专利名称：一种高性能复合轧辊激光喷射成形制造与修复方法和装备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及激光技术应用领域，特别涉及一种高性能复合轧辊激光喷射成形制造与修复方法和装备及其装置。
背景技术：
目前激光技术在轧辊行业有着广泛的应用，激光淬火、激光毛化、激光重熔、激光合金化、激光熔覆等技术已经广泛的应用于轧辊表面的强化和修复。虽然这些技术在一定程度上提高了轧辊的耐磨性，延长了其使用寿命。但由于受激光功率、光斑尺寸、扫描速度以及送粉速率等因素影响，加工的速度相对较慢，只适合对轧辊进行局部修复，很难对轧辊整体实现大面积的修复与再生，更无法用于直接制造轧辊。此外由于激光的能量密度高，激光作用面积小(光斑尺寸一般为毫米级别)，在激光熔覆或者激光合金化的过程中形成的所添加材料与基材之间存在着较大的热应力和残余应力，极易造成修复层的裂纹，因此目前的激光技术中所加工的工作层相对较薄(O. l-2mm)，而目前大型轧辊中，其工作层一般是几个厘米左右，所以目前尚无一种激光技术能够从根本上修复或者再生一个轧辊。而目前的其它修复方法如感应加热淬火技术，堆焊技术以及热喷涂技术同样也存在这样或那样的问题，无法在轧辊的制造或者修复的过程中得到大规模的应用。轧辊是一种特殊的工作物质，其体积很大，但工作层只是表面薄薄的一层(厚度几厘米)。轧辊的工作层决定着整个轧辊的质量。一旦工作层被磨损，整个轧辊就将被磨损。因此在轧辊的制造中基体材料可以是相对廉价的材料(如铸铁等)，仅在工作层中使用高硬度高耐磨长寿命的材料(各种陶瓷材料等)。但是由于轧辊工作时所承受的高压力，高温度等恶劣的条件，往往会造成工作层的开裂和剥落等问题，限制了复合轧辊的大规模应用。而目前的激光喷射成形技术中，正是通过光源对材料一层层的加工而实现的，每一层的材料都可以根据需要进行设计，并且层与层之间的结合力非常的强，非常适合制造具有中间过渡层的复合轧辊。因此如何利用激光喷射成形技术制造高耐磨长寿命的新型复合轧辊变成了整个轧辊制造业所面临的一个重大而迫切的问题。
发明内容
为了解决上述背景技术中的问题，本发明提供了一种利用激光直接喷射成形技术制造低成本高耐磨长寿命的新型复合轧辊的方法及其装置。它充分利用了激光加工的优点，结合了轧辊的本身的特性，通过多路送粉的方式在相对廉价的轧辊芯部基体材料(球铁或碳钢)上通过添加中间过渡层(逐步增加工作层材料的质量比)的方法，实现了外表高耐磨，长寿命的工作层(高铬铁与WC等)和芯部材料的超高强度结合，有效的抑制了工作层的裂纹和剥落，实现了材料的最大利用化，减少了材料损耗，降低了生产成本，在技术装备上，利用现有的激光加工技术结合数控机器人技术自行发明了激光喷射成形制造高耐磨长寿命复合轧辊的设备并探索了制造工艺。为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是
一种高性能复合轧辊激光喷射成形制造与修复方法和装备，利用激光喷射成形制造轧辊的过渡层和工作层，其特征在于，其具体方法步骤如下A)去除轧辊芯体的表面的油污，并用砂纸打磨以进一步去除其油污；B)将工作层材料的粉末以及辊芯的粉末分别装入送粉系统中，通过由机械手臂控制行程的轧辊表面开始激光喷射同步送粉直接金属制造轧辊的中间过渡层；C)沉积完一层之后，通过改变方形光斑的方向和机械手臂的运动方向实现交错沉积；D)过渡层成形之后，再在过渡层表面喷射成形完全由所添加的功能材料构成工作层。作为本发明的优选方案，过渡层中，喷射的层与层之间的工作层材料与辊芯材料的质量百分比在10% 100%之间。作为本发明的优选方案，在进行下一次沉积之前，可以通过控制送粉头来改变送粉的配比，成形不同材料配比的过度层材料。作为本发明的优选方案，所述粉末材料为M基合金复合粉末，其中粉末M基合金粉末粒度为100 士 20 μ m，WC粉末粒度为90 180 μ m，Ni基合金复合粉末组成按重量比为 WC 20%, Cr 15%, B 3.0%，Si 3.5%，C 0.7%。Fe 14%，余量为 Ni。作为本发明的优选方案，所述激光的功率为4KW;光斑尺寸为圆形光斑直径 0. ail 2mm，方形光斑尺寸1 X 5mm至2X 30mm ；同层中前后道次塔接宽度20% 50%，每层的厚度为0. 2 0. 8mm ；扫描速度为0. 5 2m/min。