CN111020567A - 一种高速激光熔覆制作结晶器铜板工作面涂层的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速激光熔覆制作结晶器铜板工作面涂层的加工方法，具体包括结晶器铜板预处理、无损检测、结晶器铜板工作面的抛磨、结晶器铜板的定位摆放、结晶器铜板工作面的清洗、高速激光熔覆设备调试、熔覆以及结晶器铜板的后加工。本发明通过结晶器铜板预处理，去除结晶器铜板的旧涂层，并通过无损检测和熔覆前的清洗，去除结晶器铜板工作面的油污和杂尘，保证铜板熔覆前的质量，再通过底层熔覆和面层熔覆组合的形式，完成功能涂层的制备，实现具备冶金结合涂层的制备，显著提升结晶器铜板的质量。

Description

一种高速激光熔覆制作结晶器铜板工作面涂层的加工方法
技术领域
本发明涉及结晶器铜板工作面涂层加工技术领域，具体为一种高速激光熔覆制作结晶器铜板工作面涂层的加工方法。
背景技术
结晶器铜板是炼钢连铸生产线上的重要生产备件，是连铸产线将钢液转变为钢坯的核心备件，其承担着高温钢水的静压力及与坯壳相对运动的摩擦力等产生的机械应力和热应力的综合作用，使用环境极其苛刻。
一组结晶器铜板包括两块短边铜板和两块长边铜板，四块铜板通过组合，形成一组槽型容器每块铜板，无论是长边铜板，还是短边铜板，都由铜板正面、铜板侧面和铜板背面几个外表面，铜板的正面就是铜板的工作面。
铜板的工作面，表面有一层涂层，该涂层技术是铜板经受严峻工况条件的核心技术。原有技术体系，该涂层采用电镀或者喷涂技术制造。这两个技术体系，涂层和铜基体之间都是机械结合或半机械结合，结合力低。在使用过程中，在钢水静压力、摩擦力以及热疲劳作用下，涂层经常会发生开裂、剥落、磨损等各种问题。激光熔覆技术一直被认为是技术升级的主要方向，但因基体铜材料的原因，涂层制备一直是个难题。
为此，我们通过采用高速激光技术，并结合一系列的工艺优化，成功实现了激光熔覆结晶器铜板涂层的制备，将铜板的制造提高到了一个新的层次。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速激光熔覆制作结晶器铜板工作面涂层的加工方法，通过结晶器铜板预处理，去除结晶器铜板的旧涂层，并通过无损检测和熔覆前的清洗，去除结晶器铜板工作面的油污和杂尘，保证铜板熔覆前的质量，再通过底层熔覆和面层熔覆组合的形式，完成功能涂层的制备，实现具备冶金结合涂层的制备，显著提升结晶器铜板的质量，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高速激光熔覆制作结晶器铜板工作面涂层的加工方法，具体包括以下步骤：
S1：结晶器铜板预处理：利用加工设备，对结晶器铜板的表面进行预加工，使得新结晶器铜板预留出涂层制作的尺寸量，使得旧结晶器铜板预留涂层制作的尺寸量且将原有旧涂层去除，要求加工后的结晶器铜板表面粗糙度＜Ra6.3；
S2：无损检测：利用无损探伤的方式对步骤S1预处理后的结晶器铜板进行检测，不允许有线性缺陷，圆形缺陷在评定框内缺陷直径d≤0.5mm的缺陷尺寸≤1个，如果检测结果铜板符合要求，转入下一道修复工序，否则铜板需修复后再进行涂层加工；
S3：结晶器铜板工作面的抛磨：利用抛磨设备对步骤S2中合格的结晶器铜板的工作面进行抛磨，去除结晶器铜板表面氧化层、残留垃圾和污渍，直至结晶器铜板工作面露出新鲜的铜板基体材料，然后停止抛磨；
S4：结晶器铜板的定位摆放：将已探伤合格结晶器铜板放置在已准备好的台面上，使得激光熔覆头与结晶器铜板工作面处于平焊的焊接位置；
