Para garantizar una pasivación adecuada, los técnicos limpian electroquímicamente las soldaduras longitudinales de las secciones laminadas de acero inoxidable. Imagen cortesía de Walter Surface Technologies.
Imaginemos que un fabricante firma un contrato para la fabricación de piezas clave de acero inoxidable. Las secciones de chapa y tubo se cortan, doblan y sueldan antes de llegar a la estación de acabado. La pieza consta de placas soldadas verticalmente al tubo. Las soldaduras tienen buen aspecto, pero no son perfectas, como las que busca el cliente. Como resultado, la amoladora dedica más tiempo de lo habitual a eliminar el metal de soldadura. Entonces, para nuestra desgracia, aparecen unas manchas azules en la superficie, una clara señal de un exceso de calor. En este caso, significa que la pieza no cumplirá con los requisitos del cliente.
El rectificado y el acabado, que suelen realizarse manualmente, requieren destreza y habilidad. Los errores de acabado pueden resultar muy costosos, dado el valor que se le ha otorgado a la pieza. Al añadir materiales costosos y sensibles al calor, como el acero inoxidable, los costes de retrabajo e instalación de piezas de desecho pueden ser mayores. Si a esto se suman complicaciones como la contaminación y los fallos de pasivación, un trabajo de acero inoxidable que antes era lucrativo puede convertirse en un percance que genere pérdidas económicas o incluso dañe la reputación.
¿Cómo pueden los fabricantes prevenir todo esto? Pueden empezar por desarrollar sus conocimientos sobre el rectificado y el acabado, comprendiendo las funciones que desempeña cada uno y cómo afectan a las piezas de acero inoxidable.
No son sinónimos. De hecho, cada uno tiene un objetivo fundamentalmente diferente. El esmerilado elimina materiales como rebabas y exceso de metal de soldadura, mientras que el acabado proporciona un acabado a la superficie del metal. La confusión es comprensible, teniendo en cuenta que quienes esmerilan con grandes muelas eliminan mucho metal muy rápidamente, y al hacerlo pueden dejar arañazos muy profundos. Pero en el esmerilado, los arañazos son solo un efecto secundario; el objetivo es eliminar material rápidamente, especialmente cuando se trabaja con metales sensibles al calor como el acero inoxidable.
El acabado se realiza por etapas, ya que el operario comienza con un grano más grueso y avanza hacia muelas abrasivas más finas, abrasivos no tejidos y, posiblemente, tela de fieltro y pasta de pulir para lograr un acabado de espejo. El objetivo es lograr un acabado final determinado (patrón de rayado). Cada paso (el grano más fino) elimina los arañazos más profundos del paso anterior y los reemplaza con arañazos más pequeños.
Debido a que el rectificado y el acabado tienen objetivos diferentes, a menudo no se complementan y, de hecho, pueden ser contraproducentes si se utiliza una estrategia de consumibles incorrecta. Para eliminar el exceso de metal de soldadura, los operarios utilizan muelas abrasivas para crear arañazos muy profundos y luego entregan la pieza a un operario de acabado, quien ahora tiene que dedicar mucho tiempo a eliminar estos arañazos profundos. Esta secuencia de rectificado y acabado puede seguir siendo la forma más eficiente de cumplir con los requisitos de acabado del cliente. Pero, de nuevo, no son procesos complementarios.
Las superficies de las piezas diseñadas para facilitar la fabricación generalmente no requieren rectificado ni acabado. Las piezas que solo se rectifican lo hacen porque el rectificado es la forma más rápida de eliminar soldaduras u otro material, y los arañazos profundos que deja la muela abrasiva son precisamente lo que el cliente desea. Las piezas que solo requieren acabado se fabrican de forma que no se requiera una eliminación excesiva de material. Un ejemplo típico es una pieza de acero inoxidable con una hermosa soldadura TIG que solo necesita ser integrada y adaptada al patrón de acabado del sustrato.
