栾英伟，王 伟，鞠在丰

（承德钢铁集团有限公司，河北 承德 067000）

承钢冷轧事业部热镀锌产线是国内第一条高强厚规格厚锌层的热基镀锌产线，开创了国内热基镀锌产线的先河。镀锌线选用国产武汉凯奇激光焊机，同样是属于国产第一台厚规格高强重型激光焊机，根据高强厚规格的产品焊接要求，我事业部通过对焊机精度和设备功能优化，提高了高强厚规格焊接的稳定性，保证了热镀锌线的稳定运行。

1 焊接工艺过程描述

1.1 焊接工艺面描述

整个工艺过程可分为如下五个过程依次进行：

（1）带尾准备过程：从机组剪切带尾完毕开始→机组牵引带尾接近焊机入口对中装置→焊机出口挑套→机组继续牵引带尾至入口1#对中区域停止→焊机出口夹送辊压下、牵引带尾定位到剪切区域停止→焊机辅助压紧带尾→出口夹送辊打开→焊机四点对中带尾→焊机出口夹钳压紧带尾→带尾准备完毕。

（2）带头准备过程：机组夹送带头穿过入口夹送辊停止→焊机入口夹送辊压下、入口挑套→焊机夹送带头定位到剪切区域停止→焊机辅助压紧带头→入口夹送辊打开→焊机四点对中带头→焊机入口夹钳压紧带头→带头准备完毕。

（3）焊前准备过程（机内冲孔）：同时剪切头尾→冲信号孔→对接拼缝、焊接头支撑轮、碾压轮压下。

（4）焊接过程：小车移向传动侧→依次对钢板预热、预碾压、激光焊接、退火加热、碾压→焊接头、碾压轮升起→入出口夹钳打开→小车停止。

（5）剪月牙过程：焊机入出口夹送辊牵引焊缝定位到月牙剪→双侧剪头小车移向钢板停止→2侧冲剪月牙→完毕。

2 现场问题、解决措施及功能优化

镀锌线自2019年6月18日投产，激光焊机发生问题较多，尤其是对于高强厚规格焊接成功率低，已严重影响到了镀锌线生产的稳定性，所以我方技术人员对于现场所发生的各种问题分类讨论，制定相关设备优化方案，逐一解决，下面将关键设备优化介绍如下：

（1）激光头增加专用冷水机，保证激光功率稳定。激光焊机原设计的激光头冷却水和激光器冷水机使用同一个冷水机，但供水管路长，长期使用过程中水质容易受污染，且激光头冷却水管细（直径为8mm），冷却块小，如果流量不足或者出现堵塞的情况，激光功率会衰减，严重堵塞时会直接损坏；我方决定为激光头增加了专用的冷水机，并增加了流量报警和堵塞报警，确保激光功率稳定，延长激光头的使用寿命。

（2）焊机后退火装置优化。焊机在焊接高强厚规格带钢时，必须对焊缝记性退火处理，增加焊缝的强度，保证焊缝质量。在焊接厚带钢过程中，由于钢板厚且硬，退火装置上的隔热云母片受热变形后存在和带钢刮蹭的情况，刮蹭会导致云母片脱落损坏。鉴于此种情况，我方技术人员研究将后退火装置云母片保护铜板重新加工制作，增加卡槽，将云母片镶嵌在卡槽里；另重新制作装置底座，在保证退火效果的前提下，将后退火装置整体降低5mm，避免剐蹭情况的发生。

（3）挥设备潜力，保证充足焊接时间。在焊接高强厚规格带钢时，总是出现焊接质量不好，导致多次重焊，产线停车，我方技术人员基于此情况，提高了焊机甩尾和穿带速度，降低入出口起套的套量，减少入口建张的时间，同时优化焊接参数，减少焊接时间，成为了重点的研究问题。经研究焊机入出口夹送辊液压马达发现，液压马达的能力仅适用了45%左右，穿带和甩尾提速可以实现，随即调节液压马达的速度，提升至55m/min，使甩尾的速度提升了近一倍，大大降低了甩尾时间（大约降低了15s）。同时优化入口段的程序，将1#张力辊和焊机入口夹送辊多转0.4s时间，减小出口套量，大大降低了焊接完成后入口段建张的时间（大约降低了10s左右）。为焊接失败后再次重焊创造条件，最大限度减低了焊机焊接一次不成功造成的风险，保证了工艺段的稳定运行。

3 制定标准和数据库优化

（1）制定合理的周期计划。对双剪切机构进行剪刃间隙测量，同时将数据记录汇总，在大数据面前形成趋势状态，进而分析剪切次数及来料规格对剪刃间隙的影响。（见图1）

图1 剪刃趋势

通过测量结果发现，剪刃间隙的直线度对剪切的影响在不同板宽和不同板厚的情况下有着很大不同的结果。

（2）测试夹钳动作，通过在夹钳台内测进行夹钳台焊接位与剪切位的联动测试，观察设备动作曲线，观察百分表数值变化，调整伺服阀参数，使得曲线趋于理想状态。（见图2）[4]。

