪切機(jī)構(gòu)進(jìn)行剪刃間隙測(cè)量，同時(shí)將數(shù)據(jù)記錄匯總，在大數(shù)據(jù)面前形成趨勢(shì)狀態(tài)，進(jìn)而分析剪切次數(shù)及來(lái)料規(guī)格對(duì)剪刃間隙的影響。（見(jiàn)圖1）

圖1 剪刃趨勢(shì)

通過(guò)測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，剪刃間隙的直線度對(duì)剪切的影響在不同板寬和不同板厚的情況下有著很大不同的結(jié)果。

（2）測(cè)試夾鉗動(dòng)作，通過(guò)在夾鉗臺(tái)內(nèi)測(cè)進(jìn)行夾鉗臺(tái)焊接位與剪切位的聯(lián)動(dòng)測(cè)試，觀察設(shè)備動(dòng)作曲線，觀察百分表數(shù)值變化，調(diào)整伺服閥參數(shù)，使得曲線趨于理想狀態(tài)。（見(jiàn)圖2）[4]。

圖2 夾鉗動(dòng)作測(cè)試

（3）合理優(yōu)化焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，焊接參數(shù)是由程序號(hào)、鋼種1、鋼種2、厚度范圍下限、厚度范圍上限、焊接速度、離焦量、操作側(cè)間隙、傳動(dòng)側(cè)間隙、填絲速度、激光功率、激光頭壓力、預(yù)加熱功率、后退火功率等相關(guān)參數(shù)組成，數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)即為焊接配方，根據(jù)不同的鋼種，選擇的程序號(hào)是不同的，不過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù) 是有規(guī)律可循的，如何掌握這三千組數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)的規(guī)律，以及優(yōu)化好這三千組數(shù)據(jù)參數(shù)的實(shí)用性，是本次研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。通過(guò)大量的焊接曲線分析研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)不同的間隙精度，使用的焊接參數(shù)是不同的。焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)首先要有合理的參數(shù)選擇。就本次研究，首先發(fā)現(xiàn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)是不正常的，首先恢復(fù)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的合理性。按照一個(gè)合理的區(qū)間來(lái)調(diào)整同一鋼種的焊接數(shù)據(jù)庫(kù)，滿(mǎn)足焊接需求。鋼種庫(kù)中共有15種焊接鋼種，分別對(duì)應(yīng)1～15不同硬度的鋼種，每個(gè)鋼種又在厚度上進(jìn)行上下極限的分類(lèi)。

數(shù)據(jù)庫(kù)組成是由于厚度的分組不同，注意厚度分組間隔，如表1所示。

表1 焊接厚度范圍

注意觀察程序號(hào)1、23、24對(duì)應(yīng)的厚度差為0.3mm，而程序號(hào)25對(duì)應(yīng)的厚度范圍為0.4mm，其余數(shù)據(jù)厚度差范圍均為0.2mm，這就組成了25組程序號(hào)，共15個(gè)鋼種，經(jīng)排列組合即組成了三千個(gè)程序號(hào)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

使用2.0mm～3.0mm厚度范圍內(nèi)的帶鋼進(jìn)行焊接數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)定是相對(duì)理想的。通常用2.0mm厚度或2.5mm厚度帶鋼進(jìn)行焊接，標(biāo)定該鋼種數(shù)據(jù)庫(kù)。標(biāo)定后的拼縫實(shí)際值測(cè)量值必須用塞尺測(cè)量，測(cè)量結(jié)果對(duì)比焊接時(shí)的拼縫間隙，與夾鉗的補(bǔ)償間隙做到心中有數(shù)。注意QCDS系統(tǒng)拼縫傳感器的拼縫間隙僅供參考，因?yàn)樵摐y(cè)量間隙為焊接前間隙，受版型鋼種，光線亮度等影響，不是真正意義的拼縫間隙。塞尺測(cè)量值要與歷史曲線中標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)后的QCDS曲線進(jìn)行比較得出最佳間隙值[2,3]。

理論標(biāo)定完成后還要通過(guò)實(shí)際焊接對(duì)不同厚度的具體參數(shù)實(shí)際進(jìn)行校準(zhǔn)。實(shí)際校準(zhǔn)后的焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)保存在焊機(jī)PLC程序中，同時(shí)會(huì)定期在焊接工程師站電腦中備份。可以通過(guò)焊機(jī)工程師站的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)上傳與下裝。

（4）優(yōu)化拼縫補(bǔ)償參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，焊機(jī)拼縫補(bǔ)償參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)是焊機(jī)因?yàn)榧舻兜哪p，在不同板寬影響下，對(duì)拼縫間隙進(jìn)行的補(bǔ)償。與米巴赫焊機(jī)原理相同，剪刃間隙不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，因此要進(jìn)行手動(dòng)根據(jù)剪刃磨損情況進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)可實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同厚度（將焊接材料按厚度分組分為十組）的帶鋼進(jìn)行平移補(bǔ)償與間隙補(bǔ)償及重焊間隙補(bǔ)償。合理的補(bǔ)償參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)是焊接的前提和保障。熟練操作的焊工可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際劍刃磨損情況根據(jù)QCDS曲線提前預(yù)判進(jìn)行補(bǔ)償參數(shù)調(diào)整。下圖為工程師站查看的補(bǔ)償參數(shù)，與焊機(jī)觸摸屏補(bǔ)償參數(shù)頁(yè)相同。根據(jù)日記，可以查看補(bǔ)償參數(shù)的修改時(shí)間和修改實(shí)際實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的全記錄[1]。

在優(yōu)化完成后，崗位人員只需根據(jù)不同厚度不同板寬剪切間隙的磨損進(jìn)行間隙補(bǔ)償參數(shù)的調(diào)整。上圖6可以看到平移補(bǔ)償參數(shù)在10組厚度分組下均為固定值，說(shuō)明焊機(jī)機(jī)械狀態(tài)良好。激光頭工作線與拼縫工作線重合。這里注意，重焊補(bǔ)償參數(shù)要根據(jù)自動(dòng)模式下重焊后的間隙進(jìn)行調(diào)整，如果調(diào)整重焊補(bǔ)償參數(shù)時(shí)相對(duì)比較耗時(shí)。進(jìn)行該參數(shù)調(diào)整時(shí)不要調(diào)整補(bǔ)償參數(shù)，僅調(diào)整重焊補(bǔ)償參數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)焊機(jī)的研究分析和各種功能優(yōu)化，2020年10月至2021年3月重焊率紀(jì)錄低至千分之0.8（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)保證值2%,德國(guó)米巴赫，日本TMEIC，國(guó)產(chǎn)寶焊等焊機(jī)），其中2020年11月和2021年1月、2月鍍鋅一次焊接成功率100%，尤其是在高強(qiáng)度厚規(guī)格焊接（強(qiáng)度590MPa，厚度6mm）已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定焊接。鍍鋅焊機(jī)的穩(wěn)定性是全線連續(xù)穩(wěn)定的前提與保障，可靠的焊機(jī)運(yùn)行為工藝段能夠更好的處理化學(xué)反應(yīng)完成鍍鋅過(guò)程創(chuàng)造了最佳的運(yùn)行保障，保證了鍍鋅線的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，提高了質(zhì)量的穩(wěn)定性，特別是對(duì)于高強(qiáng)度厚規(guī)格這類(lèi)高附加值產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保證。