影響激光焊機焊接質(zhì)量的因素分析及焊機維護

陳濤

摘要：激光焊機作為冷軋帶鋼生產(chǎn)過程中的重要過程，焊縫質(zhì)量的好壞直接影響到整個生產(chǎn)線穩(wěn)定運行。針對于遷鋼冷軋焊機，對影響焊接質(zhì)量的各種因素進行了分析和歸納。根據(jù)影響焊接質(zhì)量的各種因素的分析，有針對性的提出了各種維護要求和方法，有效的保證了激光焊機的穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：激光；焊縫；質(zhì)量；維護

1 引言

激光焊機是冷連軋機組的重要設(shè)備，它的主要功能是將相鄰兩卷帶鋼的帶頭、帶尾經(jīng)剪切機切頭、切尾以后進行焊接，從而保證機組的連續(xù)生產(chǎn)。激光焊機的主要參數(shù)是焊接時間和焊縫質(zhì)量，焊接時間的長短直接影響冷軋生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率；焊縫質(zhì)量好壞直接的關(guān)系到冷軋生產(chǎn)線能否正常穩(wěn)定的生產(chǎn)。因此就影響激光焊機使用的幾個方面進行研究。

2 影響焊縫質(zhì)量的因素

激光焊接屬于深熔焊接，就是將激光能量轉(zhuǎn)化為熱能，把工件的對接部分熔化，形成熔池，在隨后的冷卻過程中形成焊縫[1]。影響焊縫質(zhì)量主要工藝參數(shù)的因素有：原料板板型、激光輸出功率、光斑直徑、吸收率、焊接速度、焊接氣體保護流量、焦點位置、焊絲位置以及對接間隙等[2]。

2.1 原料板板型

為保證原料板的板型（浪型）良好，原料板經(jīng)過矯直機改善板型，并用雙層剪將原料板頭部板型較差部位進行剪除。但受到機械設(shè)備結(jié)構(gòu)的限制（下鉗口比上鉗口短），帶鋼頭尾進行對接焊接過程中，最外側(cè)的帶鋼是出于自由狀態(tài)，板型較差時很容易造成焊縫兩側(cè)的帶鋼出現(xiàn)高度差，出現(xiàn)完全虛焊現(xiàn)象。

如果原料板在長度方向存在較大的鐮刀彎現(xiàn)象，雖然焊機的側(cè)導(dǎo)位設(shè)備，能保證帶鋼在焊接過程中保持對中。但是在焊接完成后的拉矯過程中，原料板很容易產(chǎn)生單邊拉力超出焊縫承受范圍現(xiàn)象，就會發(fā)生原料板拉斷的現(xiàn)象。

2.2 激光輸出功率

激光深熔焊與激光輸出功率有著密切相關(guān)的關(guān)系。因焊接功率是由經(jīng)過光路導(dǎo)光系統(tǒng)的反射與聚焦，通過激光頭照射到焊件表面所產(chǎn)生的，因此激光輸出功率應(yīng)測量激光照射到被焊工件的實際功率。輸出功率過小，將產(chǎn)生氣孔且熔深不夠，從而造成焊不透的現(xiàn)象。

2.3 光斑直徑

光束斑點大小是激光焊接的最重要變量之一，因為它決定功率密度。最簡單的實測方法是等溫度輪廓法，即用厚紙燒焦和穿透聚丙烯板后測量焦斑和穿孔直徑。這種方法要通過測量實踐，掌握好激光功率大小和光束作用的時間。

2.4 焊接速度

深熔焊接時，速度與熔深成反比，焊接速度隨材料厚度的增加而減小，在同一功率下，厚度越薄速度越大。要根據(jù)帶鋼材料厚度及材質(zhì)選擇合適的焊接速度。速度過高會導(dǎo)致焊不透，過低則會使材料過分熔化、燒損和焊穿。

2.5 焊接氣體保護流量

焊接保護氣體不僅是用來防止保護熔池，防止帶鋼在焊接過程中氧化，同時也能將將焊接過程中產(chǎn)生的等離子體吹散，提高焊接質(zhì)量。

而保護氣體流量的大小對焊縫質(zhì)量也有影響，過大會使焊縫產(chǎn)生氣孔，過小會焊不透。保護氣體的流量、噴嘴角度、距離等對焊縫質(zhì)量有著直接的影響，噴嘴流量角度等應(yīng)現(xiàn)場調(diào)試至最佳為準。

2.6 焦點位置

焊接時，光束的聚焦特性（包括焦距和離焦量）對焊接質(zhì)量有影響。對接頭定位的精度不高時，能量密度足夠用于焊接時，可采用長焦距焊接。正常情況下根據(jù)焊接功率、來料厚度、材質(zhì)等因素將焦點深度調(diào)整在板厚1 /3處。

焦點位置的準確度直接表現(xiàn)在焊縫的表面上，如焦點位置上下偏移，會使焊縫變寬，熔深減小或焊不透，左右偏移會造成虛焊或焊不上。其位置需現(xiàn)場打點調(diào)整，一般將其定位在待焊接工件對接的中心線上，打3點即可。

