Các con lăn kẹp là những bộ phận quan trọng trong dây chuyền cán nóng, nơi chúng kẹp, dẫn hướng và vận chuyển thép nóng trong điều kiện vận hành khắc nghiệt. Bề mặt của chúng liên tục tiếp xúc với nhiệt độ cao, tác động cơ học, ma sát, chu kỳ nhiệt và lớp vảy mài mòn , dẫn đến sự mài mòn dần dần và mất kích thước.

Khi bề mặt trục lăn bị xuống cấp vượt quá giới hạn cho phép, độ ổn định khi xử lý dải kim loại và hiệu suất hoạt động của trục lăn có thể bị ảnh hưởng.

Phương pháp phủ laser cung cấp một cách thức thiết thực để phục hồi bề mặt con lăn kẹp bị mòn, đồng thời phủ một lớp liên kết luyện kim có khả năng chống mài mòn lên thân con lăn ban đầu.

Quy trình này có thể được sử dụng cho cả việc tái chế các con lăn đã mòn và gia cường bề mặt cho các bộ phận mới.

Vì sao các con lăn kẹp trong máy cán nóng bị mòn

Trong quá trình hoạt động, các con lăn kẹp liên tục tiếp xúc với thép nóng đồng thời truyền tải các lực cơ học đáng kể.

Sự kết hợp giữa nhiệt độ cao, lớp oxit, áp suất và sự tiếp xúc lặp đi lặp lại có thể tạo ra một số cơ chế suy thoái:

• Mài mòn
• Mặc keo dính
• Mệt mỏi do nhiệt
• Vết nứt bề mặt
• Hiện tượng bong tróc cục bộ
• Quá trình oxy hóa
• Ảnh hưởng tiêu cực
• Giảm đường kính dần dần

Sự mài mòn cũng có thể phát triển không đồng đều trên bề mặt trục lăn tùy thuộc vào vị trí dải thép, tải trọng và điều kiện vận hành.

Đối với các trục lăn lớn, trục chính và cấu trúc bên trong có thể vẫn sử dụng được ngay cả khi bề mặt làm việc đã đạt đến giới hạn mài mòn. Trong những trường hợp này, việc thay thế toàn bộ bộ phận có thể dẫn đến lãng phí vật liệu và chi phí không cần thiết.

Công nghệ phủ laser cho phép tái tạo bề mặt chức năng trong khi vẫn giữ nguyên phần thân con lăn có thể sử dụng được.

Ứng dụng công nghệ phủ laser cho quá trình tái sản xuất con lăn kẹp.

Trong quá trình phủ laser, bột kim loại được đưa vào một vùng nóng chảy được tạo ra bằng laser một cách có kiểm soát trên bề mặt con lăn đang quay.

Bột và một lớp mỏng chất nền tan chảy vào nhau, tạo thành một lớp phủ dày đặc với liên kết luyện kim với thân trục lăn.

Một quy trình tái sản xuất điển hình bao gồm:

Kiểm tra → loại bỏ vật liệu bị hư hỏng → chuẩn bị bề mặt → phủ laser → tái tạo nhiều đường/nhiều lớp → gia công hoặc mài → kiểm tra kích thước

Tùy thuộc vào mức độ mài mòn, phương pháp phủ laser có thể khôi phục bề mặt bị hư hại tương đối mỏng hoặc tái tạo thêm vật liệu trước khi gia công hoàn thiện.

Mục tiêu không chỉ đơn thuần là phủ lớp bảo vệ lên trục lăn, mà còn là khôi phục cả hiệu suất bề mặt và kích thước chức năng.

Vật liệu ốp lát chống mài mòn

Việc lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào chất nền của trục lăn, nhiệt độ hoạt động và cơ chế hỏng hóc chủ yếu.

Tùy thuộc vào ứng dụng, các hệ hợp kim sắt, niken hoặc các hợp kim khác có thể được xem xét để cung cấp sự kết hợp của:

Khả năng chống mài mòn + độ ổn định nhiệt + độ bền + khả năng chống oxy hóa + khả năng chống nứt

Đối với các cuộn giấy chịu tác động lặp đi lặp lại và chu kỳ nhiệt, độ cứng tối đa không nhất thiết là điều mong muốn.

