Las soldaduras longitudinales en barras de acero inoxidable se desbarban electroquímicamente para garantizar una pasivación adecuada. Imagen cortesía de Walter Surface Technologies.
Imaginemos que un fabricante firma un contrato para fabricar un producto clave de acero inoxidable. Las secciones de chapa y tubería se cortan, doblan y sueldan antes de enviarlas a la estación de acabado. La pieza consta de placas soldadas verticalmente a la tubería. Las soldaduras tienen buen aspecto, pero el precio no es el ideal que busca el comprador. Como resultado, la amoladora dedica más tiempo de lo habitual a eliminar el metal de soldadura. Entonces, lamentablemente, aparece un color azul distintivo en la superficie, una clara señal de un exceso de calor. En este caso, esto significa que la pieza no cumplirá con los requisitos del cliente.
El lijado y el acabado, a menudo realizados a mano, requieren destreza y habilidad. Los errores en el acabado pueden resultar muy costosos, considerando el valor invertido en la pieza. Al añadir materiales costosos y sensibles al calor, como el acero inoxidable, los costos de retrabajo e instalación de desechos pueden ser elevados. Si a esto se suman complicaciones como la contaminación y las fallas de pasivación, una operación de acero inoxidable que antes era rentable puede volverse poco rentable o incluso dañar la reputación.
¿Cómo pueden los fabricantes prevenir todo esto? Pueden empezar por ampliar sus conocimientos sobre el rectificado y el acabado, comprendiendo las funciones que desempeñan y cómo afectan a las piezas de acero inoxidable.
No son sinónimos. De hecho, cada uno tiene objetivos fundamentalmente diferentes. El esmerilado elimina materiales como rebabas y exceso de metal de soldadura, mientras que el acabado proporciona un acabado fino a la superficie del metal. La confusión es comprensible, dado que quienes esmerilan con muelas abrasivas grandes eliminan mucho metal muy rápidamente, y pueden quedar arañazos muy profundos en el proceso. Pero al esmerilar, los arañazos son solo una consecuencia; 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: el operario comienza con un grano más grueso y avanza hacia muelas abrasivas más finas, abrasivos no tejidos y, posiblemente, fieltro y pasta de pulir para lograr un acabado de espejo. El objetivo es conseguir un acabado final específico (un patrón de rayado determinado). Cada paso (con un grano más fino) elimina los arañazos más profundos del paso anterior y los reemplaza por arañazos más pequeños.
Dado que el rectificado y el acabado tienen propósitos distintos, a menudo no se complementan y pueden interferir entre sí si se utiliza una estrategia de consumibles inadecuada. Para eliminar el exceso de metal de soldadura, el operario realiza rayaduras muy profundas con una muela abrasiva y luego pasa la pieza al operario de acabado, quien ahora debe dedicar mucho tiempo a eliminar estas rayaduras. Esta secuencia, desde el rectificado hasta el acabado, puede ser la forma más eficiente de cumplir con los requisitos de acabado del cliente. Pero, de nuevo, no se trata de procesos adicionales.
Las superficies de las piezas diseñadas para facilitar su procesamiento generalmente no requieren lijado ni acabado. Las piezas que se lijan lo hacen porque es la forma más rápida de eliminar soldaduras u otros materiales, y las marcas profundas que deja la muela abrasiva son precisamente lo que el cliente deseaba. Las piezas que solo requieren acabado se fabrican de manera que no sea necesario eliminar una cantidad excesiva de material. Un ejemplo típico es una pieza de acero inoxidable con una soldadura impecable protegida por un electrodo de tungsteno que simplemente necesita ser integrada y adaptada al patrón de acabado del sustrato.
Las rectificadoras con discos de baja remoción de material pueden presentar serios problemas al trabajar con acero inoxidable. Asimismo, el sobrecalentamiento puede provocar un oscurecimiento y cambios en 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 circonio rectifican más rápido que las de alúmina, pero las de cerámica suelen ser las más adecuadas.
