专利名称：一种应用于轧辊的激光熔覆设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光熔覆设备，尤其涉及一种应用于轧辊的激光熔覆设备。
背景技术：
激光熔覆始于20世纪70年代，是一种新型的材料表面加工技术，其利用激光作为能源，将熔覆材料预置在基体材料表面形成耐磨涂层。高速线材轧辊是线材生产的重要工具，传统的高速线材轧辊采用硬质合金粉末烧结成辊环，与滚轴通过机械结合构成轧辊。我国已连续多年钢产量世界第一，其中线材产量占钢铁总产量的17.9%。每年生产线材需求消耗几百吨硬质合金辊环。当辊环破裂或因磨损尺寸超标时，辊环就会报废，造成大量贵重金属的浪费。利用激光熔覆技术进行轧辊加工，和传统的表面处理技术(如:等离子喷涂、堆焊等)相比，有着稀释率小、热输入小、工件变形小、界面结合为冶金结合等优点。现有技术中，在尺寸较大的轧辊表面进行激光熔覆时，由于激光熔覆过程中的快速加热和快速冷却凝固、热应力大的特点，熔覆层极易产生裂纹。现有技术中通常采用整体预热轧辊表面的方式来减少裂纹，然而，由于轧辊尺寸较大，从内部到表面的热传递在各个位置的不均匀难以控制，因此，激光熔覆较难在轧辊表面形成大厚度、高硬度且致密的熔覆层。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种可在轧辊表面形成高硬度、大厚度且致密熔覆层的激光熔覆设备。—种应用于轧辊的激光熔覆设备，包括:激光系统、轧辊旋转系统、自动供粉系统、在线局部预热系统、激光熔覆头、机器人执行系统以及整机控制系统，所述激光系统用于产生以及传输激光，所述轧辊旋转系统用于安装并旋转轧辊；所述在线局部预热系统用来加热轧辊即将要进行激光熔覆的局部表面到预定温度，该在线局部预热系统包括一测温仪以及一感应加热器，所述测温仪实时检测所述轧辊将要进行激光熔覆的表面的温度；所述感应加热器靠近所述轧辊将要激光熔覆的局部表面设置，并加热该局部表面到所述预定温度；所述激光熔覆头用于接收所述自动供粉系统供应的涂层材料，并将所述涂层材料铺设到所述轧辊表面，同时聚焦从所述激光系统传输的激光，并利用聚焦后的激光将所述涂层材料熔覆于所述轧辊表面；机器人执行系统，所述机器人执行系统控制所述自动供粉系统、在线局部预热系统以及激光熔覆头在激光熔覆过程中的移动，所述整机控制系统用于控制所述激光系统，机器人执行系统，轧辊旋转系统，自动供粉系统，在线局部预热系统，激光熔覆头协同工作。 相较于现有技术，本发明实施例提供的应用于轧辊的激光熔覆设置，通过采用上述在线局部预热系统，从而可控制所述轧辊的局部表面到预定温度，从而在激光熔覆过程中，在即将进行激光熔覆的轧辊表面可保持良好均匀的温度场，从而可以形成致密均匀的熔覆层，且可以实现大面积多层的熔覆加工，形成的熔覆层的厚度可达20毫米以上，且第一层熔覆层的稀释率小于7%，熔覆层的显微硬度可达HV0.1700以上。此外，该激光熔覆设备具有较好的熔覆效率，可达10千克/小时。
图1本发明实施例提供的应用于轧辊的激光熔覆设备的结构示意图。图2为本发明实施例提供的应用于轧辊的激光熔覆设备中激光熔覆头的结构示意图。图3为本发明实施例提供的应用于轧辊的激光熔覆设备中机器人执行系统以及轧辊旋转系统的结构示意图。图4为本发明实施例提供的应用于轧辊的激光熔覆设备中的温控装置的结构功能框图。图5为本发明实施例提供的应用于轧辊的激光熔覆设备中使用的温控装置中箱体的结构侧视示意图。图6为本发明实施例提供的应用于轧辊的激光熔覆设备中使用的温控装置中温控箱的正视结构示意图。图7为本发明实施例提供的应用于轧辊的激光熔覆设备中使用的温控装置中加热器的结构示意图。主要元件符号说明
权利要求
1.一种应用于轧辊的激光熔覆设备，其特征在于，包括: 激光系统，用于产生以及传输激光； 轧辊旋转系统，用于安装并旋转轧辊； 自动供粉系统,用于供应激光熔覆过程所需的涂层材料; 在线局部预热系统，用于加热轧辊将要进行激光熔覆的局部表面到预定温度，该在线局部预热系统包括一测温仪以及一感应加热器，所述测温仪实时检测所述轧辊将要进行激光熔覆的局部表面的温度；所述感应加热器靠近所述轧辊将要进行激光熔覆的局部表面设置，并用于加热该局部表面到所述预定温度； 激光熔覆头，用于接收所述自动供粉系统供应的涂层材料，并将所述涂层材料铺设到所述轧辊表面，同时聚焦从所述激光系统传输的激光，并利用聚焦后的激光将所述涂层材料熔覆于所述轧辊表面； 机器人执行系统，所述机器人执行系统控制所述自动供粉系统、在线局部预热系统以及激光熔覆头在激光熔覆过程中的移动；以及 整机控制系统，用于控制所述激光系统，机器人执行系统，轧辊旋转系统，自动供粉系统，在线局部预热系统，激光熔覆头协同工作。
