CN115186423A - 窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法，依次包括如下步骤：收集电阻焊机的设备参数；收集带钢和焊接工艺参数；计算熔核高度和焊接所需总热量；计算焊缝处总电阻；计算得到焊缝处产生的有效热量，并计算得到目标函数值；判断目标函数值是否满足条件，如否则评估结果为不符合焊接要求，如是则计算电阻焊机机架横梁和立柱的内侧应力和外侧应力，再判断内侧应力和外侧应力是否满足条件，如是则评估结果为符合焊接要求，如否则焊接参数超出电阻焊机能力。本发明能对电阻焊机能够焊接的极限强度、宽度和厚度进行评估从而得出极限规格产品和瓶颈，能保证焊缝质量，并提高实际生产效率。

Description

窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法

技术领域

本发明涉及连续退火焊接技术，特别涉及一种窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法。

背景技术

连续退火是相对罩式退火而言，是带钢连续通过退火炉，退火炉无封口，带钢不经过停留而直接进行卷取的生产方式。连续退火机组通常采用窄搭接电阻焊机，电阻焊机是将前后带钢进行焊接，实现机组保持连续不间断运行。焊接质量的好坏决定着带钢产品的质量与产量，而决定焊接质量的关键因素在于焊接参数的设定。目前，对于已有的钢种和厚度的产品，通过大量试验可以得出合理的焊接参数，且在电阻焊机的能力范围之内；而对于新钢种而言，在没有焊接试验的前提下，焊接参数的设定不合理，如若超出电阻焊机的能力范围，则容易造成焊缝质量不佳，严重时还会导致断带风险。因此，亟需一种针对连续退火机组窄搭接电阻焊机的焊接能力评估方法，以实现对焊接极限强度、宽度及厚度产品进行电阻焊机能力的评估，这对于提高现场生产效率和产品质量尤为重要。

目前，对于连续退火焊接技术的研究主要包括如下几个方面：一、优化焊接工艺参数，例如焊接电流、焊接电压、焊轮压力、焊接速度、搭接量、补偿量等；二、焊接安全检测及电阻焊机检修；而这些研究方面并不是针对连续退火机组电阻焊机的焊接能力评估。中国专利201620475700.0公开了一种用于电阻焊机电极快速检修的支撑装置，属于设备检修领域，所述支撑装置用于稳固支撑待修复的焊机电极，提高修复效率。中国专利201520897172.3公开了一种电阻焊机安全检测装置，其包括上限位光栅、下限位光栅及光栅挡板，用于防止铁屑碎末产生，提高了装置的稳定性和使用寿命。中国专利200620045383.5公开了一种电阻焊机刀架的拆卸工具，可以在无固定支撑点情况下实现快速、方便拆卸光整刀架，主要解决人工拆卸存在的劳动强度高、工作效率低的技术问题。由此，上述专利均未涉及可用于连续退火机组窄搭接电阻焊机焊接能力评估的装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法，所述评估方法综合考虑电阻焊机的设备参数以及带钢和焊接工艺参数，建立一套可用于评估窄搭接电阻焊机焊接能力的数学模型，对电阻焊机能够焊接的极限强度、宽度和厚度进行评估从而得出极限规格产品和瓶颈，能保证焊缝质量，并提高实际生产效率。

本发明是这样实现的：

一种窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法，所述电阻焊机包括上焊轮、下焊轮和机架；所述评估方法包括如下步骤：

步骤一，收集电阻焊机的设备参数，设备参数包括上焊轮的厚度、弹性模量、泊松比、半径，前行带钢的弹性模量、泊松比，下焊轮的厚度、弹性模量、泊松比、半径，后行带钢的弹性模量、泊松比，机架上所受垂直作用力，机架横梁的中性线长度、惯性矩、截面长度、内侧高度、外侧高度，机架立柱的中性线长度、惯性矩、截面长度、内侧高度、外侧高度，机架许用应力；

步骤二，收集带钢和焊接工艺参数，带钢和焊接工艺参数包括前行带钢的压痕高度、焊接碳当量、厚度，后行带钢的压痕高度、焊接碳当量、厚度，带钢比热容，带钢密度，带钢常温和熔核状态的温度差，焊接速度，搭接量，补偿量，焊轮压力，带钢表面温度，焊接电流，偏差系数；

