冷轧PL-TCM 机组激光焊接机的应用及维护

林 伟

（本钢板材冷轧总厂，辽宁本溪 117000）

0 引言

在冷轧生产工艺中，酸轧机联合机组的生产工艺方案得到业界广泛认可和使用。为了维持PL-TCM 单元的连续、稳定运行，焊机在应用中起着重要的作用。本钢冷轧厂有4 台在线应用焊机，其中闪光焊机2 台、激光焊机2 台。本钢冷轧厂的焊机经历了两代发展，将一冷分厂引进的二手FBW64 型CLECIM 闪光焊机作为第一代。第二代以MIEBACH 激光焊接机被引入到以汽车座椅、家电座椅、高强度钢为产品的POSCO 冷轧和高强度钢的三冷轧工程中。激光焊机不仅满足技术要求，而且焊缝质量高、焊后板型良好，同时焊接周期短，为机组单位时间内提高材料形成率奠定基础。

1 冷轧工艺介绍

冷轧生产工艺一般包括原料准备、酸洗、轧制、脱脂、退火（热处理）、精加工等，冷轧应以热轧产品为原料，冷轧前原料应先除磷，保证冷轧产品表面清洁轧制是使材料变形的主要工序。脱脂的目的是为了在退火时不污染钢材表面，除去轧制时附着在轧制材料上的润滑脂，对不锈钢也防止增碳退火包括中间退火和成品热处理以恢复材料的塑性并降低金属的变形阻力。成品热处理的目的是通过再结晶除去固化另外，根据产品的技术要求，得到必要的组织（例如各种纹理等）和产品性能（如拉深、电磁性能等）。精加工包括检查、剪切、矫正（平整）、印刷、分类包装等内容轧制硅钢片时，在冷轧前进行脱碳退火，轧制后进行涂膜、拉伸矫正（参照张力矫正）等。

2 激光焊机的组成和工作原理

激光焊机由三大部分组成，分别为钢板出口段、钢板入口段、焊机本体。

2.1 出口段设备

（1）提升辊。提升辊位于夹送辊架上，目的是支撑钢板。当带钢高速运行时提升辊略微抬起，经过剪切过后的钢板尾部到达焊机时，提升辊落在夹送辊前。在焊机准备和焊接过程中，它始终保持落下状态顶弯新月后，提升辊迅速支撑，固定焊后钢板两个上升气缸分别安装在钢板两侧执行举升和落下的环节。

（2）钢板夹送辊。它主要用于运送前一卷的带尾部分，底辊（即传动辊）安装在焊机水平线下，当摆动辊动作时，由液压齿轮马达驱动在摆动辊后部安装的RT 计数编码器工作，以计算出钢板头部分到剪刀下的有效距离和钢板实际位置。

（3）活套辊。为不影响后续焊接，在焊机前后方各形成一个隆起的活套，在出口段安装活套辊，气压缸推动活套起套臂上升形成钢板活套，形成完活套后快速下降至机组水平位置。

（4）钢板对中装置。钢板对中装置位于设备出口中段，包括至少两个对中单元，每个对中单元又包括升降座、调节轮及两台升降油缸，升降座上设置有左对中辊和右对中辊，两个辊之间形成钢板对中空间。升降座位于钢板对中空间，其上端面布有多个滚珠轴承、下端面安装有减速电机，而减速电机通过丝杆与左对中辊连接后驱使左对中辊沿水平方向往复移动。升降座的内部安装有驱使右对中辊沿水平方向往复移动的推板油缸，对中精度为±1 mm。

（5）月牙剪。为防止带钢焊缝焊接处进炉子产生热瓢曲和浪形斜条纹等质量缺陷，必须对焊接处进行挖圆弧，也就是通常所说的月牙剪。月牙剪由液压驱动控制，其横移只能处于两个固定位置，即油缸全缩回和全伸出。当遇到前行带钢宽度大于后行带钢宽度这种模式、需要进行冲剪时，月牙剪在横移油缸驱动下沿焊缝处进入横移油缸、伸出到位，进行第一刀冲剪，激光焊完的钢板焊缝被牵引车拉移至月牙剪切口正下方，月牙剪向下方钢板边缘移动，位于两侧的位置光栅感知到位置后月牙剪立即落下，剪下刚刚焊接完成、带有溢出该部分的带钢。被切下的钢板废料头，通过输送机运送至废料斗中并进行统一处理。

