CN108220956A - 一种轧辊激光熔敷修复装置及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于表面处理技术领域，旨在提供一种轧辊激光熔敷修复装置及修复方法，该轧辊激光熔敷修复装置的送料器向水平安装且转动的待修复轧辊的待修复面上对应的发射光斑内交替循环送第一修复材料或第二修复材料，同时，激光器能将发射光斑上的第一修复材料和第二修复材料分别均匀熔敷成打底层和工作层，其中，第一修复材料的硬度小于第二修复材料的硬度，修复后的轧辊的最外层为工作层，且第二修复材料的硬度分别大于或等于轧辊的目标硬度，故，即可快速且平缓地在待修复面上交替形成打底层和工作层，避免开裂问题，表面平整度高，加工难度小，能实现增材，适于磨损量较大或较小的情况，能一次性达到轧辊的硬度要求，不需进行后续的热处理。

Description

一种轧辊激光熔敷修复装置及修复方法

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，更具体地说，是涉及一种轧辊激光熔敷修复装置及修复方法。

背景技术

轧辊，是轧机上使金属产生连续塑性变形的主要部件。通常，轧辊的工作表面一旦受到磨损等而失效，将会导致整个轧辊报废，这必将造成巨大的材料浪费。显然，轧辊的质量优劣、使用寿命的长短将直接影响到轧机的作业率、轧钢的质量以及轧机设备的维修费用等。为延长轧辊的使用寿命，通常需对轧辊的工作表面进行修复。轧辊按所轧钢材的状态分为热轧辊和冷轧辊。以热轧辊为例，目前主要有以下两种修复方式：

(1)采用电弧堆焊、等离子堆焊等堆焊修复技术将磨损的轧辊修复至原始直径，此方式虽然能保证轧辊的辊径不变，但其效率低，很难一次性实现轧辊要求的性能，需要在焊后进行后续的热处理等相关工艺，且堆焊后的表面凹凸不平，这样，为保证轧辊使用的表面平整度要求，还需另外加工去掉一部分修复层，由此，加工难度加大。不仅如此，在堆焊修复过程中，容易出现各种缺陷，主要是在磨损量较大的情况下，容易出现开裂。所以，此方式不适于磨损量较大(如修复厚度在2～3mm左右)的轧辊的修复；

(2)采用激光淬火技术直接对磨损后的轧辊进行淬火硬化，使其恢复到轧辊使用要求的硬度，然而，此方式不能实现增材，故，反复使用直至轧辊磨损至报废尺寸后，将最终报废。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轧辊激光熔敷修复装置，用以解决现有技术中存在的现有的轧辊修复技术修复效率低、无法一次性达到轧辊的硬度要求、表面凹凸不平、加工难度大以及容易开裂不适于磨损量较大的情况，或者不能实现增材，致使反复使用后容易报废的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种轧辊激光熔敷修复装置，该轧辊激光熔敷修复装置包括待修复轧辊、用以支撑所述待修复轧辊并确保所述待修复轧辊的待修复面保持水平的用以驱动所述待修复轧辊周向转动的变位支撑装置、往所述待修复轧辊的所述待修复面上交替循环送第一修复材料或第二修复材料的送料器、发射激光用以将所述待修复面上的所述第一修复材料和所述第二修复材料分别均匀熔敷成打底层和工作层的激光器、连接有所述激光器并能带动所述激光器在立体空间内自由移动的移动装置以及控制所述变位支撑装置、所述送料器、所述激光器和所述移动装置的控制装置；

所述第一修复材料的硬度小于所述第二修复材料的硬度，所述第二修复材料的硬度和耐磨性分别大于或等于轧辊的目标硬度和目标耐磨性，且修复后的轧辊的最外层为所述工作层。

进一步地，所述激光器的发射光斑为矩形光斑或圆形光斑。

进一步地，所述激光器的功率范围为2000W～9000W。

更进一步地，所述激光器的发射光斑为所述矩形光斑时，所述矩形光斑的长度范围为6mm～30mm，宽度范围为1mm～5mm。

进一步地，所述送料器包括送料主体和通过送料管与所述送料主体相连、能将所述第一修复材料和所述第二修复材料交替循环输送至所述激光器的所述发射光斑上的喷嘴；所述喷嘴为同轴喷嘴，设于所述激光器上且与所述激光器同轴；所述喷嘴为侧向喷嘴，位于所述待修复轧辊的轴线方向上且位于所述激光器的侧向；所述喷嘴最大的一次性送料量为0～200g/min。

