轧辊表面脉冲激光三维微改形过程参数分析

从研究和分析脉冲激光参数入手,提出了轧辊表面一种球冠状微凸新形貌的脉冲激光三维微改形(毛化处理)新机制,并最终成功获得了预先优化设计的新的三维微观形貌尺寸。在试验中,通过运用激光毛化新机制,对激光脉冲参数(脉冲波形、脉冲能量、脉冲宽度、离焦量等)进行了分析研究和匹配,并获得了该新形貌及尺寸。另对脉冲激光参数与轧辊主要形貌参数的影响规律作了进一步的研究。结果表明,单脉冲能量的大小及其空间分布是形成球冠状微凸新形貌和尺寸的关键因素。     

模具表面球冠状微凸体形貌的激光加工

为了减少磨损,延长模具的使用寿命,在模具表面应用激光毛化处理。采用200W灯抽运Nd:YAG激光器,进行系统的激光毛化工艺试验,得出脉冲激光参量对模具表面微观形貌主要几何参量的影响规律,最终获得了预期的几何形貌。并分别测量和分析了毛化模具表面硬度和金相组织状况。结果表明,微凸体表面硬度比基体材料的表面硬度提高了30%~40%,提高了模具表面的耐磨性。     

模具表面微凸体形貌激光毛化过程参数分析

为了提高模具耐磨性能和板料的成形性能,并精确控制模具表面毛化形貌尺寸,采用灯泵浦Nd:YAG激光器.运用单因素轮换法,进行了系统的激光毛化工艺试验.对激光脉冲参数(泵浦电压、脉冲宽度、离焦量等)与模具表面主要形貌参数(凹坑直径、凸肩直径、凸肩高度及凹坑深度)的影响规律作了进一步的研究.结果表明,单脉冲能量的大小及作用时间是形成精确尺寸球冠状微凸形貌的关键凶素.     

光纤激光轧辊毛化工艺参数研究

针对CO₂激光器和YAG激光器的种种不足,采用光纤激光毛化柔性工作站,对轧辊表面进行了不同尺寸和分布的毛化点彤貌加工。分析了光纤激光功率、脉冲频率、脉冲宽度、扫描速度、离焦量等工艺参数对毛化点形貌的影响。结果表明:通过合理匹配毛化工艺参数,能够得到精确可控的轧辊毛化形貌和满足生产要求的粗糙度,也可以实现相对无序的毛化点排列。     

激光毛化对拉延模表面摩擦学特性的影响

为了对激光技术在拉延模表面的性能影响进行研究,从激光毛化微凸体形貌特征及拉延成形中摩擦行为特点的角度,研究了在拉延成形过程中,激光毛化表面的摩擦力及由微凸体接触摩擦系数和润滑摩擦系数组成的合成摩擦系数,建立了摩擦系数与表面微观形貌几何参量之间的映射关系模型,讨论了激光毛化形貌参量对表面摩擦系数的影响,并通过采用大量激光毛化摩擦学模拟实验验证该模型的准确性。结果表明,激光毛化改善了拉延模表面摩擦学特性,且该模型为进一步研究激光毛化在拉延成形中应用提供了理论依据。     

轧辊表面光纤激光毛化工艺研究

利用光纤激光柔性工作站对轧辊表面进行毛化,研究了激光射出头姿态、侧吹角对毛化点形貌、毛化后轧辊表面粗糙度的影响,分析了其影响规律,总结出了最佳毛化工艺.结果表明,12点位置和3点位置在特定侧吹角度时,毛化点分布相对独立,凸台金属分布集中,无点与点搭接现象,毛化点形貌满足要求.12点位置和9点位置各侧吹角度下的毛化表面粗糙度均满足要求.综合对毛花点形貌及毛化后轧辊表面粗糙度要求,12点位置的毛化效果优于3点位置.研究结果已应用于实际生产.     

轧辊表面激光毛化技术及装备

针对轧辊表面激光毛化的特点,探讨了轧辊表面激光毛化技术及装备的发展现状及趋势,分析了轧辊表面激光毛化脉冲装置的原理、结构和特点,指出了轧辊表面激光毛化技术及装备的难点技术及可能的解决方法。     

激光毛化对电子标签粘接性能的影响

利用纳秒脉冲激光器对316不锈钢表面进行激光毛化处理,研究激光毛化后材料表面形貌对电子标签粘接性能的影响。通过微机控制万能试验机对粘接结合力进行测量,研究激光毛化对材料表面形貌及粘接性能的影响规律,确定最佳激光毛化工艺参数。激光毛化可有效地提高材料表面粗糙度及接触面积,在最佳激光毛化工艺(激光功率200 W,扫描速度4 050 mm/s,重复频率50 kHz,脉冲宽度270 ns,填充线间距0.081 mm)下,激光毛化后材料表面的粗糙度较未处理前的0.024μm提升到2.406μm;激光毛化后粘接结合力为48.5 N,较未处理的粘接结合力18.2 N提高了166%。     

