冷轧板振动痕缺陷原因分析

冷轧板振动痕缺陷原因分析王永利1 汪友国1 郭树宝1（1.宝钢新日铁汽车板有限公司）摘要：振动痕一直是影响冷轧产能发挥及成材率稳定的一个主要原因。

从产生原理分析，认为主要是轧机机架由于某种原因产生了振动，导致轧制力随之波动，并且影响了轧制变形区。

变化的轧制力最终导致机架出口厚度波动，从而产生了振动痕。

实际生产中，虽然从工艺、设备、磨削等不同专业角度分析导致振动痕发生的原因是多方面的，但不同原因所产生对应缺陷的典型形貌特征是不同的。

当缺陷发生时，首先应根据缺陷形貌特征区分产生振动痕的不同原因，再找出振动源，并采取正确措施达到消除振动的目的。

0 概述在热轧和冷轧生产过程中由于轧机振动使带钢表面产生明暗相间的条纹称为振动痕。

从加工特性及产品用途来说由于冷轧是在高速及加工硬化状态下生产，所以发生振动的概率超过热轧。

特别对于高质量汽车外板来说振动痕是不能接收的。

因为即使是很轻的振动痕，在汽车厂对车身表面进行喷涂后，其明暗相间的条纹仍会十分明显。

在冷轧生产中，由于不能快速有效抑止震源，生产厂为了保证实物质量，只能增加换辊的次数，最终导致生产效率低下。

1. 振动痕的典型形貌1.1 振动能量等级不高时的形貌发生此现象时，在机架区域往往听不到共振声，也感觉不出剧烈的振动。

如图1方式延轧制方向打磨带钢检查，会在钢板的正反两面按一定间距出现横条纹（条纹垂直于轧制方向）。

侧视打磨后的带钢，能够从光线反射产生的色差来区分条纹宽度。

多数情况下，即使用粗糙度仪也无法测出分界部分的粗度差。

1.2振动能量等级较高时的形貌：发生此现象时，在机架区域往往能够清楚地听到机架共振产生的“嗡嗡”声，并且伴随强烈的振动感。

如图2方式延轧制方向打磨带钢检查，带钢表面横向条纹处的板厚出现周期性波动，严重时用千分尺可以直接测量出厚度波动。

2. 振动痕的检查方法为了能够准确找到震源，正确掌握振动痕的形貌是非常重要的。

而实际生产中往往需要通过打磨才能够发现振动痕，所以打磨是必要的。

振动痕的检查应严格按照以下步骤进行：1、由于振动痕严格与轧制方向垂直所以必须按照轧制方向直线打磨，减少弧形打磨。

2、在打磨后掌握正确的缺陷间距。

按２０倍左右的间距进行测量，平均值为振动痕间距。

（见图3）3、对轧件冲压打磨检查。

（见图4）4、使用粗糙度计测量确认粗糙度的变化。

（深浅部分）5、一定要正反面都打磨，了解不同面的轻重程度及间距对比。

3 . 振动发生的原理有经验的冷轧机操作者都知道，在轧制中机架一旦连续发生“嗡嗡”的噪音，表明轧机出现了共振。

他们大多采用减速的方法绕开共振区域，从而保证轧制稳定。

那么为什么会发生共振？首先请大家建立轧制过程中机架出口厚度与轧制力之间的弹性关系概念（见图5）：轧制负荷的变化ΔP1与由此而产生的轧辊间隙变化ΔS的比KR称为轧辊间隙的弹性常数。

