레이저 조질 기술 레이저 조질(Laser Beam Texturing, 약칭LBT 또는LT)는 고에너지 밀도(104~106W/cm2), 고반복 주파수(103~104회/초)의 펄스 레이저 빔을 회전하는 롤 표면에 집중 조사하여 다수의 미세 용융 풀을 형성하고, 동시에 일정 각도의 보조 가스를 불어 용융 풀의 용융 금속을 압출 성형합니다. 광 펄스 작용이 중단된 후, 미세 홈 용융 풀의 금속은 롤 자체의 열전도 작용에 의해 급속히 냉각되어 미세 홈과 홈 가장자리의 환형 돌출부 구조를 가진 상 경화점을 형성합니다. 동시에 레이저와 롤이 축 방향으로 상대 운동하여 롤 조질을 완료합니다. 레이저 출력, 펄스 주파수, 펄스 파형, 보조 가스 종류, 방향 및 유량, 롤 회전 속도 등 레이저 조질 공정 매개변수를 조정하여 롤 표면의 조질 홈 형상과 분포를 정밀하게 제어할 수 있습니다.

레이저 조질의 특징:

(1)조질 매개변수 제어 가능. 점별 조질 방식으로 홈 크기와 간격을 제어할 수 있어 표면 거칠기Ra 및 피크 수Pc 값 등의 매개변수를 제어할 수 있습니다.

(2)구조 간단. 레이저 조질 장비는 롤이 회전하고 광학 시스템이 롤 축을 따라 평행 이동하는 '선반형' 모드를 채택하여 장비가 간단하고 신뢰성이 높으며, 점유 면적과 공간이 작고 분진 및 소음 공해가 없어 장비 투자 비용을 절감할 수 있습니다. 또한 사용자 상황에 따라 연삭기 후 선반에 레이저 시스템을 추가하여 장비 투자 비용을 더욱 낮출 수 있습니다.

(3)조질 효율 높음. 과거에는 음향광학 상자나 초핑 디스크를 사용하여 레이저 펄스 신호를 생성하여 레이저 출력이 제한되었으나, 기술 업데이트와 다중 헤드 광학 제어 시스템의 등장으로 조질 효율이 배가되어 조질 시간이 쇼트 블라스트 장비보다 짧아질 수 있습니다. 

4 레이저 조질 공정의 응용

 레이저 조질 기술의 특수성으로 인해, 이는 롤, 냉간 압연 생산, 냉간 압연 완제품에 다른 조질 방법으로는 대체할 수 없는 긍정적인 영향을 미칩니다.

4.1 레이저 텍스처링 공정은 압연 롤의 수명을 현저히 향상시킬 수 있음 텍스처링 가공 원리와 압연 공정을 분석하면, 레이저 텍스처링 압연 롤의 수명 향상이 주로 다음 세 가지 경로를 통해 실현된다는 것을 쉽게 이해할 수 있습니다.

(1) 표면 개질 및 미세 결정 강화 효과 레이저 텍스처링 시, 롤 표면 작용 영역의 재료는 용융 및 응고 속도가 매우 빠르기 때문에(가열 속도는 l06～109℃/s, 냉각 속도 ≥105℃/s로 수냉보다 훨씬 빠름), 초미세 결정(깊은 서브미크론에서 나노미터 수준) 또는 비정질 조직을 형성할 수 있으며, 그 경도는 HV900(HRC67)을 초과할 수 있어 일반 담금질로 달성할 수 있는 수준보다 훨씬 높으며, 높은 경도의 표면 조직은 롤 표면의 내마모성을 향상시키는 데 유리합니다. 

(2) 텍스처링 형상의 내마모 효과 레이저 텍스처링 후, 롤 표면 형상이 변화하여 텍스처링 가공으로 형성된 미세 홈과 돌기가 롤 표면에 균일하게 분포됩니다. 이러한 롤 표면 형상은 압연 시 롤과 판재 간의 마찰 상태를 개선하는 데 유리할 뿐만 아니라 양호한 윤활 조건을 유지하는 데에도 유리합니다. 균일하게 분포된 미세 홈은 또한 마모 입자를 수집하여 롤 마모와 판재 표면 손상을 방지하는 역할을 할 수 있습니다. 

(3) 표면 응력 완화에 의한 인성 향상 효과 수명을 향상시키기 위해, 일반적으로 냉간 압연 작업 롤에 표면 담금질 처리를 수행합니다. 요구되는 경도가 높을수록 마르텐사이트 변태로 인한 부피 팽창 효과가 더 심각해지고, 발생하는 잔류 압축 응력도 더 커집니다. 압축 응력이 과도하면 롤 표면이 파열되기 쉬워 오히려 롤 사용에 해를 끼치므로 유해합니다. 이러한 롤을 레이저 방식으로 텍스처링하면, 표면의 레이저 조사 영역 재료는 용융 및 응고 시 열팽창 및 수축 작용으로 인해 잔류 인장 응력이 발생합니다.X선 응력 측정 결과, 레이저 조사 영역(미세 홈)의 밀도가 일정 수준에 도달하면, 이러한 균일하게 분포된 인장 응력이 롤 표면층의 기존 강한 잔류 압축 응력을 효과적으로 완화시켜 롤 표면을 인성화할 수 있음을 보여줍니다.

레이저 조질 롤로 압연된 강대 표면 거칠기Ra의 변화 양상은 압연 초기(압연량의 약 15% 시점)에 표면 거칠기가 빠르게 감소하다가 이후 완만해지는데, 이는 주로 레이저 조질 롤의 표면 형상과 관련이 있다. 레이저 조질 롤 사용 초기에는 돌출부의 첨단이 빠르게 무뎌지지만, 일정 기간 사용 후에는 돌출부가 비교적 둔해져 레이저 조질 롤의 마모량이 감소한다. 돌출부의 첨단 높이 및 오목부 형상 등은 조질 공정을 변경하여 제어할 수 있으므로, 레이저 조질 롤 사용 시 거칠기 값의 과도한 변화로 압연 조건이 크게 변하지 않는다. 레이저 조질 롤의 수명은 냉간 압하율, 냉간 소재의 재질 및 경도에 따라 달라진다. 칭다오 홍쉬 연합 장비에서 생산하는 쇼트 블라스트 조질 장비는 레이저 조질 장비와 비교하여 강화 효과가 있어, 롤의 표면 경도를 높이고 롤의 수명을 연장한다.