S5：结晶器铜板工作面的清洗：利用清洗剂对步骤S3中露出新鲜的铜板基体材料的结晶器铜板工作面进行清洗，去除结晶器铜板工作面的不可见的油污和杂尘；
S6：高速激光熔覆设备调试：输入加工路径，并设置激光熔覆工艺参数，同时开启激光器、激光器冷却系统和激光熔覆送粉器，检查加工路径、激光器运行状态、激光器冷却系统状态和激光熔覆送粉器运行状态，并进行相应的调整，使得激光熔覆设备后续能有效的运行；
S7：熔覆：在结晶器铜板工作面制备一层耐高温耐磨损功能涂层，功能涂层包括底层和面层；
S701：底层熔覆：设定好激光功率、熔覆线速度、送粉速度、激光头与结晶器铜板之间的距离、激光头的起始位置和激光头的行走路径参数，底层材料使用的粉末材料为纯Ni粉末或者Ni基合金粉，底层材料使用的粉末材料的粒径为15μm-100μm，按照设定好的参数运行高速激光熔覆设备，完成底层的熔覆，底层熔覆的层数为≥1的正整数层；
S702：面层熔覆：设定好激光功率、熔覆线速度、送粉速度、激光头与结晶器铜板之间的距离、激光头的起始位置和激光头的行走路径参数，面层材料使用的粉末材料为Co基合金粉末或者Ni基合金粉末，面层材料使用的粉末材料的粒径为15μm-100μm，按照设定好的参数运行高速激光熔覆设备，完成面层的熔覆，面层熔覆的层数为≥1的正整数层；
S8：结晶器铜板的后加工：将激光熔覆制备的耐高温耐磨损功能涂层，在机床设备上配合相应工装按照图纸加工至相应使用要求的尺寸，完成加工过程。
优选的，所述步骤S1中，加工设备为铣床或抛光机或磨削机，结晶器铜板表面粗糙度检测采用粗糙度仪检测。
优选的，所述步骤S2中，无损探伤的方法为着色探伤。
优选的，所述步骤S3中，抛磨设备采用抛磨机。
优选的，所述步骤S4中，清洗剂为酒精或者丙酮。
优选的，所述步骤S801和步骤S802中，单层底层熔覆的厚度与单层面层熔覆的厚度在0.2mm-5mm，激光器的输出功率在1500W-6000W，每一条焊缝的步进距离在0.5mm-3mm，激光熔覆头的行走速度在10mm/s-50mm/s，送粉速度为5g/min-20g/min。
优选的，所述步骤S801中，底层熔覆为全板面熔覆。
优先的，所述步骤S802中，面层熔覆为全板面熔覆或局部板面熔覆，面层涂层硬度≥HRC30。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过结晶器铜板预处理，去除结晶器铜板的旧涂层，并通过无损检测和熔覆前的清洗，去除结晶器铜板工作面的油污和杂尘，保证铜板熔覆前的质量，再通过底层熔覆和面层熔覆组合的形式，完成功能涂层的制备，实现具备冶金结合涂层的制备，显著提升结晶器铜板的质量。
附图说明
图1为本发明的一种高速激光熔覆制作结晶器铜板工作面涂层的加工方法步骤示意框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种技术方案：一种高速激光熔覆制作结晶器铜板工作面涂层的加工方法，具体包括以下步骤：
S1：结晶器铜板预处理：利用加工设备，对结晶器铜板的表面进行预加工，使得新结晶器铜板预留出涂层制作的尺寸量，使得旧结晶器铜板预留涂层制作的尺寸量且将原有旧涂层去除，要求加工后的结晶器铜板表面粗糙度＜Ra6.3；
S2：无损检测：利用无损探伤的方式对步骤S1预处理后的结晶器铜板进行检测，不允许有线性缺陷，圆形缺陷在评定框内缺陷直径d≤0.5mm的缺陷尺寸≤1个，如果检测结果铜板符合要求，转入下一道修复工序，否则铜板需修复后再进行涂层加工；
