本发明专利技术公开了一种基于激光熔覆的高速线材轧辊修复方法及其修复结构，其包括以下步骤：(1)预备原料：原料包括过渡层材料及强化层材料；(2)预处理；(3)熔覆过渡层；(4)熔覆强化层；(5)后处理：对具有梯度熔覆部分的轧辊进行加工，使轧辊恢复至磨损前的尺寸。通过逐层熔覆过渡层和强化层，减小了强化层与基体间的材料物性差异，增强了各层间的结合强度，降低了熔覆过程的热应力，减小了熔覆层的开裂趋势，同时过渡层材料及强化层材料均为铁基粉末，与轧辊基体具有良好的相容性，过渡层提供了较好的韧性，同时强化层保证了较高的硬度，硬度实现了梯度变化，使得熔覆层兼具高硬度及高韧性，修补效果好，满足了轧辊修复需求。
【技术实现步骤摘要】
基于激光熔覆的高速线材轧辊修复方法及其修复结构
本专利技术属于轧辊修复
，具体涉及一种基于激光熔覆的高速线材轧辊修复方法及其修复结构。
技术介绍
轧辊是高速线材轧机的重要组成部分，由于其工作环境比较恶劣，需要同时承受高转速、高应力、大扭矩等严苛条件，易造成表面磨损、划伤、开裂等缺陷，因此要求轧辊表面具有较高的硬度。在实际工程应用中，热处理后的轧辊表面硬度可达到55HRC。由于高速线材轧辊一般由合金钢锻造而成，制造成本较高，对于磨损失效的轧辊，如果报废处理，会造成巨大的资源浪费，同时也会增加企业的成本。目前对于失效轧辊的修复方法主要包括堆焊和激光熔覆等，但前者修复过程中热量输入大，易造成涂层表面开裂变形等缺陷；同时较大的热量输入也会增大涂层稀释率，降低使用性能。激光熔覆技术具有热量输入小、稀释率低、晶粒细小、节能高效等优点，因此可用于失效轧辊的修复。由于高速线材轧辊表面的硬度较高，因此为了满足修复需求，熔覆材料也需具有较高的硬度。但激光熔覆陶瓷等高硬度粉末时，熔覆材料与基体材料在导热系数、热膨胀系数以及弹性模量等方面相差较大，熔覆过程中由于膨胀和收缩不均匀而产生热应力，应力值超过一定限度就形成了裂纹。因此在轧辊表面进行高硬度粉末的激光熔覆时，涂层易开裂，熔覆质量难以得到控制。
技术实现思路
针对上述的不足，本专利技术目的之一在于，提供一种修复效果好的基于激光熔覆的高速线材轧辊修复方法；本专利技术目的之二在于，提供一种基于激光熔覆的高速线材轧辊修复结构。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案是：一种基于激光熔覆的高速线材轧辊修复方法，其包括以下步骤：(1)预备原料：原料包括过渡层材料及强化层材料，其中过渡层材料采用粒度为140～325目的Fe1#粉末，Fe1#粉末各组分及重量百分比为：所述强化层材料采用粒度为140～325目的Fe5#粉末，Fe5#粉末各组分及重量百分比为：(2)预处理：对轧辊待修复部位进行预处理，去除锈蚀部分；(3)熔覆过渡层：对待修复轧辊进行定位固定，利用同步侧向送粉激光熔覆技术将Fe1#粉末添加在轧辊待修复部位上并通过激光束使Fe1#粉末熔覆在轧辊待修复部位上，形成过渡层；(4)熔覆强化层：利用同步侧向送粉激光熔覆技术将Fe5#粉末添加在过渡层上并通过激光束使Fe5#粉末熔覆在过渡层上，形成强化层；该强化层与过渡层组合成梯度熔覆部分；(5)后处理：对具有梯度熔覆部分的轧辊进行加工，使轧辊恢复至磨损前的尺寸。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤(2)具体包括以下步骤：(2.1)先用车床车去轧辊待修复部位的锈蚀部分；(2.2)用渗透探伤法检测轧辊待修复部位表面质量，若表面有裂纹，则车去修复部位表面的表层，再次进行检测，直至表面无裂纹及相关缺陷，然后用砂纸打磨光滑；(2.3)用无水乙醇将轧辊待修复部位清洗干净。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤(3)具体包括以下步骤：(3.1)配合龙门吊和四爪卡盘将待修复轧辊固定，调节卡盘螺杆，并用百分表将轧辊对正，然后用顶尖顶牢；(3.2)设定激光焊接机的机械臂水平运动速度Va及卡盘转速n，由于激光搭接率为50％，因此两者由下式得出：其中Vf为激光扫描速度，d为圆形光斑直径，D为轴颈直径。作为本专利技术的一种优选方案，步骤(3.2)中的激光焊接机的激光功率设定为2kW，圆形光斑直径设定为4mm，激光扫描速度设定为10mm/s，送粉速率设定为1.5g/s，熔池保护气体设定为氩气，气流量设定为10L/min，熔覆后过渡层的厚度为0.5～2mm。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤(4)具体包括以下步骤：(4.1)利用渗透探伤法检测过渡层表面，若过渡层表面无裂纹则进行下一步操作；若过渡层表面有裂纹，则车去过渡层表层，然后再次进行检测，直至过渡层表层无裂纹为止；(4.2)将激光焊接机的激光功率设定为2kW，圆形光斑直径设定为4mm，激光扫描速度设定为10mm/s，熔池保护气体设定为氩气，气流量设定为10L/min，送粉速率设定为1.5g/s，将Fe5#粉末添加在过渡层上并通过激光束使Fe5#粉末熔覆在过渡层上形成强化层，熔覆后强化层的厚度为0.5～2mm。作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤(5)具体包括以下步骤：(5.1)对具有梯度熔覆部分的轧辊进行车削加工，以去除梯度熔覆部分由于多道搭接产生的凹凸表面；(5.2)对车削后的表面进行磨削加工，使轧辊达到磨损前的尺寸；(5.3)对磨削加工后的表面进行激光清洗，以去除表面杂质，得到修复后的轧辊。