步骤三，计算熔核高度和焊接所需总热量，计算公式如下：

h＝A·[(h₁+h₂)-(c_s+c_x)]

Q_需＝λch(b_djl+b_bcl)ρΔT

式中，h为熔核高度，A为取焊透率，h₁和h₂分别为前行带钢和后行带钢的厚度，c_s和c_x分别为前行带钢和后行带钢的压痕高度，Q_需为焊接所需总热量，λ为熔核熔融系数，c为带钢比热容，b_djl为搭接量，b_bcl为补偿量，ρ为带钢密度，ΔT为带钢常温和熔核状态的温度差；

步骤四，计算焊缝处总电阻，先根据赫兹公式计算得到上焊轮与前行带钢的接触宽度，下焊轮与后行带钢的接触宽度；再结合边缘效应、绕流现象对电阻的影响并根据马西森定律计算得到前行带钢电阻和后行带钢电阻；然后由前行带钢电阻、后行带钢电阻和接触电阻的总和得到焊缝处总电阻；

步骤五，根据焦耳定律计算得到焊缝处产生的有效热量，并计算得到目标函数值，计算公式如下：

式中，G(x)为目标函数值，Q₁为焊缝处产生的有效热量；

步骤六，如果目标函数值小于等于偏差系数，则进入步骤七；如目标函数值大于偏差系数，则得到焊接能力评估结果为不符合焊接要求；

步骤七，先对电阻焊机进行校核，并计算得到机架横梁的上力矩、内侧抗弯截面系数、外侧抗弯截面系数、内侧应力、外侧应力，机架立柱的影响力矩、内侧抗弯截面系数、外侧抗弯截面系数、内侧应力、外侧应力；再对计算结果进行判断，如机架横梁的内侧应力、外侧应力以及机架立柱的内侧应力、外侧应力均小于等于机架许用应力，则得到焊接能力评估结果为符合焊接要求，如不符合上述条件，则得到焊接参数超出电阻焊机能力。

所述步骤三中，60％≤A≤80％，0.9≤λ≤1.2。

所述步骤四中，所述上焊轮与前行带钢的接触宽度，下焊轮与后行带钢的接触宽度的计算公式如下：

式中，b_dws为上焊轮与前行带钢的接触宽度，b_dwx为下焊轮与后行带钢的接触宽度，P为焊轮压力，b_hls和R_hls分别为上焊轮的厚度和半径，b_hlx和R_hlx分别为下焊轮的厚度和半径，E₁和v₁分别为上焊轮的弹性模量和泊松比，E₂和v₂分别为前行带钢的弹性模量和泊松比，E₃和v₃分别为下焊轮的弹性模量和泊松比，E₄和v₄分别为后行带钢的弹性模量和泊松比。

所述步骤四中，所述前行带钢电阻和后行带钢电阻的计算公式如下：

式中，R_w1为前行带钢电阻，R_w2为后行带钢电阻，K₁为边缘效应引起电流场扩散的系数，K₂为绕流现象引起电流场扩散的系数，K₃为碳当量对电阻的影响指数，K₄为熔核熔融宽度系数，C_e1和C_e2分别为前行带钢和后行带钢的焊接碳当量，b_dws为上焊轮与前行带钢的接触宽度，b_dwx为下焊轮与后行带钢的接触宽度，ρ₀为带钢0℃时的电阻率，α为带钢电阻率随温度变化的电阻温度系数，T为带钢表面温度。

所述ρ₀＝9.78×10^-8Ωm，α＝6.51×10^-3，0.80≤K₁≤0.85，0.8≤K₂≤0.9，0.02≤K₃≤0.08，1.0≤K₄≤2.0。

所述步骤四中，接触电阻的计算公式如下：

式中，R_c为接触电阻，K_c为与接触材料、表面情况、接触形式有关的第一系数，P为焊轮压力，m为与接触形式有关的第二系数。

所述m＝1，0.1≤K_c≤0.4。

所述步骤五中，有效热量的计算公式如下：

式中，γ为有效热量计算系数，h₁和h₂分别为前行带钢和后行带钢的厚度，φ为带钢厚度对有效热量的影响指数，C_e1和C_e2分别为前行带钢和后行带钢的焊接碳当量，β为带钢焊接碳当量对有效热量的影响指数，I为焊接电流，R为焊缝处总电阻，V为焊接速度。

