CN102453898A - 一种轧机牌坊的现场激光修复方法 - Google Patents
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Abstract
一种轧机牌坊的现场激光修复方法，其特点是由下列工序组成：（
1
）对轧机牌坊进行机械加工，清理牌坊表面的油污、氧化皮等污物；（
2
）对所修复区进行表面探伤，不允许有裂纹，气孔缺陷；（
3
）激光熔覆，将固体激光器放在可升降工作台上对轧机牌坊进行激光熔覆，激光熔覆过程中采用
1000W
固体激光器，熔覆过程中对熔池采用惰性气体进行保护；（
4
）对涂层表面进行打磨抛光处理。本发明在激光熔覆时热输入量小，堆焊层薄，对轧机牌坊整体结构的影响很小，不会带来牌坊变形的危险，并且激光熔覆后涂层非常平整，无需后续加工，节省修复成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种轧机牌坊的制造方法,特别是涉及一种采用激光熔覆技术现场激光修复轧机牌坊的方法。
背景技术
轧机牌坊也称为轧机机架，是一种典型的框架结构，主要由截面厚大的两立柱及上、下横梁组成。它是轧机中最关键的零部件之一,为一个整体框架，并且永久使用，无法更换的。轧机中实现轧制功能的所有部件全部集中安装于牌坊上，因此它是轧机中承受轧制力的部件，在轧机中起到支撑和固定作用，一般都要承受上千吨的载荷，而且除了无头轧制以外，在咬钢时还要承受巨大的冲击载荷。
特别是轧机工作过程中，轧机牌坊主要用来安装调整整套辊系或轧辊调整装置,并承受全部轧制力。此外，轧辊通过轴承座对机架牌坊的冲击大，轧制冷却水遇到红灼的钢坯迅速雾化，夹带着从钢坯表面脱落的氧化铁粉末向四周喷射。受轧制的冲击和冷却水腐蚀和氧化粉尘等磨粒存在，造成了轧机机架牌坊内侧窗口面、机架牌坊底面、外机架辊平面和内机架辊安装孔等均出现了不同程度的腐蚀磨损。
由于机架窗口面的磨损，使轧机机架与轧辊轴承座间隙难以有效控制管理，会出现轧机机架与轧辊轴承座间隙超过管理极限值现象，造成了轧机工作时对机架的冲击增大，加速了机架的磨损。轧机牌坊间隙增大还恶化了轧机主传动系统的工作条件，使主传动振动冲击大，钢锭咬入时容易发生打滑现象，对主传动系统的机械零部件和轧机大电机也都造成了一定的损害。热连轧机组的精轧机机架窗口面的磨损,轧机牌坊间隙增大,还将直接影响到板形的控制,对产品质量造成很大影响。
针对轧机牌坊的损伤形式，通常采用在线机械加工的方式、金属修补液进行修复、电弧堆焊修复方法。其中，在线机械加工的方式对其进行修复是通过机械加工去除材料，清除牌坊表面受损层找平接触面，扩大的尺寸通过增加衬板厚度来补偿。这种修复方式操作简单方便，但并未改变牌坊面的性质，使用一段时间后牌坊表面又会受到腐蚀磨损而失效，而且再次(多次)机械加工将会对牌坊的强度和刚度产生不利影响。金属修补液进行修复也是比较常用的修复方式，此种方法操作简单方便，可对牌坊局部受损处进行修补，但由于修补液与基体并没有形成冶金连接，其结合强度不高，牌坊工作时承受较大的冲击会造成修补金属的剥落。电弧堆焊修复方法一方面能恢复机加工后去除材料扩大的尺寸，并可通过堆焊一层防腐耐磨材料从而改变牌坊表面的性质。但由于该方法的热影响区大，进行大面积的电弧堆焊可能会造成牌坊结构的变形。
因此，选择适当的现场修复轧机牌坊的方法，使轧机牌坊的工作性能满足复杂工况的使用需要，是所属领域当前亟待解决的课题。
激光表面熔覆为非接触式加工（利用强激光束加热工件而无需接触工件）且输入热量可控（通过控制激光器的输出功率，光斑直径的大小和扫描速度来控制输入基体中的热量）。激光表面熔覆具有能量密度高，熔覆质量致密，结合强度高，熔覆层组织的稀释率低、热影响区小等特点，采用的规范激光修复方法可以解决其它焊接方法造成焊接残余应力和开裂倾向。因此很适合于质量要求较高的零件局部处理以及修复，尤其适合修复几何形状复杂且修复后变形要求小的零件。
激光成型就是利用激光熔覆，在基材表面制备一种新的材料，并与基体形成冶金结合的再制造技术。
