國產窄搭接焊機在鍍鋅產線的應用

孟祥順，李文波，陳煒煊

（首鋼京唐公司冷軋作業部，河北唐山 063000）

0 引言

某公司為了保證鍍鋅生產線的穩定、高效運行，將原來老舊的克萊西姆窄搭接焊機更換為武漢凱奇窄搭接焊機。改造之初，從設計理念、設備維護等方面與凱奇公司進入了深入探討，焊機關鍵部件焊輪總成選用武漢凱奇公司最新形式的焊輪總成。焊機更換完畢后，結合現場設備運行狀態進行了部分適用性改造。通過近半年的運行，焊機設備整體穩定運行，且焊縫質量可靠。

1 焊機焊輪總成的選用

傳統的焊接輪總成如圖1 所示，由于其結構的局限性而存在電流利用率低、維修時間長、更換不易等缺陷。傳統焊接輪總成核心的導電部分（錐軸套）安裝在電極輪支座內，造成零部件的加工及裝配耗時長，檢修、更換時，需要將焊接輪整體結構全部拆散，維修工作耗時長。這種結構的焊輪總成，焊輪對中穩定性不高，設備后期焊接輪偏擺會對焊縫質量造成影響。總成內集成潤滑系統及冷卻系統密封圈將兩個系統隔離，但密封圈壽命有限，潤滑油經常與冷卻水相互竄通造成軸承損壞（圖2）。軸承損壞會造成焊接過程中焊輪旋轉速度異常、焊接溫度不穩定，嚴重情況下甚至會造成焊輪抱死，焊接過程中將焊縫撕裂。

圖1 傳統錐軸形式焊輪總成

圖2 損壞的軸承

武漢凱奇公司新型焊輪總成結構如圖3 所示，導電錐軸套部分移出焊輪支座，加工及裝配簡單，使用時便于觀察情況。檢修時僅需拆卸壓塊及夾塊等小部分零件就能更換導電銅套或錐軸套，大大提高了維修效率。導電性能穩定可靠，并且焊輪垂直度更佳，從而保證了焊接質量。焊輪支座內的潤滑系統與摩擦導電處的冷卻系統隔離，不存在兩個系統相互竄通的可能，降低了總成故障率。該焊輪總成具有結構合理、維修便利、運行穩定和油水分離等特點。

圖3 武漢凱奇新型焊輪總成結構

通過反復的比較和評估，某公司鍍鋅連續產線焊機改造最終選用武漢凱奇新型焊輪總成，并已在生產線連續穩定運行1年多。

2 焊機的適用性改造

武漢凱奇焊機剛開始投入運行時，在許多方面存在著不適應產線連續生產的問題。如：焊接時頻繁出現焊機剪刃和夾鉗粘鋼；焊機無全自動模式，參數調整步驟繁瑣，影響焊接效率；生產厚規格帶鋼時出現對中擠壓帶鋼和出口側溜鋼現象；焊機修磨輪氣馬達噪聲過大，產生嚴重噪聲污染。針對上述問題，結合現場設備運行狀態，對鍍鋅連續生產線焊機在焊縫質量改善、操作效率提升、設備隱患治理和設計缺陷消缺等4 個方面進行了適用性改造。

2.1 焊縫質量改善

鍍鋅連續產線生產之初，焊機在焊接時頻繁出現焊機剪刃和夾鉗粘鋼問題，如圖4 所示。在焊接時，直流電源會建立磁場，導致剪刃和夾鉗被磁化具有磁性。將剪切下來的廢料吸在夾鉗上且搭接在焊縫附近導致焊縫質量異常。