S3：结晶器铜板工作面的抛磨：利用抛磨设备对步骤S2中合格的结晶器铜板的工作面进行抛磨，去除结晶器铜板表面氧化层、残留垃圾和污渍，直至结晶器铜板工作面露出新鲜的铜板基体材料，然后停止抛磨；
S4：结晶器铜板的定位摆放：将已探伤合格结晶器铜板放置在已准备好的台面上，使得激光熔覆头与结晶器铜板工作面处于平焊的焊接位置；
S5：结晶器铜板工作面的清洗：利用清洗剂对步骤S3中露出新鲜的铜板基体材料的结晶器铜板工作面进行清洗，去除结晶器铜板工作面的不可见的油污和杂尘；
S6：高速激光熔覆设备调试：输入加工路径，并设置激光熔覆工艺参数，同时开启激光器、激光器冷却系统和激光熔覆送粉器，检查加工路径、激光器运行状态、激光器冷却系统状态和激光熔覆送粉器运行状态，并进行相应的调整，使得激光熔覆设备后续能有效的运行；
S7：熔覆：在结晶器铜板工作面制备一层耐高温耐磨损功能涂层，功能涂层包括底层和面层；
S701：底层熔覆：设定好激光功率、熔覆线速度、送粉速度、激光头与结晶器铜板之间的距离、激光头的起始位置和激光头的行走路径参数，底层材料使用的粉末材料为纯Ni粉末或者Ni基合金粉，底层材料使用的粉末材料的粒径为15μm-100μm，按照设定好的参数运行高速激光熔覆设备，完成底层的熔覆，底层熔覆的层数为≥1的正整数层；
S702：面层熔覆：设定好激光功率、熔覆线速度、送粉速度、激光头与结晶器铜板之间的距离、激光头的起始位置和激光头的行走路径参数，面层材料使用的粉末材料为Co基合金粉末或者Ni基合金粉末，面层材料使用的粉末材料的粒径为15μm-100μm，按照设定好的参数运行高速激光熔覆设备，完成面层的熔覆，面层熔覆的层数为≥1的正整数层；
S8：结晶器铜板的后加工：将激光熔覆制备的耐高温耐磨损功能涂层，在机床设备上配合相应工装按照图纸加工至相应使用要求的尺寸，完成加工过程。
较佳地，所述步骤S1中，加工设备为铣床或抛光机或磨削机，结晶器铜板表面粗糙度检测采用粗糙度仪检测。
较佳地，所述步骤S2中，无损探伤的方法为着色探伤。
较佳地，所述步骤S3中，抛磨设备采用抛磨机。
较佳地，所述步骤S4中，清洗剂为酒精或者丙酮。
较佳地，所述步骤S801和步骤S802中，单层底层熔覆的厚度与单层面层熔覆的厚度在0.2mm-5mm，激光器的输出功率在1500W-6000W，每一条焊缝的步进距离在0.5mm-3mm，激光熔覆头的行走速度在10mm/s-50mm/s，送粉速度为5g/min-20g/min。
较佳地，所述步骤S801中，底层熔覆为全板面熔覆。
较佳地，所述步骤S802中，面层熔覆为全板面熔覆或局部板面熔覆，面层涂层硬度≥HRC30。
与现有技术相比，通过结晶器铜板预处理，去除结晶器铜板的旧涂层，并通过无损检测和熔覆前的清洗，去除结晶器铜板工作面的油污和杂尘，保证铜板熔覆前的质量，再通过底层熔覆和面层熔覆组合的形式，完成功能涂层的制备，实现具备冶金结合涂层的制备，显著提升结晶器铜板的质量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高速激光熔覆制作结晶器铜板工作面涂层的加工方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1：结晶器铜板预处理：利用加工设备，对结晶器铜板的表面进行预加工，使得新结晶器铜板预留出涂层制作的尺寸量，使得旧结晶器铜板预留涂层制作的尺寸量且将原有旧涂层去除，要求加工后的结晶器铜板表面粗糙度＜Ra6.3；S2：无损检测：利用无损探伤的方式对步骤S1预处理后的结晶器铜板进行检测，不允许有线性缺陷，圆