所述γ＝0.2，0.25≤φ≤0.35，0.1≤β≤0.2。

所述步骤七中，机架横梁的上力矩的计算公式如下：

式中，M₁为机架横梁的上力矩，R为焊缝处总电阻，l₁和I₁分别为机架横梁的中性线长度和惯性矩，l₂和I₂分别为机架立柱的中性线长度和惯性矩；

所述机架立柱的影响力矩的计算公式如下：

M₂＝Fl₁-M₁

式中，M₂为机架立柱的影响力矩，F为机架上所受垂直作用力；

所述机架横梁的内侧抗弯截面系数、外侧抗弯截面系数，机架立柱的内侧抗弯截面系数、外侧抗弯截面系数的计算公式如下：

式中，W_n1和W_a1分别为机架横梁的内侧抗弯截面系数和外侧抗弯截面系数，W_n2和W_a2分别为机架立柱的内侧抗弯截面系数和外侧抗弯截面系数，b₁为机架横梁的截面长度，g₁为机架横梁的内侧高度和外侧高度，b₂为机架立柱的截面长度，g₂为机架立柱的内侧高度和外侧高度；

所述机架横梁的内侧应力、外侧应力，机架立柱的内侧应力、外侧应力的计算公式如下：

式中，σ_n1和σ_a1分别为机架横梁的内侧应力和外侧应力，σ_n2和σ_a2分别为机架立柱的内侧应力和外侧应力。

本发明窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法，通过综合考虑电阻焊机的设备参数、带钢和焊接工艺参数，计算得到熔核高度和焊接所需总热量、焊缝处总电阻、焊缝处产生的有效热量，从而基于焊接所需总热量和焊缝处产生的有效热量得到目标函数值，再通过将目标函数值与预设的偏差系数进行判断，并结合电阻焊机机架内外侧应力与预设的机架许用应力进行判断，最终得到电阻焊机焊接能力评估结果。由此，本发明通过建立这样一套数学模型，能实现对电阻焊机的焊接极限强度、宽度和厚度的有效评估，并得到极限规格产品和瓶颈，不仅能保证焊缝质量很好，而且能提高实际生产效率，有助于提高连续退火机组的经济效益。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：基于电阻焊机的设备参数、带钢和焊接工艺参数建立了可用于评估窄搭接电阻焊机焊接能力的数学模型，方法步骤简明实用并能灵活适应钢种变化，保证连续退火焊接焊缝质量，能有效提高现场实际生产效率和产品质量。

附图说明

图1为本发明窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，一种窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法，所述电阻焊机包括上焊轮、下焊轮和机架，所述评估方法具体包括如下步骤：

步骤一，收集电阻焊机的设备参数，设备参数包括上焊轮的厚度、弹性模量、泊松比、半径，前行带钢的弹性模量、泊松比，下焊轮的厚度、弹性模量、泊松比、半径，后行带钢的弹性模量、泊松比，机架上所受垂直作用力，机架横梁的中性线长度、惯性矩、截面长度、内侧高度、外侧高度，机架立柱的中性线长度、惯性矩、截面长度、内侧高度、外侧高度，机架许用应力。

步骤二，收集带钢和焊接工艺参数，带钢和焊接工艺参数包括前行带钢的压痕高度、焊接碳当量、厚度，后行带钢的压痕高度、焊接碳当量、厚度，带钢比热容，带钢密度，带钢常温和熔核状态的温度差，焊接速度，搭接量，补偿量，焊轮压力，带钢表面温度，焊接电流，偏差系数。

步骤三，计算熔核高度和焊接所需总热量，计算公式如下：

h＝A·[(h₁+h₂)-(c_s+c_x)]

Q_需＝λch(b_djl+b_bcl)ρΔT

式中，h为熔核高度，A为取焊透率，h₁和h₂分别为前行带钢和后行带钢的厚度，c_s和c_x分别为前行带钢和后行带钢的压痕高度，Q_需为焊接所需总热量，λ为熔核熔融系数，c为带钢比热容，b_djl为搭接量，b_bcl为补偿量，ρ为带钢密度，ΔT为带钢常温和熔核状态的温度差。优选地，为保证焊接质量，60％≤A≤80％，0.9≤λ≤1.2。

