影響窄搭接焊接質量的相關因素以及相應的處理對策可行性分析

包暢

摘要：從大量試驗分析、以及現場實際經驗，著重介紹了武鋼日鐵連續退火線機組窄搭接焊機的設備構成、焊接原理、影響焊接質量的相關因素以及相應的處理對策研討分析。

關鍵詞：窄搭接焊接、設備構成、焊接質量、焊接工藝參數

0.前言

窄搭接焊機是連退線生產的“心臟”，焊機的穩定性對于連退機組穩定生產的重要性，在高速通板的情況下，如焊機故障造成斷帶停機，將會對生產順行造成不可磨滅的損失，本文從通過調試階段一共試驗5000多種試焊，制定出了一套不同厚度，不同規格的穩定焊機參數保障了機組生產順行，然后通過焊機的焊機設備的原理以及對焊機的主要執行部件、運行裝置、潤滑和維護周期等幾方面進行研究，創造性的制定出了影響焊縫質量的多種影響性因素可行性分析，從設備的原理，構成，故障的發生，都有詳細可行的處理方法。

1. 窄搭接焊機原理

窄搭接焊機的焊接原理是將兩塊材料（帶鋼），通以適當電流，在材料自身的電阻、材料間及材料與電極間接觸部分的集中電阻上產生熱量，最終熔化而焊接起來。

2.根據焦耳定律，焊接時作用在帶鋼上的熱量表示如公式1所示：

式中Q：焊接時產生的熱量;I：焊接電流;t：通電時間（取決于焊接速度）;R：焊接區域的電阻。

又因為電阻R=ρ*L/S。

其中：ρ為被焊接帶鋼的電阻率;L為焊接時上下焊輪間的電阻的長度;S為焊接時前后帶鋼的搭接量。

從（1）式中看出，焊接帶鋼時所需要的熱量Q與焊接電流I、通電時間t及自身電阻R有關。

因此對不同材質和不同規格的帶鋼進行焊接時，需要通過控制焊接電流I、通電時間（即焊接速度）及焊輪焊接壓力和焊機搭接量，以確保焊接的質量。

2.NASTOA焊機設備功能構成以及設備參數指導

退火機組主要是窄搭接式焊機，并且配備入口和出口夾鉗，內置剪切、沖孔、焊接和碾壓設備。完成后行帶鋼的對中后，內置剪刀同時剪切前后帶鋼的帶頭和帶尾。焊機搭接帶鋼的頭尾，然后通過電焊輪連續施加壓力并焊接前后帶鋼。焊機具有全自動模式，半自動模式和手動模式。

2-1.入口側夾鉗

在焊接前，將后行帶鋼的頂部夾緊，以配合完成焊機的剪切工作，能夾住后行帶鋼向焊機出口側方向橫移來設置搭接量，并根據前后帶鋼的寬度信息，通過入口夾鉗的對中裝置，將后行帶鋼的中心線調節到先行帶鋼的中心線上（最大量為+-75mm）。

2-2. ?出口側夾鉗

出口側夾鉗用于焊接前固定前行帶鋼的尾端，在進行搭接時出口側夾鉗傾斜一定角度方便后行帶鋼的頂端與前行帶鋼的尾端搭接。出口側夾鉗也具有補償功能，確保在焊接過程中，焊機傳動側與操作側的搭接量一致。

2-3. ?焊機的C行架

“ C”型架小車安裝在連接主要地基的軌道上與帶鋼形成一個合適的角度移動。焊接變壓器，剪切裝置，電焊輪裝置等都在小車內。所有電纜線都含有一個運輸電纜橋架。移行架驅動裝置的功能是通過小車傳動是由一個球形螺桿連接AC伺服電機控制的、運輸最大速度：15 m/min、橫移行程：約2450mm;

2-4. ?焊機剪切單元

該焊機剪切單元的功能是為了獲得較滿意的焊接質量，確保前后帶鋼所形成的搭接量， 由安裝在焊機移行架上的剪切裝置同時剪切帶鋼的尾部和頭部.另外，在剪切裝置的下部的兩片刀片間，有一個廢料輸送機，用來將剪切下的廢料自動排房到焊機的傳動側。

2-5. ?焊輪裝置

上下電極頭組成的銅合金電極住房。焊接軸內部冷卻水。焊輪的旋轉是對每個焊頭的氣動電機的協助;輔助驅動氣動馬達焊輪滾花型驅動器、電極壓力最大; 9.8千牛、操作電極氣缸、電極力控制氣動比例閥;

2-6.焊接變壓器單元

焊機變壓器單元主要由三部分構成：變壓器、整流器、二次導體。其中變壓器用來將電源所提供的一次電壓降低到適合饋送焊接電流的電壓等級.其二次端子被連接到整流器;整流器采用單相全波方式整流，提供平穩的焊接電流，以便改善焊接質量，進行高速焊接并降低最大的輸入功率;二次導體是位于整流器和電極頭部之間傳導電流的通路組成件。

