焊管機組激光焊機諧振腔故障分析處理與維護

史文軍，李益華

（中國寶武鋼鐵集團寧波寶新不銹鋼有限公司，浙江寧波 315807）

0 引言

隨著科學技術的發展，激光焊接技術作為一種具有高度柔性和智能化的焊接技術而迅速發展起來，成為現代焊接加工的一個重要手段。寧波寶新不銹鋼有限公司不銹鋼激光焊管機組引進通快（TRUMPE）公司TLF6000型二氧化碳激光焊機焊接不銹鋼直縫焊管，由于速度快、深度大、熱影響區小、變形小、性能好，生產的焊管可替代無縫管使用在壓力容器等一系列高端產品上。作為新型的高科技產品，激光焊機的狀態直接關系到產品的質量和機組的正常運行。由于缺少相應的技術支撐和維護經驗，通過故障的分析處理，總結維護經驗，提高設備人員的技能水平。

1 激光器原理

激光器是激光焊機的關鍵部分，公司目前使用的激光器是通快公司產品。激光器的主要部件是諧振腔，諧振腔是一個密閉的金屬容器，內裝產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行激勵，使CO2氣體分子受激輻射產生激光。

2 激光焊機諧振腔故障分析與處理

2.1 故障闡述

鋼卷激光機組主操啟動激光焊機開始焊機諧振腔氣體循環作業時，啟動過程中激光焊機諧振腔排氣過程異常緩慢，諧振腔壓力下降至35 hPa時基本不往下降，經過15 min后諧振腔壓力還未達到15 hPa要求，焊機發出報警，報警代碼13100111（Timeout Resonator Start，諧振腔啟動超時），且焊機操作面板無OK顯示，激光焊機不能正常工作。將焊機氣體循環最低啟動壓力值改為35 hPa，強制啟動焊機，操作面板顯示OK。啟動焊機進行焊接作業時再次發出報警，報警信息為諧振腔混亂，故障無法復位焊機停機。排氣過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）諧振腔氣體循環超時說明諧振腔內部有泄漏，對焊機諧振腔做密封測試，測試結果為0.33 hPa/min，遠遠大于焊機要求的0.1 hPa/min，說明焊機諧振腔泄漏嚴重。

（2）排氣過程中真空泵出氣管道有水珠噴出，說明諧振腔內水冷卻系統發生泄漏，導致冷卻水滲漏到諧振腔內部。

（3）焊機強制啟動后發出諧振腔混亂報警，說明諧振腔內部氣氛不純，焊機發生故障前、后未更換過發生氣體。

（4）打開諧振腔蓋板，檢查冷卻器，發現其中2個漏水（圖2）。

結論：諧振腔內部冷卻器存在輕微泄漏現象，造成諧振腔內部有水氣而無法達到真空狀態，導致諧振腔啟動超時報警。

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個諧振腔冷卻器（圖3），并用吸水紙將諧振腔內殘余水滴吸干，更換冷卻器過程中要注意保證冷卻器管體和諧振腔內壁的清潔，然后進行諧振腔氣體循環。諧振腔系統壓力能抽到7 hPa，說明泄漏點已經排除。反復做諧振腔氣體循環，持續4 h左右，目的是將諧振腔內水氣排凈。

（2）更換諧振腔底部4個角上的4個吸收器（圖4）后，開啟焊機電子管加熱，給定焊機功率75%（4.8 kW），持續時間約14 h。

2.4 處理效果

圖3 更換冷卻器

故障處理后啟動焊機做密封測試，測試結果0.07 hPa/min，達到焊機廠家要求值（＜0.1 hPa/min），焊機操作面板顯示OK，無異常報警或警告，啟動焊機能正常進行焊接作業，問題得到解決。

圖4 更換吸收器

諧振腔冷卻器滲漏屬于偶發事件，主要集中出現在沿海地區，初步分析認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腐蝕諧振腔冷卻器有關。事后的重點工作是維護好冷卻系統與冷卻水質量的跟蹤，防止同類事故的發生。

3 維護經驗

（1）諧振腔內混合氣體的純度應嚴格按照使用手冊的標準進行配置，保護氣體He純度必須≥99.996%VOL（體積分數），CO2純度必須≥99.995%VOL，N2純度必須≥99.999%（體積比），氣體不純會導致諧振腔出現混亂。為保證良好的冷卻效果，運行100 h后應更換過濾襯墊，并根據空氣質量清潔度進行定期更換。

（2）運行100 h后檢查冷卻水液位，防止系統漏水或達不到冷卻效果而損壞電子元件。如液位未達到標記水平，應添加冷卻水并補充添加劑達到要求比例。

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

（4）光路吹掃氣體選用壓縮空氣或氮氣，質量要求：露點壓力最高+3℃無塵，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法滿足設備要求，采用純度99.996%的瓶裝N2進行吹掃，國內的壓縮空氣質量無法達到激光焊機廠家的要求，使用不合格的壓縮空氣容易損壞光路。

（5）定期對光路進行檢測及調整，檢查其射出的光路及聚焦是否在正中心。出現偏光應調整光路，否則會引起焊嘴燒損，功率不足等問題。建議新安裝的激光設備安裝避振裝置，防止周圍劇烈的動作導致光路偏移。

4 結束語

由于激光器部分關鍵技術外方保密，技術消化吸收還有一定難度，通過故障的分析、處理，總結出日常維護經驗，打破長期依靠外方維護人員處理激光焊機故障的局面，為激光焊機的后續維護打下良好基礎。