CN202111135352.4一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统及方法

权利要求

1.一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

于该系统内设有焊轮及与焊轮电连接的焊接控制器；

所述焊轮由前后呈直线布设的主焊轮、副焊轮构成；

所述焊接控制器由分别与主焊轮电连接的第一焊接控制器、与副焊轮电连接的第二焊接控制器构成。

2.根据权利要求1所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述副焊轮还设置为碾压轮。

3.根据权利要求1所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述主焊轮、副焊轮的焊接速度为10-15mpm。

4.根据权利要求1所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述主焊轮与副焊轮圆心间距设定为：

L＝C×(R+R\')，

其中，

L：主焊轮与副焊轮圆心间距，单位：mm；

C：固定系数，取值范围：1.1-1.2；

R：主焊轮直径，单位：mm；

R\'：副焊轮直径，单位：mm。

5.根据权利要求1所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述主焊轮与副焊轮为一体设置、一体驱动。

6.根据权利要求1所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述主焊轮的焊接电流为17-20KA；

所述副焊轮的焊接电流为主焊轮焊接电流的0.7-1倍。

7.根据权利要求1所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述副焊轮的焊接压力为主焊轮焊接压力的1.5-2倍。

8.根据权利要求1所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述主焊轮的直径为：

R＝(a×W)/π，

其中，

R：主焊轮直径，单位：mm；

a：固定系数，取值范围介于0.4～0.7之间；

W：为钢带宽度，单位：mm。

9.根据权利要求1所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述副焊轮的直径为：

R’＝b×R，

其中，

R’：副焊轮直径，单位：mm；

R：主焊轮直径，单位：mm；

b：固定系数，取值范围介于0.5～1.0之间。

10.一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述焊接基于单排焊的一次焊接行程，通过设置的第一次焊接与第二次碾压焊接依次作业完成。

11.根据权利要求10所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述第一次焊接由设置的主焊轮及与主焊轮电连接的第一焊接控制器完成；

所述第二次焊接由设置的副焊轮及与副焊轮电连接的第二焊接控制器完成；

所述副焊轮即为碾压轮。

12.根据权利要求11所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述主焊轮与副焊轮为一体设置、一体驱动。

13.根据权利要求11所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述主焊轮、副焊轮的焊接速度为10-15mpm。

14.根据权利要求11所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述主焊轮与副焊轮圆心间距设定为：

L＝C×(R+R\')，

其中，

L：主焊轮与副焊轮圆心间距，单位：mm；

C：固定系数，取值范围：1.1-1.2；

R：主焊轮直径，单位：mm；

R\'：副焊轮直径，单位：mm。

15.根据权利要求11所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述主焊轮的焊接电流为17-20KA；

所述副焊轮的焊接电流为主焊轮焊接电流的0.7-1倍。

16.根据权利要求11所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述副焊轮的焊接压力为主焊轮焊接压力的1.5-2倍。

17.根据权利要求11所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述主焊轮的直径为：

R＝(a×W)/π，

其中，

R：主焊轮直径，单位：mm；

a：固定系数，取值范围介于0.4～0.7之间；

W：为钢带宽度，单位：mm。

18.根据权利要求11所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述副焊轮的直径为：

R’＝b×R，

其中，

R’：副焊轮直径，单位：mm；

R：主焊轮直径，单位：mm；

b：固定系数，取值范围介于0.5～1.0之间。

说明书

一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统及方法

技术领域

本发明属于取向硅钢极薄钢带的连续过程中冷轧板钢带的生产领域，具体涉及一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统及方法。

背景技术

低铁损取向硅钢是国家推行电力工业行业节能减排政策不可缺少的一种关键软磁材料，代表了取向硅钢发展的总体趋势。为获得更低铁损的取向硅钢产品，各企业相继开发出冷轧板厚度为0.10～0.20mm的极薄产品。

目前生产取向硅钢极薄产品冷轧板的连续线通常使用电阻焊焊机进行前行钢带与后行钢带的衔接。常用的取向硅钢冷轧板电阻焊焊机，如图1所示，通过对上下焊轮或电极板施加一定电流使钢带在电流的作用下发热融化，通电的焊轮通过可移动支架由钢带的一侧移动至另外一侧，并通过碾压轮在焊缝未冷却时进行碾压形成最终焊缝。

