Tecnologia di riparazione della superficie del manicotto di laminazione fuso mediante rivestimento laser ad alta velocità

Nella produzione di colata e laminazione di lamiere di alluminio, il manicotto del rullo di colata è la parte operativa principale. Durante il servizio, la superficie del manicotto del rullo è soggetta all'interazione di alta temperatura e carico, che spesso influisce sulla durata e sulla qualità della lamiera di alluminio a causa della comparsa precoce di cavità, crepe e usura. Il prezzo della manica a rullo può raggiungere centinaia di migliaia di yuan per set. Se fallisce troppo presto, aumenterà sicuramente i costi di produzione e non contribuirà a migliorare i benefici economici delle imprese di produzione. La saldatura della superficie è il metodo di riparazione tradizionale delle maniche a rullo, ma il suo ampio trasferimento di calore porta alla deformazione della matrice e influisce sull'effetto di riparazione. Per risolvere questo problema, molti esperti e studiosi propongono il metodo del rivestimento laser per riparare il manicotto del rullo. Essendo una tecnologia di modificazione superficiale ad alta tecnologia, il rivestimento laser ha le caratteristiche di elevata precisione di lavorazione, piccolo grado di deformazione termica e minore quantità di lavorazione successiva. Le leghe a base di cobalto sono ampiamente utilizzate per il rinforzo superficiale del rivestimento laser di materiali in acciaio a causa della loro resistenza alle alte temperature, durezza e resistenza alla fatica termica.

La tecnologia di rivestimento laser ad alta velocità ha le caratteristiche di elevata efficienza di rivestimento, elevato tasso di utilizzo della polvere e tasso di diluizione estremamente basso e può preparare rapidamente strati di lega laser sulla superficie di pezzi rotanti di grandi dimensioni in uguale fase di fusione dei manicotti del rullo. La rugosità superficiale dello strato di rivestimento è bassa, il che favorisce la lavorazione successiva, risparmiando materiali di rivestimento e superando i problemi di bassa efficienza e costo elevato del rivestimento laser convenzionale. I parametri di processo hanno una grande influenza sulle prestazioni dello strato di rivestimento. È la premessa e la chiave per migliorare le prestazioni del rullo di colata per preparare lo strato di rivestimento laser ad alta velocità con qualità eccellente ottimizzando i parametri di processo.

Una volta completato il rivestimento di riparazione della superficie, la rugosità superficiale del manicotto del rullo fuso spesso non può soddisfare i requisiti delle condizioni di lavoro effettive e deve essere rielaborata mediante rettificatrice e altri processi. Pertanto, lo spessore e la rugosità superficiale dello strato di rivestimento diventano gli indici chiave per valutarne la qualità. In questo articolo, come matrice è stato utilizzato l'acciaio per manicotti di laminazione colato 32Cr3Mo1V. In primo luogo, è stata discussa l'influenza dei diversi parametri di processo sullo spessore e sulla ruvidità superficiale del rivestimento a base di cobalto mediante rivestimento laser ad altissima velocità. Dopo aver determinato l'intervallo ottimale, i parametri di processo ottimali sono stati ottimizzati mediante test ortogonali di progettazione. Sono state analizzate la microstruttura e la microdurezza del rivestimento preparato utilizzando i parametri ottimali, al fine di fornire alcune basi sperimentali e teoriche per l'esplorazione di una nuova e più efficiente tecnologia per la riparazione superficiale e il rafforzamento del manicotto del rullo fuso.

Il materiale di base del test era una fusione di alluminio 32Cr3Mo1V e un manicotto del rullo di fusione in laminatoio, mentre il materiale di rivestimento era polvere di lega di Co-06 con dimensioni delle particelle di 15-53μm. La morfologia SEM della polvere è stata mostrata nella Figura 1 e la composizione nella Tabella 1. Prima del rivestimento, la polvere è stata essiccata in un forno di essiccazione a 120 gradi per 120 minuti. Le striature e gli strati di ossido sulla superficie del campione sono stati rimossi mediante molatura meccanica e l'olio è stato pulito con alcool.