2.2 入口段设备

（1）活套辊。活套辊是在焊接前将钢板向上隆起在焊机前后区域形成两个可以使用的的钢板活套，形成活套后起套辊迅速下降至水平位置。

（2）辅助钢板对齐装置。入口段安装有两套大型机械辅助钢板对齐装置，生产线上使用的钢板对中侧推机构包括左推料支架和右推料支架。料架上表面的左、右两端分别设有左推料支架和右推料支架，中部设有连接板，开关支架上设有两个行程开关。左推料支架的前后两侧分别通过螺栓螺纹固定在推料支架底板上，推料支架底板的前后两端伸出左推料支架，推料支架底板的前、后两侧分别通过螺栓固定到导向座上，料架右侧结构，位于设备两侧的位置传感器感映到信号后对齐夹紧器的停止运动完成而成为带钢对中，对中过程其精度为±1 mm。

2.3 焊机基本框架及焊机整体设备

（1）夹紧台。夹紧台分别安装在钢板入口和钢板出口侧，夹紧装置连接板的左、右两端对称设有左胶轴支座和右胶轴支座（分别固定在连接板上），入口夹紧台带着夹紧带钢来到焊接准备位置，夹紧工作台的行走由液压缸驱动（每侧行程距离约70 mm），安装工作台的两个距离编码器采集其实际行走位置。

（2）钢板弹簧U 形螺栓夹紧机构。该机构通过扭紧U 形螺栓产生轴向预紧力，保证钢板弹簧和总成的夹紧位置由限位传感器控制。带钢运行时夹钳（位于初始位置）抬起，需要夹紧钢板时夹钳落下，确保压紧装置落在钢板上、保证钢板始终不动。

（3）辅助夹紧压辊装置。在焊机的入/出口侧分别安装一套辅助夹紧压辊装置，该装置在钢板对中装置动作时起到夹紧要对中的钢板作用。辅助夹紧压辊装置由两个辊组成，上、下一组。

（4）对中装置装。在入口夹具2 和出口夹具1 上，每个对中装置由两个滑槽组成，每个滑槽连接一个对中夹具执行对中操作由液压缸和调整丝杆驱动，带钢的对中精度为±1 mm。

（5）焊接专用台车。在台车轨道上行驶，行程3650 mm，焊接台车由液压控制。

（6）PLC 机构。焊接车行驶速度的不同，通过操作信号输入装置形成前进指令信号，传感器测得液压马达转动信号，两种信号经转速控制器比较放大后输出控制电流，控制伺服阀开闭。液压泵输出相应的压力油驱动液压马达转向，构成液压马达转速的闭环控制焊接车的行驶速度和位置，编码器将检测值反馈给焊机PLC。

（7）横向切削刀具。横向切削刀具有下切削刃和上切削刃两种刀具，包括4 个刀具刃（上切、下切各两个刀具刃），横切可以同时切割头部和尾部。

（8）剪刀。传动上的刀和下的刀，上升和下降由液压缸驱动，被切下的前头碎片落在剪刀下面的废料输送机上，上刃和下刃剪切带钢后同时回到初始位置

（9）液压马达。切断切片输送机后产生的碎片输送机由液压马达驱动，液压马达安装在驱动侧

（10）冲头装置。冲头装置固定在焊机出口的上剪块上，冲头基座固定在下剪切块上。

（11）带钢边部检测器。该检测器应用于检测带钢的边部，钢板头、尾宽不同时以窄带钢为基准。

（12）激光头。焊接边缘定位激光头的前部安装在两个辊上（上、下各1 个），用于垂直调整头和尾下辊可以手动调整高度。

（13）感应加热装置（预加热）。感应加热器（简称感应器）是一种电感线圈，安装在C 形框架上，它能通过合理分布感应磁场来满足各种加热工艺，是实现各类感应加热工艺的关键部件，直接关系到加热工艺的优良。感应器必须按加热工艺制造，由于感应加热工艺种类繁多，所以感应器的规格品种也相应较多。

