專利名稱：一種快速激光刻痕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光刻痕方法，特別涉及一種快速激光刻痕方法，通過采用在帶鋼上、下表面同時刻痕的方法，來提高激光刻痕機組加工速度和刻痕鐵損改善率。
背景技術(shù)：
取向硅鋼是用于制造變壓器設(shè)備的基本材料，變壓器因鐵損而大量消耗電能，因此降低鐵損是生產(chǎn)取向硅鋼不懈追求的目標(biāo)。硅鋼片的鐵損可分為磁滯損耗和渦流損耗， 渦流損耗還可進一步分為經(jīng)典渦流損耗(因渦流引起的)和異常渦流損耗(因磁壁運動引起的，正比于磁疇寬)，在工頻條件下，異常渦流損耗約占鐵損的一半左右。隨著冶金工藝的發(fā)展，(110)
織構(gòu)不斷完善，在二次再結(jié)晶中勢必引起晶粒生長過快，形成大晶粒，導(dǎo)致磁疇寬度增大，反常渦流損耗比例增加。在這種條件下，繼續(xù)采用傳統(tǒng)的冶金方法來進一步降低鐵損，將是愈來愈困難。為了進一步細(xì)化磁疇來降低取向硅鋼鐵損，國內(nèi)外很多鋼鐵企業(yè)或科研院所對細(xì)化磁疇技術(shù)展開了研究，先后開發(fā)了機械加工法、激光照射法、放電處理法、等離子流照射法、局部加熱法、超聲波振動和噴射流體法等表面處理技術(shù)，通過細(xì)化180°磁疇壁間距來細(xì)化磁疇，從而達到降低鐵損的目的，其中以激光刻痕法最為突出。激光照射法通過減小取向硅鋼主疇寬度來降低其渦流損耗，該方法利用激光束的熱量在鋼板的表面之下產(chǎn)生一彈性-塑性形變區(qū)域，通過在彈塑性形變區(qū)產(chǎn)生的壓應(yīng)力和刻痕間的張應(yīng)力來減小取向硅鋼主疇寬度，從而達到降低其渦流損耗的目的，這種方法由于大大降低了鐵損，而且是非接觸加工，具有非常高的可靠性和可控制性。針對采用激光刻痕來降低取向硅鋼鐵損的技術(shù)，許多專利進行了不同的嘗試。中國專利CN1216072A公開了一種具有優(yōu)良磁性能的晶粒取向性電工鋼薄板及其生產(chǎn)工藝和設(shè)備，該方法通過用脈沖激光照射減小180°磁疇壁間距提高磁性能。該方法采用Q-開關(guān)CO2激光器在晶粒取向性電工鋼薄板表面照射，激光脈沖的照射功率密度調(diào)節(jié)到不高于鋼板表面的薄膜損閾值，采用長軸為鋼板橫向的橢圓形光斑照射以在鋼板表面重疊形成連續(xù)脈沖光束，為磁性能的提高提供所必需的足夠的累積照射能。從而較好地解決了傳統(tǒng)脈沖激光法易對鋼板表面薄膜造成照射損傷的問題。但是該方法為保證足夠的能量積累，掃描速度不能太快，從而限制了機組的激光刻痕速度，不能滿足高速激光刻痕的要求。中國專利公開號CN1761764A公開了一種磁特性良好的方向性電磁鋼板及其制造方法，該方法通過振蕩波長λ為1. 07 < λ < 2. 10 μ m的連續(xù)振蕩光纖維激光束的掃描照射，極力降低取向硅鋼的鐵損。由于采用振蕩波長λ為1.07彡λ彡2.10μπι的連續(xù)振蕩光纖維激光，中心附近的光束強度較高，根據(jù)情況不同有可能在激光照射后的表面產(chǎn)生凹凸，如果通過降低平均輸出功率P來解決這一問題，相應(yīng)的掃描速度V必須同步降低，勢必會犧牲機組的加工速度。中國專利公開號CN101209514公開了一種基于振鏡陣列的激光在線高速刻痕裝置，它包括機架、傳送帶、振鏡陣列、激光器陣列、用于控制振鏡陣列和激光器陣列的控制裝