Las partículas cerámicas, extremadamente resistentes y afiladas, se desgastan de una manera única. A medida que se desintegran gradualmente, no se aplanan, sino que conservan un filo afilado. Esto significa que pueden eliminar material muy rápidamente, a menudo varias veces más rápido que otras muelas abrasivas. En general, esto justifica su precio. Son ideales para el mecanizado de acero inoxidable, ya que eliminan rápidamente las virutas grandes y generan menos calor y deformación.
Independientemente de la muela abrasiva que elija el fabricante, es fundamental tener en cuenta la posible contaminación. La mayoría de los fabricantes saben que no pueden usar la misma muela para acero al carbono y acero inoxidable. Muchos separan físicamente las operaciones de rectificado de ambos tipos de acero. 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 sean no contaminantes. Esto significa que las muelas abrasivas de acero inoxidable deben estar prácticamente libres (con menos del 0,1 %) de hierro, azufre y cloro.
Las muelas abrasivas no se afilan solas; necesitan una herramienta eléctrica. Cualquiera puede promocionar las ventajas de las muelas abrasivas o las herramientas eléctricas, pero la realidad es que estas últimas y sus muelas funcionan como un sistema. Las muelas cerámicas están diseñadas para amoladoras angulares con una potencia y un par motor específicos. Si bien algunas amoladoras neumáticas cumplen con las especificaciones necesarias, en la mayoría de los casos el afilado de las muelas cerámicas se realiza con herramientas eléctricas.
Las amoladoras con potencia y par insuficientes pueden causar serios problemas incluso con los abrasivos más modernos. 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 el círculo vicioso: los lijadores ven que no se está eliminando material, así que instintivamente presionan más fuerte, lo que a su vez genera un exceso de calor y un efecto azulado. Terminan presionando tanto que vitrifican las ruedas, lo que los obliga a trabajar más y generar más calor antes de darse cuenta de que necesitan cambiarlas. Si se trabaja de esta manera con tubos o láminas delgadas, terminan atravesando el material.
Por supuesto, si los operarios no reciben la formación adecuada, incluso con las mejores herramientas, puede producirse este círculo vicioso, especialmente en lo que respecta a la presión que ejercen sobre la pieza. Lo ideal es trabajar lo más cerca posible de la corriente nominal de la amoladora. Si el operario utiliza una amoladora de 10 amperios, debe ejercer tanta presión que la amoladora consuma aproximadamente 10 amperios.
El uso de un amperímetro puede ayudar a estandarizar las operaciones de rectificado si un fabricante procesa grandes cantidades de acero inoxidable costoso. Por supuesto, pocas empresas utilizan un amperímetro de forma habitual, por lo que es mejor 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 suaves (es decir, con poca presión), por lo que prestar atención al flujo de chispas puede ser útil en este caso. El lijado de acero inoxidable produce chispas más oscuras que el de acero al carbono, pero aun así deben ser visibles y sobresalir uniformemente de la superficie de trabajo. Si el operario observa de repente menos chispas, puede deberse a que no aplica suficiente fuerza o a que la muela no está bien pulida.
Los operarios deben mantener un ángulo de trabajo constante. Si se aproximan a la pieza casi en ángulo recto (prácticamente paralelos), pueden provocar un sobrecalentamiento considerable; si se aproximan con un ángulo demasiado pronunciado (prácticamente vertical), corren el riesgo de que el borde de la rueda impacte contra 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, el ángulo de trabajo debe rondar los 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 (alrededor de 5 grados), lo que ayuda a reducir la fatiga del operario.
Esto introduce otro factor importante: elegir el tipo correcto de muela abrasiva. La muela tipo 27 tiene un punto de contacto con la superficie metálica, la muela tipo 28 tiene una línea de contacto debido a su forma cónica, y la muela tipo 29 tiene una superficie de contacto.
