孟祥順，李文波，陳煒煊

（首鋼京唐公司冷軋作業(yè)部，河北唐山 063000）

0 引言

某公司為了保證鍍鋅生產(chǎn)線(xiàn)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行，將原來(lái)老舊的克萊西姆窄搭接焊機(jī)更換為武漢凱奇窄搭接焊機(jī)。改造之初，從設(shè)計(jì)理念、設(shè)備維護(hù)等方面與凱奇公司進(jìn)入了深入探討，焊機(jī)關(guān)鍵部件焊輪總成選用武漢凱奇公司最新形式的焊輪總成。焊機(jī)更換完畢后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了部分適用性改造。通過(guò)近半年的運(yùn)行，焊機(jī)設(shè)備整體穩(wěn)定運(yùn)行，且焊縫質(zhì)量可靠。

1 焊機(jī)焊輪總成的選用

傳統(tǒng)的焊接輪總成如圖1 所示，由于其結(jié)構(gòu)的局限性而存在電流利用率低、維修時(shí)間長(zhǎng)、更換不易等缺陷。傳統(tǒng)焊接輪總成核心的導(dǎo)電部分（錐軸套）安裝在電極輪支座內(nèi)，造成零部件的加工及裝配耗時(shí)長(zhǎng)，檢修、更換時(shí)，需要將焊接輪整體結(jié)構(gòu)全部拆散，維修工作耗時(shí)長(zhǎng)。這種結(jié)構(gòu)的焊輪總成，焊輪對(duì)中穩(wěn)定性不高，設(shè)備后期焊接輪偏擺會(huì)對(duì)焊縫質(zhì)量造成影響。總成內(nèi)集成潤(rùn)滑系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)密封圈將兩個(gè)系統(tǒng)隔離，但密封圈壽命有限，潤(rùn)滑油經(jīng)常與冷卻水相互竄通造成軸承損壞（圖2）。軸承損壞會(huì)造成焊接過(guò)程中焊輪旋轉(zhuǎn)速度異常、焊接溫度不穩(wěn)定，嚴(yán)重情況下甚至?xí)斐珊篙啽?，焊接過(guò)程中將焊縫撕裂。

圖1 傳統(tǒng)錐軸形式焊輪總成

圖2 損壞的軸承

武漢凱奇公司新型焊輪總成結(jié)構(gòu)如圖3 所示，導(dǎo)電錐軸套部分移出焊輪支座，加工及裝配簡(jiǎn)單，使用時(shí)便于觀(guān)察情況。檢修時(shí)僅需拆卸壓塊及夾塊等小部分零件就能更換導(dǎo)電銅套或錐軸套，大大提高了維修效率。導(dǎo)電性能穩(wěn)定可靠，并且焊輪垂直度更佳，從而保證了焊接質(zhì)量。焊輪支座內(nèi)的潤(rùn)滑系統(tǒng)與摩擦導(dǎo)電處的冷卻系統(tǒng)隔離，不存在兩個(gè)系統(tǒng)相互竄通的可能，降低了總成故障率。該焊輪總成具有結(jié)構(gòu)合理、維修便利、運(yùn)行穩(wěn)定和油水分離等特點(diǎn)。

圖3 武漢凱奇新型焊輪總成結(jié)構(gòu)

通過(guò)反復(fù)的比較和評(píng)估，某公司鍍鋅連續(xù)產(chǎn)線(xiàn)焊機(jī)改造最終選用武漢凱奇新型焊輪總成，并已在生產(chǎn)線(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行1年多。

2 焊機(jī)的適用性改造

武漢凱奇焊機(jī)剛開(kāi)始投入運(yùn)行時(shí)，在許多方面存在著不適應(yīng)產(chǎn)線(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的問(wèn)題。如：焊接時(shí)頻繁出現(xiàn)焊機(jī)剪刃和夾鉗粘鋼；焊機(jī)無(wú)全自動(dòng)模式，參數(shù)調(diào)整步驟繁瑣，影響焊接效率；生產(chǎn)厚規(guī)格帶鋼時(shí)出現(xiàn)對(duì)中擠壓帶鋼和出口側(cè)溜鋼現(xiàn)象；焊機(jī)修磨輪氣馬達(dá)噪聲過(guò)大，產(chǎn)生嚴(yán)重噪聲污染。針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)鍍鋅連續(xù)生產(chǎn)線(xiàn)焊機(jī)在焊縫質(zhì)量改善、操作效率提升、設(shè)備隱患治理和設(shè)計(jì)缺陷消缺等4 個(gè)方面進(jìn)行了適用性改造。

2.1 焊縫質(zhì)量改善

鍍鋅連續(xù)產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)之初，焊機(jī)在焊接時(shí)頻繁出現(xiàn)焊機(jī)剪刃和夾鉗粘鋼問(wèn)題，如圖4 所示。在焊接時(shí)，直流電源會(huì)建立磁場(chǎng)，導(dǎo)致剪刃和夾鉗被磁化具有磁性。將剪切下來(lái)的廢料吸在夾鉗上且搭接在焊縫附近導(dǎo)致焊縫質(zhì)量異常。

圖4 鋼制夾鉗粘鋼情況

針對(duì)粘鋼問(wèn)題分別實(shí)施了多種解決方案，包括：重新制作焊機(jī)剪刃，采用新的結(jié)構(gòu)形式減少剪刃磁性，在焊機(jī)剪刃廢料皮帶下方增加強(qiáng)磁鐵，重新制作新夾鉗等。

