YAG激光毛化技術(shù)介紹：
前 言
YAG激光毛化技術(shù)是中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所自主研發(fā)的、是國(guó)家“八五”、“九五”科技攻關(guān)和中國(guó)科學(xué)院“九五”重大項(xiàng)目成果，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，1997年獲中國(guó)專利局和世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織聯(lián)合頒發(fā)的“中國(guó)專利發(fā)明創(chuàng)造金獎(jiǎng)”，2007年獲得國(guó)家科技發(fā)明二等獎(jiǎng)�！�
我國(guó)的YAG激光毛化技術(shù)研究開始于1990年。中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所楊明江研究員帶領(lǐng)的科研隊(duì)伍，針對(duì)YAG激光毛化冷軋輥技術(shù)及裝備進(jìn)行攻關(guān)，1994年10月，研制成功第一臺(tái)YAG激光毛化冷軋輥裝備用于天津冷軋薄板廠規(guī)模生產(chǎn)。多年以來(lái)力學(xué)所已售出20多套YAG激光毛化冷軋輥成套裝備在工廠運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)在激光毛化技術(shù)研究和應(yīng)用方面已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。
力學(xué)所YAG激光毛化設(shè)備及加工方法已經(jīng)成熟運(yùn)用在鋼鐵冶金的精密帶鋼、冷軋薄板、鍍鋅板、鍍錫板、不銹鋼板帶的生產(chǎn)上。激光毛化能夠提高軋輥使用壽命、減少輥耗、克服退火粘連，對(duì)板、帶能夠提高產(chǎn)品沖壓性能、改善表面涂鍍附著力，增加光亮度，改善板型等。
技術(shù)簡(jiǎn)介
優(yōu)質(zhì)冷軋薄板帶表面都需要有均勻的表面粗糙度，這是要通過(guò)軋輥毛化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
YAG激光毛化是通過(guò)特殊的聲光調(diào)制將連續(xù)的YAG激光轉(zhuǎn)化為高重頻脈沖激光束，然后聚焦到旋轉(zhuǎn)軋輥表面，以形成分布均勻的帶熔凝凸臺(tái)微坑來(lái)實(shí)現(xiàn)輥面毛化。
技術(shù)特點(diǎn)：
■ 高重頻脈沖激光波形調(diào)制技術(shù)
■ 二維可控分布毛化技術(shù)（及圖形刻蝕技術(shù)）
■ 全隨機(jī)分布毛化技術(shù)
■ 輥面自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)
可控分布板 半隨機(jī)分布
全隨機(jī)分布板面
陶瓷網(wǎng)紋輥
軋輥毛化技術(shù)指標(biāo)：
■ 毛化粗糙度：Ra= 0.5-6.0µm
■ 毛化密度：(3×3)-(9×9)/mm2
■ 毛化頻率：5-25 kHz
■ 設(shè)備可三班連續(xù)工作
YAG激光毛化冷軋輥扎裝備
大型激光毛化設(shè)備主要用于年產(chǎn)50萬(wàn)噸以上冷軋板材的鋼鐵企業(yè)，中型激光毛化設(shè)備主要用于年產(chǎn)20～50萬(wàn)噸冷軋板、帶的中型鋼鐵企業(yè)，小型激光毛化設(shè)備主要用于年產(chǎn)20萬(wàn)噸以下冷軋板材的中小型鋼鐵企業(yè)。
以大型激光毛化設(shè)備為例，其具體參數(shù)為：
1、可毛化軋輥?zhàn)畲蟪叽纾? 輥徑：650mm，輥面寬：2500mm，全輥長(zhǎng)度：5000mm，輥重：6t；
2、輥面可毛化粗糙度范圍：Ra=0.5～6.0μm（可調(diào)）；
3、輥面毛化點(diǎn)密度：線密度：3～9點(diǎn)/mm或面密度：9～81點(diǎn)/ mm2（可調(diào)）；
4、毛化點(diǎn)凸臺(tái)硬度：Hv≥850；
5、激光器基本性能參數(shù)：
波長(zhǎng)：1.06μm；
輸出連續(xù)功率：400W，功率不穩(wěn)定度＜3%；
調(diào)制頻率范圍：5～25kHz可調(diào)
6、毛化點(diǎn)可控分布 ，有序及隨機(jī)分布，輥面跟蹤控制功能。
7、設(shè)備總重：12t
設(shè)備占地面積：60m2
工作環(huán)境溫度：0℃～45℃；
毛化能力：可每天三班連續(xù)工作。
中型激光毛化設(shè)備 ：
可毛化軋輥?zhàn)畲蟪叽纾?