步骤四，计算焊缝处总电阻，先根据赫兹公式计算得到上焊轮与前行带钢的接触宽度，下焊轮与后行带钢的接触宽度；再结合边缘效应、绕流现象对电阻的影响并根据马西森(Matthiessen)定律计算得到前行带钢电阻和后行带钢电阻；然后由前行带钢电阻、后行带钢电阻和接触电阻的总和得到焊缝处总电阻。

具体地，所述上焊轮与前行带钢的接触宽度，下焊轮与后行带钢的接触宽度的计算公式如下：

式中，b_dws为上焊轮与前行带钢的接触宽度，b_dwx为下焊轮与后行带钢的接触宽度，P为焊轮压力，b_hls和R_hls分别为上焊轮的厚度和半径，b_hlx和R_hlx分别为下焊轮的厚度和半径，E₁和v₁分别为上焊轮的弹性模量和泊松比，E₂和v₂分别为前行带钢的弹性模量和泊松比，E₃和v₃分别为下焊轮的弹性模量和泊松比，E₄和v₄分别为后行带钢的弹性模量和泊松比。

由此，所述前行带钢电阻和后行带钢电阻的计算公式如下：

式中，R_w1为前行带钢电阻，R_w2为后行带钢电阻，K₁为边缘效应引起电流场扩散的系数，K₂为绕流现象引起电流场扩散的系数，K₃为碳当量对电阻的影响指数，K₄为熔核熔融宽度系数，C_e1和C_e2分别为前行带钢和后行带钢的焊接碳当量，b_dws为上焊轮与前行带钢的接触宽度，b_dwx为下焊轮与后行带钢的接触宽度，ρ₀为带钢0℃时的电阻率，α为带钢电阻率随温度变化的电阻温度系数，T为带钢表面温度。优选地，ρ₀＝9.78×10^-8Ωm，α＝6.51×10^-3，0.80≤K₁≤0.85，0.8≤K₂≤0.9，0.02≤K₃≤0.08，1.0≤K₄≤2.0。

具体地，所述接触电阻的计算公式根据经验设定如下：

式中，R_c为接触电阻，K_c为与接触材料、表面情况、接触形式有关的第一系数，优选地，0.1≤K_c≤0.4。P为焊轮压力。m为与接触形式有关的第二系数，接触形式包括点、线、面接触，相应的m取值可为0.5、0.7、1。由于电阻焊机的接触形式通常为面接触，因此m＝1。

另外，焊缝处总电阻还包括前行带钢与电极间的接触电阻、后行带钢与电极间的接触电阻。由于电极为铜质，导电率高，接触可靠，带钢和电极接触产生的热量也只有很少一部分传给带钢，而且这其中还有一部分被用来加热形成熔核，一般都可忽略。

步骤五，先根据焦耳定律计算得到焊缝处产生的有效热量，计算公式如下：

式中，γ为有效热量计算系数，h₁和h₂分别为前行带钢和后行带钢的厚度，φ为带钢厚度对有效热量的影响指数，C_e1和C_e2分别为前行带钢和后行带钢的焊接碳当量，β为带钢焊接碳当量对有效热量的影响指数，I为焊接电流，R为焊缝处总电阻，V为焊接速度。优选地，γ＝0.2，0.25≤φ≤0.35，0.1≤β≤0.2。

再计算得到目标函数值，计算公式如下：

式中，G(x)为目标函数值，Q₁为焊缝处产生的有效热量。

步骤六，如果目标函数值小于等于偏差系数，则进入步骤七；如目标函数值大于偏差系数，则得到焊接能力评估结果为不符合焊接要求。

步骤七，对电阻焊机进行校核，并计算得到机架横梁的上力矩、内侧抗弯截面系数、外侧抗弯截面系数、内侧应力、外侧应力，机架立柱的影响力矩、内侧抗弯截面系数、外侧抗弯截面系数、内侧应力、外侧应力。根据计算结果进行判断，如机架横梁的内侧应力、外侧应力均小于等于机架许用应力，且机架立柱的内侧应力、外侧应力均小于等于机架许用应力，则得到焊接能力评估结果为符合焊接要求；如不符合上述条件，则得到焊接参数超出电阻焊机能力。

