專利名稱：一種用于軋輥工作面激光熔覆的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是ー種用于軋輥工作面激光熔覆的設(shè)備。
背景技術(shù)：
軋輥是軋鋼過程的關(guān)鍵部件，軋鋼時鋼坯通過軋輥輥型軋制而直接壓出扎材，軋輥輥面的質(zhì)量直接影響軋制鋼材表面的質(zhì)量、軋機作業(yè)率和生產(chǎn)成本及過鋼量等。高效軋制技術(shù)的發(fā)展對軋輥質(zhì)量提出了更高的要求，高強度、高耐磨性、耐腐蝕性成為衡量軋輥質(zhì) 量的重要指標(biāo)。從大量實踐證明，軋輥的輥面磨損是其主要失效形式，嚴(yán)重影響軋制質(zhì)量、軋制效率及生產(chǎn)成本。目前，在一般鋼鐵企業(yè)，軋輥由于磨損失效需要修復(fù)時，多采用車削或磨削方式修正輥型。這種方式對提高軋輥壽命意義不大，只是一種“補救”措施。一般一套軋輥軋制ー個工作周期后就要對其外圓進行修磨，經(jīng)修磨后其軋制量會大大下降，且大約修磨3 5次后外圓過小將徹底報廢。只有通過尺寸和性能的恢復(fù)才能真正解決軋輥修復(fù)問題，如軋輥堆焊技術(shù)是在軋輥表面上堆敷ー層具有一定性能材料的エ藝過程。軋輥堆焊的費用很低，而使用性能往往比新軋輥還高。堆焊舊軋輥的費用僅為新軋輥費用的30%，而軋制金屬量卻比新軋輥提高了 I 2倍。軋輥的堆焊過程須有嚴(yán)格的エ藝規(guī)范和操作規(guī)程，配以適當(dāng)?shù)暮附硬牧希员ＷC所焊接出的軋輥有很好的紅硬性、高溫耐磨性和較高的沖擊韌性。常規(guī)的軋輥堆焊方法電弧堆焊，其優(yōu)點是堆焊效率高，但堆焊過程熱輸入量很大，造成堆焊過程基材熔化量很大，對堆焊層的稀釋很大，如埋弧焊稀釋率為45 %，造成堆焊層成分不可控，性能無法保證，最終堆焊效果也不穩(wěn)定。近年來，出現(xiàn)了大功率激光在軋輥表面進行激光熔覆エ藝的研究；獲得低稀釋率的激光熔覆耐磨合金熔覆層，與電弧相比，具有稀釋率低(約O 10% )、熔層組織細密均勻的特點。然而，目前軋輥激光熔覆的設(shè)備均采用大功率CO2激光器，該激光器在金屬對激光的吸收率和光束質(zhì)量等方面與エ業(yè)化高功率操作光纖激光器相比都存在較大劣勢。

實用新型內(nèi)容針對上述問題，本實用新型的目的在于提供ー種用于軋輥工作面激光熔覆的設(shè)備。該用于軋輥工作面激光熔覆的設(shè)備滿足軋輥表面進行激光熔覆エ藝的可實施性，同時獲得的激光熔覆涂層滿足軋輥惡劣的工作環(huán)境，提高了軋輥的性能和使用壽命。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案ー種用于軋輥工作面激光熔覆的設(shè)備，其特征在于包括激光系統(tǒng)、機器人執(zhí)行系統(tǒng)、激光熔覆頭、自動供粉系統(tǒng)、在線局部預(yù)熱系統(tǒng)、軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)及整機控制系統(tǒng)，其中激光系統(tǒng)、自動供粉系統(tǒng)和在線局部預(yù)熱系統(tǒng)均與激光熔覆頭連接，所述激光熔覆頭位于軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中待加工的軋輥的上方、并安裝在所述機器人執(zhí)行系統(tǒng)的執(zhí)行端，所述機器人執(zhí)行系統(tǒng)帶動所述激光熔覆頭上、下或沿軋輥的軸向移動，完成對軋輥的表面感應(yīng)加熱、粉末供給及激光整形；所述激光系統(tǒng)、自動供粉系統(tǒng)、在線局部預(yù)熱系統(tǒng)及軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)均與所述整機控制系統(tǒng)電連接。所述激光系統(tǒng)包括激光器、操作光纖及激光聚焦系統(tǒng)，其中激光聚焦系統(tǒng)安裝在所述激光熔覆頭上，所述激光器通過操作光纖與激光聚焦系統(tǒng)連接，激光器與所述整機控制系統(tǒng)電連接。