一种复合轧辊的制造装置，所述装置包括激光器，聚焦系统，机械手臂，工作台，电机，送粉系统以及计算机编程系统，所述机械手臂与激光器连接，所述电机与轧辊连接位于工作台上，所述送粉系统包括保护气体接口、粉末接口、左侧粉末喷头、右侧粉末喷头以及冷却系统组成。进一步的，所述轧辊由固定于工作台上的夹具控制。本发明所带来的有益效果是(1)对光束的整形激光输出的光束是高斯光束，能量分布不均勻，呈现中间高边缘低的特点。通过积分镜等方式将光束整形成均勻分布的方形光斑(1 X IOmm)，实现能量密度的均勻分布，同时增大光斑的作用面积。(2)送粉方式在粉末喷头中，使用两个或更多个粉末储料器，可以在加工过程中在线实现不同的粉末的配比，因此可以逐步增加工作层材料的质量百分比(5% 100% )。 抑制所添加的新材料与基体材料性能相差过大而引起的裂纹。节约了换粉的时间，提高了工作效率。而最后的工作层则可以完全是由所选择的超耐磨高硬度的功能材料构成(如M 基合金，Co基合金，WC, TiC)以提高轧辊的耐磨性，延长使用寿命。(3)利用机械手臂对对激光工作头进行控制，可以实现激光加工头的三维运动，实现对复杂工件的加工；并提高了加工速度。有效的克服了大型工件移动不方便的缺点(4)塔接方式，由于喷射加工中使用的光斑的形状是长方形的(如IXlOmm),喷射成形过程中，先沿轧辊轴向沉积，光斑较长的一边与轴向一致，后续道次An和前面道次 An-I进行塔接，沉积完整个侧面后，在结束点改变光斑的方向，光斑较短的一边与轴向一致进行喷射成形，后续道次与前面道次同样进行相同塔接率的塔接。
(5)采用高功率(1000W以上)，短波长(530nm 1060nm)的加工激光，有效的提高了光的吸收率和加工速度，每小时加工的粉末量最高可达^g/h。
图1本发明装置的结构示意中标号为
1-聚焦系统 4-粉末接口 7-工作台 10-左侧粉末喷头
2-激光束 5-冷却系统 8-夹具
11-右侧粉末喷头
3-保护气体接口 6-轧辊 9-电机
12-数控机器人
具体实施例方式下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。一种高性能复合轧辊激光喷射成形制造与修复方法和装备，利用激光喷射成形制造轧辊的过渡层和工作层，其特征在于，其具体方法步骤如下A)去除轧辊芯体的表面的油污，并用砂纸打磨以进一步去除其油污；B)将工作层材料的粉末以及辊芯的粉末分别装入送粉系统中，通过由机械手臂控制行程的轧辊表面开始激光喷射同步送粉直接金属制造轧辊的中间过渡层；C)沉积完一层之后，通过改变方形光斑的方向和机械手臂的运动方向实现交错沉积；D)过渡层成形之后，再在过渡层表面喷射成形完全由所添加的功能材料构成工作层。过渡层中，喷射的层与层之间的工作层材料与辊芯材料的质量百分比在10% 100%之间。在进行下一次沉积之前，可以通过控制送粉头来改变送粉的配比，成形不同材料配比的过度层材料。所述粉末材料为M基合金复合粉末，其中粉末M基合金粉末粒度为100士20 μ m，WC粉末粒度为90 180 μ m，Ni基合金复合粉末组成按重量比为WC 20%, Cr 15%,B 3.0%,Si 3. 5%,C 0.7%。Fe 14%，余量为Ni。所述激光的功率为4KW ；光斑尺寸为圆形光斑直径0. 2m 2mm，方形光斑尺寸1 X 5mm至2 X 30mm ；同层中前后道次塔接宽度20% 50%，每层的厚度为0. 2 0. 8mm ；扫描速度为0. 5 2m/min。一种复合轧辊的制造装置，包括激光器，聚焦系统1，机械手臂12，工作台7，电机 9，送粉系统以及计算机编程系统，所述机械手臂12与激光器连接，所述电机9与轧辊6连接位于工作台7上，所述送粉系统包括保护气体接口 3、粉末接口 4、左侧粉末喷头10、右侧粉末喷头11以及冷却系统5组成。所述轧辊6由固定于工作台上的夹具8控制。如图1所示的一种复合轧辊的制造装置，激光束2经过聚焦系统整形后，照射到轧辊6上，粉末经由送粉口 4输入，其中喷粉口经10，11送出的粉末根据喷射成形需求实时控制粉末的配比，轧辊6沿轴向的转动由固定在数控机床上的电机9带动的夹具8控制。喷射成形的具体过程如下确定好初始工作点后，开动机器手臂12使工作头沿轧辊轴向(X方向)沉积，沉积一个轧辊轴向长度后，通过电机9带动使轧辊6旋转一定角度， 使后续道次Ln和前面道次Ln-I进行塔接，然后机械手臂12控制工作头运动依次进行沉积；沉积完整个轧辊6侧面后，抬高机械手臂12 —个工作层的厚度，旋转工作头，使长方形光斑旋转90度，改变辊芯材料和工作层材料的质量百分比，然后依次进行沉积，在沿着轧辊轴向进行完一次喷射成形之后，电机9带动轧辊6旋转，使后续道次和前面道次进行塔接。