CN105463177A - 一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置及焊缝热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置及焊缝热处理工艺，包括C形移动小车、激光焊机，超音频控制柜的输入端与电源连接，输出端与操作执行柜的一个输入端连接；操作执行柜的另一个输入端与PLC控制操作台连接，三个输出端分别与升降机构、超音频变压器、制冷水循环冷却系统连接；在移动支架上固定有红外测温探头，上方固定超音频变压器，下方用螺栓固定感应加热器，一个制冷水循环冷却系统，通过管道分别与超音频变压器、感应加热器的进出水口连接。采用PLC控制操作台面板精确控制热处理温度和热处理时间，可消除焊接应力，大幅度减少焊缝断带现象产生，提高了设备作业率，有效减少了事故处理量。

Description

一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置及焊缝热处理工艺

技术领域

本发明涉及一种冷连轧带钢焊接后在线焊缝热处理技术，适用于酸轧联合机组生产过程中前后卷带钢焊接后焊缝热处理，特别涉及一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置及焊缝热处理工艺。

背景技术

为了确保酸轧联合机组的连续轧制，必须在酸轧联合机组入口区域用焊机将下一卷带钢的头部与前一卷带钢的尾部焊接在一起。通常焊机是酸轧联合机组正常生产的关键设备。一般有闪光搭接焊机和激光焊机，对于产品规格、品种覆盖面较大的酸轧联合机组配置的是进口激光焊机。激光焊机焊接的工作原理是激光发射器在高频电压作用下，将高纯CO₂、N₂和He按1:5:24组成的混合气体进行离子跃迁产生激光，通过光路传输、反射，在保护气体氦保护下，激光束打在带钢前后卷经过剪切的合缝上，熔融接缝处金属，熔融后使前后带钢连接成一体，实现生产过程无头轧制而连续生产。

现有的酸轧联合机组激光焊机自带加热装置，采取的是边焊接边加热，这种加热装置及加热方式只能满足普通碳钢和中低强度带钢焊接性能和焊缝质量要求，保持焊缝断带率在较低水平。对于含碳0.40％以上的高碳钢及抗拉强度590MPa以上的高强度钢，由于碳高或强度高，带钢硬度大，焊接应力大，虽然采取了人工加热措施，带钢焊缝处仍然存在应力，在张力和沿程各种弯曲力作用下脆裂断带，处理非常麻烦。通常焊缝断带率达到15～30％，严重影响生产的正常运行，增加了劳动强度和事故处理工作量。

发明内容

本发明的目的是在现有激光焊机基础上增加一套高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置，同时提供一种高碳高强钢冷连轧焊缝在线热处理工艺，并且根据不同钢种含碳量、强度等级、带钢规格选择不同热处理工艺参数，控制热处理温度和热处理时间，消除焊接应力，提高高碳高强钢激光焊接后焊缝强度的均匀性，大幅度减少焊缝断带现象产生。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置，包括C形移动小车、激光焊机、超音频控制柜、操作执行柜、承重支架、升降机构、移动支架、超音频变压器、感应加热器、红外测温探头、制冷水循环冷却系统、PLC控制操作台、螺栓、电缆，其特征在于，超音频控制柜、操作执行柜固定在C形移动小车平台上，超音频控制柜的输入端通过电缆与电源连接，输出端通过电缆与操作执行柜的一个输入端连接；操作执行柜的另一个输入端通过电缆与PLC控制操作台的输出端连接，三个输出端通过电缆分别与升降机构、超音频变压器、制冷水循环冷却系统连接；在C形移动小车的上端面，用螺栓连接承重支架，支架上垂直设置有导轨；在承重支架上用螺栓固定升降机构；一个移动支架，其侧边中间的连接块与升降机构上的螺母座固定连接，两边的连接件与承重支架上的导轨活动连接；在移动支架中间横档上固定有与电源连接的红外测温探头，上方固定超音频变压器，下方用螺栓固定感应加热器，超音频变压器与感应加热器之间通过电缆连接；一个制冷水循环冷却系统，通过管道分别与超音频变压器、感应加热器的进出水口连接。

