Miebach搭接焊机及其控制

冶金自动化METALLURGICAL INDUSTRYAUTOMATION2000 Vol.24 No.1 P.39-42Miebach搭接焊机及其控制陈大华杨军摘要介绍了攀钢冷轧厂热镀锌机组Miebach搭接电阻焊机的焊接原理、过程、工艺参数及控制系统，着重分析了焊接电流控制器、位置控制器在该焊机控制中的应用。

关键词Miebach 搭接焊机控制Miebach roll seam welder and its controlChen Dahua Yang Jun( Cold Strip Mill of Panzhihua Iron and Steel(Group)Co Panzhihua 617023)Abstract The welding principle, process, technology parameters and control system of Miebach roll seam welder for CGL in the Cold Strip Mill of Panzhihua Iron and Steel(Group)Co,especially the applications of welding current controller and position controller in welder control, are described. Key words Miebach; roll seam welder; control在攀钢冷轧厂连续热镀锌(CGL)作业线中，选用德国米巴赫(Miebach)半自动窄搭接电阻焊机，型号为QMH13。

该焊机焊接工艺先进，焊缝质量可靠，能够满足镀锌生产要求。

1 搭接焊机的焊接原理窄搭接电阻焊机的焊接原理是将两块材料(带钢)搭接，通以适当电流，在材料自身的电阻、材料间及材料与电极间接触部分的集中电阻上产生热量，最终熔化而焊接起来。

根据焦耳定律，焊接接头产生的热量用公式(1)表示如下：Q=0.24I2Rt=0.24UIt (1)式中Q为热量；I为电流；R为焊接区电阻；U为电极间电压；t为通电时间。

从式中看出，发热量与焊接电流、通电时间及自身电阻有关，当对某种材质、规格的带钢进行焊接时，通过控制电流、通电时间(t=l/V，当焊接断面长度l一定时，通过改变焊接速度V来控制通电时间)及焊轮焊接压力，就可以将带头、带尾很好地焊接在一起。

2 焊接工艺及设备功能2.1 焊接工艺概述焊接简单工艺流程如下：焊机准备就绪→带尾定位、停止，消除张力(由线上完成)→焊机出口夹钳夹住带尾→带头定位、停止，消除张力(由线上完成)→2＃对中夹板夹住带头→入口段形成活套→1＃和2＃对中动作→焊机入口夹钳夹住带头→带钢头尾剪切，冲孔→带钢头尾搭接→进行焊接，焊缝光整→焊机复位→焊接周期完成。

2.2 设备功能说明焊机各机械设备布置如图1所示，主要由入口活套台、基础框架及焊接移动车架3部分组成。

图1 QMH13搭接焊机1—入口活套辊;2—转向辊；3—1＃对中单元；4—入口支承辊；5—2＃对中单元；6—入口夹紧单元；7—搭接台；8—焊接移动车架;9—上、下焊轮；10—出口夹紧单元；11—倾斜台；12—出口支承辊2.2.1 入口活套台通过它使带钢在焊机入口侧形成小活套，保证带钢能自由对中及头尾搭接。

2.2.2 支承辊焊机入、出侧均有支承辊，支承带钢，保护焊接台免受带钢磨损。

2.2.3 带钢对中设备1＃和2＃对中设备安装于焊机入侧，完成带头对中。

焊机出侧未设置对中装置，焊接时，头尾中心线不一致会影响焊缝质量。

为了避免这一缺陷，搭接台被设计成可以横向移动，焊接时，可自动或手动调整头尾中心线。

2.2.4 搭接台和倾斜台搭接台和倾斜台的主要作用是实现带钢头尾剪切及搭接。

搭接台行走、横移及倾斜台行走靠伺服马达完成，倾斜台的倾斜靠气缸推动，焊接台移动距离由位置控制器进行计算和自动调整。

剪切后，带钢伸出长度为L，如图2(a)所示；搭接时，倾斜台向下倾斜并后退Lt /2，搭接台前进(120mm＋Lt/2)，如图2(b)所示；倾斜台返回，搭接过程完成，如图2(c)所示。

图2 搭接过程2.2.5 焊接移动车架焊接移动车架包括如下装置。

(1)高精度双切剪：剪切带钢头尾，保证断面平行，以便进行头尾搭接与焊接。

(2)冲孔装置：焊缝处冲孔(根据生产要求可不选择冲孔)，以便机组进行焊缝跟踪。

(3)焊轮：带钢焊接时通过焊轮构成焊接回路，上下侧各一个。

(4)抛光辊：焊接后对焊缝进行光整，提高焊缝表面光洁度。

(5)边缘检测(光栅)：位于焊轮前面，检测带钢边缘，起焊接电流、压力及抛光力的通断作用。

2.3 焊接工艺参数2.3.1 焊接带钢规格(1)带钢材质：[C]<0.25％，[Si]<1.0％，冷、热轧带钢(2)带钢厚度：0.2～3.2mm；带钢宽度：600～1300mm(3)焊缝超厚：最大为带钢厚度的10％，最小为0.07mm(4)可焊接的两带钢厚度之比不超过1∶2，最大厚度差为1.00mm 2.3.2 带钢规格定义包括带头、尾的材质和厚度，材质分别以0～9表示，攀钢CGL焊接材质定义为：0为罩式炉退火板；1为Q195冷轧板；2为STW冷轧板；3为Q195热轧板；4为STW热轧板。