电阻焊焊机原理是通电让上下钢带发热熔融，从而达到焊接的目的，其中发热量为

Q＝x·I ²Rt

式中：Q——发热量；

x——固定系数；

I——电流；

R——电阻；

t——焊接时间。

电流I可以通过焊机控制系统调整，电阻R可以通过焊接压力调整，焊接时间可以通过焊接速度调整。

根据以上原理当热量过高钢带被融穿时即发生爆焊，当钢带无法达到要求的熔点时即发生焊接不良。

一般钢带通常使用单排焊的方式进行焊接。但由于焊轮是由钢带的一边逐步焊接至另外一边，为使焊接开始时焊缝质量达到要求焊接开始时即需要产生足够的热量使钢带熔融，随着焊接的过程的进行热量在焊轮表面积累，当使用单排焊时热量不断积累，最终使热量足够融穿钢带而发生爆焊。特别是生产取向硅钢极薄钢带时问题尤为明显，为解决以上问题现有的解决方法有两个：

(1)增大焊轮尺寸；

(2)使用点焊的方式进行焊接，但单排点焊的焊缝强度无法满足生产需求，所以要进行双排点焊。

但以上两个解决方法都有相应的缺点。增大焊轮尺寸使设备设计和安装的难度更大；使用双排点焊的方式则需要焊轮来回焊接两次，影响了焊接效率。

如图2所示，目前对于冷轧板厚度0.2mm以上的取向硅钢产品可以使用单排焊的进行焊接。而生产0.10～0.2mm厚度产品时由于单排焊质量不稳定普遍使用双排点焊的方式进行焊接，如图3所示。

由于取向硅钢冷轧板在生产过程过对机组中央段速度要求严格，所以不仅要求焊缝质量过关，还要求焊接时间尽量短。

如上所述，在生产硅钢极薄钢带的过程中目前常用的电阻焊焊机及方法主要存在以下几方面的问题：

(1)双排点焊的耗时相对较高影响机组生产效率；

(2)焊接工艺窗口窄，容易发生虚焊或爆焊；

(3)如果使用单排焊容易发生爆焊；

(4)为解决爆焊的问题现有焊机的焊轮通常较大。

而且，极薄厚度取向硅钢冷轧板(冷轧厚度为0.1-0.2mm，Si含量为3％-4％)在焊接过程中采用单排满焊容易出现爆焊的现象。而采用点焊的方式虽然可以解决爆焊的问题，但一排焊缝的强度无法满足现场生产要求，带钢运行过程中极易发生焊缝断带。即使用点焊时需要焊接两排至三排，焊缝强度才能满足生产需要。

由于取向硅钢生产工艺要求严格，特别是脱碳退火机组要求带钢在退火炉中必须保持迅速，带钢退火炉的加减速会导致产品性能报废。因此，在取向硅钢冷轧板生产过程中不仅要求焊缝质量过关，还要在一定时间内进行，保证带钢在退火炉中匀速运行。而采用点焊需要两排至三排焊缝来保证焊缝强度，意味着需要更多的焊接时间，而更多的焊接时间需要机组拥有更长的活套来保证退火炉内带钢匀速运行(焊接时带钢停止)。

而目前现场机组的活套无法满足点焊的需求，为了在一定长度的活套内得到强度达标的焊缝，需要对焊机进行改造。

申请号为：CN201610519954.2的发明申请，公开了“一种高硅钢激光焊接方法”，其将激光焊接与辅助热源相结合，采用双面或单面焊接，利用焊接前预热控制升温速度，焊接时保温及焊接后保温缓冷控制降温速度，减少焊缝冷却过程中的温度梯度和焊接应力，实现脆性高硅钢的焊接成形。

申请号为：201210504065.0的发明申请，公开了“一种冷轧钢带焊接工艺方法”，焊接框架带着上焊轮、下焊轮、上回火轮、下回火轮向前行走；当上、下焊轮接触钢带瞬间，触发电路使可控硅导通，焊接变压器原边通电，焊接变压器副边回路闭合，电流流过钢带并通过钢带自身的电阻做功发热，当热量不断积聚致使焊接部位的金属熔融结合；当焊轮脱离钢带时焊接停止，回火轮脱离钢带时回火停止，上焊轮上回火轮抬起；焊接框架减速并停止；焊接框架高速返回行走，行至减速位置减速返回原位，焊接过程结束。

