激光焊機的焊接質量淺談

李炎南 崔桂梅

摘 要：包鋼稀土鋼板材公司于2015年引進德國米巴赫激光焊機，應用到薄板生產線，將板材的頭尾連接進行焊接，從而使得生產線連續生產。激光焊接，就是指將傳統的焊接技術和激光技術進行結合，目前激光焊接技術的發展，是由于它能量源是具有高能量密度的激光束，直徑小，能量大，焊接材料的熱影響區域小，母材熱變形小，焊接質量穩定，故焊接技術被廣泛應用到汽車，船舶等各個前沿領域中應用越來越廣泛。

關鍵詞：激光焊機；焊接；質量

激光焊接技術是國內目前發展迅速的焊接技術之一，具有能量密度高，焊接質量好，母材影響小，焊縫美觀等優勢。在設備投入生產的實踐證明，米巴赫激光焊機具有穩定的焊接性能，可以自動且快速的完成焊接任務，焊接質量滿足酸洗酸軋的要求，是生產線穩定高速生產的前提條件。

本文圍繞焊機設備的焊接設定參數和焊接質量曲線研究與焊接質量的關系，以期望能研究出一套快速判斷焊縫質量的公式或方法。

1 焊接過程描述

1.1 激光狀態

激光焊接一般采用連續激光光束完成材料的熔融連接，材料能量轉換是通過"匙孔"來進行，在足夠高的功率密度激光不斷發射到帶鋼上，在材料內產生蒸發現象并形成匙孔，像是一個黑體，吸收幾乎全部的激光光束能量。熱量從匙孔孔腔外壁傳遞到金屬材料中，高溫使得孔腔周圍的材料金屬熔化。熔融的金屬包圍著匙孔，液態金屬四周被固體母材材料所包圍。孔壁外液體流動和壁層表面張力與孔腔內連續產生的蒸汽壓力相持并保持著動態平衡導致金屬液體由于張力而不會流失，光束不斷進入匙孔，匙孔外的材料在連續流動，隨著光束移動，匙孔始終處于流動的穩定狀態。就是說，匙孔沿著激光束移動方向發生位移，熔融金屬充填充著匙孔移開后留下的空隙并冷凝，最終焊縫形成。

1.2 焊機自動工作步

帶鋼在焊機內準備焊接時，帶頭和帶尾定位至平臺內，焊機在進行對中之后剪切，夾緊平臺將帶鋼移動形成焊接對接焊口，激光頭下壓，發出激光進行焊接，焊接完成后進行焊縫確認，可放行后選擇沖邊，將焊縫頭尾去掉。焊接時，焊機的焊縫檢測系統會由幾個傳感器檢測計算，最后在操作電腦上形成幾條判斷曲線，操作人員根據曲線與實際情況對比，可模糊判斷出此焊縫質量的好壞。

2 焊縫質量系統

焊接質量的好壞，取決于來料帶鋼的板型，設備精度和焊接參數的設定。來料可能會帶頭和帶尾處有浪，帶鋼夾雜，鐮刀彎，厚度不均等情況，都會大大影響焊接質量；設備需要自動調節焊接縫隙，焊接速度，激光功率，焦點位置等焊接動作，如果設備精度下降后，設定值與實際值的差別焊接會導致明顯的焊接缺陷；焊接參數的確定大都是在生產線進行大批量生產之前，進行焊接實驗而得出的，但在面對偶發性焊接異常時，需要調節一個或者多個參數進行焊接。

米巴赫激光焊機所設計的焊縫評估系統記錄若干參數值，如：帶鋼寬度位置、焊縫位置、間隙位置、焊縫與間隙距離、間隙寬度、滲透值、欠充滿、高度偏差、過充滿等。在操作界面上，可激活所選擇的信號進行查看圖像界面實時拍攝間隙照片 、焊縫照片及熔深照片，最后每條焊縫以焊縫數目號命名，將數據以文本格式保存于電腦中。操作人員在生產過程中，一般會參照其中一條或幾條曲線來進行分析，觀察整條曲線的走向和趨勢，判斷此條焊縫是否滿足生產強度，從而進行下一步操作。

其中，以實際經驗對比，需要格外注意的幾個曲線數據為：

（1）欠充滿。指焊縫的“下凹”程度，由于激光功率太大或者間隙太大，速度過慢都會導致欠充滿，如果欠充滿超出允許范圍之外，表征此條焊縫“太薄”，在生產過程中，很可能由于承受不住生產線張力而發生撕裂甚至斷帶。

（2）過充滿。過充滿太大相當于焊趾太高，通俗的指焊縫的“上凸”程度，由于激光功率太小或者間隙太小，速度過塊都會導致過充滿，焊接間隙內，鋼水無法完全的穩定的分布在母材剪切間隙中，一大部分只是流到了焊縫的表面上，導致的結果是焊縫內在連接差，如果過充滿超出允許范圍之外，表征此條焊縫中間未良好的連接，強度不夠，易發生撕裂甚至斷帶。

（3）滲透。指在焊接過程中，從下表面向焊縫觀察激光強度，來表征激光是否穿透母材，激光焦點表征了激光能量最強的點，生產中為了確保能量足夠焊接，會對激光焦點進行標記，如果焦點與母材厚度不匹配，激光很可能會能量不足，材料熔融不良，導致焊接不良。由于激光焦點太高會使得滲透值幾乎為零，激光焦點太低會造成激光亮度太強滲透值超出允許的范圍。

（4）高度偏差。指兩根帶鋼的頭尾相對厚度。焊機在接收數據后，會根據參數自動調節出入口側焊頭的距離，來使得兩根帶鋼中部對接中部，焊接有足夠的材料融合。高度偏差曲線整體大于或小于允許值，表征兩根帶鋼焊接并不在同一水平面上，出現“錯層”現象，強度會下降。如果曲線波動較大，表征帶鋼的板型不良，需要采取其他手段來進行改進。

3 結語

焊接過程中伴隨著物質變化，發生化學反應，現在還沒有明確的函數可以計算或推理焊接結果，生產過程中目前只能參考以上曲線，根據經驗值和簡單的杯突實驗來判斷焊縫的好壞，導致很多模棱兩可的焊縫曲線無法進行準確判斷，如果可以根據豐富的操作經驗值和精確的設備控制度，以設定參數和焊機的質量評估曲線為評價因素，以焊接質量為目的，研究出一套較接近實際生產的公式，那么對于激光焊機的可操作性將會大大增加，同時保證了生產線的穩定運行。