專(zhuān)利名稱(chēng)：軋輥的激光表面處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光加工處理技術(shù)，具體涉及一種激光表面強(qiáng)化處理和修復(fù)軋輥的裝置，它包括激光器及導(dǎo)光系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床等設(shè)備。
軋輥是軋鋼設(shè)備中最主要的易損件，一般根據(jù)工作條件可以分為冷軋輥和熱軋輥，其中熱軋輥是指在高溫下對(duì)軋材進(jìn)行軋制的軋輥。軋輥在使用過(guò)程中，要承受各種復(fù)雜外力的作用，產(chǎn)生摩擦磨損效應(yīng)、疲勞效應(yīng)，對(duì)于熱軋輥還存在冷熱疲勞、熱氧化和高溫磨損等效應(yīng)，使得軋輥與軋材相接觸的工作部位很容易磨損，導(dǎo)致尺寸超差而必須停機(jī)換輥。軋輥的使用壽命在很大程度上影響軋鋼的生產(chǎn)效率和鋼材的生產(chǎn)成本。為此，人們正在采取各種工藝手段提高軋輥的使用壽命或者修復(fù)廢舊軋輥，常用的方法包括淬火、堆焊、熱噴涂與噴焊等。近年來(lái)，激光表面強(qiáng)化技術(shù)由于其優(yōu)良的表面性能逐漸成為軋輥表面強(qiáng)化技術(shù)的熱點(diǎn)。
激光表面強(qiáng)化的主要工藝包括激光熔覆、合金化、熔凝和淬火。當(dāng)前，上述技術(shù)已經(jīng)在冶金工業(yè)中得到初步應(yīng)用。
采用激光熔覆和合金化技術(shù)對(duì)軋輥表面進(jìn)行處理，可以改變軋輥的表面成分，因此比單純依靠顯微組織的轉(zhuǎn)變來(lái)改善涂層性能的激光熔凝和淬火技術(shù)，在某些性能(如對(duì)熱軋輥使用壽命起決定作用的熱穩(wěn)定性或者回火穩(wěn)定性等)的改善方面，具有更大的優(yōu)勢(shì)。并且，該技術(shù)還可以對(duì)因磨損尺寸超差而報(bào)廢的軋輥進(jìn)行修復(fù)。但是，當(dāng)前激光熔覆技術(shù)對(duì)各種大型零部件處理時(shí)存在的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)就是熔覆層容易開(kāi)裂。
目前，在工業(yè)中應(yīng)用的軋輥激光表面處理設(shè)備由激光器及導(dǎo)光系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床組成，用于激光熔履的設(shè)備還包括送粉器。使用該設(shè)備對(duì)軋輥進(jìn)行激光處理時(shí)，將軋輥裝夾在數(shù)控機(jī)床上，激光直接對(duì)軋輥進(jìn)行淬火或熔凝處理。但是，目前激光熔凝和淬火處理只是在鑄鋼和少數(shù)鑄鐵軋輥表面得到成功應(yīng)用，對(duì)于某些鑄鐵材料制成的軋輥，激光淬火或熔凝處理時(shí)容易產(chǎn)生表面裂紋。采用該設(shè)備進(jìn)行激光熔覆處理，只能在較小尺寸的軋輥表面獲得成功，對(duì)較大尺寸的軋輥因?yàn)闊o(wú)法避免在熔覆層表面產(chǎn)生裂紋而受到限制。
本實(shí)用新型的目的是提供一種能克服上述缺陷的軋輥的激光表面處理設(shè)備，該設(shè)備適用范圍廣，并可減少或防止已處理軋輥的表面硬化層產(chǎn)生裂紋。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型設(shè)備包括激光器及導(dǎo)光系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床，導(dǎo)光系統(tǒng)的出光口位于數(shù)控機(jī)床的工作面上方，該裝置還包括由兩半爐體構(gòu)成的可控溫式加熱爐，每半爐體由夾緊裝置固定在可移動(dòng)式支架上，加熱爐上設(shè)有鎖緊裝置，并沿軸向留有供激光處理的長(zhǎng)條形開(kāi)口，加熱爐下方設(shè)有可升降式支撐裝置。
作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，在本設(shè)備中加入送粉器，送粉器噴嘴的位置與導(dǎo)光系統(tǒng)出光口位置同軸或者旁軸。
采用本實(shí)用新型對(duì)軋輥進(jìn)行淬火、熔凝或者合金化處理，在一定的預(yù)熱溫度下，在相同激光工藝參數(shù)條件時(shí)可以加深硬化層、熔凝層或者合金化層(統(tǒng)稱(chēng)硬化層)的深度、降低硬化層的脆性。更重要的是，對(duì)于許多一般條件下激光淬火、熔凝或者合金化處理時(shí)易產(chǎn)生裂紋的軋輥材料而言，可以大幅度降低開(kāi)裂程度甚至從根本上杜絕裂紋產(chǎn)生。因此，采用本實(shí)用新型，一方面可以使得軋輥的使用壽命比相應(yīng)的常規(guī)激光表面處理工藝的要高，另一方面也可以使一些因?yàn)橐子陂_(kāi)裂而無(wú)法運(yùn)用激光表面淬火、熔凝或者合金化技術(shù)的軋輥材料得以運(yùn)用這些工藝。
