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.
Imagine que un fabricante celebra un contrato que implica la fabricación de acero inoxidable clave. Se cortan, doblan y sueldan secciones de chapa metálica y tubos antes de llegar a una estación de acabado. La pieza consta de placas soldadas verticalmente al tubo. Las soldaduras se ven bien, pero no es la pieza perfecta que busca el cliente. Como resultado, la amoladora pierde tiempo eliminando más metal de soldadura de lo habitual. Luego, por desgracia, aparecen algunos tonos azules distintivos en la superficie, una clara señal de demasiado aporte de calor. En este caso, significa que la pieza no cumplirá con los requisitos del cliente.
El rectificado y el acabado, que a menudo se realizan de forma manual, requieren destreza y habilidad. Los errores en el acabado pueden ser muy costosos, dado todo el valor que se le ha dado a la pieza de trabajo. Si se agregan materiales costosos sensibles al calor, como el acero inoxidable, los costos de retrabajo e instalación de desechos pueden ser más altos. En combinación con complicaciones como la contaminación y las fallas de pasivación, un trabajo en acero inoxidable que alguna vez fue lucrativo puede convertirse en un percance que le haga perder dinero o incluso que dañe la reputación.
¿Cómo pueden los fabricantes evitar todo esto? Pueden empezar por desarrollar sus conocimientos sobre rectificado y acabado, comprendiendo el papel que cada uno desempeña 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 en la superficie del metal. La confusión es comprensible, considerando que quienes esmerilan con muelas abrasivas grandes eliminan mucho metal muy rápidamente y al hacerlo pueden dejar rayones muy profundos. Pero en el esmerilado, los rayones son solo un efecto posterior; el objetivo es eliminar material rápidamente, especialmente cuando se trabaja con metales sensibles al calor como el acero inoxidable.
El acabado se realiza en pasos, ya que el operador comienza con un grano más grande y progresa a ruedas de amolar más finas, abrasivos no tejidos y quizás tela de fieltro y pasta de pulido para lograr un acabado de espejo. El objetivo es lograr un cierto acabado final (patrón de rayones). Cada paso (el 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 entre sí y, de hecho, pueden jugar uno contra el otro si se utiliza la estrategia de consumibles incorrecta. Para eliminar el exceso de metal de soldadura, los operadores usan ruedas de rectificado para hacer rayones muy profundos y luego le entregan la pieza a un preparador, quien ahora tiene que dedicar mucho tiempo a eliminar estos rayones profundos. Esta secuencia de rectificado a acabado todavía puede ser la forma más eficiente de cumplir con los requisitos de acabado del cliente, pero, nuevamente, no son procesos complementarios.
Las superficies de las piezas de trabajo diseñadas para su fabricación generalmente no requieren rectificado ni acabado. Las piezas que se rectifican solo hacen esto porque el rectificado es la forma más rápida de eliminar soldaduras u otros materiales y los rayones profundos que deja la muela de rectificar son exactamente lo que desea el cliente. Las piezas que solo requieren acabado se fabrican de una manera que no requiere una eliminación excesiva de material. Un ejemplo típico es una pieza de acero inoxidable con una hermosa soldadura protegida con tungsteno y gas que solo necesita mezclarse y combinarse con el patrón de acabado del sustrato.
Las amoladoras con ruedas de baja remoción pueden presentar desafíos importantes cuando se trabaja con acero inoxidable. Asimismo, el sobrecalentamiento puede provocar azulado y cambiar las propiedades del material. El objetivo es mantener el acero inoxidable lo más frío posible durante todo el proceso.
Para ello, es útil seleccionar la muela abrasiva con la velocidad de eliminación más rápida para la aplicación y el presupuesto. Las muelas de zirconio se muelen más rápido que las de alúmina, pero en la mayoría de los casos, las muelas de cerámica funcionan mejor.
Las partículas de cerámica extremadamente resistentes y afiladas se desgastan de una manera única. A medida que se desintegran gradualmente, no se muelen hasta quedar planas, sino que mantienen un borde afilado. Esto significa que pueden eliminar material muy rápidamente, a menudo en una fracción del tiempo de otras muelas abrasivas. Esto generalmente hace que las muelas abrasivas de cerámica valgan la pena. Son ideales para aplicaciones de acero inoxidable porque eliminan virutas grandes rápidamente y generan menos calor y distorsión.
