冷轧酸轧机组激光焊机焊缝断带的分析与改进

摘要：激光焊机在冷连轧机组中作用十分重要，是保证连续轧制的前提。激光焊机焊接质量的稳定决定了机组运行的稳定。通过对冷轧1550mm机组生产时焊缝处断带进行分析影响焊缝因素，总结影响焊缝质量的主要因素以及改进和应对措施。

前言

安钢冷轧酸轧机组1550mm酸轧机组设计年生产能力120万t，产品规格为0.25mm～2.0mm×800mm～1430mm，焊接工艺采用TMEIC激光焊机。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。TMEIC激光焊机布置在酸洗轧机联合机组入口段，位于液压双切剪之后，1#和2#张力辊之前。焊接原理为深熔焊接，即将高强度的激光束辐射至连接带钢表面，使金属熔化实现带钢的连接。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。激光源为德国通快(TＲUMPF) 公司生产的轴流式CO2连续激光源。

1、激光焊机生产现状在酸轧机组正式投产的一年内，因激光焊机焊缝质量问题造成焊缝在拉矫机处断带两次，每次事故处理时间均在8h以上，且处理焊缝断带事故后，焊缝前后各一百多米带钢不能进行轧制，造成热轧原料浪费约6t。因激光焊机焊缝质量问题造成焊缝在轧机处断带约20次，每次处理时间大约为1h，造成废钢量为1t，同时对轧辊造成严重损伤，断带率约为0.365%。焊缝处断带对生产造成影响较大，机组停车时间长，产生废品多，对轧辊和设备产生危害大，造成生产成本高和机组效率低，因此减少或杜绝焊缝处断带十分重要。

2 、焊缝断带原因分析

2.1、焊缝在拉矫机处第一次断带原因分析第一次两卷厚度为3mm焊缝在矫直机处拉断，带尾甩到酸槽，带头掉入活套第三层中部。断带为DS侧开裂撕向WS侧，DS侧位置断口整齐，断面光滑为剪切断面，具体如图1所示。

从图2可以看出，上表面焊缝DS侧起始高度正常，之后短距离迅速下降，一直接近下限，至WS侧30cm左右上升至正常水平。因此，根据断带处的样貌和焊缝平整度曲线分析可以得出: 假定焊枪轨道为一条直线，形成焊缝为一条直线，用实线表示; 而实际头尾剪切对接后，形成的缝隙为切缝，用虚线表示; 二者的相对位置如图3所示。在过拉矫机时，有一定的延伸率，DS侧实际未熔合，造成开裂。

2.2、焊缝在拉矫机处第二次断带原因分析

第二次拉矫机处发生断带，带尾甩过4#张力辊，带头掉在入口活套上升过道上。断带为过拉矫机时中部开裂，弯曲时撞向上矫直辊形成褶皱，无法咬入拉裂带钢，中部断口整齐无明显断口，向WS侧和DS侧越发毛糙，最终在距WS侧和DS侧15cm处越过焊缝，形成拉裂，断面减薄明显，如图4所示。

根据焊缝平整度曲线( 如图5所示) ，可以看出焊缝自两边向中间焊缝高度逐渐降低，之后略有上升中间出现尖峰，此点为异常值，与焊缝中部的毛刺有关系。

因此根据断带处的样貌和焊缝平整度曲线分析可以得出: 假定焊机轨道为一条直线，形成焊缝为一条直线，用实线表示; 而实际头尾剪切对接后，形成的缝隙为切缝，用虚线表示; 二者相对位置如图6所示。在过拉矫机时，有一定的延伸率，中间焊缝未焊实，中间位置首先开裂，弯曲时卡钢造成带钢撕裂断带。

两次发生断带位置均为拉矫机处，发生原因也相似。因此通过焊机的打点测试确定激光和切缝的相对位置关系，经过测试发现切缝与激光点位置相对关系，如图7所示。

切缝与焊缝位置不一致，由于切缝设置为0，焊缝宽度又很窄，肉眼和跟踪缺陷上有时很难看的出来，容易造成误判，因此这两次焊缝处的断带均属于切缝质量不好，且激光位置与切缝存在误差，导致焊缝在切缝质量不好的地方造成焊接质量下降，在遇到拉矫延伸时造成开裂，最终形成焊缝处断带。

2.3 、焊缝在拉矫机处断带原因分析从现场当时带头尾剪切情况分析，断带的前后两卷的头尾剪切量都小于2m，说明头尾的板形不良影响了焊缝质量，同时这两次断带焊缝的切月牙均未投入使用，从现场的断带样貌看，焊缝边部质量不好，热轧头尾轧制过程中属于无张力轧制，头尾展宽相对较大，因此在头尾焊接时，虽然钢卷规格相同但头尾的宽度存在差异，焊缝边部属于焊接应力集中区，在受到拉矫延伸时易开裂。因此，造成两次断带的情况可以总结为以下几种原因:

（1）带钢头尾板形不好;

（2）焊机剪刃剪切带钢质量不好;

（3）焊机激光焦点位置的偏离;

（4）焊缝两端没有剪切月牙。

3、焊缝质量改进措施

(1) 根据现场操作情况和设备情况，针对焊缝的质量制定了检测方法，具体方法见表1。

(2) 焊缝质量的不稳定，板形的原因可能性最大，焊机操作工需要根据焊缝质量和头尾板形对焊缝两端进行剪切月牙，焊缝两边剪切月牙以消除焊缝应力集中区。

(3) 对于板形造成的困扰，可以设定0.1mm焊缝，同时填充焊丝，对防止有浪处的挤压和改善焊缝强度有作用。

(4) 增加焦距可适当增加带钢上表面光斑，加宽焊缝宽度，减轻偏差造成的影响。