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JFE将大功率真空激光焊接技术应用于钢铁生产工艺

  日本JFE钢铁公司近日宣布,开发了额定输出功率为30kW的大功率真空激光焊接技术,并将其引入西日本制铁所(福山地区)厚板工厂的包覆钢板生产工序,这是世界上首次使用30kW级大功率真空激光焊接的钢铁生产线。

  包覆钢板是一种复合钢板,将碳钢或低合金钢(母材)表面与不锈钢等(组合材)粘合在一起,被广泛应用于化学油轮、压力容器和管道等。JFE钢铁公司将母材与组合材重合面组成洁净且真空封闭的包覆钢坯进行热轧,生产出包覆钢

  为了得到组合材与母材粘合良好的包覆钢板,重要的是在包覆钢坯组装焊接时在重合面全周形成具有稳定且深的熔透的焊接部位。焊接包括多种方式,而真空激光焊接是通过用聚光透镜聚焦激光束来实现焊接所需的高能量密度,可实现高速且深入的熔透焊接,较少发生焊接缺陷和喷溅等问题,是一种优秀的焊接方法。然而,由于大功率激光在真空中长时间连续照射,存在着聚光镜头处产生局部温度变化而导致激光束品质改变,因此无法得到良好焊接部位的问题。

  为此,JFE钢铁公司优化了用于真空中高功率激光照射的聚光透镜等光学系统组件的设计,并且适当地监视和控制那些光学系统组件的形状精度和使用期间的温度,确立了减少激光束质量变化的技术。另外,通过适当调整激光束的形状、激光输出、焊接速度等焊接条件,构建起控制熔透形状的技术,确立了可以稳定地获得最佳形状的高功率真空激光焊接条件。

  图1为包覆钢坯组装焊接模式图。通过将该技术应用于包覆钢坯组装焊接,利用高功率真空激光的特性,在重合面全周实现了高质量、稳定的焊接。图2示出真空激光焊接形成的良好焊接部位截面。上一财年该技术被引入实际生产过程,至今已经生产18000t以上的包覆钢板,并持续稳定运行。除了提高组装效率和质量外,还有助于开发以往难以组装和制造的各种复合材料的新包覆产品。据称,该公司还探讨将此项技术应用于其他钢铁生产工序。