所述機器人執(zhí)行系統(tǒng)包括機器人、機器人滑軌、機器人控制柜及機器人外部軸電機，其中機器人安裝在機器人滑軌上，所述機器人滑軌通過機器人外部軸電機驅(qū)動，所述機器人的腕端連接所述激光熔覆頭，所述機器人與機器人控制柜電連接。所述自動供粉系統(tǒng)包括氣載送粉器、一級送粉管及料斗，其中料斗安裝在所述激光熔覆頭上，所述氣載送粉器通過一級送粉管與料斗連通，所述料斗的上、下部分別設(shè)有上 限位置傳感器和下限位置傳感器，所述氣載送粉器與所述整機控制系統(tǒng)電連接。所述料斗的底部連接有重力送粉主機，所述重力送粉主機通過二級送粉管與分粉器連接，所述分粉器通過三級送粉管與送粉嘴連接，所述送粉嘴對應(yīng)于待加工軋輥的外表面，所述重力送粉主機與所述整機控制系統(tǒng)電連接。所述在線局部預(yù)熱系統(tǒng)包括超音頻感應(yīng)電源、超音頻水電管、便攜變壓器及感應(yīng)器，其中超音頻感應(yīng)電源通過超音頻水電管與便攜變壓器連接，所述便攜變壓器與感應(yīng)器連接，所述便攜變壓器及感應(yīng)器均安裝在所述激光熔覆頭上，所述超音頻感應(yīng)電源與所述整機控制系統(tǒng)電連接。所述在線局部預(yù)熱系統(tǒng)還包括水冷機A，該水冷機A與所述超音頻水電管連接、并通過超音頻水電管對所述感應(yīng)器進行冷卻，所述水冷機A與所述整機控制系統(tǒng)電連接。所述軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括床頭箱、卡盤、尾座及平臺，其中床頭箱與尾座分別安裝在平臺的兩端，所述卡盤安裝在床頭箱的輸出端，待加工軋輥安裝在卡盤與尾座之間，所述床頭箱通過變頻電機驅(qū)動、并與所述整機控制柜連接。整機外圍設(shè)有安全防護房，所述安全防護房包括防護圍欄和防護門，其中防護門安裝在防護欄上、并與所述整機控制系統(tǒng)電連接，所述防護欄上設(shè)有觀察窗。所述激光熔覆頭上設(shè)有測量軋輥表面溫度的紅外測溫儀。本實用新型的優(yōu)點及有益效果是I.本實用新型采用操作光纖傳輸式激光器對軋輥工作面進行表面激光熔覆，激光器通過操作光纖傳輸與激光熔覆頭連接，激光熔覆頭安裝在機器人的腕端，實現(xiàn)機器人柔性加工，比CO2激光系統(tǒng)更易于集成；同時產(chǎn)生波長為I. 07微米的高功率激光束，激光束與軋輥表面作用時，可獲得更高的吸收效率，比常規(guī)的CO2激光吸收效率提高2倍。2.本實用新型采用鑄造機器人可適應(yīng)長時間高溫作業(yè)環(huán)境，可避免軋輥在熔覆過程中熱輻射對機器人造成的損害。3.本實用新型的激光熔覆頭的聚焦系統(tǒng)采用反射式結(jié)構(gòu)，所有鏡片采用直接水冷的銅鏡進行高功率光束整形，最高可耐受12KW激光束，無熱透鏡效應(yīng)，實現(xiàn)長時間連續(xù)出光要求，而不改變光束整形效果；激光熔覆頭的采用重力送粉器結(jié)構(gòu)，通過送粉嘴將合金粉末鋪在軋輥熔覆位置，與氣載式送粉結(jié)構(gòu)相比，重力送粉的粉末利用率更高；激光熔覆頭配有超音頻感應(yīng)器，實現(xiàn)熔覆位置的實時預(yù)熱，并通過紅外測溫儀反饋信號給超音頻感應(yīng)電源，精確控制熔覆前基體的溫度。4.本實用新型的在線局部預(yù)熱系統(tǒng)采用分體式二次變壓的超音頻感應(yīng)電源結(jié)構(gòu)，比較常規(guī)整體式感應(yīng)電源，主體變壓器與ニ級變壓器為柔性電纜連接，變壓器和感應(yīng)器的重量僅10公斤，可集成于機器人的彎端，實現(xiàn)柔性加工。5.本實用新型的自動供粉系統(tǒng)采用氣載送粉器，為激光熔覆頭的重力送粉器供應(yīng)合金粉末，通過這種ニ級送粉的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以實現(xiàn)不停機情況下添加合金粉末的效果，考慮ー級送粉非關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采用過濾后的廉價的壓縮空氣作為動カ源，并氣載送粉器送粉速度大于重力送粉器。6.本實用新型根據(jù)軋輥的機械性能、失效情況和軋輥表面激光熔覆的特點而設(shè)計，在軋輥表層獲得耐磨、耐沖蝕的冶金結(jié)合熔覆層。
圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I中A-A剖視圖；圖3為圖I中B-B剖視圖；圖4為圖I中D-D剖視圖；圖5為本實用新型的激光熔覆頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖5的左視圖。其中1為激光器，2為操作光纖，3為超音頻感應(yīng)電源，4為整機控制拒，5為機器人，6為氣載送粉器，7為機器人控制拒，8為冷水機A，9為機器人滑軌，10為尾座，11為平臺，12為ー級送粉管，13為軋輥，14為激光熔覆頭，15為防護門，16為防護圍欄，17為床頭箱，18為冷水機B，19為料斗，20為重力送粉主機，21為激光聚焦系統(tǒng)，22為十字連接板，23為聚焦激光束，24為熔覆層，25為合金粉末，26為送粉嘴，27為感應(yīng)器，28為三級送粉管，29為分粉器，30為紅外測溫儀，31為ニ級送粉管，32為便攜變壓器，33為超音頻水電管，34為下限位置傳感器，35為上限位置傳感器，36為卡盤。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進ー步描述。實施例I :如圖I 3所示，本實用新型包括激光系統(tǒng)、機器人執(zhí)行系統(tǒng)、激光熔覆頭14、自動供粉系統(tǒng)、在線局部預(yù)熱系統(tǒng)、軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、整機控制系統(tǒng)、及冷卻系統(tǒng)，其中激光系統(tǒng)、自動供粉系統(tǒng)和在線局部預(yù)熱系統(tǒng)均與激光熔覆頭14連接，激光熔覆頭14位于軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中待加工軋輥13的上方、并安裝在所述機器人執(zhí)行系統(tǒng)的執(zhí)行端，所述機器人執(zhí)行系統(tǒng)帶動所述激光熔覆頭14上、下或沿軋輥13的軸向移動，完成對軋輥13的表面感應(yīng)加熱、粉末供給及激光整形；所述整機控制系統(tǒng)設(shè)于整機控制柜4中，并控制激光系統(tǒng)、自動供粉系統(tǒng)、在線局部預(yù)熱系統(tǒng)、乳棍旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)。所述激光系統(tǒng)包括激光器I、操作光纖2及激光聚焦系統(tǒng)21，其中激光器I與整機控制柜4電連接。激光器I為操作光纖傳輸式激光器，額定輸出功率為2 IOkw,激光器I配置光耦合器，接ロ為QBH型，并通過操作光纖2與安裝在激光熔覆頭14上的激光聚焦系統(tǒng)21連接，操作光纖2的芯徑為1000微米，長度為40米，操作光纖2的兩端接頭均采用QBH標(biāo)準(zhǔn)接頭。激光器I通過冷水機B18冷卻，冷水機B18與整機控制柜4電連接。[0032]所述機器人執(zhí)行系統(tǒng)包括機器人5、機器人滑軌9、機器人外部軸電機及機器人控制柜7，其中機器人5安裝在機器人滑軌9上，機器人滑軌9的運動通過機器人外部軸電機驅(qū)動。機器人5的腕端連接激光熔覆頭14，機器人5與機器人控制柜7電連接。本實施例機器人5采用KR150-F鑄造型機器人，可耐受100°C的工作環(huán)境，避免工作過程中軋輥熱輻射對機器人造成熱損傷。機器人控制柜7為現(xiàn)有技術(shù)。所述自動供粉系統(tǒng)包括氣載送粉器6、一級送粉管12及料斗19，其中氣載送粉器6與整機控制柜4電連接、并通過一級送粉管12與安裝在激光熔覆頭14上的料斗19連通，料斗19的上、下部分別設(shè)有上限位置傳感器35和下限位置傳感器34。氣載送粉器6安裝在機器人滑軌9上、并經(jīng)過濾的壓縮氣體作用。本實施例選擇壓縮空氣，氣體壓力為O. 2 O. 4Mpa。