轧辊表面高重频脉冲激光诱导电极定向放电的毛化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种轧辊表面高重频脉冲激光诱导电极定向放电的毛化装置，其特征在于：该装置包括脉冲电源、高重频脉冲激光发生器、放电电极、控制装置，所述脉冲电源的两极分别连接所述待加工轧辊及放电电极，所述放电电极设置于靠近所述激光发生器的激光焦点处，并且所述放电电极与待加工轧辊之间留有间距，所述控制装置控制所述脉冲电源及所述高重频脉冲激光发生器的工作。该装置指向性好、工作频率高、功率大、毛化分布与均匀性可控制性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属材料的表面加工设备。
技术介绍
优质的冷轧薄钢板表面要求具有一定的粗糙度形貌，以改善钢板的成型性能和涂镀性能。生产优质冷轧薄板，首先要对轧机工作辊表面进行毛化造形，然后轧机使用毛化轧辊轧制出所需粗糙度形貌的冷轧毛化薄板。目前，轧辊的毛化技术包括喷丸毛化(SBT)、电火花毛化(EDT)、激光毛化(LT)和电子束毛化(EBT)，喷丸毛化是用压缩空气把硬质钢砂高速喷射到轧辊表面，依靠钢砂的动能冲击使轧辊表面塑性变形而改变表面形貌；电火花毛化是用多对电极，在电介质油液中对轧辊表面放电熔凝造形；激光毛化技术又分为两种，CO2激光毛化是采用高速旋转的机械斩波器阻断聚焦的激光束形成脉冲激光，对轧辊表面进行熔凝毛化。YAG激光毛化是通过声一光调Q开关控制激光腔内的增益，从而形成高重复频率脉冲激光束对轧辊表面实现毛化，如本申请人在1992年提出的专利申请；电子束毛化是用电子枪产生电子束，经磁透镜聚焦对辊面实行毛化，毛化系统和轧辊必须在真空环境下加工。以上毛化方法从轧辊表面毛化的粗糙形貌看，其表面形貌结构又分为两类随机分布毛化和可控分布毛化，喷丸毛化及电火花毛化属不可控的随机分布毛化，而激光毛化和电子束毛化属于可控分布毛化。轧辊的随机分布毛化，是由高速喷射砂丸反复撞击辊面或通过多对电极在介质油中反复向辊面多次放电熔凝而成，由于毛化过程不可控制，辊面的作用强化点常有重叠，粗糙度均匀性较差，而且强化点之间存在大量连通的微细沟槽，不利于受力状况下润滑油、液的储存，在板材成型时，不利于材料变形流动，在一定程度上影响了深冲性能。采用激光束和电子束对轧辊表面的可控毛化，由于激光和真空中的电子束均是直线传播，方向性极佳，在计算机控制下，每个毛化点在辊面上的作用位置可精确控制，因此毛化粗糙度的均匀性好。同时，毛化点为均布的孤立微坑存在，每个微坑储油润滑不易流失，在板材成形时能有效降低摩擦系数，提高深冲和涂镀性能。因此在开发生产高质量冷轧薄板带箔时，可控分布毛化技术越来越显示出优势。但可控分布毛化，均是采用单束光(或电子束)毛化，其毛化速度不如喷丸毛化和电火花毛化(往往采用多对电极放电)快。特别是固态YAG激光毛化调制高重复频率所必须的声一光Q开关受驱动功率限制，难使激光毛化激光器功率进一步提高，以满足轧辊更高速毛化和高粗糙度毛化的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种速度快、指向性好、工作频率高、功率大、毛化分布的均匀性可控制性好的轧辊表面高重频脉冲激光诱导电极定向放电的毛化装置。为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案为一种轧辊表面高重频脉冲激光诱导电极定向放电的毛化装置，该装置包括脉冲电源、高重频脉冲激光发生器、放电电极、控制装置，所述脉冲电源的两极分别连接所述待加工轧辊及放电电极，所述放电电极设置于靠近所述激光发生器的激光焦点处，并且所述放电电极与待加工轧辊之间留有间距，所述控制装置控制所述脉冲电源及所述高重频脉冲激光发生器的工作。进一步，所述高重频脉冲激光发生器包括依次连接的声光驱动电源、激光器、反射镜、聚焦透镜，所述声光驱动电源与所述控制装置相连接。进一步，所述激光器为声-光调Q的YAG激光器。进一步，所述脉冲电源为充放电电源，该充放电电源回路为一高压回路和一低压回路并联而成。进一步，所述脉冲电源负极连接所述放电电极，正极连接所述待加工轧辊。进一步，所述放电电极为针状电极。进一步，所述放电电极为旋转电极，该旋转电极包括圆盘电极及与圆盘电极相连接的驱动装置，所述圆盘电极圆弧边缘断面为尖角形状。进一步，所述尖角为20-30度。进一步，所述反射镜上镀有可使可见光透过的光学镀层，在所述反射镜下方设有摄象头，该摄象头连接所述控制装置。进一步，该装置还包括轧辊夹持机构，该轧辊夹持机构包括旋转轴、导轨、溜板，旋转轴固定于导轨一端，溜板与导轨相匹配并可相对导轨滑动，所述反射镜、聚焦透镜、放电电极均固定于溜板上，待加工轧辊固定于旋转轴上。采用上述结构后，由于该轧辊表面毛化装置包括脉冲电源、高重频脉冲激光发生装置、放电电极及控制装置，在控制装置的的控制下，脉冲激光发生装置输出的脉冲激光束聚焦到待加工轧辊的辊面上，使辊面上产生等离子体羽，诱导放电电极向待加工轧辊表面放电，形成熔凝斑。本专利技术保留了激光的指向性好、毛化分布与均匀性可控制性好、工作频率高，和放电电源的放电功率可根据需要提高的优点，因此本装置达到了毛化功率大、频率高的效果，同时又克服了可控性差的问题，及单纯YAG激光毛化能量转换效率低、功率难以提高等缺点。实验表明，单独的激光毛化、电火花毛化后辊面粗糙度Ra难以达到5.0μm，而本专利技术的高重频YAG激光诱导定向放电毛化方法，可使辊面毛化粗糙度Ra在1.5-14.0μm大范围可控。另外，所述高重频脉冲激光发生器中包含有反射镜，在反射镜下方设有CCD摄象头，CCD摄象头连接控制装置，因此CCD摄象头将采集到的轧辊表面的图象输入计算机，可对轧辊表面的形貌特征进行显示观察，同时也可用于观察调节聚焦透镜相对于轧辊辊面的位置，使整个毛化过程更加可控；放电电极采用旋转电极后，在高重频脉冲激光诱导放电过程中，由于圆盘的不停转动，每次放电作用在圆盘边缘的不同点上，这就大大减小了持续放电造成的电极尖端的过热烧蚀现象，另外，以圆盘的圆周代替针状电极的尖端，使电极放电点由一个点扩展到整个圆周线上，相当于增加了电极数量，减少了电极上的热量累计，同时，由于圆盘热容量大，圆盘的转动又使散热加快，从而显著提高放电极的使用寿命，使轧辊毛化更加均匀。另外，充放电电源回路为一高压回路和一低压回路并联而成，高压回路保证了两电极间电压足够高，诱导放电击穿，低压回路则提供击穿后所需的大电流。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术脉冲电源的电路结构图；图3A为正极放电时得到的熔凝斑的效果图；图3B为负极放电时得到的熔凝斑的效果图；图4A为大气环境下单纯YAG激光毛化得到的辊面图；图4B为大气环境下本专利技术毛化得到的辊面图；图5为旋转电极的结构示意图。具体实施例方式如图1所示，一种轧辊表面高重频脉冲激光诱导电极定向放电的毛化装置，该装置包括脉冲电源1、高重频脉冲激光发生器2、放电电极3、控制装置4及待加工轧辊5、轧辊夹持机构6；脉冲电源1为快速充放电电源，负极连接放电电极3，正极连接待加工轧辊5，放电电极3与待加工轧辊5之间留有不大于1mm的间距，该间距内充满空气，放电电极3与待加工轧辊5之间的击穿电压在3000伏特以上，脉冲电源1的脉冲极间电压最高为500伏特，从而保证放电电极3与待加工轧辊5之间不会自动击穿放电。所述放电电极3为针状电极。脉冲电源1为快速充放电电源，其电路结构如图2所示，为保证在高重频工作状况下激光能可靠诱导放电，该充放电电源回路为一高压回路和一低压回路并联而成，高压回路的作用是易使两电极间诱导放电击穿，低压回路则提供击穿后所需的大电流，图2中，m、n为两相电源低压整流后输入端，输入电压为100-500伏特，p、q为两相电高压整流后输入端，输入电压为300-1000伏特，C1、IGBT1、R1相互串联构成低压充电回路对电容C2充电，C2通过IGBT2，在激光诱导情况下，经放电电极向待加工轧辊5表面放电。C4、IGBT4、R2相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轧辊表面高重频脉冲激光诱导电极定向放电的毛化装置，其特征在于：该装置包括脉冲电源、高重频脉冲激光发生器、放电电极、控制装置，所述脉冲电源的两极分别连接所述待加工轧辊及放电电极，所述放电电极设置于靠近所述激光发生器的激光焦点处，并且所述放电电极与待加工轧辊之间留有间距，所述控制装置控制所述脉冲电源及所述高重频脉冲激光发生器的工作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明江，王之桐，刘会婷，陈国幼，覃志康，石茂，吴惠忠，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]