焊管機(jī)組激光焊機(jī)諧振腔故障分析處理與維護(hù)

史文軍，李益華

（中國(guó)寶武鋼鐵集團(tuán)寧波寶新不銹鋼有限公司，浙江寧波 315807）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，激光焊接技術(shù)作為一種具有高度柔性和智能化的焊接技術(shù)而迅速發(fā)展起來(lái)，成為現(xiàn)代焊接加工的一個(gè)重要手段。寧波寶新不銹鋼有限公司不銹鋼激光焊管機(jī)組引進(jìn)通快（TRUMPE）公司TLF6000型二氧化碳激光焊機(jī)焊接不銹鋼直縫焊管，由于速度快、深度大、熱影響區(qū)小、變形小、性能好，生產(chǎn)的焊管可替代無(wú)縫管使用在壓力容器等一系列高端產(chǎn)品上。作為新型的高科技產(chǎn)品，激光焊機(jī)的狀態(tài)直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和機(jī)組的正常運(yùn)行。由于缺少相應(yīng)的技術(shù)支撐和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)故障的分析處理，總結(jié)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，提高設(shè)備人員的技能水平。

1 激光器原理

激光器是激光焊機(jī)的關(guān)鍵部分，公司目前使用的激光器是通快公司產(chǎn)品。激光器的主要部件是諧振腔，諧振腔是一個(gè)密閉的金屬容器，內(nèi)裝產(chǎn)生激光的混合性氣體CO2，N2及He。激光器的原理是利用高頻直流電壓進(jìn)行激勵(lì)，使CO2氣體分子受激輻射產(chǎn)生激光。

2 激光焊機(jī)諧振腔故障分析與處理

2.1 故障闡述

鋼卷激光機(jī)組主操啟動(dòng)激光焊機(jī)開(kāi)始焊機(jī)諧振腔氣體循環(huán)作業(yè)時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程中激光焊機(jī)諧振腔排氣過(guò)程異常緩慢，諧振腔壓力下降至35 hPa時(shí)基本不往下降，經(jīng)過(guò)15 min后諧振腔壓力還未達(dá)到15 hPa要求，焊機(jī)發(fā)出報(bào)警，報(bào)警代碼13100111（Timeout Resonator Start，諧振腔啟動(dòng)超時(shí)），且焊機(jī)操作面板無(wú)OK顯示，激光焊機(jī)不能正常工作。將焊機(jī)氣體循環(huán)最低啟動(dòng)壓力值改為35 hPa，強(qiáng)制啟動(dòng)焊機(jī)，操作面板顯示OK。啟動(dòng)焊機(jī)進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)再次發(fā)出報(bào)警，報(bào)警信息為諧振腔混亂，故障無(wú)法復(fù)位焊機(jī)停機(jī)。排氣過(guò)程中真空泵出口排氣管道偶爾有水珠噴出（圖1）。

2.2 原因分析

（1）諧振腔氣體循環(huán)超時(shí)說(shuō)明諧振腔內(nèi)部有泄漏，對(duì)焊機(jī)諧振腔做密封測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為0.33 hPa/min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于焊機(jī)要求的0.1 hPa/min，說(shuō)明焊機(jī)諧振腔泄漏嚴(yán)重。

（2）排氣過(guò)程中真空泵出氣管道有水珠噴出，說(shuō)明諧振腔內(nèi)水冷卻系統(tǒng)發(fā)生泄漏，導(dǎo)致冷卻水滲漏到諧振腔內(nèi)部。

（3）焊機(jī)強(qiáng)制啟動(dòng)后發(fā)出諧振腔混亂報(bào)警，說(shuō)明諧振腔內(nèi)部氣氛不純，焊機(jī)發(fā)生故障前、后未更換過(guò)發(fā)生氣體。

（4）打開(kāi)諧振腔蓋板，檢查冷卻器，發(fā)現(xiàn)其中2個(gè)漏水（圖2）。

結(jié)論：諧振腔內(nèi)部冷卻器存在輕微泄漏現(xiàn)象，造成諧振腔內(nèi)部有水氣而無(wú)法達(dá)到真空狀態(tài)，導(dǎo)致諧振腔啟動(dòng)超時(shí)報(bào)警。

圖1 真空泵出口排氣管

圖2 冷卻器漏水

2.3 故障處理

（1）更換8個(gè)諧振腔冷卻器（圖3），并用吸水紙將諧振腔內(nèi)殘余水滴吸干，更換冷卻器過(guò)程中要注意保證冷卻器管體和諧振腔內(nèi)壁的清潔，然后進(jìn)行諧振腔氣體循環(huán)。諧振腔系統(tǒng)壓力能抽到7 hPa，說(shuō)明泄漏點(diǎn)已經(jīng)排除。反復(fù)做諧振腔氣體循環(huán)，持續(xù)4 h左右，目的是將諧振腔內(nèi)水氣排凈。

