首钢京唐酸轧联合机组激光焊机是从日本TMEIC公司引进的,是机组最关键的设备之一。它的作用是对热轧带钢的带头、带尾进行焊接,以保证机组的连续运行,因此它的焊接质量和焊接周期将直接影响机组的正常运行。
此焊机的焊机范围比较广,可焊接高硅钢、高强钢、不锈钢及低碳钢等钢种。它的自动化程度比较高,多处采用伺服系统进行控制,如焊接小车的移动、X轴的调整、喂丝系统等采用伺服电机控制,对焊缝的质量采用监测系统进行控制。
2 焊机的构成
2.1 焊接小车
小车的主体为C型框架结构,通过伺服马达的驱动和轨道上的线形轴承在轨道上滑动。小车上安装了用于剪切带头和带尾的双切剪,剪刃的倾斜角度为2°,可以根据不同的带钢厚度自动调整剪刃间隙,剪刃的间隙调整范围为0-0.6mm,调整精度为0.05mm,最小间隙为理论值。
剪刃间隙的计算方法为:S=t×5%
S为剪刃间隙,t为带钢的厚度,入口和出口侧的剪刃间隙可独立计算调整
剪刃间隙通过带编码器的液压缸驱动楔形块进行调整,并有一个额外的液压缸锁定剪刃间隙,剪切时通过安装在剪刃两端的导向销来正确定位,以保证剪切的精度。
2.2 入口夹钳
入口夹钳主要用于将尾带的带头夹紧,保证双切剪剪切的精度,另外入口夹钳还具有高度调节功能、带钢横向对中、两带钢间隙调整功能。
(1) 高度调整:当前后带钢的厚度不同时,入口夹钳会自动调整入口带钢的高度,使其厚度中心与出口带钢的厚度中心一致。高度调整通过带编码器的液压缸驱动楔形块来实现,高度调整范围为?1?―?1?,调整精度为±0.1?。
(2) 横向对中:当前后带钢的宽度不一样时,入口夹钳横向对中装置会自动进行横向对中,使前后带钢中心线处在同一直线上,达到对中的目的。横向对中装置也是通过带有编码器的液压缸驱动楔形块来实现,横移调整行程为?50?―?50?,精度为±3?。
调整量计算公式如下:Wc=Wd -{ ( | Wl -Wt | ) / 2 }
说明:Wc为横向调整的距离,Wd为焊接小车操作侧光电开关检测的带钢宽度差,Wl为前带宽度,Wt为后带宽度。
(3) 间隙调整:根据带钢的厚度和材料的不同,两带钢间的焊接间隙可以进行微调,可以通过喂丝系统填入焊丝,以获得高质量的焊缝。焊丝喂入速度的调整通过伺服马达实现,喂丝速度范围为1―10m/s。间隙调整通过带有编码器的液压缸驱动楔形块来实现,间隙调整范围为0?―?1?,精度为±0.05?。
2.3 出口夹钳
出口夹钳固定在底部基座上,具有很高的稳固性,工作头的导轨安装出口夹钳上,保证工作头能够在移动中获得很高的精度。另外激光传输管路也固定在出口夹钳上,是震动减小,激光光路的维护周期也变长。
2.4 入口和出口侧导位
入口、出口侧导位主要是对前后带钢进行宽度检测,它通过液压马达驱动丝杠,驱动侧丝杠为左旋结构,操作侧丝杠为右旋结构,通过丝杠的旋转驱动两个带导位辊机构,这个机构上安装了两对光电开关,以检测带钢的边部。在丝杠右侧安装了一个旋转编码器,用来计算导位辊的行程。
宽度的计算方法:
W=S-(S1+S2)
W为带钢宽度,S为两个导位辊之间的距离,S1为编码器操作侧的测量值,S2为编码器在工作侧的测量值
2.5工作头
工作头固定在焊接小车操作侧,沿出口夹钳上的轨道与生产线垂直的方向移动,与焊接小车共用一个伺服马达,它主要作用是对传输过来的激光进行定位。
(1) 高度(Z轴)方向定位:激光束经过聚焦以后,焦点的位置可以微调,调整范围为8-16?,精度为±0.05?,这个值一般是固定的,焦点固定在带钢的底部,只有在激光束出现偏移或者对激光光路进行维修时,才微调这个值,由带编码器的液压缸驱动楔形块来完成。激光束的焦点位置可以通过三点测试来检验。
(2) 生产线(X轴)方向定位:同样在X轴方向,工作头也是可以调整的,调整范围为-1―+1?,精度为±0.05?,这个值也是固定的,激光束焦点的移动轨迹应当与焊接线重合。如果出现焊偏的情况,就应该调整工作头X轴的位置了。由伺服马达驱动丝杠,丝杠带动横移装置来完成。
另外碾压辊和调整辊也固定在工作头上,碾压辊的作用主要是对焊缝进行碾压,以改善焊缝的平整度;调整辊的作用主要是减小两带钢之间的间隙。
2.6 退火系统
退火系统由感应器和冷却装置组成,退火感应器安装在工作辊和碾压辊之间,主要是对焊缝进行回火处理,以改善焊缝的力学性能和消除内部应力,一般焊接低碳钢是不用此装置,如果需要焊接碳当量比较高的钢种,如高硅钢等钢种时则需要进行退火。冷却装置为感应器提供冷却水,避免冷却器由于过热而烧毁。
2.7 激光源及激光传输系统
激光源采用德国TRUMPF公司生产的激光发生器,激光的功率为12KW,产生激光的气体为CO2、He和N2,光束的直径为30?。激光源冷却系统,对激光源及外光路的反射镜进行冷却。
3 结语
次焊机的整体机械结构比较紧凑,焊接动作流畅,焊接频率可根据生产线的速度进行调整,最高4分钟焊接一次,每次的焊接周期根据带钢的宽度、厚度、材质的不同在66-99秒不等,在国内属于比较先进的机型。
