[发明专利]聚焦光点无规则偏转的激光辊类表面毛化加工方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于辊类表面激光毛化处理领域，特别涉及一种聚焦光点无规则偏转的激光辊类表面毛化加工方法及装置。

背景技术

具有特殊表面形貌的毛化冷轧薄钢板在制造业中，特别是在汽车与家电产业中有着广泛的应用。毛化冷轧薄钢板是由表面经毛化处理后的轧辊轧制而成的，因此毛化轧辊的表面形貌特征对冷轧薄钢板的深冲、涂装等工艺性能影响极大。

为了确保冷轧钢板具有优良的板型、深冲性、延伸率和涂镀性能，在冷轧薄钢板生产工艺中，要求对冷轧工作辊的表面进行毛化处理，以轧制出满足用户特殊工艺要求的毛化冷轧钢板。

激光轧辊毛化技术是现在使用的几种毛化技术(包括喷丸毛化、电火花毛化以及电子束毛化)中实用而又先进的一种毛化技术。

激光毛化技术是将聚焦后的高能量、高重复频率的脉冲激光束照射到轧辊表面，利用激光束的高亮度在轧辊表面形成非常高的能量密度，对激光聚焦处的轧辊表面实施加热、熔化并部分汽化，以致在轧辊表面形成微小毛化坑。其基本原理是：对经过特殊调制的高能量密度(10⁴～10⁶W/cm²)、高重复频率(10³～10⁴次/秒)的脉冲激光束进行聚焦，并使其作用于作旋转运动的轧辊表面形成微小熔池；同时吹以一定方向、压力和流量的辅助气体，对熔池熔融金属进行挤压造型；短激光脉冲作用后，微坑熔池金属在轧辊自身热传导作用下迅速冷却，形成微坑和坑边环形凸台结构的相变硬化点。与此同时，聚焦脉冲激光束沿轧辊长度方向移动，以完成对整根轧辊表面的毛化加工。

目前，激光毛化轧辊技术主要分为两大类：一类是采用固体Nd:YAG激光器的YAG激光毛化，另一类则是采用气体CO₂激光器的CO₂激光毛化。其共同特点是：采用声光调Q的Nd:YAG激光器或经特殊调制的CO₂激光器作为脉冲激光加工源，由光源输出的脉冲激光经激光加工头聚焦后，作用于以一定转速旋转的轧辊表面；加工过程中，激光加工头的横向移动配合轧辊的旋转运动，从而在轧辊表面形成等螺距的螺旋扫描线点阵毛化坑分布。例如：中国专利“用于轧辊表面毛化的激光加工设备”(专利号：ZL94220848.X)与中国专利“分光式激光毛化调制装置”(专利号：ZL200710041118.9)。

上述激光轧辊毛化工艺的基本特征是：毛化坑在轧辊表面沿一条等螺距的螺旋扫描线分布。由于螺旋扫描线的螺距(一般为0.1～0.4mm)相对于轧辊直径来说非常小，可以认为：螺旋扫描线每一圈上的毛化坑分布在沿轧辊圆周方向的一条螺旋直线上；因此整个轧辊面上的毛化坑分布在沿轧辊圆周方向的多条等间距(即螺距)的平行螺旋线上。但一般情况下，各圈之间的毛化坑的相对位置分布是不固定的；因而在轧辊长度方向上，毛化坑呈非直线形分布，如图1所示，基本上可以认为是无规律的。

上述毛化坑分布形式存在两个明显的缺点：

1.虽然轧辊表面的激光毛化坑很浅，但对于大面积的毛化冷轧钢板，还是可以明显地感觉到冷轧钢板在沿长度方向上(沿轧辊圆周方向轧制)存在均匀分布的直线，而在冷轧钢板的横向方向则没有明显的直线分布。

2.在冷轧钢板的长度方向容易形成拉伤，形成沿冷轧钢板长度方向上很细的直线划痕。仔细观察这些划痕，发现绝大部分划痕出现在对应轧辊表面两圈毛化坑之间的一条直线形空白区域内。分析这些直线划痕形成的原因，是因为在两圈毛化坑之间的直线形空白区域内，轧辊是平滑的，轧辊与钢板之间紧密接触；如果在钢板轧制过程中形成铁屑，则这个铁屑不能够被轧辊表面的毛化坑吸收，始终存在于钢板与轧辊之间，连续划出可见的直线痕迹。

综上所述，如果毛化板表面的毛化点随机无序的无规则分布，则既可以解决了毛化板表面毛化点分布的均匀度问题而提高毛化板的美观性，又可以提高毛化板的质量。

发明内容

本发明目的是：为解决现有技术存在的问题而提供一种聚焦光点无规则偏转的激光辊类表面毛化加工方法及装置，所述方法及装置可以使聚焦光点在小范围内二维随机扫描，从而在轧辊表面加工出无规则的毛化点分布，通过该方法及装置处理的轧辊在轧制钢板时，不会在钢板的长度方向上形成划痕，从而提高钢板的轧制质量。