具体地，所述机架横梁的上力矩的计算公式如下：

式中，M₁为机架横梁的上力矩，R为焊缝处总电阻，l₁和I₁分别为机架横梁的中性线长度和惯性矩，l₂和I₂分别为机架立柱的中性线长度和惯性矩。

所述机架立柱的影响力矩的计算公式如下：

M₂＝Fl₁-M₁

式中，M₂为机架立柱的影响力矩，F为机架上所受垂直作用力。

所述机架横梁的内侧抗弯截面系数、外侧抗弯截面系数，机架立柱的内侧抗弯截面系数、外侧抗弯截面系数的计算公式如下：

式中，W_n1和W_a1分别为机架横梁的内侧抗弯截面系数和外侧抗弯截面系数，W_n2和W_a2分别为机架立柱的内侧抗弯截面系数和外侧抗弯截面系数，b₁为机架横梁的截面长度，g₁为机架横梁的内侧高度和外侧高度，b₂为机架立柱的截面长度，g₂为机架立柱的内侧高度和外侧高度。

所述机架横梁的内侧应力、外侧应力，机架立柱的内侧应力、外侧应力的计算公式如下：

式中，σ_n1和σ_a1分别为机架横梁的内侧应力和外侧应力，σ_n2和σ_a2分别为机架立柱的内侧应力和外侧应力。

实施例一

对于极限焊接而言，极限情况有两种，一种是比较软且比较薄的带钢，这样的带钢很容易出现超焊现象；另一种是比较硬且比较厚的带钢，这样的带钢很容易出现焊不透的现象。因此，选择两种极限规格带钢：(1)270JD钢种带钢，极限厚度为0.3mm，极限宽度为1430mm；(2)590CQ钢种带钢，极限厚度为1.6mm，极限宽度为1430mm。表1列出了两种极限规格带钢钢种的带钢和焊接工艺参数。

表1

针对270JD钢种带钢，采用所述焊接能力评估方法，具体的方法步骤和计算结果如下：

步骤一，收集电阻焊机的设备参数，具体为：上焊轮的厚度b_hls＝25mm、弹性模量E₁＝2.1×10⁵MPa、泊松比ν₁＝0.28、半径R_hls＝150mm；前行带钢的弹性模量E₂＝2.2×10⁵MPa、泊松比ν₂＝0.3；下焊轮的厚度b_hlx＝25mm、弹性模量E₃＝2.1×10⁵MPa、泊松比ν₃＝0.28、半径R_hlx＝150mm；后行带钢的弹性模量E₄＝2.2×10⁵MPa、泊松比ν₄＝0.3；机架上所受垂直作用力F＝50KN；机架横梁的中性线长度l₁＝3.2m、惯性矩I₁＝8.6×10^-3m⁴、截面长度b₁＝5.3m，机架横梁的内侧高度和外侧高度相等即g₁＝0.2m；机架立柱的中性线长度l₂＝0.8m、惯性矩I₂＝3.6×10^-3m⁴、截面长度b₂＝5.3m，机架立柱的内侧高度和外侧高度相等即g₂＝0.25m；机架许用应力σ_许＝40～50MPa。

步骤二，收集带钢和焊接工艺参数，具体为：前行带钢的压痕高度c_s＝0.03mm、焊接碳当量Ce₁＝0.096、厚度h₁＝0.3mm；后行带钢的压痕高度c_x＝0.03mm、焊接碳当量Ce₂＝0.096、厚度h₂＝0.3mm；带钢比热容c＝0.46×10³J/(kg·℃)，带钢密度ρ＝7.85g/cm³，带钢常温和熔核状态的温度差ΔT＝1515℃，焊接速度V＝14m/min，搭接量b_djl＝1.2mm，补偿量b_bcl＝1mm，焊轮压力P＝6.5KN，带钢表面温度T＝25℃，焊接电流I＝10.5KA，偏差系数δ＝10％。