（14）激光焊机激光导引头。在焊接过程中，激光支撑辊导轮在带钢下部运行，焊接头导轮从上部向激光支撑辊导轮压下此方法可保证钢板在焊接过程中在水平方向上进行激光导引头始终有一对调整轮工作，在焊机机架入口处使用伺服电动机自动调整导轮的高度。

（15）焊接后加热装置。该装置固定在行走C 形框架上，在激光头和辊之间通过焊接车的带动，运行至带钢焊缝的正下方，然后自下而上加热焊接区。该功能主要应用于特殊钢种（如TRIP 钢），加热系统在焊接后增加一个加热的工作周期。

（16）轧机辊导向件。轧机辊导向件装配在焊车的操作侧，轧机在焊接过程后执行焊接部向上、向下轧制，保证焊接部平整、无超厚。如果带头和带尾的厚度不同，则仅在厚带钢上进行轧制，如有必要可手动调整下辊。

3 焊机的日常维护及特点

3.1 日常检查

（1）小车导轨：要确保导轨清洁，行车对称均匀，导轨涂轻油，防止腐蚀，发现污损的及时清理更换。

（2）冲头切刀：检查冲头和冲头切刀配合度，发现破损或裂纹时，必须同时更换冲头和冲头切刀，冲头可以修理检查废料桶是否已满及时清倒。

（3）双剪：目视检查在线刀片是否磨损、断口、平直、破碎或损坏，发生以上问题的应更换，需整体更换，放入修理好的双剪。

（4）双侧磁带输出：手动停机检查上次切割的磁带头是否输出，确认皮带输出装置正常。

（5）月牙剪：卸下检查刀片和冲模是匹配是否磨损或破碎、缺肉，再决定是否更换刀片；检查对中光栅是否清洁，用脱脂棉轻轻擦光栅同时检查废料输送带是否顺利输出废带钢。

（6）入口夹送辊：及时检查夹送辊的辊面的衬胶是否破损。

（7）夹紧台：检查夹紧台下衬板，及时清除衬板上留下的油污，检查衬板表面是否光滑，发现毛刺及时更换破损衬板。

（8）平整轮：平整轮表面脏污或异物粘接时要迅速清理平整轮表面，转动平整轮、检查转动是否平滑顺畅，处理更新损坏的平整轮，工件表面利用角磨机返修，使最后用柔软的布清洗反射箔。

（9）钢板二次感应加热器：主要作用于对带钢进行预热，感应加热器的温度和距离关键在于带钢的钢种和薄厚度，采用聚亚烷基胺的C 形支架位于感应加热器上方，阻止带钢和预加热带钢直接接触。

（10）激光焊机导向系统：主要用于固定、压接带钢，定位焊机机头和焊机头部分。对于激光下导轮表面要及时认真检查，光路和软连接是否有泄漏，传动表面的污垢或异物及时清理，否则会对焊接质量产生不良影响，造成轧机断带。

3.2 常见故障的处理

以常见的冷却单元异常为例，进行故障分析。

（1）故障现象：在激光焊机焊接时激光HMI 报警列表上，报告为“cooling unit error”红色字体闪动。

（2）可能原因：焊机冷却单元出现工作异常。

（3）处理方法：第一时间告知电气维护人员进行处理。从焊机PLC 可以看到冷却单元发生的故障，低液位报警的情况下添加冷却液后液位缓慢上升后自动复位，报警消除。若高压报警的情况下打开冷却单元的前控制面板，找到检测开关，下面有一个绿色的复位按钮就可以点击复位后，复位激光源故障。但这只是暂时的处理方法，应尽快联系维修处理。

3.3 激光焊接的主要特点

（1）速度快、深度大、变形小。

（2）能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。

（3）可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。

（4）激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5∶1，最高可达10∶1。

（5）焊接能量转换密度高：高功率激光束聚焦后，由于焦斑直径非常小，功率密度高，可达到105～108 W/cm2。