輥徑：450mm，輥面寬：1600mm，全輥長(zhǎng)度：5000mm，輥重：5t；
小型激光毛化設(shè)備 ：
可毛化軋輥?zhàn)畲蟪叽纾?
輥徑：<300mm，輥面寬：1500mm，全輥長(zhǎng)度：3000mm，輥重：3t；
針對(duì)不同的設(shè)備需求，具體技術(shù)參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)。
毛化產(chǎn)品及效果
1、應(yīng)用產(chǎn)品：
鋼鐵工業(yè)：冷軋毛化薄鋼板（帶）（厚0.4-1.2㎜）
毛化精密帶鋼（厚0.04-0.35㎜）
有色冶金：亞光鋁、銅板、不銹鋼帶（厚0.1-1.0㎜）
亞光鋁、銅箔（厚0.007-0.040㎜）
特種合金板帶毛化。
2、應(yīng)用效果
●鋼鐵冷軋薄板（帶）：（厚0.04—1.2mm）
| 激光毛化軋輥優(yōu)點(diǎn)： 激光毛化板（帶）優(yōu)點(diǎn)： |
| 毛化粗糙度均勻可控 提高板帶延伸率， |
| 克服板帶退火粘連 深沖性能好 |
| 減少輥面殘余應(yīng)力，集中減少表面剝落 涂鍍層附著力強(qiáng)， |
| 可加大軋輥制壓下量， 涂漆光亮度高 |
| 增加軋板速度 改善板（帶）焊接性能 |
| 使用壽命比噴丸輥長(zhǎng) 有效改善板形，減少表面劃傷 |
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| 有色冶金（鋁、銅、板帶箔）優(yōu)點(diǎn)： |
| 已開發(fā)出新型亞光（anti-reflected）鋁板箔產(chǎn)品（板厚0.2-1.0mm，箔厚15-100µm）。 |
| 毛面鋁箔粘膠結(jié)合力好，不起皺。 |
| 可減少板箔延伸率級(jí)差（0°和90°方向） |
| 改善板面質(zhì)量，克服表面劃傷和布絲、松枝紋缺陷 |
| 毛化輥使用壽命長(zhǎng)，可減少軋制道次，提高生產(chǎn)效率。 |
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毛化新應(yīng)用開拓
近年來(lái)，通過(guò)YAG激光毛化二次創(chuàng)新研發(fā)，YAG激光毛化正從鋼鐵冷軋薄板專用技術(shù)，向國(guó)民經(jīng)濟(jì)、軍工多行業(yè)應(yīng)用拓展，解決疲勞磨損，摩擦潤(rùn)滑，涂鍍層結(jié)合力，發(fā)展一種以高重頻脈脈沖離散分布式形貌處理為主要特征的新型激光加工技術(shù)，對(duì)材料表面實(shí)現(xiàn)造形（形貌和分布）改性應(yīng)用。
●印刷包裝大型陶瓷網(wǎng)紋輥刻蝕
●大型軸類機(jī)械部件的毛化強(qiáng)化
●發(fā)動(dòng)機(jī)減阻潤(rùn)滑
●熱軋線材輥毛化強(qiáng)化
●面粉加工生產(chǎn)線磨輥毛化
●熱鍍鋅線小鋅花、無(wú)鋅花板生產(chǎn)
●機(jī)車輪軌改性 
冷軋輥毛化新進(jìn)展：
（一）印刷陶瓷網(wǎng)紋輥激光刻蝕
該技術(shù)工藝要求高，力學(xué)所已在深圳進(jìn)行40根輥試驗(yàn)，在廣州的一家企業(yè)應(yīng)用了第一臺(tái)YAG激光刻輥設(shè)備。
（二）內(nèi)燃機(jī)節(jié)能減排：激光珩磨技術(shù) 
我國(guó)年產(chǎn)汽車1000萬(wàn)輛，擁有汽車2億輛 ，對(duì)汽車節(jié)油減排的需求越來(lái)越迫切。力學(xué)所采用分布微坑式替代溝槽式加工新工藝的激光珩磨技術(shù)，經(jīng)初步臺(tái)架實(shí)驗(yàn)： 
動(dòng)力性實(shí)驗(yàn)，扭矩升高4.22%，功率升高3.74%；
缸體磨損量：富油區(qū)降低80%，貧油區(qū)降低34%， 活塞環(huán)降低50%。
用分布微坑(毛化)替代溝槽式刻蝕，可有效增加發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能，降低排放！加工速度快，參數(shù)可控，易工程化、產(chǎn)業(yè)化。
（三）機(jī)車輪軌增粘
通過(guò)原始性技術(shù)創(chuàng)新，利用激光、放電“毛化”，對(duì)輪軌表面進(jìn)行非均勻改性，通過(guò)毛化處理，增粘著，可有效防
止雨雪天打滑、空轉(zhuǎn)，同時(shí)加強(qiáng)耐疲勞磨損。
（四）熱軋輥強(qiáng)化
熱軋輥強(qiáng)化可在高溫(>700℃)工作環(huán)境惡劣條件下，對(duì)軋輥進(jìn)行強(qiáng)化處理，抑制熱疲勞開裂，減小磨損，換輥周期提高50%，提高壽命。
初試：線材輥(850-1050℃)
（五）薄板高速焊接
鍍鉻薄板(厚0.18-0.27mm)是替代鍍錫板的產(chǎn)品新星。由于鉻層高熔點(diǎn)(1920℃)，現(xiàn)有制罐廠生產(chǎn)線電阻焊不能保證焊接質(zhì)量和生產(chǎn)速度(30-60m/min)。力學(xué)所在已有研究的基礎(chǔ)上，開展針對(duì)高熔點(diǎn)鍍層薄板激光焊，激光高速焊新技術(shù)，焊縫質(zhì)量可以達(dá)到產(chǎn)品要求，國(guó)際領(lǐng)先。
焊接設(shè)備
圓筒焊接 制罐
（六）部件涂鍍層
先進(jìn)制造中，各類涂鍍層被廣泛應(yīng)用，提高涂鍍層結(jié)合力，防止鍍層過(guò)早剝落需求強(qiáng)烈。
應(yīng)用表明：
