影響激光焊接不銹鋼管質量因素

【摘要】 本文就激光焊接不銹鋼光單元過程，討論了幾種影響不銹鋼焊縫質量的因素，并列出了幾種常見焊接質量事故實例，分析了實際操作中遇到的問題，提出了一系列預防措施，從而提高激光焊接的穩定性

【關鍵詞】 激光焊接 影響因素 焊接質量事故

隨著電力行業的不斷發展，各種電力光纜已經被運用到實際生活的方方面面。組成其材料之一的不銹鋼光單元，以其優異的耐腐蝕性、抗側壓性能被廣泛應用。

不銹鋼管作為保護光纖單元的核心部分，如何控制其在焊接過程中的穩定性、保證不銹鋼管的無縫特性成為了必須攻克的關鍵所在。

一、影響激光焊接不銹鋼管因素

激光焊接的原理是激光產生的高溫，使得不銹鋼管焊縫處瞬時融化，再冷卻，最后熔結在一起形成的無縫鋼管。激光焊接不銹鋼管過程：鋼帶在經過切刀切割成一定寬度，先后經過成型模具的成型和整形階段，最后壓制成待焊的管狀鋼管，再經過定徑模具的進一步收口，從而達到焊接需要的熔接縫隙。

1.1熔接縫隙寬度的影響

影響焊接質量關鍵因素之一在于鋼帶拼接縫隙，縫隙太大，激光熔接產生的熔池太深，極易導致焊穿，或是一段的裂開；縫隙太小，容易導致兩邊剛帶的搭接，引起一系列的焊接不良。此種縫隙大小在于切邊后鋼帶寬度的控制和熔接點距離定徑模具的遠近控制，鋼帶寬縫隙小，鋼帶窄縫隙大；距離遠縫隙大，距離近縫隙小，主要是定徑模具的收口作用.

1.2 成型模具和定徑模具的影響

1.2.1 成型模具

成型模具是由一組導輪組成，鋼帶在模具的前幾組輪子作用下，由面狀變成半卷狀，再經過整形模具卷曲成圓筒狀。通常，在成型模具最后的一組導輪中心安置一片厚度為0.3mm的墊片，這樣可以逼使焊縫縫隙位于正上方，滿足焊接的需要。這一組模具的穩定性對后期長時間焊接影響很大，要盡量避免模具的不穩引起的焊接不良。

1.2.2 定徑模具

激光焊接不銹鋼管，經過成型模具最后一道定徑模具（如圖1示），起著至關重要的作用，直接決定了焊接的穩定性。通常最后一道模具選取的是從原廠家進口的模具，模具在選材和設計方面都是經過數次實驗確定的。在選材方面，一般選擇的是聚晶材料作為模具的模芯，耐磨性較好，同時，由于聚晶金剛石屬于多晶體，具有各向同性的特點，有效的避免了模孔內磨損不均勻和模孔不圓現象的發生，提高模具的的使用壽命。在設計方面，整個模具內部設計成“直線型”模具，進口區和潤滑區合二為一，減少了模具總體長度，保證焊接穩定的同時減少了聚晶材料的使用降低了生產制造的成本。從入口區到出口區角度設計在2°，一方面便于不銹鋼帶的穿模操作，另一方面保證了不銹鋼管在其中的穩定性。

1.3油膏針管及積碳的影響

1.3.1 油膏針管

油膏針管的作用主要是在光單元生產時導入油膏的，它是由兩根紫銅管經一個銅塊連接頭連接而成。由于其內部空間的需要，經常將油膏針管的外徑最大化。這樣在長期高溫作業下，針管變形上翹，與鋼管內壁接觸摩擦時，引起種種焊接不良。除此之外，當光纖芯數較多時對針管有壓制作用時，也容易導致焊接不良。

1.3.2 油膏針管末端的積碳

針管尾端的積碳也極易造成焊接的不良，該積碳主要是清洗鋼帶的煤油在激光高溫作用下產生的。雖然在針管尾端處連接有出氣孔，常常因為該孔槽出氣受阻，積碳過多，緊貼不銹鋼管焊縫內壁時，引起焊接不良。實際操作中每做完一個段長，都必須對針管尾端的積碳。

1.4 保護氣體的影響

通常，在激光對接不銹鋼帶或是焊接不銹鋼管的過程中，都得對工件表面吹一定量的惰性氣體。一方面，惰性氣體的使用可以隔離空氣，避免熔池的氧化，保證焊接縫的光滑度，減少光纖在其中的相對運動的阻力；另一方面，惰性氣體可以有效的保護激光聚焦透鏡片免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射。

1.5 激光相關工藝的影響

1.5.1 激光功率、熔接速度

圖2說明了熔池深度與激光功率、熔接速度之間的相對關系。由圖可知，不銹鋼帶焊接熔池深度與激光的功率成正比，很容易理解在實際操作中，激光功率太大時，很容易造成焊穿。

1.5.3 激光焦距

不銹鋼管在經過激光焊槍頭下側，可能位于激光焦距的正焦距、負焦距、和焦點位置下。不同的位置，激光的功率強度不同，通常選擇在正焦距內貼近焦點的位置焊接，大量的實驗證明該焦距最適合焊接。最忌諱的是調整激光槍頭時，不銹鋼管位于負焦距內，此時用于焊接不銹鋼帶的功率一方面比較分散，另外一方面對針管影響很大，直接造成油膏針管的射穿。

二、 常見不銹鋼管焊接質量事故分析

2.1由激光功率不足或是焊點偏離焊縫造成的虛焊（如圖3示）

此種虛焊多半是由激光功率不足或是生產過程中模具不穩定造成焊縫偏離激光焊接點引起的，此種虛焊的直接后果是光單元的裂開或是經過輪牽以后光單元的扭開，光纖外漏，直接報廢。

2.2由于鋼帶變形或是有缺陷引起的焊接不良（如圖4示）

此種焊接不良多半是由于不銹鋼帶在經過切刀切邊裝置后，邊緣有缺陷，或是鋼帶在運轉過程中有嚴重的變形引起，直接的后果是變形的鋼帶經模具收口拼接不完整，引起焊接不良，再經兩次拉拔縮徑的過程中出現拉斷。

2.3由于針管積碳、模具廢鐵屑過多引起的焊穿（如圖5示）

此種類型的焊穿大多是由于針管上積碳過多或是模具上的廢鐵屑積累較多引起的，積碳來自于清洗鋼帶的煤油在激光高溫下產生，通過控制沒有滴加量和改變吹氣大小以及針管出氣孔大小來加以改善。模具上的鐵屑，一方面保證切割鋼帶切刀的切帶質量，另一方面得保證模具運轉的穩定性。除此之外，需要對使用的模具、針管定期處理。

三、 結束語

不銹鋼光單元焊接過程中影響焊縫的因素甚多，任何一個小的改變，都可能對光單元質量的提高有明顯的效果，只有通過長時間的經驗積累，不斷完善生產工藝，才可能從根本上提高光單元的質量，提高產品的合格率，保證光纜的使用壽命。