鐵路客車(chē)激光焊機(jī)影響斷帶的原因及控制措施

馬威

（長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春130000）

在鐵路客車(chē)維修過(guò)程中，經(jīng)常涉及到焊接工作，可以采用激光焊機(jī)完成任務(wù)，但是在焊接過(guò)程中，受到多方面因素的影響，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)斷帶問(wèn)題，無(wú)法保證焊接質(zhì)量。造成焊接斷帶的原因有很多，以激光焊機(jī)作為研究對(duì)象，總結(jié)常見(jiàn)的影響因素，并且根據(jù)損壞原因，提出合理的控制措施。

1 激光焊接頭質(zhì)量影響因素

據(jù)實(shí)踐總結(jié)，發(fā)現(xiàn)影響激光焊接頭斷帶的因素有以下幾種：激光能量、焊機(jī)設(shè)備精度、激光位置偏差、焊接參數(shù)、熱軋?jiān)?、軋機(jī)軋制工藝、操作因素等。由于熱軋?jiān)?、操作因素?duì)于激光焊接頭質(zhì)量的影響不具備趨勢(shì)性和典型性，軋制工藝影響相對(duì)復(fù)雜，本文均暫不討論。

2 鐵路客車(chē)激光焊機(jī)影響斷帶的原因及控制措施

通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)，發(fā)現(xiàn)了影響激光焊接頭質(zhì)量的各類(lèi)因素，參考焊機(jī)制造廠家提供的相關(guān)材料，總結(jié)鐵路客車(chē)激光焊機(jī)影響斷帶的原因，同時(shí)提出控制措施。

2.1 激光能量因素。激光焊機(jī)以激光作為焊接能源，要想保證焊接質(zhì)量，首先要控制激光束的能量，盡可能減少不必要的能量損耗，確保激光束可以迅速達(dá)到焊接表面，這也是激光焊接的重要前提條件。如果在焊接過(guò)程中，達(dá)到焊接表面的激光能量沒(méi)有達(dá)到焊機(jī)要求，就無(wú)法熔透焊接材料，引發(fā)斷帶問(wèn)題。

2.1.1 激光輸出窗損壞原因及控制措施。本文以MIEBACH激光焊機(jī)為例，這種焊機(jī)采用二氧化碳激光，內(nèi)置激光器，在焊接時(shí)產(chǎn)生激光，通過(guò)激光輸出窗，經(jīng)過(guò)銅鏡的反射和聚焦以后，達(dá)到需要焊接的位置，完成激光焊接任務(wù)。在激光焊機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，激光輸出窗會(huì)逐漸升溫，為了控制溫度，會(huì)釋放壓縮空氣，但是對(duì)輸出窗同時(shí)產(chǎn)生負(fù)面影響，降低達(dá)到焊接表面的激光能量，無(wú)法正常完成焊接任務(wù)，出現(xiàn)未焊透的情況，進(jìn)而引發(fā)斷帶問(wèn)題。正常情況下，壓縮空氣不會(huì)影響輸出窗正常運(yùn)行，但是一些激光焊接采用的壓縮空氣不達(dá)標(biāo)，才會(huì)引發(fā)斷帶問(wèn)題。壓縮空氣內(nèi)部含有大量的雜質(zhì)顆粒，在釋放出來(lái)以后，雜質(zhì)大量的附著在鏡面上，逐漸形成瘢斑痕，激光在通過(guò)輸出窗時(shí)，部分能量會(huì)積聚在班痕上，一方面會(huì)損壞輸出窗，出現(xiàn)窗戶(hù)燒毀的情況，另一方面會(huì)嚴(yán)重影響激光功率，只有部分激光能量能夠達(dá)到焊接表面，引發(fā)斷帶問(wèn)題。

針對(duì)激光輸出窗損壞引發(fā)的斷帶的問(wèn)題，可以采取以下控制措施：提升冷卻氣體的潔凈度，消除內(nèi)部的污染物質(zhì)，氮?dú)饩褪且粋€(gè)很好的選擇，且來(lái)源比較廣泛，可以將氮?dú)庾鳛槔鋮s氣體，同時(shí)增加過(guò)濾裝置，可以采取三重氣體過(guò)濾裝置，第一層為預(yù)過(guò)濾，第二層為超細(xì)過(guò)濾，第三層為活性炭過(guò)濾。在采取上述措施以后，可以解決輸出窗損壞問(wèn)題，4～6 個(gè)月更換一次輸出窗即可，可以有效解決焊機(jī)斷帶問(wèn)題，同時(shí)減少運(yùn)行費(fèi)用。