步骤三，计算熔核高度和焊接所需总热量，具体为：

h＝A·[(h₁+h₂)-(c_s+c_x)]＝0.43mm

Q_需＝λch(b_djl+b_bcl)ρΔT＝6.2J

其中，A＝75％，λ＝1.15。

步骤四，计算焊缝处总电阻，具体为：

上焊轮与前行带钢的接触宽度b_dws，下焊轮与后行带钢的接触宽度b_dwx的计算结果如下：

前行带钢电阻R_w1和后行带钢电阻R_w2的计算结果如下：

其中，ρ₀＝9.78×10^-8Ωm，α＝6.51×10^-3，K₁＝0.83，K₂＝0.83，K₃＝0.05，K₄＝1.5。

接触电阻R_c的计算结果如下：

其中，m＝1，K_c＝0.25。

由此，焊缝处总电阻R的计算结果如下：

R＝R_w1+R_c+R_w2＝8.25×10^-5Ω

其中，前行带钢与电极间的接触电阻和后向带钢与电极间的接触电阻忽略不计。

步骤五，计算焊缝处产生的有效热量和目标函数值，具体为：

焊缝处产生的有效热量Q₁的计算结果如下：

其中，γ＝0.2，φ＝0.32，β＝0.16。

目标函数值G(x)的计算结果如下：

步骤六，比较目标函数值和偏差系数，即目标函数值G(x)＝8％小于偏差系数δ＝10％，则进入步骤七。

步骤七，对电阻焊机进行校核并进行如下计算，具体为：

机架横梁的上力矩M₁的计算结果如下：

机架立柱的影响力矩M₂的计算结果如下：

M₂＝Fl₁-M₁＝51.525KN·m

机架横梁的内侧抗弯截面系数W_n1、外侧抗弯截面系数W_a1，机架立柱的内侧抗弯截面系数W_n2、外侧抗弯截面系数W_a2的计算结果如下：

机架横梁的内侧应力σ_n1、外侧应力σ_a1，机架立柱的内侧应力σ_n2、外侧应力σ_a2的计算公式如下：

由此，机架横梁的内侧应力σ_n1、机架横梁的外侧应力σ_a1、机架立柱的内侧应力σ_n2和机架立柱的外侧应力σ_a2均小于机架许用应力σ_许＝40～50MPa，则得到焊接能力评估结果为符合焊接要求。

针对590CQ钢种带钢，采用所述焊接能力评估方法，具体的方法步骤和计算结果如下：

步骤一，收集电阻焊机的设备参数，具体设备参数及其数值和270JD钢种带钢中步骤一相同。

步骤二，收集带钢和焊接工艺参数，具体为：前行带钢的压痕高度c_s＝0.16mm、焊接碳当量Ce₁＝0.387、厚度h₁＝1.6mm；后行带钢的压痕高度c_x＝0.16mm、焊接碳当量Ce₂＝0.387、厚度h₂＝1.6mm；带钢比热容c＝0.46×10³J/(kg·℃)，带钢密度ρ＝7.85g/cm³，带钢常温和熔核状态的温度差ΔT＝1515℃，焊接速度V＝8m/min，搭接量b_djl＝1mm，补偿量b_bcl＝0.8mm，焊轮压力P＝17KN，带钢表面温度T＝25℃，焊接电流I＝20.5KA，偏差系数δ＝10％。