將合金粉末25與壓縮氣體混合,形成混粉氣流，通過一級送粉管12傳輸?shù)搅隙?9里面，經(jīng)料斗19泄壓，多余氣體從料斗19頂部流出，合金粉末25在重力作用下留在料斗19底部。當(dāng)合金粉末25高度達到上限位置，上限位置傳感器35反饋信號給氣載送粉器6，自動停止送粉；當(dāng)合金粉末25的高度低于下限位置，下限位置傳感器34反饋信號給氣載送粉器6，自動開啟送粉，實現(xiàn)實時自動供粉。料斗19上限和下限位置儲粉量約O. 5升，按最大 用粉量68ml/min計算，氣載送粉器6停止送粉時間為7分鐘，這期間操作人員可以給氣載送粉器6添加合金粉末25，而不影響送粉效果，滿足連續(xù)激光熔覆的需要。料斗19的底部連接重力送粉主機20，重力送粉主機20與整機控制系統(tǒng)電連接、并通過二級送粉管31與分粉器29連接，分粉器29通過三級送粉管28與送粉嘴26連接，送粉嘴26對應(yīng)于待加工軋棍13的外表面。所述在線局部預(yù)熱系統(tǒng)包括超音頻感應(yīng)電源3、超音頻水電管33、便攜變壓器32、感應(yīng)器27及水冷機A8，其中超音頻感應(yīng)電源3安裝在機器人滑軌9上、并與整機控制系統(tǒng)電連接，超音頻感應(yīng)電源3通過超音頻水電管33與便攜變壓器32連接，便攜變壓器32與感應(yīng)器27連接，便攜變壓器32與感應(yīng)器27安裝在激光熔覆頭14上。水冷機A8與整機控制系統(tǒng)電連接、并通過超音頻水電管33對感應(yīng)器27進行冷卻。激光熔覆頭14上設(shè)有測量軋輥13表面溫度的紅外測溫儀30。超音頻感應(yīng)電源3輸入50Hz工業(yè)用電，產(chǎn)生15 25KHz的超音頻感應(yīng)電流，通過超音頻水電管33輸出到便攜變壓器32，經(jīng)再次變壓產(chǎn)生適于感應(yīng)加熱的超音頻低壓大電流，輸出至感應(yīng)器27并作用于軋輥13表面，通過電磁感應(yīng)集膚效益，使軋輥13工作表面達到加熱效果；根據(jù)預(yù)熱溫度要求450 600°C，紅外測溫儀30實時測量熔覆前軋輥13的表面溫度，自動調(diào)整超音頻感應(yīng)電源3的輸出功率，確保預(yù)熱溫度波動范圍控制在±20°C。工作時，冷水機A8通過超音頻水電管33將循環(huán)冷卻水提供給感應(yīng)器27，帶走大電流在感應(yīng)器27中產(chǎn)生大量的熱積累。所述軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括床頭箱17、卡盤36、尾座10及平臺11，其中床頭箱17與尾座10分別安裝在平臺11的兩端，卡盤36安裝于床頭箱17的輸出端，工作過程中，根據(jù)軋輥13的長度，移動尾座10的位置，然后將軋輥13安裝在卡盤36與尾座10之間。軋輥13靠近尾座10 —端米用中心孔定位，靠近卡盤36 —端米用百分表校正,偏差度小于O. 05mm。激光熔覆頭14位于待加工軋輥13的上方；床頭箱17采用變頻電機驅(qū)動、并與整機控制柜連接。床頭箱17帶有編碼器，將軋輥13旋轉(zhuǎn)位置反饋到整機控制柜4的PLC控制器，實現(xiàn)軋輥13旋轉(zhuǎn)位置的精確控制。本實用新型的整機外圍設(shè)有安全防護房，所述安全防護房包括防護圍欄16和防護門15，其中防護門15安裝在防護欄16上、并與整機控制系統(tǒng)電連接，防護欄16上設(shè)有觀察窗。防護圍欄16和防護門15均采用鋼板結(jié)構(gòu)，鋼板厚度為1.5mm。觀察窗采用激光波段的專用防護玻璃，能絕對屏蔽和防止激光泄漏，可以保證激光加工安全的進行，實現(xiàn)清潔的激光加工環(huán)境，還能使工作人員在外部觀測激光加工過程。操作人員可以在安全房外操作設(shè)備的運轉(zhuǎn)，提高了操作人員的安全性。安全防護房四周的防護圍欄16均可設(shè)計成可拆卸式結(jié)構(gòu)。安全防護門15使設(shè)備的維護等更加方便。