1.激光毛化板可減少汽車外覆件涂漆道次，提高涂漆光亮度（DOI）；
2.激光毛化鍍層板（鍍鋅、錫、鉻、鋁等）鍍層結(jié)合力強(qiáng)；
3.抗燒蝕鍍層結(jié)合力提高2.8倍。
毛化鍍鉻 磨光鍍鉻
毛化表面的微細(xì)波浪形結(jié)構(gòu)，可增大鍍層-基體界面抗剪切能力。
YAG激光毛化從冷軋輥專用技術(shù)拓寬到多行業(yè)應(yīng)用！
獲獎(jiǎng)情況
年度 獲獎(jiǎng)名稱 頒發(fā)單位
1994 中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步一等獎(jiǎng) 中國(guó)科學(xué)院
1996 國(guó)家“八五”科技攻關(guān)重大科技成果 國(guó)家計(jì)委、國(guó)家科委、財(cái)政部
1997 “八五”國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)秀項(xiàng)目獎(jiǎng) 國(guó)家經(jīng)貿(mào)委
1997 中國(guó)專利發(fā)明創(chuàng)造金獎(jiǎng) 國(guó)家專利局、世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織
2001 “九五”國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)秀項(xiàng)目獎(jiǎng) 國(guó)家經(jīng)貿(mào)委
2007 國(guó)家科技發(fā)明二等獎(jiǎng) 國(guó)務(wù)院
該技術(shù)共有發(fā)明專利、實(shí)用新型以及已受理的專利近20項(xiàng)。
獲得中國(guó)專利發(fā)明創(chuàng)造金獎(jiǎng)
論文專著：
1. 高重頻調(diào)制多脈沖YAG激光刻花系統(tǒng)及加工方法 楊明江 陳光南 吳堅(jiān) 王旭 李重 劉天化 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所;北京吉普汽車有限公司;首都鋼鐵總公司;中國(guó)大恒公司 發(fā)表時(shí)間:1993-08-18
2. 表面帶有特殊形貌與圖案的冷軋薄鋼板及其生產(chǎn)方法 陳光南 楊明江 林斌 紀(jì)全 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:1994-06-15
3. 用于改善冷軋薄鋼板使用性能的平整工作軋輥 陳光南 楊明江 孫傳香 吳堅(jiān) 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:1994-11-23
4. 用于解決薄鋼板熱處理退火粘結(jié)問(wèn)題的冷軋工作輥 陳光南 楊明江 吳堅(jiān) 王瑞林 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:1994-11-23
5. 一種表面帶有特殊形貌與圖案的冷軋薄鋼板 朱懷清 陳光南 聶德鈞 楊明江 胡守剛 林斌 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:1995-01-18
6. 用于軋輥表面毛化的激光加工設(shè)備 吳堅(jiān) 楊明江 李旭昌 周云 王瑞林 孫傳香 ... 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:1995-10-04
7. 一種可控分布YAG激光毛化機(jī)床數(shù)控系統(tǒng) 王紅才 楊明江 計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量與控制 2001年 第03期
8. 一種用于激光加工系統(tǒng)中具有等光程的運(yùn)動(dòng)式導(dǎo)光裝置 王紅才 楊明江 韓延良 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:2002-01-30
9. 一種對(duì)熱軋輥采用高頻脈沖激光強(qiáng)化的裝置 彭林華 楊明江 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:2002-03-06
10. 用于輥類表面毛化的具有可控分布毛化點(diǎn)的激光加工裝置 王紅才 楊明江 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間 :2002-03-06
11. 激光誘導(dǎo)放電打孔實(shí)驗(yàn)研究 王之桐 楊明江 應(yīng)用激光 2002年 第01期
12. YAG激光毛化技術(shù)進(jìn)展 楊明江 彭林華 李正陽(yáng) 應(yīng)用激光 2002年 第03期
13. 激光誘導(dǎo)放電加工中的延時(shí)放電現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)研究 王之桐 楊明江 激光雜志 2002年 第02期
14. 先進(jìn)高重頻激光處理對(duì)鍍鉻層結(jié)合特性的影響 周重光 楊明江 彭林華 雷炳旺 易更 溫鋼柱 兵器材料科學(xué)與工程 2003年 第05期
15. 缸套-活塞環(huán)摩擦副的磨損潤(rùn)滑研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景 占劍 楊明江 汽車工藝與材料 2006年 第09期
