Una hoja de ruta para el rectificado y acabado de acero inoxidable

Para garantizar una pasivación adecuada, un técnico limpia electroquímicamente un cordón de soldadura longitudinal en una sección laminada de acero inoxidable. Imágenes proporcionadas por Walter Surface Technologies

Imagine que un fabricante consigue un contrato relacionado con la fabricación crítica de acero inoxidable. Las secciones tubulares y de láminas de metal fluyen a través del corte, el doblado y la soldadura, y luego llegan a la estación de acabado. La pieza consiste en una placa soldada verticalmente a un tubo. La soldadura se ve bien, pero no es la perfección que el cliente busca. Por lo tanto, la amoladora dedica tiempo a eliminar un poco más de metal de soldadura de lo habitual. Luego, por desgracia, emerge un azulado significativo en la superficie, un signo revelador de una entrada de calor excesiva. En este caso, esto significa que la pieza no cumplirá con los requisitos del cliente.

Generalmente realizados manualmente, el esmerilado y el acabado requieren destreza y delicadeza. Los errores en el acabado pueden ser extraordinariamente costosos, considerando todo el valor que ya se ha puesto en la pieza de trabajo. Agregue un material costoso y sensible al calor como el acero inoxidable, y los costos de reelaboración y chatarra aumentan aún más. Agregue complicaciones como la contaminación y fallas en la pasivación, y un trabajo de acero inoxidable que alguna vez fue rentable puede convertirse en una desventura que le hará perder dinero e incluso la reputación.

¿Cómo pueden los fabricantes evitar todo esto? Pueden comenzar por desarrollar un conocimiento de rectificado y acabado, qué papel desempeña cada uno y cómo afecta cada uno a una pieza de trabajo de acero inoxidable.

No son sinónimos. De hecho, cada uno tiene un objetivo fundamentalmente diferente. El esmerilado elimina material como rebabas y el exceso de metal de soldadura, mientras que el acabado pone un acabado en la superficie del metal. La confusión es comprensible, teniendo en cuenta que los que muelen con una rueda de grano grande eliminan una gran cantidad de metal rápidamente y, al hacerlo, dejan un "acabado" de rasguños muy profundos. Pero en el esmerilado, los rayones son solo el efecto secundario; El objetivo es una eliminación rápida del material, especialmente cuando se trabaja con metales sensibles al calor como el acero inoxidable.

El acabado ocurre en pasos a medida que el operador comienza con un grano más grande y baja a discos de lijado de grano más fino, abrasivo no tejido y tal vez un paño de fieltro y pasta de pulido para lograr un acabado de espejo. El objetivo es conseguir un determinado acabado final (patrón de rayado). Y cada paso (grano más fino) elimina los rasguños más profundos del paso anterior y los reemplaza con rasguños más pequeños.

Debido a que el esmerilado y el acabado tienen diferentes objetivos, a menudo no se complementan entre sí y, con la estrategia de consumibles incorrecta, en realidad pueden trabajar uno contra el otro. Para eliminar el exceso de metal de soldadura, un operador usa una muela abrasiva y deja rasguños muy profundos, luego pasa la pieza a un acabador que ahora debe pasar mucho tiempo eliminando esos rasguños profundos. Esta secuencia, que va desde el esmerilado hasta el acabado, podría seguir siendo la forma más eficaz de cumplir con los requisitos de acabado de un cliente. Pero, de nuevo, no son procesos complementarios.

Muy a menudo, las superficies de las piezas de trabajo diseñadas teniendo en cuenta la capacidad de fabricación no requieren rectificado ni acabado. Las piezas que solo se someten a esmerilado lo hacen porque el esmerilado es la forma más rápida de eliminar una soldadura u otro material, y los rasguños profundos que deja la muela abrasiva cumplen con los requisitos del cliente. Las piezas que solo requieren acabado se fabrican de tal manera que no requieren una cantidad excesiva de eliminación de material. Un buen ejemplo es una pieza de acero inoxidable con una soldadura de arco de tungsteno con gas de buena apariencia que solo necesita mezclarse y combinarse con el patrón de acabado del material base.

Una amoladora con una muela abrasiva de baja tasa de remoción puede enfrentar desafíos importantes al trabajar con acero inoxidable. Nuevamente, el calor excesivo puede causar azulado y cambiar las propiedades del material. El objetivo es mantener el acero inoxidable lo más frío posible durante todo el proceso.