激光熔覆頭14包括十字連接板22及固定在十字連接板22上的料斗19、下限位置傳感器34及上限位置傳感器35、重力送粉主機20、ニ級送粉管31、分粉器29、三級送粉管28、送粉嘴26、超音頻水電管33、便攜變壓器32、感應(yīng)器27、激光聚焦系統(tǒng)21及紅外測溫儀30，其中十字連接板22安裝于機器人5的腕端。激光熔覆頭14的主要功能是感應(yīng)加熱、粉末供給和激光整形三部分組成。首先，激光的整形是由激光系統(tǒng)產(chǎn)生的激光、經(jīng)操作光纖2傳輸?shù)郊す饩劢瓜到y(tǒng)21上，激光聚焦系統(tǒng)21對光束進行擴束準(zhǔn)直及積分聚焦，產(chǎn)生焦點位置為線形的聚焦激光束23。聚焦激光束23的寬度為2mm，長度為15 25mm、可調(diào)節(jié)；整個光學(xué)整形鏡片均采用直接水冷的銅反射鏡，可承受最大功率12kw ;其次，合金粉末 供給是由自動供粉系統(tǒng)提供的合金粉末25到達料斗19后，通過重力送粉主機20控制料斗19流出的合金粉末25，實現(xiàn)合金粉末25均勻的下落，經(jīng)ニ級送粉管31輸送至分粉器29，實現(xiàn)兩路合金粉末25的輸出，再經(jīng)三級送粉管28，輸送至送粉嘴26，結(jié)合軋輥13的周向轉(zhuǎn)動將合金粉末25均勻鋪于軋棍13的表面,跟隨在聚焦激光束23的后面。根據(jù)聚焦激光束23的尺寸，調(diào)整送粉嘴26的送粉寬度，使送粉寬度和聚焦激光束寬度一致；最后，軋輥13的預(yù)熱由在線局部預(yù)熱系統(tǒng)實現(xiàn)，將感應(yīng)器27的弧形面調(diào)整至軋輥13的表面，其間距為10 15mm,并且將感應(yīng)器27置于送粉嘴26的后面，感應(yīng)器27與送粉嘴26之間的間距為100 150mmo所述的整機控制系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)，包括整機控制柜4和控制電纜，用于協(xié)調(diào)控制激光器I、冷水機AS、冷水機B18、機器人5、氣載送粉器6、重力送粉主機20、超音頻感應(yīng)電源3、床頭箱17和防護門15，它是成套設(shè)備的上位機；整機控制柜4核心部件采用西門子S7-300 PLC控制系統(tǒng)。本實用新型的工作原理是通過軋輥13旋轉(zhuǎn)獲得輥面的勻速運動，通過激光熔覆頭14上集成局部預(yù)熱系統(tǒng)，預(yù)先在軋輥13上的熔覆位置進行感應(yīng)加熱，獲得輥面實時局部預(yù)熱效果；再通過供粉系統(tǒng)的ニ級送粉實現(xiàn)不間斷送粉，激光熔覆頭14集成重力送粉，將合金粉末25均勻鋪在預(yù)熱區(qū)域；再用經(jīng)聚焦的高能激光束照射合金粉末25，使合金粉末25和輥面同時熔化，在軋輥13表面形成冶金結(jié)合的熔覆層24，經(jīng)機器人5帶動激光熔覆頭14的軸向進給，配合軋輥13旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)螺旋搭接熔覆層24，獲得軸向大面積的激光熔覆層，最后在激光熔覆層上進行再次熔覆，可獲得20mm以上的厚層激光熔覆層。本實用新型的工作過程如下首先將待加工的軋輥13整體加熱至300°C，然后軋輥13安裝在軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)上，具體為安裝于卡盤36和尾座10之間，經(jīng)校正，使軋輥13的軸心與床頭箱17旋轉(zhuǎn)中心同心，偏差小于O. 05mm。軋輥13表面形成激光熔覆層由5個動作共同協(xié)調(diào)動作而實現(xiàn)，具體為軋輥旋轉(zhuǎn)、軋輥表面局部預(yù)熱、鋪粉、激光聚焦、熔覆頭軸向移動和上移。動作I :軋輥旋轉(zhuǎn)，具體為軋輥13在整機控制系統(tǒng)開關(guān)量控制下，床頭箱17外接380Vエ業(yè)用電源，通過變頻電機驅(qū)動床頭箱17，進而驅(qū)動卡盤36和軋輥13，使軋輥13進行勻速轉(zhuǎn)動，軋輥表面線速度為500mm/min，旋轉(zhuǎn)方向為沿著依次感應(yīng)器27、送粉嘴26和聚焦激光束23的排列方向。