供稿|李 震，馬紅云，謝 磊

邯寶冷軋廠酸軋機(jī)組高強(qiáng)鋼焊接工藝的技術(shù)創(chuàng)新

供稿|李 震1，馬紅云2，謝 磊2

邯寶西區(qū)冷軋廠酸軋機(jī)組采用德國(guó)米巴赫公司具有國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平的激光焊接設(shè)備，它采用12kW大功率輸出二氧化碳激光器。該部激光焊機(jī)是酸軋機(jī)組最重要的單體設(shè)備之一，作用是把帶鋼頭尾焊接，保證生產(chǎn)線能夠連續(xù)軋制。由于借鑒邯寶一冷軋多年來(lái)應(yīng)用激光焊機(jī)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，邯寶西區(qū)冷軋廠自2010年6月投產(chǎn)以來(lái)，在生產(chǎn)SPCC和SPCD低碳鋼時(shí)，焊接效果較好，焊縫斷帶或者撕裂現(xiàn)象較少發(fā)生，激光焊機(jī)工作較穩(wěn)定，但由于生產(chǎn)實(shí)際和新產(chǎn)品研發(fā)的需要，我廠酸軋機(jī)組經(jīng)常軋制高強(qiáng)高硬鋼種，如SS400，在焊接該類鋼種時(shí)，激光焊機(jī)出現(xiàn)了很多問(wèn)題，完成一次焊接往往需要多次焊接嘗試，平均耗時(shí)半小時(shí)以上，成了整個(gè)機(jī)組的“瓶頸”設(shè)備，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

經(jīng)全面分析后，我們發(fā)現(xiàn)激光焊機(jī)在焊接高強(qiáng)鋼時(shí)主要存在以下兩方面不足：

⒈激光品質(zhì)低。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的研究和探索，我們發(fā)現(xiàn)激光源的光束質(zhì)量在劣化，由于諧振腔失調(diào)，光學(xué)元件性能改變、變形，小車運(yùn)動(dòng)等因素，激光源輸出的激光模式變差，能量分布不對(duì)稱，有明顯尖峰，影響焊接質(zhì)量。且由于我廠焊機(jī)投用時(shí)間不長(zhǎng)，該變化在焊接低碳鋼和普碳鋼時(shí)表現(xiàn)并不顯著，但對(duì)于焊接要求較高的高碳鋼焊接時(shí)，該變化影響顯著。

⒉外方焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中未包含高碳鋼（以SS400、HC260LA、CR260/450DP為例）的焊接參數(shù)。生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)常出現(xiàn)透焊，漏焊，焊縫凹陷，虛焊和焊不透等現(xiàn)象，且由于上述缺陷，使得焊縫強(qiáng)度明顯降低，焊接質(zhì)量不高，易造成斷帶，成為嚴(yán)重制約高強(qiáng)鋼生產(chǎn)和新產(chǎn)品研發(fā)的一個(gè)重要因素。

技術(shù)方案

針對(duì)高強(qiáng)鋼焊接問(wèn)題的分析，我們圍繞提升激光品質(zhì)，高強(qiáng)鋼焊接參數(shù)探索兩個(gè)方面逐一做了在線試驗(yàn)，取得了較理想的結(jié)果。

提升激光品質(zhì)

酸軋機(jī)組焊機(jī)的激光系統(tǒng)采用的是德國(guó)TRUMPF(通快)公司的整體激光設(shè)備，具有世界領(lǐng)先技術(shù)水平。由于激光諧振器位于焊機(jī)小車上，經(jīng)常震動(dòng)。這樣會(huì)造成諧振器的光腔系統(tǒng)失調(diào)，激光輸出模式品質(zhì)下降，導(dǎo)致焊接質(zhì)量無(wú)法滿足生產(chǎn)要求。我們需要盡快總結(jié)出光腔系統(tǒng)的調(diào)整方法，對(duì)激光輸出模式進(jìn)行不斷優(yōu)化。

由于激光諧振腔構(gòu)造相當(dāng)精密復(fù)雜，我們首先應(yīng)當(dāng)深入消化吸收有關(guān)資料并進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，對(duì)激光諧振器構(gòu)造及工作原理進(jìn)行系統(tǒng)的了解；其次，現(xiàn)場(chǎng)跟蹤觀察并記錄激光模式品質(zhì)變化與焊接質(zhì)量的相互關(guān)系，掌握激光模式變化規(guī)律；再次，通過(guò)實(shí)驗(yàn)不斷調(diào)整光腔系統(tǒng)的輸出前后鏡及相關(guān)元件，詳細(xì)記錄調(diào)整步驟，不斷優(yōu)化總結(jié)出光束模式最優(yōu)的調(diào)整方法。

