冷軋機帶材厚度峰刺的影響因素及解決方向

劉永杰，韓慶華，王慶收，陳 超

（奧科寧克（昆山）鋁業有限公司，昆山 215300）

0 前言

1 厚度峰刺的影響因素及解決方法

某公司的冷軋機是由涿神公司制造的四輥不可逆式1 550 mm鋁板帶冷軋機，軋機最高速度900 m/min，兼有冷軋機及鋁箔粗軋機的性能；軋制范圍為來料厚度6～8 mm，成品3.0～0.05 mm的釬焊板帶材。此軋機安裝于2003年，軋機出口配置Thermo Fisher北美RM215測厚儀一套，用于出口帶材厚度測量。測厚儀測厚范圍8.0～0.005 mm，X射源電壓50 kV，平均響應時間2 ms，采樣時間1 ms，測量精度在±0.1%，或者±0.25μm，厚度漂移量在8 h未標定情況下，測量厚度的±0.1%，重復噪音控制在測量厚度的0.1%。

隨著轎車行業的高速發展，測厚儀的測量精度和準確性直接影響到產品質量。由于該冷軋機已經使用十年有余，近幾年帶材的厚度峰刺隱患問題日益嚴重，有時一周會出現幾次。由于厚度峰刺問題出現的時間短、間隔時間長、隱蔽性較強、不易被發現，故易造成帶材表面厚度超出范圍。厚差指標不達標的需要切除，有時會嚴重影響成品率。例如如果一卷出現多次厚度峰刺會造成整卷報廢，復合釬焊板產品的成品率一般在55%左右。所以解決生產中的帶材厚度峰刺問題是提升成品率的有效手段。

由于每次生產時出現厚度峰刺的影響因素不同，且產生峰刺的原因與速度、張力、溫度、油污等也有密切關系；針對不同的現象逐步跟蹤，找到解決方向。

1.1 來料對厚度峰刺的影響

來料對帶材厚度峰刺的影響一般見于開卷機帶材來料包頭不好的厚料或者熱軋切邊不良。圖1為來料包頭不好出現的厚度峰刺。

圖1 來料包頭不好出現厚度峰刺

如圖1所示，前半卷厚度峰刺有規律呈現，間隔時間基本均等，峰刺方向朝上，隨著開卷卷徑變小，厚度峰刺隨之減小。熱軋機卷取包頭不好導致料卷直徑上不圓，在冷軋機開卷時，鋁卷的斷面不圓在每一卷有跳動，導致入口激光卷進測量裝置測出的卷徑階臺式跳躍，從而影響到張力不穩，出口測厚儀出現4%~6%左右的有規律厚度峰刺。

另外當熱軋來料圓盤剪切邊不良時，由于圓盤剪做圓周運動，導致帶材邊部應力集中，在冷軋機開卷時，特別在4 mm以上的厚料，時常出現帶材板形呈規律性片狀波浪，像蹺蹺板形態使開卷側張力不穩，帶材上下擺動導致出口厚度3%左右的厚度峰刺出現。

針對以上情況，來料包頭不好的需要確認是否按標準纏繞包頭位置與圈數。在生產時對來料厚度或板形缺陷在斷面位置做好劃線標記，到位置時適當降低速度避免斷帶。來料切邊不良的帶材，熱軋圓盤剪刀縫間隙預設過大，需檢查圓盤剪的重合度、傳動絲杠是否卡阻，位置傳感器反饋精度應小于0.1 mm。

1.2 溫度對厚度峰刺的影響

測厚儀是一種高精度X射線測量裝置，電壓從高壓包升壓后經陰極和陽極激發出X射線，會有熱量散發出來，測厚儀射源和探頭對溫度較為敏感。夏天軋機的出口溫度環境在60～80℃，測厚儀X射線工作溫度在30℃以下，測厚儀X射線管極限溫度是70℃，需要檢查測厚儀的冷卻水系統的工作溫度是否在正常范圍。一般溫度范圍為23～28℃，溫度帶寬范圍過大，在高電壓測量時，射線源探頭產生較多熱量，致使溫度的變化波動范圍比較大，可適當調整溫度補償系數，避免隨著溫度升高出現測厚儀厚度漂移。