进一步地，所述移动装置为三轴联动装置或六轴自由度机器人。

更进一步地，所述三轴联动装置包括用以带动所述激光器沿X轴方向移动的X轴移动桁架、用以带动所述激光器沿Y轴方向移动的Y轴移动桁架和用以带动所述激光器沿Z轴方向移动的Z轴移动桁架，所述激光器连接在所述Z轴移动桁架上。

进一步地，所述变位支撑装置包括支撑组件和用以驱动所述待修复轧辊周向转动的变位机，所述待修复轧辊的一端设于所述支撑组件上，另一端设于所述变位机上。

与现有技术相比，本发明提供的轧辊激光熔敷修复装置的有益效果在于：

该轧辊激光熔敷修复装置包括待修复轧辊以及由控制装置控制的变位支撑装置、送料器、激光器和移动装置。将待修复轧辊安装在变位支撑装置上并保持待修复面水平，送料器向由变位支撑装置驱动以周向转动的待修复轧辊的待修复面上交替循环送第一修复材料或第二修复材料，同时，激光器在移动装置的带动下将第一修复材料和第二修复材料分别均匀熔敷成打底层和工作层，这样，即可在待修复面上形成打底层和工作层的交替层叠结构的修复层组，总体上，生产效率高、整体表面平整度高及加工难度小，能实现增材，即使反复使用也不会因磨损过渡而轻易报废，不仅适于磨损量较大的情况还适于少量磨损的情况；因第一修复材料的硬度小于第二修复材料的硬度，因而通过多层软硬度不同的分级修复，还能更加平缓地过渡修复，有效地避免开裂问题；另外，修复后的轧辊的最外层为工作层，且第二修复材料的硬度和耐磨性分别大于或等于轧辊的目标硬度和目标耐磨性，因而，能一次性达到轧辊的硬度要求，不需进行后续的热处理。

本发明的目的还提供了一种轧辊激光熔敷修复方法，用以解决现有的轧辊修复方法中存在的生产效率低，修复后的轧辊的表面凹凸不平、加工难度大、容易开裂且不适于磨损量较大的情况，或者无法实现增材的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种轧辊激光熔敷修复方法，所述轧辊激光熔敷修复方法为使用上述轧辊激光熔敷修复装置对所述待修复轧辊进行修复的方法；其中，该修复方法的步骤包括以下：

S10：将所述待修复轧辊安装在所述变位支撑装置上，并确保所述待修复轧辊保持水平且平行于X轴；

S20：清洗安装后的所述待修复轧辊；

S30：所述激光器在所述移动装置的带动下移动至所述待修复轧辊的所述待修复面的目标初始位置，所述变位机在所述控制装置的控制下带动所述待修复轧辊沿目标方向以目标转速转动；

S40：所述送料器按第一目标搭接量将所述第一修复材料送至所述待修复面上或所述工作层上；同时，于所述待修复面上或所述工作层上，在所述控制装置的控制和所述移动装置的带动下，所述激光器发射的激光按第一目标熔敷速度沿第一X轴方向移动以将所述第一修复材料均匀螺旋熔敷成所述打底层；

S50：所述送料器按第二目标搭接量将所述第二修复材料送至所述打底层上；同时，于所述打底层上，在所述控制装置的控制和所述移动装置的带动下，所述激光器发射的激光按第二目标熔敷速度沿第二X轴方向移动以将所述第二修复材料均匀螺旋熔敷成所述工作层；其中，所述第二X轴方向为所述第一X轴方向的反方向；

S60：依次循环交替执行所述步骤S40和所述步骤S50，直至所述待修复轧辊的尺寸恢复至轧辊的原始尺寸，并确保修复后的轧辊的最外层为所述工作层；

S70：对修复后的轧辊进行保温处理，待所述修复后的轧辊冷却后，表面加工到轧辊的所述原始尺寸。

进一步地，所述第一目标搭接量＝所述打底层的宽度b×搭接百分比a；所述移动装置沿所述第一X轴方向的移动距离L＝所述打底层的宽度b-所述打底层的宽度b×搭接百分比a；所述移动装置沿所述第一X轴方向的移动速度V＝所述移动装置沿所述第一X轴方向的移动距离L÷所述待修复轧辊转动一周所需的时间S。

