影响窄搭接焊机焊接质量的因素分析与研究

康建华

（河钢集团邯钢冷轧厂，河北 邯郸 056015）

窄搭接焊接是冷轧薄板连续生产线的重要设备，其主要作用是将前后带钢通过焊接方式连接在一起，从而保证机组生产的连续性和稳定性。冷轧厂热镀锌生产线具有生产节奏快，连续性强的特点，一旦出现停机问题则会带来较大的损失，因而对焊机的焊接质量要求很高。邯钢冷轧厂镀锌生产线采用法国VAI公司ML21型全自动窄搭接焊机，该设备具有自动化程度高，焊接效率高，检修维护方便，搭接量连续可调的技术特点，在生产中体现出良好的适用性。窄搭接焊机焊接操作中，电流、焊轮压力、搭接量、焊接速度、焊接件表面清洁度等是影响焊接质量的重要因素，因此，为保证焊接质量和镀锌生产的连续性、稳定性，必须对上述影响因素加以严格控制。

1 窄搭接焊机设备及工艺介绍

邯钢冷轧厂热镀锌生产线采用法国VAIML21型全自动窄搭接焊机。该焊机主要由机械执行部分、焊机电气设备部分、自动化控制系统等几部分组成。其中机械执行部分包括:入口活套、对中设备、入口夹紧台、焊机小车、出口夹紧台、月牙剪等；焊机电气及自动控制系统包括：PLC、焊机交互界面计算机、电源单元。焊机相关工艺参数如下:最大焊接能力厚度2mm，宽度1650mm；带钢运行方向为操作侧观察自右向左运行；焊机小车速度3～20m/min；搭接量调整范围，操作侧和驱动侧均为0～6mm；夹紧压力最大75KN；剪刃长度193mm；焊轮为三级铜合金材质，直径305mm，厚度16mm。

2 窄搭接电阻焊接的基本原理

窄搭接电阻焊接主要应用了电阻加热的原理，是通过对两块搭接在一起的带钢材料，对其施加以适当的电流，利用材料本身和材料搭接处的集中电阻产生的热量，最终将两块带钢熔化焊接在一起的热焊接工艺。焊接时，焊机对焊接件上下两侧焊轮施以一定的电流，并使电阻做功发热（包括焊件本身电阻、带钢接触电阻、电极与焊件间的接触电阻），随着通电时间的延续和电阻热量的不断聚集，金属件搭接处的温度会持续升高，达到其熔点时致使焊接件金属局部熔化，从而使焊件被牢牢地焊接在一起。其焊接原理可用如下数学公式表示:

式中Q为热量，I为电流，R为电阻，t为通电时间

由以上公式可看出，电流大小、电阻阻值、通电时间是影响焊接的几个关键性的参数量，均为可调参数，可在焊接操作中对以上参数加以调整，以根据生产需要和不同材料的阻热性能实现对焊接工艺的控制。比如对于电阻率高，产热易而散热难的材料，如不锈钢等，可适当减小电流，降低通电时间；而对于电阻率较低的材料，如铝合金等，为获得同样大小的焊核，则必须适当延长通电时间，加大电流。

3 影响窄搭接焊机焊接质量的因素分析与研究

3.1 焊接电流

焊接电流是电阻加热的热能来源，是影响焊接工艺操作和质量的关键参数，由焊接接头产生的热量公式可知电流对产热的影响比电阻和时间都大，焊接电流过大或是过小都会造成焊接热量以及带钢焊接质量的较大波动。如果电流过大，产生的热量较多，容易造成过熔、烧穿或是接头材料热变，使材料脆化；电流过小，则产生的热量不足，易导致焊接不牢，在机械作用下易导致焊接处断开。电流过大或是过小都不利于带材的搭接焊接，都极大地增加了生产线带钢断裂的风险，影响生产的连续性。因此，在焊接时应根据带钢规格、种类、搭接量等，正确设置焊接电流；同时，还要在生产中加强对焊接质量的检测，并根据实际情况不断调整电流大小，以确定不同条件下最为合理优化的电流值。

