CN114438490A - 一种激光熔覆制备功能辊道的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光熔覆技术领域，具体为一种激光熔覆制备功能辊道的工艺，包括配制熔覆材料；熔覆材料由铜板、碳化钨、镍板、硅混合后，经高温融化成液体，再由融化的液体制成固体熔覆粉末；将配制的熔覆材料，用激光对功能辊道基材进行熔覆，所述熔覆厚度为1mm‑3mm。固体熔覆粉末的组分为：以质量百分比计算，Cu：8％‑15％，W：40％‑55％，C:1.5％‑3.5％,Si:小于等于1％，Fe：小于等于1％，Cr：小于等于1％，O元素：小于等于0.1％；余量为Ni。本发明可以提高辊道的使用寿命和耐磨效果，减少工艺事故的发生。

Description

一种激光熔覆制备功能辊道的工艺
技术领域
本发明涉及激光熔覆技术领域，具体为一种激光熔覆制备功能辊道的工艺。
背景技术
功能辊道：括导辊、输送辊、活套辊、转向辊或机架辊，都是用于输送和导向作用，其与输送件直接都存在滚动摩擦，在高温，高速的情况下，功能辊道表面都会出现由于磨损造成的沟槽，使用一段时间后，就需要更换，影响生产线的正常运转，也影响输送钢材质量。为了增强功能辊道的耐磨性能，现有技术在功能辊道表面激光熔覆一层合金，但是熔覆后，功能辊道表面容易出现裂纹，耐磨性也没有达到预想效果，影响功能辊道的使用。
综上所述，现有技术中存在以下问题：现有的功能辊道采用激光熔覆，辊道表面容易出现裂纹，耐磨性能有待进一步提高。
此外，将各种材料在真空冶炼炉高温融化前需要将各种材料打碎，虽然目前有破碎机，但是将材料破碎后还是需要工作人员将破碎后的材料取出，然后再运送至真空冶炼炉处，然后通过其他机械将破碎后的材料运送到真空冶炼炉内部，不但操作麻烦，而且耗费大量人力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光熔覆制备功能辊道的工艺，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：一种激光熔覆制备功能辊道的工艺，包括配制熔覆材料；熔覆材料由铜板、碳化钨、镍板、硅混合后，经高温融化成液体，再由融化的液体制成固体熔覆粉末；将配制的熔覆材料，用激光对功能辊道基材进行熔覆，所述熔覆厚度为1mm-3mm，固体熔覆粉末的组分为：以质量百分比计算，Cu：8％-15％，W：40％-55％，C:1.5％-3.5％,Si:小于等于1％，Fe：小于等于1％，Cr：小于等于1％，O元素：小于等于0.1％；余量为Ni。
激光熔覆制备设备包括真空冶炼炉本体，所述真空冶炼炉本体的内部设置有放置材料的内胆，所述真空冶炼炉本体的顶部设置有旋转打开的密封盖，所述真空冶炼炉本体的内部设置有用于内胆提拉取出的拿取组件，所述真空冶炼炉本体的一侧设置有将熔覆材料破碎自动送入内胆内部的破碎机构采用上述的一种激光熔覆材料制备设备进行制备，包括以下步骤：
步骤A：将铜板、碳化钨、镍板、硅放入破碎机构的内部进行混合破碎处理得到固体混合物；
步骤B：破碎机构将步骤A中的固体混合物自动运送至内胆的内部，将密封盖盖上与真空冶炼炉本体密封连接，将真空冶炼炉本体加热到1650至1850度高温融化成固液混合物；
步骤C：通过拿取组件将内胆取出，将内胆内的固液混合物经过气雾化工艺制成粒径为100目至270目的固体熔覆粉末；
步骤D：采用半导体激光器或光纤激光器将步骤C得到的固体熔覆粉末熔覆在功能辊道基材表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将耐高温、耐磨的合金材料熔覆在功能辊道的表面，大大提高了功能辊道耐高温、耐磨的性能，增加了使用寿命。
