CN109551106A - 一种激光焊机及其焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光焊机，包括焊机小车，所述焊机小车上形成有供带钢穿过的通道，所述通道沿所述带钢的宽度方向依次安装有双切剪、第一感应加热器、一对平整轮、激光头、第二感应加热器、一对碾压轮和一对速冷滚轮，所述激光头设于所述通道的上侧，所述第一感应加热器和第二感应加热器设于所述通道的下侧，所述通道位于所述第一感应加热器和第二感应加热器之间的位置沿所述带钢的运行方向还安装有用于对所述带钢表面进行平整的两对压轮，所述两对压轮设于所述激光头的两侧且向靠近所述激光头的方向倾斜。本发明还公开了一种焊接方法。采用本发明的激光焊机及其焊接方法，能够避免超高强钢的焊缝断裂，防止断带问题的发生。

Description

一种激光焊机及其焊接方法
技术领域
本发明涉及激光焊接领域，具体而言，涉及一种适用于超高强钢焊接的激光焊机及其焊接方法。
背景技术
目前，利用普通的激光焊机和焊接工艺无法满足特殊材质钢种，特别是400系列不锈钢、超高强钢和高磷钢的焊接需求。例如，当酸连轧机组生产强度大于等于一百公斤级的超高强钢时，采用普通的激光焊机和焊接工艺焊接的焊缝经焊缝质量检测仪检测出其质量符合生产要求；在焊缝质量检验背突试验机，即一种用液压缸凸头将焊缝中部顶起形成鼓包，检查鼓包变形部位焊缝质量情况的试验机上进行破坏性的背突试验后，检测出焊缝质量也是正常的，但就是这样质量检验合格的超高强钢焊缝在五机架连轧机上轧制时却容易在四机架发生焊缝断裂，导致断带问题，严重影响机组的正常生产。
针对现有技术中所存在的上述问题，提供一种新的激光焊机及其焊接方法具有重要意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种激光焊机及其焊接方法，其能够避免超高强钢的焊缝断裂，防止断带问题的发生。
为实现上述目的，本发明的激光焊机，包括焊机小车，所述焊机小车上形成有供带钢穿过的通道，所述通道沿所述带钢的宽度方向依次安装有双切剪、第一感应加热器、一对平整轮、激光头、第二感应加热器、一对碾压轮和一对速冷滚轮，所述激光头设于所述通道的上侧，所述第一感应加热器和第二感应加热器设于所述通道的下侧，所述通道位于所述第一感应加热器和第二感应加热器之间的位置沿所述带钢的运行方向还安装有用于对所述带钢表面进行平整的两对压轮，所述两对压轮设于所述激光头的两侧且向靠近所述激光头的方向倾斜。
优选地，所述压轮的倾斜角度可调。
优选地，所述碾压轮的表面为弧面。
本发明还公开了一种上述激光焊机的焊接方法，用于将第一带钢的尾部和第二带钢的头部焊接在一起，所述激光焊机的两侧分别设有搭接台，所述搭接台上设有夹钳，所述焊接方法包括：
步骤A，利用所述夹钳分别夹紧所述第一带钢和第二带钢；
步骤B，常规剪切，利用所述双切剪将所述第一带钢的尾部和第二带钢的头部的毛刺部分切除；
步骤C，搭接台微动，将所述搭接台向靠近所述激光焊机的一侧移动0.15mm；
步骤D，修边剪切，利用所述双切剪将所述第一带钢的尾部和第二带钢的头部剪切掉0.15mm；
步骤E，将所述搭接台向靠近所述激光焊机的一侧移动，以将所述第一带钢的尾部和第二带钢的头部对接；
步骤F，利用所述第一感应加热器对所述第一带钢和第二带钢的对接区域进行预热；
步骤G，利用所述平整轮对所述对接区域的带钢表面进行一次平整；
