CN108941891B - 基于光纤激光脉冲串的轧辊表面高粗糙度毛化加工方法 - Google Patents

基于光纤激光脉冲串的轧辊表面高粗糙度毛化加工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108941891B
CN108941891B CN201811008823.3A CN201811008823A CN108941891B CN 108941891 B CN108941891 B CN 108941891B CN 201811008823 A CN201811008823 A CN 201811008823A CN 108941891 B CN108941891 B CN 108941891B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
pulse train
roller
sub
pulse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811008823.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108941891A (zh
Inventor
王之桐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Mechanics of CAS
Original Assignee
Institute of Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Mechanics of CAS filed Critical Institute of Mechanics of CAS
Priority to CN201811008823.3A priority Critical patent/CN108941891B/zh
Publication of CN108941891A publication Critical patent/CN108941891A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108941891B publication Critical patent/CN108941891B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0823—Devices involving rotation of the workpiece

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明公开了基于光纤激光脉冲串的轧辊表面高粗糙度毛化加工方法，首先，采用两路控制信号分别控制脉冲光纤激光器的放大级和种子级，使脉冲光纤激光器输出含有多个子脉冲的激光脉冲串；然后激光脉冲串经聚焦透镜汇聚在旋转的轧辊表面上，并沿轧辊的轴向移动，对轧辊的表面实施毛化处理，通过调整光纤激光脉冲串中子脉冲焦斑的功率密度，使单个激光子脉冲具有低粗糙度毛化的作用；通过调整激光子脉冲的频率，保证了多个激光子脉冲加热效果的累积；通过调整激光脉冲串的时间宽度和轧辊转速，控制激光脉冲串的总能量和多个激光子脉冲毛化效果的叠加程度，从而实现粗糙度可控的轧辊表面高粗糙度毛化，能够满足板、带、甚至箔材的涂布和粘接的要求。

Description

基于光纤激光脉冲串的轧辊表面高粗糙度毛化加工方法
技术领域
本发明涉及轧辊表面毛化技术领域，具体为基于光纤激光脉冲串的轧辊表面高粗糙度毛化加工方法。
背景技术
冷轧板(带)的一个主要用途是进行表面涂布和粘接，这要求冷轧板的表面具有较高的粗糙度，目前，轧辊表面高粗糙度毛化还是以传统的喷丸毛化为主。
喷丸毛化是一种接触式加工方法，利用钢丸高速喷射到轧辊表面实施表面毛化，轧辊表面的粗糙度一致性和可控性差，只能轧制一定厚度的板材，使用范围受到限制。
而另一种方法是通过光纤激光处理，光纤激光是一种非接触加工方法，激光的可控性、稳定性均优于喷丸，轧辊表面的粗糙度一致性和可控性好，适合板、带的精密轧制；但受到器件的限制，脉冲光纤激光器的脉冲能量小，轧辊表面的毛化粗糙度较低，导致冷轧毛化板的涂布和粘接性能不佳，因此光纤激光毛化技术只能用于低表面粗糙度的冷轧板、带加工。
为了扩展光纤激光毛化技术的应用范围，需要对光纤激光毛化技术进行改进，满足工业生产需要，例如：申请号为201310638765.3，专利名称为基于光纤激光器的轧辊无序毛化处理方法的发明专利，通过在被加工轧辊表面形成分布均匀的交错排列的短程螺旋形高密度点阵，大大提高了被加工轧辊的耐磨性和使用寿命，但是其无法实现粗糙度可控的轧辊表面高粗糙度毛化处理。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供基于光纤激光脉冲串的轧辊表面高粗糙度毛化加工方法，本发明能够实现粗糙度可控的轧辊表面高粗糙度毛化，能够满足板、带、甚至箔材的涂布和粘接的要求，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
基于光纤激光脉冲串的轧辊表面高粗糙度毛化加工方法，包括如下步骤：