2.3.3 焊接参数将带钢规格输入计算机(手动或自动)，计算出焊接程序号，焊机系统根据程序号自动完成焊接参数的调整，当然该参数首先是经焊接测试过的。

焊接各工艺参数举例如表1所示。

表1 焊接工艺参数举例注:1─1表示材质为Q195与Q195两冷轧板焊接;2─2表示材质为STW 与STW两冷轧板焊接;0.5─0.5表示焊接的两带钢厚度均为0.5mm;1.0─1.0表示厚度均为1mm的两带钢进行焊接.3 焊机控制系统3.1 控制系统构成焊机控制系统主要构成：三菱A3APLC，伺服传动系统，位置控制器及焊接电流控制器等。

PLC系统参与焊接全过程，负责与CGL通信，是焊机控制系统的核心。

位置控制器对焊接台及车架位置进行计算和控制。

控制系统如图3所示。

图3 控制系统框图3.2 焊机顺序控制从焊接过程来看，焊接动作可分为3个阶段。

准备阶段：带钢头尾定位、剪切及搭接；焊接阶段：接通焊接电流及焊轮压力，同时进行焊缝光整；焊后处理阶段：剪切废料清除，焊缝检查及焊机复位。

焊机顺序控制由日本三菱电气MelsecA系列A3ACPU通用型PLC实现，该系统除数字I/O模块外，还配置模拟输入与输出模块，可以完成常规的逻辑量控制(继电器顺序控制)，也可进行模拟量及数值计算。

选用MAC50终端与其配套，完成数据设定，焊接监视及显示故障信息等。

采用IBM-PC个人计算机进行离线或在线软件编程。

冷轧厂CGL电控系统由日本安川电机公司CP-3500H构成，焊机要参与全自动焊接过程，焊机PLC必须与CP-3500H间建立相互通信。

从框图中看出，二者之间必须进行数据传送和焊接联锁信号传输。

如焊机选择自动传输，CP-3500H首先把所焊带钢规格送给焊机系统，焊机确认数据正确后，接收带钢数据(焊机只能在初始位置)，进行焊接参数调整。

当收到焊接联锁信号后，焊机与CGL共同完成自动焊接过程。

3.3 焊接电流控制系统焊接电流与焊缝质量直接相关，为了提高焊接质量，采用直流电流焊接。

焊接电流系统主要由晶闸管电流控制器、电流监视器及焊接变压器/整流器3部分组成。

另外，还设计有绝缘监视器、变压器温度监视等辅助回路。

焊接主回路为400V单相交流供电，为了调节焊接电流，在焊接变压器前设计了一套交流调压装置，通过控制其门极触发角，进行焊接电压值的调节，因焊接回路电阻很低，焊接瞬间所产生的电流接近短路电流，通过改变焊接电压就可以控制其焊接电流，电流是采用开环控制的，所产生的电流比较稳定，完全能够满足焊接工艺要求。

焊接电流值大小由MAC50终端进行百分比设定，通过PLCD/A模块输出直流0～10V电压信号至电流控制器。

电流最大值为25kA，焊机进行参数调整时自动设置该数值，当电流控制器启动指令“On”时，焊接电流即接通，“Off”时，切断焊接电流。

电流监视器的主要功能是：(1)过电流监视。

采用互感器检测实际电流，并与最大值比较，出现过流时，自动切断回路电流；(2)回路短路检测。

如回路存在短路，电流监视器报警，焊接电流不能接通，对装置起安全保护作用；(3)启动监视器的同时，由监视器向电流控制器输出焊接电流启动指令。

焊接变压器容量为300kVA，二次侧输出为低电压(约4～5V)、大电流系统，输出级经二极管整流(含电容滤波)，以直流的形式输出至焊轮回路，实现直流电流焊接。

焊接变压器内部有循环水冷却系统及温度检测元件。

3.4 位置控制系统MiebachAN305是一种通用CNC(计算机数控)控制器，尤其适合于动力工程中应用，可以同时控制2台传动电机的位置控制器。

AN305内部采用高速32位(MC68332)信号处理器，全数字PID位移调节，并设有D/A 转换等，配置线性位移传感器或绝对编码器直接检测被控机械实际位移，形成高精度的位置随动系统。

线性位移传感器(德国MTS制造)采用绝对位移值测量，具有抗震性强、分辨率高(0.01mm)、耐用等优点，行程可在50～2500mm间选择，是一种非接触式(活动磁性检测头)的数字位移检测装置。

其基本性能：(1)线性度<±0.05％(行程)，最小±0.05mm；(2)重复性<±0.001％(行程)，最小±2.5μm；(3)滞后<0.02mm。

绝对编码器(德国TWK制造)系旋转式光电编码器，格雷码输出，分辨率1024位/360°，测量范围最大256转，机械零点可调。

焊机系统共有3套位置控制系统，用于搭接台、倾斜台和焊接车架的位置控制。

现以搭接台为例，对位置控制器的工作过程进行分析。

焊接参数(伸出长度、搭接量、补偿量)值与搭接台所处位置直接相关，搭接台操作侧(OS)和传动侧(DS)的实际位置由位移传感器检测；搭接台行走由两台高性能交流伺服马达传动，该传动系统具有低速转矩大、平稳，动态性能好等特点；采用高精度蜗轮蜗杆传动机构将旋转运动转化为直线运动。

操作人员通过MAC50设定位置参数，该数值通过PLC传送到AN305内部，PLC还向AN305传送“搭接台位于初始位置”及“控制ON”等指令。

“搭接台初始位置”指带钢在剪切时所处位置，包含夹板夹住后带钢伸出长度和搭接量。

当AN305收到该指令及数据后，控制器根据位置偏差大小，进行位置自动调节，并输出DC(－10～＋10V)速度值至伺服控制器，同时PLC向伺服控制器输出“运行”及“抱闸松开”指令，驱动伺服马达，推动搭接台前后移动。