目前，关于利用激光熔覆工艺制备设备部件耐磨合金覆层的专利和报道很多：例如，公开号为CN1932082的中国发明专利申请给出的《在结晶器表面激光快速熔覆制备耐磨抗热复合涂层工艺》，其特点在于利用高功率激光器,通过激光快速扫描在结晶器铜板表面熔覆与基体成冶金结合的良好的韧性打底过渡层,并通过激光宽带熔覆在打底合金表面制备耐磨及抗热性能优良的钴基合金。
公开号为CN1786272的中国发明专利申请给出的《激光熔覆镍基纳米WC/Co预涂层的制备方法》，该制备方法包括下列步骤：①按每克重的虫胶与10～20克重的无水乙醇称量虫胶和无水乙醇，然后将所述的虫胶加入无水乙醇中制成粘结剂；②根据需要按每克镍基纳米WC/Co粉末与0.1毫升～0.25毫升的粘结剂的比例，称量镍基纳米WC/Co粉末和所述的粘结剂并混合，充分搅拌均匀制成预涂胶；③将上述预涂胶均匀地涂在待激光熔覆处理的工件表面，制成预涂层；④烘干。采用自制的粘结剂制备镍基纳米WC/Co预涂层，然后再采用激光熔覆工艺，制备出了表面较平整，较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的镍基纳米WC/Co复合涂层。
公开号为CN101338427的中国发明专利申请给出的《液压支架立柱缸筒、活塞杆耐磨抗蚀涂层的激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先立柱缸筒、活塞杆表面预处理：室温下对立柱缸筒、活塞杆表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净；然后合金粉末的选择和自动送粉装置的调节：选用具有优良耐磨抗蚀性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，铁基合金粉末的成份中主要含有Fe、C、Cr、Ni、Mo、Si、N、Nb、Ta、B；最后自动送粉装置的调节：调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.6-1.2mm。
公开号为CN101338425的中国发明专利申请给出的《铁路道岔滑床板表面耐磨抗蚀合金涂层激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先滑床板表面预处理，即在室温下对滑床板表面进行除油除锈，并用酒精清洗干净；然后是合金粉末的预置，即把待熔覆的铁基、镍基或钴基合金粉末预置于上述处理后的滑床板表面，并用带有导轨的刮尺来调整预制合金粉末，使之均匀分布在滑床板表面并具有适当的厚度，以满足熔覆后涂层厚度的要求；最后是光熔覆强化滑床板，选用气体CO
2
激光器，工作台为数控机床，在滑床板表面进行激光熔覆强化。
公开号为CN101338428的中国发明专利申请给出的《镐形截齿齿体头部激光熔覆耐磨涂层强化工艺》，包括以下工艺过程：首先是截齿齿体头部表面预处理；然后是合金粉末的选择和自动送粉装置的调整；最后是截齿头部激光熔覆耐磨合金涂层。
现有技术给出的上述技术方案虽能利用激光熔覆工艺对部分设备部件进行耐磨覆层处理，取得一定的技术效果。但对其他特定的设备部件，例如像轧机牌坊这样的特定结构，现有激光熔覆工艺所提供的工艺参数已明显不能适应。
经本申请人检索查证：采用激光熔覆技术现场激光修复轧机牌坊，国内尚无先例，国外也没有见到相关报道。因此，寻找出适当的采用激光熔覆技术现场激光修复轧机牌坊的工艺参数，仍需所属领域的技术人员进一步作出创造性的研究工作。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，通过反复研究改进，给出一种新的采用激光熔覆技术现场激光修复轧机牌坊的制造方法。本发明是采用1000w固体激光器对轧机牌坊进行在线修复，并配备可升降的工作平台，用来升降激光器，可以保证高效率、高质量的修复。
