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

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

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

Generalmente realizado de forma manual, el pulido y el acabado requieren destreza y delicadeza. Los errores en el acabado pueden resultar extraordinariamente costosos, considerando todo el valor que ya se ha invertido en la pieza de trabajo. Agregue un material costoso y sensible al calor como el acero inoxidable, y los costos de retrabajo y desechos aumentan aún más. Si a ello le sumamos complicaciones como la contaminación y los fallos de pasivación, un trabajo de acero inoxidable que alguna vez fue rentable puede convertirse en una desventura que le hará perder dinero e incluso perder su reputación.

¿Cómo pueden los fabricantes evitar todo esto? Pueden comenzar por desarrollar conocimientos sobre el rectificado y el acabado, qué función 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 le da un acabado a la superficie del metal. La confusión es comprensible, teniendo en cuenta que quienes rectifican con un disco de grano grande eliminan una gran cantidad de metal rápidamente y, al hacerlo, dejan un “acabado” de rayones muy profundos. Pero al pulir, los rayones son sólo 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 se produce en pasos: 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 pulir 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 rayones más profundos del paso anterior y los reemplaza con rayones más pequeños.

Debido a que el rectificado y el acabado tienen objetivos diferentes, a menudo no se complementan y, con una estrategia de consumibles incorrecta, en realidad pueden trabajar uno contra el otro. Para eliminar el exceso de metal de soldadura, un operador utiliza una muela abrasiva y deja rayones muy profundos, luego pasa la pieza a un finalizador que ahora debe dedicar mucho tiempo a eliminar esos rayones profundos. Esta secuencia, que va del rectificado al acabado, podría seguir siendo la forma más eficaz de satisfacer los requisitos de acabado del cliente. Pero repito, no son procesos complementarios.

Muy a menudo, las superficies de las piezas de trabajo diseñadas teniendo en cuenta la capacidad de fabricación no requieren tanto esmerilado como acabado. Las piezas que solo se rectifican lo hacen porque el rectificado es la forma más rápida de eliminar una soldadura u otro material, y los rayones profundos que deja la muela se ajustan perfectamente a los requisitos del cliente. Las piezas que sólo 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 atractiva soldadura por arco de tungsteno con gas que sólo necesita mezclarse y combinarse con el patrón de acabado del material base.

Una amoladora con una muela de baja tasa de eliminación puede enfrentar desafíos importantes al trabajar con acero inoxidable. Una vez más, el calor excesivo puede provocar un color 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 eliminación más rápida posible para la aplicación y el presupuesto. Las muelas con granos de circonio muelen más rápido que el óxido de aluminio, pero en la mayoría de los casos una muela abrasiva de cerámica funciona mejor.

Extremadamente resistentes y afilados, los granos cerámicos se desgastan de una manera única. En lugar de desgastarse suavemente, mantienen su filo a medida que se rompen gradualmente. Esto significa que pueden eliminar material extremadamente rápido, a menudo en solo una fracción del tiempo que pueden hacerlo otras muelas abrasivas. Esto generalmente hace que las muelas abrasivas de cerámica valga la pena su costo adicional. Son muy adecuados para aplicaciones de acero inoxidable porque eliminan virutas grandes rápidamente, generando menos calor y distorsión.

Un trabajador en la estación de preparación de soldadura muele tubos 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 utilizar la misma muela abrasiva tanto en acero al carbono como en 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 por sí solas no muelen; necesitan una herramienta eléctrica. Cualquiera puede pregonar los beneficios de una muela abrasiva o una herramienta eléctrica, pero la realidad es que las herramientas eléctricas y sus muelas funcionan como un sistema. Las ruedas de cerámica están diseñadas para funcionar con amoladoras angulares con cierta potencia y par. Aunque algunas amoladoras neumáticas tienen las especificaciones necesarias, la mayor parte del rectificado con muelas cerámicas se realiza 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 se desacelere significativamente bajo presión, lo que esencialmente impide 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 molienda 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 color azulado. Eventualmente empujan tan fuerte que vidrian la rueda, lo que les hace empujar aún más fuerte y generar más calor antes de darse cuenta de que necesitan cambiar la rueda. Si se trabaja de esta manera en tubos o láminas delgadas, eventualmente atravesarán el material.