Con ese fin, es útil elegir una muela abrasiva con la tasa de remoción más rápida posible para la aplicación y el presupuesto. Las muelas con granos de zirconia muelen más rápido que las de óxido de aluminio, pero en la mayoría de los casos una muela de cerámica funciona mejor.

Extremadamente resistentes y afilados, los granos de cerámica se desgastan de una manera única. En lugar de desgastarse suavemente, mantienen su borde afilado a medida que se descomponen gradualmente. Esto significa que pueden eliminar material extremadamente rápido, a menudo en una fracción del tiempo que pueden hacerlo otras muelas abrasivas. Por lo general, esto hace que las muelas abrasivas de cerámica bien valgan su costo adicional. Son muy adecuados para aplicaciones de acero inoxidable porque eliminan las virutas grandes rápidamente, generando menos calor y distorsión.

Un trabajador en la estación de preparación de soldadura muele tubería de acero inoxidable.

No importa qué muela abrasiva elija un fabricante, debe tener en cuenta el potencial de contaminación. La mayoría de los fabricantes saben que no pueden usar la misma muela abrasiva en acero al carbono y acero inoxidable. Muchos separan físicamente sus operaciones de molienda de acero al carbono y acero inoxidable. Incluso una chispa minúscula del acero al carbono que cae sobre una pieza de trabajo de acero inoxidable puede causar problemas de contaminación. Muchas industrias, como la farmacéutica y la nuclear, requieren consumibles clasificados como libres de contaminantes. Esto significa que las muelas abrasivas utilizadas en acero inoxidable deben estar casi libres (menos del 0,1 %) de hierro, azufre y cloro.

Las muelas abrasivas por sí solas no muelen; necesitan una herramienta eléctrica. Cualquiera puede promocionar los beneficios de una rueda abrasiva o una herramienta eléctrica, pero la realidad es que las herramientas eléctricas y sus muelas abrasivas funcionan como un sistema. Las muelas cerámicas están diseñadas para trabajar con amoladoras angulares con cierta potencia y par. Aunque algunas amoladoras neumáticas tienen las especificaciones necesarias, la mayoría de las amoladoras con ruedas de cerámica se realizan con herramientas eléctricas.

Una amoladora con potencia y torque insuficientes puede causar problemas importantes, incluso con el abrasivo más avanzado. La falta de potencia y torsión hace que la herramienta disminuya significativamente la velocidad bajo presión, lo que esencialmente evita que las partículas de cerámica en la rueda hagan lo que están diseñadas para hacer: eliminar grandes virutas de metal rápidamente y, al hacerlo, inducir menos calor en la rueda. material.

Esto puede exacerbar un círculo vicioso: los operadores de rectificado ven que el material no se está eliminando, por lo que instintivamente empujan con más fuerza, lo que a su vez genera calor excesivo y azulado. Eventualmente empujan con tanta fuerza que vidrian la rueda, lo que hace que empujen aún más fuerte y generen más calor antes de darse cuenta de que necesitan cambiar la rueda. Si se trabaja de esta manera en un tubo o lámina delgados, eventualmente simplemente atraviesan el material.

Por supuesto, este círculo vicioso puede ocurrir incluso con las mejores herramientas disponibles si los operadores no están debidamente capacitados, especialmente cuando se trata de la presión que aplican a la pieza de trabajo. La mejor práctica es mantenerse lo más cerca posible del amperaje nominal nominal de la amoladora. Si los operadores están usando un molinillo de 10 amperios, deben presionar lo suficiente para que el molinillo consuma alrededor de 10 amperios.

Si un fabricante procesa una gran cantidad de acero inoxidable costoso, el uso de un amperímetro puede ayudar a estandarizar las operaciones de rectificado. Por supuesto, en realidad pocas operaciones utilizan un amperímetro con regularidad, por lo que lo mejor es escuchar con atención. Si los operadores escuchan y sienten que las RPM caen rápidamente, probablemente estén presionando demasiado.

