冷軋PL-TCM 機(jī)組激光焊接機(jī)的應(yīng)用及維護(hù)

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

1 冷軋工藝介紹

冷軋生產(chǎn)工藝一般包括原料準(zhǔn)備、酸洗、軋制、脫脂、退火（熱處理）、精加工等，冷軋應(yīng)以熱軋產(chǎn)品為原料，冷軋前原料應(yīng)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(shí)不污染鋼材表面，除去軋制時(shí)附著在軋制材料上的潤(rùn)滑脂，對(duì)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(fù)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(jié)晶除去固化另外，根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)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(nèi)容軋制硅鋼片時(shí)，在冷軋前進(jìn)行脫碳退火，軋制后進(jìn)行涂膜、拉伸矯正（參照張力矯正）等。

2 激光焊機(jī)的組成和工作原理

激光焊機(jī)由三大部分組成，分別為鋼板出口段、鋼板入口段、焊機(jī)本體。

2.1 出口段設(shè)備

（1）提升輥。提升輥位于夾送輥架上，目的是支撐鋼板。當(dāng)帶鋼高速運(yùn)行時(shí)提升輥略微抬起，經(jīng)過剪切過后的鋼板尾部到達(dá)焊機(jī)時(shí)，提升輥落在夾送輥前。在焊機(jī)準(zhǔn)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(gè)上升氣缸分別安裝在鋼板兩側(cè)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(yùn)送前一卷的帶尾部分，底輥（即傳動(dòng)輥）安裝在焊機(jī)水平線下，當(dāng)擺動(dòng)輥動(dòng)作時(shí)，由液壓齒輪馬達(dá)驅(qū)動(dòng)在擺動(dòng)輥后部安裝的RT 計(jì)數(shù)編碼器工作，以計(jì)算出鋼板頭部分到剪刀下的有效距離和鋼板實(shí)際位置。

（3）活套輥。為不影響后續(xù)焊接，在焊機(jī)前后方各形成一個(gè)隆起的活套，在出口段安裝活套輥，氣壓缸推動(dòng)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(jī)組水平位置。

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

（5）月牙剪。為防止帶鋼焊縫焊接處進(jìn)爐子產(chǎn)生熱瓢曲和浪形斜條紋等質(zhì)量缺陷，必須對(duì)焊接處進(jìn)行挖圓弧，也就是通常所說的月牙剪。月牙剪由液壓驅(qū)動(dòng)控制，其橫移只能處于兩個(gè)固定位置，即油缸全縮回和全伸出。當(dāng)遇到前行帶鋼寬度大于后行帶鋼寬度這種模式、需要進(jìn)行沖剪時(shí)，月牙剪在橫移油缸驅(qū)動(dòng)下沿焊縫處進(jìn)入橫移油缸、伸出到位，進(jìn)行第一刀沖剪，激光焊完的鋼板焊縫被牽引車?yán)浦猎卵兰羟锌谡路剑卵兰粝蛳路戒摪暹吘壱苿?dòng)，位于兩側(cè)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(jī)運(yùn)送至廢料斗中并進(jìn)行統(tǒng)一處理。

2.2 入口段設(shè)備

（1）活套輥。活套輥是在焊接前將鋼板向上隆起在焊機(jī)前后區(qū)域形成兩個(gè)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(duì)齊裝置。入口段安裝有兩套大型機(jī)械輔助鋼板對(duì)齊裝置，生產(chǎn)線上使用的鋼板對(duì)中側(cè)推機(jī)構(gòu)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(shè)有左推料支架和右推料支架，中部設(shè)有連接板，開關(guān)支架上設(shè)有兩個(gè)行程開關(guān)。左推料支架的前后兩側(cè)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(cè)分別通過螺栓固定到導(dǎo)向座上，料架右側(cè)結(jié)構(gòu)，位于設(shè)備兩側(cè)的位置傳感器感映到信號(hào)后對(duì)齊夾緊器的停止運(yùn)動(dòng)完成而成為帶鋼對(duì)中，對(duì)中過程其精度為±1 mm。

2.3 焊機(jī)基本框架及焊機(jī)整體設(shè)備

（1）夾緊臺(tái)。夾緊臺(tái)分別安裝在鋼板入口和鋼板出口側(cè)，夾緊裝置連接板的左、右兩端對(duì)稱設(shè)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(tái)帶著夾緊帶鋼來到焊接準(zhǔn)備位置，夾緊工作臺(tái)的行走由液壓缸驅(qū)動(dòng)（每側(cè)行程距離約70 mm），安裝工作臺(tái)的兩個(gè)距離編碼器采集其實(shí)際行走位置。

（2）鋼板彈簧U 形螺栓夾緊機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)通過扭緊U 形螺栓產(chǎn)生軸向預(yù)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(yùn)行時(shí)夾鉗（位于初始位置）抬起，需要夾緊鋼板時(shí)夾鉗落下，確保壓緊裝置落在鋼板上、保證鋼板始終不動(dòng)。

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

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

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

（6）PLC 機(jī)構(gòu)。焊接車行駛速度的不同，通過操作信號(hào)輸入裝置形成前進(jìn)指令信號(hào)，傳感器測(cè)得液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，兩種信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)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(yīng)的壓力油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)向，構(gòu)成液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制焊接車的行駛速度和位置，編碼器將檢測(cè)值反饋給焊機(jī)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(gè)刀具刃（上切、下切各兩個(gè)刀具刃），橫切可以同時(shí)切割頭部和尾部。

