[发明专利]基于光纤激光器的轧辊无序毛化处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及轧辊表面激光毛化加工处理技术，具体地指一种基于光纤激光器的轧辊无序毛化处理方法。

背景技术

冷轧薄板钢的表面形貌对板型、深冲性、延伸率和涂镀性能有重要影响，而冷轧薄板钢的表面形貌在很大程度上取决于冷轧生产过程中工作辊及平整辊的表面形貌。因此在冷轧薄板生产工艺中，要求对冷轧工作辊、平整辊的辊面进行毛化处理，然后轧制出满足用户特殊工艺要求的冷轧毛化钢板。

到目前为止，轧辊毛化技术和设备的发展经历了三个阶段：喷丸毛化、电火花毛化和20世纪90年代开始研发的激光毛化。喷丸毛化技术噪音高、粉尘大、功耗高、处理成本高，且轧辊表面区域硬度、喷丸尺寸和冲击速率及冲击角具有随机性、不均匀性、难以控制和重复性不好等缺点。电火花毛化技术形貌均匀性、保持性比喷丸毛化好，但存在轧辊使用寿命短、设备维修率高、耗电量大、维修不方便和油污染严重等问题。激光毛化技术能明显改善毛化板深冲性能和涂镀性能，且毛化过程中无噪声、无污染。随着激光毛化市场的成熟，越来越多的企业采用激光毛化这一新工艺。

传统的激光毛化一般采用CO₂和YAG激光器，存在种种不足。YAG激光毛化设备泵浦光的转换效率低、晶体热效应严重、闪光灯需经常更换；设备稳定性差，不能适应规模化生产的要求。CO₂激光毛化设备体积庞大，自动定位系统复杂，价格也十分昂贵，对机床的精度要求较高；气体消耗量大，毛化设备的斩光盘需经常更换。相比CO₂和YAG激光器，光纤激光器具有光电转换效率高、更好的保证小微坑直径和高毛化速度、维护成本低等优点。光纤激光作为第三代激光技术的代表，具有其他激光技术无可比拟的技术优越性和广阔的应用发展空间，将可能会逐步取代全球大部分高功率CO₂激光器和绝大部分YAG激光器。

目前大部分激光毛化设备的加工工艺特点是，在加工过程中，激光加工头（一头或多头）的横向匀速移动配合轧辊的匀速旋转运动，在轧辊表面形成等螺距等倾角的螺旋扫描线点阵毛化坑分布（螺距较小，毛化点分布可以看作很多条平行的圆周线毛化点分布）。这样毛化出的轧辊在圆周方向上是有序的，其毛化点的大小、形貌、排列基本一致，如图1所示。当轧辊轧制板带时，通过转印，板面在沿长度方向存在均匀分布的直线。因此，板在光的照射下，有几个角度反射强烈，最后导致在不同的角度观察板面有不同的反射效果，影响了钢板表面的外观。此外，冷轧钢板在长度方向容易形成拉伤，是因为轧辊在这些直线的部位与钢板紧密贴合，使产生的铁屑不能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。

为了解决激光毛化设备的有序毛化问题，中国专利“一种轧辊表面激光毛化处理方法”（公开号：CN101642778A）提出加快激光毛化头沿轧辊轴向的运动速率，增大螺旋倾角，形成如图2所示的螺旋形均匀点阵，但这种毛化坑分布方式虽然在轧辊圆周方向和长度方向都呈非直线规律，沿螺纹倾角方向却是有序的，当轧辊轧制板带时，也会影响板面在不同角度的反射效果。中国专利“一种多头激光无序毛化轧辊表面的加工方法”（公开号CN102699524A）提出用随机信号发生器控制脉冲激光器，改变激光脉冲束的频率和占空比，使毛化点的形貌和分布密度不一致以实现无序化，如图3所示，缺点是导致无法得到粗糙度均匀的冷轧钢板，还会对钢板深冲性能造成影响。此外，中国专利“光纤激光毛化系统”（公开号CN102380706A）所述的使激光头作旋转运动和左右偏转运动也会使毛化点形貌不规则，且控制设备较复杂。

因此，在不影响钢板粗糙度均匀性和深冲性能的条件下，实现轧辊无序毛化的关键在于改变传统的规则螺旋形扫描线分布，而不改变毛化点的形貌和尺寸。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种基于光纤激光器的轧辊无序毛化处理方法，采用该方法处理出来的轧辊能够大大改善板面的表面外观质量，且能提高轧辊的耐磨性，延长使用寿命。

为实现上述目的，本发明所设计的基于光纤激光器的轧辊无序毛化处理方法，包括如下步骤：

1）驱动被加工轧辊绕其轴心线旋转，并使其旋转速度ω按设定的周期t随机变化；

2）将激光聚焦头对准被加工轧辊表面，并使其沿被加工轧辊的轴向往返横移；

3）耦合控制激光聚焦头的横移速度v，使激光聚焦头相对于被加工轧辊的运动轨迹形成交错排列的变螺距变倾角短程螺旋线δ；