步骤100、采用两路控制信号分别控制脉冲光纤激光器的放大级和种子级，使所述脉冲光纤激光器输出含有多个子脉冲的激光脉冲串；
步骤200、所述激光脉冲串经聚焦透镜汇聚在旋转的轧辊表面上，并沿轧辊的轴向移动，对所述轧辊的表面实施毛化处理。
优选地，两路所述的控制信号分别为同步的方波信号，控制所述放大级的方波信号脉冲宽度大于控制所述种子级的方波信号。
优选地，还包括：
依据所述聚焦透镜的焦距来调整所述激光脉冲串中激光子脉冲参数，使单个所述激光子脉冲的焦斑功率密度在107～108W/cm2之间，以保证单个所述激光子脉冲具有低粗糙度毛化作用。
优选地，还包括：
调整所述激光脉冲串中激光子脉冲的频率大于10kHz，保证多个激光子脉冲的加热效果能够累积。
优选地，还包括：
通过调整所述激光脉冲串的时间宽度，控制激光子脉冲的数量，使输入的总能量为4～50mJ。
优选地，还包括：
依据所述激光脉冲串的时间宽度，调整轧辊的旋转速度，控制所述激光脉冲串在所述轧辊表面扫过的距离小于单个激光子脉冲焦斑直径的1倍，保证多个激光子脉冲的毛化效果可以叠加。
优选地，所述激光脉冲串在所述轧辊表面形成的表面粗糙度的凸起高度Rp达到10～50μm，所述轧辊的表面粗糙度的算术平均值Ra达到3.0～10.0μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过调整光纤激光脉冲串中子脉冲焦斑的功率密度，使单个激光子脉冲具有低粗糙度毛化的作用；通过调整激光子脉冲的频率，保证了多个激光子脉冲加热效果的累积；通过调整激光脉冲串的时间宽度和轧辊转速，控制激光脉冲串的总能量和多个激光子脉冲毛化效果的叠加程度，从而实现粗糙度可控的轧辊表面高粗糙度毛化，能够满足板、带、甚至箔材的涂布和粘接的要求。
附图说明
图1为本发明方法的示意图；
图2为本发明实施例1中光纤激光高粗糙度毛化的轧辊表面照片；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1，本发明提供的基于光纤激光脉冲串的轧辊表面高粗糙度毛化加工方法，包括输出光纤激光脉冲串6的光纤脉冲激光器1，光纤脉冲激光器1具有放大级和种子级，通过现有电路给光纤脉冲激光器1输出不同脉冲宽度的两路同步方波信号，分别表示为第一方波信号4和第二方波信号5，其中第一方波信号4控制光纤脉冲激光器1的放大级输入端1-1，第二方波信号5控制光纤脉冲激光器的种子级输入端1-2，第一方波信号4的脉冲宽度大于第二方波信号5，使得光纤脉冲激光器1输出含有多个子脉冲的激光脉冲串6，激光脉冲串6经聚焦透镜2汇聚在旋转的轧辊3表面上，并沿轧辊3的轴向移动，对轧辊3的表面实施毛化处理。
在本实施方式中，首先通过调整激光脉冲串6中子脉冲参数，使经过聚焦透镜2汇聚到轧辊3表面的单个激光子脉冲的功率密度在107-108W/cm2之间，保证单个激光子脉冲具有低粗糙度毛化效果。
然后调整激光脉冲串6中子脉冲频率使其大于10kHz，使多个激光子脉冲对轧辊表面的加热效果能够累积。
当激光脉冲串6中子脉冲的频率一定时，激光脉冲串6的时间宽度tW决定了子脉冲的个数，也就是激光脉冲串6的总能量，通过调整激光脉冲串6的时间宽度tW来控制激光子脉冲的数量，使输入的总能量为4～50mJ。
当激光脉冲串6的时间宽度tW一定时，轧辊3的直径和转动速度ω决定了激光脉冲串在轧辊3表面扫过的距离。
当激光脉冲串6在轧辊3表面扫过的距离小于单个激光子脉冲焦斑直径的1倍时，多个激光子脉冲的毛化效果可以叠加，激光脉冲串6能够在轧辊3表面实现了高粗糙度毛化。
在本实施方式中，激光脉冲串6在轧辊3表面形成的表面粗糙度的凸起高度Rp达到10～50μm，表面粗糙度的算术平均值Ra达到3.0～10.0μm。
实施例1：
本实施例将轧辊3支撑在车床上，光纤脉冲激光器1的激光输出端和聚焦透镜2固定在机床托板上。
首先，光纤脉冲激光器1放大级的第一方波信号4和种子级的第一方波信号5的相同，频率均为14kHz，此时输出单个激光脉冲。根据聚焦透镜2的焦距，调整单个激光脉冲焦斑的功率密度为5×107W/cm2，此时单个激光脉冲具有低粗糙度毛化效果。
然后，光纤脉冲激光器1放大级的第一方波信号4的频率变为700Hz、占空比35％，光纤脉冲激光器1输出激光脉冲串6。
该激光脉冲串6的时间宽度tW为500μs，含有7个激光子脉冲，总能量为14mJ。
轧辊3的直径为40mm，调整轧辊3的转动速度ω为48转/分钟，轧辊切向的毛化坑间距为144μm。
此时，激光脉冲串6在轧辊3表面扫过的距离为单个激光子脉冲焦斑直径的0.7倍，激光脉冲串6中多个子脉冲的毛化效果得到叠加。
最后，调整机床托板移动的螺距为144μm，此时轧辊3表面的毛化坑分布为144×144μm。
实施以上措施后，轧辊3的表面粗糙度的凸起高度Rp达到20.7μm，表面粗糙度的算术平均值Ra达到5.8μm。轧辊毛化表面照片如图2所示。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.基于光纤激光脉冲串的轧辊表面高粗糙度毛化加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100、采用两路控制信号分别控制脉冲光纤激光器的放大级和种子级，使所述脉冲光纤激光器输出含有多个子脉冲的激光脉冲串，单个所述的激光子脉冲焦斑的功率密度在107～108W/cm2之间；