3.2 焊轮压力

根据焊接热量公式可知，电阻也是影响接头热量和焊接质量的重要因素，而电阻值的大小变化则与焊轮压力变化有关，两者呈反比例关系。在焊接生产实际中，有时会出现焊轮变形或是焊轮粘接钢板的情况，并导致焊缝过烧或焊接不牢，这与焊接温度和焊轮压力变化有直接的关系。焊接时，焊轮工作面直接接触高温焊接区表面，焊轮瞬间处于临界高温软化的状态，如果焊轮压力输出值出现较大的波动变化，则容易使焊轮表面因高温压溃作用而发生变形，使焊轮与搭接接触面增大。接触面的增大会使电流在搭接区出现分流，在电流一定的情况下，由于局部热量不足继而导致焊核变小，焊接强度不足和虚焊等缺陷。此外，焊轮与搭接接触面的增大还会造成该区域电阻的增大，引起焊轮表面的粘附现象。对此，生产中应根据钢规格、种类、搭接量等合理设置焊轮压力，在保证稳固焊接的同时，避免焊轮出现高温压溃。

3.3 电极压力

电极压力变化将导致工件与电极间接触面积的变化，继而影响电流线的分布。电极压力增大使金属的塑性和弹性变形增加，有利于破坏不良导体膜和压平接触面，使接触面增大，接触电阻减小。焊接接头强度总是随着电极压力增大而降低，为了避免因此而造成的焊缝断裂，可通过适当较低焊接速度或是加大焊接电流来保证焊接接头所需的强度。

3.4 焊接速度

焊接速度与焊接电流共同影响焊接效果，两者可以在一定范围内相互补充，以获得最为理想尺寸和强度的焊缝。为保证焊缝尺寸和强度，钢材窄搭接焊接可采用大电流搭配高焊接速度和小电流低焊接速度两种方式，选用哪种焊接方式则应根据生产情况和原材料特性综合考虑。为了适当自动化生产线的高速生产，一般在条件允许的情况下优先选择大电流搭配高焊接速度的方式，并根据金属的不同性能和厚度合理设定焊接电流和速度参数，以确保焊接质量。

3.5 搭接量

搭接量是指两块带钢接头重叠部分的尺寸。冷轧薄板连续生产线多采用窄搭接电阻焊机进行带钢焊接，焊接时需要将两块带钢接头部分重叠，从而通过电阻发热将其熔接在一起，两块带钢搭接量越小，焊缝越容易被压平。但如果搭接量过窄，在带钢端头压平的过程中易使其发生滑动，导致焊缝开裂，两块带钢也难以焊接；如果搭接量过大的话，接触面的电阻值就会变得较小，产生的热量也会随之降低，其热量不足以熔化焊接接头，两块带钢便无法形成牢固的焊接焊核，焊缝质量也会受到影响。对于搭接量的确定应以保证焊缝的牢固为前提，尽量减少搭接量，否则则应适当加大电流，以保证焊接温度和焊缝质量。在选择合适的搭接量之后，为避免焊接过程中由于焊轮和压平轮碾压作用而造成的搭接量变化，应在传动侧搭接量的基础上再设置一定的搭接补偿量，以防止焊接过程中因搭接长度减小而造成的焊接异常。

3.6 带钢表面状态

如果带钢表面清洁度不佳，粘有油污、氧化膜、焊渣等杂质物的话，会使接触电阻增大，影响电流值及焊轮压力的正确设置；过厚的氧化物堆积甚至会形成绝缘，使电流无法通过。氧化层的不均匀分布还会使各焊点加热不一致，导致焊缝质量波动。对此，应加强对带钢表面的清洁，不定期用高压气枪对焊接进行清扫。