CN108465935B - 一种钢卷卷芯自动焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢卷卷芯自动焊接方法，包括如下步骤：步骤一、钢卷卷芯焊接设备安装，在罩式退火前道工序出口步进梁区域安装钢卷卷芯自动焊接设备，钢卷卷芯轴线方向与步进梁走行方向垂直；所述的钢卷卷芯自动焊接设备主要包括：焊机调整机架、检测单元、激光焊机；焊机调整机架由X轴、Z轴、横梁、X1轴构成；步骤二、步进梁与钢卷卷芯焊接设备之间建立动作联锁；步骤三、钢卷端面位置检测；步骤四、钢卷高度检测；步骤五、开始焊接：确定第一起弧点、启动焊接，确定第二起弧点、再次启动焊接；焊接完毕后，X轴、Z轴、X1轴回到原点。本发明应用专用设备和焊接方法替代人工焊接作业，实现钢卷卷芯焊接自动化和无人化。

Description

一种钢卷卷芯自动焊接方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种钢卷卷芯自动焊接方法。

背景技术

在冷轧罩式退火工序，钢卷采用立式吊具吊运，为防止钢卷卷芯松动导致卷芯钢带损坏和抽芯故障，必须将钢卷卷芯内圈焊接固定。

目前，国内钢铁生产线钢卷卷芯焊接普遍采用手工电弧焊或手持式远程焊接方式。手工电弧焊焊接，操作人员劳动强度大，人身健康受到危害。采用手持式远程焊接，操作人员劳动强度和人身健康危害得到缓解，但是焊接过程仍然需要操作人员参与。

发明内容

为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种钢卷卷芯自动焊接方法，应用专用设备和焊接方法替代人工焊接作业，实现钢卷卷芯焊接自动化和无人化。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种钢卷卷芯自动焊接方法，包括如下步骤：

步骤一、钢卷卷芯焊接设备安装：在罩式退火前道工序出口步进梁区域安装钢卷卷芯自动焊接设备，钢卷卷芯轴线方向与步进梁走行方向垂直；所述的钢卷卷芯自动焊接设备主要包括：焊机调整机架、检测单元、激光焊机；焊机调整机架由X轴、Z轴、横梁、X1轴构成，X轴、Z轴、X1轴采用直线滑台结构，在轴向往复运动和定位；Z轴垂直安装在X轴上，沿X轴前后水平滑动，横梁水平安装在Z轴上，X1轴为安装在横梁上的滑轨，激光焊机安装在滑轨上前后滑动；滑轨中心为焊机初始位置，焊机初始位置到步进梁中心线距离为L，检测单元包括钢卷端面位置检测传感器和钢卷高度检测传感器，安装在横梁头部，采用回弹式位移变送器进行接触式测量。

步骤二、步进梁与钢卷卷芯焊接设备之间建立动作联锁，步进梁完成一步钢卷运输后，新的钢卷到达焊接卷位，步进梁停止运动等待焊接过程，焊接执行完毕后焊接设备停止运动，等待步进梁完成下一步钢卷运输。

步骤三、钢卷端面位置检测，钢卷端面检测传感器到步进梁中心距离为D，钢卷端面检测传感器到钢卷端面距离为d；钢卷端面检测前，X轴坐标为x0=0；检测开始后，X轴正向运动，当钢卷端面检测传感器触碰钢卷端面X轴停止运动，记录X轴位移x1和钢卷端面检测传感器位移Δx；钢卷端面检测传感器到钢卷端面距离d，d=x1-Δx；计算钢卷宽度W，W=2(D-d)=2(D-x1+Δx)。

步骤四、钢卷高度检测，钢卷高度为H，钢卷中心高度为h，鞍座夹角为a，计算钢卷半径R，R=h*sina；钢卷高度检测前，Z轴运动到正向最大值zmax，检测开始后，Z轴反向运动，当钢卷高度检测位置传感器与钢卷顶端触碰，记录Z轴位移z1与钢卷高度检测传感器位移Δz，计算钢卷高度H，H=zmax-z1+Δz；计算钢卷中心高度h：

