电致塑性与超声滚压耦合进行轧辊在线修复的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轧辊修复技术，具体是一种电致塑性与超声滚压耦合进行轧辊在线修复的系统以及基于该系统的轧辊在线修复方法。
【背景技术】
[0002]轧机的轧辊在轧制生产过程中承受着动静载荷、热冲击、磨损等多种作用，工作环境复杂恶劣。作为轧辊工作区的辊面直接与轧料接触，复杂的磨损、应力和热冲击等交变载荷使得辊面很容易出现裂纹、剥落等破坏，影响轧制质量和轧辊寿命，严重的甚至会引起整个轧辊的断裂失效，造成严重的生产事故和经济损失。因此，实际生产过程需要对轧辊辊面状态实时监测，并定期对辊面出现的一些裂纹、剥落等缺陷进行修复。轧辊修复的一般操作为，乳机停轧并将轧辊从轧机上拆下，根据辊面的失效形式和破坏程度，选择局部修补或整体磨削等工艺进行修复处理，修复完成后再将轧辊装回轧机复轧。对于断裂失效等破坏严重的轧辊则直接做报废处理，换之以新轧辊。为了承受巨大的轧制抗力和得到好的轧制效果，轧辊一般由高硬度的钢种制成，且表面经淬火调质后磨抛处理，辊面具有很高的硬度和表面光洁度，这就使得轧辊的修复难度急剧增大。此外，乳辊为轧机的核心部件，拆装工序复杂耗时长。轧辊修复占用生产时间，需要大量的人力资金投入且推高生产成本，尤其对于大型轧机来说，乳辊修复成本在生成总成本中占了很大比例。因此，发展一种实际可行的高效低成本在线轧辊修复技术尤为迫切。
【发明内容】
[0003]针对现有轧辊修复技术存在的诸多问题，本发明提供一种电致塑性与超声滚压耦合进行轧辊在线修复的系统以及基于该系统的轧辊在线修复方法。
[0004]本发明电致塑性与超声滚压耦合进行轧辊在线修复的系统，包括:
安装于轧辊前边的轧机的机体上的一对支架；
由电动机驱动的丝杆、导轨和滑块，所述丝杆和所述导轨安装于所述一对支架之间，所述滑块由所述丝杆驱动，并能沿着所述导轨平移；
与空气压缩机输出端连接的气缸，所述气缸绝缘安装于所述滑块上；
由超声发生器驱动的超声滚压装置，所述超声滚压装置安装在所述气缸上并由所述气缸推动，所述超声滚压装置的滚压头能够与所述轧辊的辊面紧密接触；
位于所述气缸左、右两侧的左电刷装置和右电刷装置，所述左、右电刷装置绝缘安装于所述滑块上，所述左电刷装置的左电刷和所述右电刷装置的右电刷与所述轧辊的辊面紧密滑动接触；及
脉冲电源，其两输出端分别连接所述左电刷和右电刷。所述脉冲电源可提供频率为50-10000HZ、脉宽为20-1000 μ s、峰值电流为100-10000A脉冲电流。
[0005]上述系统可以包括一冷却润滑装置，该装置采用不导电介质冷却或者采用强制风冷方式。
[0006]其中，所述左电刷的中心、所述右电刷的中心和所述超声滚压装置的滚压头的中心均于处于所述轧辊的中心线所在的水平面内，所述超声滚压装置的中心线与经过所述滚压头的辊面法线重合。
[0007]所述导轨中心线、所述丝杆中心线平行于所述轧辊中心线。
[0008]典型实施例中，所述左电刷装置由左电刷、左调节器和左电刷架组成，所述左电刷架由安装部、支杆和该支杆上端的连接段组成，所述左调节器由左套筒和设置于左套筒内的左弹簧组成，所述左电刷位于该左套筒一端，所述左电刷架的连接段插接于该左套筒另一端内并接触该左弹簧。所述右电刷装置由右电刷、右调节器和右电刷架组成，所述右电刷架由安装部、支杆和该支杆上端的连接段组成，所述右调节器由右套筒和设置于右套筒内的右弹簧组成，所述右电刷位于该右套筒一端，所述右电刷架的连接段插接于该右套筒另一端内并接触该右弹簧。通过所述左弹簧的弹压作用使所述左电刷工作面紧密滑动接触于所述轧辊辊面；通过所述右弹簧的弹压作用使所述右电刷工作面紧密滑动接触于所述轧辊辊面。
[0009]所述滑块上设置绝缘层，所述左电刷架用穿过所述左电刷架的安装部和所述绝缘层的多个第一绝缘螺栓螺于所述滑块上；所述右电刷架用穿过所述右电刷架的安装部和所述绝缘层的多个第二绝缘螺栓螺于所述滑块上；所述气缸用穿过所述气缸的安装部和所述绝缘层的多个第三绝缘螺栓螺于所述滑块上。
[0010]所述超声滚压装置滚压头的超声振动频率为15000-60000HZ，超声振动振幅为5-50 μm0
[0011]所述空气压缩机同过调压阀向所述气缸提供压缩空气，所述气缸输出力为100-3000N。
[0012]一种轧辊在线修复方法，基于上述电致塑性与超声滚压耦合进行轧辊在线修复的系统，包括以下步骤:
将所述系统的一对支架安装于轧辊前边轧机的机体上使所述系统与所述轧机结合，用100-3000N输出力的气缸推动带滚压头的超声滚压装置使所述滚压头顶紧于所述轧辊的辊面，左电刷装置的左电刷和右电刷装置的右电刷与所述轧辊的辊面紧密滑动接触；