与现有技术相比，本发明提供的轧辊激光熔敷修复方法的有益效果在于：该轧辊激光熔敷修复方法借用上述的轧辊激光熔敷修复装置，通过各步骤的协调配合，最终快速且平缓地修复出最外层为工作层的由打底层和工作层交替熔敷而成的修复层组，然后，将修复后的轧辊进行保温处理，总体上，该修复方法的生产效率高，修复出的轧辊的表面平整度高、易于加工、不易开裂且适于磨损量较大的情况，适于磨损量较大的情况还适于少量磨损的情况。另外，还能实现增材。

附图说明

为更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中轧辊激光熔敷修复装置的结构示意简图。

其中，附图中的标号如下：

100-待修复轧辊、110-待修复面；

200-变位支撑装置、210-支撑组件、220-变位机、230-装夹装置；

300-送料器、310-送料主体、320-喷嘴、330-送料管；400-激光器；

500-移动装置、510-X轴移动桁架、520-Y轴移动桁架、530-Z轴移动桁架、540-桁架支架、550-连接装置。

具体实施方式

为使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，进一步对本发明作详细说明。其中，本发明具体实施例的附图中相同或相似的标号表示相同或相似的元件，或者具有相同或类似功能的元件。应当理解地，下面所描述的具体实施例旨在用于解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。总之，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以下结合附图对本发明提供的一种轧辊激光熔敷修复装置的实现进行详细地描述。

需说明的是，该轧辊激光熔敷修复装置，主要用于修复热轧辊，当然，实际上，还可用于冷轧辊，或其它合适的产品，不仅限于轧辊的修复。总体上，该轧辊激光熔敷修复装置通过采用高效率的激光器400，并匹配大送料量的送料器300，以及控制装置(图未示)精确地控制移动装置500来带动激光器400交替熔敷出打底层和工作层，提高了生产效率，实现了大磨损量轧辊的激光熔敷修复，平缓地过渡修复确保熔敷过程中不会开裂，修复完后轧辊表面的平整性佳，减小后续的加工量以及能一次性达到轧辊的硬度要求，或者能实现增材，不会因反复使用而直接报废，大大地节省轧辊的耗材。

如图1所示，该轧辊激光熔敷修复装置，包括待修复轧辊100、变位支撑装置200、送料器300、激光器400、移动装置500和控制装置(图未示)。需说明的是，待修复轧辊100一般包括有辊身(图未示)和轴头(图未示)，其中，待修复轧辊100的待修复面110位于辊身上。控制装置(图未示)主要是用以控制变位支撑装置200、送料器300、激光器400和移动装置500，具体在本实施例中，控制装置可以为PLC控制器，以确保准确地达到修复的各项指标，进而保证修复后轧辊的表面的平整性，以及不易于开裂。

再如图1所示，变位支撑装置200主要用以支撑待修复轧辊100，并确保待修复轧辊100的待修复面110保持水平，这样，即可确保修复出来的轧辊的表面能保持较佳的平整度。另外，变位支撑装置200还用以驱动待修复轧辊100周向转动，也即，变位支撑装置200不仅能支撑轧辊还能驱动轧辊转动。具体在本实施例中，变位支撑装置200主要用以驱动待修复轧辊100顺时针围绕待修复轧辊100的中心轴线旋转，当然，实际上，也可根据需要逆时针旋转。

再如图1所示，送料器300主要用以往待修复轧辊100的待修复面110上输送第一修复材料(图未示)或第二修复材料(图未示)。具体在本实施例中，第一修复材料和第二修复材料被交替循环输送到待修复面110上，通常，先输送第一修复材料，后输送第二修复材料，然后再输送第一修复材料，再后输送第二修复材料，如此重复交替输送。当然，在实际应用中，有时也可采用先输送一次第一修复材料，再接连输送两次第二修复材料，再后输送一次第一修复材料，并重复交替输送的方式，具体可根据实际需要而定。