動作2 :軋輥表面局部預(yù)熱，具體為超音頻感應(yīng)電源3和冷水機A8外接380Vエ業(yè)用電源，通過超音頻水電管33輸出超音頻電流和循環(huán)冷水至感應(yīng)器27，同時通過調(diào)節(jié)感應(yīng)器27與軋輥13輥面的間隙為10_。配合軋輥13的旋轉(zhuǎn)，使經(jīng)過感應(yīng)器27下方的軋輥輥面基體平均溫度300°C迅速升高至平均溫度為560°C，局部加熱面的寬度為60mm。當(dāng)軋輥13的局部加熱面旋轉(zhuǎn)離開感應(yīng)范圍后，距離激光熔覆位置弧長約200mm，當(dāng)旋轉(zhuǎn)至激光熔覆位置，溫度高于450°C。動作3 :鋪粉，具體為氣載送粉器6外接通過整機控制柜4接220V電源和經(jīng)過濾的壓縮空氣氣源，將預(yù)先人工添加的合金粉末25輸送至料斗19，并通過下限位置傳感器34和上限位置傳感器35自動反饋信號給氣載送粉器6，進行粉末的自動供給，供粉速度為81ml/min,為300g/min。然后重力送粉主機20將料斗19里面的儲存合金粉末25輸出，并依靠 合金粉末25的重力作用，依次通過ニ級送粉管31、分粉器29、三級送粉管28，最終合金粉末25從送粉嘴26流出，配合軋輥13勻速旋轉(zhuǎn)，合金粉末25均勻鋪在軋輥13表面；鋪粉厚度依據(jù)熔覆層24的厚度進行調(diào)整，根據(jù)熔覆層24的厚度3mm的要求，鋪粉平均厚度設(shè)計為6mm。送粉嘴26距離感應(yīng)器27的最近點距離為150mm，送粉的位置依靠送粉嘴26在十字連接板22固定位置進行調(diào)節(jié)，將合金粉末25均勻鋪在軋輥13表面的局部加熱面的中心位置，鋪粉寬度15mm,粉末高度6mm,同時根據(jù)軋棍旋轉(zhuǎn)速度500mm/min,那么重力送粉主機20的送粉量為Q = 15mmX 6mmX 500mm/min/1000 = 45ml/min。根據(jù)本實施例采用的鐵基合金粉末松裝密度3. 7g/ml,送粉量為166. 5g/min,即10kg/h,小于氣載送粉器6的供粉速度，滿足供粉可行性要求。動作4 :激光聚焦，具體為整機控制系統(tǒng)開關(guān)量控制下，激光器I外接380Vエ業(yè)用電源，經(jīng)電光轉(zhuǎn)換及操作光纖耦合處理，產(chǎn)生6kw激光并進入操作光纖2，其操作光纖2的芯徑為1000微米，長度為40米，再經(jīng)操作光纖2的QBH標(biāo)準(zhǔn)接頭輸出到激光聚焦系統(tǒng)21，操作光纖2輸出后通過擴束準(zhǔn)直,光束呈圓柱形輸出。按操作光纖激光器的光束質(zhì)量為56mm*mrad,計算圓柱的光束直徑為34. 6mm,經(jīng)積分聚焦,焦距300mm,最終輸出聚焦激光束23，焦點光斑尺寸(長X寬)為15X2mm。動作5 :激光熔覆頭沿軋輥13的軸向移動和上、下移動，具體為根據(jù)軋輥輥面多條搭接大面積激光熔覆需求，通過軋輥13的圓周方向旋轉(zhuǎn)和激光熔覆頭14的沿軋輥13的軸向移動，實現(xiàn)螺旋搭接方式，具體依據(jù)軋輥13的旋轉(zhuǎn)速度、激光聚焦光斑尺寸和搭接率來計算激光熔覆頭14的沿軋輥13的軸向移動速度，本實施例按照加工位置輥面直徑為650mm,按15mm的激光熔覆寬度搭接率50 %以及輥面線速度500mm/min計算，軸向進給速度為I. 88mm/min。具體激光熔覆頭14的軸向移動是通過機器人執(zhí)行系統(tǒng)來實現(xiàn)，在機器人5的編程控制器中輸入其外部軸連接的機器人滑軌9的運動速度。完成ー層全部激光熔覆加エ效果后，機器人5帶動激光熔覆頭上移ー個熔覆層的厚度值，按動作4鋪的合金粉末25的厚度為6mm，經(jīng)激光熔覆獲得的熔覆層厚度約3mm。通過上述動作的協(xié)調(diào)控制，軋輥13的勻速旋轉(zhuǎn)獲得輥面勻速運動，通過局部預(yù)熱系統(tǒng)感應(yīng)加熱，獲得輥面預(yù)熱效果，通過供粉系統(tǒng)和重力送粉，在輥面鋪上合金粉末25，再經(jīng)激光系統(tǒng)產(chǎn)生激光和聚焦，通過激光聚焦激光束23熔化合金粉末25和輥面，輥面熔化深度為O. 