步骤三，计算熔核高度和焊接所需总热量，具体为：

h＝A·[(h₁+h₂)-(c_s+c_x)]＝2.2mm

Q_需＝λch(b_djl+b_bcl)ρΔT＝24.6J

其中，A＝70％，λ＝1.1。

步骤四，计算焊缝处总电阻，具体为：

上焊轮与前行带钢的接触宽度b_dws，下焊轮与后行带钢的接触宽度b_dwx的计算结果如下：

前行带钢电阻R_w1和后行带钢电阻R_w2的计算结果如下：

其中，ρ₀＝9.78×10^-8Ωm，α＝6.51×10^-3，K₁＝0.82，K₂＝0.85，K₃＝0.05，K₄＝1.5。

接触电阻R_c的计算结果如下：

其中，m＝1，K_c＝0.25。

由此，焊缝处总电阻R的计算结果如下：

R＝R_w1+R_c+R_w2＝6.74×10^-5Ω

其中，前行带钢与电极间的接触电阻和后向带钢与电极间的接触电阻忽略不计。

步骤五，计算焊缝处产生的有效热量和目标函数值，具体为：

焊缝处产生的有效热量Q₁的计算结果如下：

其中，γ＝0.2，φ＝0.31，β＝0.15。

目标函数值G(x)的计算结果如下：

步骤六，比较目标函数值和偏差系数，即目标函数值G(x)＝1％小于偏差系数δ＝10％，则进入步骤七。

步骤七，对电阻焊机进行校核并进行计算，具体计算步骤和结果与270JD钢种带钢步骤七相同，由此，机架横梁的内侧应力、机架横梁的外侧应力、机架立柱的内侧应力和机架立柱的外侧应力均小于机架许用应力，则得到焊接能力评估结果为符合焊接要求。

本发明窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法，能有效评估电阻焊机的极限强度、宽度和厚度，根据现场应用情况，其提供的焊接能力评估结果切实可行，可进一步推广到国内其它类似的连续退火机组，推广应用前景比较广阔。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法，所述电阻焊机包括上焊轮、下焊轮和机架；其特征在于：所述评估方法包括如下步骤：

步骤一，收集电阻焊机的设备参数，设备参数包括上焊轮的厚度、弹性模量、泊松比、半径，前行带钢的弹性模量、泊松比，下焊轮的厚度、弹性模量、泊松比、半径，后行带钢的弹性模量、泊松比，机架上所受垂直作用力，机架横梁的中性线长度、惯性矩、截面长度、内侧高度、外侧高度，机架立柱的中性线长度、惯性矩、截面长度、内侧高度、外侧高度，机架许用应力；

步骤二，收集带钢和焊接工艺参数，带钢和焊接工艺参数包括前行带钢的压痕高度、焊接碳当量、厚度，后行带钢的压痕高度、焊接碳当量、厚度，带钢比热容，带钢密度，带钢常温和熔核状态的温度差，焊接速度，搭接量，补偿量，焊轮压力，带钢表面温度，焊接电流，偏差系数；

步骤三，计算熔核高度和焊接所需总热量，计算公式如下：

h＝A·[(h₁+h₂)-(c_s+c_x)]

Q_需＝λch(b_djl+b_bcl)ρΔT

式中，h为熔核高度，A为取焊透率，h₁和h₂分别为前行带钢和后行带钢的厚度，c_s和c_x分别为前行带钢和后行带钢的压痕高度，Q_需为焊接所需总热量，λ为熔核熔融系数，c为带钢比热容，b_djl为搭接量，b_bcl为补偿量，ρ为带钢密度，ΔT为带钢常温和熔核状态的温度差；

步骤四，计算焊缝处总电阻，先根据赫兹公式计算得到上焊轮与前行带钢的接触宽度，下焊轮与后行带钢的接触宽度；再结合边缘效应、绕流现象对电阻的影响并根据马西森定律计算得到前行带钢电阻和后行带钢电阻；然后由前行带钢电阻、后行带钢电阻和接触电阻的总和得到焊缝处总电阻；

步骤五，根据焦耳定律计算得到焊缝处产生的有效热量，并计算得到目标函数值，计算公式如下：

式中，G(x)为目标函数值，Q₁为焊缝处产生的有效热量；

步骤六，如果目标函数值小于等于偏差系数，则进入步骤七；如目标函数值大于偏差系数，则得到焊接能力评估结果为不符合焊接要求；

步骤七，先对电阻焊机进行校核，并计算得到机架横梁的上力矩、内侧抗弯截面系数、外侧抗弯截面系数、内侧应力、外侧应力，机架立柱的影响力矩、内侧抗弯截面系数、外侧抗弯截面系数、内侧应力、外侧应力；再对计算结果进行判断，如机架横梁的内侧应力、外侧应力以及机架立柱的内侧应力、外侧应力均小于等于机架许用应力，则得到焊接能力评估结果为符合焊接要求，如不符合上述条件，则得到焊接参数超出电阻焊机能力。

2.根据权利要求1所述的窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法，其特征在于：所述步骤三中，60％≤A≤80％，0.9≤λ≤1.2。