（2）更換諧振腔底部4個(gè)角上的4個(gè)吸收器（圖4）后，開(kāi)啟焊機(jī)電子管加熱，給定焊機(jī)功率75%（4.8 kW），持續(xù)時(shí)間約14 h。

2.4 處理效果

圖3 更換冷卻器

故障處理后啟動(dòng)焊機(jī)做密封測(cè)試，測(cè)試結(jié)果0.07 hPa/min，達(dá)到焊機(jī)廠家要求值（＜0.1 hPa/min），焊機(jī)操作面板顯示OK，無(wú)異常報(bào)警或警告，啟動(dòng)焊機(jī)能正常進(jìn)行焊接作業(yè)，問(wèn)題得到解決。

圖4 更換吸收器

諧振腔冷卻器滲漏屬于偶發(fā)事件，主要集中出現(xiàn)在沿海地區(qū)，初步分析認(rèn)為可能與沿海城市空氣中氯離子濃度較高、腐蝕諧振腔冷卻器，也有可能與冷卻水變質(zhì)腐蝕諧振腔冷卻器有關(guān)。事后的重點(diǎn)工作是維護(hù)好冷卻系統(tǒng)與冷卻水質(zhì)量的跟蹤，防止同類事故的發(fā)生。

3 維護(hù)經(jīng)驗(yàn)

（1）諧振腔內(nèi)混合氣體的純度應(yīng)嚴(yán)格按照使用手冊(cè)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置，保護(hù)氣體He純度必須≥99.996%VOL（體積分?jǐn)?shù)），CO2純度必須≥99.995%VOL，N2純度必須≥99.999%（體積比），氣體不純會(huì)導(dǎo)致諧振腔出現(xiàn)混亂。為保證良好的冷卻效果，運(yùn)行100 h后應(yīng)更換過(guò)濾襯墊，并根據(jù)空氣質(zhì)量清潔度進(jìn)行定期更換。

（2）運(yùn)行100 h后檢查冷卻水液位，防止系統(tǒng)漏水或達(dá)不到冷卻效果而損壞電子元件。如液位未達(dá)到標(biāo)記水平，應(yīng)添加冷卻水并補(bǔ)充添加劑達(dá)到要求比例。

（3）更換冷卻水、更換過(guò)濾器、清潔過(guò)濾網(wǎng)應(yīng)同步進(jìn)行，首先每個(gè)月檢查冷卻水電導(dǎo)率，電導(dǎo)率＜200 μS/cm。按6個(gè)月更換冷卻水，電導(dǎo)率＞200 μS/cm必須馬上更換。更換冷卻水要嚴(yán)格安裝更換流程進(jìn)行，要清洗水箱、冷卻系統(tǒng)，并多次沖洗排放，清洗完后注入電導(dǎo)率≤10 μS/cm的新冷卻水，循環(huán)10 min后冷卻水電導(dǎo)率≤20 μS/cm，并且水清潔沒(méi)有懸浮物就可以添加防腐劑和抗菌劑。如果電導(dǎo)率超標(biāo)則重新更換冷卻水。

（4）光路吹掃氣體選用壓縮空氣或氮?dú)?，質(zhì)量要求：露點(diǎn)壓力最高+3℃無(wú)塵，最大微粒尺寸40 μm，最大微粒密度10 mg/m3，含油量最高5 mg/m3。由于寶新的管道壓縮空氣純度無(wú)法滿足設(shè)備要求，采用純度99.996%的瓶裝N2進(jìn)行吹掃，國(guó)內(nèi)的壓縮空氣質(zhì)量無(wú)法達(dá)到激光焊機(jī)廠家的要求，使用不合格的壓縮空氣容易損壞光路。

（5）定期對(duì)光路進(jìn)行檢測(cè)及調(diào)整，檢查其射出的光路及聚焦是否在正中心。出現(xiàn)偏光應(yīng)調(diào)整光路，否則會(huì)引起焊嘴燒損，功率不足等問(wèn)題。建議新安裝的激光設(shè)備安裝避振裝置，防止周圍劇烈的動(dòng)作導(dǎo)致光路偏移。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于激光器部分關(guān)鍵技術(shù)外方保密，技術(shù)消化吸收還有一定難度，通過(guò)故障的分析、處理，總結(jié)出日常維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，打破長(zhǎng)期依靠外方維護(hù)人員處理激光焊機(jī)故障的局面，為激光焊機(jī)的后續(xù)維護(hù)打下良好基礎(chǔ)。