冷軋酸軋機組激光焊機焊縫斷帶的分析

關 楠

（本鋼板材股份有限公司冷軋廠，遼寧 本溪 117000）

激光焊接熱軋鋼帶具有對接焊縫牢固，軋制中動態(tài)厚度超差長度較短，軋機斷帶風險低等優(yōu)勢。激光焊機主要由激光源、焊機入口部分、焊機本體、焊機出口部分、月牙剪、氣站和電氣控制部分組成。

1 激光焊機的原理

CO2型激光焊機屬于深熔焊接，利用高壓產(chǎn)生激光，產(chǎn)生的激光通過激光傳輸導管中各個反射鏡以及聚焦鏡，激光束準確的聚焦在帶鋼對接部位，激光的光能被帶鋼吸收后產(chǎn)生熱能，把帶鋼的對接部分熔化，形成熔池。由于激光束的高功率，帶鋼對接部分的微小局部被迅速加熱、熔化、蒸發(fā)后，形成小孔，隨著激光束的向前移動，小孔內(nèi)被熔化的材料隨著后冷卻凝固形成均勻、致密的焊縫。激光產(chǎn)生原理如圖1所示。

圖1 激光產(chǎn)生原理圖

2 Miebach激光焊接帶鋼焊縫分析

2.1 焊接過程

激光焊接是將高強度的激光束輻射至連接金屬表面，使金屬熔化實現(xiàn)帶鋼的連接。在激光與金屬的相互作用過程中，金屬熔化僅為其中一種物理現(xiàn)象。這時光能并非完全轉化為金屬熔化所消耗的能量，還以其它形式表現(xiàn)出來，如汽化、等離子體形成等。要實現(xiàn)良好的熔融焊接，必須使金屬熔化成為能量轉換的主要形式。同樣，光束焦點位置也是激光焊接非常關鍵的控制工藝參數(shù)。額定激光功率和焊接速度下，只有焦點處于最佳位置范圍內(nèi)才能獲得最大熔深和良好的焊縫形狀。根據(jù)理論分析和實際經(jīng)驗，在帶鋼焊接時，激光焦點設置在上表面以下1/3帶鋼厚度處，最有利于降低帶鋼表面對光束的散射作用，增加焊縫對激光能量的吸收，使能量滲透深度最大。

2.2 酸軋線焊縫斷帶的原因分析

酸軋線以其連續(xù)性、快節(jié)奏生產(chǎn)而著稱，但斷帶問題成為影響機組產(chǎn)能的主要因素之一。導致斷帶的因素很多，其中帶鋼焊縫質(zhì)量不合格是很關鍵的一個問題。根據(jù)長期焊接現(xiàn)場考察和大量試驗檢測分析，帶鋼焊縫區(qū)域由于焊機設備或激光器出現(xiàn)意外情況和其它因素時，會導致焊縫出現(xiàn)一些缺陷。如漏焊、飛濺、錯邊等，使焊縫內(nèi)金屬沒有完全合金化，焊縫強度達不到要求。出現(xiàn)上述情況時，不合格的焊縫可能會在軋制中發(fā)生撕裂。（1）前后帶鋼端部焊接處，材質(zhì)不均勻，激光熔化后的金屬組織，在合金化過程中出現(xiàn)組織成分金屬未溶透的現(xiàn)象。（2）焦點位置不準確，光束壓力產(chǎn)生側吹，使溶池中的金屬被外力壓迫到焊縫邊緣上，形成飛濺和夾渣。（3）保護氣體。激光焊機選用的保護氣體是氦氣，純度99.999%以上，如果保護氣體的流量過低或者雜質(zhì)較多，會導致焊縫虛焊，表現(xiàn)為焊縫的上表面或下表面有間斷性的氣孔，焊縫內(nèi)部不嚴密，焊縫過軋機時會斷帶。（4）溫度。溫度是激光源的一個重要參數(shù)，主要包括三方面：一是原料溫度；二是環(huán)境的溫度對設備的影響；三是預加熱后退火的溫度對焊縫的影響。

2.3 焊縫缺陷及處置措施

2.3.1 驅(qū)動側焊接不良

在之前的生產(chǎn)中經(jīng)常會出現(xiàn)DS側焊接不良的情況，位置在驅(qū)動側靠邊部300 mm的位置，長度約200 mm。表現(xiàn)為該部分出、入口帶鋼在厚度方向上錯開較多，各個鋼種及不同厚度的帶鋼都存在這個問題，放行后焊縫在軋機區(qū)域容易斷帶。（1）夾持：激光焊機的出、入口夾持在長時間使用后，由于經(jīng)常的帶鋼撞擊，靠近DS側的夾持部分變形較大，我們通過定期更換夾持襯板的方法減輕了影響，但無法完全消除。（2）矯直機：熱軋原來的板型較差，經(jīng)過矯直機進行矯平，由于矯直效果不好，無法完全消除板形不良，可增大矯直機的嚙合量或者將帶鋼倒回，對焊縫區(qū)域的帶鋼重新矯直，焊縫質(zhì)量會有明顯改善。（3）調(diào)整輪壓力：對于帶鋼板形不良，可通過改變調(diào)整的壓力來改善帶鋼板形，薄帶鋼焊接時將調(diào)整輪壓力由8 k N增加到12 k N左右，厚料和高強鋼焊接時將調(diào)整輪壓力由8 k N增加至16 k N左右，并定期更換新調(diào)整輪。（4）夾持臺和焊輪高度：根據(jù)焊接不良時出入口帶鋼在厚度方向的錯開高度，對入口夾持臺和焊輪的高度進行調(diào)整，一般以錯開高度的1/2為宜。

2.3.2 焊縫表面存在氣孔

這個缺陷在生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)，在焊縫質(zhì)量檢測畫面上表現(xiàn)為對應曲線有明顯的突起，超過允許范圍值，實物表現(xiàn)為焊縫上下表面出現(xiàn)間斷性的一連串氣孔，在焊縫的各個區(qū)域都有可能出現(xiàn)，焊縫放行后再軋機區(qū)域斷帶的可能性很大。（1）保護氣體：當各保護氣體的流量不足時，焊縫表面會出現(xiàn)間斷性的氣孔，可通過疏通各氣體管路和噴嘴的吹掃角度，并且要將氣體流量調(diào)整到要求的范圍以上，各保護氣體的流量要求如下：上表面吹掃氣體：30 N·L/min；下表面吹掃氣體：20 N·L/min。（2）雙切剪剪刃質(zhì)量：雙層剪剪刃如果有毛刺或者存在缺口，剪切后的帶鋼切面不平整，焊接時這部分焊縫就會出現(xiàn)氣孔，焊縫內(nèi)部不嚴密，可通過修磨剪刃解決，嚴重時需要更換新的剪刃。

3 結語

綜上，Miebach激光焊機結構簡單，布局合理，系統(tǒng)可靠性高，可以完全實現(xiàn)帶鋼自動焊接，降低了工人勞動強度和提高酸軋線的作業(yè)率。文章以Miebach激光焊機為研究對象，對其焊縫產(chǎn)生的原因及解決措施進行了闡述，能夠為帶鋼的頭部端面平整性及焊接過程的質(zhì)量控制都提供有力的技術保障。