另外，本发明相对于现有的激光熔覆的方式，由于熔覆在功能辊道表面的熔覆材料不是通过简单的固体粉末的混合和搅拌形成，而是通过雾化后形成混合程度更均匀的合金固液混合相再形成固体熔覆粉末，熔覆时，辊道表面上的固体熔覆粉末之间更均匀，辊道功能层沿径向、轴向、周向都不存在固体熔覆粉末分布均匀性的差别，因此，熔覆后，辊道表面熔覆层比现有的熔覆技术更均匀，减少裂纹的发生。
原有机械混合法制备的熔敷粉末，在激光熔敷过程中，由于组成项粉末密度的不同，在送粉的过程中，密度大的粉末会向下沉，宏观单体辊道从熔敷开始到结束，微观分析材料组份是存在变化的，而激光的功率及参数设计不能随材料的变化而变化，这就使激光工艺与材料成分不匹配，甚至出现粉末与基体不能完全冶金结合，致使同一辊道不同位置及批量辊道中不同个体质量不一，此工艺生产的粉末均匀一致，所需熔敷功率可以降低，一方面节约了加工熔敷电费成本，另一方面，可以从始至终的用最合适的激光工艺参数进行生产，降低了对激光器及激光产业工人的要求，同时保证了质量。
本发明将材料放置箱体的内部，启动电机工作，电机带动破碎辊工作，破碎辊将材料破碎，在电机的输出端工作时会带动第三转轴转动，第三转轴通过第一皮带带动第一转轴转动，第一转轴通过第二皮带带动第二转轴转动，第一转轴、第二转轴通过挤压板转动时分别挤压第二挡板、振动板，第一转轴带动挤压板挤压振动板时使振动板上移，振动板通过滑杆带动第二过滤板上移，第二过滤板将未破碎完全的材料扬起，使其与破碎辊碰撞，使其破碎完全，另外在第二过滤板上移时带动刮板移动，刮板通过挤压块将挤压第一过滤板，使第一过滤板震动，刮板通过挤压块将挤压第一过滤板，使第一过滤板震动，避免破碎后的材料将第一过滤板堵塞，破碎后的材料通过第一过滤板进入第二挡板远离破碎辊的部分表面，通过凹字形设计，材料可以汇集在一起进入连通管内部，避免材料堆积在角落，无法利用，破碎后的材料通过第一过滤板进入第二挡板远离破碎辊的部分表面，同时第二转轴带动挤压板转动挤压第二挡板使第二挡板震动，将材料充分汇集到连通管的入口，材料通过连通管进入固定管的内部，然后通过固定管进入内胆的内部，可以将材料破碎的完全，同时将破碎后的材料自动运送到内胆的内部，避免过多的操作，耗费太多的人力物力。
本发明在密封盖转动与真空冶炼炉本体密封时，密封盖将挤压第一挂钩下移，第一挂钩将带动转动环下移，转动环带动连接杆下移，连接杆带动密封块下移至固定管的内部将其密封堵塞，熔融完成后，将密封盖开启，第一挂钩将通过伸缩弹簧带动定位杆上移，定位杆将沿着定位槽上移，此时第一挂钩将与固定管扣在一起，同时第二挂钩与内胆扣在一起，通过升降机与连接架连接，可以将内胆从真空冶炼炉本体的内部取出，避免熔融后，工作人员通过特质的拿取器件与内胆扣在一起时由于操作非常麻烦并且危险，造成不必要的事故发生。
附图说明
图1为本发明一种激光熔覆材料制备设备及制备功能辊道的工艺的整体结构示意图；
图2为本发明一种激光熔覆材料制备设备及制备功能辊道的工艺的剖视图其一；
图3为本发明一种激光熔覆材料制备设备及制备功能辊道的工艺的剖视图其二；
图4为本发明一种激光熔覆材料制备设备及制备功能辊道的工艺的图3中A部分放大图；
图5为本发明一种激光熔覆材料制备设备及制备功能辊道的工艺的局部剖视图；
图6为本发明一种激光熔覆材料制备设备及制备功能辊道的工艺的筛动组件结构示意图；
图7为本发明一种激光熔覆材料制备设备及制备功能辊道的工艺的拿取组件局部结构示意图；
图8为本发明一种激光熔覆材料制备设备及制备功能辊道的工艺的拿取组件剖视图；
图9为本发明一种激光熔覆材料制备设备及制备功能辊道的工艺的图8中B部分放大图；
图10为本发明一种激光熔覆材料制备设备及制备功能辊道的工艺的拿取组件结构示意图。
