CN102154643B - 激光快速成形修复复合轧辊方法 - Google Patents

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Abstract

激光快速成形修复复合轧辊方法，包括用激光器对报废轧辊修复形成工作层，同轴送粉激光器1在快速成形工作层时，X-射线在线检测系统实时检测并诊断工作层是否有缺陷，一旦有缺陷，启动同轴送粉激光器2对缺陷进行再修复；修复或再修复的工作层合格后，对形成的工作层进行等离子束热处理，最后对工作层精加工，制成成品轧辊，由于采用了二组激光器、X-射线在线检测以及等离子热处理，避免了现有激光快速成形修复过程中容易产生的气孔、裂纹，工艺操作相对简单，生产周期短，修复质量好，劳动生产率高。

Description

激光快速成形修复复合轧辊方法
技术领域
本发明涉及一种激光快速成形修复技术，尤其涉及一种生产周期短、劳动生产率高、产品质量好的激光快速成形修复复合轧辊新方法。
背景技术
现有轧辊修复技术，通常采用堆焊形式，其缺点是只能对钢基轧辊进行堆焊修复，对于其他铁基、高碳或高合金辊芯，由于表面工作层材料与基体不同，造成焊接结合性差，因而不适用堆焊方式；其次，堆焊本身存在一些固有缺陷，例如裂纹、气孔、夹杂等。近年来，激光快速成形修复轧辊表面技术成为提高轧辊耐磨性、延长轧辊使用寿命的一个重要发展方向和途径，得到了广泛的研究。中国发明专利01144662，“激光熔覆制造高速线材轧辊专用设备及熔覆方法”，采用单组激光熔覆办法制造轧辊工作层，轮坯表面每个轨道熔覆2～5层，层与层间的搭接面积为40～60％，熔覆速度通过轧辊轮坯转台设置为360～720°／min，不足是后序没有检测再修复过程，导致熔覆好的层与层之间的结合强度较低，修复质量无法保证。
中国专利200810052212，“一种恢复提高热轧辊和冷轧辅助辊使用寿命的方法”，应用激光实体自由成形技术进行热轧辊和冷轧辅助辊原形快速成形修复，轧辊经激光快速沉积成形后，立即进行沉积层的材料强韧化工艺处理，强韧化处理是应用柔性加热装置和温度程序控制系统，在560-600℃温度中保持12小时，以恢复金属组织的力学性能，提高强度指标，达到强韧性效果。不足是工艺操作相对复杂，生产周期长，劳动生产率低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种生产周期短、修复效率高的激光快速成形修复复合轧辊方法，修复层与基体间的冶金结合良好、组织致密、无气孔、裂纹和夹杂。主要创新在于采用二组激光器同步作用模式和X-射线在线检测，前面一个激光器对报废轧辊进行快速成形修复，形成工作层后通过X-射线在线检测系统判断是否有缺陷，若有缺陷，则用后面一个激光器对工作层缺陷进行修复；对修复合格后的工作层进行等离子束热处理。
具体是这样实施的：激光快速成形修复复合轧辊方法，包括用激光器对报废轧辊修复形成工作层，其特征在于同轴送粉激光器1在快速成形工作层时，X-射线在线检测系统实时检测并诊断工作层是否有缺陷，一旦有缺陷，启动同轴送粉激光器2对缺陷进行再修复；修复或再修复的工作层合格后，对形成的工作层进行等离子束热处理，最后对工作层精加工，制成成品轧辊。采用激光快速成形修复工作层，可以实现快速制造，缩短生产周期，提高劳动生产率；通过采用X-射线在线检测工作层缺陷以及在线激光修复，可以避免修复过程中产生气孔、夹杂、裂纹等缺陷；对形成的工作层进行等离子束热处理，可以消除其热应力和残余奥氏体，获得合格的组织和性能。