所述升降机构由步进电机、联轴器、滚珠丝杆、螺母座、支承座构成。

所述移动支架两边的连接件为带止口的内凹形槽。

所述感应加热器由长方形管件、铁氧体和绝缘体构成。

所述铁氧体为内凹形长方体块。

所述制冷水循环冷却系统由制冷机、水箱、进出水管道构成。

一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理工艺，包括高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置，其特征在于，工艺步骤为：

1)激光焊接完毕，按下PLC控制操作台面板上系统启动按钮，开启制冷水循环冷却系统；

2)根据PLC控制操作台面板上的提示步骤，设定热处理温度、热处理时间、加热距离，选择手动或自动工作模式；

3)、手动或自动模式下，启动PLC控制操作台面板上感应加热器下降程序，感应加热器下降到下缘距离带钢上表面设定距离，感应加热器停止下降；

4)、手动或自动模式下，启动PLC控制操作台面板上加热程序，红外测温探头监测热处理温度，达到温度设定值后，保温，达到设定热处理时间，启动PLC控制操作台面板加热停止程序及上升程序，感应加热器停止加热并上升至升降机构行程最高位置下方10mm～15mm停止，完成整个焊缝热处理工序。

所述热处理温度为600℃～720℃，热处理时间为30秒～60秒。

所述感应加热器下降到下缘距离带钢上表面的距离为0.8mm～1.5mm。

本发明与现有技术相比，其优点是在现有激光焊机基础上增加一套高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置，并且对应提供一种高碳高强钢冷连轧焊缝在线热处理工艺，采用PLC控制操作台面板精确控制热处理温度和热处理时间，消除焊接应力，提高高碳高强钢激光焊接后焊缝强度的均匀性，大幅度减少焊缝断带现象产生，提高了设备作业率，有效减少了事故处理量。新增的焊缝热处理装置操作简单，参数容易控制，使用效果好。

附图说明

图1是本发明高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置结构示意图。

图2是图1中承重支架与C形移动小车、升降机构、移动支架连接右视图。

图3是图1中承重支架与升降机构、移动支架连接俯视图。

图4是本发明PLC控制操作台面板示意图。

图5是本发明感应加热器结构示意图。

图6是图5感应加热器A-A向剖视图。

图7是图5感应加热器B-B向剖视图。

图中：1、C形移动小车，2、激光焊机，201、激光发射器，202、光路传输、保护气体管道，3、超音频控制柜，4、操作执行柜，5、承重支架，501、导轨，6、升降机构，601、步进电机，602、滚珠丝杠，603、螺母座，604、支承座，7、移动支架，701、连接件，8、超音频变压器，9、感应加热器，901、长方形管件，902、铁氧体，903、绝缘体，904、尼龙螺栓，10、红外测温探头，11、制冷水循环冷却系统，12、PLC控制操作台，13、螺栓，14、带钢，15、焊缝，16、夹紧机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步阐述。