步骤H，利用所述压轮对所述第一带钢和第二带钢的表面进行二次平整；
步骤I，利用所述激光头对所述第一带钢和第二带钢进行焊接；
步骤J，利用所述第二感应加热器对焊缝区域进行退火处理；
步骤K，利用所述碾压轮对所述焊缝区域进行碾压；
步骤L，利用所述速冷滚轮对所述焊缝区域进行一次冷却；
步骤M，利用所述激光头、第一感应加热器和第二感应加热器对所述焊缝区域进行退火处理；
步骤N，利用所述速冷滚轮对所述焊缝区域进行二次冷却。
优选地，所述步骤F中，所述第一感应加热器的加热温度为250℃～350℃。
优选地，所述步骤J中，所述第二感应加热器的加热温度为500℃～700℃。
优选地，所述步骤M中，所述焊缝区域被加热至700℃～900℃。
优选地，所述步骤L和步骤N中，所述焊缝区域均被冷却至100℃～150℃。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、对第一带钢的尾部和第二带钢的头部进行修边剪切，使得剪切后的端面没有撕裂痕迹，提高了第一带钢和第二带钢所需焊接对接面的质量，从而提高后续焊缝的质量；
2、带钢被剪切后，先将搭接台移开，再打开双切剪，避免了剪切后的带钢端面受损以及双切剪磨损；
3、采用具有弧面的碾压轮对焊缝进行碾压，可使焊缝中部微微下凹，减少轧辊辊面对焊缝的冲击，从而使焊缝不容易发生断裂；
4、采用激光头辐射加热的方式以及第一感应加热器和第二感应加热器感应加热的方式对带钢的焊缝区域进行二次退火处理，一方面，可消除经碾压轮碾压后带钢的焊缝应力，有效改善焊缝区域附近的板型；另一方面，可与后续冷却工艺结合进一步细化焊缝区域的材质晶粒，使得焊缝区域的材质特性进一步接近带钢的材质特性，有效避免带钢轧制过程中焊缝的断裂；
5、采用速冷滚轮对焊缝区域进行冷却，可避免带钢表面水蒸气的产生，从而避免水蒸气对焊缝质量的影响。
附图说明
图1为本发明的激光焊机的结构示意图；
图2为两对压轮与激光头的位置关系示意图；
图3为本发明的激光焊机的侧视结构示意图，其示出了双切剪、夹钳等相关结构；
图4为对第二带钢的头部进行常规剪切的示意图；
图5为对第二带钢的头部进行修边剪切的示意图。
具体实施方式
下面，结合附图，对本发明的结构以及工作原理等作进一步的说明。
为叙述方便，下文中所称的“上”、“下”、“左”、“右”与附图本身的上、下、左、右方向一致，但并不对本发明的结构起限定作用。
参见图1，本发明的激光焊机包括焊机小车1，焊机小车1上形成有供带钢穿过的通道4，该通道4沿带钢的宽度方向依次安装有双切剪5、第一感应加热器6、一对平整轮7、激光头8、第二感应加热器10、一对碾压轮11和一对速冷滚轮12。
如图1所示，激光头8设于通道4的上侧，第一感应加热器6和第二感应加热器10设于通道4的下侧，在激光焊接过程中，可采用上侧的激光头8辐射加热的方式以及下侧的第一感应加热器6和第二感应加热器10感应加热的方式对带钢的焊缝区域进行高效率加热处理，一方面，可消除经碾压轮11碾压后带钢的焊缝应力，有效改善焊缝区域附近的板型；另一方面，可与后续冷却工艺结合细化焊缝区域的材质晶粒。