Las amoladoras con muelas de baja remoción pueden presentar dificultades importantes al trabajar con acero inoxidable. Asimismo, el sobrecalentamiento puede provocar un pavonado y alterar las propiedades del material. El objetivo es mantener el acero inoxidable lo más frío posible durante todo el proceso.
Para ello, conviene seleccionar la muela abrasiva con la mayor velocidad de remoción de material, teniendo en cuenta la aplicación y el presupuesto. Las muelas de zirconia muelen más rápido que las de alúmina, pero en la mayoría de los casos, las muelas de cerámica ofrecen el mejor rendimiento.
Las partículas cerámicas, extremadamente resistentes y afiladas, se desgastan de una manera única. A medida que se desintegran gradualmente, no se desgastan por completo, sino que mantienen un filo afilado. Esto significa que pueden eliminar material muy rápidamente, a menudo en una fracción del tiempo que requieren otras muelas abrasivas. Por lo general, esto hace que las muelas abrasivas de cerámica valgan la pena. Son ideales para aplicaciones en acero inoxidable porque eliminan virutas grandes rápidamente y generan menos calor y deformación.
Independientemente de la muela abrasiva que elija un fabricante, es necesario tener en cuenta la posible contaminación. La mayoría de los fabricantes saben que no pueden usar la misma muela abrasiva en acero al carbono y acero inoxidable. Muchas personas separan físicamente sus operaciones de rectificado de acero al carbono y acero inoxidable. Incluso pequeñas chispas de acero al carbono que caen sobre piezas de acero inoxidable pueden causar problemas de contaminación. Muchas industrias, como la farmacéutica y la nuclear, exigen que los consumibles estén clasificados como libres de contaminación. Esto significa que las muelas abrasivas para acero inoxidable deben estar prácticamente libres (menos del 0,1 %) de hierro, azufre y cloro.
Las muelas abrasivas no se afilan solas; necesitan una herramienta eléctrica. Cualquiera puede ensalzar las ventajas de las muelas abrasivas o las herramientas eléctricas, pero la realidad es que las herramientas eléctricas y sus muelas abrasivas funcionan como un sistema. Las muelas abrasivas de cerámica están diseñadas para amoladoras angulares con cierta potencia y par motor. Si bien algunas amoladoras neumáticas tienen las especificaciones necesarias, la mayoría de los trabajos de afilado con muelas de cerámica se realizan con herramientas eléctricas.
Las amoladoras con potencia y par insuficientes pueden causar problemas graves, incluso con los abrasivos más avanzados. La falta de potencia y par puede provocar que la herramienta se ralentice significativamente bajo presión, impidiendo esencialmente que las partículas cerámicas de la muela abrasiva cumplan su función: eliminar rápidamente grandes trozos de metal, reduciendo así la cantidad de material térmico que entra en la muela.
Esto agrava un círculo vicioso: los operarios de rectificado ven que no se elimina el material, por lo que instintivamente presionan más fuerte, lo que a su vez crea un exceso de calor y un oscurecimiento excesivo. Acaban presionando tanto que vitrifican las muelas, lo que les obliga a trabajar más y generar más calor antes de darse cuenta de que necesitan reemplazarlas. Si se trabaja de esta manera con tubos o láminas delgadas, estas terminan atravesando el material por completo.
Por supuesto, si los operarios no están debidamente capacitados, incluso con las mejores herramientas, puede producirse este círculo vicioso, especialmente en lo que respecta a la presión que ejercen sobre la pieza de trabajo. La mejor práctica es acercarse lo más posible a la corriente nominal de la amoladora. Si el operario utiliza una amoladora de 10 amperios, debe ejercer tanta presión que la amoladora consuma unos 10 amperios.
El uso de un amperímetro puede ayudar a estandarizar las operaciones de rectificado si el fabricante procesa grandes cantidades de acero inoxidable costoso. Por supuesto, pocas empresas utilizan un amperímetro de forma regular, por lo que lo mejor es escuchar con atención. Si el operario oye y siente que las RPM bajan rápidamente, es posible que esté aplicando demasiada presión.
