Nelle industrie di lavorazione dei metalli come quella dell'acciaio e dei metalli non-ferrosi, i laminatoi sono le attrezzature principali per ottenere la deformazione plastica dei materiali. Tra questi, le piastre di rivestimento, in quanto importanti componenti di supporto e protezione del sistema di laminazione, influiscono direttamente sulla precisione di laminazione, sulla qualità del prodotto e sulla stabilità operativa delle apparecchiature. Nelle condizioni di lavoro di esposizione a lungo-termine a enormi forze di rotolamento, impatti ad alta-frequenza e attrito, l'usura è un fenomeno inevitabile. Comprendere scientificamente l’usura e adottare metodi di riparazione efficaci è di grande importanza per controllare i costi di produzione e garantire una produzione continua.
Cause ed effetti dell'usura delle piastre di rivestimento del laminatoio
L'usura delle piastre di rivestimento è un processo complesso e completo, derivante principalmente dai seguenti aspetti:
1. Usura meccanica: questa è la forma di usura più significativa. Durante il processo di laminazione, i rulli esercitano un'enorme pressione sulla billetta metallica deformandola e questa forza viene trasmessa alle piastre di rivestimento attraverso le sedi dei cuscinetti. Micro-attrito e impatto continui si verificano tra le piastre di rivestimento, le sedi dei cuscinetti e le finestre del mulino, con conseguente perdita graduale del materiale superficiale e una diminuzione della precisione dimensionale.
2. Usura per fatica: Il carico di lavoro del laminatoio è caratterizzato da cicli periodici. Sotto l'azione a lungo-termine delle sollecitazioni alternate, si svilupperanno crepe microscopiche negli strati superficiali o sotterranei delle piastre di rivestimento. Queste crepe si espandono e si collegano continuamente, portando alla fine al distacco del materiale sotto forma di scaglie sottili, che formano vaiolature o scheggiature.
3. Condizioni di lubrificazione: sebbene sia presente lubrificazione tra le superfici di contatto delle piastre di rivestimento, in condizioni di carico pesante e di bassa-velocità, è difficile formare un film fluido lubrificante completo, spesso con conseguente lubrificazione marginale o addirittura attrito a secco, che aggrava i graffi e l'usura della superficie.
4. Precisione di installazione e allineamento: se le piastre di rivestimento sono installate in modo errato o il sistema di rulli del laminatoio è scarsamente allineato, ciò porterà a una distribuzione non uniforme del carico e a un carico eccentrico, causando alcune piastre di rivestimento a sopportare sollecitazioni anormalmente elevate, accelerandone l'usura e i danni.
Gli effetti diretti dell'usura della piastra di rivestimento includono: perdita di precisione di posizionamento assiale e radiale dei rulli, con conseguente spessore non uniforme e scarsa forma del nastro laminato; aumento del gioco dell'usura che causa vibrazioni e rumore delle apparecchiature, influenzando la durata dei cuscinetti e di altri componenti correlati; e nei casi più gravi, può verificarsi la frattura della piastra di rivestimento, con conseguenti tempi di inattività non pianificati, interruzione dei programmi di produzione e perdite economiche significative. II. Risposta tradizionale: limitazioni della sostituzione con nuovi rivestimenti
Di fronte all'usura delle camicie, l'approccio tradizionale più diretto è quello di sostituire le camicie usurate con nuovi pezzi di ricambio. Questo metodo presenta evidenti vantaggi: i nuovi rivestimenti hanno dimensioni standard e prestazioni costanti e la loro installazione ripristina rapidamente l'attrezzatura alla precisione di progettazione originale, rendendo l'operazione semplice.
Tuttavia, affidarsi esclusivamente alla sostituzione con parti nuove presenta limitazioni significative:
Costo elevato: le camicie per i grandi laminatoi sono generalmente forgiate in acciaio legato di alta-qualità e ogni unità è costosa. La sostituzione frequente rappresenta una spesa enorme per i pezzi di ricambio.
Pressione logistica: dall'approvvigionamento e dal trasporto dei pezzi di ricambio alla gestione dell'inventario, sono necessarie notevoli risorse di capitale e di magazzino. Se si verifica un'usura improvvisa e grave e le scorte non sono sufficienti, l'attesa dell'arrivo di nuove parti può portare a tempi di fermo prolungati.
Rifiuti di materiale: l'usura è spesso concentrata in aree di lavoro localizzate. Sostituire l’intero liner significa scartare una grande quantità di materiale ancora funzionante, il che contraddice il principio di conservazione delle risorse.
Adattabilità limitata: il materiale e le prestazioni delle nuove camicie standard sono fissi e non possono essere "personalizzati" per ottimizzare condizioni di usura specifiche di particolari gabbie e prodotti.