h=H-R=H-h*sina，h=H/(1+sina )=(zmax-z1+Δz)/(1+sina)。

所述的步骤四的钢卷高度检测中，钢卷卷芯焊接设备的具体动作顺序为：

步骤401、进行钢卷端面位置检测后，X轴反向运动100mm，即X轴向后返回；

步骤402、Z轴运动到正向最大值，即Z轴向上至最高位；

步骤403、X轴正向运动100+s的距离， s是钢卷高度检测传感器与钢卷端面检测传感器安装距离，即X轴前进至传感器探出钢卷位置，进行钢卷高度检测；

步骤404、完成钢卷高度检测后，Z轴正向运动100mm，X轴反向运动200+s，即Z轴向上返回，X轴向后返回。

步骤五、开始焊接：

步骤501、确定第一起弧点：Z轴反向运动到坐标h处；X轴正向运动到坐标L处；激光焊机在X1轴上正向运动到坐标W/2-p-e处，为起弧点位置，其中：p为焊缝到钢卷端面距离，e是钢卷轴向位置误差限，然后停止运动；

步骤502、启动焊接，同时X1轴反向运动一个焊缝长度l后收弧，完成钢卷一侧端面的焊接；

步骤503、确定第二起弧点：X1轴反向运动到坐标p+l-W/2将激光焊机运送到起弧点位置；

步骤504、再次启动焊接，同时X1轴反向运动一个焊缝长度l后收弧，完成钢卷另一侧端面的焊接；

步骤505、焊接完毕后，X轴反向运动到原点，Z轴反向运动到原点，X1轴正向运动到原点，完成一次焊接动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

用专用设备替代人工焊接作业，实现了钢卷卷芯焊接的自动化、无人化。将操作人员从繁重的体力劳动中解放出来，为企业节省了人力成本，同时焊接质量和焊接效率都得到了提升。

附图说明

图1是本发明的焊接设备布置图；

图2 是本发明的钢卷端面位置检测示意图；

图3 是本发明的钢卷轴线高度测量示意图。

其中：1-Z轴2-X1轴3-横梁4-X轴5-激光焊机6-钢卷端面检测传感器7-钢卷高度检测传感器8-钢卷9-步进梁10-鞍座。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

一种钢卷卷芯自动焊接方法，包括如下步骤：

步骤一、钢卷卷芯焊接设备安装：在罩式退火前道工序（轧机或清洗）出口步进梁9区域安装钢卷卷芯自动焊接设备，钢卷8卷芯轴线方向与步进梁9走行方向垂直；所述的钢卷卷芯自动焊接设备主要包括：焊机调整机架、检测单元、激光焊机5；焊机调整机架由X轴4、Z轴1、横梁3、X1轴2构成，X轴4、Z轴1、X1轴2采用直线滑台结构，在轴向往复运动和定位；Z轴1垂直安装在X轴4上，沿X轴4前后水平滑动，横梁3水平安装在Z轴1上，X1轴2为安装在横梁3上的滑轨，激光焊机5安装在滑轨上前后滑动；滑轨中心为焊机初始位置，焊机初始位置到步进梁9中心线距离为L，检测单元包括钢卷端面位置检测传感器6和钢卷高度检测传感器7，安装在横梁3头部，采用回弹式位移变送器进行接触式测量；

步骤二、步进梁与钢卷卷芯焊接设备之间建立动作联锁，步进梁9完成一步钢卷8运输后，新的钢卷8到达焊接卷位，步进梁9停止运动等待焊接过程，焊接执行完毕后焊接设备停止运动，等待步进梁9完成下一步钢卷运输；

步骤三、钢卷端面位置检测，钢卷端面检测传感器6到步进梁9中心距离为D，钢卷端面检测传感器6到钢卷8端面距离为d；钢卷端面检测前，X轴坐标为x0=0；检测开始后，X轴正向运动，当钢卷端面检测传感器6触碰钢卷端面X轴4停止运动，记录X轴4位移x1和钢卷端面检测传感器6位移Δx；钢卷端面检测传感器6到钢卷端面距离d，d=x1-Δx；计算钢卷宽度W，W=2(D-d)=2(D-x1+Δx)；

