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【摘 要】本文就激光焊接不锈钢光单元过程,讨论了几种影响不锈钢焊缝质量的因素,并列出了几种常见焊接质量事故实例,分析了实际操作中遇到的问题,提出了一系列预防措施,从而提高激光焊接的稳定性
【关 键 词】激光焊接影响因素焊接质量事故
随着电力行业的不断发展,各种电力光缆已经被运用到实际生活的方方面面.组成其材料之一的不锈钢光单元,以其优异的耐腐蚀性、抗侧压性能被广泛应用.
不锈钢管作为保护光纤单元的核心部分,如何控制其在焊接过程中的稳定性、保证不锈钢管的无缝特性成为了必须攻克的关键所在.
一、影响激光焊接不锈钢管因素
激光焊接的原理是激光产生的高温,使得不锈钢管焊缝处瞬时融化,再冷却,最后熔结在一起形成的无缝钢管.激光焊接不锈钢管过程：钢带在经过切刀切割成一定宽度,先后经过成型模具的成型和整形阶段,最后压制成待焊的管状钢管,再经过定径模具的进一步收口,从而达到焊接需要的熔接缝隙.
1.1熔接缝隙宽度的影响
影响焊接质量关键因素之一在于钢带拼接缝隙,缝隙太大,激光熔接产生的熔池太深,极易导致焊穿,或是一段的裂开；缝隙太小,容易导致两边刚带的搭接,引起一系列的焊接不良.此种缝隙大小在于切边后钢带宽度的控制和熔接点距离定径模具的远近控制,钢带宽缝隙小,钢带窄缝隙大；距离远缝隙大,距离近缝隙小,主要是定径模具的收口作用.
1.2成型模具和定径模具的影响
1.2.1成型模具
成型模具是由一组导轮组成,钢带在模具的前几组轮子作用下,由面状变成半卷状,再经过整形模具卷曲成圆筒状.通常,在成型模具最后的一组导轮中心安置一片厚度为0.3mm的垫片,这样可以逼使焊缝缝隙位于正上方,满足焊接的需要.这一组模具的稳定性对后期长时间焊接影响很大,要尽量避免模具的不稳引起的焊接不良.
1.2.2定径模具
激光焊接不锈钢管,经过成型模具最后一道定径模具（如图1示）,起着至关重要的作用,直接决定了焊接的稳定性.通常最后一道模具选取的是从原厂家进口的模具,模具在选材和设计方面都是经过数次实验确定的.在选材方面,一般选择的是聚晶材料作为模具的模芯,耐磨性较好,同时,由于聚晶金刚石属于多晶体,具有各向同性的特点,有效的避免了模孔内磨损不均匀和模孔不圆现象的发生,提高模具的的使用寿命.在设计方面,整个模具内部设计成“直线型”模具,进口区和润滑区合二为一,减少了模具总体长度,保证焊接稳定的同时减少了聚晶材料的使用降低了生产制造的成本.从入口区到出口区角度设计在2°,一方面便于不锈钢带的穿模操作,另一方面保证了不锈钢管在其中的稳定性.
1.3油膏针管及积碳的影响
1.3.1油膏针管
油膏针管的作用主要是在光单元生产时导入油膏的,它是由两根紫铜管经一个铜块连接头连接而成.由于其内部空间的需要,经常将油膏针管的外径最大化.这样在长期高温作业下,针管变形上翘,与钢管内壁接触摩擦时,引起种种焊接不良.除此之外,当光纤芯数较多时对针管有压制作用时,也容易导致焊接不良.
1.3.2油膏针管末端的积碳
针管尾端的积碳也极易造成焊接的不良,该积碳主要是清洗钢带的煤油在激光高温作用下产生的.虽然在针管尾端处连接有出气孔,常常因为该孔槽出气受阻,积碳过多,紧贴不锈钢管焊缝内壁时,引起焊接不良.实际操作中每做完一个段长,都必须对针管尾端的积碳.
1.4保护气体的影响
通常,在激光对接不锈钢带或是焊接不锈钢管的过程中,都得对工件表面吹一定量的惰性气体.一方面,惰性气体的使用可以隔离空气,避免熔池的氧化,保证焊接缝的光滑度,减少光纤在其中的相对运动的阻力；另一方面,惰性气体可以有效的保护激光聚焦透镜片免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射.
1.5激光相关工艺的影响
1.5.1激光功率、熔接速度
图2说明了熔池深度与激光功率、熔接速度之间的相对关系.由图可知,不锈钢带焊接熔池深度与激光的功率成正比,很容易理解在实际操作中,激光功率太大时,很容易造成焊穿.
1.5.3激光焦距
不锈钢管在经过激光焊头下侧,可能位于激光焦距的正焦距、负焦距、和焦点位置下.不同的位置,激光的功率强度不同,通常选择在正焦距内贴近焦点的位置焊接,大量的实验证明该焦距最适合焊接.最忌讳的是调整激光头时,不锈钢管位于负焦距内,此时用于焊接不锈钢带的功率一方面比较分散,另外一方面对针管影响很大,直接造成油膏针管的射穿.
二、常见不锈钢管焊接质量事故分析
2.1由激光功率不足或是焊点偏离焊缝造成的虚焊（如图3示）
此种虚焊多半是由激光功率不足或是生产过程中模具不稳定造成焊缝偏离激光焊接点引起的,此种虚焊的直接后果是光单元的裂开或是经过轮牵以后光单元的扭开,光纤外漏,直接报废.
2.2由于钢带变形或是有缺陷引起的焊接不良（如图4示）
此种焊接不良多半是由于不锈钢带在经过切刀切边装置后,边缘有缺陷,或是钢带在运转过程中有严重的变形引起,直接的后果是变形的钢带经模具收口拼接不完整,引起焊接不良,再经两次拉拔缩径的过程中出现拉断.
2.3由于针管积碳、模具废铁屑过多引起的焊穿（如图5示）
此种类型的焊穿大多是由于针管上积碳过多或是模具上的废铁屑积累较多引起的,积碳来自于清洗钢带的煤油在激光高温下产生,通过控制没有滴加量和改变吹气大小以及针管出气孔大小来加以改善.模具上的铁屑,一方面保证切割钢带切刀的切带质量,另一方面得保证模具运转的稳定性.除此之外,需要对使用的模具、针管定期处理.
三、结束语
不锈钢光单元焊接过程中影响焊缝的因素甚多,任何一个小的改变,都可能对光单元质量的提高有明显的效果,只有通过长时间的经验积累,不断完善生产工艺,才可能从根本上提高光单元的质量,提高产品的合格率,保证光缆的使用寿命.