邯宝冷轧厂酸轧机组高强钢焊接工艺的技术创新

2012-04-18供稿马红云

金属世界 2012年4期

供稿|李震，马红云，谢磊

供稿|李震1，马红云2，谢磊2

邯宝西区冷轧厂酸轧机组采用德国米巴赫公司具有国际先进技术水平的激光焊接设备，它采用12kW大功率输出二氧化碳激光器。该部激光焊机是酸轧机组最重要的单体设备之一，作用是把带钢头尾焊接，保证生产线能够连续轧制。由于借鉴邯宝一冷轧多年来应用激光焊机的实践经验，邯宝西区冷轧厂自2010年6月投产以来，在生产SPCC和SPCD低碳钢时，焊接效果较好，焊缝断带或者撕裂现象较少发生，激光焊机工作较稳定，但由于生产实际和新产品研发的需要，我厂酸轧机组经常轧制高强高硬钢种，如SS400，在焊接该类钢种时，激光焊机出现了很多问题，完成一次焊接往往需要多次焊接尝试，平均耗时半小时以上，成了整个机组的“瓶颈”设备，严重制约了生产的正常进行。

经全面分析后，我们发现激光焊机在焊接高强钢时主要存在以下两方面不足：

⒈激光品质低。经长时间的研究和探索，我们发现激光源的光束质量在劣化，由于谐振腔失调，光学元件性能改变、变形，小车运动等因素，激光源输出的激光模式变差，能量分布不对称，有明显尖峰，影响焊接质量。且由于我厂焊机投用时间不长，该变化在焊接低碳钢和普碳钢时表现并不显著，但对于焊接要求较高的高碳钢焊接时，该变化影响显著。

⒉外方焊接参数数据库中未包含高碳钢（以SS400、HC260LA、CR260/450DP为例）的焊接参数。生产实践中经常出现透焊，漏焊，焊缝凹陷，虚焊和焊不透等现象，且由于上述缺陷，使得焊缝强度明显降低，焊接质量不高，易造成断带，成为严重制约高强钢生产和新产品研发的一个重要因素。

技术方案

针对高强钢焊接问题的分析，我们围绕提升激光品质，高强钢焊接参数探索两个方面逐一做了在线试验，取得了较理想的结果。

提升激光品质

酸轧机组焊机的激光系统采用的是德国TRUMPF(通快)公司的整体激光设备，具有世界领先技术水平。由于激光谐振器位于焊机小车上，经常震动。这样会造成谐振器的光腔系统失调，激光输出模式品质下降，导致焊接质量无法满足生产要求。我们需要尽快总结出光腔系统的调整方法，对激光输出模式进行不断优化。

由于激光谐振腔构造相当精密复杂，我们首先应当深入消化吸收有关资料并进行相关培训，对激光谐振器构造及工作原理进行系统的了解；其次，现场跟踪观察并记录激光模式品质变化与焊接质量的相互关系，掌握激光模式变化规律；再次，通过实验不断调整光腔系统的输出前后镜及相关元件，详细记录调整步骤，不断优化总结出光束模式最优的调整方法。

通过近半年的努力，我们对谐振腔系统有了较为深刻的认识，熟悉了工作特性，摸索出激光器光腔调整要求和方法，以下进行总结。

当谐振腔使用一段时间后，受腔内热作用的影响，前后腔镜将不再处于最佳匹配状态，这样将会使激光器的光束质量变差，影响激光输出的质量。出现这样的问题后，就需要把谐振腔调整到最佳匹配状态。

在调整之前首先要判断光腔是否处于失调状态，然后才能着手进行调整。判断前后镜是否偏离即光腔是否处于失调状态是通过测量激光光束的模式来判定的。由于谐振腔前后镜非常精密，需要特别的方法和要求，并应经过特别的培训，最后通过模式检测来判定谐振腔是否调整好。到目前为止，我们主要应用了测量激光模式的两种方法，即热荧光板法和有机玻璃烧蚀法。

焊接研究方法及过程

焊接工艺实验采用激光对焊方式，焊接长度1000～1800 mm，焊接厚度范围1.8～6.0 mm。焊接时不同厚度规格带钢进行焊接试验，要求厚度偏差不超过板带厚度的20%。每一品种每一厚度规格的焊接跟踪试验次数不少于30次。焊接后取样用专有的冲击装置对焊缝进行检测。在试验过程中，我们对不同厚度的钢板进行焊接，得到最佳的焊接参数，提高焊接速度，增加可靠性，减少能源浪费。为了测试焊接结果是否符合，一般用杯突试验机测试，杯突测试是一种拉伸测试，是将焊缝进行拉伸，观察焊缝强度是否足够，并根据焊缝断裂情况判断是否合格，在设备调试中，选择不同钢种材料，不同厚度带钢进行测试，根据杯突结果调整参数，直到找到最佳的参数。