                                                                                                        Fig.1 Immagine SEM della polvere di co-06

Quando la potenza del laser è di 2500 W e la velocità di rivestimento è di 15 m/min, lo spessore dello strato di rivestimento del laser ad altissima velocità aumenta con l'aumento della velocità di alimentazione della polvere entro un determinato intervallo di parametri. Poiché il tasso di utilizzo della polvere può superare il 90% nel processo di rivestimento laser ad altissima velocità, la maggior parte della polvere di rivestimento può essere completamente fusa sopra il pezzo in lavorazione e iniettata nella vasca fusa allo stato liquido. Con l'aumento della velocità di alimentazione della polvere, più polvere di rivestimento viene iniettata nel bagno di fusione nell'unità di tempo e lo spessore dello strato di rivestimento aumenta. Ma il test ha anche scoperto che quando la velocità di alimentazione della polvere viene aumentata alla potenza del laser e altri parametri non corrispondono, non è sufficiente affinché la maggior parte della polvere di rivestimento possa essere completamente fusa sulla parte superiore del pezzo e la parte non fusa o la polvere di rivestimento semifusa influirà gravemente sulla qualità di formatura dello strato di rivestimento.

Quando la potenza del laser è di 2800 W e la velocità di alimentazione della polvere è di 30 g/min, lo spessore dello strato di rivestimento diminuisce con l'aumento della velocità di rivestimento entro un determinato intervallo di parametri. Il motivo è che il rivestimento del rivestimento laser ad altissima velocità è composto da più strati sottili impilati nella direzione dello spessore. Quando il tasso di sovrapposizione è costante, lo spessore dello strato sottile determina direttamente lo spessore dello strato di rivestimento. Quando la velocità di rivestimento aumenta, la quantità iniettata nella vasca fusa sotto forma di goccioline per unità di tempo diminuirà, riducendo così lo spessore del singolo rivestimento sottile e, infine, lo spessore dello strato di rivestimento.

Quando la velocità di alimentazione della polvere è di 15 g/min e la velocità di rivestimento è di 15 m/min, non esiste una correlazione evidente tra lo spessore dello strato di rivestimento e la potenza del laser entro un determinato intervallo di parametri. Poiché il rivestimento laser ad altissima velocità produce solo un pool fuso ultrasottile e minimo sulla superficie del substrato, il tasso di diluizione è estremamente basso, la velocità di potenza del laser ha poco effetto sul substrato e il tasso di utilizzo della velocità ultraelevata La polvere di rivestimento laser è molto elevata, la quantità di polvere che può essere fusa aumentando la potenza del laser è limitata, quindi la potenza del laser non ha effetti significativi sullo spessore dello strato di rivestimento laser ad altissima velocità.

Attraverso l'osservazione della topografia superficiale macroscopica dello strato di rivestimento, si è riscontrato che all'interno dell'intervallo di parametri sopra indicato, la topografia superficiale dello strato di rivestimento cambia significativamente solo quando cambia la velocità di rivestimento. Si è riscontrato che quando la velocità di rivestimento raggiunge 75 m/min, la forma superficiale dello strato di rivestimento è scarsa e la rugosità è elevata, mentre quando la velocità di rivestimento è 15 m/min o 25 m/min, la forma superficiale dello strato lo strato di rivestimento è migliore e allo stesso tempo la rugosità è bassa.

1. In un certo intervallo di parametri, lo spessore dello strato di rivestimento aumenta con l'aumento della velocità di alimentazione della polvere e diminuisce con l'aumento della velocità di rivestimento e lo spessore dello strato di rivestimento non ha alcuna correlazione evidente con la potenza del laser .

2. I parametri di processo ottimizzati sono potenza laser 2500 W, velocità di scansione 15 m/min e velocità di alimentazione polvere 30 g/min. Con questi parametri di processo, lo strato di rivestimento può ottenere spessore e microdurezza più elevati.

3. La microstruttura dello strato di rivestimento laser ad altissima velocità è uniforme e fine e vi è un evidente fenomeno di delaminazione dell'arco. Le regioni inferiore e centrale dello strato di rivestimento sono per lo più cristalli colonnari che crescono perpendicolarmente alla linea di fusione dell'interfaccia strato di rivestimento/matrice o alla linea di fusione a sovrapposizione, e la direzione di crescita è altamente coerente. C'è un leggero ingrossamento della grana nella regione della linea di fusione. La direzione di crescita dei dendriti nella regione superiore dello strato di rivestimento è relativamente disordinata.

4. La microdurezza dello strato di rivestimento laser ad altissima velocità è significativamente superiore a quella del substrato, il che favorisce il miglioramento della resistenza all'usura del manicotto del rullo fuso.