铁路客车激光焊机影响断带的原因及控制措施

马威

（长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春130000）

在铁路客车维修过程中，经常涉及到焊接工作，可以采用激光焊机完成任务，但是在焊接过程中，受到多方面因素的影响，有时会出现断带问题，无法保证焊接质量。造成焊接断带的原因有很多，以激光焊机作为研究对象，总结常见的影响因素，并且根据损坏原因，提出合理的控制措施。

1 激光焊接头质量影响因素

据实践总结，发现影响激光焊接头断带的因素有以下几种：激光能量、焊机设备精度、激光位置偏差、焊接参数、热轧原料、轧机轧制工艺、操作因素等。由于热轧原料、操作因素对于激光焊接头质量的影响不具备趋势性和典型性，轧制工艺影响相对复杂，本文均暂不讨论。

2 铁路客车激光焊机影响断带的原因及控制措施

通过生产实践总结，发现了影响激光焊接头质量的各类因素，参考焊机制造厂家提供的相关材料，总结铁路客车激光焊机影响断带的原因，同时提出控制措施。

2.1 激光能量因素。激光焊机以激光作为焊接能源，要想保证焊接质量，首先要控制激光束的能量，尽可能减少不必要的能量损耗，确保激光束可以迅速达到焊接表面，这也是激光焊接的重要前提条件。如果在焊接过程中，达到焊接表面的激光能量没有达到焊机要求，就无法熔透焊接材料，引发断带问题。

2.1.1 激光输出窗损坏原因及控制措施。本文以MIEBACH激光焊机为例，这种焊机采用二氧化碳激光，内置激光器，在焊接时产生激光，通过激光输出窗，经过铜镜的反射和聚焦以后，达到需要焊接的位置，完成激光焊接任务。在激光焊机运行过程中，激光输出窗会逐渐升温，为了控制温度，会释放压缩空气，但是对输出窗同时产生负面影响，降低达到焊接表面的激光能量，无法正常完成焊接任务，出现未焊透的情况，进而引发断带问题。正常情况下，压缩空气不会影响输出窗正常运行，但是一些激光焊接采用的压缩空气不达标，才会引发断带问题。压缩空气内部含有大量的杂质颗粒，在释放出来以后，杂质大量的附着在镜面上，逐渐形成瘢斑痕，激光在通过输出窗时，部分能量会积聚在班痕上，一方面会损坏输出窗，出现窗户烧毁的情况，另一方面会严重影响激光功率，只有部分激光能量能够达到焊接表面，引发断带问题。

针对激光输出窗损坏引发的断带的问题，可以采取以下控制措施：提升冷却气体的洁净度，消除内部的污染物质，氮气就是一个很好的选择，且来源比较广泛，可以将氮气作为冷却气体，同时增加过滤装置，可以采取三重气体过滤装置，第一层为预过滤，第二层为超细过滤，第三层为活性炭过滤。在采取上述措施以后，可以解决输出窗损坏问题，4～6 个月更换一次输出窗即可，可以有效解决焊机断带问题，同时减少运行费用。

2.1.2 激光导向系统镜面污损原因及控制措施。激光输出窗在发射出激光以后，还需要经过聚焦镜、反射镜等装置，可以改变光束方向，实现激光能量的聚焦，才能将激光射入焊接材料表面。如果这些装置存在镜面污染，就会发生漫反射，一些能量会消散在空气中，达到钢板上的能量不够，就会因为焊不够引发断带。

针对镜面污损引发的断带问题，可以采取以下控制措施：一是定期使用清洁膏擦拭镜面装置，擦拭频率在1 月/次左右即可。二是保证外光路管道密封，避免外界污染光路管道。三是应用干净气体吹扫外光路内部，一般采用氮气作为吹扫空气。四是快速完成镜面擦拭任务，减少管道开放时间，避免外界杂物进入管道内部。

2.2 焊机设备精度因素。较传统焊接方式不同，激光焊接对于焊机设备的精度要求更高。本文以MIEBACH 激光焊机为例，该焊机对各个部位都有着较高的精度要求，只有满足所有要求，才能顺利完成焊接任务。如果长时间使用后没有校正精度，就会产生较大的焊接偏差，例如焊机的导向或者移动装置产生精度偏差，如果不及时校正，就会产生摆动偏差，引发焊接断带问题，无法保证焊接质量。激光焊机是一个整体，所有设备精度都是互相影响的，一个部件出现问题后，会逐渐影响其他部件，如果校正不及时，激光焊接设备的精度偏差就是逐渐增大。如果采取传统的清扫、紧固、润滑等操作，虽然可以暂时缓解，但是无法从根源上解决问题。