Por supuesto, este círculo vicioso puede ocurrir incluso con las mejores herramientas disponibles si los operadores no están capacitados adecuadamente, especialmente en lo que respecta a la presión que aplican a la pieza de trabajo. La mejor práctica es mantenerse lo más cerca posible del amperaje nominal de la amoladora. Si los operadores usan una amoladora de 10 amperios, deben presionar lo suficiente para que la amoladora consuma aproximadamente 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. El pulido de 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 constante. Si los operadores de repente ven menos chispas, probablemente sea porque no están aplicando suficiente presión o porque la muela abrasiva está 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 cercano a la vertical), corren el riesgo de clavar el borde de la rueda en el metal. Si utilizan una muela abrasiva tipo 27, deben acercarse al trabajo entre 20 y 30 grados. Si tienen una rueda Tipo 29, su ángulo de trabajo debe ser de unos 10 grados.

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

Esto introduce otro factor crítico: elegir el tipo de muela 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 termina una estructura de acero inoxidable con un disco de lijado.

Las ruedas Tipo 27, con diferencia las más comunes, sirven para muchas aplicaciones, pero su forma dificulta el trabajo con piezas con contornos y curvas profundas, por ejemplo, un conjunto soldado de tubo de acero inoxidable. La forma contorneada de las ruedas Tipo 29 facilita a los operadores que necesitan pulir una combinación de superficies curvas y planas. Las ruedas tipo 29 logran esto aumentando el área de contacto de la superficie, lo que significa que los operadores no necesitan pasar mucho tiempo rectificando en cada ubicación, una buena estrategia para mitigar la acumulación de calor.

De hecho, esto se aplica cuando se utiliza cualquier muela abrasiva. Al rectificar, 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. Podría manipular la rueda con movimientos cortos hacia arriba y hacia abajo, pero 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 al trabajo para que 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 manteniendo la muela en movimiento.

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

Por supuesto, cualquier técnica puede sobrecalentar el metal si el operador va demasiado lento. Si va demasiado lento, el operador puede sobrecalentar la pieza de trabajo; vaya demasiado rápido y la molienda puede llevar mucho tiempo. Encontrar el punto óptimo de la tasa de alimentación generalmente viene con la experiencia. Pero si los operadores son nuevos en el trabajo, pueden rectificar desechos 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 partida (condición de la superficie tal como se recibió) y el punto final (final deseado), luego desarrolle un plan que encuentre el mejor camino entre esos dos puntos.

Normalmente el mejor camino no empieza con un abrasivo muy agresivo. Esto puede parecer contradictorio. Después de todo, ¿por qué no empezar con un grano grueso para lograr un acabado rugoso y luego pasar a un grano más fino? ¿No sería extraordinariamente ineficiente comenzar con un grano más fino?

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

Por supuesto, usar un abrasivo de grano fino sobre una superficie rugosa puede ser lento y, combinado con una técnica deficiente, introducir calor excesivo. Aquí es donde el disco de láminas dos en uno o intercalado puede ayudar. Estos discos comprenden un paño abrasivo combinado con un material acondicionador de superficies. Permiten efectivamente al finalizador eliminar el material con el abrasivo y al mismo tiempo dejar un acabado más suave.

El siguiente 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 puede funcionar con algunos medios abrasivos, pero derretirá directamente ciertos materiales no tejidos. Por esta razón, los finalizadores reducen la velocidad a 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 del consumible. Por ejemplo, los tambores no tejidos se suelen utilizar a entre 3.000 y 4.000 RPM, mientras que los discos acondicionadores de superficies se utilizan a entre 4.000 y 6.000 RPM.

Tener las herramientas adecuadas (amoladora de velocidad variable, diferentes medios de acabado) y determinar el número óptimo de pasos proporciona esencialmente un mapa que revela el mejor camino entre el material recibido y el acabado. El camino exacto varía según la aplicación, pero los finalistas experimentados recorren ese camino utilizando técnicas de acabado similares.