圖4 鋼制夾鉗粘鋼情況

針對粘鋼問題分別實施了多種解決方案，包括：重新制作焊機剪刃，采用新的結構形式減少剪刃磁性，在焊機剪刃廢料皮帶下方增加強磁鐵，重新制作新夾鉗等。

通過不斷地摸索，采用重新制作新夾鉗的方案，選用超高強鋁合金制作新夾鉗，解決了原鋼制夾鉗由于磁化的粘鋼問題。超高強鋁合金屬于時效強化型合金，抗拉強度達到500 MPa以上，具有密度小、比強度高、韌性好、易于成型和加工、以及成本較低等一系列優點，廣泛用于高強度和良好的耐腐蝕性等高應力結構部件[1]。又因超高強鋁合金成分中含鐵僅為0.5%，導磁性能差，超高強鋁合金夾鉗不但具有鋼制夾鉗的機械性能，同時避免了夾鉗磁化現象的發生。超高強鋁合金夾鉗如圖5 所示。

圖5 超高強鋁合金夾鉗

2.2 提升操作效率

焊機無全自動模式，在生產線開卷機甩尾穿帶后，操作人員需手動依次按下起套、剪切、搭接、焊接4 個按鈕實現焊接。針對現場生產需要，為了縮短焊接周期，在HMI（Human Machine Interface，人機界面）上補充了全自動模式，如圖6 所示。可根據實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、半自動雙模式切換

在生產過程中需要進行大批量參數修改時，原HMI 不能進行整體修改，只能對參數逐條進行修改。針對這種情況，在操作界面中新增HMI 及觸摸屏的參數補償窗口，如圖7 所示。新建參數補償DB 塊，將該變量連接至HMI 和觸摸屏畫面，并與數據庫內設定值做邏輯運算，實現只需要輸入補償值，就可以做到對焊接參數整體補償的功能，方便操作人員修改焊接參數。

圖7 HMI 操作界面增加焊接參數補償窗口

2.3 設備隱患治理

在生產過程中，焊機進行帶頭、帶尾對中時，出現對中設備擠壓帶鋼現象，觸發對中伺服驅動器報警，如圖8、圖9 所示。經過現場結合PDA 曲線檢查，發現對中過程中邊部傳感器未檢測到帶鋼，無反饋信號，導致伺服電機持續進給，報過電流故障。通過現場測試優化，對入出口邊部檢測光纖傳感器重新校準位置，并將其減速位與停止位光通量觸發信號值增大。解決了對中設備擠壓帶鋼現象。

圖8 對中過程中擠壓帶鋼

圖9 伺服驅動故障信息

在生產1.8～2.3 mm 厚度規格帶鋼時，焊機出口側輔助輥壓不住帶鋼，出現溜鋼現象。對出口輔助輥壓緊氣缸進行改造，由單層氣缸換成雙層氣缸，重新修改控制程序，優化輔助輥不同厚度區間的夾緊壓力，有效解決了溜鋼的問題。如圖10、圖11 所示。

圖10 雙氣缸輔助夾緊壓力控制

圖11 雙氣缸壓力區間參數設定

2.4 設計缺陷消缺

焊機修磨輪氣馬達在最初選型時，沒有考慮到噪聲污染環境，影響操作人員操作的問題。因此進行重新選型，如圖12 所示，用型號LZB33-L-AROO4-11 的氣馬達（圖12a））替換型號PIV-M060C0230 氣馬達（圖12b）），消除了原型號馬達尖銳的修磨噪聲。

圖12 更換修磨輪氣馬達

3 結束語

選用結構合理、維修便利、運行穩定的新型焊輪總成替換傳統形式焊輪總成，可提高焊縫質量和維修效率。

將鋼制夾鉗更換為超高強鋁合金夾鉗，在保證機械性能的同時，解決夾鉗粘鋼問題，進一步提升焊縫質量。

經過對鍍鋅連續生產線焊機在焊縫質量改善、操作效率提升、設備隱患治理和設計缺陷消缺4 個方面進行適用性改造，使其完全適應鍍鋅產線生產的要求，投產6 個月后實現了焊縫質量和設備故障零停機，且一直保持連續零停機狀態。