帶鋼連續熱鍍鋅窄搭接焊機故障分析及對策

岑耀東，陳芙蓉

（1.內蒙古工業大學材料科學與工程學院，內蒙古呼和浩特010051；2.包鋼（集團）公司集團管理部，內蒙古包頭014010）

帶鋼連續熱鍍鋅窄搭接焊機故障分析及對策

岑耀東1，2，陳芙蓉1

（1.內蒙古工業大學材料科學與工程學院，內蒙古呼和浩特010051；2.包鋼（集團）公司集團管理部，內蒙古包頭014010）

介紹了包鋼薄板廠熱鍍鋅線窄搭接焊機的生產實踐，針對焊機運行過程中出現的抽尾、甩尾等疑難問題，從原料把關、設備調整、工藝參數優化、卷徑信息控制等方面著手,有效解決了此類故障，大大提高了焊接效率，保障了熱鍍鋅機組的連續穩定運行。

熱鍍鋅；窄搭接焊機；抽尾；甩尾；對策

0 前言

焊機是熱鍍鋅機組中最關鍵的設備之一，負責將帶鋼頭和尾焊接在一起，以保證生產線的連續運行[1]，如果焊機出現故障，整個熱鍍鋅機組立刻癱瘓，給企業帶來巨大損失[2-3]，所以焊機能否正常焊接對熱鍍鋅機組的穩定運行起著決定性作用。如何提高焊接效率，保證帶鋼熱鍍鋅的連續化生產要求，防止因焊機故障造成的停機事故的發生，有效提高熱鍍鋅機組的作業率，成為當今熱鍍鋅研究人員最關注的課題之一。

包鋼（集團）公司（簡稱包鋼）薄板廠熱鍍鋅線在投產早期，焊機頻繁出現抽尾、甩尾故障，無法正常焊接，生產常處于半停機狀態，嚴重影響了產品質量和機組作業率。為了解決這一疑難問題，相關技術人員開展了大量的技術攻關工作，經過多年的科學探索和生產實踐，包鋼薄板廠熱鍍鋅線積累了大量經驗，摸索出一套較為完善的焊接操作技術和控制方法，為焊機的穩定運行打下了堅實的基礎，有效提高了熱鍍鋅機組的作業率。

1 帶鋼連續熱鍍鋅窄搭接焊機介紹

窄搭接焊機是熱鍍鋅機組中用于卷板接頭工序的專用焊機，是薄鋼卷板接頭焊接的重要設備[4]，帶鋼連續熱鍍鋅入口段開卷及焊接工藝流程見圖1。包鋼薄板廠熱鍍鋅線窄搭接焊機主體設備包括焊接移動架（C-形架）、剪切機、焊接頭裝置、焊縫碾壓裝置、沖孔裝置、出入口夾緊裝置、出入口活套輥裝置、焊輪修磨裝置及邊部月牙剪裝置等，電流形式為六相直流電，最大焊接能力2.5×1 540 mm，焊接電流范圍12～35 kA，搭接量調節范圍0～6 mm。

圖1 開卷及焊接工藝流程Fig.1 Decoiling and welding process

當一個鋼卷即將運行完畢時，帶尾停留在焊機中部，出口夾鉗夾住帶尾，下一個鋼卷的帶頭由剪前夾送輥送至焊機中部，由入口夾鉗夾住。焊機入口活套輥將帶頭挑起形成一個小活套，剪切機依次剪切上一卷帶尾及下一卷帶頭，出口夾鉗向上翹起形成一個小角度，然后入口夾鉗將帶頭向焊機平移適當距離，同時自動對中，出口夾鉗恢復原位，帶頭與帶尾進行搭接。通電后的焊輪沿搭接處滾動焊接，同時，由碾壓輪緊跟其后將焊縫壓平，焊輪及碾壓輪抬起并復位，隨后沖孔，入口及出口夾鉗打開，焊接完成，搭接焊縫如圖2所示。

