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武钢华工激光
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冶金行业

METALLURGICAL INDUSTRY

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行业背景 / Industry background

冶金工业是指开采、精选、烧结金属矿石并对其进行冶炼、加工成金属材料的工业部门。据初步估算,全国钢铁行业每年仅各种轧钢生产线上的重要零部件消耗达100亿元。传统办法主要是更换这些设备零部件,甚至因零部件无法使用报废或者更换整机,必须储备大量的备件占用巨额的资金和资源。同时,损伤失效和报废的零部件或者整机基本上作为废品处理,如此连锁叠加造成的资源和资金浪费非常惊人。因此,减少备品备件的消耗和对已使用设备的再制造修复对降低生产成本,提高企业的经济效益具有积极的促进作用,且降低成本的空间很大。其中激光再制造技术对做好备品备件的修理、修复工作,对企业节能降耗具有非常现实的意义。

针对冶金行业零部件磨损及腐蚀严重的问题,武钢华工激光研发设计出行业专用激光熔覆修复设备,轧辊激光毛化设备,以及针对冶金行业零部件激光清洗系列产品。 激光熔覆修复设备可以在零部件金属基材上制备出高性能的合金表面,能显著提高其表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气等性能,不但能延长零部件的使用寿命,还能对已磨损零部件进行修复,恢复原有形貌。 激光合金化利用现代激光技术高能量密度的激光束对涂刷有0.2-0.4mm合金化涂料的工件表面进行快速熔凝处理,合金涂料与基材进行充分的冶金作用,形成无明显界面的合金化层,确保合金化层和基材间的高结合强度,显著提高表面耐磨、抗蚀和耐高温性能。 激光毛化技术作为一项较为成熟的技术,已在轧辊中得到广泛应用,该技术不仅提高了轧辊自身的耐磨性和使用寿命,也使其轧制的板料的成形性能和涂镀性得到提高。 激光清洗包括不同功率、效率、结构的产品,可实现激光除锈、激光除油、激光除氧化层等工艺。

解决方案 / Solution

轧机牌坊激光熔覆修复

轧机牌坊也称为轧机机架、架体,用来安装轧辊、轧辊轴承、轧辊调整装置和导卫装置等零部件,同时也是轧钢设备中的重要承载部件。轧机牌坊材质通常为普通铸钢件,其铸造工艺性决定本体表面不具备高强度、耐腐蚀等性能。由于轧机工作环境恶劣,在长期高温、高热、高压水除鳞、氧化铁皮飞溅环境下服役,窗口表面易受到腐蚀磨损。如何精准地对轧机牌坊进行精准尺寸的修复,成为钢厂亟需解决的问题。

激光熔覆修复技术,采用激光束熔化涂层材料及薄层基材材料,待快速凝固后形成稀释度极低、成分与涂层大体一致的熔覆层的方法,可在牌坊表面形成合金熔覆层,从而改善基材材料表面的耐磨、耐蚀、耐热和抗氧化等性能。还能使已磨损的牌坊同尺寸,类同质修复。通过激光熔覆修复技术加工过的轧机牌坊,熔覆时热输入少,对牌坊整体结构尺寸的影响很小,不会造成牌坊变形的危险,并且激光熔覆层非常平整,不仅可以使表面损伤的部位按要求恢复外形尺寸,还提高了表面耐腐蚀性和耐磨性,从而延长了使用寿命,节约了采购新产品的成本。

高炉风口喷嘴激光熔覆

高炉风口是炼铁厂高炉上的,由高炉风口吹入的高温热风和炉底焦炭氧化燃烧生成CO,CO在高温上升中还原出原来以氧化物形态存在的铁。通常安装于炉腹与炉底之间的炉墙中,前段有500mm伸入炉内,高炉风口的使用环境极端恶劣,不但要承受约1500度以上的高温,还要承受高温铁流的冲刷和炉料、炉渣的磨损,容易失效,传统的解决办法是频繁更换风口,因此导致高炉休风,从而造成低产等问题。如何提高高炉风口的性能,延长其使用寿命成为急需解决的问题。

激光熔覆修复技术,采用激光束熔化涂层材料及薄层基材材料,待快速凝固后形成稀释度极低、成分与涂层大体一致的熔覆层的方法,可在曲轴表面形成合金熔覆层,从而改善基材材料表面的耐磨、耐蚀、耐热和抗氧化等性能。还能使已磨损的高炉风口喷嘴恢复尺寸、类同质、同性能修复。

通过激光熔覆修复技术加工过的高炉风口喷嘴,熔覆时热输入少,对高炉风口喷嘴整体结构尺寸的影响很小,不会造成高炉风口喷嘴变形的危险,并且激光熔覆层非常平整,不仅可以使表面损伤的部位按要求恢复外形尺寸,还提高了表面耐腐蚀性和耐磨性,从而延长了使用寿命,节约了采购新产品的成本。

钢坯辊激光合金化

钢坯辊是钢坯轧机上使金属产生连续塑性变形的主要工作部件和工具,轧辊在工作过程中,处于复杂的应力状态。轧辊与轧件接触加热、轧辊水冷引起的周期性热应力,轧制负荷引起的接触应力、剪切应力以及残余应力,或轧制时卡钢等造成局部发热相起热冲击等,都易使轧辊失效。轧辊失效的主要有剥落、断裂、裂纹等形式。任何一种失效形式都会直接导致轧辊使用寿命缩短。因此,如何延长轧辊使用寿命成为亟需解决的问题。

