Притискні ролики є критично важливими компонентами ліній гарячого прокату, де вони захоплюють, направляють та транспортують гарячу сталь у складних умовах експлуатації. Їхні поверхні неодноразово піддаються впливу високої температури, механічного впливу, тертя, термоциклування та абразивної окалини , що призводить до поступового зносу та втрати розмірів.

Як тільки поверхня валків погіршується за межі експлуатаційного допуску, це може вплинути на стабільність обробки смуги та експлуатаційні характеристики валків.

Лазерне напилення забезпечує практичний метод відновлення зношених поверхонь вальців з одночасним нанесенням зносостійкого металургійно зв'язаного шару на оригінальний корпус валка.

Цей процес можна використовувати як для відновлення зношених валків, так і для зміцнення поверхні нових компонентів.

Чому зношуються вальці гарячого прокатного стану

Під час роботи притискні ролики неодноразово контактують з гарячою сталлю, передаючи при цьому значні механічні зусилля.

Поєднання підвищеної температури, оксидного нальоту, тиску та багаторазового контакту може призвести до кількох механізмів деградації:

• Абразивний знос
• Адгезивний знос
• Термічна втома
• Розтріскування поверхні
• Локалізоване відколювання
• Окислення
• Пошкодження від удару
• Поступове зменшення діаметра

Знос також може розвиватися нерівномірно по всій поверхні валка залежно від положення смуги, навантаження та умов експлуатації.

Для великих валків головний вал і внутрішня конструкція можуть залишатися працездатними навіть після того, як робоча поверхня досягне межі зносу. У цих випадках заміна всього компонента може призвести до зайвих витрат матеріалів та коштів.

Лазерне напилення дозволяє відновити функціональну поверхню, зберігаючи при цьому придатний для використання корпус рулону.

Лазерне плакування для відновлення пінч-ролів

Під час лазерного плакування металевий порошок подається в контрольовану лазерно-генеровану ванну розплаву на поверхні обертового валка.

Порошок і тонкий шар підкладки плавляться разом, утворюючи щільне покриття з металургійним зв'язком з корпусом валка.

Типова послідовність відновлення включає:

Огляд → видалення пошкодженого матеріалу → підготовка поверхні → лазерне напилення → багатошарове/багатодоріжкове відновлення → механічна обробка або шліфування → перевірка розмірів

Залежно від ступеня зносу, лазерне напилення може або відновити відносно тонку пошкоджену поверхню, або відновити додатковий матеріал перед остаточною обробкою.

Мета полягає не просто в покритті рулону, а у відновленні як поверхневих характеристик, так і функціональних розмірів.

Зносостійкі облицювальні матеріали

Вибір матеріалу залежить від рулонної основи, робочої температури та домінуючого механізму руйнування.

Залежно від застосування, можна розглядати системи заліза, нікелю або інших сплавів для забезпечення комбінації:

Зносостійкість + термостабільність + в'язкість + стійкість до окислення + стійкість до розтріскування

Для притискних валків, що піддаються багаторазовим ударам та термоциклуванню, максимальна твердість не обов'язково є бажаною.

Надмірно твердий і крихкий нанесений шар може забезпечити хорошу лабораторну зносостійкість, але погано працювати при багаторазових механічних та термічних навантаженнях.

Тому матеріал облицювання повинен мати баланс між твердістю, достатньою міцністю та металургійною сумісністю з основою.

Контрольоване розведення та металургійне зв'язування

Розведення є важливим фактором при рулонному лазерному наплавленні.

Надмірне плавлення основного матеріалу змінює хімічний склад нанесеного шару та може погіршити бажані властивості поверхні. Водночас, недостатня взаємодія з підкладкою може погіршити зчеплення.

Тому потужність лазера, розмір променя, швидкість переміщення, швидкість подачі порошку та стратегія напилення повинні бути оптимізовані разом.

Метою є стабільний металургійний зв'язок з контрольованим розведенням підкладки та стабільними властивостями нанесеного шару.

Відповідне технологічне вікно слід розробляти відповідно до конкретного матеріалу рулону та вибраного плакувального сплаву, а не застосовувати один фіксований набір параметрів до кожного рулону.

Багатошарове відновлення зношених валків

Сильно зношені притискні валики можуть вимагати нанесення більше одного шару.

На поверхні валка можна нанести кілька кільцевих або гвинтових доріжок, наносячи додаткові шари, доки не буде створено достатній припуск на обробку.

Важливі змінні включають:

• Товщина шару
• Перекриття доріжок
• Швидкість обертання
• Поздовжня швидкість руху
• Швидкість подачі порошку
• Накопичення тепла
• Міжпрохідна температура

Стратегія напилення повинна забезпечувати рівномірний розподіл матеріалу, уникаючи при цьому надмірного нагрівання в тілі валка.

