本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种利用超声振动辅助激光熔覆进行铸铁轧辊表面修复的方法。
背景技术：
现代钢铁冶金工业是体现一个国家技术进步和综合国力的重要指标之一。近年来，随着我国大规模基本建设如京沪高铁、城际列车和同城化等一系列工程的开工进行，必将促进对钢材特别是优质钢材使用量的增加，而轧辊作为轧机的关键部件，在提高钢材产品品质和生产率方面发挥着举足轻重的作用。轧辊质量的好坏和寿命的长短则关系到轧钢机生产率的高低。轧辊作为轧钢过程中的除铁矿石之外第二大消耗部件，在正常的轧制过程中，会因很多原因遭到破坏。传统的办法是对其进行机加工，让其尺寸变小，这样浪费了大量的钢铁材料。如果能够对失效的轧辊进行修复再制造，使轧辊获得良好的工作状态后能够重新投入使用，则对建设循环经济，减少污染排放具有重要的经济意义和现实意义。
轧辊的修复一直是轧辊制造业甚至是整个冶金行业面临的重大问题。常规的表面强化修复再制造技术如感应加热淬火、电弧堆焊、热喷涂与喷焊等均不能有效提高轧辊表面高温磨损和抗开裂的能力，相比于传统的修复技术，激光熔覆技术具有较低的热输入，产生较小的热影响区和热变形，同时得到高质量的熔覆层等优点，随着工业化的进展激光熔覆技术便于实现自动化控制，提高工作效率。然而激光熔覆是快速熔化及迅速凝固的过程，这一过程极易产生裂纹或气孔缺陷，导致激光熔覆过程中涂层组织与轧辊的结合性不佳，这就需要在激光熔覆进行修复轧辊的同时辅助其他工艺操作，以得到各方面均优异的性能。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种利用超声振动辅助激光熔覆进行铸铁轧辊表面修复的方法，以解决上述技术问题。
本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：
一种利用超声振动辅助激光熔覆进行铸铁轧辊表面修复的方法，包括以下具体步骤:
(1)对于磨损量小于10mm的铸铁轧辊，将辊颈清洗干净，将磨损处在车床上加工出一定深度的螺纹，然后用丙酮彻底清除表面油污，清洗干净后吹干，将轧辊固定在激光熔覆设备上；
(2)选择粒径150-300目的合金粉末与适量稀土二氧化铈进行混合，得到合金修补剂，与适量粘合剂混合后调成膏状涂敷在轧辊表面，控制涂敷厚度1㎜左右，并压实以清除残余空气和气孔，当室温较低时，适当用喷灯均匀火烤，保温处理90-120分钟，等待固化；
(3)将固化后的涂敷合金修补剂的轧辊固定，采用5千瓦横流二氧化碳激光器对铸铁轧辊涂敷的粉末合金部分进行多道激光搭接熔化处理，控制搭接率50％，同时合理控制激光器的工艺参数，将激光熔覆后的轧辊放在超声波振动器下，控制超声波与轧辊平面的施加角度进行超声振荡处理30-40分钟即可。
一种利用超声振动辅助激光熔覆进行铸铁轧辊表面修复的方法，步骤(1)所述的一定深度的螺纹，是指1㎜以上深度的螺纹。
一种利用超声振动辅助激光熔覆进行铸铁轧辊表面修复的方法，步骤(2)所述的合金粉末为碳、硼、硅、铬、镍、钼、铁的合金，且含量分别为碳0.4-0.7％、硼1.5-2.5％、硅4.5％、铬18-20％、镍24-30％、钼4-5％、铁余量。
一种利用超声振动辅助激光熔覆进行铸铁轧辊表面修复的方法，步骤(2)所述的合金修补剂为98.8％的合金粉末与1.2％的二氧化铈的混合物。
一种利用超声振动辅助激光熔覆进行铸铁轧辊表面修复的方法，步骤(2)所述的粘合剂是指清漆、水玻璃、纤维素、酒精松香溶液、异丙基醇、透明胶中的一种。