图2 夹钳动作测试

（3）合理优化焊接参数数据库，焊接参数是由程序号、钢种1、钢种2、厚度范围下限、厚度范围上限、焊接速度、离焦量、操作侧间隙、传动侧间隙、填丝速度、激光功率、激光头压力、预加热功率、后退火功率等相关参数组成，数据库参数即为焊接配方，根据不同的钢种，选择的程序号是不同的，不过数据库参数 是有规律可循的，如何掌握这三千组数据库参数的规律，以及优化好这三千组数据参数的实用性，是本次研究的重点和难点。通过大量的焊接曲线分析研究发现，对应不同的间隙精度，使用的焊接参数是不同的。焊接参数数据库首先要有合理的参数选择。就本次研究，首先发现参数数据库是不正常的，首先恢复参数数据库的合理性。按照一个合理的区间来调整同一钢种的焊接数据库，满足焊接需求。钢种库中共有15种焊接钢种，分别对应1～15不同硬度的钢种，每个钢种又在厚度上进行上下极限的分类。

数据库组成是由于厚度的分组不同，注意厚度分组间隔，如表1所示。

表1 焊接厚度范围

注意观察程序号1、23、24对应的厚度差为0.3mm，而程序号25对应的厚度范围为0.4mm，其余数据厚度差范围均为0.2mm，这就组成了25组程序号，共15个钢种，经排列组合即组成了三千个程序号的数据库。

使用2.0mm～3.0mm厚度范围内的带钢进行焊接数据库标定是相对理想的。通常用2.0mm厚度或2.5mm厚度带钢进行焊接，标定该钢种数据库。标定后的拼缝实际值测量值必须用塞尺测量，测量结果对比焊接时的拼缝间隙，与夹钳的补偿间隙做到心中有数。注意QCDS系统拼缝传感器的拼缝间隙仅供参考，因为该测量间隙为焊接前间隙，受版型钢种，光线亮度等影响，不是真正意义的拼缝间隙。塞尺测量值要与历史曲线中标定数据库后的QCDS曲线进行比较得出最佳间隙值[2,3]。

理论标定完成后还要通过实际焊接对不同厚度的具体参数实际进行校准。实际校准后的焊接参数数据库保存在焊机PLC程序中，同时会定期在焊接工程师站电脑中备份。可以通过焊机工程师站的软件进行数据库维护上传与下装。

（4）优化拼缝补偿参数数据库，焊机拼缝补偿参数数据库是焊机因为剪刀的磨损，在不同板宽影响下，对拼缝间隙进行的补偿。与米巴赫焊机原理相同，剪刃间隙不能自动调节，因此要进行手动根据剪刃磨损情况进行补偿，补偿参数数据库可实现针对不同厚度（将焊接材料按厚度分组分为十组）的带钢进行平移补偿与间隙补偿及重焊间隙补偿。合理的补偿参数数据库是焊接的前提和保障。熟练操作的焊工可以根据现场实际剑刃磨损情况根据QCDS曲线提前预判进行补偿参数调整。下图为工程师站查看的补偿参数，与焊机触摸屏补偿参数页相同。根据日记，可以查看补偿参数的修改时间和修改实际实现生产过程的全记录[1]。

在优化完成后，岗位人员只需根据不同厚度不同板宽剪切间隙的磨损进行间隙补偿参数的调整。上图6可以看到平移补偿参数在10组厚度分组下均为固定值，说明焊机机械状态良好。激光头工作线与拼缝工作线重合。这里注意，重焊补偿参数要根据自动模式下重焊后的间隙进行调整，如果调整重焊补偿参数时相对比较耗时。进行该参数调整时不要调整补偿参数，仅调整重焊补偿参数。

4 结语

经过对焊机的研究分析和各种功能优化，2020年10月至2021年3月重焊率纪录低至千分之0.8（行业标准保证值2%,德国米巴赫，日本TMEIC，国产宝焊等焊机），其中2020年11月和2021年1月、2月镀锌一次焊接成功率100%，尤其是在高强度厚规格焊接（强度590MPa，厚度6mm）已经可以实现稳定焊接。镀锌焊机的稳定性是全线连续稳定的前提与保障，可靠的焊机运行为工艺段能够更好的处理化学反应完成镀锌过程创造了最佳的运行保障，保证了镀锌线的长期稳定运行，提高了质量的稳定性，特别是对于高强度厚规格这类高附加值产品的稳定生产提供了强有力的保证。