3置。該方法由于引入了振鏡陣列，能有效地提高激光刻痕速度，具有適應(yīng)性強、刻痕速度快、 掃描幅面寬、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點，但僅限于在帶鋼單面進行激光刻痕，與其它激光刻痕方法相比，在刻痕鐵損改善率上并無優(yōu)勢。中國專利公開號為CN1076492A中國專利了一種降低硅鋼片鐵損的激光處理方法及裝置，利用激光快速加熱和冷卻的特點，對取向硅鋼片表面做劃線狀處理，促使加熱區(qū)產(chǎn)生微小塑性變形和高密度位錯，形成亞晶界，減小主疇壁長，同時引起殘余張應(yīng)力，達到細(xì)化磁疇，降低鐵損的效果。涉及的方法可行，裝置簡單，但鐵損改善率僅在5%左右，改善效率低，且沒有考慮機組的加工速度。此外，中國專利公開號為CN101348853提供了一種降低普通取向電工鋼鐵損的方法，該方法嚴(yán)重破壞鋼板表面涂層，刻痕后需重新涂層，操作很不方便，且生產(chǎn)成本高，目前基本不被采用；中國專利公開號CN1244597A中國專利了一種耐熱型激光處理取向硅鋼表面的方法，該方法通過激光局域合金化處理優(yōu)化磁疇分布降低鐵損，使產(chǎn)品具有良好的高溫穩(wěn)定性和優(yōu)越的時效性能，然而該工藝需要先剝離絕緣涂層，刻痕處理后又需重新涂層， 工藝復(fù)雜且不易實現(xiàn)，不適合于大生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種快速激光刻痕方法，通過在取向硅鋼帶鋼上、下表面同時進行激光刻痕，加工速度達到傳統(tǒng)單面激光刻痕方法的1. 5 2倍；激光刻痕產(chǎn)品的鐵損改善率穩(wěn)定達到10% 16%。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種快速激光刻痕方法，采用激光刻痕設(shè)備，在取向硅鋼帶鋼上、下表面同時進行激光刻痕，將高度聚焦的連續(xù)波激光束同時在運行的帶鋼上、下表面進行劃線，帶鋼上、下表面刻痕線采用等間距交錯的形式，以保證刻痕鐵損改善效果均勻，帶鋼單個表面的刻痕線間距6 12mm ；激光功率1000 3000W，掃描速度100 400m/min。在激光功率和掃描速度一定的情況下，刻痕線的應(yīng)力影響區(qū)域是一定的，而取向硅鋼磁疇的細(xì)化程度與應(yīng)力成正比，因此，隨著刻痕線間距的減小，取向硅鋼的主磁疇寬度得到細(xì)化，鐵損呈下降趨勢。但當(dāng)磁疇寬度小于某一尺寸(約0.2mm)時，磁滯鐵損急劇上升，整體鐵損增大，以B23R090牌號為例鐵損和磁疇寬度的關(guān)系如圖2所示。因此為保證激光刻痕鐵損改善效果，刻痕線間距的選擇以使磁疇寬度達到最低鐵損為宜。此外，在掃描速度一定的情況下，刻痕機組加工最大速度和刻痕間距呈正向關(guān)系 (見圖幻，刻痕線間距越大，機組允許的最大加工速度越高。綜合考慮刻痕效果和機組加工速度，本發(fā)明方法的刻痕間距選擇6 12mm之間。本發(fā)明的有益效果1、本發(fā)明由于上、下表面閉合磁疇的疊加效應(yīng)，可以進一步細(xì)化磁疇，達到提高刻痕鐵損改善率的目的。2、本發(fā)明在取向硅鋼帶鋼上、下表面同時進行激光刻痕，帶鋼單個表面的刻痕線間距最大可以達到12mm，而傳統(tǒng)單面激光刻痕方法為達到10%的鐵損改善率，刻痕線間距最大不超過6mm，刻痕速度可以提高1. 