武钢华工激光新型激光合金化技术主要利用高能密度激光束加热冷凝速率快等特点,使添加的合金元素和基材表层在液态下充分混合而形成合金化层。激光表面合金化与其他传统表面处理方法相比激光处理后具有组织细化、致密,性能好,对基材的热影响小,因而工件的应力变形小等优点。

武钢华工激光的合金化涂料为本公司的专利产品,由超细陶瓷骨料组成,与普通合金化涂料相比,表面吸收效率提高30%以上,硬度、耐磨性和耐高温性能均显著提高。主要应用于钢铁冶金、化工、轻工等行业,可对冷轧辊、热轧辊(如螺纹钢、型钢切分等轧辊)、木浆螺杆等进行合金化加工处理。

冷轧辊激光无序毛化

由于汽车、家电厂商等一些高端用户对毛化钢板的特殊要求,激光的有序毛化效果已不能为之接受。华工激光经过多年的研究,在2011年终于取得突破。通过采用光纤激光器及自主研发的控制装置,可将轧辊表面加工成为无序纹理结构的麻面,从而达到无序毛化的效果。目前已在钢铁行业得到较好的应用,该技术我们已申请国家发明专利。

激光无序毛化采用高能量脉冲激光束作用于轧辊表面,使之加热、熔化并部分汽化。因激光束能量密度相当大,以致熔池内部挥发的气体等离子化并形成等离子体,其压力作用于熔池,使熔池金属向四周堆起,同时在中间产生凹坑。当脉冲停止时凹坑周围堆起的熔化物快速冷却凝固形成凸缘。

经过激光无序毛化的轧辊轧制而成的冷轧板,具有表面糙度均匀、无划伤、无条纹等优点,其板面光亮整洁且板形良好。轧辊毛化后,表面粗糙度Ra值与峰值数Rpc值的关联度低,Ra值在2.0至4.5µm之间均可得到Rpc值110/cm。这一点电火花、喷丸技术毛化是做不到的。目前,该系统可实现两头、四头、多头毛化,可根据用户需求配置可任选,满足用户需求。

焊缝激光清洗

焊接前对焊缝进行清理,一方面为了防止在焊接过程中产生气体,造成焊缝气孔,另一方面可有效减少内在缺陷的机率,减小焊接难度,保证焊接质量,对于重要的结构,焊前清洗是非常有必要的。

激光清洗技术采用高能脉冲激光束照射工件表面,使表面的油污、锈斑等发生瞬间蒸发或膨胀剥离,从而达到洁净化的效果。相较于传统的酸碱洗技术,激光清洗具有清洗效果好、控制精度高、应用范围广、环境零污染、运行成本低、不损伤基材等优点。

客户受益 / Customer Benefits

不损伤基体

由于激光加热速度快,热影响区小,相变硬化应力小,因而进行激光加工及再制造时,对五金工具整体结构尺寸的影响很小,不会造成工具变形的危险。

经济效益高

冶金行业损伤失效和报废的零部件或者整机基本上作为废品处理,如此连锁叠加造成的资源和资金浪费非常惊人,通过使用激光表面强化及再制造加工技术既可以使已经磨损甚至报废的零件恢复使用,并且又能使新产品延长寿命,甚至可以长寿命的周期性使用。激光清洗过程非接触、低噪音且对基体损伤极小,从而减少了成本浪费。激光表面处理设备后期只需对设备部件定期清洗或更换,其保养成本低,接近免维护。

适用于各类工件的不同修复需求

激光熔覆粉末的硬度及特定功能性调整方便,满足各类零部件激光熔覆和修复的需求;激光器的方向及光斑可调,因此,可对形状复杂的零件和不能用其它常规方法处理的零件进行修复强化,以及清洗。激光清洗机功率从50W-1600W不等,可以满足对不同基材的清洗需求。

易于集成自动化控制

激光表面处理及再制造过程简单,易实现自动化控制过程;相比传统的表面修复及清洗技术,激光表面处理技术不产生化学废液,对环境零污染。

应用领域 / application area

激光表面处理技术在冶金行业的应用十分地广泛,包括如铜合金、热轧辊、轧机传动轴、高炉风口喷嘴、夹送辊、输送辊、张力辊、飞剪、大型圆盘锯、行车轮、卷筒、助卷辊、剪刃、导卫、锯片、万向节套筒、扁头套、主传动接轴、交叉头、TRT叶片、齿轮轴、轧机牌坊、减速机齿轮箱和齿轮轴等激光表面强化及再制造;平整机、光整机、轧机等各类冷轧辊工作辊的毛化加工;电机壳、板材、铝板、焊缝、钛板、铝合金、零部件、轴类、活塞杆、不锈钢螺杆等表面激光除油、激光除锈、激光除漆、激光除锌、激光除膜、激光除涂层等清洗技术。

扁头套激光熔覆

侧导板激光熔覆

内孔激光淬火

齿圈激光淬火

棒材轧辊激光合金化

轧辊激光毛化

轧辊激光毛化

轧辊激光无序毛化

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