Автоматизоване плакування великогабаритних рулонних компонентів

Притискні вальці добре підходять для автоматизованого лазерного наплавлення завдяки своїй переважно обертальній геометрії.

Під час обробки рулон обертається, а лазерна плакуча головка рухається поздовжньо вздовж заготовки. Скоординований рух створює безперервну спіральну траєкторію нанесення наплавлення на потрібну поверхню.

Для довгих і важких рулонів промислова система плакування повинна забезпечувати:

• Достатня вантажопідйомність заготовки
• Стабільне обертальне позиціонування
• Поздовжній переміщення ЧПК
• Точне позиціонування лазерної головки
• Контрольована подача порошку
• Повторювана швидкість обробки

З цієї причини жорсткість машини та керування рухом так само важливі, як і потужність лазера під час обробки великих деталей прокатного стану.

Управління теплом під час плакування рулонів

Великі рулони можуть вимагати тривалої безперервної обробки, що робить управління температурним режимом важливою частиною стратегії відновлення.

Залежно від основи та матеріалу облицювання, процес може вимагати контролю:

• Підігрівання
• Міжпрохідна температура
• Послідовність осадження
• Лазерне теплове навантаження
• Швидкість охолодження

Правильне управління температурою допомагає зменшити залишкові напруження та знижує ризик розтріскування або деформації.

Відповідну стратегію слід визначити шляхом аналізу матеріалів та випробувань процесу перед повномасштабним виробництвом.

Післяобробка та відновлення розмірів

Лазерне напилення зазвичай залишає додатковий матеріал понад необхідний кінцевий діаметр рулону.

Після напилення рулон обробляється або шліфується до заданих розмірів та стану поверхні.

Заключна перевірка може включати:

• Зовнішній діаметр
• Циліндричність
• Закінчитись
• Стан поверхні
• Товщина обшивки
• Твердість поверхні
• Огляд тріщин
• Металургійне з'єднання, де це необхідно

Тому для застосувань відновлення успішне плакування слід оцінювати за характеристиками готового рулону та точністю розмірів , а не просто за зовнішнім виглядом наплавленого шару.

Відновлення проти заміни зношених притискних роликів

Великі промислові рулони містять значну кількість обробленої легованої сталі та можуть становити значні витрати на заміну.

Коли корпус валка, вал та інші структурні ділянки залишаються придатними для подальшої експлуатації, відновлення може зберегти значну частину оригінального компонента.

Лазерне напилення додає матеріал переважно на пошкоджену функціональну поверхню.

Це може забезпечити кілька переваг:

• Відновлення зношених розмірів
• Локальне використання високоефективного сплаву
• Зменшення видалення корисного основного матеріалу
• Контрольоване надходження тепла
• Металургійно зв'язаний поверхневий шар
• Потенційне продовження терміну служби компонентів
• Повторне використання високоцінних рулонних корпусів

Однак, відновлення слід проводити лише після визначення того, що базовий компонент залишається конструктивно придатним для подальшої експлуатації.

Застосування в устаткуванні для прокатки сталі

Той самий принцип лазерного наплавлення може бути поширений не лише на притискні валки, а й на інші компоненти прокатного стану, що піддаються сильному зносу.

Типові програми включають:

• Притискні валки стану гарячої прокатки
• Направляючі ролики
• Ролики для столу
• Конвеєрні ролики
• Вуздечка рулонів
• Транспортні рулони
• Вибрані поверхні робочих та опорних валків
• Інші великі обертові зношувальні компоненти

Кожен компонент потребує індивідуальної оцінки його основи, механізму зношування, робочої температури та умов навантаження.

Рішення GREENSTONE для лазерного плакування валків прокатних станів

GREENSTONE пропонує рішення для лазерного плакування та обладнання для притискних валків, великих валів та інших важких промислових компонентів, що потребують покращення зносостійкої поверхні або відновлення розмірів.

Для довгих рулонних компонентів системи можуть інтегрувати потужне ротаційне позиціонування, поздовжній рух на верстатах з ЧПК, точну подачу порошку та автоматизоване спіральне лазерне наплавлення.

Конфігурацію обладнання можна адаптувати відповідно до діаметра, довжини, ваги, необхідної товщини покриття та виробничої потужності заготовки.

Розробка процесу може також включати вибір матеріалів, оптимізацію параметрів, стратегію терморегуляції та випробування зразків перед остаточною конфігурацією обладнання.

Для проекту лазерного наплавлення валків прокатного стану надайте креслення валка, загальну довжину, максимальний діаметр, вагу заготовки, основний матеріал, положення зносу, необхідну товщину для відновлення, умови експлуатації та цільову виробничу потужність . Ці параметри потім можна використовувати для оцінки відповідного матеріалу для наплавлення, стратегії процесу та конфігурації обладнання.