参见图2并结合图1，通道4位于第一感应加热器6和第二感应加热器10之间的位置沿带钢的运行方向还安装有用于对带钢表面进行平整的两对压轮，如图2所示，两对压轮包括设于上方的第一上压轮9和第二上压轮15，以及设于下方的第一下压轮16和第二下压轮17，其中，第一上压轮9和第一下压轮16相对而置，组成一对压轮，第二上压轮15和第二下压轮17相对而置，组成另一对压轮。两对压轮设于激光头8的两侧且向靠近激光头8的方向倾斜，每一对压轮均可对带钢表面进行挤压。作为优选，上述压轮的倾斜角度可调，在激光焊接过程中，可根据带钢表面的倾斜程度来调节两对压轮的倾斜角度，从而控制带钢的板型，确保带钢表面平整，以获得高质量的带钢焊缝。
继续参见图1，上述碾压轮11的表面为弧面，该碾压轮11可对焊接后灼热的焊缝进行碾压，一方面，通过采用具有弧面的碾压轮11，可使碾压时的作用力集中在焊缝区域，能更好地破坏焊缝区域处的材质晶粒，使其变得更加紧密；另一方面，上述碾压轮11在碾压焊缝区域时，可使焊缝中部微微下凹，这种焊缝形貌可使焊缝经过轧机时，减少轧辊辊面对焊缝的冲击，从而使焊缝不容易发生断裂。
上述速冷滚轮12的一侧设有向该速冷滚轮12通入冷却水以对该速冷滚轮12进行循环冷却的冷却水循环装置(图中未示出)，当焊机小车1移动至使焊缝区域位于该一对速冷滚轮12之间时，随着焊机小车1的移动，被冷却水冷却的这对速冷滚轮12可对焊缝区域进行冷却，通过控制冷却水循环装置的冷却水的温度及流量，使焊缝区域经迅速加热后又迅速冷却，从而实现焊缝区域的材质晶粒的细化，从而实现焊缝区域的材质与带钢的材质特性最接近，焊缝区域材质没有突变，可以有效避免轧制过程中焊缝发生断裂。另外，采用速冷滚轮12对焊缝区域进行冷却，可避免带钢表面水蒸气的产生，从而避免水蒸气对焊缝质量的影响。
在焊接超高强钢带材时，为了避免带钢轧制过程中发生焊缝断裂而导致断带的现象，本发明的激光焊机可采用如下焊接方法，以实现对焊缝区域晶粒的改善，使得改善后的焊缝区域的材质特性与带钢的材质特性最接近。
具体地，参见图3，将第一带钢2的尾部和第二带钢3的头部焊接在一起，如图3所示，激光焊机的两侧分别设有搭接台13，搭接台13上设有用于夹紧带钢的夹钳14。参见图1并结合图2、图3，图1所示焊机小车1的位置为焊机小车1的初始位置，此时，第一带钢2的尾部和第二带钢3的头部位于双切剪5的中间，本发明的激光焊机的焊接方法包括：
步骤A，利用两个夹钳14分别夹紧第一带钢2的尾部和第二带钢3的头部，以将第一带钢2和第二带钢3固定。
步骤B，常规剪切，利用双切剪5将第一带钢2的尾部和第二带钢3的头部的毛刺部分切除。如图3所示，双切剪5包括上剪刀501和下剪刀502，上剪刀501和下剪刀502均呈U形，可同时切掉两侧带钢的边部。
由于常规剪切需要将带钢端部的毛刺部分切除，剪切量比较大，导致剪切后的带钢端面非常不平整，如图4所示，经常规剪切得到的第二带钢3的头部端面非常不平整，其中三分之二为剪切面，三分之一为撕裂面，剪切后的带钢端面的质量会影响后续带钢焊缝的质量，因此，需要通过下面的步骤C和步骤D对第一带钢2的尾部和第二带钢3的头部进行修边剪切，以提高剪切后带钢端面的质量。
另外，为了避免双切剪5打开过程中双切剪5与剪切后带钢端面的摩擦而导致带钢端面受损以及双切剪5磨损，可在常规剪切后，将两台搭接台13分别向远离激光焊机的方向移动，再打开双切剪5，然后再将两台搭接台13复位。
步骤C，搭接台13微动，将两台搭接台13分别向靠近激光焊机的一侧移动0.15mm，即由夹钳14夹紧的第一带钢2的尾部和第二带钢3的头部均向中间移动0.15mm，以将下面步骤D中的修边剪切的剪切量预留出来。
