CN210683946U - 一种修复轧机牌坊的激光熔覆装置 - Google Patents

Abstract

一种修复轧机牌坊的激光熔覆装置，装置包括激光熔覆单元和龙门式直线模组，激光熔覆单元包括激光发射器、激光熔覆加工头和送粉器，激光发射器通过传输光纤与激光熔覆加工头的输出光接头连接，用以将激光发射器发出的激光通过激光熔覆加工头发出，送粉器通过送粉管与激光熔覆加工头的送粉通道连接，用以在进行激光辐照时将熔覆粉末输送到光斑辐照区域的熔池内实现激光熔覆加工，激光熔覆加工头挂载于直线模组上，直线模组固定于轧机牌坊上待修复区域，并使激光熔覆加工头正对轧机牌坊上待修复区域，通过直线模组带动激光熔覆加工头相对于轧机牌坊表面进行多个方向直线移动，以调整激光熔覆加工头相对于轧机牌坊待修复区域的位置。

Description

一种修复轧机牌坊的激光熔覆装置

技术领域

本实用新型涉及激光加工的技术领域，具体涉及一种修复轧机牌坊的激光熔覆装置。

背景技术

轧机牌坊又称轧机机架、架体，是一个整体框架结构，在轧机中主要起到支撑和固定作用，是热轧、冷轧、连轧等轧机的重要构成部分。轧机牌坊是轧机工作机座中尺寸和重量最大的部件，主要由截面厚大的立柱及横梁组成，整套轧辊和轧辊调整装置都安装在上面，在轧制时机架要承受全部的轧制力和咬入钢坯时巨大的冲击载荷作用，而且机架是轧机的永久性零部件，因而对它的强度有很高的要求。

在轧机工作过程中，轧制用冷却水遇到热钢坯会被迅速雾化并夹带钢坯表面脱落的氧化铁皮颗粒向周围溅射，使得轧机牌坊不仅要承受轧制力和冲击载荷作用，还承受被高温雾化的轧制冷却水腐蚀和氧化铁皮颗粒的磨损，造成了轧机牌坊的窗口面、底面、内外机架辊安装面等多个区域会产生不同程度的腐蚀、磨损以及受疲劳、塑性变形或物理位移影响导致的过度间隙致使轧机定位不准确或影响到轧制时板型控制不好等问题，最终将导致轧机生产的产品质量受到很大影响。

轧机牌坊的强化和修复应该是同时进行的，在轧机牌坊的设计过程中，往往为了保证轧机牌坊的使用安全和使用周期，会使轧机牌坊具有一定的寿命冗长，即轧机牌坊的各种失效会发生在轧机牌坊使用寿命周期内，这就使得轧机牌坊的强化与修复具有了经济意义与价值。

传统的轧机牌坊强化修复手段包括厚度补偿法、添加垫片、堆焊修复等，具体实施方式及优缺点如下所述：

①厚度补偿法：通过机械加工去除材料，清除轧机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。

优点：操作简单方便。

缺点：由于未改变轧机牌坊表面的性质，未起到强化作用，因此使用一段时间后，需要再次进行修复。而多次机加工后将会对轧机牌坊的强度和刚度产生不利影响。

②添加垫片：通过增加金属垫片的方式来恢复局部受损区域的尺寸。

优点：取材方便安装简单，是目前常用的维修方法。

缺点：使用周期短，更换频繁，工人劳动强度大。

③堆焊修复

优点：堆焊层与基体金属为冶金结合，抗冲击性能好；堆焊层厚度大，最大可达到30mm；成本低，经济性好等。

缺点：堆焊热输入大，可能会造成轧机牌坊尺寸变形的问题，容易出现焊接缺陷且不易获得均匀等厚、致密的堆焊层。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种修复轧机牌坊的激光熔覆装置，通过激光光束辐照将熔覆材料(如合金粉末或陶瓷粉末)和基材表面薄层迅速熔化，在光束移开后快速凝固，形成具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化等的功能覆层，从而显著改善基体材料表面特性，激光熔覆为非接触式加工方式，不仅可以通过激光功率调节来控制热输入，还可以通过熔覆材料成分和工艺参数来调整覆层的功能特性以及厚度，本实用新型的技术方案如下：

一种修复轧机牌坊的激光熔覆装置，所述装置包括激光熔覆单元和龙门式直线模组，所述激光熔覆单元包括激光发射器、激光熔覆加工头和送粉器，所述激光发射器通过传输光纤与所述激光熔覆加工头的输出光接头连接，用以将激光发射器发出的激光通过激光熔覆加工头发出，所述送粉器通过送粉管与所述激光熔覆加工头的送粉通道连接，用以在进行激光辐照时将熔覆粉末输送到光斑辐照区域的熔池内实现激光熔覆加工，所述激光熔覆加工头挂载于所述直线模组上，所述直线模组固定于轧机牌坊上待修复区域，并使激光熔覆加工头正对轧机牌坊上待修复区域，通过所述直线模组带动激光熔覆加工头相对于轧机牌坊表面进行多个方向直线移动，以调整激光熔覆加工头相对于轧机牌坊待修复区域的位置。

进一步地，所述龙门式直线模组为二轴直线模组，以带动激光熔覆加工头相对于轧机牌坊待修复区域进行X轴和Y轴方向的移动；或者，所述龙门式直线模组为三轴直线模组，以带动激光熔覆加工头相对于轧机牌坊待修复区域进行X轴、Y轴和Y轴方向的移动。

进一步地，所述激光发射器为光纤激光器或半导体耦合光纤激光器，所述激光器功率为3-6KW，所述激光波长为1064nm或980nm。

进一步地，所述激光熔覆加工头为旁轴送粉式激光熔覆加工头，所述送粉通道为旁轴送粉通道，所述旁轴送粉通道通过连接件固定于所述激光熔覆加工头的外壁上，所述旁轴送粉通道的进粉端与所述送粉器通过送粉管连接，处粉端的出粉方向朝向激光辐照时光斑辐照区域的熔池内。

进一步地，所述送粉器为气载式送粉器。

进一步地，所述直线模组为同步带型直线模组或滚珠丝杆型直线模组。

进一步地，所述激光熔覆加工头内沿激光光路方向依次设置有准直镜、扫描振镜以及透镜，所述激光发射器发出的激光通过传输光纤和输出光接头传输到激光熔覆加工头内，并通过激光熔覆加工头内的准直镜、扫描振镜以及透镜后辐照到待加工区域。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)不损伤基体：激光束指向性好，能准确地处理需修复部位而不损伤基体；且激光束能量集中，热影响区小，不影响基材性能，热变形极小。

(2)经济效益高：激光熔覆可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面覆层而不需要改变基材本身，降低成本，节约贵重、稀有金属材料。

(3)适用于各类工件的不同修复需求：激光熔覆粉末的硬度及特定功能性调整方便，满足各类零部件激光熔覆和修复的需求；熔覆层与基材为冶金结合，内部组织致密、无气孔和裂纹等缺陷，性能稳定，适合各类大型零件的修复。

(4)易于集成自动化控制：激光熔覆工艺过程简单，易实现激光熔覆过程自动化控制，减少工作强度。

(5)与厚度补偿法、添加垫片、堆焊修复等修复手段相比，激光熔覆具有热输入小、基材稀释度低、组织致密、覆层与基体冶金结合好、适合熔覆材料多、粉末材料粒度及含量变化方便可调等特点。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种在线修复轧机牌坊的激光熔覆装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种在线修复轧机牌坊的激光熔覆装置的俯视图；

图3为本实用新型实施例提供的旁轴送粉式激光熔覆加工头的结构示意图。

附图标记说明：1、激光发射器；2、传输光纤；3、送粉器；4、送粉管；5、直线模组；6、轧机牌坊；7、激光熔覆加工头；8、输出光接头；9、旁轴送粉通道；10、激光束。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，作为本实用新型的第一实施例，提供一种修复轧机牌坊的激光熔覆装置，所述装置包括激光熔覆单元和龙门式直线模组5，所述激光熔覆单元包括激光发射器1、激光熔覆加工头7和送粉器3，所述激光熔覆加工头7具有激光通道和送粉通道，并具有与激光发射器1的传输光纤2连接的输出光接头8，所述激光发射器1通过传输光纤2与所述激光熔覆加工头7的输出光接头8连接，用以将激光发射器1发出的激光束10通过激光熔覆加工头7的激光通道发出，所述送粉器3通过送粉管4与所述激光熔覆加工头7的送粉通道连接，用以在进行激光辐照时将熔覆粉末输送到光斑辐照区域的熔池内实现激光熔覆加工，所述激光熔覆加工头7挂载于所述直线模组5上，所述直线模组5固定于轧机牌坊6上待修复区域，并使激光熔覆加工头7正对轧机牌坊6上待修复区域，通过所述直线模组5带动激光熔覆加工头7相对于轧机牌坊6表面进行多个方向直线移动，以调整激光熔覆加工头7相对于轧机牌坊6待修复区域的位置。

本实用新型针对现有维修装置及方法的不足，将理论与实践的高度结合，经过实际加工应用后而改进研发出一种在线修复轧机牌坊的激光熔覆装置；本采用了光纤输出的激光发射器1和气载式送粉器3连接激光熔覆加工头7，将龙门式框架结构的直线模组5安装固定在轧机牌坊6上，地占用小，利用直线模组5可扩展性高的特点快速响应并适配不同类别、不同尺寸的轧机牌坊6修复任务，整个激光熔覆过程稳定，修复效率高，而且激光熔覆热输入小，熔覆层成型好，不影响轧机牌坊6基体性能和结构尺寸，熔覆材料的功能特性方便可调，能有效改善或强化轧机牌坊6表面性能，延长使用寿命，解决了传统的维修方法不能很好地满足轧机牌坊6强化与修复后提高在复杂工况下使用寿命的难题。

优选地，所述龙门式直线模组5由各个单元的直线模组5组合而成，可通过各个单元的直线模组5组合的增减来实现整体结构的高度和大小调整。例如，所述龙门式直线模组5可以为二轴直线模组5，包括X轴直线模组5和Y轴直线模组5组合而成，以带动激光熔覆加工头7相对于轧机牌坊6待修复区域进行X轴和Y轴方向的移动；或者，所述龙门式直线模组5为三轴直线模组5，包括X轴、Y轴和Z轴直线模组5组合而成，以带动激光熔覆加工头7相对于轧机牌坊6待修复区域进行X轴、Y轴和Y轴方向的移动，所述直线模组5可以为同步带型直线模组5或滚珠丝杆型直线模组5。

优选地，所述激光发射器1为光纤激光器或半导体耦合光纤激光器，所述输出光接头8可以为QBH接头、QD接头或LLK接头。

优选地，所述激光熔覆加工头7为旁轴送粉式激光熔覆加工头7，所述送粉通道为旁轴送粉通道9，所述旁轴送粉通道9通过连接件固定于所述激光熔覆加工头7的外壁上，所述旁轴送粉通道9的进粉端与所述送粉器3通过送粉管4连接，处粉端的出粉方向朝向激光辐照时光斑辐照区域的熔池内。

优选地，所述送粉器3为气载式送粉器3，作为高精度的气载式送粉器3是以伺服电机控制粉末流量大小，惰性气体作粉末流载体的一种连续供粉装置。

优选地，所述激光熔覆加工头7内沿激光光路方向依次设置有准直镜、扫描振镜以及透镜，所述激光发射器1发出的激光束10通过传输光纤2和输出光接头8传输到激光熔覆加工头7内，并通过激光熔覆加工头7内的准直镜、扫描振镜以及透镜后辐照到待加工区域，通过设置扫描振镜的扫描参数以及激光发射器1的激光输出参数，以满足激光熔覆工艺参数。

优选地，熔覆材料选用抗氧化、耐高温、耐腐蚀以及耐磨性能好的合金粉末材料，包括但不局限于Ni基合金粉末或Co基合金粉末材料；激光熔覆工艺参数是：①输出功率：3-6KW，②光斑尺寸：方光斑3x3mm或5x5mm，圆光斑φ4-6mm，③扫描速度15-100mm/s，熔覆过程中载粉气及对熔池的保护气均采用惰性气体，根据修复尺寸要求调整激光熔覆工艺参数。

作为本实用新型的第二实施例，提供对应的一种修复轧机牌坊的激光熔覆方法，包括：

(1)先对轧机牌坊6定位衬板(底面滑板)的安装面进行检测并记录，再对轧机牌坊6进行在线机加工，清理轧机牌坊6表面的油污、氧化铁皮等污物及疲劳层，然后将定位衬板(底面滑板)更换后对整体轧机牌坊6按图纸要求进行检测并记录。

(2)对机加工后的区域进行表面无损探伤，可以是着色探伤、X光探伤、超声波探伤、荧光探伤等无损探伤方式，探伤后表面要求无裂纹、气孔等缺陷才可继续下一步。

(3)在操作侧轧机牌坊6工作状态下调整操作侧机架与传动侧机架达到最佳对中状态后对机架窗口、底面等位置进行检测并记录，按图纸要求确定待修复区域的基准与修复尺寸。

(4)将龙门式框架结构的直线模组5安装固定在轧机牌坊6待修复面上，作龙门横梁的直线模组5与轧机牌坊6待修复面平行并能沿Z轴方向上下移动，其上挂载的激光熔覆加工头7相对于轧机牌坊6表面可进行多个方向直线移动；调整好激光熔覆加工头7相对于轧机牌坊6待修复区域的激光焦距以及送粉位置。

(5)对轧机牌坊6待修复区域进行激光熔覆修复工作，熔覆材料选用抗氧化、耐高温、耐腐蚀以及耐磨性能好的合金粉末材料，包括但不局限于Ni基合金粉末或Co基合金粉末材料；激光熔覆工艺参数是：①输出功率：3-6KW，②光斑尺寸：方光斑3x3mm或5x5mm，圆光斑φ4-6mm，③扫描速度15-100mm/s，熔覆过程中载粉气及对熔池的保护气均采用惰性气体，根据修复尺寸要求调整激光熔覆工艺参数。

(6)对修复完成后的熔覆层进行厚度、平整度、平面硬度分布以及表面无损探伤检测并记录。

(7)对熔覆层进行打磨抛光处理，去除熔覆层表面的小毛刺、氧化皮等，使其表面露出金属光泽；根据上述修复尺寸配做衬板。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种修复轧机牌坊的激光熔覆装置，其特征在于，所述装置包括激光熔覆单元和龙门式直线模组，所述激光熔覆单元包括激光发射器、激光熔覆加工头和送粉器，所述激光发射器通过传输光纤与所述激光熔覆加工头的输出光接头连接，用以将激光发射器发出的激光通过激光熔覆加工头发出，所述送粉器通过送粉管与所述激光熔覆加工头的送粉通道连接，用以在进行激光辐照时将熔覆粉末输送到光斑辐照区域的熔池内实现激光熔覆加工，所述激光熔覆加工头挂载于所述直线模组上，所述直线模组固定于轧机牌坊上待修复区域，并使激光熔覆加工头正对轧机牌坊上待修复区域，通过所述直线模组带动激光熔覆加工头相对于轧机牌坊表面进行多个方向直线移动，以调整激光熔覆加工头相对于轧机牌坊待修复区域的位置。

2.根据权利要求1所述的修复轧机牌坊的激光熔覆装置，其特征在于，所述龙门式直线模组为二轴直线模组，以带动激光熔覆加工头相对于轧机牌坊待修复区域进行X轴和Y轴方向的移动；或者所述龙门式直线模组为三轴直线模组，以带动激光熔覆加工头相对于轧机牌坊待修复区域进行X轴、Y轴和Y轴方向的移动。

3.根据权利要求1所述的修复轧机牌坊的激光熔覆装置，其特征在于，所述激光发射器为光纤激光器或半导体耦合光纤激光器。

4.根据权利要求1所述的修复轧机牌坊的激光熔覆装置，其特征在于，所述激光熔覆加工头为旁轴送粉式激光熔覆加工头，所述送粉通道为旁轴送粉通道，所述旁轴送粉通道通过连接件固定于所述激光熔覆加工头的外壁上，所述旁轴送粉通道的进粉端与所述送粉器通过送粉管连接，出粉端的出粉方向朝向激光辐照时光斑辐照区域的熔池内。

5.根据权利要求1所述的修复轧机牌坊的激光熔覆装置，其特征在于，所述送粉器为气载式送粉器。

6.根据权利要求1所述的修复轧机牌坊的激光熔覆装置，其特征在于，所述直线模组为同步带型直线模组或滚珠丝杆型直线模组。

7.根据权利要求1所述的修复轧机牌坊的激光熔覆装置，其特征在于，所述激光熔覆加工头内沿激光光路方向依次设置有准直镜、扫描振镜以及透镜，所述激光发射器发出的激光通过传输光纤和输出光接头传输到激光熔覆加工头内，并通过激光熔覆加工头内的准直镜、扫描振镜以及透镜后辐照到待加工区域。

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