2.1.2 激光導(dǎo)向系統(tǒng)鏡面污損原因及控制措施。激光輸出窗在發(fā)射出激光以后，還需要經(jīng)過(guò)聚焦鏡、反射鏡等裝置，可以改變光束方向，實(shí)現(xiàn)激光能量的聚焦，才能將激光射入焊接材料表面。如果這些裝置存在鏡面污染，就會(huì)發(fā)生漫反射，一些能量會(huì)消散在空氣中，達(dá)到鋼板上的能量不夠，就會(huì)因?yàn)楹覆粔蛞l(fā)斷帶。

針對(duì)鏡面污損引發(fā)的斷帶問(wèn)題，可以采取以下控制措施：一是定期使用清潔膏擦拭鏡面裝置，擦拭頻率在1 月/次左右即可。二是保證外光路管道密封，避免外界污染光路管道。三是應(yīng)用干凈氣體吹掃外光路內(nèi)部，一般采用氮?dú)庾鳛榇祾呖諝?。四是快速完成鏡面擦拭任務(wù)，減少管道開(kāi)放時(shí)間，避免外界雜物進(jìn)入管道內(nèi)部。

2.2 焊機(jī)設(shè)備精度因素。較傳統(tǒng)焊接方式不同，激光焊接對(duì)于焊機(jī)設(shè)備的精度要求更高。本文以MIEBACH 激光焊機(jī)為例，該焊機(jī)對(duì)各個(gè)部位都有著較高的精度要求，只有滿(mǎn)足所有要求，才能順利完成焊接任務(wù)。如果長(zhǎng)時(shí)間使用后沒(méi)有校正精度，就會(huì)產(chǎn)生較大的焊接偏差，例如焊機(jī)的導(dǎo)向或者移動(dòng)裝置產(chǎn)生精度偏差，如果不及時(shí)校正，就會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)偏差，引發(fā)焊接斷帶問(wèn)題，無(wú)法保證焊接質(zhì)量。激光焊機(jī)是一個(gè)整體，所有設(shè)備精度都是互相影響的，一個(gè)部件出現(xiàn)問(wèn)題后，會(huì)逐漸影響其他部件，如果校正不及時(shí)，激光焊接設(shè)備的精度偏差就是逐漸增大。如果采取傳統(tǒng)的清掃、緊固、潤(rùn)滑等操作，雖然可以暫時(shí)緩解，但是無(wú)法從根源上解決問(wèn)題。

針對(duì)焊機(jī)設(shè)備精度不足引發(fā)的斷帶問(wèn)題，可以采取以下控制措施：定期開(kāi)展精密調(diào)整工作，確保每一個(gè)部件的精度都符合焊機(jī)工作要求。如果是新采購(gòu)的激光焊機(jī)設(shè)備，則要收集焊機(jī)生產(chǎn)情況，結(jié)合廠家附帶的資料，制定完成的精度調(diào)整方案，控制好調(diào)整評(píng)論，通過(guò)對(duì)項(xiàng)目及參數(shù)的合理調(diào)控，確保機(jī)器的每一個(gè)部件都處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，才能為后續(xù)的焊接打好基礎(chǔ)。要注意激光焊接設(shè)備需要調(diào)節(jié)的部位較多，包括夾緊臺(tái)、焊頭、支撐輪、余熱裝置、碾壓輪、邊部定位裝置、冷卻裝置、傳動(dòng)及移行輪，每個(gè)裝置的精度標(biāo)準(zhǔn)及調(diào)節(jié)周期都不同，需要根據(jù)實(shí)際情況確定。

2.3 激光位置偏差因素。激光焊機(jī)通過(guò)焊車(chē)移動(dòng)，激光持續(xù)融化焊接材料，融化材料連接焊接對(duì)象，在整個(gè)操作過(guò)程中，需要將聚焦點(diǎn)精準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)焊接間隙，保持一個(gè)重合的狀態(tài)，才能順利完成焊接任務(wù)。如果激光位置出現(xiàn)偏差，激光聚焦點(diǎn)就會(huì)偏離位置，沒(méi)有焊接指定位置，導(dǎo)致接頭斷帶開(kāi)裂。造成激光位置偏移的原因有很多，下面對(duì)其進(jìn)行深入研究。