2.7 焊絲位置

激光焊接一般不填充焊絲，但對焊件裝配間隙要求很高，實際生產(chǎn)中有時難以實現(xiàn)，限制了其應(yīng)用范圍。采用填絲激光焊，可大大降低對裝配間隙的要求。但是在使用焊絲狀態(tài)下，必須對焊絲的喂入角度進行精確的調(diào)整，如果角度不合適，焊縫質(zhì)量將嚴重下降。

2.8 對接間隙

因焊接熱變形的存在以及對焊縫增厚的控制，對接間隙起著舉足輕重的作用。對接間隙過大，會在傳動側(cè)出現(xiàn)漏鋼，對接帶鋼邊部熔化不足，焊縫變細；間隙過小，會使焊縫變厚，影響間隙控制的傳動機構(gòu)。從理論上講，要求對接間隙為零最有利于保證焊接質(zhì)量，但由于設(shè)備功能精度等原因?qū)⒃斐蓪娱g隙不可能為零，故一般控制在小于0. 02 mm，若大于此間隙將造成虛焊。

3 提高焊接質(zhì)量的措施

3.1 開卷機及矯直機設(shè)備維護

對開卷機的鋼卷對中系統(tǒng)進行定期的校核，并根據(jù)校核結(jié)果進行修正，如果過開卷機存在CPC系統(tǒng)，也要密切關(guān)注該系統(tǒng)實際的工作效果，防止由于系統(tǒng)錯誤調(diào)整導(dǎo)致帶鋼的對中性能下降。

矯直機是對原料板進行矯直工作的。設(shè)備的正常工作，直接影響到到達激光焊機位置原料板板型的好壞。因此在日常工作中，必須對矯直機的插入值、輥徑、壓下系統(tǒng)、同步系統(tǒng)等定期進行檢查和校核，確保矯直機正常、穩(wěn)定的運行[4]。

3.2 功率測試

功率測試，主要是對激光焊機的激光源系統(tǒng)的功率是否衰竭，以確定是否更換清洗發(fā)射鏡。并對激光源系統(tǒng)衰減情況進行檢查和跟蹤，根據(jù)長期建立的跟蹤記錄逐步掌握激光源的使用規(guī)律和維護周期，一般當激光源功率衰減到80%時，必須對系統(tǒng)進行調(diào)整。由于激光源的維護比較復(fù)雜，大部分的維護需要依靠專業(yè)廠家技術(shù)人員定期進行維護，所以正確的掌握激光源的維護周期十分重要。

3.3 亞克力測試

亞克力試驗主要是對激光路由上的反射鏡系統(tǒng)進行檢查，確定是否需要對反射鏡進行清擦和更換（圖1所示，測試中存在麻點現(xiàn)象，說明鏡子臟，需要清洗）。根據(jù)焊機的實際使用工況和光路中的保護氣體的使用情況，也可以逐步的摸索出反射鏡的清擦和更換周期。

同時在進行反射鏡清擦過程中，必須對光路系統(tǒng)的偏移情況進行檢查，并根據(jù)檢查情況進行校正，使紅光在燃燒區(qū)域中心（圖1所示）。

3.4 剪刃更換及間隙調(diào)整

剪刃屬于常換工藝件，原料板頭、尾部的剪切質(zhì)量對隨后的焊接起到至關(guān)重要的影響，因此剪刃的使用情況必須進行跟蹤和檢查。如果剪刃達到使用周期或刃口出現(xiàn)損傷時，必須及時的更換新剪刃，并對剪刃間隙進行認真調(diào)整，確保剪刃間隙符合設(shè)計要求（ mm）。

3.5 夾鉗系統(tǒng)維護

入口夾鉗主要用于將尾帶的帶頭夾緊，保證入口剪剪切的精度，另外入口夾鉗還具有高度調(diào)節(jié)功能、帶鋼橫向?qū)χ?、兩帶鋼間隙調(diào)整功能。出口夾鉗固定在底部基座上，具有很高的穩(wěn)固性。

原料板的最終對接精度，完全依靠夾鉗系統(tǒng)的工作精度保證，因此必須重視對夾鉗系統(tǒng)的維護。夾鉗系統(tǒng)維護主要包括：運動精度的定期測量和恢復(fù)、定位精度的定期測量和恢復(fù)、夾持系統(tǒng)夾持力校核、夾鉗系統(tǒng)的各個安裝精度測量及恢復(fù)、夾鉗襯板的檢查和更換。

4 結(jié)語

通過對影響焊縫質(zhì)量的各種因素分析，有針對性的加強對激光焊機和周圍輔助設(shè)備的專項檢查和維護。該項工作的開展明顯的提高了焊縫的焊接質(zhì)量，減少了由于焊縫質(zhì)量造成的冷軋機組的斷帶事故。

參考文獻

[1] 魏彪盛. 激光原理及應(yīng)用[M].重慶大學(xué)出版社.2007.

（作者單位：河北省首鋼股份公司遷安鋼鐵公司）