CN2463100Y - 轧辊的激光表面处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轧辊的激光表面处理设备,它包括激光器及导光系统,数控机床,由两半炉体构成的可控温式加热炉,每半炉体由夹紧装置固定在可移动式支架上,加热炉上设有锁紧装置,并沿轴向留有供激光处理的长条形开口,机床的工作面区域设有可升降式支撑装置;该设备还可配置有送粉器。本设备适用性强,可用于各种轧辊的激光熔覆、合金化、熔凝和淬火处理,且可大幅度提高轧辊的性能,并减少或防止轧辊硬化层产生裂纹。

Description

轧辊的激光表面处理设备

本实用新型属于激光加工处理技术，具体涉及一种激光表面强化处理和修复轧辊的装置，它包括激光器及导光系统、数控机床等设备。

轧辊是轧钢设备中最主要的易损件，一般根据工作条件可以分为冷轧辊和热轧辊，其中热轧辊是指在高温下对轧材进行轧制的轧辊。轧辊在使用过程中，要承受各种复杂外力的作用，产生摩擦磨损效应、疲劳效应，对于热轧辊还存在冷热疲劳、热氧化和高温磨损等效应，使得轧辊与轧材相接触的工作部位很容易磨损，导致尺寸超差而必须停机换辊。轧辊的使用寿命在很大程度上影响轧钢的生产效率和钢材的生产成本。为此，人们正在采取各种工艺手段提高轧辊的使用寿命或者修复废旧轧辊，常用的方法包括淬火、堆焊、热喷涂与喷焊等。近年来，激光表面强化技术由于其优良的表面性能逐渐成为轧辊表面强化技术的热点。

激光表面强化的主要工艺包括激光熔覆、合金化、熔凝和淬火。当前，上述技术已经在冶金工业中得到初步应用。

采用激光熔覆和合金化技术对轧辊表面进行处理，可以改变轧辊的表面成分，因此比单纯依靠显微组织的转变来改善涂层性能的激光熔凝和淬火技术，在某些性能(如对热轧辊使用寿命起决定作用的热稳定性或者回火稳定性等)的改善方面，具有更大的优势。并且，该技术还可以对因磨损尺寸超差而报废的轧辊进行修复。但是，当前激光熔覆技术对各种大型零部件处理时存在的关键技术难点就是熔覆层容易开裂。

目前，在工业中应用的轧辊激光表面处理设备由激光器及导光系统、数控机床组成，用于激光熔履的设备还包括送粉器。使用该设备对轧辊进行激光处理时，将轧辊装夹在数控机床上，激光直接对轧辊进行淬火或熔凝处理。但是，目前激光熔凝和淬火处理只是在铸钢和少数铸铁轧辊表面得到成功应用，对于某些铸铁材料制成的轧辊，激光淬火或熔凝处理时容易产生表面裂纹。采用该设备进行激光熔覆处理，只能在较小尺寸的轧辊表面获得成功，对较大尺寸的轧辊因为无法避免在熔覆层表面产生裂纹而受到限制。

本实用新型的目的是提供一种能克服上述缺陷的轧辊的激光表面处理设备，该设备适用范围广，并可减少或防止已处理轧辊的表面硬化层产生裂纹。

为实现上述目的，本实用新型设备包括激光器及导光系统，数控机床，导光系统的出光口位于数控机床的工作面上方，该装置还包括由两半炉体构成的可控温式加热炉，每半炉体由夹紧装置固定在可移动式支架上，加热炉上设有锁紧装置，并沿轴向留有供激光处理的长条形开口，加热炉下方设有可升降式支撑装置。

作为本实用新型的改进，在本设备中加入送粉器，送粉器喷嘴的位置与导光系统出光口位置同轴或者旁轴。

采用本实用新型对轧辊进行淬火、熔凝或者合金化处理，在一定的预热温度下，在相同激光工艺参数条件时可以加深硬化层、熔凝层或者合金化层(统称硬化层)的深度、降低硬化层的脆性。更重要的是，对于许多一般条件下激光淬火、熔凝或者合金化处理时易产生裂纹的轧辊材料而言，可以大幅度降低开裂程度甚至从根本上杜绝裂纹产生。因此，采用本实用新型，一方面可以使得轧辊的使用寿命比相应的常规激光表面处理工艺的要高，另一方面也可以使一些因为易于开裂而无法运用激光表面淬火、熔凝或者合金化技术的轧辊材料得以运用这些工艺。

在上述设备中加入送粉器后，可对轧辊进行熔覆或者合金化处理，激光熔覆速度和熔覆效率比无预热时的要高，熔覆层的平整度也要好，而最重要的是足够高的预热温度配合以熔覆合金用粉的优化，可以避免熔覆层中产生裂纹，获得表面基本无冶金缺陷的熔覆轧辊。由于激光熔覆(或者合金化)层的成分可以根据工况的需求进行设计，对于一些特定工况的轧辊(如热轧辊)可以通过表层的成分设计使得熔覆层在具备足够机械强度与硬度的同时，具有优良的热稳定性与回火稳定性，因此所得轧辊的使用寿命比单纯激光淬火或者熔凝工艺要长得多。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的一种实施方式的结构示意图；