Independientemente de la muela abrasiva que elija un fabricante, se debe 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 carbono e inoxidable. Incluso pequeñas chispas de acero al carbono que caen sobre piezas de trabajo de acero inoxidable pueden causar problemas de contaminación. Muchas industrias, como las industrias farmacéutica y nuclear, requieren que los consumibles estén clasificados como libres de contaminación. Esto significa que las muelas abrasivas para acero inoxidable deben estar casi libres (menos del 0,1%) de hierro, azufre y cloro.
Las muelas abrasivas no pueden rectificar por sí solas; necesitan una herramienta eléctrica. Cualquiera puede promocionar los beneficios 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 una cierta cantidad de potencia y torque. Si bien algunas amoladoras neumáticas tienen las especificaciones necesarias, la mayoría del rectificado con muelas cerámicas se realiza con herramientas eléctricas.
Las amoladoras con potencia y torque insuficientes pueden causar serios problemas, incluso con los abrasivos más avanzados. La falta de potencia y torque puede provocar que la herramienta disminuya significativamente su velocidad bajo presión, impidiendo esencialmente que las partículas cerámicas en la muela de amolar hagan lo que fueron diseñadas para hacer: remover rápidamente grandes pedazos de metal, reduciendo así la cantidad de material térmico que ingresa a la muela de amolar.
Esto agrava un círculo vicioso: los operadores de rectificado ven que el material no se retira, por lo que instintivamente empujan con más fuerza, lo que a su vez crea un exceso de calor y un azulado. Terminan empujando tan fuerte que glasean las ruedas, lo que los hace trabajar más y generar más calor antes de darse cuenta de que necesitan reemplazar las ruedas. Si trabaja de esta manera en tubos o láminas delgadas, terminan atravesando el material.
Por supuesto, si los operadores no están capacitados adecuadamente, incluso con las mejores herramientas, este círculo vicioso puede ocurrir, especialmente cuando se trata de la presión que ejercen sobre la pieza de trabajo. La mejor práctica es acercarse lo más posible a la clasificación de corriente nominal de la amoladora. Si el operador está usando una amoladora de 10 amperios, debe presionar tan fuerte que la amoladora consuma aproximadamente 10 amperios.
El uso de un amperímetro puede ayudar a estandarizar las operaciones de pulido si el fabricante procesa grandes cantidades de acero inoxidable costoso. Por supuesto, pocas operaciones utilizan realmente un amperímetro de manera regular, por lo que lo mejor es escuchar con atención. Si el operador escucha y siente que las RPM caen rápidamente, es posible que esté presionando demasiado.
Escuchar toques demasiado leves (es decir, muy poca presión) puede ser difícil, por lo que, en este caso, prestar atención al flujo de chispas puede ayudar. Esmerilar acero inoxidable producirá chispas más oscuras que el acero al carbono, pero aún deben ser visibles y sobresalir del área de trabajo de manera constante. Si el operador de repente ve menos chispas, puede deberse a que no está aplicando suficiente presión o no está puliendo la rueda.
Los operadores también deben mantener un ángulo de trabajo constante. Si se acercan a la pieza de trabajo en un ángulo casi plano (casi paralelo a la pieza de trabajo), pueden causar un sobrecalentamiento extenso; si se acercan en un ángulo demasiado alto (casi vertical), corren el riesgo de clavar el borde de la rueda en el metal. Si utilizan una rueda Tipo 27, deben acercarse a la pieza en un ángulo de 20 a 30 grados. Si tienen ruedas Tipo 29, su ángulo de trabajo debe ser de alrededor de 10 grados.
Las ruedas de rectificado tipo 28 (cónicas) se utilizan normalmente para rectificar superficies planas para eliminar material en trayectorias de rectificado más anchas. Estas ruedas cónicas también funcionan mejor en ángulos de rectificado más bajos (aproximadamente 5 grados), por lo que ayudan a reducir la fatiga del operador.
