影响激光焊机焊接质量的因素分析及焊机维护

陈涛

摘要：激光焊机作为冷轧带钢生产过程中的重要过程，焊缝质量的好坏直接影响到整个生产线稳定运行。针对于迁钢冷轧焊机，对影响焊接质量的各种因素进行了分析和归纳。根据影响焊接质量的各种因素的分析，有针对性的提出了各种维护要求和方法，有效的保证了激光焊机的稳定运行。

关键词：激光；焊缝；质量；维护

1 引言

激光焊机是冷连轧机组的重要设备，它的主要功能是将相邻两卷带钢的带头、带尾经剪切机切头、切尾以后进行焊接，从而保证机组的连续生产。激光焊机的主要参数是焊接时间和焊缝质量，焊接时间的长短直接影响冷轧生产线的生产效率；焊缝质量好坏直接的关系到冷轧生产线能否正常稳定的生产。因此就影响激光焊机使用的几个方面进行研究。

2 影响焊缝质量的因素

激光焊接属于深熔焊接，就是将激光能量转化为热能，把工件的对接部分熔化，形成熔池，在随后的冷却过程中形成焊缝[1]。影响焊缝质量主要工艺参数的因素有：原料板板型、激光输出功率、光斑直径、吸收率、焊接速度、焊接气体保护流量、焦点位置、焊丝位置以及对接间隙等[2]。

2.1 原料板板型

为保证原料板的板型（浪型）良好，原料板经过矫直机改善板型，并用双层剪将原料板头部板型较差部位进行剪除。但受到机械设备结构的限制（下钳口比上钳口短），带钢头尾进行对接焊接过程中，最外侧的带钢是出于自由状态，板型较差时很容易造成焊缝两侧的带钢出现高度差，出现完全虚焊现象。

如果原料板在长度方向存在较大的镰刀弯现象，虽然焊机的侧导位设备，能保证带钢在焊接过程中保持对中。但是在焊接完成后的拉矫过程中，原料板很容易产生单边拉力超出焊缝承受范围现象，就会发生原料板拉断的现象。

2.2 激光输出功率

激光深熔焊与激光输出功率有着密切相关的关系。因焊接功率是由经过光路导光系统的反射与聚焦，通过激光头照射到焊件表面所产生的，因此激光输出功率应测量激光照射到被焊工件的实际功率。输出功率过小，将产生气孔且熔深不够，从而造成焊不透的现象。

2.3 光斑直径

光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为它决定功率密度。最简单的实测方法是等温度轮廓法，即用厚纸烧焦和穿透聚丙烯板后测量焦斑和穿孔直径。这种方法要通过测量实践，掌握好激光功率大小和光束作用的时间。

2.4 焊接速度

深熔焊接时，速度与熔深成反比，焊接速度随材料厚度的增加而减小，在同一功率下，厚度越薄速度越大。要根据带钢材料厚度及材质选择合适的焊接速度。速度过高会导致焊不透，过低则会使材料过分熔化、烧损和焊穿。

2.5 焊接气体保护流量

焊接保护气体不仅是用来防止保护熔池，防止带钢在焊接过程中氧化，同时也能将将焊接过程中产生的等离子體吹散，提高焊接质量。

而保护气体流量的大小对焊缝质量也有影响，过大会使焊缝产生气孔，过小会焊不透。保护气体的流量、喷嘴角度、距离等对焊缝质量有着直接的影响，喷嘴流量角度等应现场调试至最佳为准。

2.6 焦点位置

焊接时，光束的聚焦特性（包括焦距和离焦量）对焊接质量有影响。对接头定位的精度不高时，能量密度足够用于焊接时，可采用长焦距焊接。正常情况下根据焊接功率、来料厚度、材质等因素将焦点深度调整在板厚1 /3处。

焦点位置的准确度直接表现在焊缝的表面上，如焦点位置上下偏移，会使焊缝变宽，熔深减小或焊不透，左右偏移会造成虚焊或焊不上。其位置需现场打点调整，一般将其定位在待焊接工件对接的中心线上，打3点即可。