需说明的是，为保证修复后的轧辊的平面够平整，通常，第一修复材料和第二修复材料应被输送到在待修复面110上对应的发射光斑内，并在发射光斑内均匀平铺。具体在本实施例中，为简化该修复装置的结构，主要是由送料器300实现第一修复材料和第二修复材料的均匀平铺。当然，实际上，也可以通过其它装置另外实现第一修复材料和第二修复材料的均匀平铺。

再如图1所示，激光器400能发射激光，主要用以将待修复面110上的第一修复材料和第二修复材料分别均匀熔敷成打底层和工作层。也即是说，在送料器300往待修复面110上输送第一修复材料或第二修复材料的同时，激光器400发射出的激光可以将第一修复材料在待修复面110上均匀熔敷成打底层，或者，可以将第二修复材料在待修复面110上的打底层上均匀熔敷成工作层。这样，在待修复面110上，最终修复出的修复层组为打底层和工作层的交替循环层叠结构。

通常，第一修复材料的硬度小于第二修复材料的硬度，修复后的轧辊的最外层为工作层，这样，即可保证熔敷出的打底层的硬度应小于工作层的硬度。可以理解地，通过多层分级循环熔敷，可以更好地确保平缓地过渡修复，防止开裂，且相比现有的两层或三层修复层而言，其防裂性能更佳，整个结构更加牢固。另外，显然，该修复装置不仅能适用于小磨损量的轧辊修复，还能实现大磨损量的轧辊修复。需说明的是，具体在本实施例中，修复后的轧辊的最外层为两层工作层，当然，实际上，也可只有一层工作层，具体层数可根据实际需要而定。另外，在本实施例中，第一修复材料选用硬度较软，韧性较强的材料，且为方便送料和熔敷，通常，第一修复材料和第二修复材料均为粉末材料。

不仅如此，第二修复材料的硬度和耐磨性分别大于或等于轧辊的目标硬度和目标耐磨性。简言之，第二修复材料的硬度大于或等于轧辊的目标硬度，第二修复材料的耐磨性大于或等于轧辊的目标耐磨性。这样，即可一次性保证修复后的轧辊的硬度能够满足轧辊的硬度要求，不需后续再进行热处理。需说明的是，这里所述的“目标硬度”和“目标耐磨性”分别为轧辊正常使用时所需的硬度和耐磨性。

再如图1所示，移动装置500主要用以连接激光器400并能带动激光器400在立体空间内自由移动。可以理解地，通过移动装置500的带动，激光器400才能在立体空间内自由移动以便沿着待修复轧辊100的中心轴线移动从而形成一定宽度的熔敷层。另外，因移动装置500由控制装置控制移动，因而可以确保激光器400能更加精确并快速地移动，进而保证修复后的轧辊的表面更加平整，不会凹凸不平，这样，后续的车削量也相对较小。不仅如此，还能有效地提高轧辊的修复效率。

进一步地，作为本发明提供的轧辊激光熔敷修复装置的一种具体实施方式，为提高该修复装置的修复效率，激光器400的发射光斑为矩形光斑或圆形光斑。优选地，在本实施例中，激光器400的发射光斑为矩形光斑。进一步地，作为本发明提供的轧辊激光熔敷修复装置的一种具体实施方式，通常，激光器400的功率范围为2000W～9000W。实际应用中，激光器400的功率范围可根据第一修复材料或第二修复材料的不同以及激光器400发射光斑的大小不同而定。具体在本实施例中，熔敷第一修复材料和熔敷第二修复材料的功率范围保持一致，当然，可以不一致，具体可根据实际需要而定。

进一步地，作为本发明提供的轧辊激光熔敷修复装置的一种具体实施方式，激光器400的发射光斑为矩形光斑时，为提高该修复装置修复轧辊的效率，矩形光斑的长度范围为6mm～30mm，宽度范围为1mm～5mm。当然，矩形光斑具体的长度和宽度应根据实际需要而定。具体在本实施例中，熔敷第一修复材料和熔敷第二修复材料的矩形光斑的尺寸保持一致。当然，实际上可以不一致。