申请号为：201210196477.2的发明申请，公开了“一种碾压头及利用该碾压头实现再纳米化焊接的方法”，包括有碾压头：前冲击圆杆的下端面与压轮的下方母线在同一水平线上，前冲击圆杆的下端面与前冲击圆杆的圆周面之间具有冲击圆杆弧形过渡面，两个压轮之间的距离与前冲击圆杆的下端面的直径相等。所述方法为：一、将工件装夹在焊接平台上；二、确定对应的奥氏体转变温度；三、根据焊接工艺参数测定对应的焊接温度场；四、确定冲击碾压温度、冲击碾压力及经过动态再结晶之后的奥氏体平均晶粒大小；五、焊接；六、保温。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统及方法，其技术方案具体如下：

一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

于该系统内设有焊轮及与焊轮电连接的焊接控制器；

所述焊轮由前后呈直线布设的主焊轮、副焊轮构成；

所述焊接控制器由分别与主焊轮电连接的第一焊接控制器、与副焊轮电连接的第二焊接控制器构成。

根据本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述副焊轮还设置为碾压轮。

根据本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述主焊轮、副焊轮的焊接速度为10-15mpm。

根据本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述主焊轮与副焊轮圆心间距设定为：

L＝C×(R+R\')，

其中，

L：主焊轮与副焊轮圆心间距，单位：mm；

C：固定系数，取值范围：1.1-1.2；

R：主焊轮直径，单位：mm；

R\'：副焊轮直径，单位：mm。

根据本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述主焊轮与副焊轮为一体设置、一体驱动。

根据本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述主焊轮的焊接电流为17-20KA；

所述副焊轮的焊接电流为主焊轮焊接电流的0.7-1倍。

根据本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述副焊轮的焊接压力为主焊轮焊接压力的1.5-2倍。

根据本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述副焊轮的焊接压力为主焊轮焊接压力的1.5-2倍。

8.根据权利要求1所述的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述主焊轮的直径为：

R＝(a×W)/π，

其中，

R：主焊轮直径，单位：mm；

a：固定系数，取值范围介于0.4～0.7之间；

W：为钢带宽度，单位：mm。

根据本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，其特征在于：

所述副焊轮的直径为：

R’＝b×R，

其中，

R’：副焊轮直径，单位：mm；

R：主焊轮直径，单位：mm；

b：固定系数，取值范围介于0.5～1.0之间。

一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述焊接基于单排焊的一次焊接行程，通过设置的第一次焊接与第二次碾压焊接依次作业完成。

根据本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述第一次焊接由设置的主焊轮及与主焊轮电连接的第一焊接控制器完成；

所述第二次焊接由设置的副焊轮及与副焊轮电连接的第二焊接控制器完成；

所述副焊轮即为碾压轮。

根据本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述主焊轮与副焊轮为一体设置、一体驱动。

根据本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述主焊轮、副焊轮的焊接速度为10-15mpm。

根据本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述主焊轮与副焊轮圆心间距设定为：

L＝C×(R+R\')，

其中，

L：主焊轮与副焊轮圆心间距，单位：mm；

C：固定系数，取值范围：1.1-1.2；

R：主焊轮直径，单位：mm；

R\'：副焊轮直径，单位：mm。

根据本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述主焊轮的焊接电流为17-20KA；

所述副焊轮的焊接电流为主焊轮焊接电流的0.7-1倍。

根据本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述副焊轮的焊接压力为主焊轮焊接压力的1.5-2倍。

根据本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述主焊轮的直径为：

R＝(a×W)/π，

其中，

R：主焊轮直径，单位：mm；

a：固定系数，取值范围介于0.4～0.7之间；

W：为钢带宽度，单位：mm。

根据本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，其特征在于：

所述副焊轮的直径为：

R’＝b×R，

其中，

R’：副焊轮直径，单位：mm；

R：主焊轮直径，单位：mm；

b：固定系数，取值范围介于0.5～1.0之间。

本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统及方法，针对取向硅钢极薄钢带冷轧板焊接的问题，对传统电阻焊焊机进行了改造，其主要改造内容为将原有电阻焊焊机拥有的碾压轮进行优化，改造为副焊轮，一方面通过副焊轮起到对焊缝的修复与重加热的作用，另一方面通过焊接压力的设置使其同时具有碾压轮的功能，并据此建立了相应的焊接工艺。通过此方式很好地平衡了热量积累与质量保证两者，解决了取向硅钢极薄钢带冷轧板焊接容易发生虚焊、爆焊和焊接时间长等问题。同时和传统电阻焊焊机相比焊接工艺窗口更大，焊接效率更高。