本发明给出的技术方案是：这种轧机牌坊的现场激光修复方法，其特点是由下列工序组成：（1）对轧机牌坊进行机械加工，清理牌坊表面的油污、氧化皮等污物，并且加工前检测衬板安装面的实际尺寸，加工后记录衬板安装面的实际尺寸；（2）对所修复区进行表面探伤，包括着色探伤、X光探伤、超声波探伤、荧光探伤等无损探伤，不允许有裂纹，气孔缺陷；（3）激光熔覆，将固体激光器放在可升降工作台上对轧机牌坊进行激光熔覆，激光熔覆过程中采用1000W固体激光器，熔覆工艺参数是：功率：1000W，光斑直径：Φ1-3mm，扫描速度：20-40mm/s，熔覆过程中对熔池采用惰性气体进行保护，激光熔覆选用防腐耐磨性能好的涂层材料的化学成分按质量百分含量为：Cr：14-19%、Co：12-15%、Fe:3-5%、W：3-7%、Ti：0.1-0.3%、Ni：余量；（4）对涂层表面进行打磨抛光处理。
为更好的实现本发明的目的，激光熔覆选用的涂层材料中还加入了Al、Si、Y和Ce。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.为轧机牌坊的在线修复提供了全新的再制造方法。
2.该技术针对固体激光器小巧灵活方便的特点，利用机械手进行操作，大大减轻了劳动强度。
3.激光熔覆选用防腐耐磨性能好的涂层材料，改善了牌坊表面的特性。
4.激光熔覆时热输入量小，堆焊层薄，对轧机牌坊整体结构的影响很小，不会带来牌坊变形的危险，并且激光熔覆后涂层非常平整，无需后续加工，节省修复成本。
附图说明
附图为本发明给出的激光熔覆中使用的工装的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：对XX钢厂的轧机牌坊进行在线修复。
轧机牌坊的基体材料为普通碳钢，熔覆材料的化学成分为Cr：14%、Ni：58%、Co：12%、Fe:4.7%、W：6.3%、Ti：0.3%、Al：0.7%、Si：3%、Y：0.37%、Ce：0.63%。
工艺步骤如下：1.对轧机牌坊进行机械加工，清理牌坊表面的油污、氧化皮等污物。
2.对所修复区进行表面着色探伤，不允许有裂纹，气孔等缺陷。
3.采用固体激光器对轧机牌坊进行激光熔覆，在熔覆过程中选用防腐耐磨性能好的熔覆材料与最佳的熔覆工艺参数，并保证熔覆层厚度满足所需的尺寸。
4.对涂层表面进行打磨抛光处理，去除涂层表面的小毛刺，使其露出金属光泽。
激光熔覆成型过程中使用的工装（见附图），主要包括轧机牌坊（1），固体激光器（2），可升降工作台（3），遥控器（4）。
将固体激光器（2）放在可升降工作台（3）上，在熔覆轧机牌坊（1）上部时，可通过遥控器（4）使工作台（3）升高，在熔覆轧机牌坊（1）下部时可通过遥控器（4）使工作台（3）降低，熔覆完毕后，使工作台降低到地面，并断电。
该工装调整方便，操作简单，满足在线激光熔覆轧机牌坊的作业要求。
Claims (2)
1.一种轧机牌坊的现场激光修复方法，其特征在于由下列工序组成：（1）对轧机牌坊进行机械加工，清理牌坊表面的油污、氧化皮等污物，并且加工前检测衬板安装面的实际尺寸，加工后记录衬板安装面的实际尺寸；（2）对所修复区进行表面探伤，不允许有裂纹，气孔缺陷；（3）激光熔覆，将固体激光器放在可升降工作台上对轧机牌坊进行激光熔覆，激光熔覆过程中采用1000W固体激光器，熔覆工艺参数是：功率：1000W，光斑直径：Φ1-3mm，扫描速度：20-40mm/s，熔覆过程中对熔池采用惰性气体进行保护，激光熔覆选用防腐耐磨性能好的涂层材料的化学成分按质量百分含量为：Cr：14-19%、Co：12-15%、Fe:3-5%、W：3-7%、Ti：0.1-0.3%Ni：余量；（4）对涂层表面进行打磨抛光处理。
2.根据权利要求1所述的轧机牌坊的现场激光修复方法，其特征在于激光熔覆选用的涂层材料中还加入了Al、Si、Y和Ce，较好的涂层材料的化学成分按质量百分含量为：Cr：14%、Ni：58%、Co：12%、Fe：4.7%、W：6.3%、Ti：0.3%、Al：0.7%、Si：3%、Y：0.37%、Ce：0.63%。
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