2.3.1 出入口夾板臺(tái)間的間隙的調(diào)整。在正式焊接之前，為了保證激光聚焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)焊接間隙，就要定期標(biāo)定出土口間隙。具體措施如下：先準(zhǔn)備焊接樣板，按照正常操作規(guī)范夾在到板內(nèi)，切除一部分材料。接下來(lái)，修改導(dǎo)板間隙數(shù)據(jù)，將其更改為1mm，在完成數(shù)據(jù)的接收以后，可以移動(dòng)出入口，將其帶到焊接位置，使用塞尺檢查間隙，根據(jù)測(cè)量值確定補(bǔ)償值，調(diào)整導(dǎo)板間隙，直到間隙正好為1mm。通過(guò)對(duì)出入口夾板間隙的調(diào)整，可以對(duì)準(zhǔn)激光聚焦點(diǎn)，避免因激光位置偏差引發(fā)斷帶問(wèn)題。

2.3.2 外光路的調(diào)整。激光輸出窗在射出激光以后，會(huì)經(jīng)過(guò)各種反射及聚焦裝置，最后才能達(dá)到焊接區(qū)域。如果上述裝置位置出現(xiàn)變化，就會(huì)引發(fā)激光位置偏差，進(jìn)而出現(xiàn)斷帶問(wèn)題，為此要合理調(diào)整外光路。

針對(duì)外光路偏差引發(fā)的斷帶問(wèn)題，采取以下控制措施：校正外光路要從三個(gè)位置入手，分別為上反射鏡、下反射鏡及聚焦鏡，調(diào)整振腔校正激光，確保光束達(dá)到指定位置。光束校準(zhǔn)無(wú)誤以后，可以重新固定上反射鏡，在拆卸下反射鏡，發(fā)出激光脈沖向試紙上打出痕跡，如果痕跡為四等分，表面沒(méi)有問(wèn)題，如果不是就要通過(guò)螺栓校正，直到打出的痕跡為四等分。固定下反射鏡以后拆卸聚焦鏡，同樣調(diào)整螺栓，測(cè)試聚焦鏡打出的痕跡，按照流程校正，直到打出的激光達(dá)到指定位置。

2.4 焊接參數(shù)。在滿(mǎn)足激光焊機(jī)工作要求的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)焊機(jī)工作規(guī)律，編制出相應(yīng)的焊接參數(shù)，參數(shù)涵蓋范圍較廣，包括速度、功率、教具、間隙等，這些參數(shù)都是依靠經(jīng)驗(yàn)積累確定的，只能起到一個(gè)參考的作用，在應(yīng)用激光焊機(jī)時(shí)，還需要根據(jù)實(shí)際情況修改上述參數(shù)，或者適當(dāng)增加一些新的參數(shù)。焊接參數(shù)是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，決定火車(chē)客車(chē)焊接的效率及質(zhì)量。注意一點(diǎn)，焊接高強(qiáng)鋼板或DP、TRIP 系列的材質(zhì)時(shí)，使用低碳或超低碳鋼板的焊接參數(shù)仍無(wú)法焊接出合格的激光焊接頭。

3 結(jié)論

根據(jù)上述研究，得到四個(gè)結(jié)論：一是造成激光焊接斷帶的主要因素有焊接參數(shù)、位置偏差、設(shè)備精度及激光能量。二是輸出窗的冷卻氣體會(huì)影響激光能量，要采取清潔環(huán)保的冷卻氣體，同時(shí)定期更換氣體，才能避免焊接斷帶問(wèn)題。三是要定期校正激光焊機(jī)各個(gè)部件的精度，才能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，避免斷帶問(wèn)題。四是要合理調(diào)整外光路及焦點(diǎn)位置，才能保證激光照射在指定位置。造成激光焊接斷帶的因素有很多，要結(jié)合實(shí)際情況，找到具體原因，采取針對(duì)性的解決措施，才能迅速解決問(wèn)題，避免出現(xiàn)斷帶等故障問(wèn)題，迅速完成鐵路客車(chē)的焊接維修任務(wù)。