2.7 焊丝位置

激光焊接一般不填充焊丝，但对焊件装配间隙要求很高，实际生产中有时难以实现，限制了其应用范围。采用填丝激光焊，可大大降低对装配间隙的要求。但是在使用焊丝状态下，必须对焊丝的喂入角度进行精确的调整，如果角度不合适，焊缝质量将严重下降。

2.8 对接间隙

因焊接热变形的存在以及对焊缝增厚的控制，对接间隙起着举足轻重的作用。对接间隙过大，会在传动侧出现漏钢，对接带钢边部熔化不足，焊缝变细；间隙过小，会使焊缝变厚，影响间隙控制的传动机构。从理论上讲，要求对接间隙为零最有利于保证焊接质量，但由于设备功能精度等原因将造成对接间隙不可能为零，故一般控制在小于0. 02 mm，若大于此间隙将造成虚焊。

3 提高焊接质量的措施

3.1 开卷机及矫直机设备维护

对开卷机的钢卷对中系统进行定期的校核，并根据校核结果进行修正，如果过开卷机存在CPC系统，也要密切关注该系统实际的工作效果，防止由于系统错误调整导致带钢的对中性能下降。

矫直机是对原料板进行矫直工作的。设备的正常工作，直接影响到到达激光焊机位置原料板板型的好坏。因此在日常工作中，必须对矫直机的插入值、辊径、压下系统、同步系统等定期进行检查和校核，确保矫直机正常、稳定的运行[4]。

3.2 功率测试

功率测试，主要是对激光焊机的激光源系统的功率是否衰竭，以确定是否更换清洗发射镜。并对激光源系统衰减情况进行检查和跟踪，根据长期建立的跟踪记录逐步掌握激光源的使用规律和维护周期，一般当激光源功率衰减到80%时，必须对系统进行调整。由于激光源的维护比较复杂，大部分的维护需要依靠专业厂家技术人员定期进行维护，所以正确的掌握激光源的维护周期十分重要。

3.3 亚克力测试

亚克力试验主要是对激光路由上的反射镜系统进行检查，确定是否需要对反射镜进行清擦和更换（图1所示，测试中存在麻点现象，说明镜子脏，需要清洗）。根据焊机的实际使用工况和光路中的保护气体的使用情况，也可以逐步的摸索出反射镜的清擦和更换周期。

同时在进行反射镜清擦过程中，必须对光路系统的偏移情况进行检查，并根据检查情况进行校正，使红光在燃烧区域中心（图1所示）。

3.4 剪刃更换及间隙调整

剪刃属于常换工艺件，原料板头、尾部的剪切质量对随后的焊接起到至关重要的影响，因此剪刃的使用情况必须进行跟踪和检查。如果剪刃达到使用周期或刃口出现损伤时，必须及时的更换新剪刃，并对剪刃间隙进行认真调整，确保剪刃间隙符合设计要求（ mm）。

3.5 夹钳系统维护

入口夹钳主要用于将尾带的带头夹紧，保证入口剪剪切的精度，另外入口夹钳还具有高度调节功能、带钢横向对中、两带钢间隙调整功能。出口夹钳固定在底部基座上，具有很高的稳固性。

原料板的最终对接精度，完全依靠夹钳系统的工作精度保证，因此必须重视对夹钳系统的维护。夹钳系统维护主要包括：运动精度的定期测量和恢复、定位精度的定期测量和恢复、夹持系统夹持力校核、夹钳系统的各个安装精度测量及恢复、夹钳衬板的检查和更换。

4 结语

通过对影响焊缝质量的各种因素分析，有针对性的加强对激光焊机和周围辅助设备的专项检查和维护。该项工作的开展明显的提高了焊缝的焊接质量，减少了由于焊缝质量造成的冷轧机组的断带事故。

参考文献

[1] 魏彪盛. 激光原理及应用[M].重庆大学出版社.2007.

（作者单位：河北省首钢股份公司迁安钢铁公司）