通過(guò)近半年的努力，我們對(duì)諧振腔系統(tǒng)有了較為深刻的認(rèn)識(shí)，熟悉了工作特性，摸索出激光器光腔調(diào)整要求和方法，以下進(jìn)行總結(jié)。

當(dāng)諧振腔使用一段時(shí)間后，受腔內(nèi)熱作用的影響，前后腔鏡將不再處于最佳匹配狀態(tài)，這樣將會(huì)使激光器的光束質(zhì)量變差，影響激光輸出的質(zhì)量。出現(xiàn)這樣的問(wèn)題后，就需要把諧振腔調(diào)整到最佳匹配狀態(tài)。

在調(diào)整之前首先要判斷光腔是否處于失調(diào)狀態(tài)，然后才能著手進(jìn)行調(diào)整。判斷前后鏡是否偏離即光腔是否處于失調(diào)狀態(tài)是通過(guò)測(cè)量激光光束的模式來(lái)判定的。由于諧振腔前后鏡非常精密，需要特別的方法和要求，并應(yīng)經(jīng)過(guò)特別的培訓(xùn)，最后通過(guò)模式檢測(cè)來(lái)判定諧振腔是否調(diào)整好。到目前為止，我們主要應(yīng)用了測(cè)量激光模式的兩種方法，即熱熒光板法和有機(jī)玻璃燒蝕法。

焊接研究方法及過(guò)程

焊接工藝實(shí)驗(yàn)采用激光對(duì)焊方式，焊接長(zhǎng)度1000～1800 mm，焊接厚度范圍1.8～6.0 mm。焊接時(shí)不同厚度規(guī)格帶鋼進(jìn)行焊接試驗(yàn)，要求厚度偏差不超過(guò)板帶厚度的20%。每一品種每一厚度規(guī)格的焊接跟蹤試驗(yàn)次數(shù)不少于30次。焊接后取樣用專有的沖擊裝置對(duì)焊縫進(jìn)行檢測(cè)。在試驗(yàn)過(guò)程中，我們對(duì)不同厚度的鋼板進(jìn)行焊接，得到最佳的焊接參數(shù)，提高焊接速度，增加可靠性，減少能源浪費(fèi)。為了測(cè)試焊接結(jié)果是否符合，一般用杯突試驗(yàn)機(jī)測(cè)試，杯突測(cè)試是一種拉伸測(cè)試，是將焊縫進(jìn)行拉伸，觀察焊縫強(qiáng)度是否足夠，并根據(jù)焊縫斷裂情況判斷是否合格，在設(shè)備調(diào)試中，選擇不同鋼種材料，不同厚度帶鋼進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)杯突結(jié)果調(diào)整參數(shù)，直到找到最佳的參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)總結(jié)及技術(shù)創(chuàng)新

制定優(yōu)化激光焊接工藝參數(shù)。激光焊機(jī)焊接參數(shù)主要包括焊接的激光功率、焊接速度、焦點(diǎn)位置、焊縫寬度等。針對(duì)高強(qiáng)鋼的焊接進(jìn)行多次跟蹤記錄比較，對(duì)每次焊縫斷帶的現(xiàn)場(chǎng)記錄，進(jìn)行了綜合分析，不斷進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)，總結(jié)出激光焊接中各參數(shù)之間的變化規(guī)律，根據(jù)這些規(guī)律，建立了適合邯鋼高強(qiáng)鋼的激光焊接參數(shù)庫(kù)。

關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新

通過(guò)研究激光器諧振腔的內(nèi)部構(gòu)造，光路傳輸原理，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況總結(jié)出相關(guān)參數(shù)及狀態(tài)對(duì)激光模式的影響，并且進(jìn)一步通過(guò)不斷試驗(yàn)摸索出激光器光腔調(diào)整要求和方法并加以總結(jié)，從而提升激光品質(zhì)，提高焊接質(zhì)量。

結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)激光焊機(jī)采取在線跟蹤試驗(yàn)的方法，總結(jié)出激光深熔焊針對(duì)高強(qiáng)鋼的技術(shù)工藝影響因素，取得了我廠在激光焊接領(lǐng)域的第一手資料，在此基礎(chǔ)上結(jié)合我廠生產(chǎn)的實(shí)際情況，補(bǔ)充了200多個(gè)焊接參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，建立了適應(yīng)我廠生產(chǎn)的激光焊接工藝參數(shù)庫(kù)。提高激光焊接質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)焊接高強(qiáng)高硬鋼板的目標(biāo)。

Technics Innovation of TCM High Hardness Steel Welding in Cold Rolling Mill in HanBao

LI Zhen1, MA Hong-yun2,XIE Lei2

book=24,ebook=66

1. 唐山南堡經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)商務(wù)局，唐山 063305；2. 邯鋼集團(tuán)邯寶公司冷軋廠設(shè)備室，邯鄲 056015