Puede resultar difícil detectar toques demasiado ligeros (es decir, con poca presión), por lo que, en este caso, prestar atención al flujo de chispas puede ser útil. El esmerilado de acero inoxidable produce chispas más oscuras que el de acero al carbono, pero aun así deben ser visibles y sobresalir de la zona de trabajo de forma uniforme. Si el operario ve de repente menos chispas, puede deberse a que no está aplicando suficiente presión o a que no está vitrificando la muela.
Los operarios también deben mantener un ángulo de trabajo constante. Si se aproximan a la pieza con un ángulo casi plano (casi paralelo a la pieza), pueden provocar un sobrecalentamiento excesivo; si se aproximan con un ángulo demasiado elevado (casi vertical), corren el riesgo de clavar el borde de la rueda en el metal. Si utilizan una rueda tipo 27, deben aproximarse a la pieza con un ángulo de entre 20 y 30 grados. Si utilizan ruedas tipo 29, su ángulo de trabajo debe ser de unos 10 grados.
Las muelas abrasivas tipo 28 (cónicas) se utilizan normalmente para rectificar superficies planas y eliminar material en trayectorias de rectificado más anchas. Estas muelas cónicas también funcionan mejor con ángulos de rectificado bajos (unos 5 grados), por lo que ayudan a reducir la fatiga del operario.
Esto introduce otro factor crítico: elegir el tipo correcto de muela abrasiva. La muela tipo 27 tiene un punto de contacto en la superficie del metal; la muela tipo 28 tiene una línea de contacto debido a su forma cónica; la muela tipo 29 tiene una superficie de contacto.
Las muelas tipo 27, las más comunes, cumplen su función en muchas aplicaciones, pero su forma dificulta el trabajo con piezas de perfiles y curvas pronunciadas, como conjuntos soldados de tubos de acero inoxidable. El perfil de la muela tipo 29 facilita el trabajo a los operarios que necesitan rectificar una combinación de superficies curvas y planas. La muela tipo 29 logra esto aumentando la superficie de contacto, lo que significa que el operario no tiene que dedicar mucho tiempo a rectificar en cada punto, una buena estrategia para reducir la acumulación de calor.
De hecho, esto se aplica a cualquier muela abrasiva. Al amolar, el operario no debe permanecer en el mismo lugar durante mucho tiempo. Supongamos que un operario está retirando metal de un cordón de soldadura de varios pies de largo. Puede dirigir la muela con movimientos cortos hacia arriba y hacia abajo, pero al hacerlo puede sobrecalentar la pieza de trabajo porque mantiene la muela en un área pequeña durante largos períodos de tiempo. Para reducir el aporte de calor, el operario puede recorrer toda la soldadura en una dirección cerca de un extremo, luego levantar la herramienta (dando tiempo a la pieza de trabajo para enfriarse) y recorrer la pieza de trabajo en la misma dirección cerca del otro extremo. Otras técnicas funcionan, pero todas tienen una característica en común: evitan el sobrecalentamiento manteniendo la muela abrasiva en movimiento.
Las técnicas de "cardado" comúnmente utilizadas también ayudan a lograr esto. Supongamos que el operario está rectificando una soldadura a tope en posición plana. Para reducir la tensión térmica y el sobreexcavamiento, evita empujar la amoladora a lo largo de la junta. En cambio, comienza en el extremo y tira de la amoladora a lo largo de la junta. Esto también evita que la muela se clave demasiado en el material.
Por supuesto, cualquier técnica puede sobrecalentar el metal si el operario va demasiado despacio. Si va demasiado despacio, la pieza se sobrecalentará; si va demasiado rápido, el rectificado puede tardar mucho tiempo. Encontrar la velocidad de avance óptima suele requerir experiencia. Pero si el operario no está familiarizado con el trabajo, puede rectificar la chatarra para hacerse una idea de la velocidad de avance adecuada para la pieza en cuestión.
La estrategia de acabado gira en torno al estado de la superficie del material a su llegada y salida del departamento de acabado. Identifique el punto de partida (estado de la superficie recibida) y el punto final (acabado requerido), y luego elabore un plan para encontrar la mejor ruta entre esos dos puntos.
