[發明專利]聚焦光點擺動式輥類表面激光毛化加工方法及裝置

無效

• 申請號: 201010140152.3
• 申請日: 2010-03-31
• 公開（公告）號: CN101804505A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 陳培鋒;王焄;孫長東;羅曦
• 申請（專利權）人: 蘇州市博海激光科技有限公司
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本發明屬于輥類表面激光毛化處理領域，特別涉及一種聚焦光點擺動式輥類表面激光毛化加工方法及裝置。

背景技術

具有特殊表面形貌的毛化冷軋薄鋼板在制造業中，特別是在汽車與家電產業中有著廣泛的應用。毛化冷軋薄鋼板是由表面經毛化處理后的軋輥軋制而成的，因此毛化軋輥的表面形貌特征對冷軋薄鋼板的深沖、涂裝等工藝性能影響極大。

為了確保冷軋鋼板具有優良的板型、深沖性、延伸率和涂鍍性能，在冷軋薄鋼板生產工藝中，要求對冷軋工作輥的表面進行毛化處理，以軋制出滿足用戶特殊工藝要求的毛化冷軋鋼板。

激光軋輥毛化技術是現在使用的幾種毛化技術(包括噴丸毛化、電火花毛化以及電子束毛化)中實用而又先進的一種毛化技術。

激光毛化技術是將聚焦后的高能量、高重復頻率的脈沖激光束照射到軋輥表面，利用激光束的高亮度在軋輥表面形成非常高的能量密度，對激光聚焦處的軋輥表面實施加熱、熔化并部分汽化，以致在軋輥表面形成微小毛化坑。其基本原理是：對經過特殊調制的高能量密度(10⁴～10⁶W/cm²)、高重復頻率(10³～10⁴次/秒)的脈沖激光束進行聚焦，并使其作用于作旋轉運動的軋輥表面形成微小熔池；同時吹以一定方向、壓力和流量的輔助氣體，對熔池熔融金屬進行擠壓造型；短激光脈沖作用后，微坑熔池金屬在軋輥自身熱傳導作用下迅速冷卻，形成微坑和坑邊環形凸臺結構的相變硬化點。與此同時，聚焦脈沖激光束沿軋輥長度方向移動，以完成對整根軋輥表面的毛化加工。

目前，激光毛化軋輥技術主要分為兩大類：一類是采用固體Nd:YAG激光器的YAG激光毛化，另一類則是采用氣體CO₂激光器的CO₂激光毛化。其共同特點是：采用聲光調Q的Nd:YAG激光器或經特殊調制的CO₂激光器作為脈沖激光加工源，由光源輸出的脈沖激光經激光加工頭聚焦后，作用于以一定轉速旋轉的軋輥表面；加工過程中，激光加工頭的橫向移動配合軋輥的旋轉運動，從而在軋輥表面形成等螺距的螺旋掃描線點陣毛化坑分布。例如：中國專利“用于軋輥表面毛化的激光加工設備”(專利號：ZL94220848.X)與中國專利“分光式激光毛化調制裝置”(專利號：ZL200710041118.9)。

上述激光軋輥毛化工藝的基本特征是：毛化坑在軋輥表面沿一條等螺距的螺旋掃描線分布。由于螺旋掃描線的螺距(一般為0.1～0.4mm)相對于軋輥直徑來說非常小，可以認為：螺旋掃描線每一圈上的毛化坑分布在沿軋輥圓周方向的一條直線上；因此整個軋輥面上的毛化坑分布在沿軋輥圓周方向的多條等間距(即螺距)的平行直線上。但一般情況下，各圈之間的毛化坑的相對位置分布是不固定的；因而在軋輥長度方向上，毛化坑呈非直線形分布，如圖1所示，基本上可以認為是無規律的。

上述毛化坑分布形式存在兩個明顯的缺點：

1.雖然軋輥表面的激光毛化坑很淺，但對于大面積的毛化冷軋鋼板，還是可以明顯地感覺到冷軋鋼板在沿長度方向上(沿軋輥圓周方向軋制)存在均勻分布的直線，而在冷軋鋼板的橫向方向則沒有明顯的直線分布。

2.在冷軋鋼板的長度方向容易形成拉傷，形成沿冷軋鋼板長度方向上很細的直線劃痕。仔細觀察這些劃痕，發現絕大部分劃痕出現在對應軋輥表面兩圈毛化坑之間的一條直線形空白區域內。分析這些直線劃痕形成的原因，是因為在兩圈毛化坑之間的直線形空白區域內，軋輥是平滑的，軋輥與鋼板之間緊密接觸；如果在鋼板軋制過程中形成鐵屑，則這個鐵屑不能夠被軋輥表面的毛化坑吸收，始終存在于鋼板與軋輥之間，連續劃出可見的直線痕跡。

分析上述現象的成因后，我們發現：如果軋輥表面的毛化坑不是沿軋輥圓周方向的直線形分布，則上述現象就可以避免。

發明內容

本發明目的是：為解決現有技術存在的問題而提供一種聚焦光點擺動式輥類表面激光毛化加工方法，該方法可以實現聚焦光點沿轉動軋輥長度方向上的快速擺動式毛化加工，在軋輥表面形成沿其圓周方向的非直線形毛化坑分布，以此來確保由該方法處理出來的軋輥在軋制鋼板時，不會在鋼板的長度方向上形成劃痕，從而提高鋼板的軋制質量。