Walce dociskowe to kluczowe elementy linii walcowniczych, gdzie chwytają, prowadzą i transportują gorącą stal w wymagających warunkach pracy. Ich powierzchnie są wielokrotnie narażone na wysokie temperatury, uderzenia mechaniczne, tarcie, cykle termiczne i zgorzelinę ścierną , co powoduje stopniowe zużycie i utratę wymiarów.

Jeśli powierzchnia rolki ulegnie pogorszeniu wykraczającemu poza dopuszczalną normę eksploatacyjną, stabilność przenoszenia taśmy i wydajność pracy rolki mogą ulec pogorszeniu.

Nakładanie laserowe stanowi praktyczną metodę odbudowy zużytych powierzchni walców dociskowych, nakładając na oryginalny korpus walca warstwę odporną na zużycie, połączoną metalurgicznie.

Proces ten można stosować zarówno do regeneracji zużytych rolek, jak i do wzmacniania powierzchni nowych podzespołów.

Dlaczego walce dociskowe walcowni na gorąco ulegają zużyciu

Podczas pracy rolki dociskowe wielokrotnie stykają się z gorącą stalą, przenosząc przy tym znaczne siły mechaniczne.

Połączenie podwyższonej temperatury, osadu tlenkowego, ciśnienia i powtarzającego się kontaktu może wywołać kilka mechanizmów degradacji:

• Zużycie ścierne
• Zużycie kleju
• Zmęczenie cieplne
• Pękanie powierzchni
• Lokalne łuszczenie
• Utlenianie
• Uszkodzenia uderzeniowe
• Progresywna redukcja średnicy

Zużycie może również rozwijać się nierównomiernie na całej powierzchni walca, w zależności od położenia taśmy, obciążenia i warunków pracy.

W przypadku dużych rolek, wał główny i konstrukcja wewnętrzna mogą pozostać sprawne nawet po osiągnięciu przez powierzchnię roboczą granicy zużycia. W takich przypadkach wymiana całego podzespołu może skutkować niepotrzebnymi kosztami i zużyciem materiału.

Nakładanie laserowe pozwala na odbudowę funkcjonalnej powierzchni przy jednoczesnym zachowaniu użytecznego korpusu rolki.

Nakładanie laserowe do regeneracji rolek dociskowych

Podczas napawania laserowego proszek metaliczny jest dostarczany do kontrolowanego, generowanego laserowo jeziorka stopionego metalu na powierzchni obracającego się walca.

Proszek i cienka warstwa podłoża topią się, tworząc gęstą powłokę, która łączy się metalurgicznie z korpusem walca.

Typowa sekwencja procesów regeneracji obejmuje:

Kontrola → usuwanie uszkodzonego materiału → przygotowanie powierzchni → nakładanie laserowe → odbudowa wielotorowa/wielowarstwowa → obróbka lub szlifowanie → kontrola wymiarowa

W zależności od stopnia zużycia, nakładanie laserowe może albo odtworzyć stosunkowo cienką uszkodzoną powierzchnię, albo odtworzyć dodatkowy materiał przed ostateczną obróbką.

Celem nie jest jedynie pokrycie rolki powłoką, ale przywrócenie jej właściwości powierzchniowych i wymiarów funkcjonalnych.

Materiały okładzinowe odporne na zużycie

Dobór materiału zależy od podłoża rolki, temperatury roboczej i dominującego mechanizmu uszkodzenia.

W zależności od zastosowania systemy stopowe zawierające żelazo, nikiel lub inne stopy mogą być uważane za zapewniające kombinację:

Odporność na zużycie + stabilność termiczna + wytrzymałość + odporność na utlenianie + odporność na pękanie

W przypadku rolek dociskowych poddawanych wielokrotnym uderzeniom i cyklom termicznym maksymalna twardość nie jest koniecznie pożądana.

Nadmiernie twarda i krucha osadzona warstwa może zapewniać dobrą odporność na zużycie w warunkach laboratoryjnych, ale słabo sprawdza się w warunkach powtarzających się obciążeń mechanicznych i termicznych.

