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，軋制中動態厚度超差長度較短，軋機斷帶風險低等優勢。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，利用高壓產生激光，產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、蒸發后，形成小孔，隨著激光束的向前移動，小孔內被熔化的材料隨著后冷卻凝固形成均勻、致密的焊縫。激光產生原理如圖1所示。

圖1 激光產生原理圖

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，還以其它形式表現出來，如汽化、等離子體形成等。要實現良好的熔融焊接，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。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才能獲得最大熔深和良好的焊縫形狀。根據理論分析和實際經驗，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

酸軋線以其連續性、快節奏生產而著稱，但斷帶問題成為影響機組產能的主要因素之一。導致斷帶的因素很多，其中帶鋼焊縫質量不合格是很關鍵的一個問題。根據長期焊接現場考察和大量試驗檢測分析，帶鋼焊縫區域由于焊機設備或激光器出現意外情況和其它因素時，會導致焊縫出現一些缺陷。如漏焊、飛濺、錯邊等，使焊縫內金屬沒有完全合金化，焊縫強度達不到要求。出現上述情況時，不合格的焊縫可能會在軋制中發生撕裂。（1）前后帶鋼端部焊接處，材質不均勻，激光熔化后的金屬組織，在合金化過程中出現組織成分金屬未溶透的現象。（2）焦點位置不準確，光束壓力產生側吹，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較多，會導致焊縫虛焊，表現為焊縫的上表面或下表面有間斷性的氣孔，焊縫內部不嚴密，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，主要包括三方面：一是原料溫度；二是環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 驅動側焊接不良

在之前的生產中經常會出現DS側焊接不良的情況，位置在驅動側靠邊部300 mm的位置，長度約200 mm。表現為該部分出、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，對焊縫區域的帶鋼重新矯直，焊縫質量會有明顯改善。（3）調整輪壓力：對于帶鋼板形不良，可通過改變調整的壓力來改善帶鋼板形，薄帶鋼焊接時將調整輪壓力由8 k N增加到12 k N左右，厚料和高強鋼焊接時將調整輪壓力由8 k N增加至16 k N左右，并定期更換新調整輪。（4）夾持臺和焊輪高度：根據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

這個缺陷在生產中經常出現，在焊縫質量檢測畫面上表現為對應曲線有明顯的突起，超過允許范圍值，實物表現為焊縫上下表面出現間斷性的一連串氣孔，在焊縫的各個區域都有可能出現，焊縫放行后再軋機區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氣孔，焊縫內部不嚴密，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，系統可靠性高，可以完全實現帶鋼自動焊接，降低了工人勞動強度和提高酸軋線的作業率。文章以Miebach激光焊機為研究對象，對其焊縫產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量控制都提供有力的技術保障。