图中：1、真空冶炼炉本体；2、内胆；3、密封盖；4、破碎机构；41、箱体；42、电机；43、破碎辊；44、第一挡板；45、震动组件；451、第一转轴；452、第二转轴；453、第三转轴；454、第一皮带；455、第二皮带；456、挤压板；46、连通管；47、连通组件；471、固定管；472、密封块；473、连接杆；474、转动环；48、第一过滤板；49、筛动组件；491、振动板；492、滑杆；493、第二过滤板；494、刮板；495、挤压块；410、第二挡板；5、拿取组件；51、第一挂钩；52、连接架；53、定位杆；54、第二挂钩；55、定位槽；56、伸缩弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的工艺包括以下步骤：
配制熔覆材料；熔覆材料由铜板、碳化钨、镍板、硅混合后，经高温融化成液体，再由融化的液体制成固体熔覆粉末；高温为1650度以上，能够使铜、镍合金融化成液态包裹在碳化钨周围形成均匀的固液混合物；通过雾化的方式形成熔覆材料，这样比两种或多种固体熔覆材料通过机械混合方式制作的熔覆材料具有更好的均匀性，熔覆时会避免结块或凝聚的现象；这样制成的熔覆材料虽然最后的外表形态与现有技术一样，但熔覆材料成分比较均匀，粉末之间的差异较小，更适合激光熔覆；
将配制的熔覆材料，用激光熔覆对功能辊道基材进行熔覆。将耐高温、耐磨的合金材料熔覆在功能辊道的表面，大大提高了功能辊道耐高温、耐磨的性能，增加了使用寿命。
另外，本发明相对于现有的激光熔覆的方式，由于熔覆在功能辊道表面的熔覆材料不是通过简单的固体粉末的混合和搅拌形成，而是通过雾化后形成混合程度更均匀的合金固液混合相再形成固体熔覆粉末，熔覆时，辊道表面上的固体熔覆粉末之间更均匀，辊道表面沿径向和周向都不存在固体熔覆粉末分布均匀性的差别，因此，熔覆后，辊道表面熔覆比现有的熔覆技术更均匀，减少裂纹的发生，避免划伤功能辊道上的钢材。
请参阅图1至图10，本发明提供一种激光熔覆制备功能辊道的工艺，包括以下步骤：
步骤A：将铜板、碳化钨、镍板、硅放入破碎机构4的内部进行混合破碎处理得到固体混合物；
步骤B：破碎机构4将步骤A中的固体混合物自动运送至内胆2的内部，将密封盖3盖上与真空冶炼炉本体1密封连接，将真空冶炼炉本体1加热到1650至1850度高温融化成固液混合物；
步骤C：通过拿取组件5将内胆2取出，将内胆2内的固液混合物经过气雾化工艺制成粒径为100目至270目的固体熔覆粉末；
步骤D：采用半导体激光器或光纤激光器将步骤C得到的固体熔覆粉末熔覆在功能辊道基材表面，固体熔覆粉末的组分为：以质量百分比计算，Cu：8％-15％，W：40％-55％，C:1.5％-3.5％,Si:小于等于1％，Fe：小于等于1％，Cr：小于等于1％，O元素：小于等于0.1％；余量为Ni。
如图2所示，一种激光熔覆材料制造设备，应用于上述的一种激光熔覆制备功能辊道的工艺，包括真空冶炼炉本体1，真空冶炼炉本体1的内部设置有放置材料的内胆2，真空冶炼炉本体1的顶部设置有旋转打开的密封盖3，真空冶炼炉本体1的内部设置有用于内胆2提拉取出的拿取组件5，真空冶炼炉本体1的一侧设置有将熔覆材料破碎自动送入内胆2内部的破碎机构4，破碎机构4包括箱体41，箱体41的一侧设置有电机42，电机42的输出端贯穿箱体41的内壁，且电机42的输出端设置有破碎辊43，通过电机42带动破碎辊43转动可以将材料进行破碎处理。
如图2、图5所示，箱体41的内部设置有第二挡板410，第二挡板410将箱体41分割成上部、下部两个空间，箱体41的内部安装有震动组件45，通过第二挡板410将箱体41分为上部、下部两个空间，第二挡板410可以将材料分割在上部空间内。