在上述設(shè)備中加入送粉器后，可對(duì)軋輥進(jìn)行熔覆或者合金化處理，激光熔覆速度和熔覆效率比無(wú)預(yù)熱時(shí)的要高，熔覆層的平整度也要好，而最重要的是足夠高的預(yù)熱溫度配合以熔覆合金用粉的優(yōu)化，可以避免熔覆層中產(chǎn)生裂紋，獲得表面基本無(wú)冶金缺陷的熔覆軋輥。由于激光熔覆(或者合金化)層的成分可以根據(jù)工況的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于一些特定工況的軋輥(如熱軋輥)可以通過(guò)表層的成分設(shè)計(jì)使得熔覆層在具備足夠機(jī)械強(qiáng)度與硬度的同時(shí)，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性與回火穩(wěn)定性，因此所得軋輥的使用壽命比單純激光淬火或者熔凝工藝要長(zhǎng)得多。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。


圖1為本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為帶送粉器的本實(shí)用新型設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為爐體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為可移動(dòng)支架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為鎖緊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為可升降式支撐裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
本實(shí)用新型設(shè)備在不工作時(shí)，構(gòu)成加熱爐的兩半爐體由夾緊裝置固定在可移動(dòng)支架上；當(dāng)要對(duì)軋輥1進(jìn)行激光表面處理時(shí)，本實(shí)用新型設(shè)備的結(jié)構(gòu)如
圖1所示，待處理軋輥1裝夾于數(shù)控機(jī)床2的二個(gè)頂尖3之間，導(dǎo)光系統(tǒng)4的出光口5位于數(shù)控機(jī)床2的工作面上方，兩半爐體通過(guò)可移動(dòng)式支架推至數(shù)控機(jī)床2的工作面上方，由可升降式支撐裝置6支撐，并將軋輥1的工作面全部包圍，兩半爐體由鎖緊裝置鎖緊合攏成可控溫式加熱爐7，加熱爐7與軋輥1之間留有一定的間隙；加熱爐7的爐體合攏后，松掉夾緊裝置使可移動(dòng)式支架與爐體分離，加熱爐7上留有供激光處理軋輥用的開(kāi)口8，開(kāi)口8的長(zhǎng)度應(yīng)長(zhǎng)于軋輥1的工作面的長(zhǎng)度。
在采用本實(shí)用新型設(shè)備進(jìn)行激光熔履或合金化處理時(shí)，可采用如圖2所示的設(shè)備，該設(shè)備中加入了送粉器，該送粉器的噴嘴9的位置可如圖中所示為旁軸送粉，也可采用已知的同軸送粉方式。
上述加熱爐7可以采用二個(gè)如圖3所示的半圓形爐體10構(gòu)成，其具體結(jié)構(gòu)可以是在金屬半圓構(gòu)架11上，固定有電爐爐膛12，爐膛12內(nèi)裝有發(fā)熱的電爐絲13，爐膛12與金屬構(gòu)架11之間填充有超輕的耐火纖維保溫層14，金屬構(gòu)架11外固定一層金屬外殼15，電爐絲引出線由爐膛12引出，通過(guò)絕熱層固定于外殼15上的接線柱16上。加熱爐7也可以采用其它加熱方式，如感應(yīng)加熱等。爐體的形狀也不限于半圓形，只要能將兩半爐體合攏成一個(gè)加熱爐7即可。
圖4所示的是半圓形爐體與可移動(dòng)支架結(jié)合的一種具體實(shí)現(xiàn)方式。爐體10的外殼15與可移動(dòng)支架17之間用螺旋夾緊裝置18固定，夾緊裝置18與支架17之間設(shè)有上下可調(diào)節(jié)螺桿19。當(dāng)需要使用時(shí)，將二個(gè)支架17通過(guò)地面上的軌道20方便地準(zhǔn)確地將二個(gè)半圓形爐體合攏成為一個(gè)整體的臥式加熱爐7。當(dāng)兩半爐體合攏后，可松掉夾緊裝置18，支架17沿軌道20退回原處。