进一步地，作为本发明提供的轧辊激光熔敷修复装置的一种具体实施方式，如图1所示，送料器300包括送料主体310和喷嘴320，其中，喷嘴320通过送料管330与送料主体310相连，且喷嘴320能将第一修复材料和第二修复材料交替循环输送至激光器400的发射光斑上。具体地，送料器300通过送料管330将第一修复材料或第二修复材料送至喷嘴320，并由喷嘴320将第一修复材料或第二修复材料输送到待修复面110上对应的激光发射光斑上以待激光熔敷。为提高该修复装置的修复效率，通常，喷嘴320最大的一次性送料量为0～200g/min。

另外，喷嘴320可以为同轴喷嘴。其中，该同轴喷嘴设于激光器400上，且与激光器400同轴，这样，即可从四周向待修复面110上对应的发射光斑上(即熔敷熔池内)输送修复原料，如第一修复材料或第二修复材料。以矩形光斑为例，同轴喷嘴主要从矩形光斑的长度方向上往矩形光斑内输送第一修复材料或第二修复材料。

或者，如图1所示，喷嘴320还可以为侧向喷嘴。其中，该侧向喷嘴位于待修复轧辊100的轴线方向上，且位于激光器400的侧向。当然，实际上，该侧向喷嘴也可以设于激光器400上，具体应根据实际需要而定。可以理解地，侧向喷嘴只能从一侧向待修复轧辊100上对应的发射光斑上(即熔敷熔池内)输送修复原料，如第一修复材料或第二修复材料。具体在本实施例中，为使该修复装置更加紧凑以及提高熔敷材料的利用率，优选地，喷嘴320为侧向喷嘴。需说明的是，当同轴喷嘴或侧向喷嘴设于激光器400上时，此时的同轴喷嘴或侧向喷嘴可以相当于进行激光熔敷的熔敷头。

进一步地，作为本发明提供的轧辊激光熔敷修复装置的一种具体实施方式，如图1所示，移动装置500为三轴联动装置或六轴自由度机器人(图未示)。具体在本实施例中，移动装置500为三轴联动装置。通常，该三轴联动装置需匹配变位支撑装置200以及控制装置来实现激光器400的精确移动。

进一步地，作为本发明提供的轧辊激光熔敷修复装置的一种具体实施方式，如图1所示，三轴联动装置包括用以带动激光器400沿X轴方向移动的X轴移动桁架510、用以带动激光器400沿Y轴方向移动的Y轴移动桁架520和用以带动激光器400沿Z轴方向移动的Z轴移动桁架530。具体在本实施例中，激光器400连接在Z轴移动桁架530上。可以理解地，激光器400通过该三轴联动装置可以带动激光器400在三维空间内实现前后左右上下移动。

再如图1所示，三轴联动装置还包括桁架支架540和连接装置550。其中，桁架支架540用以连接支撑X轴移动桁架510、Y轴移动桁架520和Z轴移动桁架530，激光器400通过连接装置550连接在Z轴移动桁架530上。另外，为方便熔敷，通常，待修复轧辊100通过变位支撑装置200安装在三轴联动装置前方的合适位置处，且为确保修复出的轧辊的表面的平整度，待修复轧辊100不仅处于水平状态，且还平行于X轴移动桁架510。

需说明的是，当送料器300中的喷嘴320为同轴喷嘴时，显然，同轴喷嘴和激光器400均位于Z轴移动桁架530所在的Z轴方向上。对应地，如图1所示，当送料器300中的喷嘴320为侧向喷嘴时，侧向喷嘴位于X轴方向上，且以激光器400在X轴方向的移动方向为参照标准，侧向喷嘴应位于激光器400的前侧或后侧上。具体在本实施例中，侧向喷嘴位于激光器400的前侧。

进一步地，作为本发明提供的轧辊激光熔敷修复装置的一种具体实施方式，如图1所示，变位支撑装置200包括支撑组件210和变位机220。其中，待修复轧辊100的一端设于支撑组件210上，另一端设于变位机220上，且整个待修复轧辊100平行于X轴移动桁架510。为确保待修复轧辊100安装及转动的平稳性，通常，变位支撑装置200还包括装夹装置230，具体地，通过装夹装置230，待修复轧辊100的另一端设于变位机220上。另外，变位机220主要用以驱动待修复轧辊100周向转动，具体在本实施例中，变位机220驱动待修复轧辊100顺时针转动。由此可以理解地，待修复轧辊100的熔敷实际为螺旋熔敷，也即，其熔敷路线为螺旋状。

本发明还提供一种轧辊激光熔敷修复方法，该轧辊激光熔敷修复方法为使用上述轧辊激光熔敷修复装置对待修复轧辊100进行修复的方法。其中，该修复方法的步骤包括以下：

S10：将待修复轧辊100安装在变位支撑装置200上，并确保待修复轧辊100保持水平且平行于X轴。

具体地，在该步骤中，如图1所示，先对磨损的轧辊去除疲劳层和锈蚀等前期表面处理以将其作为待修复轧辊100，然后将待修复轧辊100的一端安装在支撑组件210，另一端安装通过装夹装置230安装在变位机220上，并保证待修复轧辊100能水平安装且与X轴平行。

S20：清洗安装后的待修复轧辊100。

具体地，在该步骤中，将待修复轧辊100安装在变位支撑装置200后，还需仔细清洗待修复轧辊100上的油污和杂质等，以确保熔敷后的轧辊的表面的平整度。

需说明的是，在实际应用中，步骤S10和步骤S20可以合并到一起，当然，也可以先执行步骤S20，再执行步骤S10。

S30：激光器400在移动装置500的带动下移动至待修复轧辊100的待修复面110的目标初始位置，变位机220在控制装置的控制下带动待修复轧辊100沿目标方向以目标转速转动。

具体在本实施例中，控制装置为PLC控制器，也即是说，变位支撑装置200的变位机220通过PLC控制器的控制能带动待修复轧辊100以目标速度沿着目标方向转动。另外，激光器400能在移动装置500的X轴移动桁架510、Y轴移动桁架520和Z轴移动桁架530的带动下实现上下左右前后移动到待修复面110的合适位置处。

需说明的是，这里所述的“目标初始位置”为第一次熔敷第一修复材料时所处的初始位置。通常，该目标初始位置应根据待修复轧辊100的失效部位、磨损量等参数决定。这里所述的“目标方向”通常为绕待修复轧辊100的中心轴线顺时针或逆时针旋转的方向。这里所述的“目标速度”为根据对应待修复轧辊100对应的各项修复工艺参数，如激光器400的功率、送料器300的送料量、激光的熔敷速度等进行调试后能确保修复后的轧辊的表面平整度的转动速度。

S40：送料器300按第一目标搭接量将第一修复材料送至待修复面110上或工作层上；同时，于待修复面110上或工作层上，在控制装置的控制和移动装置500的带动下，激光器400发射的激光按第一目标熔敷速度沿第一X轴方向移动以将第一修复材料均匀螺旋熔敷成打底层。

需说明的是，通常，在第一次熔敷时，送料器300将第一修复材料送至待修复面110上，同时，激光器400在待修复面上将第一修复材料均匀熔敷成打底层。后续的熔敷过程中，送料器300均是将第一修复材料送至工作层上，同时，激光器400在工作层上将第一修复材料均匀熔敷成打底层。

具体地，实际上，在该步骤之前，需先对第一修复材料和第二修复材料的熔敷工艺参数进行调试，以确定该待修复轧辊100的最终工艺参数，其中，该最终工艺参数包括有激光器400的功率、送料器300的送料量、保护气的流量、激光的熔敷速度。

不仅如此，因最终形成的打底层或工作层不是平面，而是一规则的弧形面，因而，还需事先测量计算待熔敷而成的打底层的厚度和宽度b等，从而确定出上述所述的“第一目标搭接量”。具体在本实施例中，第一目标搭接量＝打底层的宽度b×搭接百分比a，其中，搭接百分比a应按实际情况而定。

对应地，通过事先测量计算待熔敷而成的工作层的厚度和宽度等，从而确定出下述所述的“第二目标搭接量”。可以理解地，通过确定好第一目标搭接量和第二目标搭接量可以有效地保证熔敷搭接后的轧辊的表面的平整性。在本实施例中，第一目标搭接量和第二目标搭接量相等。

需说明的是，在本实施例中，第一目标熔敷速度即为事先调试好的激光的熔敷速度。为保证熔敷出的打底层的表面平整，以及确保熔敷过程中不会开裂，该第一目标熔敷速度被设定为变位机220的顺时针旋转的速度。