2.如权利要求1所述的应用于轧辊的激光熔覆设备，其特征在于，所述感应加热器与所述轧辊表面的距离为12毫米至15毫米。
3.如权利要求1所述的 应用于轧辊的激光熔覆设备，其特征在于，所述感应加热器的加热速率为100摄氏度/分钟至150摄氏度/分钟，所述感应加热器感应加热的所述局部表面的宽度为30毫米至80毫米。
4.如权利要求1所述的应用于轧辊的激光熔覆设备，其特征在于，所述在线局部预热系统为超音频感应加热，进一步包括感应电源和变压器，所述感应电源提供感应电流，所述变压器将所述感应电源提供的感应电流经过再次变压产生适用于感应加热的超音频低压电流。
5.如权利要求1所述的应用于轧辊的激光熔覆设备，其特征在于，所述激光熔覆头包括重力送粉主机、反射式激光聚焦系统以及送粉嘴，所述重力送粉主机接收所述自动供粉系统供应的所述涂层材料，并送入送粉嘴，所述反射式激光聚焦系统将所述激光聚焦成线形聚焦激光束来熔覆所述涂层材料。
6.如权利要求1所述的应用于轧辊的激光熔覆设备，其特征在于，所述自动供粉系统包括料斗、气载送粉器、一级送粉管、下限位置传感器以及上限位置传感器，所述气载送粉器通过所述一级送粉管连接到所述料斗中，所述下限位置传感器以及上限位置传感器分别设置在所述料斗的外侧容量延伸方向上的下限位置以及上限位置用来控制所述料斗中涂层材料的容量。
7.如权利要求1所述的应用于轧辊的激光熔覆设备，其特征在于，所述机器人执行系统包括包括机器人、机器人控制器以及机器人滑轨，所述机器人设置在所述机器人滑轨上，所述自动供粉系统、在线局部预热系统以及激光熔覆头设置在所述机器人上并通过所述机器人在所述机器人滑轨上的移动来实现所述自动供粉系统、在线局部预热系统以及激光熔覆头的同步移动。
8.如权利要求1所述的应用于轧辊的激光熔覆设备，其特征在于，进一步包括一温控装置用于预热所述轧辊，所述温控装置包括一温控箱以及一温控器，该温控箱用于放置轧辊，该温控箱包括一箱体以及多个加热器，所述箱体包括多个子箱体单元；所述加热器间隔设置在该温控箱内，并均匀分布于所述多个子箱体单元内；该温控器包括温度采集模块、多路开关、控制器以及通信模块，所述温度采集模块设置于所述温控箱内，用于检测所述轧辊在每个所述子箱体单元内的局部温度；所述控制器通过所述通信模块接收所述温度采集模块采集到的局部温度，并通过所述多路开关反馈到一个或多个子箱体单元的所述加热器进行加热或保温。
9.如权利要求8所述的应用于轧辊的激光熔覆设备，其特征在于，所述箱体进一步包括两个侧盖，以及一上盖，每个所述子箱体单元为一整体的槽体结构由多个拼接单元墙相互拼接形成，所述多个子箱体单元沿所述轧辊长度方向拼接，所述两个侧盖相对设置，并分别与所述箱体长度方向两侧的子箱体单元连接，所述上盖覆盖该多个子箱体单元槽体结构的开口，该多个子箱体单元、两个侧盖以及一上盖共同形成容置所述轧辊的箱体空间，所述上盖进一步包括一用于激光熔覆时的开口。
10.如权利要求8所述的应用于轧辊的激光熔覆设备，其特征在于，所述温度采集模块包括红外测温仪以及热阻传感器`，所述红外测温仪与所述热阻传感器独立工作。
全文摘要
本发明涉及一种应用于轧辊的激光熔覆设备，包括激光系统轧、轧辊旋转系统、自动供粉系统、在线局部预热系统、激光熔覆头、机器人执行系统以及整机控制系统。其中，所述在线局部预热系统用来加热轧辊即将要进行激光熔覆的局部表面到预定温度，该在线局部预热系统包括一测温仪以及一感应加热器，所述测温仪实时检测所述轧辊将要进行激光熔覆的表面的温度；所述感应加热器靠近所述轧辊将要激光熔覆的局部表面设置，并加热该局部表面到所述预定温度。
文档编号B23K26/34GK103103522SQ20131003352
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月29日 优先权日2013年1月29日
发明者周明, 刘长隆 申请人:清华大学