[发明专利]一种轧辊激光毛化加工设备及其加工方法

说明书

本发明提供了一种轧辊激光毛化加工设备及其加工方法，包括如下步骤：加工区域划分；确定分布方案：根据所述轧辊加工单元参数和形貌参数，得出可首尾相连的无序均匀分布毛化点阵分布方案；确定输出信号：通过信息处理模块得出激光出光位置信号、光束能量调节信号和一维光束偏转单元偏转信号；轧辊激光毛化加工：所述激光出光位置信号用于控制光源模块发出激光；所述光束能量调节信号和一维光束偏转单元偏转信号分别输入激光末端输出模块，用于产生无序的激光点阵，每个激光末端输出模块用于加工一个轧辊加工单元。本发明可保证毛化点无序程度的同时也能确保形貌分布的均匀性，生产的冷轧板表面在后续涂装处理中一致性更好。

技术领域

本发明涉及表面处理领域中的激光毛化加工技术，特别涉及一种轧辊激光毛化加工设备及其加工方法。

背景技术

冷轧板表面的一定形貌参数对钢板的冲压性和表面涂镀性能有重要影响，而冷轧板的表面形貌在很大程度上又取决于冷轧生产过程中轧机工作辊及光整机组工作辊的表面形貌。实质上，冷轧板表面形貌是轧辊表面形貌的衰减性“拷贝”。为使带钢表面达到满足需要的表面形貌，一般采用轧辊表面毛化的办法。不同种类冷轧板，对毛化形貌的种类、形貌微观尺寸存在不同要求；毛化形貌的保持性、一致性、均匀性，对同一批次冷轧板表面质量一致性影响显著；毛化形貌排列的无序程度，与冷轧板后续涂装处理表面质量呈正相关。

目前，用于轧辊毛化的主流方法有喷丸毛化、电火花毛化、激光毛化。喷丸毛化靠硬质微粒冲击轧辊表面，形成凹陷毛化形貌，该技术明显缺陷有：1)形成的毛化形貌单一，且毛化形貌微观尺寸调节困难，不能适应不同类别钢板轧制需求；2)加工过程环境恶劣，并入冷轧板生产线难度大。电火花毛化是在绝缘液中电极与轧辊表面之间产生脉冲性的火花放电，靠局部放电产生的瞬时高温刻蚀轧辊表面，形成毛化形貌，形貌排列具有随机性，该技术的缺陷有：1)通过热效应烧蚀轧辊表面形成的毛化形貌，具有重铸层、重淬层、热影响层和基材四层，其中使得轧辊表面糙化的重铸层易剥落，形貌保持性差、寿命短，严重影响同一批次轧制钢板表面质量一致性；2)毛化加工中电极损耗，虽有电极补偿反馈，但难以保证轧辊表面毛化形貌微观尺寸一致和可控；3)加工过程中电极等损耗件，设备使用中存在持续成本； 4)设备投入成本较大。

激光毛化，通过激光热效应在轧辊表面激光烧蚀或激光熔凝加工出毛化形貌，毛化形貌种类较多，形貌微观尺寸通过改变激光参数调节方便，但依然存在以下几个问题：1)通过激光烧蚀加工出的毛化形貌，形貌表层凸起部分为重铸层，冷轧板过程中易剥落，形貌保持性差；2)激光加工过程中激光作用点(焦点)位置固定，加工无序排列的毛化形貌难度大；3) 毛化形貌随机分布时，总是会出现毛化形貌出现大批量重叠，分布的均匀性无法得到保证。

中国专利公开了一种实现毛化点均匀随机分布的激光毛化方法，通过随机信号对每个激光脉冲进行随机延时和随机偏转，在轧辊表面加工较疏的毛化形貌分布，再通过多激光头多道次提高效率和面积占有率。虽然解决了激光毛化有序性的问题，但激光脉冲的随机延时、随机偏转和多道次的加工方法都会导致毛化形貌出现大批量重叠，导致形貌分布的均匀性较差，直接影响后续涂装性能。同时形貌的多次重叠区域多次受到激光作用，相当于对轧辊局部区域进行回火处理，影响甚至破坏轧辊表层金相组织，极大地降低了轧辊使用寿命。

中国专利公开了一种无规则偏转毛化点的辊类表面毛化激光加工系统及方法，通过由正弦波精确控制变化得来的伪随机信号，控制伪随机偏转装置对每次向辊类工件表面发射的激光进行随机偏转，实现毛化点无规则分布。该方案在面积占有率较大的分布中，分布的均匀性问题依然存在，形貌会出现扎堆和重叠，分布的均匀性不佳。

中国专利公开了一种聚焦光点可控偏摆的激光毛化加工装置，在激光聚焦前布置压电陶瓷偏转系统，使得聚焦光点做二维摆动，从而加工无规则分布的毛化点。该专利并未公开控制形貌分布均匀性的方法，均匀性问题并未得到解决。

发明内容