步骤D，修边剪切，利用双切剪5将第一带钢2的尾部和第二带钢3的头部剪切掉0.15mm。如图5所示，由于修边剪切的剪切量非常小，只有0.15mm，剪切后得到的第一带钢2的尾部端面和第二带钢3的头部端面没有撕裂痕迹，完全是剪切面，剪切面光滑平整，提高了第一带钢2和第二带钢3所需焊接对接面的质量。同样，如同步骤B，修边剪切后，需将两台搭接台13移开再打开双切剪5，以避免剪切后的带钢端面受损以及双切剪5磨损。
步骤E，将两台搭接台13分别向靠近激光焊机的一侧移动，以将第一带钢2的尾部和第二带钢3的头部对接。
步骤F，将焊机小车1由初始位置向右移动至使第一带钢2和第二带钢3的对接区域位于第一感应加热器6的上方，利用第一感应加热器6对第一带钢2和第二带钢3的对接区域进行预热。通过预热可降低焊接应力，避免焊接裂纹的产生。优选地，第一感应加热器6的加热温度为250℃～350℃。
步骤G，将焊机小车1继续向右移动至使第一带钢2和第二带钢3的对接区域位于上述一对平整轮7之间，利用平整轮7对上述对接区域进行一次平整，为后续焊接做好准备，提高焊缝质量。
步骤H，将焊机小车1继续向右移动至使第一带钢2和第二带钢3的对接区域位于上述两对压轮之间，根据带钢的倾斜程度调节第一上压轮9、第一下压轮16、第二上压轮15以及第二下压轮17的倾斜角度，利用上述两对压轮对第一带钢2和第二带钢3的表面进行二次平整，以确保带钢板型的平整性。
步骤I，利用位于对接区域上方的激光头8对第一带钢2和第二带钢3的对接区域进行焊接。
步骤J，将焊机小车1继续向右移动至使第一带钢2和第二带钢3的焊缝区域位于第二感应加热器10的上方，利用第二感应加热器10对带钢的焊缝区域进行退火处理，通过该步骤的退火处理，可使焊缝区域的粗大晶粒扩散和细化，以提高焊缝的延伸性。优选地，第二感应加热器10的加热温度为500℃～700℃。
步骤K，将焊机小车1继续向右移动至使焊缝区域位于上述一对碾压轮11之间，利用碾压轮11对焊缝区域进行碾压，通过碾压破坏焊缝区域的晶粒，使焊缝区域的材质晶粒更加紧密。
步骤L，将焊机小车1继续向右移动至使焊缝区域位于上述一对速冷滚轮12之间，利用速冷滚轮12对焊缝区域进行一次冷却，使焊缝区域经迅速加热后又迅速冷却，改善焊缝区域的材质晶粒，使得焊缝区域的材质特性接近带钢的材质特性。优选地，焊缝区域被冷却至100℃～150℃。
步骤M，将焊机小车1向左移动以使焊缝区域依次位于第二感应加热器10的上方、激光头8的下方以及第一感应加热器6的上方，利用第二感应加热器10、激光头8和第一感应加热器6对焊缝区域进行退火处理，一方面，消除经碾压轮11碾压后带钢的焊缝应力，进一步提高焊缝的延伸性，有效改善焊缝区域附近的板型；另一方面，与后续冷却工艺结合再次细化焊缝区域的材质晶粒。优选地，焊缝区域被加热至700℃～900℃。
步骤N，将焊机小车1再向右移动至使焊缝区域位于上述一对速冷滚轮12之间，利用速冷滚轮12对焊缝区域进行二次冷却，使焊缝区域经迅速加热后又迅速冷却，进一步改善焊缝区域的材质晶粒，使得焊缝区域的材质特性进一步接近带钢的材质特性，有效避免带钢轧制过程中焊缝的断裂。优选地，焊缝区域再次被冷却至100℃～150℃。
如图1所示，利用上述焊接方法进行焊接的过程中，首先，焊机小车1从初始位置向右移动依次完成步骤A～步骤L；然后，焊机小车1再返回向左移动使带钢焊缝依次被第二感应加热器10、激光头8和第一感应加热器6加热以完成步骤M；最后，焊机小车1再向右移动使带钢焊缝被速冷滚轮12再次冷却以完成步骤N。由此可见，整个操作过程均集中于焊机小车1上，操作方便，充分利用焊机小车1上的加热装置和冷却装置，而且通过对带钢焊缝区域进行两次退火再冷却处理，使得带钢焊缝区域的材质特性更接近带钢的材质特性，能够避免轧制过程中超高强钢的焊缝断裂，防止断带问题的发生。