Lớp phủ quá cứng và giòn có thể mang lại khả năng chống mài mòn tốt trong phòng thí nghiệm nhưng lại hoạt động kém hiệu quả dưới tác động cơ học và nhiệt lặp đi lặp lại.

Do đó, vật liệu ốp cần phải cân bằng giữa độ cứng với độ dẻo dai cần thiết và khả năng tương thích về mặt luyện kim với lớp nền.

Pha loãng có kiểm soát và liên kết luyện kim

Sự pha loãng là một yếu tố quan trọng cần xem xét trong quá trình phủ laser dạng cuộn.

Sự nóng chảy quá mức của vật liệu nền làm thay đổi thành phần hóa học của lớp được lắng đọng và có thể làm giảm các đặc tính bề mặt mong muốn. Đồng thời, sự tương tác không đủ với chất nền có thể làm suy yếu quá trình liên kết.

Do đó, công suất laser, kích thước chùm tia, tốc độ di chuyển, tốc độ cấp bột và chiến lược lắng đọng phải được tối ưu hóa đồng thời.

Mục tiêu là tạo ra liên kết luyện kim ổn định với sự pha loãng chất nền được kiểm soát và các đặc tính lớp lắng đọng nhất quán.

Cần phải xây dựng phạm vi quy trình phù hợp dựa trên vật liệu trục cán cụ thể và hợp kim lớp phủ được lựa chọn, thay vì áp dụng một bộ thông số cố định cho mọi trục cán.

Tái cấu trúc nhiều lớp các cuộn giấy bị mòn

Các cuộn giấy bị mòn nhiều có thể cần nhiều hơn một lớp phủ.

Nhiều rãnh hình tròn hoặc hình xoắn ốc có thể được phủ lên bề mặt trục lăn, với các lớp bổ sung được áp dụng cho đến khi tạo đủ khoảng trống gia công.

Các biến số quan trọng bao gồm:

• Độ dày lớp
• Đường ray trùng lặp
• Tốc độ quay
• Tốc độ di chuyển theo chiều dọc
• Tốc độ cấp liệu bột
• Tích tụ nhiệt
• Nhiệt độ giữa các lần chạy

Chiến lược lắng đọng vật liệu cần đảm bảo phân bố vật liệu đồng đều, đồng thời tránh tích tụ nhiệt quá mức trong thân trục lăn.

Tự động phủ lớp bảo vệ cho các cấu kiện dạng cuộn lớn.

Các con lăn kẹp rất phù hợp với quá trình phủ laser tự động vì cấu trúc hình học chủ yếu là quay của chúng.

Trong quá trình gia công, trục lăn quay trong khi đầu phủ laser di chuyển dọc theo phôi. Chuyển động phối hợp tạo ra một đường dẫn lắng đọng hình xoắn ốc liên tục trên bề mặt cần thiết.

Đối với các cuộn dài và nặng, hệ thống tấm ốp công nghiệp phải đáp ứng các yêu cầu sau:

• Khả năng chịu tải phôi đủ
• Định vị xoay ổn định
• Di chuyển CNC theo chiều dọc
• Định vị đầu laser chính xác
• Phân phối bột có kiểm soát
• Tốc độ xử lý lặp lại

Vì lý do này, độ cứng vững của máy và khả năng điều khiển chuyển động cũng quan trọng không kém công suất laser khi gia công các chi tiết lớn của nhà máy cán thép.

Quản lý nhiệt trong quá trình cán tấm

Các cuộn vật liệu lớn có thể cần quy trình xử lý liên tục kéo dài, do đó quản lý nhiệt là một phần quan trọng trong chiến lược tái sản xuất.

Tùy thuộc vào chất nền và vật liệu ốp lát, quy trình này có thể yêu cầu kiểm soát các yếu tố sau:

• Làm nóng trước
• Nhiệt độ giữa các lần chạy
• Trình tự lắng đọng
• Lượng nhiệt đầu vào của laser
• Tỷ lệ làm mát

Quản lý nhiệt đúng cách giúp giảm ứng suất dư và giảm nguy cơ nứt hoặc biến dạng.

Chiến lược phù hợp cần được xác định thông qua phân tích vật liệu và thử nghiệm quy trình trước khi sản xuất hàng loạt.

Gia công sau và phục hồi kích thước

Quá trình phủ laser thường để lại phần vật liệu thừa phía trên đường kính cuộn cuối cùng cần thiết.

