激光毛化技术(内容清晰)

激光毛化技术在冶金行业的应用

一、技术介绍●基本描述

1 工艺概述

为了改善冷轧薄钢板的板型、深冲性、延伸率和涂镀性能，在冷轧薄板生产工艺中，要求对冷轧工作辊的辊面进行毛化处理，然后轧制出满足用户特殊（加工）工艺要求的冷轧毛化钢板。目前用以满足轧辊毛化处理的技术有：喷丸毛化（ＳＢ）技术、电火花毛化（ＥＤＴ）技术、激光毛化技术等。这些技术按粗糙度形貌类型来分，可分为无规则分布和可设定式分布的两种类型。喷丸毛化（ＳＢ）和电火花毛化（ＥＤＴ）属于无规则分布的粗糙度形貌类型，激光毛化则属于可设定式分布的粗糙度形貌类型。

激光毛化轧辊技术，为轧辊毛化的最新技术。

本设备采用可设定式分布的CO

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激光毛化冷轧辊的工艺是：轧辊在毛化加工之前，需经磨床磨削加工，CO

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去除肉眼可见的全部缺陷，使轧辊表面粗糙度值R

＝0.2-0.7μm范围内，且表

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面的粗糙度要均匀；然后将轧辊吊至本设备上安装后，由计算机控制的脉冲激光束经聚焦后打击到轧辊表面，形成许多小坑；每个小坑中间下凹，低于轧辊表面约11μm，环绕凹坑边缘的凸起部份高于轧辊表面约6μm，最高凸起可达0.2mm。这些小坑的几何分布是沿着辊身周向一条升角恒定的螺旋线而密集分布的。小坑周向间距可控，其范围是0.2-0.3mm。螺旋线的线距可控，其范围也是0.2-0.3mm。由此在轧辊表面形成可预控的粗糙度值（Ra）和密度值（S），其均匀性极好。小坑的形貌亦可预控调整，从而形成各种不同的表面织构。满足不同用户的各种工艺要求。

本设备可广泛用于以下工艺过程

1.1 用于平整机的工作辊。使钢板（带钢）表面最终形成满足用户对粗糙度值、

密度值以及其他特殊表面构造和形貌的要求。有利于钢板（带钢）在再成形过程中的延伸冲压效果，减少冲压件表面划伤，保证冲压件均匀变形，减少模具受力及损耗。可根据用户的需要，生产出各种汽车用板、家电用板、轻工用板、防伪板、造币板、异面织构板、特制花纹板、激光乌泽板（Laser Matte Steel）等。

1.2 用于带钢在各种涂层或涂层工艺之前的表面毛化处理，以增加涂（镀）层

物结合牢固度，减少涂（镀）层消耗，有效地提高涂（镀）层表面光洁度及反光鲜映度（DOI值）。可根据用户的需要，生产出光亮板，激光镜面板（Laser Mirror Steel）等。

1.3 用于冷轧机的工作辊。有利于带钢咬入、纠偏、边浪控制，稳定轧制及板

型控制。

1.4 用于冷连轧机组最后机架的工作辊，或单机架轧机热处理前的板面毛化处

理。有利于防止钢卷在热处理工艺中发生粘连。

2 技术特性

2.1 CO2激光毛化技术的技术特点

激光毛化技术是九十年代开发的最新技术，解决了原有的激光毛化技术CO

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激光不适合于大型生产线对毛化效率、毛化粗糙度调节要求的矛盾，因此，CO

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激光毛化毛化技术主要具有更大的表面粗糙度调节范围和更高的生产效率，CO

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一根轧辊的净作业时间为25-45分钟，其表面粗糙度可调。其它的技术特点分述如下

2.1.1 改善深冲性能的技术特点

激光毛化钢板表面的小凹坑互不连通，有利于用冲压成形时储油和捕捉金属

碎屑，防止冲压划伤，保证冲压零件表面光整，同时减少冲压用油量。与电火花等加工技术相比，深冲性能更为优良。

激光毛化形貌图电火花毛化形貌图

2.1.2 提高涂镀性能和鲜映度的特点

激光毛化的轧辊表面保留有较大的平坦光亮部份（最大可达60％），使轧制出的钢板的板面平坦度高，提高了带钢表面的光洁度和涂漆后的鲜映度。为用户增加了产品的竞争能力。

2.1.3 板型的可开发技术特点

激光毛化钢板表面粗糙度均匀、排列规则、形貌可以预控、重复性好、粗糙度调节范围大。可以根据用户需要做特殊设计，开发新品种，如印花板面等。与电火花等技术相比，表面没有很多无序的针状尖峰，粗糙度更为均匀。

2.1.4 强化轧辊的表面强度，提高轧辊使用寿命的技术特点

激光毛化的轧辊，其轧辊表面均匀分布了密集的高强度的硬化质点，它可减

激光毛化显微结构示意图激光毛化坑阵列横截面示意图

少轧辊消耗，减少换辊量、提高轧机生产效率。比其他方式毛化的轧辊使用寿命

提高100％。仅此一项，每年可为钢铁厂在轧辊消耗上节约人民币上千万元。

2.1.5 无变形的技术特点

保证轧辊磨削辊型不变，有利于轧机板形控制。

2.1.6 低成本的技术特点

激光毛化作业消耗少，运行费用低，作业介质安全。

2.1.7 环保的技术特点

作业时无粉尘，废油等工业废料和噪声的排出。有利于环境保护，节省三废处理投资。

2.1.8 配置简洁特点

满足相同规模的轧材生产能力所需配备的设备少，电力装机容量小，成套设备所需电力为104KW。

2.1.9 CO2毛化设备机理图

1. 工作时，斩光盘(1)逆时针旋转、轧辊(2)顺时针旋转、激光束(3)通过聚焦镜(4)经2次反射对O’点的轧辊表面进行预热及强化(其离焦量设计是0’的功率密度刚刚低于轧辊熔点)。

2. 当反射齿移开时：激光通过聚焦镜、透孔(5)聚焦到轧辊的表面0点(在0’点内)进行融化，其功率密度在100KW/mm2以上，并在侧吹气(6)的作用下形成凸凹有序、硬度极高的毛化形貌。

3 .毛化过程：预热强化→熔化→侧吹气体形成凹坑—凸台→冷却造型。

2.2 总体设计结构及特点

2.2.1 总体结构

激光毛化设备的总体结构由高功率轴快流CO

激光器、偏振系统、红光准直

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指示、外光路系统、激光毛化装置、毛化机床、数控系统、总控制台和冷却系统等几大部分组成。

2.2.2 特点

2.2.2.1 关键和主要零部件选用进口件，确保轧辊激光毛化的加工精度、速度、均匀性、多功能性和生产运行的可靠性、安全性。主要技术指标达到当前的国际先进水平。

2.2.2.2 拥有自主的知识产权，能生产出自己独特的冷轧新钢板。

2.3 毛化成套设备的主要技术特征

2.3.1 采用进口高功率轴快流CO2激光器，其特点是功率大，最大功率达2500瓦，且能连续可调，光束质量好（基模为主），聚焦后的光点尺寸小，约φ0.15mm，能加工出形貌好，尺寸小的毛化点。工作气体循环流动，并能不断补充新鲜气体，使激光器能长时间连续运行，满足生产线工作要求。

2.3.2 新型斩光技术（专利保护，拥有自己的知识产权），其特征在于：

2.3.2.1 斩光频率高（5K－40KHz可调），达到国际先进水平。