参见图1～图7，如图1，一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置，包括C形移动小车1，在C形移动小车1平台上固定的激光发射器201及光路传输、保护气体管道202构成了现有的激光焊机2，当C形移动小车1前进或者后退，激光出口移动轨迹在焊缝15长度方向上。超音频控制柜3、操作执行柜4固定在C形移动小车1平台上，超音频控制柜3的输入端通过电缆与电源连接，输出端通过电缆与操作执行柜4的一个输入端连接；操作执行柜4的另一个输入端通过电缆与PLC控制操作台12的输出端连接，三个输出端通过电缆分别与升降机构6、超音频变压器8、制冷水循环冷却系统11连接。在C形移动小车1的上端面，用螺栓13连接承重支架5，支架上垂直设置有导轨501(详见图2)；在承重支架5上用螺栓13及钢板固定升降机构6，所述升降机构6由步进电机601、联轴器、滚珠丝杆602、螺母座603、支承座604构成，步进电机601的轴头通过联轴器连接滚珠丝杆602，滚珠丝杆602上设有螺母座603，固定滚珠丝杆602用支承座604(详见图2、图3)。一个移动支架7，其侧边中间的连接块与升降机构6上的螺母座603固定连接，两边的连接件701为带止口的内凹形槽，与承重支架5上的导轨501活动连接(详见图3)。在移动支架7中间横档上固定有与电源连接的红外测温探头10，上方固定超音频变压器8，下方用螺栓13固定感应加热器9，所述感应加热器9由长方形管件901、铁氧体902和绝缘体903构成，长方形管件901为铜管件，铁氧体902为内凹形长方体块，每个小块铁氧体902卡装在下层长方形管件901上，长方形管件901之间用绝缘体903绝缘，再用尼龙螺栓904固定(详见图5、图6、图7)。感应加热器9上端长方形管件901上设置有接线板(详见图5)，通过电缆与超音频变压器8连接，长方形管件901通电后，铁氧体902产生磁场，即可进行感应加热。一个制冷水循环冷却系统11，通过管道分别与超音频变压器8、感应加热器9的进出水口连接。

如图1，结合图5，感应加热器9的两端设置有进出水口，通过柔性管道分别与制冷水循环冷却系统11的进出水口连接，所述制冷水循环系统11由制冷机(未示出)、水箱(未示出)、进出水管道构成，水箱中的水经制冷机冷却后通过管道从感应加热器9长方形管件901的一端流入，冷却长方形管件901后从感应加热器9长方形管件901的另一端流出，返回到水箱。

如图4所示，PLC控制操作台12的面板上设置有系统启动、参数设置、配方数据、手动模式、自动启动、点动上升、点动下降、加热启动、加热停止、冷水机开、冷水机关、复位、回零、使用帮助按钮，通过参数设置可以在面板上显示钢种、当前位置、移动距离、热处理温度、热处理时间，并将PLC控制参数输送到操作执行柜4执行。

一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理工艺，包括高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置，工艺步骤为：

1)激光焊接完毕，按下PLC控制操作台12面板上系统启动按钮，开启制冷水循环冷却系统11；

2)根据PLC控制操作台12面板上的提示步骤，设定热处理温度、热处理时间、加热距离，选择手动或自动工作模式；

3)、手动或自动模式下，启动PLC控制操作台12面板上感应加热器9下降程序，感应加热器9下降到下缘距离带钢14上表面设定距离，感应加热器9停止下降；

4)、手动或自动模式下，启动PLC控制操作台12面板上加热程序，红外测温探头10监测热处理温度，达到温度设定值后，保温，达到设定热处理时间，启动PLC控制操作台12面板加热停止程序及上升程序，感应加热器9停止加热并上升至升降机构6行程最高位置下方10mm～15mm停止，完成整个焊缝热处理工序。焊缝热处理后的带钢14经过入口活套、拉矫、酸洗、热风烘干、中间活套、圆盘切边、出口活套再进入五机架连轧，实现酸洗轧机连续轧制。

根据高碳高强钢的钢种、带钢厚度，在600℃～720℃范围内选择热处理温度，在30秒～60秒范围内选择热处理时间，感应加热器9下降到下缘距离带钢14上表面的距离在0.8mm～1.5mm范围内选择。