Escuchar un toque demasiado ligero (es decir, muy poca presión) puede ser difícil, por lo que en este caso puede ser útil prestar atención al flujo de la chispa. Esmerilar acero inoxidable produce chispas más oscuras que el acero al carbono, pero aun así deben ser visibles y proyectarse lejos del área de trabajo de manera consistente. Si los operadores de repente ven menos chispas, es probable que no estén aplicando suficiente presión o que la muela abrasiva esté vidriada.

Los operadores también necesitan mantener un ángulo de trabajo constante. Si se acercan a la pieza de trabajo en un ángulo casi plano (casi paralelo al trabajo), corren el riesgo de sobrecalentar un área amplia; si se acercan en un ángulo demasiado alto (más cerca de la vertical), corren el riesgo de clavar el borde de la rueda en el metal. Si están usando una muela abrasiva Tipo 27, deben acercarse al trabajo a 20 o 30 grados. Si tienen una rueda Tipo 29, su ángulo de trabajo debe ser de unos 10 grados.

Las muelas abrasivas tipo 28 (cónicas) normalmente se utilizan para esmerilar superficies planas para eliminar material en una ruta de esmerilado más ancha. Estas ruedas cónicas también funcionan mejor con un ángulo de esmerilado más bajo, alrededor de 5 grados, por lo que ayudan a reducir la fatiga del operador.

Esto introduce otro factor crítico: elegir el tipo de muela abrasiva adecuado. Las ruedas tipo 27 tienen un punto de contacto con la superficie metálica; Las ruedas tipo 28 tienen una línea de contacto debido a su forma cónica; y las ruedas Tipo 29 tienen una superficie de contacto.

Un trabajador acaba un marco de acero inoxidable con un disco de lijado.

Las muelas Tipo 27, con mucho las más comunes, hacen el trabajo en muchas aplicaciones, pero su forma dificulta el trabajo con piezas con contornos y curvas profundos, por ejemplo, un conjunto soldado de tubo de acero inoxidable. La forma contorneada de las ruedas Tipo 29 hace que sea más fácil para los operadores que necesitan rectificar una combinación de superficies curvas y planas. Las muelas tipo 29 logran esto al aumentar el área de contacto de la superficie, lo que significa que los operadores no necesitan dedicar mucho tiempo a rectificar en cada ubicación, una buena estrategia para mitigar la acumulación de calor.

De hecho, esto se aplica cuando se usa cualquier muela abrasiva. Al moler, los operadores nunca deben permanecer en el mismo lugar por mucho tiempo. Digamos que un operador está quitando metal de un filete de varios pies de largo. Podía manipular la rueda con movimientos cortos hacia arriba y hacia abajo, pero al hacerlo podría sobrecalentar la pieza de trabajo, porque mantiene la rueda en un área pequeña durante un período prolongado. Para reducir la entrada de calor, el operador puede atravesar toda la soldadura en una dirección cerca de un pie de soldadura, luego levantar la herramienta (dando tiempo para que el trabajo se enfríe) y atravesar el trabajo en la misma dirección cerca del otro pie de soldadura. Otras técnicas también pueden funcionar, pero todas comparten una característica: evitan el sobrecalentamiento al mantener la muela en movimiento.

La técnica de "peinar hacia abajo" comúnmente utilizada también ayuda a lograr esto. Supongamos que un operador está rectificando una soldadura de junta a tope en la posición plana. Para reducir el estrés por calor y la excavación excesiva, evita empujar la amoladora a lo largo de la junta. En cambio, comienza por el final y tira del molinillo a lo largo de la junta. Esto también evita que la rueda se hunda demasiado en el material.

Por supuesto, cualquier técnica puede sobrecalentar el metal si el operador va demasiado lento. Vaya demasiado lento y un operador puede sobrecalentar la pieza de trabajo; vaya demasiado rápido y la molienda puede llevar mucho tiempo. Encontrar el punto ideal de la tasa de avance generalmente viene con experiencia. Pero si los operadores son nuevos en el trabajo, pueden moler chatarra para aprender la "sensación" de una velocidad de avance adecuada para la pieza de trabajo en cuestión.

Las estrategias de acabado giran en torno al estado de la superficie del material cuando llega y sale del departamento de acabado. Establezca el punto de inicio (condición de la superficie tal como se recibió) y el punto final (acabado deseado), luego desarrolle un plan que encuentre el mejor camino entre esos dos puntos.