通過(guò)不斷地摸索，采用重新制作新夾鉗的方案，選用超高強(qiáng)鋁合金制作新夾鉗，解決了原鋼制夾鉗由于磁化的粘鋼問(wèn)題。超高強(qiáng)鋁合金屬于時(shí)效強(qiáng)化型合金，抗拉強(qiáng)度達(dá)到500 MPa以上，具有密度小、比強(qiáng)度高、韌性好、易于成型和加工、以及成本較低等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于高強(qiáng)度和良好的耐腐蝕性等高應(yīng)力結(jié)構(gòu)部件[1]。又因超高強(qiáng)鋁合金成分中含鐵僅為0.5%，導(dǎo)磁性能差，超高強(qiáng)鋁合金夾鉗不但具有鋼制夾鉗的機(jī)械性能，同時(shí)避免了夾鉗磁化現(xiàn)象的發(fā)生。超高強(qiáng)鋁合金夾鉗如圖5 所示。

圖5 超高強(qiáng)鋁合金夾鉗

2.2 提升操作效率

焊機(jī)無(wú)全自動(dòng)模式，在生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)卷機(jī)甩尾穿帶后，操作人員需手動(dòng)依次按下起套、剪切、搭接、焊接4 個(gè)按鈕實(shí)現(xiàn)焊接。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要，為了縮短焊接周期，在HMI（Human Machine Interface，人機(jī)界面）上補(bǔ)充了全自動(dòng)模式，如圖6 所示。可根據(jù)實(shí)際工況具體需要選擇，極大提高了操作效率。

圖6 HMI 界面全自動(dòng)、半自動(dòng)雙模式切換

在生產(chǎn)過(guò)程中需要進(jìn)行大批量參數(shù)修改時(shí)，原HMI 不能進(jìn)行整體修改，只能對(duì)參數(shù)逐條進(jìn)行修改。針對(duì)這種情況，在操作界面中新增HMI 及觸摸屏的參數(shù)補(bǔ)償窗口，如圖7 所示。新建參數(shù)補(bǔ)償DB 塊，將該變量連接至HMI 和觸摸屏畫(huà)面，并與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)設(shè)定值做邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)只需要輸入補(bǔ)償值，就可以做到對(duì)焊接參數(shù)整體補(bǔ)償?shù)墓δ埽奖悴僮魅藛T修改焊接參數(shù)。

圖7 HMI 操作界面增加焊接參數(shù)補(bǔ)償窗口

2.3 設(shè)備隱患治理

在生產(chǎn)過(guò)程中，焊機(jī)進(jìn)行帶頭、帶尾對(duì)中時(shí)，出現(xiàn)對(duì)中設(shè)備擠壓帶鋼現(xiàn)象，觸發(fā)對(duì)中伺服驅(qū)動(dòng)器報(bào)警，如圖8、圖9 所示。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合PDA 曲線(xiàn)檢查，發(fā)現(xiàn)對(duì)中過(guò)程中邊部傳感器未檢測(cè)到帶鋼，無(wú)反饋信號(hào)，導(dǎo)致伺服電機(jī)持續(xù)進(jìn)給，報(bào)過(guò)電流故障。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試優(yōu)化，對(duì)入出口邊部檢測(cè)光纖傳感器重新校準(zhǔn)位置，并將其減速位與停止位光通量觸發(fā)信號(hào)值增大。解決了對(duì)中設(shè)備擠壓帶鋼現(xiàn)象。

圖8 對(duì)中過(guò)程中擠壓帶鋼

圖9 伺服驅(qū)動(dòng)故障信息

在生產(chǎn)1.8～2.3 mm 厚度規(guī)格帶鋼時(shí)，焊機(jī)出口側(cè)輔助輥壓不住帶鋼，出現(xiàn)溜鋼現(xiàn)象。對(duì)出口輔助輥壓緊氣缸進(jìn)行改造，由單層氣缸換成雙層氣缸，重新修改控制程序，優(yōu)化輔助輥不同厚度區(qū)間的夾緊壓力，有效解決了溜鋼的問(wèn)題。如圖10、圖11 所示。

圖10 雙氣缸輔助夾緊壓力控制

圖11 雙氣缸壓力區(qū)間參數(shù)設(shè)定

2.4 設(shè)計(jì)缺陷消缺

焊機(jī)修磨輪氣馬達(dá)在最初選型時(shí)，沒(méi)有考慮到噪聲污染環(huán)境，影響操作人員操作的問(wèn)題。因此進(jìn)行重新選型，如圖12 所示，用型號(hào)LZB33-L-AROO4-11 的氣馬達(dá)（圖12a））替換型號(hào)PIV-M060C0230 氣馬達(dá)（圖12b）），消除了原型號(hào)馬達(dá)尖銳的修磨噪聲。

圖12 更換修磨輪氣馬達(dá)

3 結(jié)束語(yǔ)

選用結(jié)構(gòu)合理、維修便利、運(yùn)行穩(wěn)定的新型焊輪總成替換傳統(tǒng)形式焊輪總成，可提高焊縫質(zhì)量和維修效率。

將鋼制夾鉗更換為超高強(qiáng)鋁合金夾鉗，在保證機(jī)械性能的同時(shí)，解決夾鉗粘鋼問(wèn)題，進(jìn)一步提升焊縫質(zhì)量。

經(jīng)過(guò)對(duì)鍍鋅連續(xù)生產(chǎn)線(xiàn)焊機(jī)在焊縫質(zhì)量改善、操作效率提升、設(shè)備隱患治理和設(shè)計(jì)缺陷消缺4 個(gè)方面進(jìn)行適用性改造，使其完全適應(yīng)鍍鋅產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)的要求，投產(chǎn)6 個(gè)月后實(shí)現(xiàn)了焊縫質(zhì)量和設(shè)備故障零停機(jī)，且一直保持連續(xù)零停機(jī)狀態(tài)。