本发明中修复过程中，轧辊的转速、激光器1和激光器2的控制参数是根据待修复的轧辊规格而定，较好的修复效果可以参考下列参数：轧辊转速0.1-5rpm，同轴送粉激光器1和激光器2的送粉速率为400-1500mg／s，粉体粒径为20-160μm，激光扫描速度0.2-0.9m／min，输出功率2-4KW，激光束光斑尺寸(10-20)×(2-5)mm2。
本发明由于采用了二组激光器、X-射线在线检测以及等离子热处理，避免了现有激光快速成形修复过程中容易产生的气孔、裂纹，工艺操作相对简单，生产周期短，修复质量好，劳动生产率高。
附图说明
图1为实施例1的工作层SEM形貌。
图2为实施例2的工作层SEM形貌。
具体实施方式
实施例1：在球墨铸铁辊轴上激光快速成形修复高速钢复合轧辊，先对辊轴进行表面处理，预热温度650℃，在工作台上轧辊以0.6rpm转速转动，同轴送粉激光器1送粉速率800mg/s，粉体粒径30-60μm，同轴送粉激光器1输出功率2.5KW，同轴送粉激光器1扫描速度0.58m／min，激光束光斑尺寸10×3mm2，在630×1780mm2辊身上激光快速成形制成单边厚12mm的高速钢工作层，在激光快速成形过程中进行X-射线在线检测诊断缺陷，同轴送粉激光器2局部修复(参数同激光器1)；修复的工作层合格后，对形成的工作层进行等离子束热处理，获得了冶金结合良好、组织致密、无气孔、裂纹和夹杂及耐磨性好的高速钢复合轧辊，经试用毫米轧制量较传统离心复合高速钢轧辊提高了4.8倍。
实施例2：在高碳半钢辊轴上激光快速成形修复高铬钢复合轧辊，加工后辊轴表面粗糙度0.6，预热温度750℃，在工作台上轧辊以2rpm转速转动，同轴送粉激光器1送粉速率1000mg/s，粉体粒径60-90μm，同轴送粉激光器1输出功率3.5KW，同轴送粉激光器1扫描速度0.78m／min，激光束光斑尺寸15×4mm2，在830×1780mm2辊身上激光快速成形制成单边厚15mm的高铬钢工作层，在激光快速成形过程中进行X-射线在线检测诊断缺陷，同轴送粉激光器2局部修复(参数同激光器1)；修复的工作层合格后，对形成的工作层进行等离子束热处理，获得了冶金结合良好、组织致密、无气孔、裂纹和夹杂等缺陷及耐磨性好的高铬钢复合轧辊，经试用毫米轧制量较传统离心复合高铬钢轧辊提高了3.4倍。
由图1及图2可以看出，激光快速成形高速钢和高铬钢复合轧辊工作层的SEM形貌组织结构基本相同，均为枝状晶定向凝固组织，形成细小等轴晶，具有快速凝固组织特征。
注：本发明修复过程中，轧辊的转速、激光器1和激光器2的控制参数是根据待修复的轧辊规格而定，较好的修复效果可以参考下列参数：轧辊转速0.1-5rpm，同轴送粉激光器1和激光器2的送粉速率为400-1500mg／s，粉体粒径为20-160μm，激光扫描速度0.2-0.9m／min，输出功率2-4KW，激光束光斑尺寸(10-20)×(2-5)mm2，不仅限于上述两实施例。

Claims (1)

1.激光快速成形修复复合轧辊方法，包括用激光器对报废轧辊修复形成工作层，其特征在于同轴送粉激光器1在快速成形工作层时，X-射线在线检测系统实时检测并诊断工作层是否有缺陷，一旦有缺陷，启动同轴送粉激光器2对缺陷进行再修复；修复或再修复的工作层合格后，对形成的工作层进行等离子束热处理，最后对工作层精加工，制成成品轧辊；修复过程中，轧辊转速0.1-5rpm，同轴送粉激光器1和激光器2的送粉速率为400-1500mg/s，粉体粒径为20-160μm，激光扫描速度0.2-0.9m/min，输出功率2-4KW，激光束光斑尺寸（10-20）×（2-5）mm2。
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