步骤200、所述激光脉冲串经聚焦透镜汇聚在旋转的轧辊表面上，并沿轧辊的轴向移动，对所述轧辊的表面实施毛化处理。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，两路所述的控制信号分别为同步的方波信号，控制所述放大级的方波信号脉冲宽度大于控制所述种子级的方波信号。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，还包括：
调整所述激光脉冲串中激光子脉冲的频率大于10kHz，保证多个激光子脉冲的加热效果能够累积。
4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，还包括：
通过调整所述激光脉冲串的时间宽度，控制激光子脉冲的数量，使输入的总能量为4～50mJ。
5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，还包括：
依据所述激光脉冲串的时间宽度，调整轧辊的旋转速度，控制所述激光脉冲串在所述轧辊表面扫过的距离小于单个激光子脉冲焦斑直径的1倍，保证多个激光子脉冲的毛化效果可以叠加。
6.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述激光脉冲串在所述轧辊表面形成的表面粗糙度的凸起高度Rp达到10～50μm，所述轧辊的表面粗糙度的算术平均值Ra达到3.0～10.0μm。
CN201811008823.3A 2018-08-31 2018-08-31 基于光纤激光脉冲串的轧辊表面高粗糙度毛化加工方法 Active CN108941891B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811008823.3A CN108941891B (zh) 2018-08-31 2018-08-31 基于光纤激光脉冲串的轧辊表面高粗糙度毛化加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811008823.3A CN108941891B (zh) 2018-08-31 2018-08-31 基于光纤激光脉冲串的轧辊表面高粗糙度毛化加工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108941891A CN108941891A (zh) 2018-12-07
CN108941891B true CN108941891B (zh) 2020-05-22

Family

ID=64475126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811008823.3A Active CN108941891B (zh) 2018-08-31 2018-08-31 基于光纤激光脉冲串的轧辊表面高粗糙度毛化加工方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108941891B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111958117A (zh) * 2020-08-26 2020-11-20 上海新潮雷特汽车科技有限公司 用于轴的制筋方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU6865300A (en) * 1999-09-10 2001-04-17 Nikon Corporation Light source and wavelength stabilization control method, exposure apparatus andexposure method, method for producing exposure apparatus, and device manufactur ing method and device
CN101330190A (zh) * 2008-06-25 2008-12-24 天津大学 高功率和高重复率的光子晶体光纤紫外飞秒激光器
CN101523673A (zh) * 2006-09-29 2009-09-02 热光子学镭射公司 用于脉冲激光源发射成形光波形的方法和***
CN201471079U (zh) * 2009-08-17 2010-05-19 苏州市博海激光科技有限公司 多头激光毛化装置
CN102474064A (zh) * 2009-11-16 2012-05-23 欧姆龙株式会社 激光加工装置及激光加工方法
CN103236641A (zh) * 2012-11-08 2013-08-07 国神光电科技（上海）有限公司 一种包络可调的超短脉冲序列产生装置及方法
CN103639592A (zh) * 2013-11-29 2014-03-19 武汉钢铁(集团)公司 基于光纤激光器的轧辊无序毛化处理方法
CN106238907A (zh) * 2016-08-22 2016-12-21 大族激光科技产业集团股份有限公司 Led晶圆片的激光加工方法