为熔敷出第一打底层，调试出的移动装置500沿第一X轴方向的移动距离L＝打底层的宽度b-打底层的宽度b×搭接百分比a。对应地，当测量的待修复轧辊100按照第一目标熔敷速度旋转一周所用的时间为S，移动装置500中的Z轴移动桁架530沿X轴移动的行程为A，则，Z轴移动桁架530沿第一X轴方向的移动速度V＝移动装置500沿第一X轴方向的移动距离L÷待修复轧辊100转动一周所需的时间S。

由上调试好各项参数后，再进行激光熔敷修复操作。需说明的是，在本实施例中，打底层或工作层的熔敷轨迹均为螺旋线。

还需说明的是，在对熔敷第一修复材料的过程中，还应及时地去除熔敷出的打底层表面的粘粉、氧化物等，以减少下一层的工作层产生各种缺陷的几率。

S50：送料器300按第二目标搭接量将第二修复材料送至打底层上；同时，于打底层上，在控制装置的控制和移动装置500的带动下，激光器400发射的激光按第二目标熔敷速度沿第二X轴方向移动以将第二修复材料均匀螺旋熔敷成工作层；其中，第二X轴方向为第一X轴方向的反方向；

由上可知，第二目标搭接量需事先调试好。具体在本实施例中，第一X轴方向为X轴的反方向，第二X轴方向为X轴的正方向。也即是说，打底层和工作层的熔敷过程中，移动装置500的Z轴移动桁架530沿X轴的移动方向刚好相反。其中，第二目标熔敷速度也即变位机220的旋转速度可以等于第一目标熔敷速度，也可以不等于第一目标熔敷速度，具体应根据实际需要而定。另外，由上可以理解地，打底层的熔敷方法和工作层的熔敷方法基本相同。

S60：依次循环交替执行步骤S40和步骤S50，直至待修复轧辊100的尺寸恢复至轧辊的原始尺寸，并确保修复后的轧辊的最外层为工作层。

具体在该步骤中，也即是说，先沿X轴的反方向熔敷出第一层打底层，然后在第一层打底层的表面上沿X轴的正方向熔敷出第一层工作层后，继续沿X轴的反方向在第一层工作层上均匀熔敷出第二层打底层，再在第二层打底层的表面上沿X轴的正方向熔敷出第二层工作层，如此反复执行步骤S40和步骤S50，确保移动装置500的Z轴移动桁架530沿X轴的移动方向对于相邻的打底层和工作层来说是相反的。可以理解地，如此，不仅可以有效地提高修复效率，还能有效地避免裂纹的产生。

需说明的是，修复后的轧辊的最外层可以为一层工作层，也可以由两层工作层组成。

S70：对修复后的轧辊进行保温处理，待修复后的轧辊冷却后，表面加工到轧辊的原始尺寸。

可以理解地，通过对修复后的轧辊进行保温，然后再冷却，可以进一步地避免开裂的问题。通常，待修复后的轧辊彻底冷却后，需要对其进行车削或打磨，直到最终要求的原始尺寸。因前续步骤中有对每一打底层和工作层选用合适的目标搭接量，因而，最后熔敷出的轧辊的表面的平整度高，进而，在该步骤中，车削或打磨的量将大大地减少。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种轧辊激光熔敷修复装置，其特征在于，所述轧辊激光熔敷修复装置包括待修复轧辊、用以支撑所述待修复轧辊并确保所述待修复轧辊的待修复面保持水平的用以驱动所述待修复轧辊周向转动的变位支撑装置、往所述待修复轧辊的所述待修复面上交替循环送第一修复材料或第二修复材料的送料器、发射激光用以将所述待修复面上的所述第一修复材料和所述第二修复材料分别均匀熔敷成打底层和工作层的激光器、连接有所述激光器并能带动所述激光器在立体空间内自由移动的移动装置以及控制所述变位支撑装置、所述送料器、所述激光器和所述移动装置的控制装置；