以上，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种激光焊机，其特征在于，包括焊机小车，所述焊机小车上形成有供带钢穿过的通道，所述通道沿所述带钢的宽度方向依次安装有双切剪、第一感应加热器、一对平整轮、激光头、第二感应加热器、一对碾压轮和一对速冷滚轮，所述激光头设于所述通道的上侧，所述第一感应加热器和第二感应加热器设于所述通道的下侧，所述通道位于所述第一感应加热器和第二感应加热器之间的位置沿所述带钢的运行方向还安装有用于对所述带钢表面进行平整的两对压轮，所述两对压轮设于所述激光头的两侧且向靠近所述激光头的方向倾斜。
2.如权利要求1所述的激光焊机，其特征在于，所述压轮的倾斜角度可调。
3.如权利要求1所述的激光焊机，其特征在于，所述碾压轮的表面为弧面。
4.如权利要求1所述的激光焊机的焊接方法，用于将第一带钢的尾部和第二带钢的头部焊接在一起，其特征在于，所述激光焊机的两侧分别设有搭接台，所述搭接台上设有夹钳，所述焊接方法包括：
步骤A，利用所述夹钳分别夹紧所述第一带钢和第二带钢；
步骤B，常规剪切，利用所述双切剪将所述第一带钢的尾部和第二带钢的头部的毛刺部分切除；
步骤C，搭接台微动，将所述搭接台向靠近所述激光焊机的一侧移动0.15mm；
步骤D，修边剪切，利用所述双切剪将所述第一带钢的尾部和第二带钢的头部剪切掉0.15mm；
步骤E，将所述搭接台向靠近所述激光焊机的一侧移动，以将所述第一带钢的尾部和第二带钢的头部对接；
步骤F，利用所述第一感应加热器对所述第一带钢和第二带钢的对接区域进行预热；
步骤G，利用所述平整轮对所述对接区域的带钢表面进行一次平整；
步骤H，利用所述压轮对所述第一带钢和第二带钢的表面进行二次平整；
步骤I，利用所述激光头对所述第一带钢和第二带钢进行焊接；
步骤J，利用所述第二感应加热器对焊缝区域进行退火处理；
步骤K，利用所述碾压轮对所述焊缝区域进行碾压；
步骤L，利用所述速冷滚轮对所述焊缝区域进行一次冷却；
步骤M，利用所述激光头、第一感应加热器和第二感应加热器对所述焊缝区域进行退火处理；
步骤N，利用所述速冷滚轮对所述焊缝区域进行二次冷却。
5.如权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述步骤F中，所述第一感应加热器的加热温度为250℃～350℃。
6.如权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述步骤J中，所述第二感应加热器的加热温度为500℃～700℃。
7.如权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述步骤M中，所述焊缝区域被加热至700℃～900℃。
8.如权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述步骤L和步骤N中，所述焊缝区域均被冷却至100℃～150℃。
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