Materiał okładziny musi zatem łączyć w sobie twardość z odpowiednią wytrzymałością i metalurgiczną kompatybilnością z podłożem.

Kontrolowane rozcieńczanie i wiązanie metalurgiczne

Rozcieńczenie jest istotnym czynnikiem w przypadku napawania laserowego rolkowego.

Nadmierne stopienie materiału bazowego zmienia skład chemiczny osadzanej warstwy i może obniżyć oczekiwane właściwości powierzchni. Jednocześnie niewystarczająca interakcja z podłożem może negatywnie wpłynąć na wiązanie.

Moc lasera, rozmiar wiązki, prędkość przesuwu, szybkość podawania proszku i strategia osadzania muszą być zatem wspólnie optymalizowane.

Celem jest uzyskanie stabilnego wiązania metalurgicznego z kontrolowanym rozcieńczeniem podłoża i spójnymi właściwościami osadzonej warstwy.

Odpowiednie okno procesowe powinno zostać opracowane w oparciu o konkretny materiał rolki i wybrany stop powłoki, zamiast stosować jeden stały zestaw parametrów dla każdej rolki.

Wielowarstwowa odbudowa zużytych rolek

Mocno zużyte rolki dociskowe mogą wymagać nałożenia więcej niż jednej warstwy.

Na powierzchni walca można umieścić wiele ścieżek obwodowych lub śrubowych, a kolejne warstwy można nakładać aż do uzyskania odpowiedniego naddatku na obróbkę.

Ważne zmienne obejmują:

• Grubość warstwy
• Nakładanie się ścieżek
• Prędkość obrotowa
• Prędkość jazdy wzdłużnej
• Szybkość podawania proszku
• Akumulacja ciepła
• Temperatura międzywarstwowa

Strategia osadzania powinna zapewnić równomierne rozprowadzenie materiału, unikając jednocześnie nadmiernego gromadzenia się ciepła w korpusie walca.

Automatyczne nakładanie okładzin na duże elementy rolkowe

Rolki dociskowe doskonale nadają się do zautomatyzowanego napawania laserowego ze względu na swoją przeważnie obrotową geometrię.

Podczas obróbki rolka obraca się, a głowica napawania laserowego przesuwa się wzdłuż przedmiotu obrabianego. Skoordynowany ruch tworzy ciągłą, śrubową ścieżkę osadzania na wymaganej powierzchni.

W przypadku długich i ciężkich rolek system okładzin przemysłowych musi zapewniać:

• Wystarczająca nośność przedmiotu obrabianego
• Stabilne pozycjonowanie obrotowe
• Przesuw wzdłużny CNC
• Dokładne pozycjonowanie głowicy laserowej
• Kontrolowane dostarczanie proszku
• Powtarzalna prędkość przetwarzania

Z tego powodu sztywność maszyny i kontrola ruchu są tak samo ważne jak moc lasera podczas obróbki dużych elementów walcowanych.

Zarządzanie ciepłem podczas okładzin walcowanych

Duże rolki mogą wymagać dłuższego, ciągłego przetwarzania, dlatego zarządzanie ciepłem stanowi istotną część strategii regeneracji.

W zależności od podłoża i materiału okładziny, proces może wymagać kontroli:

• Podgrzewanie
• Temperatura międzywarstwowa
• Sekwencja depozycji
• Dopływ ciepła lasera
• Tempo schładzania

Prawidłowe zarządzanie ciepłem pomaga zmniejszyć naprężenia szczątkowe i zmniejszyć ryzyko pęknięć lub odkształceń.

Przed rozpoczęciem produkcji na pełną skalę należy ustalić odpowiednią strategię poprzez analizę materiałów i testowanie procesów.

Obróbka końcowa i odzyskiwanie wymiarów

Napawanie laserowe zwykle powoduje pozostawienie nadmiaru materiału ponad wymaganą ostateczną średnicę rolki.