Un tambor no tejido remata una superficie de acero inoxidable. Para lograr un acabado eficaz y una vida útil óptima de los consumibles, se utilizan diferentes medios de acabado a diferentes RPM.

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

Al pulir hasta obtener un acabado de espejo, el profesional de acabado puede realizar un lijado cruzado con un tambor o disco de acabado, lijando en una dirección perpendicular al paso anterior. El lijado cruzado resalta las áreas donde es necesario difuminar el patrón de rayado anterior, pero aún así no logra que la superficie tenga un acabado de espejo N° 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 brindarles a los finalistas las herramientas adecuadas, tanto herramientas como medios reales, así como 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 y en la literatura de ventas, ayudan a que todos estén en sintonía.

En cuanto 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 del departamento de acabado. Aquí es donde las herramientas especializadas pueden ayudar.

Digamos que un operador necesita terminar un conjunto tubular de acero inoxidable de paredes delgadas. El uso de un disco de láminas o incluso un tambor puede causar problemas, provocando un exceso de calor y, a veces, incluso creando una zona plana en el propio tubo. En este caso, las lijadoras de banda diseñadas para tubos pueden resultar útiles. La correa envuelve la mayor parte del diámetro del tubo, extendiendo el punto de contacto, aumentando la eficiencia y reduciendo el aporte de calor. Dicho esto, como cualquier otra cosa, el finalizador aún necesita mantener la lijadora de banda en movimiento en diferentes áreas para mitigar la acumulación excesiva de calor y evitar el color azulado.

Lo mismo se aplica a otras herramientas de acabado especiales. Considere una lijadora de banda para dedos diseñada para espacios reducidos. Un finalizador podría usarlo para suavizar una soldadura de filete entre dos láminas en un ángulo agudo. En lugar de mover la lijadora de banda verticalmente (un poco como cepillarse los dientes), el finalizador 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 una. lugar por mucho tiempo.

La soldadura, el rectificado y el acabado del acero inoxidable introducen otra complicación: garantizar una pasivación adecuada. Después de todas estas alteraciones en la superficie del material, ¿quedan contaminantes restantes que podrían impedir que la capa de cromo del acero inoxidable se forme naturalmente en toda la superficie? Lo último que quiere un fabricante es un cliente enojado quejándose de piezas oxidadas o contaminadas. Aquí es donde entra en juego una correcta limpieza y trazabilidad.

La limpieza electroquímica puede ayudar a eliminar 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 una pasivación completa, generalmente lo hacen inmediatamente después de soldarlo. 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 podría optar por insertar pasos de limpieza adicionales y tal vez incluso probar la pasivación adecuada antes de que el acero inoxidable salga de la fábrica.

Supongamos 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 como una pila de monedas de diez centavos. Pero nuevamente, 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 utiliza un paño abrasivo y de acabado no tejido para suavizar los dedos de la soldadura y lograr que todo tenga un acabado de brocha uniforme. Luego viene un cepillo final con el sistema de limpieza electroquímico. Después de reposar durante uno o dos días, las piezas se prueban para comprobar su pasivación adecuada con un dispositivo de prueba portátil. 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 suelen ocurrir en etapas muy avanzadas en la mayoría de las plantas de fabricación. De hecho, generalmente se realizan poco antes de que los trabajos salgan por la puerta.

Se prueba una lámina de acero inoxidable para garantizar una pasivación adecuada.

Una pieza que no está terminada adecuadamente genera algunos de los desechos y retrabajos más costosos que existen, por lo que tiene sentido que los fabricantes echen otro vistazo a sus departamentos de rectificado y acabado. Las mejoras en el rectificado y el acabado pueden ayudar a aliviar los principales cuellos de botella, mejorar la calidad, eliminar los dolores de cabeza y, lo más importante, mejorar la satisfacción del cliente.

Walter Surface Technologies tiene su sede en Windsor, Connecticut.