Por lo general, el mejor camino no comienza con un abrasivo muy agresivo. Esto puede sonar contradictorio. Después de todo, ¿por qué no comenzar con un grano grueso para lograr un acabado rugoso y luego pasar a granos más finos? ¿No sería extraordinariamente ineficiente comenzar con un grano más fino?

No necesariamente, y tiene que ver nuevamente con la naturaleza del acabado. Con cada paso hacia un grano más pequeño, los acabadores reemplazan los rasguños más profundos por otros menos profundos y más finos. Si comienzan con, digamos, un disco de lija o de láminas de grano 40, están haciendo profundos rayones en el metal. Si esos rasguños acercan la superficie al acabado deseado, genial; por eso existen esos consumibles de acabado de grano 40. Pero si el cliente demanda, digamos, un acabado No. 4 (un acabado cepillado direccional), los rasguños profundos creados por ese abrasivo de grano 40 tardarán mucho tiempo en eliminarse. Los acabadores tendrán que pasar por numerosos tamaños de grano o pasarán mucho tiempo con un abrasivo de grano fino para eliminar esos rasguños grandes y reemplazarlos por otros más pequeños. Todo esto no solo es ineficiente, sino que también introduce un calor excesivo en la pieza de trabajo.

Por supuesto, usar un abrasivo de grano fino en una superficie áspera puede ser lento y, combinado con una técnica deficiente, introducir un calor excesivo. Aquí es donde el disco de láminas dos en uno, o intercalado, puede ayudar. Estos discos comprenden una tela abrasiva combinada con un material acondicionador de superficie. Permiten que el terminador elimine el material con el abrasivo y, al mismo tiempo, deja un acabado más suave.

El próximo paso hacia el acabado final podría implicar el uso de un material no tejido, y esto ilustra otra característica exclusiva del acabado: el proceso funciona mejor con una herramienta eléctrica de velocidad variable. Una amoladora de ángulo recto que funcione a 10 000 RPM podría funcionar con algunos medios abrasivos, pero derretirá completamente ciertos materiales no tejidos. Por esta razón, los acabadores reducen la velocidad entre 3000 y 6000 RPM antes de comenzar un paso de acabado con un consumible no tejido. Por supuesto, la velocidad exacta depende de la aplicación y el consumible. Por ejemplo, los tambores no tejidos se usan generalmente entre 3000 y 4000 RPM, mientras que los discos de acondicionamiento de superficies se usan entre 4000 y 6000 RPM.

Tener las herramientas correctas (molinillo de velocidad variable, diferentes medios de acabado) y determinar la cantidad óptima de pasos proporciona esencialmente un mapa que revela el mejor camino entre el material recibido y el terminado. La ruta exacta varía según la aplicación, pero los acabadores experimentados recorren esa ruta utilizando técnicas de acabado similares.

Un tambor no tejido termina una superficie de acero inoxidable. Para lograr un acabado eficaz y una duración óptima de los consumibles, los diferentes medios de acabado funcionan a diferentes RPM.

Primero, se toman su tiempo. Si ven que una pieza de trabajo delgada de acero inoxidable se está calentando, dejan de terminar en un área y comienzan en otra. O pueden trabajar en dos piezas de trabajo diferentes a la vez. Trabajan un poco en uno y luego en el otro, dando tiempo a que la otra pieza de trabajo se enfríe.

Al pulir hasta obtener un acabado de espejo, un terminador puede lijar en cruz con un tambor o disco de acabado, lijando en una dirección perpendicular al paso anterior. El lijado cruzado resalta las áreas en las que es necesario difuminar el patrón de raspado anterior, pero aún no logra que la superficie tenga un acabado de espejo n.º 8. Para crear el acabado brillante deseado, se necesita un paño de fieltro y una rueda de pulido después de eliminar todos los rayones.

Para lograr el acabado correcto, un fabricante debe proporcionar a los acabadores las herramientas adecuadas, tanto las herramientas reales como los medios, así como las herramientas de comunicación, como muestras que establecen estándares sobre cómo debe verse un determinado acabado. Estas muestras, publicadas cerca del departamento de acabado, en la documentación de capacitación, así como en la literatura de ventas, ayudan a que todos estén en sintonía.

