張 坤，李 波

（馬鋼（合肥）板材有限責(zé)任公司，安徽合肥 230000）

引言

激光焊機(jī)是酸軋機(jī)組中的關(guān)鍵設(shè)備，它的主要功能是將前后兩卷帶鋼的帶頭、帶尾經(jīng)雙切剪剪切后進(jìn)行焊接，從而保證整個(gè)酸軋機(jī)組的連續(xù)生產(chǎn)。激光焊機(jī)的工作狀態(tài)直接影響到整條生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行，為此，馬鋼（合肥）公司1550 mm酸洗-冷連軋機(jī)組引進(jìn)了日本TMEIC公司生產(chǎn)的12 kW大功率CO2型激光焊機(jī)，激光源設(shè)備由德國(guó)通快公司生產(chǎn)。TMEIC公司的激光焊機(jī)具有焊接效率高、熱影響區(qū)域小、焊縫平整、焊縫質(zhì)量?jī)?yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，很好地解決了傳統(tǒng)熱軋板焊接后在軋機(jī)容易斷帶的問(wèn)題。筆者根據(jù)激光焊機(jī)在前期生產(chǎn)中遇到的影響焊接的一些因素進(jìn)行分析，提出解決方案，提高焊縫質(zhì)量，保證激光焊機(jī)的穩(wěn)定、順利運(yùn)行。

1 激光焊機(jī)的原理

CO2型激光焊機(jī)屬于深熔焊接，利用高壓產(chǎn)生激光，產(chǎn)生的激光通過(guò)激光傳輸導(dǎo)管中各個(gè)反射鏡以及聚焦鏡，激光束準(zhǔn)確的聚焦在帶鋼對(duì)接部位，激光的光能被帶鋼吸收后產(chǎn)生熱能，把帶鋼的對(duì)接部分熔化，形成熔池。由于激光束的高功率，帶鋼對(duì)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(dòng)，小孔內(nèi)被熔化的材料隨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 影響激光焊機(jī)焊縫質(zhì)量的因素

影響焊縫質(zhì)量的原因非常復(fù)雜，由多方面因素造成，不僅與帶鋼的特征有關(guān)，還與焊接參數(shù)以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)。在激光焊機(jī)運(yùn)行的4年多時(shí)間里，筆者分析、總結(jié)出造成焊縫不良的缺陷主要有焊縫表面凹坑和凸起、焊縫內(nèi)部氣孔、焊縫寬度不均、焊不透、虛焊等。影響焊接質(zhì)量主要有以下幾個(gè)重要因素：（1）雙切剪對(duì)焊縫的影響；（2）激光束焦點(diǎn)位置對(duì)焊縫的影響；（3）保護(hù)氣體對(duì)焊縫的影響；（4）輸出鏡及反射鏡對(duì)焊縫的影響；（5）帶鋼板形對(duì)焊縫的影響。

2.1 雙切剪對(duì)焊縫的影響

雙切剪是激光焊機(jī)的關(guān)鍵部件之一，雙切剪的修復(fù)質(zhì)量、安裝精度將直接影響焊縫質(zhì)量的好壞，帶鋼切面不良，會(huì)使焊縫內(nèi)部結(jié)構(gòu)不嚴(yán)實(shí)，表面出現(xiàn)填不滿現(xiàn)象，焊縫斷帶率高，因此在確保雙切剪修復(fù)質(zhì)量的同時(shí)，也要保證安裝精度。高強(qiáng)鋼和厚帶鋼對(duì)雙切剪的要求較高，要做好雙切剪剪刃的定換，在剪切次數(shù)達(dá)到8000～10000次時(shí)必須更換剪刃，并對(duì)更換下來(lái)的舊剪刃進(jìn)行修磨，剪刃的修磨方法以及要求如圖2所示。剪刃的安裝精度對(duì)焊縫也是至關(guān)重要的，為保證剪切質(zhì)量，在剪刃安裝后要對(duì)出入口上下剪刃的間隙進(jìn)行標(biāo)定，剪刃間隙實(shí)際值與設(shè)定值誤差必須在0.02 mm以內(nèi)，精度達(dá)不到要求時(shí)需加墊片或修磨進(jìn)行處理，使剪切后帶鋼的橫切面1/3～1/4為撕裂區(qū)，其余區(qū)域?yàn)榧羟袇^(qū)，這樣才能保證最好的焊接質(zhì)量。

圖2 雙切剪修磨示意圖

2.2 激光束焦點(diǎn)位置對(duì)焊縫的影響

激光束焦點(diǎn)位置偏移是導(dǎo)致焊縫斷帶的主要原因之一。在焊縫質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)畫面以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀察中無(wú)法準(zhǔn)確判斷激光束焦點(diǎn)位置的實(shí)際偏移量，焦點(diǎn)位置偏移量較大時(shí)，焊縫表面會(huì)出現(xiàn)線狀的氣孔或裂縫，焊縫質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)果卻顯示OK，很容易造成焊縫在酸洗區(qū)域和軋機(jī)段斷帶，這種情況需要通過(guò)三點(diǎn)測(cè)試來(lái)判斷激光束焦點(diǎn)的偏移方向以及偏移量大小，當(dāng)測(cè)試結(jié)果顯示激光束偏向出口時(shí)應(yīng)將激光頭向入口處移動(dòng)相應(yīng)距離，偏向入口時(shí)需將激光頭向出口側(cè)移動(dòng)相應(yīng)距離，并在二級(jí)系統(tǒng)中進(jìn)行修正，使激光束焦點(diǎn)回到初始位置。

2.3 保護(hù)氣體對(duì)焊縫質(zhì)量的影響

TMEIC激光焊機(jī)選用的保護(hù)氣體是氦氣，純度99.999%以上，如果保護(hù)氣體的流量過(guò)低或者雜質(zhì)較多，會(huì)導(dǎo)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(yán)密，焊縫過(guò)軋機(jī)時(shí)會(huì)斷帶。正常情況下保護(hù)氣體的壓力要保持在0.6 MPa以上，并且各保護(hù)氣體的流量要保持在要求的范圍之內(nèi)，一旦保護(hù)氣體壓力、流量過(guò)低，應(yīng)檢查氦氣氣源的壓力、氣體管道是否有堵塞或者破裂，氣源壓力低時(shí)要更換氣源，氣體管道堵塞或者破裂時(shí)應(yīng)疏通管道或者消除漏氣點(diǎn)。

2.4 輸出鏡及反射鏡對(duì)焊縫的影響

激光焊機(jī)的輸出鏡以及反射鏡都是由銅質(zhì)材料打磨成的，容易受環(huán)境影響，并且焊縫質(zhì)量對(duì)鏡面的工作狀態(tài)非常敏感，一旦鏡面受污染或者出現(xiàn)老化，激光束發(fā)散，激光束的聚焦位置將發(fā)生變化，造成功率下降，使焊縫下表面擊不穿，在生產(chǎn)厚料和高強(qiáng)鋼時(shí)現(xiàn)象會(huì)更明顯，對(duì)焊縫質(zhì)量的影響也更大，因此要對(duì)吹掃的N2進(jìn)行干燥凈化處理，并經(jīng)常對(duì)輸出鏡和反射鏡進(jìn)行清洗，定期更換，保證鏡面的潔凈程度，提高反射鏡和輸出鏡的使用壽命，激光束質(zhì)量也得以提高，改善焊縫質(zhì)量。

2.5 帶鋼板形對(duì)焊縫質(zhì)量的影響

激光焊機(jī)對(duì)帶鋼板形的要求非常高，板形的好壞直接影響焊接質(zhì)量。許多帶鋼存在嚴(yán)重的邊浪、中浪等缺陷，且前面矯直機(jī)的矯直效果不良，到焊機(jī)焊接時(shí)帶鋼板形較差，激光焊機(jī)的夾持裝置能部分消除板形的影響，但實(shí)際生產(chǎn)中還是會(huì)經(jīng)常因板形較差造成焊接不良的現(xiàn)象，在前幾年生產(chǎn)中，發(fā)生了多次與帶鋼板形有關(guān)的焊縫斷帶。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，采取了一些措施：（1）調(diào)整矯直機(jī)的節(jié)距，尤其是3#輥的節(jié)距，使帶鋼頭部輕微上翹；（2）保證矯直機(jī)兩側(cè)的矯直同步，使帶鋼板形平整；（3）增大焊機(jī)調(diào)整輪的壓力，改善帶鋼版形；（4）調(diào)整焊接速度、帶鋼間隙，使焊縫更加飽滿。

3 焊縫質(zhì)量的常見(jiàn)缺陷及解決方案

3.1 驅(qū)動(dòng)側(cè)焊接不良

在之前的生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)DS側(cè)焊接不良的情況，位置在驅(qū)動(dòng)側(cè)靠邊部300 mm的位置，長(zhǎng)度約200 mm，如圖3所示。

表現(xiàn)為該部分出、入口帶鋼在厚度方向上錯(cuò)開(kāi)較多，各個(gè)鋼種及不同厚度的帶鋼都存在這個(gè)問(wèn)題，放行后焊縫在軋機(jī)區(qū)域容易斷帶。后經(jīng)過(guò)分析，這個(gè)問(wèn)題是由以下因素造成的：

（1）夾持：激光焊機(jī)的出、入口夾持在長(zhǎng)時(shí)間使用后，由于經(jīng)常的帶鋼撞擊，靠近DS側(cè)的夾持部分變形較大，我們通過(guò)定期更換夾持襯板的方法減輕了影響，但無(wú)法完全消除。

（2）矯直機(jī)：熱軋?jiān)瓉?lái)的板型較差，經(jīng)過(guò)矯直機(jī)進(jìn)行矯平，由于矯直效果不好，無(wú)法完全消除板形不良，可增大矯直機(jī)的嚙合量或者將帶鋼倒回，對(duì)焊縫區(qū)域的帶鋼重新矯直，焊縫質(zhì)量會(huì)有明顯改善。

（3）調(diào)整輪壓力：對(duì)于帶鋼板形不良，可通過(guò)改變調(diào)整的壓力來(lái)改善帶鋼板形，薄帶鋼焊接時(shí)將調(diào)整輪壓力由8 kN增加到12 kN左右，厚料和高強(qiáng)鋼焊接時(shí)將調(diào)整輪壓力由8 kN增加至16 kN左右，并定期更換新調(diào)整輪。

（4）夾持臺(tái)和焊輪高度：根據(jù)焊接不良時(shí)出入口帶鋼在厚度方向的錯(cuò)開(kāi)高度，對(duì)入口夾持臺(tái)和焊輪的高度進(jìn)行調(diào)整，一般以錯(cuò)開(kāi)高度的1/2為宜。

3.2 焊縫表面存在氣孔

這個(gè)缺陷在生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)，在焊縫質(zhì)量檢測(cè)畫面上表現(xiàn)為對(duì)應(yīng)曲線有明顯的突起，超過(guò)允許范圍值，實(shí)物表現(xiàn)為焊縫上下表面出現(xiàn)間斷性的一連串氣孔，如圖4所示，在焊縫的各個(gè)區(qū)域都有可能出現(xiàn)，焊縫放行后再軋機(jī)區(qū)域斷帶的可能性很大，這個(gè)曲線主要有以下幾個(gè)原因引起：

（1）保護(hù)氣體：當(dāng)各保護(hù)氣體的流量不足時(shí)，焊縫表面會(huì)出現(xiàn)間斷性的氣孔，我們需要通過(guò)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(hù)氣體的流量要求如下：

中間吹掃氣體：40 N·L/min；

邊部吹掃氣體：20 N·L/min；

下表面吹掃氣體：30 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(shí)這部分焊縫就會(huì)出現(xiàn)氣孔，焊縫內(nèi)部不嚴(yán)密，可通過(guò)修磨剪刃解決，嚴(yán)重時(shí)需要更換新的剪刃。

圖4 焊縫氣孔示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）TMEIC公司生產(chǎn)的激光焊機(jī)布局緊湊、設(shè)備精度靠、可靠性好，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了酸軋機(jī)組的作業(yè)率。

（2）通過(guò)對(duì)TMEIC公司生產(chǎn)的CO2激光焊機(jī)焊縫形成及影響因素的綜合分析，可以更加深入地了解和掌握CO2激光焊機(jī)的原理，對(duì)于進(jìn)一步分析生產(chǎn)中出現(xiàn)的焊縫質(zhì)量缺陷指明了方向，保證了生產(chǎn)更快、更加穩(wěn)定的運(yùn)行。