然后一次进行喷射成形，直至达到所需加工的厚度。具体实施案例高铬铁涂层首先，用汽油，酒精等去除轧辊6表面的油污和锈，并用砂轮打磨轧辊表面，进一步去除表面的污物以便于沉积层的沉积。然后将分别将狗粉末和高铬铁粉末装入送粉系统，调节保护气体和送粉气体的流速以及粉末流量控制系统以得到所需的粉末的流量和配比，打开激光器，在辊芯表面进行激光喷射成形，先沿轧辊6轴向沉积，后续道次Ln和前面道次Ln-I进行塔接，沉积完整个轧辊6侧面后，在结束点开始旋转方形工作光斑90度，调整粉末配比依次进行沉积。后续道次Mn与前面道次Mn-I进行相同塔接率的塔接。具体工艺参数如下激光器功率4kw，光斑形状长方形，长10mm，宽1mm，塔接宽度 0. 4匪，扫描速度V = O. 6m/min。上下层间厚度0. 3匪。高铬铁粉末成份为C2. 7%, Si 0. 6%,Mn 1. 1 %,P < 0. 04, S < 0. 04, Cr 16%,
Mo <1.5%，Ni 余量为 Fe。以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
权利要求
1.一种高性能复合轧辊激光喷射成形制造与修复方法和装备，利用激光喷射成形制造轧辊的过渡层和工作层，其特征在于，其具体方法步骤如下A)去除轧辊芯体的表面的油污，并用砂纸打磨以进一步去除其油污；B)将工作层材料的粉末以及辊芯的粉末分别装入送粉系统中，通过由机械手臂控制行程的轧辊表面开始激光喷射同步送粉直接金属制造轧辊的中间过渡层；C)沉积完一层之后，通过改变方形光斑的方向和机械手臂的运动方向实现交错沉积；D)过渡层成形之后，再在过渡层表面喷射成形完全由所添加的功能材料构成工作层。
2.根据权利要求1所述的一种高性能复合轧辊激光喷射成形制造与修复方法和装备，其特征在于，过渡层中，喷射的层与层之间的工作层材料与辊芯材料的质量百分比在 10% 100%之间。
3.根据权利要求1所述的一种高性能复合轧辊激光喷射成形制造与修复方法和装备， 其特征在于，在进行下一次沉积之前，可以通过控制送粉头来改变送粉的配比，成形不同材料配比的过度层材料。
4.根据权利要求1所述的一种高性能复合轧辊激光喷射成形制造与修复方法和装备，其特征在于，所述粉末材料为M基合金复合粉末，其中粉末M基合金粉末粒度为 100士20 μ m，WC粉末粒度为90 180 μ m，Ni基合金复合粉末组成按重量比为WC 20%,Cr 15%, B 3. 0%, Si 3. 5%, C 0.7%。Fe 14%，余量为 Ni。
5.根据权利要求1所述的一种高性能复合轧辊激光喷射成形制造与修复方法和装备， 其特征在于，所述激光的功率为4KW ；光斑尺寸为圆形光斑直径0. 2m 2mm，方形光斑尺寸1 X 5mm至2 X 30mm ；同层中前后道次塔接宽度20 % 50 %，每层的厚度为0. 2 0. 8mm ； 扫描速度为0. 5 2m/min。
6.一种复合轧辊的制造装置，其特征在于，所述装置包括激光器，聚焦系统，机械手臂， 工作台，电机，送粉系统以及计算机编程系统，所述机械手臂与激光器连接，所述电机与轧辊连接位于工作台上，所述送粉系统包括保护气体接口、粉末接口、左侧粉末喷头、右侧粉末喷头以及冷却系统组成。
7.根据权利要求6所述的复合轧辊的制造装置，其特征在于，所述轧辊由固定于工作台上的夹具控制。
全文摘要
本发明提供一种高性能复合轧辊激光喷射成形制造与修复方法和装备，利用激光喷射成形制造轧辊的过渡层和工作层，其特征在于，其具体方法步骤如下A)去除轧辊芯体的表面的油污，并用砂纸打磨以进一步去除其油污；B)将工作层材料的粉末以及辊芯的粉末分别装入送粉系统中，通过由机械手臂控制行程的轧辊表面开始激光喷射同步送粉直接金属制造轧辊的中间过渡层；C)沉积完一层之后，通过改变方形光斑的方向和机械手臂的运动方向实现交错沉积；D)过渡层成形之后，再在过渡层表面喷射成形完全由所添加的功能材料构成工作层。本发明通过使用高功率短波长的激光器作为加工光源，并将激光的光斑整形成长方形，有效地提高了喷射成形的质量并提高了加工的速度。
文档编号B23K26/34GK102259187SQ20111008180
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月1日 优先权日2011年4月1日
发明者周明 申请人:周明