如图2、图3、图5所示，震动组件45包括第三转轴453，第三转轴453与电机42的输出端连接，第三转轴453的一端安装有第一皮带454，箱体41的下部空间转动安装有第一转轴451、第二转轴452，第一皮带454的一端贯穿第二挡板410且与第一转轴451连接，第一转轴451的表面连接有第二皮带455，第二皮带455的另一端与第二转轴452连接，第一转轴451、第二转轴452的表面均安装有挤压板456，挤压板456为橡胶材质，通过电机42带动第三转轴453转动，第三转轴453通过第一皮带454带动第一转轴451转动，第一转轴451通过第二皮带455带动第二转轴452转动，第一转轴451、第二转轴452通过挤压板456转动时分别挤压第二挡板410、振动板491。
如图2、图3、图5所示，箱体41的上部空间安装有第一挡板44，第一挡板44的底部固定设置有第一过滤板48，第一过滤板48的底部与第二挡板410固定连接，第二挡板410远离破碎辊43的一部分为凹字形，且第二挡板410的内部为镂空设计，第二挡板410靠近破碎辊43的一侧设置有筛动组件49，通过第一挡板44可以避免材料飞溅到其他位置，通过第一过滤板48可以过滤破碎完全的材料。
如图5、图6所示，筛动组件49包括振动板491，振动板491的上方设置有滑杆492，滑杆492的上方设置有第二过滤板493，振动板491、第二过滤板493分别在第二挡板410的两侧，滑杆492与第二挡板410贯穿连接，第二过滤板493的一侧设置有刮板494，刮板494的表面设置有至少十五个挤压块495，挤压块495与第一过滤板48挤压连接，且挤压块495为橡胶材质，振动板491通过滑杆492带动第二过滤板493上移，第二过滤板493将未破碎完全的材料扬起，使其与破碎辊43碰撞，使其破碎完全，刮板494通过挤压块495将挤压第一过滤板48，使第一过滤板48震动，避免破碎后的材料将第一过滤板48堵塞，破碎后的材料通过第一过滤板48进入第二挡板410远离破碎辊43的部分表面，通过凹字形设计，材料可以汇集在一起进入连通管46内部，避免材料堆积在角落，无法利用。
如图3、图4所示，箱体41的一侧连通安装有连通管46，连通管46的一侧设置有连通组件47，连通组件47包括固定管471，固定管471的一端与连通管46活动密封连通连接，固定管471的另一端贯穿真空冶炼炉本体1的内壁与内胆2连通连接，固定管471的表面贯穿滑动连接有密封块472，密封块472的一端固定连接有连接杆473，连接杆473为L形，且连接杆473的一端固定连接有转动环474，转动环474与拿取组件5连接，材料可以通过连通管46进入固定管471的内部，然后通过固定管471进入内胆2的内部，通过第一挂钩51将带动转动环474下移，转动环474带动连接杆473下移，连接杆473带动密封块472下移至固定管471的内部将其密封堵塞，避免在熔融时，并非是真空环境。
如图4、图7、图8所示，拿取组件5包括第一挂钩51，转动环474与第一挂钩51转动连接，且第一挂钩51与固定管471活动连接，第一挂钩51的一侧固定安装有连接架52，连接架52的一侧固定连接有第二挂钩54，第二挂钩54与内胆2活动连接，第一挂钩51通过伸缩弹簧56带动定位杆53上移，定位杆53将沿着定位槽55上移，此时第一挂钩51将与固定管471扣在一起，同时第二挂钩54与内胆2扣在一起，通过升降机与连接架52连接，可以将内胆2从真空冶炼炉本体1的内部取出。
如图7、图8、图9、图10所示，连接架52的一侧固定安装有定位杆53，真空冶炼炉本体1的表面开设有定位槽55，定位槽55的内部固定连接有伸缩弹簧56，伸缩弹簧56与定位杆53活动连接，通过伸缩弹簧56可以使连接架52弹出定位槽55的内部。
