專利名稱：一種應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光熔覆設(shè)備，尤其涉及一種應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備。
背景技術(shù)：
激光熔覆始于20世紀(jì)70年代，是一種新型的材料表面加工技術(shù)，其利用激光作為能源，將熔覆材料預(yù)置在基體材料表面形成耐磨涂層。高速線材軋輥是線材生產(chǎn)的重要工具，傳統(tǒng)的高速線材軋輥采用硬質(zhì)合金粉末燒結(jié)成輥環(huán)，與滾軸通過機(jī)械結(jié)合構(gòu)成軋輥。我國已連續(xù)多年鋼產(chǎn)量世界第一，其中線材產(chǎn)量占鋼鐵總產(chǎn)量的17.9%。每年生產(chǎn)線材需求消耗幾百噸硬質(zhì)合金輥環(huán)。當(dāng)輥環(huán)破裂或因磨損尺寸超標(biāo)時，輥環(huán)就會報廢，造成大量貴重金屬的浪費。利用激光熔覆技術(shù)進(jìn)行軋輥加工，和傳統(tǒng)的表面處理技術(shù)(如:等離子噴涂、堆焊等)相比，有著稀釋率小、熱輸入小、工件變形小、界面結(jié)合為冶金結(jié)合等優(yōu)點?，F(xiàn)有技術(shù)中，在尺寸較大的軋輥表面進(jìn)行激光熔覆時，由于激光熔覆過程中的快速加熱和快速冷卻凝固、熱應(yīng)力大的特點，熔覆層極易產(chǎn)生裂紋。現(xiàn)有技術(shù)中通常采用整體預(yù)熱軋輥表面的方式來減少裂紋，然而，由于軋輥尺寸較大，從內(nèi)部到表面的熱傳遞在各個位置的不均勻難以控制，因此，激光熔覆較難在軋輥表面形成大厚度、高硬度且致密的熔覆層。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種可在軋輥表面形成高硬度、大厚度且致密熔覆層的激光熔覆設(shè)備?！N應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備，包括:激光系統(tǒng)、軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、自動供粉系統(tǒng)、在線局部預(yù)熱系統(tǒng)、激光熔覆頭、機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)以及整機(jī)控制系統(tǒng)，所述激光系統(tǒng)用于產(chǎn)生以及傳輸激光，所述軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)用于安裝并旋轉(zhuǎn)軋輥；所述在線局部預(yù)熱系統(tǒng)用來加熱軋輥即將要進(jìn)行激光熔覆的局部表面到預(yù)定溫度，該在線局部預(yù)熱系統(tǒng)包括一測溫儀以及一感應(yīng)加熱器，所述測溫儀實時檢測所述軋輥將要進(jìn)行激光熔覆的表面的溫度；所述感應(yīng)加熱器靠近所述軋輥將要激光熔覆的局部表面設(shè)置，并加熱該局部表面到所述預(yù)定溫度；所述激光熔覆頭用于接收所述自動供粉系統(tǒng)供應(yīng)的涂層材料，并將所述涂層材料鋪設(shè)到所述軋輥表面，同時聚焦從所述激光系統(tǒng)傳輸?shù)募す猓⒗镁劢购蟮募す鈱⑺鐾繉硬牧先鄹灿谒鲕堓伇砻?；機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)，所述機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)控制所述自動供粉系統(tǒng)、在線局部預(yù)熱系統(tǒng)以及激光熔覆頭在激光熔覆過程中的移動，所述整機(jī)控制系統(tǒng)用于控制所述激光系統(tǒng)，機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)，軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，自動供粉系統(tǒng)，在線局部預(yù)熱系統(tǒng)，激光熔覆頭協(xié)同工作。 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例提供的應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)置，通過采用上述在線局部預(yù)熱系統(tǒng)，從而可控制所述軋輥的局部表面到預(yù)定溫度，從而在激光熔覆過程中，在即將進(jìn)行激光熔覆的軋輥表面可保持良好均勻的溫度場，從而可以形成致密均勻的熔覆層，且可以實現(xiàn)大面積多層的熔覆加工，形成的熔覆層的厚度可達(dá)20毫米以上，且第一層熔覆層的稀釋率小于7%，熔覆層的顯微硬度可達(dá)HV0.1700以上。此外，該激光熔覆設(shè)備具有較好的熔覆效率，可達(dá)10千克/小時。


圖1本發(fā)明實施例提供的應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實施例提供的應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備中激光熔覆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明實施例提供的應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備中機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)以及軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實施例提供的應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備中的溫控裝置的結(jié)構(gòu)功能框圖。圖5為本發(fā)明實施例提供的應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備中使用的溫控裝置中箱體的結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖。圖6為本發(fā)明實施例提供的應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備中使用的溫控裝置中溫控箱的正視結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明實施例提供的應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備中使用的溫控裝置中加熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。主要元件符號說明
