冷轧酸轧机组激光焊机焊缝断带的分析

2019-08-06关楠

建材发展导向 2019年3期

关楠

（本钢板材股份有限公司冷轧厂，辽宁本溪 117000）

激光焊接热轧钢带具有对接焊缝牢固，轧制中动态厚度超差长度较短，轧机断带风险低等优势。激光焊机主要由激光源、焊机入口部分、焊机本体、焊机出口部分、月牙剪、气站和电气控制部分组成。

1 激光焊机的原理

CO2型激光焊机属于深熔焊接，利用高压产生激光，产生的激光通过激光传输导管中各个反射镜以及聚焦镜，激光束准确的聚焦在带钢对接部位，激光的光能被带钢吸收后产生热能，把带钢的对接部分熔化，形成熔池。由于激光束的高功率，带钢对接部分的微小局部被迅速加热、熔化、蒸发后，形成小孔，随着激光束的向前移动，小孔内被熔化的材料随着后冷却凝固形成均匀、致密的焊缝。激光产生原理如图1所示。

图1 激光产生原理图

2 Miebach激光焊接带钢焊缝分析

2.1 焊接过程

激光焊接是将高强度的激光束辐射至连接金属表面，使金属熔化实现带钢的连接。在激光与金属的相互作用过程中，金属熔化仅为其中一种物理现象。这时光能并非完全转化为金属熔化所消耗的能量，还以其它形式表现出来，如汽化、等离子体形成等。要实现良好的熔融焊接，必须使金属熔化成为能量转换的主要形式。同样，光束焦点位置也是激光焊接非常关键的控制工艺参数。额定激光功率和焊接速度下，只有焦点处于最佳位置范围内才能获得最大熔深和良好的焊缝形状。根据理论分析和实际经验，在带钢焊接时，激光焦点设置在上表面以下1/3带钢厚度处，最有利于降低带钢表面对光束的散射作用，增加焊缝对激光能量的吸收，使能量渗透深度最大。

2.2 酸轧线焊缝断带的原因分析

酸轧线以其连续性、快节奏生产而著称，但断带问题成为影响机组产能的主要因素之一。导致断带的因素很多，其中带钢焊缝质量不合格是很关键的一个问题。根据长期焊接现场考察和大量试验检测分析，带钢焊缝区域由于焊机设备或激光器出现意外情况和其它因素时，会导致焊缝出现一些缺陷。如漏焊、飞溅、错边等，使焊缝内金属没有完全合金化，焊缝强度达不到要求。出现上述情况时，不合格的焊缝可能会在轧制中发生撕裂。（1）前后带钢端部焊接处，材质不均匀，激光熔化后的金属组织，在合金化过程中出现组织成分金属未溶透的现象。（2）焦点位置不准确，光束压力产生侧吹，使溶池中的金属被外力压迫到焊缝边缘上，形成飞溅和夹渣。（3）保护气体。激光焊机选用的保护气体是氦气，纯度99.999%以上，如果保护气体的流量过低或者杂质较多，会导致焊缝虚焊，表现为焊缝的上表面或下表面有间断性的气孔，焊缝内部不严密，焊缝过轧机时会断带。（4）温度。温度是激光源的一个重要参数，主要包括三方面：一是原料温度；二是环境的温度对设备的影响；三是预加热后退火的温度对焊缝的影响。

2.3 焊缝缺陷及处置措施

2.3.1 驱动侧焊接不良

在之前的生产中经常会出现DS侧焊接不良的情况，位置在驱动侧靠边部300 mm的位置，长度约200 mm。表现为该部分出、入口带钢在厚度方向上错开较多，各个钢种及不同厚度的带钢都存在这个问题，放行后焊缝在轧机区域容易断带。（1）夹持：激光焊机的出、入口夹持在长时间使用后，由于经常的带钢撞击，靠近DS侧的夹持部分变形较大，我们通过定期更换夹持衬板的方法减轻了影响，但无法完全消除。（2）矫直机：热轧原来的板型较差，经过矫直机进行矫平，由于矫直效果不好，无法完全消除板形不良，可增大矫直机的啮合量或者将带钢倒回，对焊缝区域的带钢重新矫直，焊缝质量会有明显改善。（3）调整轮压力：对于带钢板形不良，可通过改变调整的压力来改善带钢板形，薄带钢焊接时将调整轮压力由8 k N增加到12 k N左右，厚料和高强钢焊接时将调整轮压力由8 k N增加至16 k N左右，并定期更换新调整轮。（4）夹持台和焊轮高度：根据焊接不良时出入口带钢在厚度方向的错开高度，对入口夹持台和焊轮的高度进行调整，一般以错开高度的1/2为宜。

2.3.2 焊缝表面存在气孔

这个缺陷在生产中经常出现，在焊缝质量检测画面上表现为对应曲线有明显的突起，超过允许范围值，实物表现为焊缝上下表面出现间断性的一连串气孔，在焊缝的各个区域都有可能出现，焊缝放行后再轧机区域断带的可能性很大。（1）保护气体：当各保护气体的流量不足时，焊缝表面会出现间断性的气孔，可通过疏通各气体管路和喷嘴的吹扫角度，并且要将气体流量调整到要求的范围以上，各保护气体的流量要求如下：上表面吹扫气体：30 N·L/min；下表面吹扫气体：20 N·L/min。（2）双切剪剪刃质量：双层剪剪刃如果有毛刺或者存在缺口，剪切后的带钢切面不平整，焊接时这部分焊缝就会出现气孔，焊缝内部不严密，可通过修磨剪刃解决，严重时需要更换新的剪刃。