СПОСОБ СВАРКИ ПОЛОС ПЕРЕД ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКОЙ
WELDING PROCESS OF STRIPS BEFORE COLD ROLLING

Изобретение относится к металлургии, в частности к обработке давлением сваренных в стык полос на стане холодной прокатки.
В технологии производства холоднокатаной листовой стали на непрерывных станах, полученной из подката, одной из операций является сварка нескольких горячекатаных полос и смотка в один большой рулон и его прокатка.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ сварки полос перед их прокаткой, включающий подготовку свариваемых кромок, их стыковку и последующую сварку полос встык (см., например, Беняковский М.А. и др. Производство автомобильного листа. М., «Металлургия», с.117 и 130-131, 1979 г.).
После того как передний конец полосы сошел с разматывателя, его обрезают поперечно относительно продольной оси, составляющей развернутый угол в 180°, что иллюстрируется фиг.1, и подают в стыкосварочную машину для соединения с концом полосы предыдущего рулона, еще не вошедшего в стан.
При этом способе сварки полос прокатка сварного соединения происходит на пониженной скорости для предотвращения вероятности разрывов полос вследствие значительных динамических нагрузок, возникающих при входе всего сварного шва в зону деформации, что приводит к снижению производительности прокатного стана.
Прокатка полосы в зоне стыковочных сварных швов на замедленной скорости объясняется нестабильностью механических свойств сварных швов и изменением толщины. Если при прохождении сварных швов между валками скорость прокатки не снижать, то это ведет к сильным ударам и может произойти разрыв полосы.
Большое значение в процессе прокатки имеет скоростной режим стана. После заправки полосы в первую клеть прокатка ведется на постоянной заправочной скорости до тех пор, пока передний конец полосы не пройдет все клети, и на моталке не образуется 2-3 витка полосы. Затем скорость повышается до рабочей, и рулон прокатывается с постоянной рабочей скоростью. Перед сварным швом, выполненным в виде развернутого угла, составляющего 180°, относительно продольной оси полосы, скорость прокатки замедляется до скорости прокатки сварного шва. Затем следует разгон стана до рабочей скорости, и дальше все повторяется. При подходе заднего конца полосы происходит замедление прокатного стана и скорость прокатки уменьшается с рабочей до заправочной, после чего задний конец полосы прокатывается с постоянной заправочной скоростью. После паузы начинается прокатка следующего рулона.
Производительность стана при прокатке полос, соединенных сваркой, в связи с перемещением соответствующих участков на пониженной скорости, уменьшается. Упомянутые потери производительности могут оказаться меньше тех, которые связаны с аварийной остановкой стана из-за порыва полосы по шву во время прокатки на рабочей скорости. К тому же внезапная остановка стана в связи с разрушением полосы часто влечет за собой выход из строя валков. Поэтому режим, предусматривающий снижение скорости стана перед прокаткой участков со швами, допустим при производстве холоднокатаной полосы.
В предлагаемом способе сварки полос перед прокаткой, включающем подготовку свариваемых кромок, их стыковку и последующую сварку полос встык, подготовку свариваемых кромок осуществляют путем резки заднего конца предыдущей полосы и переднего конца последующей по кривой линии (фиг.2) и, в частности, например, шевронной с углом от более чем 150° до 170°, что иллюстрируется фиг.3, вершина которого расположена на оси полосы по ее движению.
Подготовленные таким образом концы полос хорошо центруются относительно друг друга. Сварка полос производится встык путем оплавления. Полученный стыковой шов входит в зону деформации не всей длиной, а постепенно, начиная с вершины угла, т.е. от средней части полосы к ее боковым сторонам. Угол при вершине шевронного реза, составляющий 170°, характеризует начало реального снижения ударной нагрузки (~10%) на двигатель привода стана при прохождении в очаге деформации в сравнении со сварным швом, выполненным в виде прямой линии. Снижение ударных нагрузок при уменьшении угла шевронного реза менее 150° сказывается несущественно и к тому же уменьшение угла ведет к увеличению длины сварного шва, увеличению времени его изготовления и, следовательно, снижению производительности стана.
Снижение ударных нагрузок при прохождении полосы в зоне шва в зависимости от угла оценивали по снижению ударных нагрузок на оборудование прокатного стана, в частности, по току якоря привода валков, усилию прокатки и т.д.
На лабораторном стане 200 прокатывали полосы, сваренные встык с различными углами при вершинах реза шевронной формы из стали 08КП шириной 100 мм. Полосы прокатывали с постоянным передним и задним натяжением (0,5 тс). Во время прокатки фиксировали ток якоря двигателя привода рабочих валков в установившемся режиме прокатки полосы и в момент прохождения сварного шва. Скорость прокатки в момент прохождения сварного шва и самой полосы оставалась постоянной.
Были рассмотрены три различных режима прокатки полос с разной толщиной и рабочей скоростью:
Пример 1:
Для определения тока якоря двигателя в момент прохождения сварного шва прокатывали полосы с толщиной подката 1,0 мм, конечной толщиной 0,8 мм, со скоростью 3,0 м/с при установившемся токе якоря 338А и разными углами сварных швов. Были получены следующие результаты токов в момент прохождения сварных швов:
1) при угле 180°-I=631 A;
2) при угле 150°-I=426 A;
3) при угле 140°-I=401 А,
где I - сила тока якоря привода валков.
Пример 2:
При прокатке полос с толщиной подката 1,8 мм, конечной толщиной 1,2 мм, со скоростью 2,0 м/с при установившемся токе якоря 325А были получены следующие токи в момент прохождения сварных швов:
1) при угле 180°-I=588 A;
2) при угле 160°-I=483 A.
Пример 3:
При прокатке полос с толщиной подката 2,2 мм, конечной толщиной 1,5 мм, со скоростью 1,6 м/с при установившемся токе якоря 316А были получены следующие токи в момент прохождения швов:
1) при угле 180°-I=527 А;
2) при угле 175°-I=505 A;
3) при угле 170°-I=422 А.
Из приведенных примеров следует, что с уменьшением угла происходит снижение динамической нагрузки на сварной шов. Необходимо заметить, что по мере прокатки полосы в нескольких проходах, угол может несколько уменьшиться за счет вытяжки полосы, что не ухудшает условий прокатки сварного шва.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет снижать динамические нагрузки на полосу в зоне деформации сварного шва, уменьшает вероятность разрыва полосы и повышает производительность стана, так как нет необходимости снижать скорость прокатки при прохождении зоны сварного шва.