Las muelas tipo 27, las más comunes hoy en día, cumplen su función en muchas áreas, pero su forma dificulta el trabajo con piezas de perfil profundo y curvas pronunciadas, como los conjuntos de tubos de acero inoxidable soldados. El perfil de la muela tipo 29 facilita el trabajo de los operarios que necesitan rectificar superficies curvas y planas combinadas. La muela tipo 29 logra esto aumentando el área de contacto con la superficie, lo que significa que el operario no tiene que dedicar mucho tiempo al rectificado en cada punto, una buena estrategia para reducir la acumulación de calor.
En realidad, esto se aplica a cualquier muela abrasiva. Al rectificar, 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 metros de largo. Puede mover la muela con movimientos cortos hacia arriba y hacia abajo, pero esto puede provocar que la pieza se sobrecaliente, ya que mantiene la muela en un área pequeña durante un período prolongado. Para reducir la entrada de calor, el operario puede pasar toda la soldadura en una dirección con un extremo de la muela, luego levantar la herramienta (permitiendo que la pieza se enfríe) y pasar la pieza en la misma dirección con el otro extremo. Existen otros métodos que funcionan, pero todos tienen algo en común: evitan el sobrecalentamiento manteniendo la muela abrasiva en movimiento.
Esto también se ve favorecido por los métodos de "peinado" ampliamente utilizados. Supongamos que el operario está esmerilando una soldadura a tope en posición plana. Para reducir la tensión térmica y el desgaste excesivo, evita empujar la esmeriladora a lo largo de la junta. En su lugar, comienza por el extremo y la desplaza a lo largo de la junta. Esto también impide que la muela se hunda demasiado en el material.
Por supuesto, cualquier técnica puede sobrecalentar el metal si el operario trabaja demasiado despacio. Si trabaja demasiado despacio, la pieza se sobrecalentará; si trabaja demasiado rápido, el lijado puede llevar mucho tiempo. Encontrar la velocidad de avance óptima suele requerir experiencia. Pero si el operario no está familiarizado con el trabajo, puede lijar la pieza de desecho para determinar la velocidad de avance adecuada.
La estrategia de acabado depende del estado de la superficie del material al entrar y salir del departamento de acabado. Determine un punto de partida (estado de la superficie obtenido) y un punto final (acabado requerido), y luego elabore un plan para encontrar la mejor ruta entre esos dos puntos.
A menudo, el mejor método no empieza con un abrasivo muy agresivo. Esto puede parecer contradictorio. Al fin y al cabo, ¿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 fino?
No necesariamente, esto tiene que ver con la naturaleza de la comparación. A medida que se logra un grano más fino en cada paso, el acondicionador reemplaza los arañazos más profundos con otros cada vez más finos. Si comienzan con papel de lija de grano 40 o una bandeja de pulido, dejarán arañazos profundos en el metal. Sería ideal que estos arañazos acercaran la superficie al acabado deseado, por lo que existen materiales de acabado de grano 40. Sin embargo, si un cliente solicita un acabado n.° 4 (lijado direccional), los arañazos profundos que deja el grano n.° 40 tardan mucho tiempo en eliminarse. Los artesanos recurren a varios tamaños de grano o dedican mucho tiempo a usar abrasivos de grano fino para eliminar esos arañazos grandes y reemplazarlos con otros más pequeños. Todo esto no solo es ineficiente, sino que también calienta demasiado la pieza de trabajo.
Por supuesto, usar abrasivos de grano fino en superficies rugosas puede ser lento y, combinado con una técnica deficiente, genera demasiado calor. Los discos dos en uno o escalonados pueden ayudar a solucionar este problema. Estos discos combinan telas abrasivas con materiales de tratamiento de superficie. Permiten al profesional usar abrasivos para eliminar material y obtener un acabado más liso.