2mm,在軋輥13表面形成一條熔覆層24，再經(jīng)搭接熔覆，獲得軸向大面積的激光熔覆層24，該熔覆層的稀釋率為7%;最后，在激光熔覆層24上再次重復(fù)上述動作可獲得多層大厚度的熔覆層24。本實用新型制備軋輥激光熔覆的合金涂層主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo) I.單層熔覆層厚度彡3mm2.多層熔覆層厚度彡20mm3.熔覆效率10kg/h4.涂層的顯微硬度ミHV0. JOO5.第一層熔覆層的稀釋率彡7%實施例2 本實施例整體結(jié)構(gòu)與實施例I相同，不同的是本實施例送粉嘴26鋪粉寬度為10mm，對應(yīng)聚焦激光束23焦點光斑尺寸(長X寬)為10 X 2mm，局部加熱面的寬度為40mm，軋輥13旋轉(zhuǎn)線速度為750mm/min，獲得單條熔覆層寬度為10mm，厚度為3mm。實施例3 本實施例整體結(jié)構(gòu)與實施例I相同，不同的是本實施例送粉嘴26鋪粉寬度為
7.5mm，對應(yīng)聚焦激光束23焦點光斑尺寸(長X寬)為7. 5 X 2mm，局部加熱面的寬度為20mm,軋輥13旋轉(zhuǎn)線速度為1000mm/min，獲得單條熔覆層寬度為7. 5mm,厚度為3mm，輥面熔化深度為O. 1_，熔覆層的稀釋率為4%。
權(quán)利要求1.ー種用于軋輥工作面激光熔覆的設(shè)備，其特征在于包括激光系統(tǒng)、機器人執(zhí)行系統(tǒng)、激光熔覆頭(14)、自動供粉系統(tǒng)、在線局部預(yù)熱系統(tǒng)、軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)及整機控制系統(tǒng)，其中激光系統(tǒng)、自動供粉系統(tǒng)和在線局部預(yù)熱系統(tǒng)均與激光熔覆頭(14)連接，所述激光熔覆頭(14)位于軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中待加工的軋輥(13)的上方、并安裝在所述機器人執(zhí)行系統(tǒng)的執(zhí)行端，所述機器人執(zhí)行系統(tǒng)帶動所述激光熔覆頭(14)上、下或沿軋輥(13)的軸向移動，完成對軋輥(13)的表面感應(yīng)加熱、粉末供給及激光整形；所述激光系統(tǒng)、自動供粉系統(tǒng)、在線局部預(yù)熱系統(tǒng)及軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)均與所述整機控制系統(tǒng)電連接。
2.按權(quán)利要求I所述的用于軋輥工作面激光熔覆的設(shè)備，其特征在于所述激光系統(tǒng)包括激光器(I)、操作光纖(2)及激光聚焦系統(tǒng)(21)，其中激光聚焦系統(tǒng)(21)安裝在所述激光熔覆頭(14)上，所述激光器(I)通過操作光纖(2)與激光聚焦系統(tǒng)(21)連接，激光器(I)與所述整機控制系統(tǒng)電連接。
3.按權(quán)利要求I所述的用于軋輥工作面激光熔覆的設(shè)備，其特征在于所述機器人執(zhí)行系統(tǒng)包括機器人(5)、機器人滑軌(9)、機器人控制柜(7)及機器人外部軸電機，其中機器人(5)安裝在機器人滑軌(9)上，所述機器人滑軌(9)通過機器人外部軸電機驅(qū)動，所述機器人(5)的腕端連接所述激光熔覆頭(14)，所述機器人(5)與機器人控制柜(7)電連接。
4.按權(quán)利要求I所述的用于軋輥工作面激光熔覆的設(shè)備，其特征在于所述自動供粉系統(tǒng)包括氣載送粉器出)、一級送粉管(12)及料斗(19)，其中料斗(19)安裝在所述激光熔覆頭(14)上，所述氣載送粉器(6)通過ー級送粉管(12)與料斗(19)連通，所述料斗(19)的上、下部分別設(shè)有上限位置傳感器(35)和下限位置傳感器(34)，所述氣載送粉器(6)與所述整機控制系統(tǒng)電連接。