5 2倍。因此，采用本發(fā)明方法的機組最大加工速度可以達到傳統(tǒng)單面激光刻痕方法機組最大加工速度的2倍以上從而適合于高速、大規(guī)模連續(xù)加工，并且可以降低生產(chǎn)成本。3、由于本發(fā)明采用了在取向硅鋼帶鋼上、下表面同時進行激光刻痕的方法，帶鋼上、下表面的刻痕應(yīng)力均可起到進一步細(xì)化磁疇的效果，鐵損改善率可以穩(wěn)定達到10% 16%，刻痕最大鐵損改善率可以達到16%，而傳統(tǒng)單面激光刻痕方法最大只能達到13%， 因此，本發(fā)明方法的激光刻痕鐵損改善率要優(yōu)于傳統(tǒng)激光刻痕方法。


圖1本發(fā)明激光照射光路示意圖。圖2為取向硅鋼鐵損和磁疇寬度的關(guān)系(0. 23mm規(guī)格R090牌號產(chǎn)品)。圖3為刻痕機組加工速度和刻痕線間距的關(guān)系(連續(xù)激光源，雙激光頭，250m/min 的掃描速度下的機組加工速度)。圖4為本發(fā)明的實施例，0. 23mmNSG0在不同刻痕間距下的鐵損改善率。(采用波長為10. 6 μ m的(X)2氣體連續(xù)波激光源，光斑直徑0. 2 X 8mm,激光功率2000W，掃描速度250m/ min) ο
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。參見圖1，本發(fā)明的快速激光刻痕方法，采用激光刻痕設(shè)備，在取向硅鋼帶鋼上、下表面同時進行激光刻痕，將高度聚焦的連續(xù)波激光束同時在運行的帶鋼上、下表面進行劃線，帶鋼上、下表面刻痕線采用等間距交錯的形式，以保證刻痕鐵損改善效果均勻，帶鋼單個表面的刻痕線間距6 12mm ；激光功率1000 3000W，掃描速度100 400m/min。以波長為10. 6 μ m的(X)2氣體連續(xù)波激光源，單側(cè)采用雙激光發(fā)射器同時刻痕為例進行說明，參見表1。表權(quán)利要求
1. 一種快速激光刻痕方法，采用激光刻痕設(shè)備，在取向硅鋼帶鋼上、下表面同時進行激光刻痕，將高度聚焦的連續(xù)波激光束同時在運行的帶鋼上、下表面進行劃線，帶鋼上、下表面刻痕線采用等間距交錯的形式，以保證刻痕鐵損改善效果均勻，帶鋼單個表面的刻痕線間距6 12mm ；激光功率1000 3000W，掃描速度100 400m/min。
全文摘要
一種快速激光刻痕方法，采用激光刻痕設(shè)備，在取向硅鋼帶鋼上、下表面同時進行激光刻痕，將高度聚焦的連續(xù)波激光束同時在運行的帶鋼上、下表面進行劃線，帶鋼上、下表面刻痕線采用等間距交錯的形式，以保證刻痕鐵損改善效果均勻，帶鋼單個表面的刻痕線間距6～12mm；激光功率1000～3000W，掃描速度100～400m/min。本發(fā)明的目的在于提供一種快速激光刻痕方法，通過在取向硅鋼帶鋼上、下表面同時進行激光刻痕，加工速度達到傳統(tǒng)單面激光刻痕方法的1.5～2倍；激光刻痕產(chǎn)品的鐵損改善率穩(wěn)定達到10％～16％。
文檔編號C21D8/12GK102477484SQ20101056202
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者向邦林, 張鑫強, 朱簡如, 李國保, 毛興, 郭萬青, 黃望芽 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司