步骤四、钢卷高度检测，钢卷高度为H，钢卷中心高度为h，鞍座夹角为a，计算钢卷半径R，R=h*sina；钢卷高度检测前，Z轴运动到正向最大值zmax，检测开始后，Z轴反向运动，当钢卷高度检测位置传感器7与钢卷8顶端触碰，记录Z轴1位移z1与钢卷高度检测传感器7位移Δz，计算钢卷高度H，H=zmax-z1+Δz；计算钢卷中心高度h：

h=H-R=H-h*sina，h=H/(1+sina )=(zmax-z1+Δz)/(1+sina)；

钢卷高度检测中，钢卷卷芯焊接设备的具体动作顺序为：

步骤401、进行钢卷8端面位置检测后，X轴4反向运动100mm，即X轴4向后返回；

步骤402、Z轴1运动到正向最大值，即Z轴1向上至最高位；

步骤403、X轴4正向运动100+s的距离， s是钢卷高度检测传感器7与钢卷端面检测传感器6安装距离，即X轴4前进至传感器探出钢卷位置，进行钢卷高度检测；

步骤404、完成钢卷高度检测后，Z轴1正向运动100mm，X轴4反向运动200+s，即Z轴1向上返回，X轴4向后返回。

步骤五、开始焊接：

步骤501、确定第一起弧点：Z轴1反向运动到坐标h处；X轴4正向运动到坐标L处；激光焊机5在X1轴2上正向运动到坐标W/2-p-e处，为起弧点位置，其中：p为焊缝到钢卷端面距离，e是钢卷轴向位置误差限，然后停止运动；

步骤502、启动焊接，同时X1轴2反向运动一个焊缝长度l后收弧，完成钢卷一侧端面的焊接；

步骤503、确定第二起弧点：X1轴2反向运动到坐标p+l-W/2将激光焊机5运送到起弧点位置；

步骤504、再次启动焊接，同时X1轴2反向运动一个焊缝长度l后收弧，完成钢卷8另一侧端面的焊接；

步骤505、焊接完毕后，X轴4反向运动到原点，Z轴1反向运动到原点，X1轴4正向运动到原点，完成一次焊接动作。

具体实施例：

本实施例按以下焊接工艺参数：钢卷宽度W=1000mm，钢卷直径Ø=1000mm，钢带厚度T规格1.0mm；采用激光焊接，焊接位置在钢卷卷芯内圈带头，焊缝到钢卷端面距离p=100mm，焊缝长度l=100mm。

钢卷端面位置检测，如图2所示，钢卷端面检测传感器6到步进梁9中心距离为D=1100mm；钢卷端面检测前，X轴坐标为x0=0；检测开始后，X轴4正向运动，当钢卷端面检测传感器6触碰钢卷8端面X轴4停止运动，记录X轴位移x1=610mm，钢卷端面检测传感器6位移Δx=10；计算钢卷端面检测传感器6到钢卷8端面距离d，d=x1-Δx=600mm；计算钢卷宽度W，W=2(D-d)=1000mm。

钢卷高度检测，如图3所示，鞍座夹角为30°，R=h*sin a；钢卷高度检测前，Z轴1运动到正向最大值zmax=2500mm；检测开始后，Z轴1反向运动，当钢卷高度检测位置传感器7与钢卷顶端触碰，记录Z轴1位移z1=1010mm，钢卷高度检测传感器7位移值Δz=10mm，计算钢卷顶端Z轴坐标H，H=zmax-z1+Δz=1500mm；计算钢卷中心高度h，h=H/(1+sina )=1500/(1+sin30°)=1000mm。

进行钢卷端面位置检测后，X轴4反向运100mm，Z轴1运动到正向最大值坐标Zmax=2500mm，X轴4正向运动50+100=150mm，s是钢卷高度检测传感器7与钢卷端面检测传感器6安装距离为50mm，进行钢卷高度检测，Z轴1正向运动100mm，X轴4反向运动到坐标250mm，Z轴1反向运动到坐标h=1000mm；X轴4正向运动到坐标L=2200mm。

焊接动作流程：

（1）如图2所示，X1轴4中心到步进梁9中心距离为L,同时X1轴2正向运动到坐标W/2-p-e=500-100-10=390mm，将激光焊机5运送到起弧点位置，e是钢卷轴向位置误差限10mm，，然后停止运动；

