五连轧激光焊机应用及焊缝质量分析

引言

激光焊机在冷轧带钢生产中起着焊接带钢头尾的作用,是确保连轧机组连续生产不可缺少的设备,其焊缝质量的好坏,直接影响到连轧机组能否连续生产。为此,诚德冷轧厂五连轧机组引进了德国普瑞特公司生产的激光焊机,主要焊接厚度为1.0~6.5mm的固溶白皮卷,为确保焊接质量的长期稳定,本文介绍了激光焊机在连轧机组中的操作方法,并对影响焊缝质量的因素进行了分析,可以为相关维护人员和操作人员提供参考。

1激光焊接原理

激光焊机位于五连轧机组的入口段,如图1所示,在夹送银和1#张力银之间,其功能就是把连续两卷钢卷的带头带尾焊接在一起,以保证钢带在机组中连续通过。

激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面,通过激光与金属的相互作用,金属吸收激光并将其转化为热能,使金属熔化后冷却结晶实现焊接。激光焊接中被焊接工件变形极小,几乎没有连接间隙,焊接深度/宽度比高,因此焊接质量比传统焊接方法好,焊出来的焊缝在连轧轧机中可以直接轧制。

2激光焊机的设备组成

激光焊机区主要由夹板、剪刀、焊机、激光源、中心纤维、冲孔器、月牙剪、冷却器、液压站等设备组成,其中焊机由焊枪、压银、压平银、焊接质量控制系统和回火装置组成,焊枪有自动高度调整装置、棱镜和聚焦镜:激光源为德国罗芬公司生产的轴流式mo2连续激光源。

3激光焊机工作流程和操作要点

焊接程序开始之前任何时候均可从半自动模式切换至自动模式或者从自动模式切换至半自动模式,产生设备故障时可从半自动或自动模式切换至维护或调整模式。从维护模式切换至半自动模式前,需打开压缩空气过压和高压电源,而后操控初始程序。

焊接过程包括初始化、带头准备、带尾准备、剪切、焊接准备、焊接、焊机打开等程序,对中、月牙剪、质量控制、冲孔、压平、矫正、回火、取样等为可选项。若需钢带对中(带头准备、带尾准备),则这两个程序以自动模式运行:若以半自动模式运行,则操作者需重新初始化带头、带尾准备程序。

具体焊接流程如下:钢带头、尾停在伸缩挡板上二钢带头、尾对中,夹钳压下二挡板缩回,剪刀调整位置二剪切钢带头、尾二剪刀升至停止位置,夹钳升至焊接高度二夹钳前移至焊接位置二从传动侧向操作侧焊接、压平二夹钳打开至中间位置,产线以低速重启二夹钳缩回至剪切位置二夹钳完全打开二剪切月牙。

激光焊机的操作要点:

(1)冷却水需在19~30℃的温度范围内,将温度偏差控制在士0.5℃内,且需将pH值控制在7.5,电导率控制在650us/cm左右。(2)激光加热:冷启动时激光需往热腔内以500w的功率照射10min左右,以达到能量调整所需的热稳定条件,且需让高压一直开着。(3)过压气:在烘干空气过压输送回路内,需将气体温度保持在一个恒定值。(4)实际聚焦点的确定:第一次启动或更换光学器材后需确定可产生最大能量密度的聚焦点的实际位置。(5)镜子:每块镜子需有最小表面精度入/20:为了获得较好的焊接质量,要求二氧化碳激光于出口产生偏离直线459的圆偏振。

在五连轧的实际生产中,可以根据这几种现象判断出焊缝的焊接质量好坏:(1)若焊接良好,则钢带上表面有大蓝色离子束,下表面有大量火花。(2)若有黄色或白色离子束,则需检查有无氦气或镜子是否干净。(3)若仅有蓝色离子束,则未焊透。(4)若火花太多,则已焊穿。

4影响焊缝质量的因素

在诚德冷轧厂的五连轧机组实际生产中,遇到的焊缝质量缺陷主要有:焊缝塌陷、上下焊缝出现不规则气泡、热影响区过热导致钢带变形、焊缝焊不透、焊缝焊穿等。根据这些缺陷分析得出影响焊缝质量的主要因素有焊机本体、工艺参数的设置、保护气体等几个方面。

4.1焊缝塌陷

导致焊缝塌陷的主要原因有:(1)焊接缝隙太大:(2)剪切不良导致板边形状不规整。焊缝缝隙太大主要是焊机本体的精度不够所致,焊机本体精度主要包含有剪刀的剪切精度、夹钳的对接精度、导银的导向定位精度等。例如,剪刀的剪切精度没有达到焊接标准即精度不够时,带钢的切头、切尾就会出现不平整,尤其是在剪切mJ1钢种时,剪刀会经常崩口,导致钢带切口处有毛刺,直接影响焊接质量,会出现焊缝表面有凹坑等现象。

4.2上下焊缝出现不规则气泡

导致上下焊缝不规则气泡出现的主要原因是:(1)电流/速度比值调整不当。在工艺参数设置上,设置的焊接速度过慢,激光在被焊带钢表面停留时间较长,造成焊缝焊穿。激光焊接时,在同一功率下,厚度越薄,速度越大,所以在实际生产中,要根据带钢的厚度与材质选择合适的焊接速度。(2)保护气体流量不足。五连轧机组激光焊机所使的焊接保护气体为氦气。

4.3热影响区过热导致钢带变形

热影响区过热导致钢带变形的主要原因有:(1)激光电流过大:(2)焊接速度太低:(3)激光与焊接方向不平行:(4)聚焦直径太大。

4.4焊缝焊不透

导致焊缝焊不透的主要原因有:(1)聚焦位置太大:(2)吸收能量丢失(镜子清洁度不佳,烘干空气回路排放):(3)电流/速度比值较低:(4)光路元件调整不当:(5)冷却不足导致焦点增加(棱镜或其他光学元件热变形):(6)光路过压气的质量和温度不当。

4.5焊缝焊穿

导致焊缝焊穿的主要原因有:(1)电流/速度比值较高:

(2)聚焦位置太小。

5结论

诚德五连轧机组引进的Lw21H激光焊机,在生产中的实际应用情况良好,焊缝质量稳定可靠,焊缝在轧机中可直接轧制,轧断的情况少,既提高了成材率,又提高了生产效率,这就有效地达到了降本增效的目的。通过焊缝质量分析,可以加强对焊缝质量的判断,从而对工艺参数的调节起到参考作用。