16. YAG激光誘導(dǎo)放電復(fù)合毛化坑形貌研究 占劍 楊明江 應(yīng)用激光 2007年 第02期
17. YAG激光誘導(dǎo)放電通道伏安特性研究 占劍 楊明江 激光雜志 2008年 第05期
18. 大功率高重復(fù)頻率準(zhǔn)分子激光單元技術(shù)及元器件 胡昌信 王竹威 林斌 楊明江 朱春梅 劉后寬 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:2000-01-01
19. 具有可控分布毛化點(diǎn)的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng) 王紅才 楊明江 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:2002- 07-10
20. 采用高頻脈沖激光對(duì)熱軋輥強(qiáng)化的系統(tǒng)及強(qiáng)化方法 彭林華 楊明江 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:2002- 07-17
21. 高重頻脈沖激光誘導(dǎo)電極定向放電的方法及該方法的應(yīng)用 楊明江 王之桐 李正陽(yáng) 彭林華 韓延良 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:2006-06-14
22. 金屬軋輥表面的高重頻脈沖激光誘導(dǎo)放電毛化方法 楊明江 王之桐 彭林華 占劍 邢旭輝 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:2006-06-21
23. 軋輥表面高重頻脈沖激光誘導(dǎo)電極定向放電的毛化裝置 楊明江 王之桐 劉會(huì)婷 陳國(guó)幼 覃志康 石茂 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:2006-06-21
24. 無(wú)規(guī)則偏轉(zhuǎn)毛化點(diǎn)的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)及方法 王紅才 楊明江 彭林華 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:2007-05-02
25. 圓周無(wú)規(guī)則毛化點(diǎn)的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)及方法 王紅才 楊明江 彭林華 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:2007-05-09
26. 用于加工輥類表面無(wú)規(guī)則偏轉(zhuǎn)毛化點(diǎn)的激光加工設(shè)備 王紅才 楊明江 彭林華 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:2007-01-03
27. 用于加工輥類表面圓周無(wú)規(guī)則毛化點(diǎn)的激光加工設(shè)備 王紅才 楊明江 彭林華 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:2007-01-03
28. 長(zhǎng)壽命旋轉(zhuǎn)放電電極 楊明江 李正陽(yáng) 陳國(guó)幼 覃志康 劉會(huì)婷 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:2007-02-14
29. 軋輥表面高重頻脈沖激光誘導(dǎo)電極定向放電的毛化裝置 楊明江 王之桐 劉會(huì)婷 陳國(guó)幼 覃志康 石茂 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 發(fā)表時(shí)間:2007-07-11
楊明江，現(xiàn)任中國(guó)科學(xué)院"產(chǎn)學(xué)研激光毛化技術(shù)開發(fā)推廣中心"主任，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所研究員，博士生導(dǎo)師。1968年畢業(yè)于清華大學(xué)工程物理系，1981年在中科院力學(xué)所獲碩士學(xué)位，1986年獲博士學(xué)位。1990年以來(lái)，他主持了“YAG激光毛化冷軋輥技術(shù)與裝備攻關(guān)”，是國(guó)家“八五”、“九五”科技攻關(guān)，中國(guó)科學(xué)院“九五”重大項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。十年來(lái)，他對(duì)我國(guó)YAG激光毛化技術(shù)與裝備獲得國(guó)家專利8項(xiàng)，其發(fā)明專利1997年獲中國(guó)專利局與世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織聯(lián)合頒發(fā)的“中國(guó)專利發(fā)明創(chuàng)造金獎(jiǎng)”，形成了我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
榮譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)：