图2为带送粉器的本实用新型设备的结构示意图；

图3为炉体的结构示意图；

图4为可移动支架的结构示意图；

图5为锁紧装置的结构示意图；

图6为可升降式支撑装置的结构示意图。

本实用新型设备在不工作时，构成加热炉的两半炉体由夹紧装置固定在可移动支架上；当要对轧辊1进行激光表面处理时，本实用新型设备的结构如图1所示，待处理轧辊1装夹于数控机床2的二个顶尖3之间，导光系统4的出光口5位于数控机床2的工作面上方，两半炉体通过可移动式支架推至数控机床2的工作面上方，由可升降式支撑装置6支撑，并将轧辊1的工作面全部包围，两半炉体由锁紧装置锁紧合拢成可控温式加热炉7，加热炉7与轧辊1之间留有一定的间隙；加热炉7的炉体合拢后，松掉夹紧装置使可移动式支架与炉体分离，加热炉7上留有供激光处理轧辊用的开口8，开口8的长度应长于轧辊1的工作面的长度。

在采用本实用新型设备进行激光熔履或合金化处理时，可采用如图2所示的设备，该设备中加入了送粉器，该送粉器的喷嘴9的位置可如图中所示为旁轴送粉，也可采用已知的同轴送粉方式。

上述加热炉7可以采用二个如图3所示的半圆形炉体10构成，其具体结构可以是在金属半圆构架11上，固定有电炉炉膛12，炉膛12内装有发热的电炉丝13，炉膛12与金属构架11之间填充有超轻的耐火纤维保温层14，金属构架11外固定一层金属外壳15，电炉丝引出线由炉膛12引出，通过绝热层固定于外壳15上的接线柱16上。加热炉7也可以采用其它加热方式，如感应加热等。炉体的形状也不限于半圆形，只要能将两半炉体合拢成一个加热炉7即可。

图4所示的是半圆形炉体与可移动支架结合的一种具体实现方式。炉体10的外壳15与可移动支架17之间用螺旋夹紧装置18固定，夹紧装置18与支架17之间设有上下可调节螺杆19。当需要使用时，将二个支架17通过地面上的轨道20方便地准确地将二个半圆形炉体合拢成为一个整体的卧式加热炉7。当两半炉体合拢后，可松掉夹紧装置18，支架17沿轨道20退回原处。

将炉体合拢成一个加热炉的锁紧装置可以采用如图5所示的方式实现。每半炉体的外壳15上分别装有支架21、22，当两半炉体合拢时，支架22插在支架21的外侧和螺杆23的外径上，然后用手轮24将支架21、22压紧，完成两半炉体的锁紧。

上述可升降式支撑装置6可以采用如图6所示的方式实现。支撑座25位于加热炉7下方，支撑滚26对准炉体的外壳15的下方两侧，起动升降机构27，立轴28沿支架29上的定位滑套30上升，当支撑滚26与加热炉7调整到适当高度时，将固定螺栓31旋紧，完成加热炉的支撑工作；激光束32穿过加热炉7的开口8对其中的轧辊1进行表面处理。

图3至图6所示的本实用新型设备的各部件的具体结构可以采用其它同等功能的其它结构实现。

本实用新型设备适合各种型号与尺寸冶金轧辊的激光熔覆、熔凝、合金化和淬火。

Claims (5)

1．一种轧辊的激光表面处理设备，它包括激光器、导光系统(4)，数控机床(2)，导光系统(4)的出光口(5)位于数控机床(2)的工作面上方，其特征在于：该装置还包括可控温式加热炉(7)，加热炉(7)由两半炉体(10)构成，每半炉体(10)由夹紧装置(18)固定在可移动式支架(17)上，加热炉(7)上设有锁紧装置，并沿轴向留有供激光处理的长条形开口(8)，加热炉(7)下方设有可升降式支撑装置(6)。

2．按照权利要求1所述的轧辊的激光表面处理设备，其特征在于该装置还包括送粉器，送粉器喷嘴(9)的位置与导光系统(4)出光口(5)的位置同轴或旁轴。

3．按照权利要求1或2所述的轧辊的激光表面处理设备，其特征在于：所述炉体(1)的结构是金属半圆构架(11)上，固定有电炉炉膛(12)，炉膛(12)内装有发热的电炉丝(13)，炉膛(12)与金属构架(11)之间填充有超轻的耐火纤维保温层(14)，金属构架(11)外固定有一层金属外壳(15)，电炉丝(13)引出线由炉膛(12)引出，通过保温层固定于外壳(15)上的接线柱(16)上。

4．按照权利要求1或2所述的轧辊的激光表面处理设备，其特征在于：所述可移动支架的结构是炉体的外壳(15)与可移动支架(17)之间设有夹紧装置(18)，夹紧装置(18)与支架(17)之间设有上下可调节螺杆(19)，支架(17)位于地面上的轨道(20)上。

5．按照权利要求1或2所述的轧辊的激光表面处理设备，其特征在于：所述锁紧装置的结构为每半炉体的外壳(15)上分别装有二个支架(21、22)，当两半炉体合拢时，支架(22)可插在另一个支架(21)的外侧和螺杆(23)的外径上，其上设有可将支架(21、22)压紧的手轮(24)。

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