针对焊机设备精度不足引发的断带问题，可以采取以下控制措施：定期开展精密调整工作，确保每一个部件的精度都符合焊机工作要求。如果是新采购的激光焊机设备，则要收集焊机生产情况，结合厂家附带的资料，制定完成的精度调整方案，控制好调整评论，通过对项目及参数的合理调控，确保机器的每一个部件都处于最佳运行状态，才能为后续的焊接打好基础。要注意激光焊接设备需要调节的部位较多，包括夹紧台、焊头、支撑轮、余热装置、碾压轮、边部定位装置、冷却装置、传动及移行轮，每个装置的精度标准及调节周期都不同，需要根据实际情况确定。

2.3 激光位置偏差因素。激光焊机通过焊车移动，激光持续融化焊接材料，融化材料连接焊接对象，在整个操作过程中，需要将聚焦点精准对准焊接间隙，保持一个重合的状态，才能顺利完成焊接任务。如果激光位置出现偏差，激光聚焦点就会偏离位置，没有焊接指定位置，导致接头断带开裂。造成激光位置偏移的原因有很多，下面对其进行深入研究。

2.3.1 出入口夹板台间的间隙的调整。在正式焊接之前，为了保证激光聚焦点对准焊接间隙，就要定期标定出土口间隙。具体措施如下：先准备焊接样板，按照正常操作规范夹在到板内，切除一部分材料。接下来，修改导板间隙数据，将其更改为1mm，在完成数据的接收以后，可以移动出入口，将其带到焊接位置，使用塞尺检查间隙，根据测量值确定补偿值，调整导板间隙，直到间隙正好为1mm。通过对出入口夹板间隙的调整，可以对准激光聚焦点，避免因激光位置偏差引发断带问题。

2.3.2 外光路的调整。激光输出窗在射出激光以后，会经过各种反射及聚焦装置，最后才能达到焊接区域。如果上述装置位置出现变化，就会引发激光位置偏差，进而出现断带问题，为此要合理调整外光路。

针对外光路偏差引发的断带问题，采取以下控制措施：校正外光路要从三个位置入手，分别为上反射镜、下反射镜及聚焦镜，调整振腔校正激光，确保光束达到指定位置。光束校准无误以后，可以重新固定上反射镜，在拆卸下反射镜，发出激光脉冲向试纸上打出痕迹，如果痕迹为四等分，表面没有问题，如果不是就要通过螺栓校正，直到打出的痕迹为四等分。固定下反射镜以后拆卸聚焦镜，同样调整螺栓，测试聚焦镜打出的痕迹，按照流程校正，直到打出的激光达到指定位置。

2.4 焊接参数。在满足激光焊机工作要求的基础上，可以根据焊机工作规律，编制出相应的焊接参数，参数涵盖范围较广，包括速度、功率、教具、间隙等，这些参数都是依靠经验积累确定的，只能起到一个参考的作用，在应用激光焊机时，还需要根据实际情况修改上述参数，或者适当增加一些新的参数。焊接参数是影响焊接质量的关键，决定火车客车焊接的效率及质量。注意一点，焊接高强钢板或DP、TRIP 系列的材质时，使用低碳或超低碳钢板的焊接参数仍无法焊接出合格的激光焊接头。

3 结论

根据上述研究，得到四个结论：一是造成激光焊接断带的主要因素有焊接参数、位置偏差、设备精度及激光能量。二是输出窗的冷却气体会影响激光能量，要采取清洁环保的冷却气体，同时定期更换气体，才能避免焊接断带问题。三是要定期校正激光焊机各个部件的精度，才能实现精准定位，避免断带问题。四是要合理调整外光路及焦点位置，才能保证激光照射在指定位置。造成激光焊接断带的因素有很多，要结合实际情况，找到具体原因，采取针对性的解决措施，才能迅速解决问题，避免出现断带等故障问题，迅速完成铁路客车的焊接维修任务。