如图9、图10所示，定位杆53、第二挂钩54均为L形，定位槽55L形设计可以将伸缩弹簧56保护在定位槽55的内部，使伸缩弹簧56避免受到高温影响，延长寿命。
工作原理：使用时，将材料放置箱体41的内部，启动电机42工作，电机42带动破碎辊43工作，破碎辊43将材料破碎，在电机42的输出端工作时会带动第三转轴453转动，第三转轴453通过第一皮带454带动第一转轴451转动，第一转轴451通过第二皮带455带动第二转轴452转动，第一转轴451、第二转轴452通过挤压板456转动时分别挤压第二挡板410、振动板491，第一转轴451带动挤压板456挤压振动板491时使振动板491上移，振动板491通过滑杆492带动第二过滤板493上移，第二过滤板493将未破碎完全的材料扬起，使其与破碎辊43碰撞，另外在第二过滤板493上移时带动刮板494移动，刮板494通过挤压块495将挤压第一过滤板48，使第一过滤板48震动，破碎后的材料通过第一过滤板48进入第二挡板410远离破碎辊43的部分表面，同时第二转轴452带动挤压板456转动挤压第二挡板410使第二挡板410震动，将材料充分汇集到连通管46的入口，材料通过连通管46进入固定管471的内部，然后通过固定管471进入内胆2的内部，在密封盖3转动与真空冶炼炉本体1密封时，密封盖3将挤压第一挂钩51下移，第一挂钩51将带动转动环474下移，转动环474带动连接杆473下移，连接杆473带动密封块472下移至固定管471的内部将其密封堵塞，熔融完成后，将密封盖3开启，第一挂钩51将通过伸缩弹簧56带动定位杆53上移，定位杆53将沿着定位槽55上移，此时第一挂钩51将与固定管471扣在一起，同时第二挂钩54与内胆2扣在一起，通过升降机与连接架52连接，可以将内胆2从真空冶炼炉本体1的内部取出。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种激光熔覆制备功能辊道的工艺，其特征在于，所述激光熔覆制备功能辊道的工艺包括以下步骤：
包括配制熔覆材料及组分；熔覆材料由铜板、碳化钨、镍板、硅混合后，经高温融化成液体，再由融化的液体制成固体熔覆粉末；将配制的熔覆材料，用激光对功能辊道基材进行熔覆，所述熔覆厚度为1mm-3mm；
固体熔覆粉末的组分为：以质量百分比计算，Cu：8％-15％，W：40％-55％，C:1.5％-3.5％,Si:小于等于1％，Fe：小于等于1％，Cr：小于等于1％，O元素：小于等于0.1％；余量为Ni。
2.根据权利要求1所述的一种激光熔覆制备功能辊道的工艺，其特征在于，所述激光熔覆材料制备设备包括真空冶炼炉本体(1)，其特征在于，所述真空冶炼炉本体(1)的内部设置有放置材料的内胆(2)，所述真空冶炼炉本体(1)的顶部设置有旋转打开的密封盖(3)，所述真空冶炼炉本体(1)的内部设置有用于内胆(2)提拉取出的拿取组件(5)，所述真空冶炼炉本体(1)的一侧设置有将熔覆材料破碎自动送入内胆(2)内部的破碎机构(4)，
步骤A：将铜板、碳化钨、镍板、硅放入破碎机构(4)的内部进行混合破碎处理得到固体混合物；
步骤B：破碎机构(4)将步骤A中的固体混合物自动运送至内胆(2)的内部，将密封盖(3)盖上与真空冶炼炉本体(1)密封连接，将真空冶炼炉本体(1)加热到1650至1850度高温融化成固液混合物；
步骤C：通过拿取组件(5)将内胆(2)取出，将内胆(2)内的固液混合物经过气雾化工艺制成粒径为100目至270目的固体熔覆粉末；
步骤D：采用半导体激光器或光纤激光器将步骤C得到的固体熔覆粉末熔覆在功能辊道基材表面。
3.根据权利要求2所述的一种激光熔覆制备功能辊道的工艺，其特征在于，所述破碎机构(4)包括箱体(41)，所述箱体(41)的一侧设置有电机(42)，所述电机(42)的输出端贯穿箱体(41)的内壁，且所述电机(42)的输出端设置有破碎辊(43)，所述箱体(41)的内部设置有第二挡板(410)，所述第二挡板(410)将箱体(41)分割成上部、下部两个空间，所述箱体(41)的内部安装有震动组件(45)。
4.根据权利要求3所述的一种激光熔覆制备功能辊道的工艺，其特征在于，所述震动组件(45)包括第三转轴(453)，所述第三转轴(453)与电机(42)的输出端连接，所述第三转轴(453)的一端安装有第一皮带(454)，所述箱体(41)的下部空间转动安装有第一转轴(451)、第二转轴(452)，所述第一皮带(454)的一端贯穿第二挡板(410)且与第一转轴(451)连接，所述第一转轴(451)的表面连接有第二皮带(455)，所述第二皮带(455)的另一端与第二转轴(452)连接，所述第一转轴(451)、第二转轴(452)的表面均安装有挤压板(456)，所述挤压板(456)为橡胶材质。
5.根据权利要求4所述的一种激光熔覆制备功能辊道的工艺，其特征在于，所述箱体(41)的上部空间安装有第一挡板(44)，所述第一挡板(44)的底部固定设置有第一过滤板(48)，所述第一过滤板(48)的底部与第二挡板(410)固定连接，所述第二挡板(410)远离破碎辊(43)的一部分为凹字形，且所述第二挡板(410)的内部为镂空设计，所述第二挡板(410)靠近破碎辊(43)的一侧设置有筛动组件(49)。
6.根据权利要求5所述的一种激光熔覆制备功能辊道的工艺，其特征在于，所述筛动组件(49)包括振动板(491)，所述振动板(491)的上方设置有滑杆(492)，所述滑杆(492)的上方设置有第二过滤板(493)，所述振动板(491)、第二过滤板(493)分别在第二挡板(410)的两侧，所述滑杆(492)与第二挡板(410)贯穿连接，所述第二过滤板(493)的一侧设置有刮板(494)，所述刮板(494)的表面设置有至少十五个挤压块(495)，所述挤压块(495)与第一过滤板(48)挤压连接，且所述挤压块(495)为橡胶材质。
7.根据权利要求3所述的一种激光熔覆制备功能辊道的工艺，其特征在于，所述箱体(41)的一侧连通安装有连通管(46)，所述连通管(46)的一侧设置有连通组件(47)，所述连通组件(47)包括固定管(471)，所述固定管(471)的一端与连通管(46)活动密封连通连接，所述固定管(471)的另一端贯穿真空冶炼炉本体(1)的内壁与内胆(2)连通连接，所述固定管(471)的表面贯穿滑动连接有密封块(472)，所述密封块(472)的一端固定连接有连接杆(473)，所述连接杆(473)为L形，且所述连接杆(473)的一端固定连接有转动环(474)，所述转动环(474)与拿取组件(5)连接。
8.根据权利要求7所述的一种激光熔覆制备功能辊道的工艺，其特征在于，所述拿取组件(5)包括第一挂钩(51)，所述转动环(474)与第一挂钩(51)转动连接，且所述第一挂钩(51)与固定管(471)活动连接，所述第一挂钩(51)的一侧固定安装有连接架(52)，所述连接架(52)的一侧固定连接有第二挂钩(54)，所述第二挂钩(54)与内胆(2)活动连接。
9.根据权利要求8所述的一种激光熔覆制备功能辊道的工艺，其特征在于，所述连接架(52)的一侧固定安装有定位杆(53)，所述真空冶炼炉本体(1)的表面开设有定位槽(55)，所述定位槽(55)的内部固定连接有伸缩弹簧(56)，所述伸缩弹簧(56)与定位杆(53)活动连接。
10.根据权利要求9所述的一种激光熔覆制备功能辊道的工艺，其特征在于，所述定位杆(53)、第二挂钩(54)均为L形。
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