Esto introduce otro factor crítico: elegir el tipo correcto de muela de amolar. 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 ruedas Tipo 27, las más comunes, pueden realizar el trabajo en muchas aplicaciones, pero su forma dificulta el manejo de piezas con perfiles y curvas profundas, como conjuntos soldados de tubos de acero inoxidable. La forma del perfil de la rueda Tipo 29 facilita el trabajo a los operadores que necesitan rectificar una combinación de superficies curvas y planas. La rueda Tipo 29 logra esto aumentando el área de contacto de la superficie, lo que significa que el operador no tiene que pasar mucho tiempo rectificando en cada ubicación, una buena estrategia para reducir la acumulación de calor.
De hecho, esto se aplica a cualquier muela de amolar. Al amolar, el operador no debe permanecer en el mismo lugar durante mucho tiempo. Supongamos que un operador está quitando metal de un filete de varios pies de largo. Puede dirigir la rueda en movimientos cortos hacia arriba y hacia abajo, pero al hacerlo puede sobrecalentar la pieza de trabajo porque mantiene la rueda en un área pequeña durante largos períodos de tiempo. Para reducir la entrada de calor, el operador puede atravesar toda la soldadura en una dirección cerca de una punta, luego levantar la herramienta (dándole tiempo a la pieza de trabajo para que se enfríe) y atravesar la pieza de trabajo en la misma dirección cerca de la otra punta. Otras técnicas funcionan, pero todas tienen una característica en común: evitan el sobrecalentamiento manteniendo la muela de amolar en movimiento.
Las técnicas de "cardado" comúnmente utilizadas también ayudan a lograr esto. Supongamos que el operador está rectificando una soldadura a tope en una posición plana. Para reducir el estrés térmico y la excavación excesiva, evitó empujar la amoladora a lo largo de la unión. En cambio, comienza desde el final y tira de la amoladora a lo largo de la unión. 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 sobrecalentará la pieza de trabajo; si va demasiado rápido, el rectificado puede llevar mucho tiempo. Encontrar el punto óptimo de velocidad de avance generalmente requiere experiencia, pero si el operador no está familiarizado con el trabajo, puede rectificar la chatarra para "sentir" la velocidad de avance adecuada para la pieza de trabajo en cuestión.
La estrategia de acabado gira en torno a la condición de la superficie del material cuando llega y sale del departamento de acabado. Identifique el punto de inicio (condición de la superficie recibida) y el punto final (acabado requerido), luego haga 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 una arena más fina? ¿No sería muy ineficiente comenzar con un grano más fino?
No necesariamente, esto nuevamente tiene que ver con la naturaleza de la intercalación. A medida que cada paso alcanza un grano más pequeño, el acondicionador reemplaza los rayones más profundos con rayones más superficiales y finos. Si comienzan con papel de lija de grano 40 o un disco invertido, dejarán rayones profundos en el metal. Sería genial si esos rayones acercaran la superficie al acabado deseado; es por eso que existen esos suministros de acabado de grano 40. Sin embargo, si el cliente solicita un acabado No. 4 (acabado cepillado direccional), los rayones profundos creados por un abrasivo No. 40 tardarán mucho en eliminarse. Los aderezadores pasan por múltiples tamaños de grano o pasan mucho tiempo usando abrasivos de grano fino para eliminar esos rayones grandes y reemplazarlos por rayones más pequeños. Esto no solo es ineficiente, sino que también introduce demasiado calor en la pieza de trabajo.
Por supuesto, el uso de abrasivos de grano fino en superficies rugosas puede ser lento y, combinado con una mala técnica, introducir demasiado calor. Aquí es donde un disco de láminas dos en uno o escalonado puede ayudar. Estos discos incluyen paños abrasivos combinados con materiales de tratamiento de superficies. Permiten efectivamente al afilador usar abrasivos para eliminar material y al mismo tiempo dejar un acabado más suave.
El siguiente paso en el acabado final puede implicar el uso de no tejidos, 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 pulido, pero derretirá completamente algunos no tejidos. Por este motivo, los terminadores reducen la velocidad a entre 3.000 y 6.000 RPM antes de comenzar el paso de acabado con no tejidos. Por supuesto, la velocidad exacta depende de la aplicación y los consumibles. Por ejemplo, los tambores no tejidos suelen girar entre 3.000 y 4.000 RPM, mientras que los discos de tratamiento de superficies suelen girar entre 4.000 y 6.000 RPM.