圖2 搭接焊縫示意Fig.2 Schematic diagram of lap welding

2 焊機故障及原因分析

在包鋼薄板廠熱鍍鋅線生產運行中，焊機故障表現為抽尾、甩尾等，因抽尾會造成入口活套失張而停機，甩尾會造成焊偏[5]，焊偏的焊縫在運行至活套內時極易與框架刮蹭而發生斷帶事故，如果在退火爐內斷帶，停機處理時間更長，影響更為嚴重，帶鋼撕裂后斷口如圖3所示。焊機抽尾、甩尾問題嚴重影響熱鍍鋅機組的作業率和產品質量。

圖3 撕裂后斷口Fig.3 Fracture after tearing

2.1 抽尾

抽尾是指在焊接前，上一個鋼卷即將運行完畢時，其帶尾本應運行至焊機處停留，以便和下一個鋼卷的帶頭進行焊接，但在實際生產中帶尾卻繼續行走，通過焊機，錯過與下一鋼卷焊接的最佳位置，有時甚至通過焊機后張力輥，抽入活套，引起入口活套失張而發生被迫停機的事故，一旦發生此類事故必將產生大量停線廢品，給生產帶來巨大損失。

曾在一段時間內，包鋼薄板廠熱鍍鋅線窄搭接焊機頻繁發生抽尾事故，檢查焊機設備運行正常，焊機參數設定也正常，這一故障曾一度困擾著生產，經過長期現場研究分析，發現這一問題是由于卷長、卷徑數據發生混亂使焊機控制模式錯誤造成的。

分析原因：

（1）原料卷卷徑計算不準確。在焊機調試期間，操作工習慣將帶頭碎斷長度設定較長距離，以防止帶頭鐮刀彎缺陷造成焊偏，這使得切頭后的帶鋼實際卷徑小于原始卷徑，但實際上入口段PLC系統仍按原始卷徑計算開卷機轉速和剩余帶尾長度，利用原始卷徑計算出的帶尾長度一定和實際帶尾長度存在偏差，必然導致入口段自動停車和焊機準備時間不準確。當上一鋼卷運行即將結束時，由于帶尾計算值與實際值有偏差，焊機二級機認為帶尾長度還足夠長，所以未進入焊接準備階段，但實際上帶尾長度已經為零，此時開卷機和焊機均未得到焊接準備信號，帶尾繼續高速運行，穿過焊機而不停止，導致抽尾事故發生。

（2）原料卷內徑設定錯誤。帶鋼連續熱鍍鋅用原料卷內徑一般有610 mm和620 mm兩種，如果操作時將開卷機的卷徑設定錯誤，就會引起PLC系統計算失真，利用有誤差的卷徑計算出的開卷機轉速設定值一定和實際轉速有差別，極易出現帶尾長度計算值與實際值有偏差，從而造成抽尾事故。

（3）帶尾長度設定不足。在實際生產中這一影響因素極易被忽略，當開卷機上的實時卷徑小于一定值，入口段將減速為停車分切做準備，同時，根據實時卷徑計算出的剩余帶鋼長度決定了入口段的停車剪切時間。如果入口段得到降速停止信號并為焊接做準備時，設定的剩余帶尾長度過短，此時機組速度越高，焊接時帶鋼由高速到停止所需的時間越長，帶鋼移動的距離也越長，當移動的距離超過帶尾設定長度時，就會發生抽尾事故。另外，當生產厚規格帶鋼時，由于活套張力較大，當即將焊接時，帶尾行走到焊機過程中，在活套張力的作用下極易抽入活套，出現抽尾事故。

（4）入口段光電檢測開關（切斷剪處、并線平臺處及焊機前）和切斷剪關閉信號丟失。這主要是由于檢測開關表面積有灰層或不規則帶頭將檢測開關撞擊變形而偏離正常檢測位置所致，這種情況出現的可能性較小，但一旦出現這一故障，很難排查。