Sau khi lắng đọng, trục lăn được gia công hoặc mài lại để đạt được kích thước và điều kiện bề mặt theo quy định.

Kiểm tra cuối cùng có thể bao gồm:

• Đường kính ngoài
• hình trụ
• Cạn kiệt
• Điều Kiện Bề MẶT
• Độ dày ốp
• Độ cứng bề mặt
• Kiểm tra vết nứt
• Liên kết luyện kim khi cần thiết

Đối với các ứng dụng tái sản xuất, việc đánh giá sự thành công của lớp phủ nên dựa trên hiệu suất của cuộn thành phẩm và độ chính xác về kích thước , chứ không chỉ đơn thuần là dựa vào hình thức bên ngoài của lớp phủ.

Tái sản xuất so với thay thế các con lăn kẹp bị mòn

Các trục cuốn công nghiệp cỡ lớn chứa một lượng lớn thép hợp kim đã qua xử lý và có thể có chi phí thay thế đáng kể.

Khi thân trục lăn, trục quay và các bộ phận cấu trúc khác vẫn còn phù hợp để tiếp tục sử dụng, việc tái sản xuất có thể bảo tồn phần lớn các bộ phận ban đầu.

Phương pháp phủ laser chủ yếu bổ sung vật liệu vào bề mặt chức năng bị hư hỏng.

Điều này có thể mang lại một số lợi thế:

• Khôi phục kích thước đã mòn
• Sử dụng cục bộ hợp kim hiệu suất cao
• Giảm thiểu việc loại bỏ vật liệu cơ bản có thể sử dụng được.
• Lượng nhiệt đầu vào được kiểm soát
• Lớp bề mặt liên kết luyện kim
• Khả năng kéo dài tuổi thọ của linh kiện
• Tái sử dụng các thân cuộn có giá trị cao

Tuy nhiên, việc tái sản xuất chỉ nên được thực hiện sau khi xác định rằng bộ phận cơ bản vẫn còn phù hợp về mặt cấu trúc để tiếp tục sử dụng.

Ứng dụng trong thiết bị cán thép

Nguyên lý phủ laser tương tự có thể được mở rộng từ các con lăn kẹp sang các bộ phận khác của máy cán thép chịu mài mòn nghiêm trọng.

Các ứng dụng điển hình bao gồm:

• Con lăn kẹp của máy cán nóng
• Cuộn dẫn hướng
• cuộn bàn
• Con lăn băng tải
• Cuộn dây cương
• Cuộn vận chuyển
• Các bề mặt lăn làm việc và hỗ trợ được lựa chọn
• Các bộ phận mài mòn quay lớn khác

Mỗi bộ phận cần được đánh giá riêng về chất nền, cơ chế mài mòn, nhiệt độ hoạt động và điều kiện tải trọng.

Giải pháp phủ laser GREENSTONE cho trục cán thép

GREENSTONE cung cấp các giải pháp về quy trình và thiết bị phủ laser cho các con lăn kẹp, trục lớn và các bộ phận công nghiệp nặng khác cần tăng cường bề mặt chống mài mòn hoặc khôi phục kích thước.

Đối với các chi tiết dạng cuộn dài, hệ thống có thể tích hợp định vị quay tải nặng, chuyển động dọc CNC, cấp bột chính xác và phủ laser xoắn ốc tự động.

Cấu hình thiết bị có thể được điều chỉnh theo đường kính, chiều dài, trọng lượng của phôi, độ dày lớp phủ yêu cầu và năng lực sản xuất.

Quá trình phát triển cũng có thể bao gồm lựa chọn vật liệu, tối ưu hóa thông số, chiến lược kiểm soát nhiệt và thử nghiệm mẫu trước khi cấu hình thiết bị cuối cùng.

Đối với dự án phủ laser lên trục cán thép, cần cung cấp bản vẽ trục cán, chiều dài tổng thể, đường kính tối đa, trọng lượng phôi, vật liệu nền, vị trí mài mòn, độ dày phục hồi cần thiết, điều kiện vận hành và công suất sản xuất mục tiêu . Sau đó, các thông số này có thể được sử dụng để đánh giá vật liệu phủ phù hợp, chiến lược quy trình và cấu hình thiết bị.