將爐體合攏成一個(gè)加熱爐的鎖緊裝置可以采用如圖5所示的方式實(shí)現(xiàn)。每半爐體的外殼15上分別裝有支架21、22，當(dāng)兩半爐體合攏時(shí)，支架22插在支架21的外側(cè)和螺桿23的外徑上，然后用手輪24將支架21、22壓緊，完成兩半爐體的鎖緊。
上述可升降式支撐裝置6可以采用如圖6所示的方式實(shí)現(xiàn)。支撐座25位于加熱爐7下方，支撐滾26對(duì)準(zhǔn)爐體的外殼15的下方兩側(cè)，起動(dòng)升降機(jī)構(gòu)27，立軸28沿支架29上的定位滑套30上升，當(dāng)支撐滾26與加熱爐7調(diào)整到適當(dāng)高度時(shí)，將固定螺栓31旋緊，完成加熱爐的支撐工作；激光束32穿過(guò)加熱爐7的開(kāi)口8對(duì)其中的軋輥1進(jìn)行表面處理。
圖3至圖6所示的本實(shí)用新型設(shè)備的各部件的具體結(jié)構(gòu)可以采用其它同等功能的其它結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)用新型設(shè)備適合各種型號(hào)與尺寸冶金軋輥的激光熔覆、熔凝、合金化和淬火。
權(quán)利要求1．一種軋輥的激光表面處理設(shè)備，它包括激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)(4)，數(shù)控機(jī)床(2)，導(dǎo)光系統(tǒng)(4)的出光口(5)位于數(shù)控機(jī)床(2)的工作面上方，其特征在于該裝置還包括可控溫式加熱爐(7)，加熱爐(7)由兩半爐體(10)構(gòu)成，每半爐體(10)由夾緊裝置(18)固定在可移動(dòng)式支架(17)上，加熱爐(7)上設(shè)有鎖緊裝置，并沿軸向留有供激光處理的長(zhǎng)條形開(kāi)口(8)，加熱爐(7)下方設(shè)有可升降式支撐裝置(6)。
2．按照權(quán)利要求1所述的軋輥的激光表面處理設(shè)備，其特征在于該裝置還包括送粉器，送粉器噴嘴(9)的位置與導(dǎo)光系統(tǒng)(4)出光口(5)的位置同軸或旁軸。
3．按照權(quán)利要求1或2所述的軋輥的激光表面處理設(shè)備，其特征在于所述爐體(1)的結(jié)構(gòu)是金屬半圓構(gòu)架(11)上，固定有電爐爐膛(12)，爐膛(12)內(nèi)裝有發(fā)熱的電爐絲(13)，爐膛(12)與金屬構(gòu)架(11)之間填充有超輕的耐火纖維保溫層(14)，金屬構(gòu)架(11)外固定有一層金屬外殼(15)，電爐絲(13)引出線由爐膛(12)引出，通過(guò)保溫層固定于外殼(15)上的接線柱(16)上。
4．按照權(quán)利要求1或2所述的軋輥的激光表面處理設(shè)備，其特征在于所述可移動(dòng)支架的結(jié)構(gòu)是爐體的外殼(15)與可移動(dòng)支架(17)之間設(shè)有夾緊裝置(18)，夾緊裝置(18)與支架(17)之間設(shè)有上下可調(diào)節(jié)螺桿(19)，支架(17)位于地面上的軌道(20)上。
5．按照權(quán)利要求1或2所述的軋輥的激光表面處理設(shè)備，其特征在于所述鎖緊裝置的結(jié)構(gòu)為每半爐體的外殼(15)上分別裝有二個(gè)支架(21、22)，當(dāng)兩半爐體合攏時(shí)，支架(22)可插在另一個(gè)支架(21)的外側(cè)和螺桿(23)的外徑上，其上設(shè)有可將支架(21、22)壓緊的手輪(24)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種軋輥的激光表面處理設(shè)備,它包括激光器及導(dǎo)光系統(tǒng),數(shù)控機(jī)床,由兩半爐體構(gòu)成的可控溫式加熱爐,每半爐體由夾緊裝置固定在可移動(dòng)式支架上,加熱爐上設(shè)有鎖緊裝置,并沿軸向留有供激光處理的長(zhǎng)條形開(kāi)口,機(jī)床的工作面區(qū)域設(shè)有可升降式支撐裝置;該設(shè)備還可配置有送粉器。本設(shè)備適用性強(qiáng),可用于各種軋輥的激光熔覆、合金化、熔凝和淬火處理,且可大幅度提高軋輥的性能,并減少或防止軋輥硬化層產(chǎn)生裂紋。
文檔編號(hào)B21B28/02GK2463100SQ0121243
公開(kāi)日2001年12月5日 申請(qǐng)日期2001年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月13日
發(fā)明者曾曉雁, 王忠柯, 姜輝恩 申請(qǐng)人:武漢華工激光工程有限責(zé)任公司