3.根据权利要求1所述的窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法，其特征在于：所述步骤四中，所述上焊轮与前行带钢的接触宽度，下焊轮与后行带钢的接触宽度的计算公式如下：

式中，b_dws为上焊轮与前行带钢的接触宽度，b_dwx为下焊轮与后行带钢的接触宽度，P为焊轮压力，b_hls和R_hls分别为上焊轮的厚度和半径，b_hlx和R_hlx分别为下焊轮的厚度和半径，E₁和v₁分别为上焊轮的弹性模量和泊松比，E₂和v₂分别为前行带钢的弹性模量和泊松比，E₃和v₃分别为下焊轮的弹性模量和泊松比，E₄和v₄分别为后行带钢的弹性模量和泊松比。

4.根据权利要求1所述的窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法，其特征在于：所述步骤四中，所述前行带钢电阻和后行带钢电阻的计算公式如下：

式中，R_w1为前行带钢电阻，R_w2为后行带钢电阻，K₁为边缘效应引起电流场扩散的系数，K₂为绕流现象引起电流场扩散的系数，K₃为碳当量对电阻的影响指数，K₄为熔核熔融宽度系数，C_e1和C_e2分别为前行带钢和后行带钢的焊接碳当量，b_dws为上焊轮与前行带钢的接触宽度，b_dwx为下焊轮与后行带钢的接触宽度，ρ₀为带钢0℃时的电阻率，α为带钢电阻率随温度变化的电阻温度系数，T为带钢表面温度。

5.根据权利要求4所述的窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法，其特征在于：所述ρ₀＝9.78×10^-8Ωm，α＝6.51×10^-3，0.80≤K₁≤0.85，0.8≤K₂≤0.9，0.02≤K₃≤0.08，1.0≤K₄≤2.0。

6.根据权利要求1所述的窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法，其特征在于：所述步骤四中，接触电阻的计算公式如下：

式中，R_c为接触电阻，K_c为与接触材料、表面情况、接触形式有关的第一系数，P为焊轮压力，m为与接触形式有关的第二系数。

7.根据权利要求6所述的窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法，其特征在于：所述m＝1，0.1≤K_c≤0.4。

8.根据权利要求1所述的窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法，其特征在于：所述步骤五中，有效热量的计算公式如下：

式中，γ为有效热量计算系数，h₁和h₂分别为前行带钢和后行带钢的厚度，φ为带钢厚度对有效热量的影响指数，C_e1和C_e2分别为前行带钢和后行带钢的焊接碳当量，β为带钢焊接碳当量对有效热量的影响指数，I为焊接电流，R为焊缝处总电阻，V为焊接速度。

9.根据权利要求8所述的窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法，其特征在于：所述γ＝0.2，0.25≤φ≤0.35，0.1≤β≤0.2。

10.根据权利要求1所述的窄搭接电阻焊机焊接能力评估方法，其特征在于：所述步骤七中，机架横梁的上力矩的计算公式如下：

式中，M₁为机架横梁的上力矩，R为焊缝处总电阻，l₁和I₁分别为机架横梁的中性线长度和惯性矩，l₂和I₂分别为机架立柱的中性线长度和惯性矩；

所述机架立柱的影响力矩的计算公式如下：

M₂＝Fl₁-M₁

式中，M₂为机架立柱的影响力矩，F为机架上所受垂直作用力；

所述机架横梁的内侧抗弯截面系数、外侧抗弯截面系数，机架立柱的内侧抗弯截面系数、外侧抗弯截面系数的计算公式如下：

式中，W_n1和W_a1分别为机架横梁的内侧抗弯截面系数和外侧抗弯截面系数，W_n2和W_a2分别为机架立柱的内侧抗弯截面系数和外侧抗弯截面系数，b₁为机架横梁的截面长度，g₁为机架横梁的内侧高度和外侧高度，b₂为机架立柱的截面长度，g₂为机架立柱的内侧高度和外侧高度；

所述机架横梁的内侧应力、外侧应力，机架立柱的内侧应力、外侧应力的计算公式如下：

式中，σ_n1和σ_a1分别为机架横梁的内侧应力和外侧应力，σ_n2和σ_a2分别为机架立柱的内侧应力和外侧应力。

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