Po osadzeniu walca jest on obrabiany mechanicznie lub szlifowany do określonych wymiarów i stanu powierzchni.

Kontrola końcowa może obejmować:

• Średnica zewnętrzna
• Cylindryczność
• Skończyć się
• Stan powierzchni
• Grubość okładziny
• Twardość powierzchni
• Kontrola pęknięć
• Wiązanie metalurgiczne w razie potrzeby

W przypadku zastosowań regeneracyjnych, udaną okładzinę należy oceniać na podstawie wytrzymałości gotowej rolki i dokładności wymiarowej , a nie tylko na podstawie wyglądu osadzonej warstwy.

Regeneracja a wymiana zużytych rolek dociskowych

Duże rolki przemysłowe zawierają znaczne ilości przetworzonej stali stopowej i mogą wiązać się ze znacznymi kosztami wymiany.

Jeśli korpus walca, wał i inne części konstrukcyjne nadają się do dalszej eksploatacji, regeneracja może zachować dużą część oryginalnych podzespołów.

Nakładanie laserowe polega przede wszystkim na dodawaniu materiału do uszkodzonej powierzchni funkcjonalnej.

Może to przynieść szereg korzyści:

• Odzyskiwanie zużytych wymiarów
• Lokalne zastosowanie stopu o wysokiej wydajności
• Zmniejszone usuwanie użytecznego materiału bazowego
• Kontrolowane doprowadzenie ciepła
• Warstwa powierzchniowa związana metalurgicznie
• Potencjalne wydłużenie żywotności podzespołów
• Ponowne wykorzystanie wartościowych nadwozi rolkowych

Jednakże ponowna produkcja powinna być przeprowadzona dopiero po upewnieniu się, że podstawowy element nadal nadaje się pod względem strukturalnym do dalszego użytkowania.

Zastosowania w urządzeniach do walcowania stali

Tę samą zasadę napawania laserowego można zastosować nie tylko do walców dociskowych, ale również do innych elementów walcowni narażonych na duże zużycie.

Typowe zastosowania obejmują:

• Walce szczypcowe walcowni na gorąco
• Rolki prowadzące
• Rolki stołowe
• Rolki przenośnika
• Rolki do wędzideł
• Rolki transportowe
• Wybrane powierzchnie rolek roboczych i podporowych
• Inne duże elementy zużywające się podczas rotacji

Każdy komponent wymaga indywidualnej oceny pod kątem podłoża, mechanizmu zużycia, temperatury pracy i warunków obciążenia.

Rozwiązania GREENSTONE do napawania laserowego walców walcowniczych

GREENSTONE oferuje rozwiązania w zakresie procesów i urządzeń do powlekania laserowego dla rolek dociskowych, dużych wałów i innych ciężkich podzespołów przemysłowych wymagających poprawy odporności powierzchni na zużycie lub przywrócenia wymiarów.

W przypadku długich elementów rolkowych systemy mogą integrować wytrzymałe pozycjonowanie obrotowe, wzdłużny ruch CNC, precyzyjne podawanie proszku i zautomatyzowane śrubowe napawanie laserowe.

Konfigurację sprzętu można dostosować do średnicy przedmiotu obrabianego, jego długości, wagi, wymaganej grubości powłoki i wydajności produkcyjnej.

Rozwój procesu może również obejmować dobór materiałów, optymalizację parametrów, strategię kontroli termicznej i testowanie próbek przed ostateczną konfiguracją sprzętu.

W przypadku projektu napawania laserowego walców walcowni należy dostarczyć rysunek walca, długość całkowitą, maksymalną średnicę, masę przedmiotu obrabianego, materiał bazowy, miejsce zużycia, wymaganą grubość odbudowy, warunki pracy oraz docelową wydajność produkcyjną . Parametry te można następnie wykorzystać do oceny odpowiedniego materiału napawania, strategii procesu i konfiguracji urządzeń.