一种基于激光熔覆的高速线材轧辊修复结构，其包括轧辊，所述轧辊的修复部位依次熔覆有过渡层和强化层。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的方法的工艺简易，易于实现，通过逐层熔覆过渡层和强化层，减小了强化层与基体间的材料物性差异，增强了各层间的结合强度，降低了熔覆过程的热应力，减小了熔覆层的开裂趋势，解决了传统直接熔覆强化层导致的易开裂、结合强度低等问题，同时过渡层材料及强化层材料均为铁基粉末，与轧辊基体具有良好的相容性，克服了高硬度陶瓷等材料与基体相容性差的缺陷,并且加入了适量的Ni元素和B、Si等元素，Ni元素可以提高涂层的抗开裂能力，B和Si元素具有良好的脱氧造渣作用，可以增强熔覆材料的润湿性,修补效果好，过渡层提供了较好的韧性，同时强化层保证了较高的硬度，硬度实现了梯度变化，使得熔覆层兼具高硬度及高韧性，满足了轧辊修复需求。下面结合附图与实施例，对本专利技术进一步说明。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。图2本专利技术熔覆时结构示意图。具体实施方式实施例1：本实施例提供的一种基于激光熔覆的高速线材轧辊修复方法，其包括以下步骤：(1)预备原料：原料包括过渡层材料及强化层材料，为了提高熔覆层与基体的材料相容性，过渡层材料与强化层材料均采用铁基粉末。其中过渡层材料采用粒度为140～325目的Fe1#粉末，Fe1#粉末各组分及重量百分比为：C0.05％，Si0.9％，Cr17％，Ni13％，Mo2％，B0.7％，Fe66.35％；所述强化层材料采用粒度为140～325目的Fe5#粉末，Fe5#粉末各组分及重量百分比为：C1％，Si0.5％，Cr16％，Ni3％，Mo0.5％，B0.8％，Mn1.2％，Fe77％；(2)预处理：高速线材轧辊长期工作在恶劣环境下，轴颈与辊环的配合面磨损锈蚀严重，失效后的轧辊轴颈磨损后导致尺寸不足，造成轧辊松动，轧机无法正常工作，因此需要对轧辊的磨损部拉进行修复。用车床车去轧辊待修复部位的锈蚀部分，然后用渗透探伤法检测轧辊待修复部位表面质量，若表面有裂纹，则车去修复部位表面的表层，再次进行检测，直至表面无裂纹及相关缺陷，然后用砂纸打磨光滑，最后用无水乙醇将轧辊待修复部位清洗干净；(3)熔覆过渡层：对待本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于激光熔覆的高速线材轧辊修复方法，其特征在于，其包括以下步骤：/n(1)预备原料：原料包括过渡层材料及强化层材料，其中过渡层材料采用粒度为140～325目的Fe1#粉末，Fe1#粉末各组分及重量百分比为：/n
【技术特征摘要】
1.一种基于激光熔覆的高速线材轧辊修复方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)预备原料：原料包括过渡层材料及强化层材料，其中过渡层材料采用粒度为140～325目的Fe1#粉末，Fe1#粉末各组分及重量百分比为：
所述强化层材料采用粒度为140～325目的Fe5#粉末，Fe5#粉末各组分及重量百分比为：
(2)预处理：对轧辊待修复部位进行预处理，去除锈蚀部分；
(3)熔覆过渡层：对待修复轧辊进行定位固定，利用同步侧向送粉激光熔覆技术将Fe1#粉末添加在轧辊待修复部位上并通过激光束使Fe1#粉末熔覆在轧辊待修复部位上，形成过渡层；
(4)熔覆强化层：利用同步侧向送粉激光熔覆技术将Fe5#粉末添加在过渡层上并通过激光束使Fe5#粉末熔覆在过渡层上，形成强化层；该强化层与过渡层组合成梯度熔覆部分；
(5)后处理：对具有梯度熔覆部分的轧辊进行加工，使轧辊恢复至磨损前的尺寸。
2.根据权利要求1所述的基于激光熔覆的高速线材轧辊修复方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括以下步骤：
(2.1)先用车床车去轧辊待修复部位的锈蚀部分；
(2.2)用渗透探伤法检测轧辊待修复部位表面质量，若表面有裂纹，则车去修复部位表面的表层，再次进行检测，直至表面无裂纹及相关缺陷，然后用砂纸打磨光滑；
(2.3)用无水乙醇将轧辊待修复部位清洗干净。
3.根据权利要求1所述的基于激光熔覆的高速线材轧辊修复方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)配合龙门吊和四爪卡盘将待修复轧辊固定，调节卡盘螺杆，并用百分表将轧辊对正，然后用顶尖顶牢；
(3.2)设定激光焊接机的机械臂水平运动速度Va及卡盘转速n，由于激光搭接率为50％，因此两者由下式得出：
其中Vf为激光扫描速度，d为圆形光斑直径，D为轴颈直径。
4.根据权利要求3所述的基于激光熔覆的高速线材轧辊修复方法，其特征在于，步骤(3.2)中的激光焊接机的激光功率设定为2kW，圆形光斑直径设定为4mm，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张冠，范鹏飞，王恪典，孙文磊，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65
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