|
一、 前言： 我国政府于80年代中、90年代初在武汉华中科技大学成立了国家激光技术重点实验室（研究激光与物质作用的理论）和国家激光加工工程中心（研究激光加工的应用），并在这两个源头的牵引下，催生了“中国光谷”，“中国光谷”在市场经济的导向下，短短的数年创造了几十项激光技术领域的第一乃至世界第一。 大功率CO2激光毛化技术与设备属于有自主知识产权的国际领先技术，该技术不仅能完成高质量的激光毛化形貌，还具备激光淬火的特殊功能，能使轧辊的寿命提高一倍以上，其综合经济效益能给使用者年内收回投资及带来长期、稳定、明显的经济效益。 二、 CO2激光毛化机理 激光毛化技术与设备是我国“八五”国家科技（攻关）计划项目，91年启动，96年在武钢投产，取得了一定的成效。限于80年代末、90年代初各项单元技术条件的限制，作为国内重点科研课题研制的第一台CO2激光毛化机床存在一些问题在所难免，现在虽暂时停产，但应该看到该项技术在国际毛化领域中所具有的前瞻性和市场前景。目前在华中科技大学华工激光公司的实施下,已有昆明钢铁公司、济南钢铁公司、唐山建龙钢铁公司、重庆钢铁公司采用了该项技术与装备，并获得了新的知识产权专利。 1） CO2激光毛化机理（具有毛化、硬化功能） 如图1所示：毛化加工时斩光盘2逆时针旋转，轧辊1顺时针旋转，激光束3通过聚焦镜4照射到前齿的后齿面，反射到后齿的前齿面，再入射到轧辊表面Q点，其入射面积小于0.5mm2,其功率密度为104～105W/cm2,使辊面金属材料组织迅速发生相变(温度在溶点以下)。 
图1
如图2所示：在相变硬化区内形成马氏体、碳化物、残余奥氏体等，并由于其加工升温速度和冷却速度极快10-5秒，致使相变硬化区内所获得各种组成项都极为细小并产生大量的错位，这些对提高辊面硬度、耐磨性都是十分有利的，使得激光相变后的辊面组织具有比常规淬火更为优异的耐磨性，同时为下一步的激光溶凝造型的毛化做了预热。 
如图3所示：当斩光盘2的前齿和后齿移动到图示位置，激光束3通过前、后齿间的透孔直接聚焦入射到轧辊1的辊表面Q’点，其入射面积为0.02mm2,其功率密度在107W/cm2以上,使辊面金属材料迅速溶化成溶池，溶池内的溶解物在侧吹气体5及离心力作用下按一定的方向堆积到溶池边沿并通过极速冷凝形成有序的硬度极高的凹坑与凸台，完成毛化加工。给定方向、流量、压力的侧吹气体5除了完成造型任务，还有三种功能：1.避免轧辊表面在热加工过程中与空气中的氧发生作用，产生脱碳现象影响凸台强度。 
2）CO2激光毛化工艺 根据冷轧板轧制工艺要求及后续加工工艺要求：如普板、家电板、汽车板、防伪板、退火、深冲、超深冲、镀锌、彩涂等选定辊面粗糙度值、密度值、平坦度值的工艺指标，以及粗糙度复印率、衰减率的工艺指标（在实际生产中，这两项指标对使用者十分重要），决定工艺指标的主要工艺参数是激光器使用功率、激光脉冲频率、扫描速度、光斑直径、聚焦距离。其中使用功率越大，粗糙度值（Ra）越大，功率值连续自动可调控；脉冲频率由斩光盘转速与斩光盘齿数确定，一般为20KHZ左右，即每秒可造2万个点的毛化形貌；即脉冲频率越高，密度值（峰值数PC）越高。扫描速度由轧辊转速，辊面直径及毛化装置移动速度确定，一般为6.5米/秒，降低扫描速度可提高Ra与PC值；光斑直径与焦距由外光路确定。这些变量均可由840D数控系统、检测系统及专用工艺软件来精确执行，操作人员只需负责吊装、输入选定的粗糙度值、密度值、平坦度值即可，十分方便。由于所有工艺参数均能精确控制，所以CO2激光毛化能再现所需的加工过程和结果，这一点对总结毛化效果、开发新产品十分有利（第一代的喷丸、第二代的电火花均有不能明显硬化和再现功能的缺陷）。 [1] [2] [3] 下一页 | 