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備，其特征在于，包括: 激光系統(tǒng)，用于產(chǎn)生以及傳輸激光； 軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，用于安裝并旋轉(zhuǎn)軋輥； 自動供粉系統(tǒng),用于供應(yīng)激光熔覆過程所需的涂層材料; 在線局部預(yù)熱系統(tǒng)，用于加熱軋輥將要進(jìn)行激光熔覆的局部表面到預(yù)定溫度，該在線局部預(yù)熱系統(tǒng)包括一測溫儀以及一感應(yīng)加熱器，所述測溫儀實時檢測所述軋輥將要進(jìn)行激光熔覆的局部表面的溫度；所述感應(yīng)加熱器靠近所述軋輥將要進(jìn)行激光熔覆的局部表面設(shè)置，并用于加熱該局部表面到所述預(yù)定溫度； 激光熔覆頭，用于接收所述自動供粉系統(tǒng)供應(yīng)的涂層材料，并將所述涂層材料鋪設(shè)到所述軋輥表面，同時聚焦從所述激光系統(tǒng)傳輸?shù)募す?，并利用聚焦后的激光將所述涂層材料熔覆于所述軋輥表面? 機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)，所述機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)控制所述自動供粉系統(tǒng)、在線局部預(yù)熱系統(tǒng)以及激光熔覆頭在激光熔覆過程中的移動；以及 整機(jī)控制系統(tǒng)，用于控制所述激光系統(tǒng)，機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)，軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，自動供粉系統(tǒng)，在線局部預(yù)熱系統(tǒng)，激光熔覆頭協(xié)同工作。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備，其特征在于，所述感應(yīng)加熱器與所述軋輥表面的距離為12毫米至15毫米。
3.如權(quán)利要求1所述的 應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備，其特征在于，所述感應(yīng)加熱器的加熱速率為100攝氏度/分鐘至150攝氏度/分鐘，所述感應(yīng)加熱器感應(yīng)加熱的所述局部表面的寬度為30毫米至80毫米。
4.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備，其特征在于，所述在線局部預(yù)熱系統(tǒng)為超音頻感應(yīng)加熱，進(jìn)一步包括感應(yīng)電源和變壓器，所述感應(yīng)電源提供感應(yīng)電流，所述變壓器將所述感應(yīng)電源提供的感應(yīng)電流經(jīng)過再次變壓產(chǎn)生適用于感應(yīng)加熱的超音頻低壓電流。
5.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備，其特征在于，所述激光熔覆頭包括重力送粉主機(jī)、反射式激光聚焦系統(tǒng)以及送粉嘴，所述重力送粉主機(jī)接收所述自動供粉系統(tǒng)供應(yīng)的所述涂層材料，并送入送粉嘴，所述反射式激光聚焦系統(tǒng)將所述激光聚焦成線形聚焦激光束來熔覆所述涂層材料。
6.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備，其特征在于，所述自動供粉系統(tǒng)包括料斗、氣載送粉器、一級送粉管、下限位置傳感器以及上限位置傳感器，所述氣載送粉器通過所述一級送粉管連接到所述料斗中，所述下限位置傳感器以及上限位置傳感器分別設(shè)置在所述料斗的外側(cè)容量延伸方向上的下限位置以及上限位置用來控制所述料斗中涂層材料的容量。
7.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備，其特征在于，所述機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)包括包括機(jī)器人、機(jī)器人控制器以及機(jī)器人滑軌，所述機(jī)器人設(shè)置在所述機(jī)器人滑軌上，所述自動供粉系統(tǒng)、在線局部預(yù)熱系統(tǒng)以及激光熔覆頭設(shè)置在所述機(jī)器人上并通過所述機(jī)器人在所述機(jī)器人滑軌上的移動來實現(xiàn)所述自動供粉系統(tǒng)、在線局部預(yù)熱系統(tǒng)以及激光熔覆頭的同步移動。
8.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括一溫控裝置用于預(yù)熱所述軋輥，所述溫控裝置包括一溫控箱以及一溫控器，該溫控箱用于放置軋輥，該溫控箱包括一箱體以及多個加熱器，所述箱體包括多個子箱體單元；所述加熱器間隔設(shè)置在該溫控箱內(nèi)，并均勻分布于所述多個子箱體單元內(nèi)；該溫控器包括溫度采集模塊、多路開關(guān)、控制器以及通信模塊，所述溫度采集模塊設(shè)置于所述溫控箱內(nèi)，用于檢測所述軋輥在每個所述子箱體單元內(nèi)的局部溫度；所述控制器通過所述通信模塊接收所述溫度采集模塊采集到的局部溫度，并通過所述多路開關(guān)反饋到一個或多個子箱體單元的所述加熱器進(jìn)行加熱或保溫。
9.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備，其特征在于，所述箱體進(jìn)一步包括兩個側(cè)蓋，以及一上蓋，每個所述子箱體單元為一整體的槽體結(jié)構(gòu)由多個拼接單元墻相互拼接形成，所述多個子箱體單元沿所述軋輥長度方向拼接，所述兩個側(cè)蓋相對設(shè)置，并分別與所述箱體長度方向兩側(cè)的子箱體單元連接，所述上蓋覆蓋該多個子箱體單元槽體結(jié)構(gòu)的開口，該多個子箱體單元、兩個側(cè)蓋以及一上蓋共同形成容置所述軋輥的箱體空間，所述上蓋進(jìn)一步包括一用于激光熔覆時的開口。
10.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備，其特征在于，所述溫度采集模塊包括紅外測溫儀以及熱阻傳感器`，所述紅外測溫儀與所述熱阻傳感器獨立工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于軋輥的激光熔覆設(shè)備，包括激光系統(tǒng)軋、軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、自動供粉系統(tǒng)、在線局部預(yù)熱系統(tǒng)、激光熔覆頭、機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)以及整機(jī)控制系統(tǒng)。其中，所述在線局部預(yù)熱系統(tǒng)用來加熱軋輥即將要進(jìn)行激光熔覆的局部表面到預(yù)定溫度，該在線局部預(yù)熱系統(tǒng)包括一測溫儀以及一感應(yīng)加熱器，所述測溫儀實時檢測所述軋輥將要進(jìn)行激光熔覆的表面的溫度；所述感應(yīng)加熱器靠近所述軋輥將要激光熔覆的局部表面設(shè)置，并加熱該局部表面到所述預(yù)定溫度。
文檔編號B23K26/34GK103103522SQ20131003352
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者周明, 劉長隆 申請人:清華大學(xué)