A menudo, el mejor camino no comienza con un abrasivo muy agresivo. Esto puede parecer contradictorio. Después de todo, ¿por qué no empezar con arena gruesa para obtener una superficie rugosa y luego pasar a arena más fina? ¿No sería muy ineficiente empezar con un grano más fino?
No necesariamente, esto tiene que ver con la naturaleza del proceso de lijado. A medida que cada paso llega a un grano más pequeño, el acondicionador reemplaza los arañazos más profundos con arañazos más superficiales y finos. Si comienzan con papel de lija de grano 40 o un disco de pulido, dejarán arañazos profundos en el metal. Sería ideal que esos arañazos acercaran la superficie al acabado deseado; por eso existen esos suministros de acabado de grano 40. Sin embargo, si el cliente solicita un acabado n.° 4 (acabado cepillado direccional), los arañazos profundos creados por un abrasivo n.° 40 tardarán mucho tiempo en eliminarse. Los pulidores o bien reducen el tamaño del grano en varios pasos, o bien pasan mucho tiempo utilizando abrasivos de grano fino para eliminar esos arañazos grandes y reemplazarlos con arañazos más pequeños. Esto no solo es ineficiente, sino que también introduce demasiado calor en la pieza de trabajo.
Por supuesto, usar abrasivos de grano fino en superficies rugosas puede ser lento y, combinado con una técnica deficiente, generar demasiado calor. Aquí es donde un disco de láminas dos en uno o escalonado puede ser útil. Estos discos incluyen telas abrasivas combinadas con materiales para el tratamiento de superficies. Permiten al operario utilizar abrasivos para eliminar material y, al mismo tiempo, obtener un acabado más liso.
El siguiente paso en el acabado final puede implicar el uso de telas no tejidas, lo que ilustra otra característica única del acabado: el proceso funciona mejor con herramientas eléctricas de velocidad variable. Una amoladora angular que funcione a 10 000 RPM puede funcionar con algunos medios de amolado, pero derretirá completamente algunas telas no tejidas. Por esta razón, los operarios de acabado reducen la velocidad a entre 3000 y 6000 RPM antes de comenzar el paso de acabado con telas no tejidas. Por supuesto, la velocidad exacta depende de la aplicación y los consumibles. Por ejemplo, los tambores para telas no tejidas suelen girar entre 3000 y 4000 RPM, mientras que los discos de tratamiento de superficies suelen girar entre 4000 y 6000 RPM.
Disponer de las herramientas adecuadas (amoladoras de velocidad variable, diferentes medios de acabado) y determinar el número óptimo de pasos proporciona, básicamente, un mapa que revela la mejor ruta entre el material de entrada y el material acabado. La ruta exacta varía según la aplicación, pero los operarios de recorte experimentados siguen esta ruta utilizando técnicas de recorte similares.
Los rodillos no tejidos complementan la superficie de acero inoxidable. Para un acabado eficiente y una vida útil óptima de los consumibles, los diferentes medios de acabado funcionan a diferentes revoluciones por minuto.
Primero, se toman su tiempo. Si ven que una pieza delgada de acero inoxidable se calienta, dejan de terminar en un área y comienzan en otra. O tal vez estén trabajando en dos objetos diferentes al mismo tiempo. Trabajan un poco en uno y luego en el otro, dándole tiempo a la otra pieza para que se enfríe.
Al pulir para obtener un acabado de espejo, el pulidor puede realizar un pulido cruzado con un tambor o disco de pulido, en una dirección perpendicular al paso anterior. El lijado cruzado resalta las áreas que necesitan disimular el patrón de rayaduras anterior, pero aún así no logrará un acabado de espejo de grado n.° 8. Una vez que se hayan eliminado todas las rayaduras, se requiere un paño de fieltro y una rueda de pulido para crear el acabado brillante deseado.