根据本发明的技术方案设计的一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置及焊缝热处理工艺，可实现原料厚度1.5mm～6.0mm、宽度1450mm的高碳高强钢焊缝在线热处理，加热宽度30mm，加热方式为单面平面加热方式。超音频变压器8选用IGBT超音频电源系列GGC120型号，额定输出功率100KW。根据现场安装条件，超音频控制柜3、操作执行柜4最佳固定在C形移动小车1平台上。由于超音频变压器8的变压器、感应加热器9的铜管件工作时产生很高的温度，因此需要制冷后的水冷却。超音频变压器8、感应加热器9的冷却设计共用一个制冷水循环冷却系统11，可以减少占地和便于控制。制冷水循环冷却系统11的外形尺寸为700mm(宽)×700mm(厚)×1800mm(高)，安装在C形移动小车1的附近，通过柔性管道随激光焊机2的电缆桥架与超音频变压器8、感应加热器9的进出水口连接。操作执行柜4也是通过软电缆与超音频变压器8连接。

实施例：

热连轧厂提供的来料为高碳钢或高强钢坯料，原料规格是1.5mm～6.0mm厚、1000mm～1450mm宽，结合图1～图7，带钢14前后卷经C形移动小车1上的剪切机(未示出)剪切后合缝，将前后带钢14用夹紧机构16夹紧，下压，带钢14位于生产线平台高度，此时，带钢14处于压紧状态。C形移动小车1由右向左横向移动，带动激光焊机2横移，激光枪口沿接缝方向横向移动，激光束连续打在带钢14接缝位置，不断熔融接缝处金属，当激光焊机2光束横向移动超出带钢14宽度后，接缝处熔融的金属将前后带钢14熔成一体。一旦焊接完成，此时带钢14焊缝15位置正处于加热感应器9正下方位置，按下PLC控制操作台12面板上系统启动按钮，开启制冷水循环冷却系统11，在PLC控制操作台12面板上选择参数设置，根据具体钢种，热处理温度在600℃～720℃范围内选择设定具体值，在30秒～60秒范围内选择设定具体热处理时间，在0.8mm～1.5mm范围内选择设定感应加热器9下缘与带钢14上表面具体加热距离。如果选择手动模式，按下PLC控制操作台12面板上点动下降按钮，感应加热器9下降到下缘距离带钢14上表面设定加热距离，感应加热器9停止下降；按下PLC控制操作台12面板上加热启动按钮，红外测温探头10监测热处理温度，达到温度设定值后，保温，达到设定热处理时间，按下加热停止按钮，点动上升按钮，感应加热器9上升至升降机构6行程最高位置下方15mm停止，感应加热器9上升150mm～200mm，完成整个焊缝热处理工序。松开夹紧机构16，带钢14张紧后将带钢14提升80mm～100mm，再发出生产线启动命令，实现酸洗轧机连续轧制。

如果选择自动模式，对高碳高强钢进行焊缝热处理，则热处理工序操作就简单了，在激光焊机2完成焊缝焊接和操作工确定输入焊缝热处理工艺参数后，只需按下自动启动，启动自动热处理，同钢种、同厚度坯料带钢14，设置同样的加热温度、加热时间、感应加热器9下降到下缘距离带钢14上表面的加热距离、选择归零时间和升降机构6自动升降2000个脉冲/分钟速度，感应加热器9自动下降、加热、完成热处理后自动上升、归零，操作工检查发出起线命令，实现酸洗轧机连续轧制。当生产的钢种、厚度发生变化，点击复位按钮，重新设置焊缝热处理工艺参数，即可进行下一批次自动焊缝热处理。

根据上述步骤具体案例见表1。

表1不同钢种、厚度坯料热处理工艺参数

本发明一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置及焊缝热处理工艺改变了因高碳高强钢焊缝15热处理时间不足、温度不够、热处理不充分等导致的焊接应力不能消除等焊接弊端，可根据不同含碳量、强度、原料厚度规格设定焊缝处理温度、时间，使焊缝区域金相结构发生变化，金相组织更趋均匀，提高了高碳高强钢焊接性能，保证了焊接质量，满足了高碳高强钢生产焊接工艺要求，实现了减少高强钢高碳钢焊缝断带率，提高了机时产量和成材率。通过PLC控制台12触摸屏设定参数，操作界面直观，显示醒目，一键点击即可完成全部工艺动作程序，操作简单便捷。焊缝15热处理时间精确到秒，使热处理效果可靠有效，断带率在1％以下，提高机时产量30～35％，提高高碳高强钢成材率2％，能确保高碳高强钢在冷轧酸轧联合机组的正常生产。