Tecnologia di riparazione per rivestimenti usurati: valore e approcci
Rispetto alla sostituzione completa, la riparazione e il riutilizzo dei rivestimenti usurati sta diventando un'opzione più economica e tecnicamente mirata. L'idea centrale della riparazione è ripristinare le dimensioni e la forma della base del rivestimento usurata e migliorarne le prestazioni locali attraverso la produzione additiva e altri metodi.
Attualmente, i principali approcci tecnologici di riparazione includono:
1. Riparazione della superficie: questa è la tecnologia più utilizzata. Implica il deposito di uno o più strati di materiale di saldatura in lega sulla superficie usurata del rivestimento utilizzando metodi come la saldatura ad arco e la saldatura con protezione di gas. La chiave del processo di riparazione è:
Abbinamento dei materiali: in base alla composizione chimica del materiale di base del rivestimento e alle condizioni di lavoro (quali pressione, impatto e temperatura), selezionare fili/elettrodi di saldatura corrispondenti o superiori per garantire un forte legame tra lo strato di riparazione e il materiale di base e che la durezza, la resistenza all'usura e la resistenza alle crepe soddisfino i requisiti.
Controllo del processo: sono necessarie procedure di saldatura rigorose per controllare la temperatura di preriscaldamento, la temperatura di interpass, la corrente e la tensione di saldatura e misure di raffreddamento lento post-saldatura per evitare un eccessivo stress di saldatura che porta a deformazioni o fessurazioni. Lavorazione meccanica: una volta completata la saldatura della superficie, vengono utilizzati metodi di lavorazione meccanica diversificati come fresatura e rettifica per ripristinare la precisione dimensionale e la finitura superficiale del rivestimento riparato secondo i requisiti dei disegni di progetto.
I vantaggi della riparazione mediante saldatura della superficie risiedono nell'ampio spessore dello strato di riparazione e nell'elevata forza di adesione, che consente un rifornimento flessibile del materiale in base alle condizioni di usura. Le sfide includono gli elevati requisiti tecnici per gli operatori, il rischio di introdurre difetti dovuti a processi impropri e la possibilità che la zona termica-alterata alteri le proprietà locali del materiale di base.
2. Riparazione con spruzzatura termica: questa tecnologia prevede la spruzzatura di materiali di rivestimento fusi o semi-fusi (come leghe metalliche, ceramica o compositi metallo-ceramici) sulla superficie del rivestimento pre-trattata utilizzando un flusso di gas ad alta-velocità per formare un rivestimento. I metodi comunemente utilizzati includono la spruzzatura ad arco, la spruzzatura a fiamma e la spruzzatura al plasma.
I suoi vantaggi includono una temperatura di esercizio relativamente bassa, un basso apporto di calore al materiale di base del rivestimento e un basso rischio di deformazione; può spruzzare vari materiali ad alte-prestazioni, migliorando significativamente la resistenza all'usura superficiale e alla corrosione; e lo spessore del rivestimento è controllabile.
Le limitazioni includono che il legame tra il rivestimento e il materiale di base è principalmente meccanico (alcuni processi possono ottenere un legame metallurgico) e la forza di legame può essere inferiore a quella dello strato superficiale quando sottoposto a grandi carichi di impatto; il rivestimento è solitamente sottile e non adatto a riparare l'usura profonda.
3. Tecnologia di riparazione dei compositi: nelle applicazioni pratiche, le tecnologie dei compositi vengono spesso utilizzate per sfruttare i loro punti di forza e mitigare i loro punti deboli. Ad esempio, per le aree profondamente usurate, viene prima utilizzata la saldatura della superficie per riempire l'area, quindi viene spruzzato sulla superficie uno strato di materiale speciale più resistente all'usura-; oppure viene utilizzata la tecnologia di rivestimento laser, che può ottenere il legame metallurgico dei materiali in polvere con il materiale di base con un tasso di diluizione molto basso, con conseguente minore deformazione termica e una struttura più densa, ma l'investimento e il costo dell'attrezzatura sono più elevati.
Analisi comparativa di riparazione e sostituzione
La scelta tra riparazione e sostituzione richiede un giudizio complessivo basato su fattori tecnici ed economici:
In termini di costi: il costo della riparazione ammonta solitamente solo al 30%-60% del costo di acquisto di nuove parti, il che rappresenta un vantaggio significativo. Ciò è particolarmente vero per le navi di linea grandi e costose, dove i risparmi sono particolarmente significativi.
In termini di tempo di ciclo: il ciclo di riparazione è generalmente più breve del ciclo di approvvigionamento e produzione di nuove parti, soprattutto per le aziende con-capacità di riparazione in loco o partner di riparazione locali, che possono ridurre significativamente i tempi di inattività.
In termini di prestazioni: la tecnologia di riparazione offre la possibilità di "aggiornamenti di prestazioni". Utilizzando materiali di riparazione più resistenti all'usura-e agli urti-, è possibile rinforzare i punti deboli che in precedenza erano soggetti a usura e la durata del componente riparato può addirittura superare quella della nuova parte originale. Le prestazioni di una nuova parte, tuttavia, sono fisse.