CN106425085A (zh) * 2016-10-13 2017-02-22 武汉市凯瑞迪激光技术有限公司 一种激光毛化加工装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU6865300A (en) * 1999-09-10 2001-04-17 Nikon Corporation Light source and wavelength stabilization control method, exposure apparatus andexposure method, method for producing exposure apparatus, and device manufactur ing method and device
CN101523673A (zh) * 2006-09-29 2009-09-02 热光子学镭射公司 用于脉冲激光源发射成形光波形的方法和***
CN101330190A (zh) * 2008-06-25 2008-12-24 天津大学 高功率和高重复率的光子晶体光纤紫外飞秒激光器
CN201471079U (zh) * 2009-08-17 2010-05-19 苏州市博海激光科技有限公司 多头激光毛化装置
CN102474064A (zh) * 2009-11-16 2012-05-23 欧姆龙株式会社 激光加工装置及激光加工方法
CN103236641A (zh) * 2012-11-08 2013-08-07 国神光电科技（上海）有限公司 一种包络可调的超短脉冲序列产生装置及方法
CN103639592A (zh) * 2013-11-29 2014-03-19 武汉钢铁(集团)公司 基于光纤激光器的轧辊无序毛化处理方法
CN106238907A (zh) * 2016-08-22 2016-12-21 大族激光科技产业集团股份有限公司 Led晶圆片的激光加工方法
CN106425085A (zh) * 2016-10-13 2017-02-22 武汉市凯瑞迪激光技术有限公司 一种激光毛化加工装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN108941891A (zh) 2018-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108941891B (zh) 基于光纤激光脉冲串的轧辊表面高粗糙度毛化加工方法
JP6334536B2 (ja) 金属材料、特に鋼材からなる平板製品、このような平板製品の使用、およびこのような平板製品を製造するためのロールと方法。
CN102699524B (zh) 一种多头激光无序毛化轧辊表面的加工方法和加工设备
CN106862278B (zh) 针对热轧下游机架工作辊的周期内变步长窜辊控制方法
CN103639592B (zh) 基于光纤激光器的轧辊无序毛化处理方法
CN101642778B (zh) 一种轧辊表面激光毛化处理方法
CN109175707A (zh) 激光无序毛化轧辊表面的方法
CN110711777B (zh) 一种大口径高压锅炉用无缝钢管的制造方法
CN110039205B (zh) Led晶圆片的加工方法
CN103175784A (zh) 基于飞秒激光微加工的光纤光栅氢气传感器及其制备方法
US20210331276A1 (en) A roller laser texturing processing equipment and its processing method
CN101444874A (zh) 一种冷轧辊激光毛化方法
KR101422376B1 (ko) 리튬 이온 전지 집전체용 동박
CN101642849A (zh) 轧辊表面激光毛化处理方法
Kim et al. UV laser direct texturing for high efficiency multicrystalline silicon solar cell
CN104988301B (zh) 退火炉内控制方法
CN106158565B (zh) 栅网及离子源
RU2013138224A (ru) Способ изготовления текстурированного листового стального изделия
CN110788498A (zh) 一种红外激光快速打孔方法
KR100332395B1 (ko) 금속박판또는스트립과,금속박판또는스트립을생산하기위한방법및장치
CN102699525B (zh) 一种激光无序毛化轧辊表面的加工方法和加工设备
CN112756790A (zh) 一种基于错位毛化轧制的穿孔集流体箔材制备方法及装置
CN202752745U (zh) 一种多头激光无序毛化轧辊表面的加工设备
Teng et al. Laser zone texture on alternative substrate disks
CN113955394B (zh) 电子加速器辐照***被辐照物在传输链上的自动密排装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant