邯寶冷軋廠酸軋機組高強鋼焊接工藝的技術創新

供稿|李 震，馬紅云，謝 磊

邯寶冷軋廠酸軋機組高強鋼焊接工藝的技術創新

供稿|李 震1，馬紅云2，謝 磊2

邯寶西區冷軋廠酸軋機組采用德國米巴赫公司具有國際先進技術水平的激光焊接設備，它采用12kW大功率輸出二氧化碳激光器。該部激光焊機是酸軋機組最重要的單體設備之一，作用是把帶鋼頭尾焊接，保證生產線能夠連續軋制。由于借鑒邯寶一冷軋多年來應用激光焊機的實踐經驗，邯寶西區冷軋廠自2010年6月投產以來，在生產SPCC和SPCD低碳鋼時，焊接效果較好，焊縫斷帶或者撕裂現象較少發生，激光焊機工作較穩定，但由于生產實際和新產品研發的需要，我廠酸軋機組經常軋制高強高硬鋼種，如SS400，在焊接該類鋼種時，激光焊機出現了很多問題，完成一次焊接往往需要多次焊接嘗試，平均耗時半小時以上，成了整個機組的“瓶頸”設備，嚴重制約了生產的正常進行。

經全面分析后，我們發現激光焊機在焊接高強鋼時主要存在以下兩方面不足：

⒈激光品質低。經長時間的研究和探索，我們發現激光源的光束質量在劣化，由于諧振腔失調，光學元件性能改變、變形，小車運動等因素，激光源輸出的激光模式變差，能量分布不對稱，有明顯尖峰，影響焊接質量。且由于我廠焊機投用時間不長，該變化在焊接低碳鋼和普碳鋼時表現并不顯著，但對于焊接要求較高的高碳鋼焊接時，該變化影響顯著。

⒉外方焊接參數數據庫中未包含高碳鋼（以SS400、HC260LA、CR260/450DP為例）的焊接參數。生產實踐中經常出現透焊，漏焊，焊縫凹陷，虛焊和焊不透等現象，且由于上述缺陷，使得焊縫強度明顯降低，焊接質量不高，易造成斷帶，成為嚴重制約高強鋼生產和新產品研發的一個重要因素。

技術方案

針對高強鋼焊接問題的分析，我們圍繞提升激光品質，高強鋼焊接參數探索兩個方面逐一做了在線試驗，取得了較理想的結果。

提升激光品質

酸軋機組焊機的激光系統采用的是德國TRUMPF(通快)公司的整體激光設備，具有世界領先技術水平。由于激光諧振器位于焊機小車上，經常震動。這樣會造成諧振器的光腔系統失調，激光輸出模式品質下降，導致焊接質量無法滿足生產要求。我們需要盡快總結出光腔系統的調整方法，對激光輸出模式進行不斷優化。

由于激光諧振腔構造相當精密復雜，我們首先應當深入消化吸收有關資料并進行相關培訓，對激光諧振器構造及工作原理進行系統的了解；其次，現場跟蹤觀察并記錄激光模式品質變化與焊接質量的相互關系，掌握激光模式變化規律；再次，通過實驗不斷調整光腔系統的輸出前后鏡及相關元件，詳細記錄調整步驟，不斷優化總結出光束模式最優的調整方法。

通過近半年的努力，我們對諧振腔系統有了較為深刻的認識，熟悉了工作特性，摸索出激光器光腔調整要求和方法，以下進行總結。

當諧振腔使用一段時間后，受腔內熱作用的影響，前后腔鏡將不再處于最佳匹配狀態，這樣將會使激光器的光束質量變差，影響激光輸出的質量。出現這樣的問題后，就需要把諧振腔調整到最佳匹配狀態。

在調整之前首先要判斷光腔是否處于失調狀態，然后才能著手進行調整。判斷前后鏡是否偏離即光腔是否處于失調狀態是通過測量激光光束的模式來判定的。由于諧振腔前后鏡非常精密，需要特別的方法和要求，并應經過特別的培訓，最后通過模式檢測來判定諧振腔是否調整好。到目前為止，我們主要應用了測量激光模式的兩種方法，即熱熒光板法和有機玻璃燒蝕法。

焊接研究方法及過程

焊接工藝實驗采用激光對焊方式，焊接長度1000～1800 mm，焊接厚度范圍1.8～6.0 mm。焊接時不同厚度規格帶鋼進行焊接試驗，要求厚度偏差不超過板帶厚度的20%。每一品種每一厚度規格的焊接跟蹤試驗次數不少于30次。焊接后取樣用專有的沖擊裝置對焊縫進行檢測。在試驗過程中，我們對不同厚度的鋼板進行焊接，得到最佳的焊接參數，提高焊接速度，增加可靠性，減少能源浪費。為了測試焊接結果是否符合，一般用杯突試驗機測試，杯突測試是一種拉伸測試，是將焊縫進行拉伸，觀察焊縫強度是否足夠，并根據焊縫斷裂情況判斷是否合格，在設備調試中，選擇不同鋼種材料，不同厚度帶鋼進行測試，根據杯突結果調整參數，直到找到最佳的參數。

實驗總結及技術創新

制定優化激光焊接工藝參數。激光焊機焊接參數主要包括焊接的激光功率、焊接速度、焦點位置、焊縫寬度等。針對高強鋼的焊接進行多次跟蹤記錄比較，對每次焊縫斷帶的現場記錄，進行了綜合分析，不斷進行調整試驗，總結出激光焊接中各參數之間的變化規律，根據這些規律，建立了適合邯鋼高強鋼的激光焊接參數庫。

關鍵技術及創新

通過研究激光器諧振腔的內部構造，光路傳輸原理，并根據現場實際狀況總結出相關參數及狀態對激光模式的影響，并且進一步通過不斷試驗摸索出激光器光腔調整要求和方法并加以總結，從而提升激光品質，提高焊接質量。

結束語

本文通過對激光焊機采取在線跟蹤試驗的方法，總結出激光深熔焊針對高強鋼的技術工藝影響因素，取得了我廠在激光焊接領域的第一手資料，在此基礎上結合我廠生產的實際情況，補充了200多個焊接參數的數據庫，建立了適應我廠生產的激光焊接工藝參數庫。提高激光焊接質量，實現平穩焊接高強高硬鋼板的目標。

Technics Innovation of TCM High Hardness Steel Welding in Cold Rolling Mill in HanBao

LI Zhen1, MA Hong-yun2,XIE Lei2

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1. 唐山南堡經濟開發區商務局，唐山 063305；2. 邯鋼集團邯寶公司冷軋廠設備室，邯鄲 056015