其中，DW∶工作辊径、P1∶每一单位板宽的轧制负荷、H∶机架入口的板厚、h∶机架出口厚度、EW∶工作辊材料的杨氏模量、νW∶工作辊材料的泊松比。

【1】从公式（1）可以看出机架由于某种原因产生振动后导致轧制力波动影响了轧制变形区，变化的轧制力最终导致机架出口厚度波动产生振动痕。

4.如何查找振动源在冷轧生产中，出现振动痕缺陷是在所难免的。

一般，当缺陷发生时，按照如下步骤进行检查分析就能够及时确定振动源。

这一方法的核心是：根据缺陷形貌分析出振动源并采取正确措施。

具体步骤如下：（1) 掌握振动原理，了解冷连轧机及平整机、精矫机的设备特性。

（2）掌握正确的振动痕检查方法。

（3）掌握发生缺陷卷的全卷振动痕形貌特点，特别是上下表面是否对应及发生宽度是否改变。

（4）根据对缺陷形貌的特征按照下表1、2分析区分振动源发生的专业分类要素（如工艺、设备、磨辊等）。

（5) 对分析出的专业分类要素采用逐一调整工艺或设备振动监测等方法确认要因。

（6）整改后继续跟踪验证效果。

（7）固化措施使之常效。

4.1振动痕发生的影响因素表1 导致振动痕发生要素表找出影响要素后,应立刻通过振动痕的形貌特征来辨别振动源属于以上哪些因素。

4.2从振动痕间距判断振动源为了查明原因，首先应该判断轧制速度与振动频率有无比例关系。

如果带钢表面的振动痕间距有变化,并且在此期间轧制速度随之变化，则可以认为振动原因在于传动系统中的齿轮或接头等。

至少对这一原因优先进行调查。

反之，如果振动痕间距固定（不随轧制速度变化），则可以认为振动源是某一个零部件，或者由于轧制条件引发某一部位自激振动。

4.3从振动痕形貌判断振动源1）如果板厚呈周期性变化，可以判断为轧辊系统出现上下振动，特别是有可能出现上下工作辊相向振动。

2）如果完全看不出板厚变化，并且条纹的明暗不十分清晰。

这种情况多是变形区内的中立点在前后移动。

即可能是轧辊速度产生了轻微的快慢变化。

3）如果轧制中发出明显的“嗡嗡”声，表明振动的能量等级比较大，多为变形区内的轧制条件变化引起机架产生振动性波动。

表2 振动痕形貌与振动源关系表4.4在线监测查找振动源目前许多大型钢铁厂在线安装了振动监测仪，用于在线监测大型轧机或平整机的振动，从而防止振动痕的批量发生。

作为一个完整的测控网络系统一般应由数采站、监视站、分析站、工程师站、交换机和服务器构成，并且具备显示和监控功能、报警功能、分析诊断功能、数据输出及画面打印功能。

例如：宝钢在2030平整机安装了利用LabVIEW开发的基于PXI体系的轧机振动纹在线监诊系统、新日铁君津的1、2酸轧线安装了与ELEX公司共同开发的在线监测系统。

没有在线监测系统的厂家，也可以通过对单一部件（如：机架传动轴、减速机、轧辊轴承座）的振动跟踪结果，结合缺陷特点，来查找具体的振动源。

5. 产生振动的原因分析5.1润滑对振动的影响轧制润滑对轧机的自激振动影响非常大。

但是润滑条件太好，摩擦系数太小，易引发机架打滑，造成机架自激振动,另外摩擦系数变化致使轧制压力变化，导致系统刚度发生周期性变化，从而引发轧机自激振动。

润滑不好，辊缝中的油膜厚度小于需要值，容易导致轧制过程中油膜轧破而引起轧制力变化，导致系统刚度发生周期性变化，从而引发轧机自激振动。

【2】5.2张力对振动的影响对于连轧机来说，由于是高速轧制，在张力设定不适合时，机架出口会明显出现厚度波动。

严重时伴随强烈共振声。

这时调整张力要考虑机架的前后张力匹配，最主要的是确保机架前滑值的稳定。

对于平整机来说张力不适比较难于发现，往往在随后的带钢打磨检查时才发现。

这主要是平整机以延伸率控制为主，在厚度没有明显变化时轧制力变化不明显。

不像轧机厚度变化会马上反映出轧制力变化，为了保证秒流量平衡，各机架会联锁反映。

根据平整机控制的特点（见图6）一般前后张力辊距离越长出现的振动痕间距越大；材料越厚振动痕间距越小；单位张力设定越大出现的振动痕间距越小。

平整机工作辊产生的振动痕见图7。

5.3磨辊控制对振动痕的影响在发生振动痕后往往人们的注意力集中在连轧机或平整机的工艺或设备上，忽略了轧辊本身磨削的重要性。

这主要是由于磨削后的新辊振动痕很轻不易发现，随着轧制量的提高带钢的振动再反作用在轧辊上加重了轧辊振动痕的程度（见图8）。

而实际上最直接和简单的方法是发现振动痕后将轧辊拉出检查轧辊表面。

一旦发现振动痕应通知磨辊车间对轧辊固定托瓦、拨盘，磨削中的砂轮支撑臂刚度检查。

5.4精矫机工艺对振动痕的影响为了保证汽车外板板面质量及板形要求,并且由于用户需要小卷交货或按板交货，导致大部分外板需要在精整机组检查和分卷。

许多较轻的振动痕是在此工序发现的。

最初人们往往认为大型设备（如轧机、平整机）才会产生振动痕，而忽略了精矫机同样可以产生振动痕。

（见图9）精矫机振动痕产生原因包括矫直辊插入深度不适、零位标定不准、设备出现倾斜。

其中常见的是插入深度各组精矫辊的插入深度匹配不适。

从精矫机的工作原理来说是通过不断降低带钢的残余应力实现带钢最终板形平直。

设备上通过连续多组精矫辊精矫实现。

一般根据材料的强度及厚度从精矫机入口至出口的各组精矫辊插入深度逐渐加大。

其中任何一组插入深度过大都会导致带钢过渡矫正产生振动痕。

由于缺陷是精矫引起所以其程度十分轻并且间距密集。

6 . 结束语根据缺陷形貌特征分析出振动源，从而采取有效措施是现场解决振动痕缺陷的核心思想。

（1）发生频率恒定的振动痕，主要由设备原因引起。

应对轧辊的轴承座及轧机的传动系统进行振动测试，以确定具体发生振动的部件。

（2）缺陷间距恒定的振动痕，主要由轧辊磨削原因引起。

应检查轧辊表面和磨床的轧辊固定托瓦、拨盘。

必要时对磨削中的砂轮支撑臂刚度也应检查。

（3)发生频率变化的振动痕，主要由工艺原因引起。

可以利用排除法，通过润滑、轧制速度、机架间张力的逐一调整查找振动源。

参考文献：【1】铃木弘压延百话（76）日本养贤堂株式会社 2000.3.30：425-426【2】魏立群等轧制润滑对1420冷连轧机机组自激振动的影响北京北京报刊发行局《钢铁研究学报》2006.2：28-31。