Disponer de las herramientas adecuadas (rectificadoras de velocidad variable, diferentes medios de acabado) y determinar el número óptimo de pasos básicamente proporciona un mapa que revela la mejor ruta entre el material entrante y el terminado. La ruta exacta varía según la aplicación, pero los recortadores experimentados siguen esta ruta utilizando técnicas de recorte similares.
Los rodillos no tejidos completan la superficie de acero inoxidable. Para un acabado eficiente y una vida útil óptima de los consumibles, diferentes medios de acabado funcionan a diferentes RPM.
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 pueden estar trabajando en dos artefactos 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 hasta obtener un acabado de espejo, el pulidor puede realizar un pulimiento cruzado con un tambor o disco de pulido, en una dirección perpendicular al paso anterior. El lijado cruzado resalta las áreas que necesitan mezclarse con el patrón de rayones anterior, pero aún así no logrará que la superficie tenga un acabado de espejo del n.° 8. Una vez que se hayan eliminado todos los rayones, se requiere un paño de fieltro y una rueda de pulido para crear el acabado brillante deseado.
Para lograr el acabado correcto, los fabricantes deben proporcionar a los terminadores las herramientas adecuadas, incluidas herramientas y medios reales, así como herramientas de comunicación, como el establecimiento de muestras estándar para determinar cómo debe lucir un acabado determinado. Estas muestras (publicadas 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 reales (incluidas las herramientas eléctricas y los medios abrasivos), la geometría de ciertas piezas puede presentar desafíos incluso para los empleados más experimentados en el departamento de acabado. Aquí es donde las herramientas profesionales pueden ayudar.
Supongamos que un operador necesita completar un ensamblaje tubular de paredes delgadas de acero inoxidable. El uso de discos de láminas o incluso tambores puede causar problemas, causar sobrecalentamiento y, a veces, incluso crear un punto plano en el propio tubo. Aquí, las lijadoras de banda diseñadas para tubos pueden ayudar. La cinta transportadora envuelve la mayor parte del diámetro de la tubería, extendiendo los puntos de contacto, aumentando la eficiencia y reduciendo la entrada de calor. Dicho esto, como con cualquier otra cosa, el repasador aún necesita mover la lijadora de banda a un área diferente para mitigar la acumulación excesiva de calor y evitar el azulado.
Lo mismo se aplica a otras herramientas de acabado profesionales. Considere una lijadora de banda de dedo diseñada para espacios reducidos. Un finalizador podría usarla para seguir una soldadura de filete entre dos tablas en un ángulo agudo. En lugar de mover la lijadora de banda de dedo verticalmente (como cepillarse los dientes), el afilador la mueve horizontalmente a lo largo de la punta superior de la soldadura de filete, luego de la punta inferior, mientras se asegura de que la lijadora de dedo no permanezca en una durante demasiado 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 que impidan 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 quejándose de piezas oxidadas o contaminadas. Aquí es donde entran en juego la limpieza y la trazabilidad adecuadas.
La limpieza electroquímica puede ayudar a eliminar contaminantes para garantizar una pasivación adecuada, pero ¿cuándo se debe realizar esta limpieza? 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 significa que el medio de acabado puede recoger contaminantes de la superficie de la pieza de trabajo y esparcirlos en otras partes. Sin embargo, para algunas aplicaciones críticas, los fabricantes pueden optar por insertar pasos de limpieza adicionales, 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 soldador profesional de arco de tungsteno con gas coloca una costura de diez centavos que parece perfecta. Pero nuevamente, esta es una aplicación crítica. Un empleado en el departamento de acabado usa un cepillo conectado a un sistema de limpieza electroquímica para limpiar la superficie de una soldadura. Luego, alisó la punta de la soldadura con un abrasivo no tejido y un paño de acabado y logró que todo tuviera un acabado cepillado uniforme. Luego viene el cepillado final con un sistema de limpieza electroquímica. Después de reposar durante un día o dos, use un dispositivo de prueba portátil para probar 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 esmerilado, el acabado y la limpieza de la pasivación del acero inoxidable suelen ocurrir posteriormente. De hecho, normalmente se ejecutan poco antes de enviar el trabajo.
Las piezas terminadas incorrectamente generan algunos de los desechos y trabajos de repetición 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 dolores de cabeza y, lo más importante, aumentar la satisfacción del cliente.
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