启动所述轧机，带动所述轧棍转动；启动电动机，所述电动机带动丝杆转动，绝缘安装有所述气缸、超声滚压装置、左电刷装置和右电刷装置的滑块由所述丝杆驱动并沿导轨移动；同时，打开超声发生器和脉冲电源，所述超声发生器通过所述超声滚压装置对所述轧辊的辊面进行超声冲击滚压，所述脉冲电源通过所述左电刷、右电刷集中施加脉冲电流到所述轧辊辊面的超声滚压区，电致塑性、超声冲击及滚压共同作用于所述超声滚压区，使辊面晶粒细化并形成具有纳米梯度结构组织的压应力强化层，实现轧辊的在线修复。
[0013]该方法中，所述超声滚压装置的滚压头的超声振动频率为15000-60000HZ，超声振动振幅为5-50 μπι;所述脉冲电流的频率为50-10000ΗΖ、脉宽为20-1000 μ s、峰值电流为100-10000A。所述滑块的移动速度为0.01-5m/min ;所述轧辊的转动线速度为10_150m/
mino
[0014]本发明轧辊在线修复系统能与轧机配合实现轧辊的在线修复。在修复轧辊时安装于轧机机体上，将电致塑性、超声冲击及滚压同时作用于轧辊辊面，使辊面晶粒细化并形成压应力强化层，实现轧辊的在线修复。修复完成后将轧辊在线修复系统拆下即可以复轧，修复过程耗时耗工少。
[0015]修复时，该系统借助安装于滑块上的、与超声滚压装置同步移动的、紧密滑动接触于超声滚压区两侧轧辊表面的两个电刷将脉冲电流导入辊面滚压区。基于电流回路最短电阻最小原理和脉冲电流集肤效应，所加脉冲电流绝大部分会沿着两个电刷之间的超声滚压区流过。始终高度集中在辊面滚压区的脉冲电流可带来更高的工作效率和更低的成本消耗。采用脉冲电流的电致塑性效应、趋肤效应和热效应适当降低高硬度辊面的塑性变形抗力，同时对辊面进行超声滚压处理。在电致塑性与超声滚压耦合作用下，辊面发生晶粒细化并形成具有纳米梯度结构组织的压应力强化层，可大幅提高辊面硬度和表面强化层深度，同时修复后的辊面具有很高的表面光洁度且表面微裂纹大幅减少，疲劳寿命和表面硬度提尚，修复后的乳棍具有更尚的使用寿命。
[0016]该系统能整体安装于轧机并方便拆卸，不受轧辊尺寸大小的影响和限制，所加脉冲电流的利用效率很高，相比于传统的轧辊修复技术，可在线实现轧辊辊面的高效、高质量、低成本修复。
【附图说明】
[0017]图1为本发明电致塑性与超声滚压耦合进行轧辊在线修复系统的结构示意图；
图2为图1中电动机驱动的丝杆、导轨及滑块部分位置示意图；
图3为GCrl5轴承钢材质轧辊经电致塑性和超声滚压耦合在线修复处理后表面硬化层的显微维氏硬度分布。
[0018]附图中标记:乳辊1、轧机的机体2、左电刷3、右电刷4、左调节器5、左电刷架6、带滚压头I的超声滚压装置8、气缸9、支架10、绝缘层11、滑块12、导轨13、丝杆14、第一绝缘螺栓15、第三绝缘螺栓16、支架固定器17、电动机18。
【具体实施方式】
[0019]以下结合实施例附图做进一步说明。
[0020]参照图1、图2，电致塑性与超声滚压耦合进行轧辊在线修复的系统，包括以下部分:
一对支架10，用支架固定器17安装在轧辊I前边轧机的机体2上；
由电动机18驱动的丝杆14、导轨13和滑块12，丝杆14、导轨13安装于所述一对支架10之间，滑块12由丝杆14驱动，并能沿着导轨13平移；
在滑块12上设置绝缘层11，气缸9采用多个第三绝缘螺栓16穿过气缸9的安装部及绝缘层11螺于滑块12 ;
位于气缸9左、右两侧设置左电刷装置和右电刷装置，左、右电刷装置绝缘安装于滑块12上，左电刷装置的左电刷3和右电刷装置的右电刷4与轧辊I辊面紧密滑动接触；
超声滚压装置8由超声发生器(图中未示出)驱动，超声滚压装置8安装在所述气缸9上由气缸9推动，超声滚压装置8的滚压头7能够与所述轧辊I辊面紧密接触；
脉冲电源(图中未示出)，脉冲电源的两输出端分别连接所述左电刷3和右电刷4，可提供频率为50-10000HZ、脉宽为20-1000 μ s、峰值电流为100-10000A脉冲电流。
[0021]超声滚压装置8的滚压头7的超声振动频率为15000-60000HZ，超声振动振幅为5-50 μ m。气缸9输出力为100-3000N，由空气压缩机(图中未示出)通过调压阀向气缸9提供压缩空气。
[0022]实施例中，所述左电刷装置由左电刷3、左调节器5和左电刷架6组成，左电刷架6由安装部、支杆和该支杆上端的连接段组成，左调节器5由左套筒和设置于左套筒内的左弹簧组成，左电刷3位于该左套筒一端，左电刷架6的连接段插接于该左套筒另一端内并接触该左弹簧。所述右电刷装置由右电刷、右调节器和右电刷架组成，所述右电刷架由安装部、支杆和该支杆上端的连接段组成，所述右调节器由右套筒和设置于右套筒内的右弹簧组成，所述右电刷位于该右套筒一端，所述右刷架的连接段插接于该右套筒另一端内并接触该右弹簧。通过所述左弹簧的弹压作用使所述左电刷工作面紧密滑动接触于所述轧辊辊面；通过所述右弹簧的弹压作用使所述右电刷工