研究成果报告及效用情况说明5

2014年度研究成果报告及效用情况说明

项目名称：油气两用燃料转换装置的研究与开发

日期：2015年2月18日

一、任务的提出

本项目是根据市场需求，针对冷轧硅钢连续退火机组的材料数据要求，研究0.3mm～1.5mm中低牌号无取向冷轧硅钢的焊接工艺。

在我公司研制本项目产品之前，国有钢铁企业中使用的连续退火带钢在线搭接缝焊机组基本上由国外进口，技术被国外公司垄断，难以实现国产工业化生产。因此我公司为突破连续机组无国产窄搭接焊接设备这一难题，进行了无取向硅钢焊接工艺的研究。

通过本项目形成的产品—全自动双焊轮窄搭接滚压缝焊机，具备焊接回火工艺特性，焊接过程中可改变钢板金相组织，满足中低牌号无取向冷轧硅钢焊接特性，适应冷轧硅钢连续退火机组的材料数据要求，能取代进口设备，加快推进带钢冷轧连续生产线的国产化。

二、采用的技术原理

本项目旨在研究中低牌号无取向硅钢焊接工艺，由于硅能显著提高钢的弹性极限、屈服点、抗拉强度。硅钢板带含硅元素增加，会降低钢的焊接性能，板带特性呈现硬而脆，导热性和韧性下降，是异常难焊接的合金板带。电阻缝焊是由焊轮上电流I通过板带搭接部分一定的电阻R，经过一定的时间T而产生热量Q来熔接板带搭接处，硅钢板带硬而脆，因而设计回火轮装置，使得两个电极轮电流I1、I2先后通过板带搭接部分具有两个可无极改变的电阻R1、R2.经过一定的时间T产生热量Q1、Q2.来熔接板带搭接处。由此过程，焊接轮在焊接后，回火装置随及进行退火处理，此次研究所形成的产品正是利用了这一原理来实现对硅钢板带的焊接。

该系统框图如下：

在焊接过程中，焊接电流I （I 的大小可直接在焊接控制器中设置（改变可控硅的导通角即可实现）、焊轮压力（自动调节）、回火轮压力（自动调节）等参数均为可调参数，且可将焊接压力、回火压力、回火温度等焊接工艺测量参数输入至PLC 并加以显示。

三、研究工作的具体实施

本项目于2013年1月立项，针对中低牌号无取向硅钢的焊接特性，从机械、流体、电气、焊接工艺诸方面进行深入研究。开发的产品机械结构、电气控制系统、回火装置、焊缝质量检测系统、操作软件形成了项目产品的技术集成。同年，顺利完成了机械、电气、流体的图纸设计、审核及样机组装，并对适用钢板进行了反复试焊，优化焊接工艺参数，保证了整机的稳定、可靠性。主要研究内容如下：

①焊机主机底座采用凹型结构，由钢板焊接后经过时效处理而成，整体结构牢固稳定；焊接移动小车采用“O ”形设计，减小焊机内置双刃剪剪切时的振动，焊轮焊接时平稳，保证了焊接质量。

②入口对中采用了上下双层结构形成双通道设计，每通道结构基本相同，均有四点对中、一个挑套气缸和挑套辊，其功能是将上通道的带钢转向进入水平通道。对中机构采用气缸驱动，在齿轮齿条的联380V A B

动下同时带动相向移动的靠板，靠板行程定位由一个定位机构完成，该机构由限位挡块、丝杆、连接器、编码器组成，限位挡块的位置能限制机械靠板移动终点的位置，因此，对中定位是根据输入板宽数据，由三相交流电机及编码器通过计算自动控制限位挡块的位置，从而实现自动对中定位。

另外，对中装置上安装了一付挑套辊，在对中前顶起（气动）钢板，形成一个小活套，这样便于靠板对中，同时入口活套也为入口带头搭接时留足送进的钢板用量（约100mm+搭接量）。在双通道入口对中平台的汇合处上，装有自反射光电开关，信号送入机组PLC，用于机组甩尾和穿带定位。此设计减少了钢板穿带时间，提高了机组生产能力。