（2）启动焊接，X1轴2反向运动l=100mm后收弧，完成钢卷8一侧端面的焊接；

（3）X1轴2继续反向运动到坐标p+l-W/2=-300mm将激光焊机5运送到起弧点位置；

（4）启动焊接，X1轴2反向运动l=100mm后收弧，完成钢卷另一侧端面的焊接；

（5）焊接完毕后，X轴4反向运动到原点，Z轴1反向运动到原点，X1轴2正向运动到原点，完成一次焊接动作。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (2)

1.一种钢卷卷芯自动焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、钢卷卷芯焊接设备安装：在罩式退火前道工序出口步进梁区域安装钢卷卷芯自动焊接设备，钢卷卷芯轴线方向与步进梁走行方向垂直；所述的钢卷卷芯自动焊接设备主要包括：焊机调整机架、检测单元、激光焊机；焊机调整机架由X轴、Z轴、横梁、X1轴构成，X轴、Z轴、X1轴采用直线滑台结构，在轴向往复运动和定位；Z轴垂直安装在X轴上，沿X轴前后水平滑动，横梁水平安装在Z轴上，X1轴为安装在横梁上的滑轨，激光焊机安装在滑轨上前后滑动；滑轨中心为焊机初始位置，焊机初始位置到步进梁中心线距离为L，检测单元包括钢卷端面位置检测传感器和钢卷高度检测传感器，安装在横梁头部，采用回弹式位移变送器进行接触式测量；

步骤二、步进梁与钢卷卷芯焊接设备之间建立动作联锁，步进梁完成一步钢卷运输后，新的钢卷到达焊接卷位，步进梁停止运动等待焊接过程，焊接执行完毕后焊接设备停止运动，等待步进梁完成下一步钢卷运输；

步骤三、钢卷端面位置检测，钢卷端面检测传感器到步进梁中心距离为D，钢卷端面检测传感器到钢卷端面距离为d；钢卷端面检测前，X轴坐标为x0＝0；检测开始后，X轴正向运动，当钢卷端面检测传感器触碰钢卷端面X轴停止运动，记录X轴位移x1和钢卷端面检测传感器位移Δx；钢卷端面检测传感器到钢卷端面距离d，d＝x1-Δx；计算钢卷宽度W，W＝2(D-d)＝2(D-x1+Δx)；

步骤四、钢卷高度检测，钢卷高度为H，钢卷中心高度为h，鞍座夹角为a，计算钢卷半径R，R＝h*sina；钢卷高度检测前，Z轴运动到正向最大值zmax，检测开始后，Z轴反向运动，当钢卷高度检测位置传感器与钢卷顶端触碰，记录Z轴位移z1与钢卷高度检测传感器位移Δz，计算钢卷高度H，H＝zmax-z1+Δz；计算钢卷中心高度h：

h＝H-R＝H-h*sina，h＝H/(1+sina)＝(zmax-z1+Δz)/(1+sina)；

步骤五、开始焊接：

步骤501、确定第一起弧点：Z轴反向运动到坐标h处；X轴正向运动到坐标L处；激光焊机在X1轴上正向运动到坐标W/2-p-e处，为起弧点位置，其中：p为焊缝到钢卷端面距离，e是钢卷轴向位置误差限，然后停止运动；

步骤502、启动焊接，同时X1轴反向运动一个焊缝长度l后收弧，完成钢卷一侧端面的焊接；

步骤503、确定第二起弧点：X1轴反向运动到坐标p+l-W/2将激光焊机运送到起弧点位置；

步骤504、再次启动焊接，同时X1轴反向运动一个焊缝长度l后收弧，完成钢卷另一侧端面的焊接；

步骤505、焊接完毕后，X轴反向运动到原点，Z轴反向运动到原点，X1轴正向运动到原点，完成一次焊接动作。

2.根据权利要求1所述的一种钢卷卷芯自动焊接方法，其特征在于，所述的步骤四的钢卷高度检测中，钢卷卷芯焊接设备的具体动作顺序为：

步骤401、进行钢卷端面位置检测后，X轴反向运动100mm，即X轴向后返回；

步骤402、Z轴运动到正向最大值，即Z轴向上至最高位；

步骤403、X轴正向运动100+s的距离，s是钢卷高度检测传感器与钢卷端面检测传感器安装距离，即X轴前进至传感器探出钢卷位置，进行钢卷高度检测；

步骤404、完成钢卷高度检测后，Z轴正向运动100mm，X轴反向运动200+s，即Z轴向上返回，X轴向后返回。