5.按權(quán)利要求4所述的用于軋輥工作面激光熔覆的設(shè)備，其特征在干所述料斗(19)的底部連接有重力送粉主機(20)，所述重力送粉主機(20)通過ニ級送粉管(31)與分粉器(29)連接，所述分粉器(29)通過三級送粉管(28)與送粉嘴(26)連接，所述送粉嘴(26)對應(yīng)于待加工軋輥(13)的外表面，所述重力送粉主機(20)與所述整機控制系統(tǒng)電連接。
6.按權(quán)利要求I所述的用于軋輥工作面激光熔覆的設(shè)備，其特征在于所述在線局部預(yù)熱系統(tǒng)包括超音頻感應(yīng)電源(3)、超音頻水電管(33)、便攜變壓器(32)及感應(yīng)器(27)，其中超音頻感應(yīng)電源(3)通過超音頻水電管(33)與便攜變壓器(32)連接，所述便攜變壓器(32)與感應(yīng)器(27)連接，所述便攜變壓器(32)及感應(yīng)器(27)均安裝在所述激光熔覆頭(14)上，所述超音頻感應(yīng)電源(3)與所述整機控制系統(tǒng)電連接。
7.按權(quán)利要求6所述的用于軋輥工作面激光熔覆的設(shè)備，其特征在于所述在線局部預(yù)熱系統(tǒng)還包括水冷機A(S)，該水冷機A(S)與所述超音頻水電管(33)連接、并通過超音頻水電管(33)對所述感應(yīng)器(27)進行冷卻，所述水冷機A(8)與所述整機控制系統(tǒng)電連接。
8.按權(quán)利要求I所述的用于軋輥工作面激光熔覆的設(shè)備，其特征在于所述軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括床頭箱(17)、卡盤(36)、尾座(10)及平臺(11)，其中床頭箱(17)與尾座(10)分別安裝在平臺(11)的兩端，所述卡盤(36)安裝在床頭箱(17)的輸出端，待加工軋輥(13)安裝在卡盤(36)與尾座(10)之間，所述床頭箱(17)通過變頻電機驅(qū)動、并與所述整機控制柜連接。
9.按權(quán)利要求I所述的用于軋輥工作面激光熔覆的設(shè)備，其特征在于整機外圍設(shè)有安全防護房，所述安全防護房包括防護圍欄(16)和防護門(15)，其中防護門(15)安裝在防護欄(16)上、并與所述整機控制系統(tǒng)電連接，所述防護欄(16)上設(shè)有觀察窗。
10.按權(quán)利要求I所述的用于軋輥工作面激光熔覆的設(shè)備，其特征在于所述激光熔覆頭(14)上設(shè)有測量軋輥(13)表面溫度的紅外測溫儀(30)。
專利摘要本實用新型屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種用于軋輥工作面激光熔覆的設(shè)備。包括激光系統(tǒng)、機器人執(zhí)行系統(tǒng)、激光熔覆頭、自動供粉系統(tǒng)、在線局部預(yù)熱系統(tǒng)、軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)及整機控制系統(tǒng)，其中激光系統(tǒng)、自動供粉系統(tǒng)和在線局部預(yù)熱系統(tǒng)均與激光熔覆頭連接，所述激光熔覆頭位于軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中待加工的軋輥的上方、并安裝在所述機器人執(zhí)行系統(tǒng)的執(zhí)行端，所述機器人執(zhí)行系統(tǒng)帶動所述激光熔覆頭上下或沿軋輥的軸向移動，完成對軋輥的表面感應(yīng)加熱、粉末供給及激光整形；所述激光系統(tǒng)、自動供粉系統(tǒng)、在線局部預(yù)熱系統(tǒng)及軋輥旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)均與所述整機控制系統(tǒng)電連接。本實用新型滿足軋輥表面進行激光熔覆工藝的可實施性，同時獲得的激光熔覆涂層滿足軋輥惡劣的工作環(huán)境，提高了軋輥的性能和使用壽命。
文檔編號C23C24/10GK202643844SQ20122027639
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者張翼飛, 范榮博, 王智超, 邱曉杰 申請人:沈陽新松機器人自動化股份有限公司