在測厚儀冷卻系統正常的情況下，如厚度測量出現漂移時，做離線標樣30 min的測試過程中，厚度曲線隨時間延長逐漸發生線性漂移（如圖2所示）。特別是多個合金樣片都測量不準確的時候，可適當調整對應4個厚度段的電壓增益，為保障每個電壓段的能量，可刪除內部合金曲線，重新做測厚儀的內部合金曲線，以提高測量精度。X射線測厚儀信號漂移在4 h內控制在測量厚度的0.05%，8 h未標定情況下在測量厚度的0.1%之內。

圖2 測試0.3 mm外部樣片的厚度漂移曲線

冬天溫度較低，軋機內的軋制油溫度在80℃左右，油煙會比較大，排煙系統不好時會出現大量油煙囤積在軋機出入口周圍。測厚儀在測量時需要定時做曲線樣片測試和射線窗口的清潔，適當調整射線窗口臟補償系數或者做X射線的標準化矯正，避免測厚儀因油氣過大而影響到帶材的測量精度。

1.3 速度打滑對厚度峰刺的影響

在軋機生產中，可能遇到開卷機速度突然打滑（如圖3所示）。由于速度突變導致張力波動，帶材進入輥縫的速度突變引起超薄4.6%厚度峰刺的出現。在AGC系統閉環控制下，軋制力和輥縫位置瞬間出現變化，極容易發生斷帶。針對此種情況，要檢查開卷機和卷取機預設的張力匹配度，一般情況下卷取機單位張力大于開卷機單位張力3～8 N/mm2；檢查工作輥的粗糙度是否過小、套筒的圓度變形情況和脹軸壓力是否過低（p<4 MPa），這些都會影響帶材在生產中打滑。

圖3 開卷機打滑出現4.6%的厚度峰刺

1.4 系統未濾波對厚度峰刺信號的影響

如圖4所示，厚度峰刺出現10 ms，實際的軋制力和速度沒有變化，不會影響帶材軋制，對AGC控制也無影響。PLC的一般掃描周期在15 ms左右，軟件記錄下來曲線掃描周期10 ms，測厚儀采樣到厚度信號，送到AGC系統，AGC做出響應到帶材需要一定時間，所以在10 ms以內的厚度峰刺基本是來自測厚儀的采樣的假信號，對應措施系統對應做濾波程序，將厚度信號毛刺過濾即可。

在實際生產中，如果出現10 ms以內的厚度峰刺，需要取樣測試和校驗。因為一般情況下出現厚度峰刺向下方向的這種趨勢（向下代表帶材厚度超?。缀醪豢赡埽绻堉浦谐霈F超薄7%以上基本就發生斷帶了，這種極短的時間采樣到厚度峰刺大部分都是系統產生的假信號。

圖4厚度峰刺出現時間10 ms

1.5 齒輪箱嚙合不良對厚度峰刺的影響

圖5 示出了齒輪箱嚙合不良產生的厚度峰刺現象。經過長期跟蹤發現，生產中出現厚度峰刺的原因來自兩個方面。一方面，由于開卷機齒輪箱換擋軸承脫軌位移出來三分之一，換擋后齒輪面沒有和二級齒面完全嚙合或者嚙合面積只有一半，此時換擋不到位，齒面受力不均勻導致開卷速度有規律變動。此時，如果不及時維護，厚度峰刺會逐步放大。

圖5 齒輪箱嚙合不良產生的厚度峰刺

另一方面是與工藝所規定的張力參數不匹配。出口單位張力等于或小于入口單位張力時，最容易出現開卷轉矩與速度波動，同時伴隨出口錯層出現，最終反饋到帶材上的結果是呈現正弦波浪的厚度峰刺。

1.6 異物飛入和震動對厚度峰刺的影響

在生產中如果鋁屑飛入測量區，會產生一個2.6%厚度峰刺（如圖6所示），將測厚儀C形架退到離線位，測量標樣發現沒有厚度峰刺出現，可以判斷是外部異物飛入干擾造成的厚度峰刺。