2.2 甩尾

實際生產中經常會遇到這種情況，在焊接前，上一個鋼卷即將運行完畢時，帶尾在行走至焊機的過程中，劇烈擺動，且明顯向一側跑偏，等到達焊機處時已嚴重跑偏，即使采用焊機自動對中裝置也無法有效對正，從而發生焊偏，焊偏的焊縫在后序運行過程中極易跑偏而發生撕裂焊縫的斷帶事故。在實際生產中，厚規格帶鋼發生甩尾的機率遠大于薄規格。

分析原因：（1）原料問題。冷軋原料的帶頭和帶尾存在較嚴重的鐮刀彎缺陷，這種缺陷不易被發現，這是因為在準備焊接前由于開卷機為帶尾提供后張力，使帶鋼在穿過直頭機后一直保持在軋制中心線上，正是由于帶鋼后張力的存在，即使帶尾有鐮刀彎缺陷，跑偏也不明顯，但是，當即將焊接時，帶尾脫離開卷機，由開卷機行走到焊機過程中并沒有后張力，帶尾對中不受控，鐮刀彎缺陷充分暴露出來，向一側跑偏，從而發生甩尾現象。（2）設備問題。為了將帶尾準確導入焊機，需要由焊機后的張力輥壓輥提供驅動，但是，壓輥兩側壓下氣缸的壓力經常不一致，或一側有卡阻，使帶鋼兩側的間隙不同，造成壓輥兩側摩擦力不一致。如圖4所示，當兩側氣缸壓力一致，即N1=N2時，帶鋼兩側a摩=b摩，帶鋼沿軋制中心線運行，但是，當兩側氣缸壓力不一致時，即N1＞N2時，帶鋼a端與壓輥充分接觸，b端與壓輥接觸少或不接觸，帶鋼兩側a摩＞b摩，導致帶尾在行走到焊機過程中向摩擦力小的b端跑偏。由于厚度h＞1.0 mm的厚規格帶鋼較薄規格帶鋼更易與壓輥充分接觸，所以，當兩側摩擦力不一致時，厚規格帶鋼更易發生甩尾事故。

圖4 兩側氣缸壓力大小對輥縫形狀的影響Fig.4 Influence of the gap shape with sides squeezed roller pressure

3 預防焊機故障的對策

針對焊接故障的原因分析，為了提高焊接效率，重點從工藝和設備方面進行優化調整以解決問題。

3.1 工藝優化及控制

3.1.1 電氣自動化系統的優化

開卷機的電氣自動化PLC系統對卷徑信息的控制精度直接決定了焊接時間的準確性，因此，必須精確控制卷徑和帶鋼長度。優化入口段PLC系統程序進行實時卷徑計算，可以有效測定開卷機轉速和剩余帶尾長度。另外，當生產厚規格帶鋼時，盡量減少帶頭碎斷長度，避免實際卷徑與原始卷徑相差太多。

3.1.2 參數控制

即使再精確的卷徑測量系統也一定存在誤差，生產中要注意監視卷徑計算值與實際值的一致性；為了避免卷徑數據發生錯誤，在焊接前有必要核對一級機和二級機卷徑是否一致。

3.1.3 活套張力的優化

為了防止在焊接時由于活套張力太大出現抽尾故障，生產厚帶時可將活套張力系數適當降低0.1～0.2，待焊接成功后再將活套張力系數恢復到原設定值。焊接操作前也可手動調整入口段速度，平緩減速和停車。實踐證明，在焊接前，及時調整活套張力能夠很好地解決此類問題，大大減少抽尾機率。

3.1.4 原料檢查

原料缺陷對焊接影響非常大，卻不容易被重視，上料前必須檢查帶頭是否有嚴重的鐮刀彎、中浪、邊浪等缺陷，如果這部分缺陷長度較短，可以在開卷后的切頭切尾中碎斷，使帶頭干凈、平直，如果缺陷長度較長，則應避免進入生產線。

