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闪光焊接技术在无头轧制系统中的应用研究 4O?焊接设备与材料-焊接技术第36卷第4期2007年8月 文章编号:1002-025X(2007)04-0040—06 闪光焊接技术在无头轧制系统中的应用研究 荣茜,孙新学, (1.河北建筑工程学院机械工程系,河北张家口075024; 100083) 卢宁,付永领. 2.北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院.北京 摘要:介绍了无头轧制概念及棒线材无头轧制系统的发展概况,给出了基于闪光焊接的棒线材无头轧制系统的基本原理和结构.在分 析无头轧制系统闪光焊接特点的基础上,展开了对棒材无头轧制系统关键技术的研究.设计了移动式闪光焊机的虚拟样机,分析了闪 光焊机在无头轧制系统中的施焊工艺并对各部件功能及其动作时序进行了研究.剖析了闪光焊接对最终轧件力学性能的影响.理论分 析和试验研究表明.自动闪光焊接技术在棒线材无头轧制系统中的应用是可行的. 关键词:闪光焊接;无头轧制;时序分析;关键技术 中图分类号:TG456.9文献标识码:B 棒线材的生产.目前主要采用的是热轧工艺,其用固定尺 寸的坯料轧制出不同规格的棒材或线材.由于采用的是单坯轧 制,使得轧制过程不能连续进行,这就不可避免地带来两方面 的问题.一方面.在单坯轧制过程中会对轧机产生冲击,不但 影响轧机的使用寿命,而且经常发生堵钢现象,极大地影响了 轧制效率;另一方面,由于固定尺寸的坯料只能轧制出一定长 度的产品,当按产品规格长度截断时,势必会产生”料头”, 这样就造成了浪费.要想避免上述问题,最好的解决办法就是 将坯料连接起来.一直以来,各国学者不断展开这方面的探索 和研究.目前主要集中在2种方法的研究上,一种方法是无头 轧制工艺:另一种是钢坯坯间焊接无头轧制工艺. 早在上世纪4O年代末,前苏联重型制造业中央科学研究院 就率先展开了对棒线材无头轧制系统的研究,第1次提出了在 钢坯加热炉和第l架粗轧机之间设置l台移动闪光焊机,在焊机 内将后l根钢坯的头部与前l根钢坯的尾部焊接起来,形成l条 无限长钢坯的方案.上世纪5O年代.该研究所研制出了世界 上第1台用于棒线材无头轧制系统的移动式闪光焊机.并在马 凯耶夫钢铁厂对其焊接性能,焊接参数,焊口质量及最终轧 件焊缝区金属的力学性能进行了大量试验研究,1974年,世 界上第l套棒线材无头轧制系统在马凯耶夫钢厂350—2轧线投 入试运行,创造了个别班次连续焊接100～150根钢坯,机时产 量提高10%--l5%的记录田.虽然由于诸多因素的限制未能形成商 用产品,但无疑给这一技术的发展带来了希望,为其继续发展 奠定了基础. 收稿日期:2007—02—06 基金项目:河北省科技厅)及唐山市科技局 一1)共同资助项目 由于钢坯无头轧制所展示出的显着经济效益,日本NKK和 意大利达涅利公司在吸收了前苏联无头轧制研究成果的基础 上.借助现代先进的控制等技术,分别于1997年和1998年研制 出了商用的棒线材无头轧制系统[2.并在世界范围内得到了 推广应用.我国唐山钢铁公司,涞源钢铁公司和新疆八一钢厂 引进了达涅利产品,邢台钢铁公司引进了日本NKK产品.但由 于这些产品未能与我国国内轧线的实际情况完全匹配.其性能 未能得到充分发挥,因此.首都钢铁公司在上世纪6o年代初就 对国外棒线材无头轧制的研究进行了跟踪和试验分析:上世纪 末,东北大学也对热钢坯闪光焊接进行了试验研究[5-7】.然 而,国内至今还没有研制出适合于我国国情的无头轧制系统. 1棒线材无头轧制方案 图l是棒线材无头轧制系统组成简图.图2是设计的虚拟样 机.焊接系统布置在加热炉和第1架轧机之间. 圈1棒线材无头轧嗣系统简圈 圈2棒线材无头轧制系统虚拟样机 WeldingTechnologyVo1.36No.4Aug.2007?焊接设备与材料?4l 为使焊接过程能够有充裕的时间完成,应适当加大加热炉 和第l架轧机间的距离.并采用保温罩对钢坯保温.为保证焊 接后坯料形状的一致性.保证焊缝区金属的质量,还需加入焊 口毛刺清理装置.无头轧制系统的关键就是如何保证焊接后焊 口处的金属特性与其他部位一致.解决这一问题的关键就是要 采用合理的焊接方法和焊接工艺参数,并在线自动完成整个焊 接过程,因此.整个无头轧制系统开发必须从研究焊接方法及 其特性分析人手.展开相关关键技术研究,才能为适用设备的 研制奠定基础. 2钢坯坯间焊接方法分析 从加热炉出来的轧制钢坯温度较高(约l100℃),且截 面尺寸比较大(可达200mmx200mm).要想把这样的焊件自 动焊接在一起,且要求焊口处的金属特性接近或达到基本金属 的特性,是十分困难的.不但要采用合理的焊接方法,而且要 在焊接工艺,诸如焊接时序,焊接时间及焊接速度等方面展开 研究,