附图说明

图1为现有技术中的电阻焊焊机示意图；

图2为现有技术中的单排满焊焊接方式示意图；

图3为现有技术中的双排点焊焊接方式示意图；

图4为本发明的焊接结构示意图。

具体实施方式

下面，根据说明书附图和具体实施方式对本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统及方法作进一步具体说明。

一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统，

于该系统内设有焊轮及与焊轮电连接的焊接控制器；

所述焊轮由前后呈直线布设的主焊轮、副焊轮构成；

所述焊接控制器由分别与主焊轮电连接的第一焊接控制器、与副焊轮电连接的第二焊接控制器构成。

其中，

所述副焊轮还设置为碾压轮。

其中，

所述主焊轮、副焊轮的焊接速度为10-15mpm。

其中，

所述主焊轮与副焊轮圆心间距设定为：

L＝C×(R+R\')，

其中，

L：主焊轮与副焊轮圆心间距，单位：mm；

C：固定系数，取值范围：1.1-1.2；

R：主焊轮直径，单位：mm；

R\'：副焊轮直径，单位：mm。

其中，

所述主焊轮与副焊轮为一体设置、一体驱动。

其中，

所述主焊轮的焊接电流为17-20KA；

所述副焊轮的焊接电流为主焊轮焊接电流的0.7-1倍。

其中，

所述副焊轮的焊接压力为主焊轮焊接压力的1.5-2倍。

一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接方法，

所述焊接基于单排焊的一次焊接行程，通过设置的第一次焊接与第二次碾压焊接依次作业完成。

其中，

所述第一次焊接由设置的主焊轮及与主焊轮电连接的第一焊接控制器完成；

所述第二次焊接由设置的副焊轮及与副焊轮电连接的第二焊接控制器完成；

所述副焊轮即为碾压轮。

其中，

所述主焊轮与副焊轮为一体设置、一体驱动。

其中，

所述主焊轮、副焊轮的焊接速度为10-15mpm。

其中，

所述主焊轮与副焊轮圆心间距设定为：

L＝C×(R+R\')，

其中，

L：主焊轮与副焊轮圆心间距，单位：mm；

C：固定系数，取值范围：1.1-1.2；

R：主焊轮直径，单位：mm；

R\'：副焊轮直径，单位：mm。

其中，

所述主焊轮的焊接电流为17-20KA；

所述副焊轮的焊接电流为主焊轮焊接电流的0.7-1倍。

其中，

所述副焊轮的焊接压力为主焊轮焊接压力的1.5-2倍。

其中，

所述主焊轮的直径为：

R＝(a×W)/π，

其中，

R：主焊轮直径，单位：mm；

a：固定系数，取值范围介于0.4～0.7之间；

W：为钢带宽度，单位：mm。

其中，

所述副焊轮的直径为：

R’＝b×R，

其中，

R’：副焊轮直径，单位：mm；

R：主焊轮直径，单位：mm；

b：固定系数，取值范围介于0.5～1.0之间。

工作原理、过程及实施例

为解决现有技术在焊接取向硅钢极薄钢带时存在的问题，对焊机进行了一定的改造，同时保证焊接工艺窗口不会太窄容易操作：

1、将碾压轮改造为副焊轮，即拥有通电焊接的功能又具备碾压轮的功能；

2、适当降低主焊轮的焊接电流5-10kA，其余焊接需要使钢带熔融的热量由副焊轮提供，并且进行碾压平整，减少焊轮的热量积累消除爆焊风险；

其中，主焊轮与副焊轮的焊接工艺可根据现场实际情况在工艺要求范围内进行调整。

具体为：将现有电阻焊焊机常备的碾压辊改造为副焊轮，并同时保留原有碾压辊的功能，采用主副焊轮和两段式焊接的方式，并且由两套焊接控制器提供不同的焊接电流，将原有需要一个焊轮所提供提的钢带熔融的热量按比例分配至两个焊轮。