所述第一修复材料的硬度小于所述第二修复材料的硬度，所述第二修复材料的硬度和耐磨性分别大于或等于轧辊的目标硬度和目标耐磨性，且修复后的轧辊的最外层为所述工作层。

2.根据权利要求1所述的轧辊激光熔敷修复装置，其特征在于，所述激光器的发射光斑为矩形光斑或圆形光斑。

3.根据权利要求1或2所述的轧辊激光熔敷修复装置，其特征在于，所述激光器的功率范围为2000W～9000W。

4.根据权利要求2所述的轧辊激光熔敷修复装置，其特征在于，所述激光器的发射光斑为所述矩形光斑时，所述矩形光斑的长度范围为6mm～30mm，宽度范围为1mm～5mm。

5.根据权利要求2所述的轧辊激光熔敷修复装置，其特征在于，所述送料器包括送料主体和通过送料管与所述送料主体相连、能将所述第一修复材料和所述第二修复材料交替循环输送至所述激光器的所述发射光斑上的喷嘴；所述喷嘴为同轴喷嘴，设于所述激光器上且与所述激光器同轴；所述喷嘴为侧向喷嘴，位于所述待修复轧辊的轴线方向上且位于所述激光器的侧向；所述喷嘴最大的一次性送料量为0～200g/min。

6.根据权利要求1或2所述的轧辊激光熔敷修复装置，其特征在于，所述移动装置为三轴联动装置或六轴自由度机器人。

7.根据权利要求6所述的轧辊激光熔敷修复装置，其特征在于，所述三轴联动装置包括用以带动所述激光器沿X轴方向移动的X轴移动桁架、用以带动所述激光器沿Y轴方向移动的Y轴移动桁架和用以带动所述激光器沿Z轴方向移动的Z轴移动桁架，所述激光器连接在所述Z轴移动桁架上。

8.根据权利要求1或2所述的轧辊激光熔敷修复装置，其特征在于，所述变位支撑装置包括支撑组件和用以驱动所述待修复轧辊周向转动的变位机，所述待修复轧辊的一端设于所述支撑组件上，另一端设于所述变位机上。

9.一种轧辊激光熔敷修复方法，其特征在于，所述轧辊激光熔敷修复方法为使用权利要求1至8任一项所述的轧辊激光熔敷修复装置对所述待修复轧辊进行修复的方法；其中，该修复方法的步骤包括以下：

S10：将所述待修复轧辊安装在所述变位支撑装置上，并确保所述待修复轧辊保持水平且平行于X轴；

S20：清洗安装后的所述待修复轧辊；

S30：所述激光器在所述移动装置的带动下移动至所述待修复轧辊的所述待修复面的目标初始位置，所述变位机在所述控制装置的控制下带动所述待修复轧辊沿目标方向以目标转速转动；

S40：所述送料器按第一目标搭接量将所述第一修复材料送至所述待修复面上或所述工作层上；同时，于所述待修复面上或所述工作层上，在所述控制装置的控制和所述移动装置的带动下，所述激光器发射的激光按第一目标熔敷速度沿第一X轴方向移动以将所述第一修复材料均匀螺旋熔敷成所述打底层；

S50：所述送料器按第二目标搭接量将所述第二修复材料送至所述打底层上；同时，于所述打底层上，在所述控制装置的控制和所述移动装置的带动下，所述激光器发射的激光按第二目标熔敷速度沿第二X轴方向移动以将所述第二修复材料均匀螺旋熔敷成所述工作层；其中，所述第二X轴方向为所述第一X轴方向的反方向；

S60：依次循环交替执行所述步骤S40和所述步骤S50，直至所述待修复轧辊的尺寸恢复至轧辊的原始尺寸，并确保修复后的轧辊的最外层为所述工作层；

S70：对修复后的轧辊进行保温处理，待所述修复后的轧辊冷却后，表面加工到轧辊的所述原始尺寸。

10.根据权利要求9所述的轧辊激光熔敷修复方法，其特征在于，所述第一目标搭接量＝所述打底层的宽度b×搭接百分比a；所述移动装置沿所述第一X轴方向的移动距离L＝所述打底层的宽度b-所述打底层的宽度b×搭接百分比a；所述移动装置沿所述第一X轴方向的移动速度V＝所述移动装置沿所述第一X轴方向的移动距离L÷所述待修复轧辊转动一周所需的时间S。