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

（9）液壓馬達(dá)。切斷切片輸送機(jī)后產(chǎn)生的碎片輸送機(jī)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，液壓馬達(dá)安裝在驅(qū)動(dòng)側(cè)

（10）沖頭裝置。沖頭裝置固定在焊機(jī)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(cè)器。該檢測(cè)器應(yīng)用于檢測(cè)帶鋼的邊部，鋼板頭、尾寬不同時(shí)以窄帶鋼為基準(zhǔn)。

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

（13）感應(yīng)加熱裝置（預(yù)加熱）。感應(yīng)加熱器（簡(jiǎn)稱感應(yīng)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(yīng)磁場(chǎng)來滿足各種加熱工藝，是實(shí)現(xiàn)各類感應(yīng)加熱工藝的關(guān)鍵部件，直接關(guān)系到加熱工藝的優(yōu)良。感應(yīng)器必須按加熱工藝制造，由于感應(yīng)加熱工藝種類繁多，所以感應(yīng)器的規(guī)格品種也相應(yīng)較多。

（14）激光焊機(jī)激光導(dǎo)引頭。在焊接過程中，激光支撐輥導(dǎo)輪在帶鋼下部運(yùn)行，焊接頭導(dǎo)輪從上部向激光支撐輥導(dǎo)輪壓下此方法可保證鋼板在焊接過程中在水平方向上進(jìn)行激光導(dǎo)引頭始終有一對(duì)調(diào)整輪工作，在焊機(jī)機(jī)架入口處使用伺服電動(dòng)機(jī)自動(dòng)調(diào)整導(dǎo)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(dòng)，運(yùn)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(yīng)用于特殊鋼種（如TRIP 鋼），加熱系統(tǒng)在焊接后增加一個(gè)加熱的工作周期。

（16）軋機(jī)輥導(dǎo)向件。軋機(jī)輥導(dǎo)向件裝配在焊車的操作側(cè)，軋機(jī)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(jìn)行軋制，如有必要可手動(dòng)調(diào)整下輥。

3 焊機(jī)的日常維護(hù)及特點(diǎn)

3.1 日常檢查

（1）小車導(dǎo)軌：要確保導(dǎo)軌清潔，行車對(duì)稱均勻，導(dǎo)軌涂輕油，防止腐蝕，發(fā)現(xiàn)污損的及時(shí)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(shí)，必須同時(shí)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(shí)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(yīng)更換，需整體更換，放入修理好的雙剪。

（4）雙側(cè)磁帶輸出：手動(dòng)停機(jī)檢查上次切割的磁帶頭是否輸出，確認(rèn)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?zèng)Q定是否更換刀片；檢查對(duì)中光柵是否清潔，用脫脂棉輕輕擦光柵同時(shí)檢查廢料輸送帶是否順利輸出廢帶鋼。

（6）入口夾送輥：及時(shí)檢查夾送輥的輥面的襯膠是否破損。

（7）夾緊臺(tái)：檢查夾緊臺(tái)下襯板，及時(shí)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(shí)更換破損襯板。

（8）平整輪：平整輪表面臟污或異物粘接時(shí)要迅速清理平整輪表面，轉(zhuǎn)動(dòng)平整輪、檢查轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)返修，使最后用柔軟的布清洗反射箔。

（9）鋼板二次感應(yīng)加熱器：主要作用于對(duì)帶鋼進(jìn)行預(yù)熱，感應(yīng)加熱器的溫度和距離關(guān)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(yīng)加熱器上方，阻止帶鋼和預(yù)加熱帶鋼直接接觸。

（10）激光焊機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)：主要用于固定、壓接帶鋼，定位焊機(jī)機(jī)頭和焊機(jī)頭部分。對(duì)于激光下導(dǎo)輪表面要及時(shí)認(rèn)真檢查，光路和軟連接是否有泄漏，傳動(dòng)表面的污垢或異物及時(shí)清理，否則會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，造成軋機(jī)斷帶。

3.2 常見故障的處理

以常見的冷卻單元異常為例，進(jìn)行故障分析。

（1）故障現(xiàn)象：在激光焊機(jī)焊接時(shí)激光HMI 報(bào)警列表上，報(bào)告為“cooling unit error”紅色字體閃動(dòng)。

（2）可能原因：焊機(jī)冷卻單元出現(xiàn)工作異常。

（3）處理方法：第一時(shí)間告知電氣維護(hù)人員進(jìn)行處理。從焊機(jī)PLC 可以看到冷卻單元發(fā)生的故障，低液位報(bào)警的情況下添加冷卻液后液位緩慢上升后自動(dòng)復(fù)位，報(bào)警消除。若高壓報(bào)警的情況下打開冷卻單元的前控制面板，找到檢測(cè)開關(guān)，下面有一個(gè)綠色的復(fù)位按鈕就可以點(diǎn)擊復(fù)位后，復(fù)位激光源故障。但這只是暫時(shí)的處理方法，應(yīng)盡快聯(lián)系維修處理。

3.3 激光焊接的主要特點(diǎn)

（1）速度快、深度大、變形小。

（2）能在室溫或特殊條件下進(jìn)行焊接，焊接裝置簡(jiǎn)單。例如，激光通過電磁場(chǎng)，光束不會(huì)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?qū)馐该鞯牟牧线M(jìn)行焊接。

（3）可焊接難熔材料如鈦、石英等，并能對(duì)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(shí)，深寬比可達(dá)5∶1，最高可達(dá)10∶1。

（5）焊接能量轉(zhuǎn)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(dá)到105～108 W/cm2。