③本项目产品为无人操作全自动化机型。为此引用进口红外传感器，检查焊缝质量。当物体温度处于绝对零度以上时，其内部带电粒子的热运动就会向外发射出红外线。物体的温度越高，辐射出来的红外线就会越多，红外辐射的能量也就越强。红外温度是基于物体红外辐射的能量大小及其波长的分布，与物体表面温度的对应关系，并通过对物体自身辐射的红外能量的测量，来准确地测定物体的表面温度。在进行焊接时，钢板表面的温度就是采用此控制技术而需要检测的物体。与热电偶、热电阻等常规温度传感器相比，红外温度计具有测温范围宽、寿命长、性能可靠、反应极快和非接触性等诸多优点。另外，红外温度计还特别适合测量腐蚀性的介质和运动物体的温度，而且不会破坏到被测对象的温度场。提高了焊缝过带成功率，提升了机组工作效率。

研究开发方法：

首先对中低牌号无取向硅钢材料及其结构形式进行深入的分析，由此确定焊接方法及焊接材料，选定合适的焊接工艺参数，主要包括焊接电流、焊接压力、焊接速度等，保证无缺陷的焊缝成型；其次，项目产品应满足冷轧硅钢连续退火机组生产要求，保证接头质量及生

产率。

工艺流程：

①出口带尾动作：

带尾牵引到剪切位

出口带尾挑套→对中→夹紧

②入口带头动作：

带头牵引到剪切位

入口带头对中→夹紧→挑套

③入、出口剪切、搭接动作：

带头带尾剪切

搭接

双焊轮（上轮）和上碾压轮下降

头尾对齐（如有必要，手动操作）

④焊接程序：

“O”形架移动

检测焊接轮接触钢带边部

接通焊接电流，开始焊接

检测回火轮离开钢带边部

关闭焊接电流，焊接结束

双焊轮（上轮）和碾压轮上升

入、出口夹钳打开（送出焊缝牵引请求信号）

“O”形架返回

在线修轮

下轮高度调整

达到的各项考核指标完成情况：

2013年9月，整机组装完工后，项目组进行了检测，产品机械强度厚重、可靠，在高压力高速下不变形，底座轨道平行精度非常高；焊接板材的热量分布均匀，焊接热量恒定，焊缝表面光整，缝色均匀，

足够的强度及良好的成形性，能够满足冷轧无取向硅钢的焊接要求。现已结案转产，推向市场。

四、解决的关键技术和创新之处

①机械构造改进

改变传统的设计方式，把剪切部分（上剪刀驱动装置，下剪切驱动装置）往传动侧后移，把两个焊接变压器往操作侧前移，整个焊接小车框架支撑轴的重心由操作侧移到传动侧，则剪刀剪切时，框架钢结构变形量变小了，继而也改变了从操作侧往传动侧方向的焊接，则该焊接方向运行时，焊缝效果平稳性得到很好的提升。

②焊轮装置及回火轮装置

本项目是针对硅钢焊接工艺来设计的。在原有的焊轮装置后面加入一个回火装置，焊接轮在第一道焊接后，回火装置马上进行退火处理，改变硅钢搭接部分的金相组织，让硬而脆的钢板具有有效的焊接性能。

③焊接监视及质量判定系统

焊接监视系统通过PLC采集到的当前数据在操作站HMI界面下进行显示，记录所有焊接过程参数，并进行自检和分析。焊接质量判定系统根据所测焊接数据，即时地对焊缝做出质量评定，使焊机对钢板焊缝质量好坏的辨别更加直观。

五、获得的研究成果

达到的技术经济指标：

①可焊材料：中低牌号无取向冷轧硅钢

②可焊材料规格：宽度800～1300mm

厚度0.3mm～1.5mm（+/－10%）

③带钢机械强度抗拉强度σb≤850～1350MPa

屈服强度σs≤600～950MPa

④焊接速度6～10m/min