可适当减小主焊轮的焊接电流，减少因为电流较大导致的热量积累致使钢带融穿产生爆焊，这样也可降低了焊轮散热的要求，可适当降低主焊轮的直径100-200mm。副焊轮设置在主焊轮后方，主要作用有以下两点：(1)进一步提供热量使钢带熔融更完全，防止因为主焊轮电流降低造成虚焊；(2)碾压未冷却的焊缝，使焊缝质量更佳。具体设置如图4所示，图4中的A1、B1和A2、B2由两套不同的焊接控制器提供焊接电流；图中的101-上副焊轮；102-下副焊轮；201-上主焊轮；202-下主焊轮；301-副焊轮焊接变压器；302-主焊轮焊接变压器；400-电阻；A1-副焊轮焊接电源；B1-副焊轮焊接电源；A2-主焊轮焊接电源；B2-主焊轮焊接电源。

(1)主焊轮、副焊轮尺寸及间距

本发明主焊轮直径应满足如下关系式：

R＝a×W/π

a：固定系数，且介于0.4～0.7之间；

W：为钢带宽度，单位为mm(毫米)，一般钢带宽度范围为800～1200mm；

副焊轮直径应满足如下关系式：

R’＝b×R

b：固定系数，且介于0.5～1.0之间；

现场应根据设备和焊接钢带的实际情况选择适配的主副焊轮直径。

主焊轮与副焊轮圆心间距应满足如下关系式：

L＝c×(R+R’)

c：固定系数，且介于1.1～1.2之间。

(2)焊接工艺

主焊轮焊接电流设定应满足以下要求：

主焊轮焊接电流范围为17～20kA；

副焊轮焊接电流为主焊轮焊接电流的0.7～1倍；

焊接速度为10～15mpm；

主焊轮焊接压力为5～10kN；

副焊轮焊接压力为主焊轮焊接压力的1.5～2倍。

其中需注意的为：

◆本发明适用于硅含量范围为3.0％～5.0％，冷轧钢带厚度为0.10～0.20mm的取向硅钢冷轧板焊接。

◆采用主副焊轮的方式进行取向硅钢极薄钢带冷轧板的焊接，副焊轮设置在主焊轮后方，且主副焊轮由两套不同的焊接控制器提供焊接单流，焊接速度相同，焊接压力副焊轮的焊接压力以高于主焊轮的压力进行设置。

主焊轮的直径应满足R＝a*L/π，其中a介于0.4～0.7之间；副焊轮的直径应满足R’＝b*R，b介于0.5～1.0之间；主副焊轮圆心间距应满足L＝c*(R+R’)，c介于1.1～1.2之间。

焊接工艺应满足主焊轮焊接电流范围为17～20kA；副焊轮焊接电流为主焊轮焊接电流的0.7～1倍；焊接速度为10～15mpm；主焊轮的焊接压力为5～10kN，副焊轮的焊接压力为主焊轮焊接压力的1.5-2倍。

下表分别使用了传统的电阻焊焊机和本发明改造后的焊机来焊接取向硅钢极薄钢带的冷轧板，并分别采用单排焊和双排电焊的方式进行焊接。为了更好的对比不同焊机和焊接方式的特点，采用冷轧厚度为0.17mm的取向硅钢，钢带宽度为1000mm，固定焊接速度为15mpm，传统焊机焊接压力设定为10kN，本发明焊机主焊轮焊接压力设定为7kN、副焊轮焊接压力设定为12kN对比最终焊缝质量情况。

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由上表可以看出使用传统焊机单排焊的方式焊接取向硅钢极薄钢带时，极易发生虚焊和爆焊的现象；使用双排点焊方式虽然可以找到合适的焊接工艺，但焊接工艺窗口窄，不便于现场根据实际情况进行调整，并且焊机所需的时间较长，影响机组的生产效率。使用新型焊机则可以在较宽工艺窗口下使用较短时间对钢带进行焊接，而且焊缝质量良好。

综述，本发明的一种取向硅钢极薄冷轧板钢带的焊接系统及方法，针对取向硅钢极薄钢带冷轧板焊接的问题，对传统电阻焊焊机进行了改造，其主要改造内容为将原有电阻焊焊机拥有的碾压轮进行优化，改造为副焊轮，一方面通过副焊轮起到对焊缝的修复与重加热的作用，另一方面通过焊接压力的设置使其同时具有碾压轮的功能，并据此建立了相应的焊接工艺。通过此方式很好地平衡了热量积累与质量保证两者，解决了取向硅钢极薄钢带冷轧板焊接容易发生虚焊、爆焊和焊接时间长等问题。同时和传统电阻焊焊机相比焊接工艺窗口更大，焊接效率更高。