Con respecto a las herramientas reales, incluidas las herramientas eléctricas y los medios abrasivos, algunas geometrías de piezas pueden presentar desafíos incluso para los empleados más experimentados en el departamento de acabado. Aquí es donde las herramientas especializadas pueden ayudar.

Digamos que un operador necesita terminar un ensamblaje tubular de paredes delgadas de acero inoxidable. El uso de un disco de láminas o incluso un tambor puede causar problemas, induciendo un exceso de calor y, a veces, incluso creando un punto plano en el propio tubo. Aquí, las lijadoras de banda diseñadas para tubos pueden ayudar. La correa envuelve la mayor parte del diámetro del tubo, extendiendo el punto de contacto, aumentando la eficiencia y reduciendo la entrada de calor. Dicho esto, como cualquier otra cosa, el acabador aún necesita mantener la lijadora de banda moviéndose a diferentes áreas para mitigar la acumulación excesiva de calor y evitar el azulado.

Lo mismo se aplica a otras herramientas de acabado especiales. Considere una lijadora de banda de dedo diseñada para espacios reducidos. Un acabador podría usarlo para suavizar una soldadura de filete entre dos láminas en un ángulo agudo. En lugar de mover la lijadora de banda de dedo verticalmente (un poco como cepillarse los dientes), el acabador la mueve horizontalmente a lo largo de la punta superior de la soldadura de filete, luego la punta inferior, todo mientras se asegura de que la lijadora de dedo no se quede en uno. lugar por mucho tiempo.

La soldadura, el esmerilado y el acabado del acero inoxidable presentan otra complicación: garantizar una pasivación adecuada. Después de todas estas alteraciones en la superficie del material, ¿quedan algunos contaminantes que puedan impedir que la capa de cromo del acero inoxidable se forme de forma natural en toda la superficie? Lo último que quiere un fabricante es un cliente enojado que se queje de piezas oxidadas o contaminadas. Aquí es donde entran en juego la limpieza adecuada y la trazabilidad.

La limpieza electroquímica puede ayudar a eliminar los contaminantes para garantizar una pasivación adecuada, pero ¿cuándo debe realizarse esta limpieza? Eso depende de la aplicación. Si los fabricantes limpian el acero inoxidable para promover la pasivación completa, generalmente lo hacen inmediatamente después de la soldadura. No hacerlo significaría que los medios de acabado podrían recoger contaminantes de la superficie de la pieza de trabajo y esparcirlos por otros lugares. Sin embargo, para algunas aplicaciones críticas, un fabricante puede optar por insertar pasos de limpieza adicionales, y tal vez incluso probar la pasivación adecuada antes de que el acero inoxidable abandone el piso de la fábrica.

Digamos que un fabricante suelda un componente crítico de acero inoxidable para la industria nuclear. Un experto soldador de arco de tungsteno a gas establece una costura de aspecto perfecto. Pero de nuevo, esta es una aplicación crítica. Un empleado del departamento de acabado utiliza un cepillo conectado a un sistema de limpieza electroquímico para limpiar la superficie de soldadura. Luego usa un paño abrasivo y de acabado no tejido para alisar las puntas de la soldadura y llevar todo a un acabado de cepillado uniforme. Luego viene un cepillo final con el sistema de limpieza electroquímico. Después de reposar durante uno o dos días, se prueba la pasivación adecuada de las piezas con un dispositivo de prueba manual. Los resultados, documentados y guardados con el trabajo, muestran que la pieza estaba completamente pasivada antes de salir de la planta.

El esmerilado, el acabado y la limpieza para la pasivación del acero inoxidable generalmente ocurren aguas abajo en la mayoría de las plantas de fabricación. De hecho, por lo general se realizan poco antes de que los trabajos salgan por la puerta.

Se ensaya una chapa de acero inoxidable para garantizar una correcta pasivación.

Una pieza que no tiene el acabado adecuado crea algunos de los desechos y reelaboraciones más caros que existen, por lo que tiene sentido que los fabricantes vuelvan a examinar sus departamentos de esmerilado y acabado. Las mejoras en la molienda y el acabado pueden ayudar a aliviar los principales cuellos de botella, mejorar la calidad, eliminar dolores de cabeza y, lo que es más importante, mejorar la satisfacción del cliente.

Walter Surface Technologies tiene su sede en Windsor, Connecticut.