光纤激光无序毛化

为了提高轧辊表面强度,减小应力集中,延长轧辊寿命,利用光纤激光毛化设备对轧辊表面进行无序毛化。研究了激光功率、轧辊转速、激光头平移速度以及脉冲频率对无序毛化点分布的影响,提出了四种无序毛化的方法,即:速度调试法、频率调试法、外部调试法和综合调试法。实验结果表明,四种方法都可以实现无序毛化,其中综合调试法无序化程度更大,毛化质量最佳。研究结果已应用于实际生产。     

圆锥轧辊激光毛化加工研究

在圆锥轧辊轧制带钢时,为了增强轧辊与带钢之间的摩擦力,采用对轧辊表面进行激光毛化的方法,对圆锥轧辊的激光毛化加工过程进行了分析研究,给出加工系统的硬件组成,介绍了加工系统的控制原理。由于在圆锥轧辊表面进行激光毛化属于变径加工,为了保证每个加工圆周处毛化点之间的点距不变,推导出每个加工圆周处圆周直径、总脉冲个数和分频系数等的计算公式,同时给出相应算法,解决了每个加工圆周处最后1个毛化点与第1个毛化点之间间距总是大于点距的问题。结果表明,在圆锥轧辊表面进行激光毛化,不仅增强了轧辊与带钢之间的摩擦力,同时还延长了轧辊的使用寿命。     

激光毛化加工新型调制斩光系统的设计

为了提高CO2激光毛化轧辊的质量，根据激光束扩束聚焦的特点，设计了一种新型激光束调制斩光系统。采用机械式调制斩光盘使激光束交替透射与反射到加工表面，达到先预热后毛化或双点毛化的效果。讨论了激光束的调制聚焦光学参数的选择方法，并结合实例进行了讨论。结果表明，通过对光腰位置以及散焦程度进行调节，可以获得合理的焦斑大小与能量密度。使用该光束调制装置加工的毛化轧辊表面具有各向同性和均匀一致的粗糙度，以及较高的耐磨性。     

多棱镜扫描分光多头激光毛化圆形毛化点分析

为了得到圆形的毛化点以改善传统单头激光毛化技术椭圆毛化点对轧制钢板的均匀性和力学性能的影响,提出了一种采用多棱镜扫描分光技术的多头激光毛化设备.在一定离焦量下,使得扫描过程中扫描光束所带来聚焦点非均匀移动可以与轧辊同步运行,理论上可以获得椭圆度(长短轴比)最小为1.0010957的近似圆形毛化点,并进行了生产实践.结果表明,理论分析计算与实际结果较为符合.通过对离焦量、扫描速度等毛化参量的控制,可以获得椭圆度根据特殊要求任意调整的毛化点,这为多头激光毛化技术的应用提供了指导.     

脉冲激光毛化加工的计算机流体动力学数值模拟

激光毛化的温度场和熔化过程流动状态的变化,以及因辅助气体等导致的对流换热边界条件变化都会对材料表面成形质量和组织转变产生重要影响。于是建立了模拟激光毛化的三维瞬态模型,该模型考虑了热传导、对流传热及熔池表面的形貌变化等因素,采用焓法与流体体积(VOF)方法处理固液相变移动边界与自由表面的问题,利用Fluent软件和用户自定义函数(UDF)方法求解,处理了辅助气体的驱动作用及自由表面和相界面的演化,得出了脉冲激光毛化过程中各种加工参数下熔池的形状、大小以及熔池内的温度、速度分布。实际毛化加工结果与数值模拟结果基本一致。     

Controlled Laser Transformation Hardening of Martensitic Stainless Steel by Pulsed Nd: YAG Laser

Laser transformation hardening (LTH) was applied to the surface of the AISI 420 martensitic stainless steel by a pulsed Nd:YAG laser to obtain optimum hardness. The influences of process parameters (laser pulse energy, duration time, and travel speed) on the depth and hardness of laser treated area were investigated. Image analysis of SEM microstructure of AISI 420 showed that plate-like carbide have almost fully and (30~40)% of globular carbide particles dissolved into the matrix after laser transformation hardening by pulsed laser and the microstructure was refined to obtain controlled tempered martensite microstructure with 450 VHN hardness.     

射频脉冲CO2激光轧辊毛化技术及工艺实验研究

利用射频激励CO2激光器开发的轧辊毛化设备具有激光脉冲调制简单、结构紧凑、运行和维护费用低等优点.通过实验研究和讨论了射频CO2激光毛化中各种工艺参数的影响.在选取合适的辅助气体作用方式、压力和离焦量的情况下,实际测量结果表明激光重复频率、脉冲宽度、加工速度对毛化点大小和几何形状的影响最直接.