一种利用超声振动辅助激光熔覆进行铸铁轧辊表面修复的方法，步骤(2)所述的保温处理，是指以60℃的温度保温处理。
一种利用超声振动辅助激光熔覆进行铸铁轧辊表面修复的方法，步骤(3)所述的合理控制激光器的工艺参数，具体是指激光器的加工功率1.1KW、离焦量30mm，扫描速度4mm/s。
一种利用超声振动辅助激光熔覆进行铸铁轧辊表面修复的方法，步骤(3)所述的控制超声波与轧辊平面的施加角度，是指控制超声波与轧辊平面的施加角度为45°。
本发明的有益效果是：
本发明采用激光熔覆的方式对铸铁轧辊进行修复，采用多道搭接熔覆的方法，通过控制合理的搭接率，搭接效果比较好，解决了单道熔覆受光斑直径及熔覆工艺的限制不能满足工程实际应用的缺点，同时此工艺利于后期的加工；本发明在激光熔覆中采用铬、镍、钼等铁基合金配合适量稀土二氧化铈的添加，稀土二氧化铈具有特殊的4f轨道电子，电负性低，对铁基熔覆层能起到明显的细化晶粒作用，添加稀土元素后，能够有效的净化熔池，促进气体和杂质的有效排出，使得组织更加均匀致密，能够有效细化熔覆层组织晶粒，提高熔覆层显微硬度，同时细化的共晶组织能够提高合金的韧性，高韧性涂层能够使基体对硬质点的附着力增强，提升熔覆层的抗磨损性能；本发明还在激光熔覆工艺之后辅助45度角度的超声波对涂覆的轧辊进行作用，打破传统间接超声振动的竖直和水平振动方向的局限性，由于超声波的空化效应以热效应，空化泡形成瞬间产生的高压会增加合金熔体的整体过冷度，过冷度的增加使得涂层结晶力增大，从而细化组织晶粒，热效应对熔池产生搅拌作用，这种搅拌作用使涂层中的溶质元素快速聚集于生成的枝晶根部，使得枝晶根部颈缩后断裂形成更加细小的等轴晶，超声振动的施加确实对激光熔覆层的显微组织起到了很好的细化作用，对涂层性能有很大的提升作用。本发明修复后的轧辊不会产生热影响和变形，能保证质量避免修补界面裂纹的产生，而且修复时间短，是一种理想的修复手段，有效解决了原轧辊寿命短、维修费用高的问题，使大量报废轧辊得以再生，为企业节约、提高生产效率和经济效益发挥了积极作用。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
一种利用超声振动辅助激光熔覆进行铸铁轧辊表面修复的方法，包括以下具体步骤:
(1)对于磨损量小于10mm的铸铁轧辊，将辊颈清洗干净，将磨损处在车床上加工出1㎜以上深度的螺纹，然后用丙酮彻底清除表面油污，清洗干净后吹干，将轧辊固定在激光熔覆设备上；
(2)选择粒径150-300目的合金粉末与适量稀土二氧化铈进行混合，得到合金修补剂(98.8％的合金粉末与1.2％的二氧化铈的混合物)，与适量清漆混合后调成膏状涂敷在轧辊表面，控制涂敷厚度1㎜左右，并压实以清除残余空气和气孔，当室温较低时，适当用喷灯均匀火烤，以60℃的温度保温处理90分钟，等待固化；
(3)将固化后的涂敷合金修补剂的轧辊固定，采用5千瓦横流二氧化碳激光器对铸铁轧辊涂敷的粉末合金部分进行多道激光搭接熔化处理，控制搭接率50％，同时控制激光器的加工功率1.1KW、离焦量30mm，扫描速度4mm/s，将激光熔覆后的轧辊放在超声波振动器下，控制超声波与轧辊平面的施加角度为45度进行超声振荡处理30-40分钟即可。
一种利用超声振动辅助激光熔覆进行铸铁轧辊表面修复的方法，步骤(2)所述的合金粉末为碳、硼、硅、铬、镍、钼、铁的合金，且含量分别为碳0.4-0.7％、硼1.5-2.5％、硅4.5％、铬18-20％、镍24-30％、钼4-5％、铁余量。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。