圖6 異物飛入產生的厚度峰刺

出現這種情況時應檢查測厚儀的吹掃氣壓和氣嘴位置是否正確，避免軋制時軋制油進入到X射線窗口區，或者鋁屑飛濺到X射線窗口測量區薄膜上；檢查上下薄膜下方X射線孔內是否有鋁屑或者異物進入，需要制作防濺檔板以免油污進入測量區。另外需要測量C型架的輪子和軌道平面的平穩性，檢查軌道上是否有磨損坑；觀察周圍出口導板或者管路的震動是否對C型架的穩定性造成干擾。

1.7 射線測量電壓波動對厚度峰刺的影響

當測厚儀X射線探頭輸出反饋電壓范圍為0～10 V，電壓峰刺最終轉換成厚度信號輸出（如圖7所示），這是因探頭前置放大板電壓零點漂移造成的。這時需要檢測探頭內部密封情況，是否有軋制油浸入。解決方法是，重新校正前置放大板零點；另外需要檢查前置放大板上的管狀電阻是否擊穿，在作業時需要配置接地手環實現人體可靠接地，避免人體電壓損壞電路板電子元器件。如果射源電壓過低，可順時針微調驅動箱內驅動板上的電壓增益旋鈕，修正射源電壓值到達標準值。

圖7測厚儀探頭產生的厚度峰刺

1.8 屏蔽線接地不良對厚度峰刺的影響

圖8 示出了控制系統電源信號受到干擾產生的厚度峰刺。在軋制中厚度峰刺連續頻出，呈不規律狀態出現，這樣會造成整卷料報廢。測厚儀中間接線箱一般安裝在冷軋機直流調速電機附近，主要原因是軋機主機2 500 kW直流電機電纜和測厚儀C型架的電纜在橋架進入電控室過程中，有一段放在了同一層電纜橋架內，通過示波器看到系統雜波等因素干擾，產生無規律的厚度峰刺出現。將測厚儀電纜進行分槽隔離，并將測厚儀系統配置了隔離變壓器電源后，故障消失。

圖8電源信號受到干擾出現的厚度峰刺

1.9 接地系統不良出現的厚度峰刺

圖9 示出了接地系統不良產生的厚度峰刺。這種無規律連續的厚度峰刺與軋制速度、張力、軋制力工藝參數等都有關聯性，需要大量的數據分析，利用排除法從容易排除的因素下手。首先排除來料缺陷和外部環境影響，通過測厚儀內部標定Standard進行自檢，檢查X射線上下窗口薄膜是否有微小的孔洞或者劃傷；檢查X射線快門和內部標樣的動作情況，內部樣片在推出和返回時是否走到位了。其次檢查探頭和射源的反饋電壓，通過示波器測厚儀的探頭和射源的模擬量接地線不良，檢查測厚儀坦克鏈電纜到中間接線箱內屏蔽線端子是否氧化。

圖9 接地系統不良出現的厚度峰刺

因此要定期檢測測厚儀系統的屏蔽線接地，安裝隔離變壓器電源，避免受到電源雜波干擾；利用數據采集軟件對厚度狀態進行監控和數據分析，以便及時發現帶材厚度控制的各種隱形風險。

2 結論

冷軋機在生產時，厚度控制AGC（Automatic thickness control）是鋁板帶生產的核心技術，其中帶材出現的厚度峰刺是行業長期普遍存在而不易解決的問題，本文列舉了9類最長見的厚度峰刺的形態，并給出了大致解決方向及方法。

（1）帶材出現的厚度峰刺，因無任何前兆較隱蔽會直接影響到成品率。因此，通過現場收集的數據，對來料包頭、溫度、速度打滑、異物飛入、齒輪箱齒面嚙合不良、震動、測量信號波動、X射線前置放大板的零飄、接地信號不良等情況進行及時分析和排查，可有效減少厚度峰刺的出現。

（2）對于在實際生產中產生的厚度峰刺，因出現時間短，需借助于毫秒級數據采集軟件，并建立厚度控制分析模型，結合厚度峰刺的形態，便于快捷有效找出原因。