康建華

（河鋼集團(tuán)邯鋼冷軋廠，河北 邯鄲 056015）

窄搭接焊接是冷軋薄板連續(xù)生產(chǎn)線的重要設(shè)備，其主要作用是將前后帶鋼通過(guò)焊接方式連接在一起，從而保證機(jī)組生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。冷軋廠熱鍍鋅生產(chǎn)線具有生產(chǎn)節(jié)奏快，連續(xù)性強(qiáng)的特點(diǎn)，一旦出現(xiàn)停機(jī)問(wèn)題則會(huì)帶來(lái)較大的損失，因而對(duì)焊機(jī)的焊接質(zhì)量要求很高。邯鋼冷軋廠鍍鋅生產(chǎn)線采用法國(guó)VAI公司ML21型全自動(dòng)窄搭接焊機(jī)，該設(shè)備具有自動(dòng)化程度高，焊接效率高，檢修維護(hù)方便，搭接量連續(xù)可調(diào)的技術(shù)特點(diǎn)，在生產(chǎn)中體現(xiàn)出良好的適用性。窄搭接焊機(jī)焊接操作中，電流、焊輪壓力、搭接量、焊接速度、焊接件表面清潔度等是影響焊接質(zhì)量的重要因素，因此，為保證焊接質(zhì)量和鍍鋅生產(chǎn)的連續(xù)性、穩(wěn)定性，必須對(duì)上述影響因素加以嚴(yán)格控制。

1 窄搭接焊機(jī)設(shè)備及工藝介紹

邯鋼冷軋廠熱鍍鋅生產(chǎn)線采用法國(guó)VAIML21型全自動(dòng)窄搭接焊機(jī)。該焊機(jī)主要由機(jī)械執(zhí)行部分、焊機(jī)電氣設(shè)備部分、自動(dòng)化控制系統(tǒng)等幾部分組成。其中機(jī)械執(zhí)行部分包括:入口活套、對(duì)中設(shè)備、入口夾緊臺(tái)、焊機(jī)小車(chē)、出口夾緊臺(tái)、月牙剪等；焊機(jī)電氣及自動(dòng)控制系統(tǒng)包括：PLC、焊機(jī)交互界面計(jì)算機(jī)、電源單元。焊機(jī)相關(guān)工藝參數(shù)如下:最大焊接能力厚度2mm，寬度1650mm；帶鋼運(yùn)行方向?yàn)椴僮鱾?cè)觀察自右向左運(yùn)行；焊機(jī)小車(chē)速度3～20m/min；搭接量調(diào)整范圍，操作側(cè)和驅(qū)動(dòng)側(cè)均為0～6mm；夾緊壓力最大75KN；剪刃長(zhǎng)度193mm；焊輪為三級(jí)銅合金材質(zhì)，直徑305mm，厚度16mm。

2 窄搭接電阻焊接的基本原理

窄搭接電阻焊接主要應(yīng)用了電阻加熱的原理，是通過(guò)對(duì)兩塊搭接在一起的帶鋼材料，對(duì)其施加以適當(dāng)?shù)碾娏?，利用材料本身和材料搭接處的集中電阻產(chǎn)生的熱量，最終將兩塊帶鋼熔化焊接在一起的熱焊接工藝。焊接時(shí)，焊機(jī)對(duì)焊接件上下兩側(cè)焊輪施以一定的電流，并使電阻做功發(fā)熱（包括焊件本身電阻、帶鋼接觸電阻、電極與焊件間的接觸電阻），隨著通電時(shí)間的延續(xù)和電阻熱量的不斷聚集，金屬件搭接處的溫度會(huì)持續(xù)升高，達(dá)到其熔點(diǎn)時(shí)致使焊接件金屬局部熔化，從而使焊件被牢牢地焊接在一起。其焊接原理可用如下數(shù)學(xué)公式表示:

式中Q為熱量，I為電流，R為電阻，t為通電時(shí)間

由以上公式可看出，電流大小、電阻阻值、通電時(shí)間是影響焊接的幾個(gè)關(guān)鍵性的參數(shù)量，均為可調(diào)參數(shù)，可在焊接操作中對(duì)以上參數(shù)加以調(diào)整，以根據(jù)生產(chǎn)需要和不同材料的阻熱性能實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接工藝的控制。比如對(duì)于電阻率高，產(chǎn)熱易而散熱難的材料，如不銹鋼等，可適當(dāng)減小電流，降低通電時(shí)間；而對(duì)于電阻率較低的材料，如鋁合金等，為獲得同樣大小的焊核，則必須適當(dāng)延長(zhǎng)通電時(shí)間，加大電流。

3 影響窄搭接焊機(jī)焊接質(zhì)量的因素分析與研究

3.1 焊接電流

焊接電流是電阻加熱的熱能來(lái)源，是影響焊接工藝操作和質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)，由焊接接頭產(chǎn)生的熱量公式可知電流對(duì)產(chǎn)熱的影響比電阻和時(shí)間都大，焊接電流過(guò)大或是過(guò)小都會(huì)造成焊接熱量以及帶鋼焊接質(zhì)量的較大波動(dòng)。如果電流過(guò)大，產(chǎn)生的熱量較多，容易造成過(guò)熔、燒穿或是接頭材料熱變，使材料脆化；電流過(guò)小，則產(chǎn)生的熱量不足，易導(dǎo)致焊接不牢，在機(jī)械作用下易導(dǎo)致焊接處斷開(kāi)。電流過(guò)大或是過(guò)小都不利于帶材的搭接焊接，都極大地增加了生產(chǎn)線帶鋼斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，影響生產(chǎn)的連續(xù)性。因此，在焊接時(shí)應(yīng)根據(jù)帶鋼規(guī)格、種類、搭接量等，正確設(shè)置焊接電流；同時(shí)，還要在生產(chǎn)中加強(qiáng)對(duì)焊接質(zhì)量的檢測(cè)，并根據(jù)實(shí)際情況不斷調(diào)整電流大小，以確定不同條件下最為合理優(yōu)化的電流值。