Para lograr el acabado adecuado, los fabricantes deben proporcionar a los operarios de acabado las herramientas correctas, incluidas las herramientas y los materiales, así como herramientas de comunicación, como el establecimiento de muestras estándar para determinar cómo debe ser un determinado acabado. Estas muestras (colocadas cerca del departamento de acabado, en los documentos de capacitación y en la literatura de ventas) ayudan a que todos estén en sintonía.
En lo que respecta a las herramientas (incluidas las herramientas eléctricas y los medios abrasivos), la geometría de ciertas piezas puede presentar dificultades incluso para los empleados más experimentados del departamento de acabado. Aquí es donde las herramientas profesionales pueden ser de gran ayuda.
Supongamos que un operario necesita completar un ensamblaje tubular de acero inoxidable de paredes delgadas. El uso de discos de láminas o incluso tambores puede causar problemas, sobrecalentamiento e incluso, en ocasiones, crear una zona plana en el propio tubo. En este caso, las lijadoras de banda diseñadas para tubos pueden ser de gran ayuda. La cinta transportadora rodea la mayor parte del diámetro del tubo, distribuyendo los puntos de contacto, aumentando la eficiencia y reduciendo la entrada de calor. Dicho esto, como con cualquier otra cosa, el operario aún necesita mover la lijadora de banda a otra zona para mitigar la acumulación excesiva de calor y evitar el decoloramiento.
Lo mismo se aplica a otras herramientas de acabado profesionales. Consideremos una lijadora de banda de dedos diseñada para espacios reducidos. Un acabador podría usarla para seguir una soldadura de filete entre dos tablas en un ángulo agudo. En lugar de mover la lijadora de banda de dedos verticalmente (algo así como cepillarse los dientes), el acabador la mueve horizontalmente a lo largo del borde superior de la soldadura de filete, luego del borde inferior, asegurándose de que la lijadora de dedos no permanezca en uno durante demasiado tiempo.
La soldadura, el esmerilado y el acabado del acero inoxidable introducen otra complicación: garantizar una pasivación adecuada. Tras todas estas alteraciones en la superficie del material, ¿quedan contaminantes que impidan que la capa de cromo del acero inoxidable se forme de forma natural en toda la superficie? Lo último que desea un fabricante es un cliente enfadado 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 contaminantes para garantizar una pasivación adecuada, pero ¿cuándo debe realizarse esta limpieza? Depende de la aplicación. Si los fabricantes limpian el acero inoxidable para promover una pasivación completa, generalmente lo hacen inmediatamente después de la soldadura. De no hacerlo, el medio de acabado puede recoger contaminantes de la superficie de la pieza y esparcirlos en otros lugares. Sin embargo, para algunas aplicaciones críticas, los fabricantes pueden optar por incluir pasos de limpieza adicionales, incluso realizar pruebas para verificar 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 soldador profesional de arco de tungsteno con gas coloca una costura de diez centavos que parece perfecta. Pero, de nuevo, esta es una aplicación crítica. Un empleado del departamento de acabado utiliza un cepillo conectado a un sistema de limpieza electroquímica para limpiar la superficie de la soldadura. Luego, lija el borde de la soldadura con un abrasivo no tejido y un paño de acabado, y logra un acabado cepillado uniforme. Luego viene el cepillado final con un sistema de limpieza electroquímica. Después de reposar durante uno o dos días, se utiliza un dispositivo de prueba portátil para comprobar la pasivación adecuada de la pieza. Los resultados, registrados y guardados con el trabajo, mostraron que la pieza estaba completamente pasivada antes de salir de la fábrica.
En la mayoría de las plantas de fabricación, el rectificado, el acabado y la limpieza de la pasivación del acero inoxidable suelen tener lugar en una etapa posterior del proceso. De hecho, normalmente se realizan poco antes de que se envíe el producto.
Las piezas con un acabado incorrecto generan algunos de los desperdicios y retrabajos más costosos, por lo que tiene sentido que los fabricantes revisen sus departamentos de rectificado y acabado. Las mejoras en el rectificado y el acabado ayudan a aliviar los principales cuellos de botella, mejorar la calidad, eliminar los problemas y, lo que es más importante, aumentar la satisfacción del cliente.
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