本发明高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置采用安格斯集团(香港)深圳机械有限公司生产的型号为CS-5制冷循环水冷却系统11，武汉迪凯光电科技有限公司公司生产的IT-6红外测温探头，选用的超音频控制柜3、超音频变压器8、感应加热器9均为国际、国内公开技术，在互联网均能找到相关文献和制造厂家。滚珠丝杆加步进电机的精密传动是公开成熟的技术，在互联网也能找到相关文献和制造厂家。

最后声明：本发明保护范围并不局限于此，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置，包括C形移动小车、激光焊机、超音频控制柜、操作执行柜、承重支架、升降机构、移动支架、超音频变压器、感应加热器、红外测温探头、制冷水循环冷却系统、PLC控制操作台、螺栓、电缆，其特征在于，超音频控制柜、操作执行柜固定在C形移动小车平台上，超音频控制柜的输入端通过电缆与电源连接，输出端通过电缆与操作执行柜的一个输入端连接；操作执行柜的另一个输入端通过电缆与PLC控制操作台的输出端连接，三个输出端通过电缆分别与升降机构、超音频变压器、制冷水循环冷却系统连接；在C形移动小车的上端面，用螺栓连接承重支架，支架上垂直设置有导轨；在承重支架上用螺栓固定升降机构；一个移动支架，其侧边中间的连接块与升降机构上的螺母座固定连接，两边的连接件与承重支架上的导轨活动连接；在移动支架中间横档上固定有与电源连接的红外测温探头，上方固定超音频变压器，下方用螺栓固定感应加热器，超音频变压器与感应加热器之间通过电缆连接；一个制冷水循环冷却系统，通过管道分别与超音频变压器、感应加热器的进出水口连接。

2.根据权利要求1所述的一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置，其特征在于，所述升降机构由步进电机、联轴器、滚珠丝杆、螺母座、支承座构成。

3.根据权利要求1所述的一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置，其特征在于，所述移动支架两边的连接件为带止口的内凹形槽。

4.根据权利要求1所述的一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置，其特征在于，所述感应加热器由长方形管件、铁氧体和绝缘体构成。

5.根据权利要求4所述的一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置，其特征在于，所述铁氧体为内凹形长方体块。

6.根据权利要求1所述的一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置，其特征在于，所述制冷水循环冷却系统由制冷机、水箱、进出水管道构成。

7.一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理工艺，包括高碳高强钢冷连轧焊缝热处理装置，其特征在于，工艺步骤为：

1）激光焊接完毕，按下PLC控制操作台面板上系统启动按钮，开启制冷水循环冷却系统；

2）根据PLC控制操作台面板上的提示步骤，设定热处理温度、热处理时间、加热距离，选择手动或自动工作模式；

3）手动或自动模式下，启动PLC控制操作台面板上感应加热器下降程序，感应加热器下降到下缘距离带钢上表面设定距离，感应加热器停止下降；

4）手动或自动模式下，启动PLC控制操作台面板上加热程序，红外测温探头监测热处理温度，达到温度设定值后，保温，达到设定热处理时间，启动PLC控制操作台面板加热停止程序及上升程序，感应加热器停止加热并上升至升降机构行程最高位置下方10mm～15mm停止，完成整个焊缝热处理工序。

8.根据权利要求7所述的一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理工艺，特征在于，所述热处理温度为600℃～720℃，热处理时间为30秒～60秒。

9.根据权利要求7所述的一种高碳高强钢冷连轧焊缝热处理工艺，特征在于，所述感应加热器下降到下缘距离带钢上表面的距离为0.8mm～1.5mm。