3.2 焊輪壓力

根據(jù)焊接熱量公式可知，電阻也是影響接頭熱量和焊接質(zhì)量的重要因素，而電阻值的大小變化則與焊輪壓力變化有關(guān)，兩者呈反比例關(guān)系。在焊接生產(chǎn)實(shí)際中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)焊輪變形或是焊輪粘接鋼板的情況，并導(dǎo)致焊縫過(guò)燒或焊接不牢，這與焊接溫度和焊輪壓力變化有直接的關(guān)系。焊接時(shí)，焊輪工作面直接接觸高溫焊接區(qū)表面，焊輪瞬間處于臨界高溫軟化的狀態(tài)，如果焊輪壓力輸出值出現(xiàn)較大的波動(dòng)變化，則容易使焊輪表面因高溫壓潰作用而發(fā)生變形，使焊輪與搭接接觸面增大。接觸面的增大會(huì)使電流在搭接區(qū)出現(xiàn)分流，在電流一定的情況下，由于局部熱量不足繼而導(dǎo)致焊核變小，焊接強(qiáng)度不足和虛焊等缺陷。此外，焊輪與搭接接觸面的增大還會(huì)造成該區(qū)域電阻的增大，引起焊輪表面的粘附現(xiàn)象。對(duì)此，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)鋼規(guī)格、種類、搭接量等合理設(shè)置焊輪壓力，在保證穩(wěn)固焊接的同時(shí)，避免焊輪出現(xiàn)高溫壓潰。

3.3 電極壓力

電極壓力變化將導(dǎo)致工件與電極間接觸面積的變化，繼而影響電流線的分布。電極壓力增大使金屬的塑性和彈性變形增加，有利于破壞不良導(dǎo)體膜和壓平接觸面，使接觸面增大，接觸電阻減小。焊接接頭強(qiáng)度總是隨著電極壓力增大而降低，為了避免因此而造成的焊縫斷裂，可通過(guò)適當(dāng)較低焊接速度或是加大焊接電流來(lái)保證焊接接頭所需的強(qiáng)度。

3.4 焊接速度

焊接速度與焊接電流共同影響焊接效果，兩者可以在一定范圍內(nèi)相互補(bǔ)充，以獲得最為理想尺寸和強(qiáng)度的焊縫。為保證焊縫尺寸和強(qiáng)度，鋼材窄搭接焊接可采用大電流搭配高焊接速度和小電流低焊接速度兩種方式，選用哪種焊接方式則應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)情況和原材料特性綜合考慮。為了適當(dāng)自動(dòng)化生產(chǎn)線的高速生產(chǎn)，一般在條件允許的情況下優(yōu)先選擇大電流搭配高焊接速度的方式，并根據(jù)金屬的不同性能和厚度合理設(shè)定焊接電流和速度參數(shù)，以確保焊接質(zhì)量。

3.5 搭接量

搭接量是指兩塊帶鋼接頭重疊部分的尺寸。冷軋薄板連續(xù)生產(chǎn)線多采用窄搭接電阻焊機(jī)進(jìn)行帶鋼焊接，焊接時(shí)需要將兩塊帶鋼接頭部分重疊，從而通過(guò)電阻發(fā)熱將其熔接在一起，兩塊帶鋼搭接量越小，焊縫越容易被壓平。但如果搭接量過(guò)窄，在帶鋼端頭壓平的過(guò)程中易使其發(fā)生滑動(dòng)，導(dǎo)致焊縫開(kāi)裂，兩塊帶鋼也難以焊接；如果搭接量過(guò)大的話，接觸面的電阻值就會(huì)變得較小，產(chǎn)生的熱量也會(huì)隨之降低，其熱量不足以熔化焊接接頭，兩塊帶鋼便無(wú)法形成牢固的焊接焊核，焊縫質(zhì)量也會(huì)受到影響。對(duì)于搭接量的確定應(yīng)以保證焊縫的牢固為前提，盡量減少搭接量，否則則應(yīng)適當(dāng)加大電流，以保證焊接溫度和焊縫質(zhì)量。在選擇合適的搭接量之后，為避免焊接過(guò)程中由于焊輪和壓平輪碾壓作用而造成的搭接量變化，應(yīng)在傳動(dòng)側(cè)搭接量的基礎(chǔ)上再設(shè)置一定的搭接補(bǔ)償量，以防止焊接過(guò)程中因搭接長(zhǎng)度減小而造成的焊接異常。

3.6 帶鋼表面狀態(tài)

如果帶鋼表面清潔度不佳，粘有油污、氧化膜、焊渣等雜質(zhì)物的話，會(huì)使接觸電阻增大，影響電流值及焊輪壓力的正確設(shè)置；過(guò)厚的氧化物堆積甚至?xí)纬山^緣，使電流無(wú)法通過(guò)。氧化層的不均勻分布還會(huì)使各焊點(diǎn)加熱不一致，導(dǎo)致焊縫質(zhì)量波動(dòng)。對(duì)此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)帶鋼表面的清潔，不定期用高壓氣槍對(duì)焊接進(jìn)行清掃。