形缺陷在评定框内缺陷直径d≤0.5mm的缺陷尺寸≤1个，如果检测结果铜板符合要求，转入下一道修复工序，否则铜板需修复后再进行涂层加工；S3：结晶器铜板工作面的抛磨：利用抛磨设备对步骤S2中合格的结晶器铜板的工作面进行抛磨，去除结晶器铜板表面氧化层、残留垃圾和污渍，直至结晶器铜板工作面露出新鲜的铜板基体材料，然后停止抛磨；S4：结晶器铜板的定位摆放：将已探伤合格结晶器铜板放置在已准备好的台面上，使得激光熔覆头与结晶器铜板工作面处于平焊的焊接位置；S5：结晶器铜板工作面的清洗：利用清洗剂对步骤S3中露出新鲜的铜板基体材料的结晶器铜板工作面进行清洗，去除结晶器铜板工作面的不可见的油污和杂尘；S6：高速激光熔覆设备调试：输入加工路径，并设置激光熔覆工艺参数，同时开启激光器、激光器冷却系统和激光熔覆送粉器，检查加工路径、激光器运行状态、激光器冷却系统状态和激光熔覆送粉器运行状态，并进行相应的调整，使得激光熔覆设备后续能有效的运行；S7：熔覆：在结晶器铜板工作面制备一层耐高温耐磨损功能涂层，功能涂层包括底层和面层；S701：底层熔覆：设定好激光功率、熔覆线速度、送粉速度、激光头与结晶器铜板之间的距离、激光头的起始位置和激光头的行走路径参数，底层材料使用的粉末材料为纯Ni粉末或者Ni基合金粉，底层材料使用的粉末材料的粒径为15μm-100μm，按照设定好的参数运行高速激光熔覆设备，完成底层的熔覆，底层熔覆的层数为≥1的正整数层；S702：面层熔覆：设定好激光功率、熔覆线速度、送粉速度、激光头与结晶器铜板之间的距离、激光头的起始位置和激光头的行走路径参数，面层材料使用的粉末材料为Co基合金粉末或者Ni基合金粉末，面层材料使用的粉末材料的粒径为15μm-100μm，按照设定好的参数运行高速激光熔覆设备，完成面层的熔覆，面层熔覆的层数为≥1的正整数层；S8：结晶器铜板的后加工：将激光熔覆制备的耐高温耐磨损功能涂层，在机床设备上配合相应工装按照图纸加工至相应使用要求的尺寸，完成加工过程。
2.根据权利要求1所述的一种高速激光熔覆制作结晶器铜板工作面涂层的加工方法，其特征在于：所述步骤S1中，加工设备为铣床或抛光机或磨削机，结晶器铜板表面粗糙度检测采用粗糙度仪检测。
3.根据权利要求1所述的一种高速激光熔覆制作结晶器铜板工作面涂层的加工方法，其特征在于：所述步骤S2中，无损探伤的方法为着色探伤。
4.根据权利要求1所述的一种高速激光熔覆制作结晶器铜板工作面涂层的加工方法，其特征在于：所述步骤S3中，抛磨设备采用抛磨机。
5.根据权利要求1所述的一种高速激光熔覆制作结晶器铜板工作面涂层的加工方法，其特征在于：所述步骤S4中，清洗剂为酒精或者丙酮。
6.根据权利要求1所述的一种高速激光熔覆制作结晶器铜板工作面涂层的加工方法，其特征在于：所述步骤S801和步骤S802中，单层底层熔覆的厚度与单层面层熔覆的厚度在0.2mm-5mm，激光器的输出功率在1500W-6000W，每一条焊缝的步进距离在0.5mm-3mm，激光熔覆头的行走速度在10mm/s-50mm/s，送粉速度为5g/min-20g/min。
7.根据权利要求1所述的一种高速激光熔覆制作结晶器铜板工作面涂层的加工方法，其特征在于：所述步骤S801中，底层熔覆为全板面熔覆。
8.根据权利要求1所述的一种高速激光熔覆制作结晶器铜板工作面涂层的加工方法，其特征在于：所述步骤S802中，面层熔覆为全板面熔覆或局部板面熔覆，面层涂层硬度≥HRC30。
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