2-7.碾壓系統

焊接點的厚度將由碾壓輥大大減小。碾壓周期與焊接周期等同。碾壓輥是由一個位于焊輪后的氣缸進行控制，碾壓力的調節是由一個比例閥根據帶鋼的不同厚度進行自動控制的。

最大碾壓力 ：19.6kN 、輥子尺寸：φ140mm×16mm、材質：SKD - 11 （淬硬鋼）、碾壓力控制 ：氣動比例閥;

3.影響焊接質量因素：

① 焊接電流

由焊接接頭產生的熱量公式可知焊接電流對產熱的影響比電阻和時間兩者都大，是影響焊接質量的關鍵因素、焊接電流過大或是過小都會造成焊接熱量以及帶鋼焊接質量的較大波動，如果電流過大，產生的熱量較多，容易造成燒穿、過熔，使材料發生脆化;焊接電流過小，會造成虛焊現象發生，使帶鋼在運行過程中發生焊縫開裂;焊接過程中的波動幅度也會直接影響帶鋼的焊接質量，因此，在焊接時應根據帶鋼規格、種類、搭接量等，設定正確的焊接電流;數據表1中通過5000多種試焊的電流值可以得到最佳的焊接溫度曲線以及焊縫實物質量，很好滿足焊接的使用要求。

②電極壓力

根據焊接熱量的公式可知，電阻也是影響焊接質量的重要因素，而電阻的大小變化則與焊輪壓力變化有關，電極壓力增大電阻減少、反則電阻增大;焊接時，焊輪工作面直接接觸高溫焊接區的表面，焊輪瞬間處于臨界高溫熔化的狀態，如果焊輪壓力輸出值出現較大的波動變化，則容易使焊輪表面因高溫壓力壓潰作用而發生變形，使焊輪與搭接接觸面增大;接觸面的增大會使電流在搭接區出現分流，在電流一定的情況下，由于局部熱量不足繼而導致焊核變小、焊接強度不足、虛焊假焊等缺陷;數據表2中通過多種調試的焊輪壓力值可以得到最佳的焊接溫度曲線以及焊縫實物質量，很好滿足焊接的使用要求;

③焊接速度

焊接速度與焊接電流共同影響焊接效果，焊接速度與焊接熱量呈正比關系;為了保證焊縫的尺寸和強度，焊接速度需要適中并且上下焊輪速度一致，為了獲得完整的、強度高的焊縫，必須使上下焊輪焊接時在帶鋼的正上方。焊輪隨著使用次數的增加、修磨量的不一致而發生變化，同樣的情況，控制焊輪運行的氣馬達也會才生速度上的偏差，當二者疊加發生偏差時，即會造成上下焊輪不同不同步，焊接曲線異常，產生焊接質量不好，無法滿足機組高速運行;由于焊輪的速度超過標準，HAZ處的受熱過高造成，受熱過高的原因是焊輪速度不一致導致的焊輪與帶鋼的電阻較大造成的，需要保證其標準;

④搭接量

搭接量是指前行帶鋼與后行帶鋼重疊部分的尺寸。薄帶鋼連續生產線多采用窄搭接電阻焊機進行帶鋼連接，連退生產線上搭接就是將前行帶鋼的帶尾及后行帶鋼的帶頭以一定的重疊量搭接起來 ，搭接量越小，越容易壓平焊縫;但如果搭接量過窄，在帶鋼滾壓過程容易發生位移，導致焊縫開裂，造成焊縫開裂等現象;如果搭接量過大話，接觸面的電阻就小，產生的熱量也小，中熱量不足以熔化整個焊接接頭而造成帶鋼無法結合，造成虛焊;通過多種試焊，窄搭接焊接搭接量調整WS：0.6mm、DS側：0.8mm為宜;

⑤焊機電阻

鋼帶接觸面的電阻對熱量的產生和分布影響較大。接觸電阻主要受接觸面的清潔和粗糙度的影響。接觸面如有高電阻系數的氧化物或臟物層，會使電阻增加; 如局部存在氧化物或臟物，會使電流的分布不均勻，因此必須將接觸面清理干凈。如接觸面粗糙度大，或凹凸不平，會形成局部接觸點，而在接觸點處產生較大的電流，同時會因電流通道減少而使接觸

電阻增加。

4.總結與思考

本文對窄搭接焊機工作原理、設備構成、影響因素進行了初步探討。影響焊接焊縫質量主要因素主要有：焊接速度、焊接壓力、焊接速度、焊機搭接量等重要原因;需要根據帶鋼成分選取合適的焊接電流、搭接量，達到良好的焊接質量。本文介紹內容為焊機維護、操作、技術人員提供一定的理論參考依據;

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