3.2 設備調整

3.2.1 張力輥壓輥的調整

為了防止焊機后張力輥壓輥兩側摩擦力不一致造成甩尾，可對壓輥兩側氣缸的運行狀態實時監控，當兩側氣缸壓力不一致時，通過調整壓縮空氣管道的壓力控制閥可以保證兩側氣缸壓力一致，當生產厚度h＞1 mm帶鋼時，需保證輥面與帶鋼有較大的摩擦力，可適當增加氣缸壓力。當生產厚度h≤1mm帶鋼時，要適當減少氣缸壓力，這主要是因為生產薄帶時活套張力較低，壓輥與帶鋼表面不需要太大的摩擦力。另外，當氣缸壓力太大時，由于輥縫較小，極易造成壓輥卡阻，更不利于甩尾事故的控制。如果是氣缸漏氣或有卡阻現象，在停機檢修時可維護壓下氣缸，確保兩側氣缸壓力一致。

3.2.2 焊機出口活套輥的調整

當帶尾搭接量不夠，且焊機出口活套輥處帶鋼出現被拉平狀況時，可及時反轉焊機后張力輥，使帶尾向后運行適當距離，給焊機出口夾具調整搭接量留有足夠長度的帶鋼，再進行焊接操作。

3.2.3 設備維護

入口段幾乎每個切斷剪、夾送輥前都有光電開關或接近開關，由于開卷過程中設備震動較大，這些電氣元件極易失靈，所以在日常點檢時，必須檢查切斷剪和焊機光電檢測開關是否正常，不能有積灰，偏斜等現象。

4 結論

（1）通過研究窄搭接焊機抽尾、甩尾問題的產生原因，結合生產實際，確定此類故障的發生與原料鐮刀彎、卷徑信息、焊機后張力輥壓輥摩擦力、活套張力等多種因素有關。

（2）卷徑計算與生產線速度控制密切相關，實現卷徑計算與生產線速度的合理控制對焊機功能的穩定發揮意義重大。

（3）采用控制卷徑信息，調整活套張力、開卷機卷徑及原料把關等工藝措施，以及調整焊機后張力輥、壓輥等設備，可有效提高焊機效率。

（4）優化工藝制度，使鋼卷在上卷時就處于較好的對中位置，及時切頭切尾，加強入口段光電檢測開關等設備的點檢維護，有利于設備功能的發揮。

[1]孫鶴旭，馬子涵，陳海永，等.激光焊機高精度帶鋼對中控制系統設計[J].電焊機，2013，43（6）：16-21.

[2]鄭玉福.鍍鋅線Minilap Welder型電阻縫焊機故障分析及對策[J].冶金設備，2011，190（5）：73-75.

[3]許秀飛.鋼帶熱鍍鋅技術問答[M].北京：化學工業出版社，2007.

[4]雷華北.克萊西姆焊機的應用研究[J].焊接技術，2008，37（6）：46-48.

[5]張春煜，白勞煉，祝根蓮.連續處理機組入口張力輥的傳動設計[J].軋鋼，2013，30(1):43-45.

Failure analysis and strategy of the strip continuous hot dip galvanized mash lap seam welder

CEN Yaodong1，2，CHEN Furong1
（1.Institute of Materials Science and Engineering of Inner Mongolia University of Technology，Hohhot 010051，China；2.Group Management Department of Baotou Steel(Group)Corp.，Baotou 014010,China）

The production practice of the mash seam welder of baotou strip production plant hot-dip galvanizing line was introduced. For problems like back-end pull and back-end whip of welding machine running，solved this kind of failure from the raw material control，equipment adjustment，process parameter optimization，the information of coil diameter control and other aspects，improved the welding efficiency.The guarantee for the strip continuous hot dip galvanized mash lap seam welder continuous and stable operation was provided.

hot galvanized；mash lap seam welder；back-end pull；back-end whip；strategy

TG441.4

：A

1001-2303（2015）09-0076-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.09.16

2014-04-13

岑耀東（1982—），男，內蒙古呼和浩特人，在讀博士，主要從事焊接工藝研究工作。