El siguiente paso en el acabado puede incluir el uso de telas no tejidas, lo que ilustra otra característica única del proceso: funciona mejor con herramientas eléctricas de velocidad variable. Una amoladora angular que funcione a 10 000 rpm puede manejar algunos materiales abrasivos, pero fundirá por completo algunos materiales no tejidos. Por esta razón, los operarios reducen la velocidad a 3000-6000 rpm antes de aplicar el acabado a las 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 a 3000-4000 rpm, mientras que los discos de tratamiento de superficies suelen girar a 4000-6000 rpm.
Disponer de las herramientas adecuadas (amoladoras de velocidad variable, diversos materiales de acabado) y determinar el número óptimo de pasos proporciona, en esencia, un mapa que muestra la mejor ruta entre el material de entrada y el material acabado. La ruta exacta depende de la aplicación, pero los operarios experimentados siguen esta ruta utilizando métodos 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, los diferentes materiales de acabado se procesan a distintas velocidades de rotación.
Primero, se toman su tiempo. Si ven que una pieza delgada de acero inoxidable se está calentando, dejan de trabajar en un punto y empiezan en otro. O quizás estén trabajando en dos objetos diferentes a la vez. Trabajan un poco en uno y luego en el otro, dejando que la otra pieza se enfríe.
Para lograr un acabado de espejo, se puede pulir transversalmente con el tambor o disco de pulido en dirección perpendicular al paso anterior. El lijado transversal resalta las áreas que deberían integrarse con el patrón de rayaduras previo, pero aún no alcanza el acabado de espejo n.° 8. Una vez eliminadas todas las rayaduras, se necesitará un paño de fieltro y una almohadilla de pulido para lograr el acabado brillante deseado.
Para lograr el acabado deseado, los fabricantes deben proporcionar a los operarios las herramientas adecuadas, incluyendo herramientas y materiales reales, así como herramientas de comunicación, como la creación de muestras estándar para determinar el aspecto que debe tener un acabado específico. Estas muestras (ubicadas junto al departamento de acabado, en los materiales de capacitación y en la documentación de ventas) ayudan a que todos estén en sintonía.
En lo que respecta a las herramientas (incluidas las herramientas eléctricas y los abrasivos), la geometría de algunas piezas puede resultar compleja incluso para el equipo de acabado más experimentado. Esto facilitará el uso de herramientas profesionales.
Supongamos que un operario necesita ensamblar una tubería de acero inoxidable de paredes delgadas. El uso de discos abrasivos o incluso tambores puede provocar problemas, sobrecalentamiento e incluso la formación de una zona plana en la propia tubería. Aquí es donde las lijadoras de banda diseñadas para tuberías resultan útiles. La banda transportadora cubre la mayor parte del diámetro de la tubería, distribuyendo los puntos de contacto, aumentando la eficiencia y reduciendo la entrada de calor. Sin embargo, como con cualquier otra herramienta, el operario debe mover la lijadora de banda a otra ubicación para reducir la acumulación excesiva de calor y evitar el desprendimiento de pigmentos.
Lo mismo se aplica a otras herramientas de acabado profesionales. Consideremos una lijadora de banda diseñada para lugares de difícil acceso. Un acabador puede usarla para hacer una soldadura de filete entre dos tablas en un ángulo agudo. En lugar de mover la lijadora de banda verticalmente (como si se cepillara los dientes), el técnico la mueve horizontalmente a lo largo del borde superior de la soldadura de filete y luego a lo largo del inferior, asegurándose de que la lijadora no permanezca demasiado tiempo en un mismo lugar.
Soldar, esmerilar y dar acabado al acero inoxidable conlleva otro desafío: asegurar una pasivación adecuada. Tras todos estos procesos, ¿queda alguna contaminación en la superficie del material que impida la formación natural de una capa de cromo en toda la superficie? Lo último que necesita un fabricante es un cliente enfadado que se queje de piezas oxidadas o sucias. Aquí es donde entran en juego la limpieza adecuada y la trazabilidad.
La limpieza electroquímica puede ayudar a eliminar contaminantes para asegurar una pasivación adecuada, pero ¿cuándo debe realizarse? Depende de la aplicación. Si los fabricantes limpian el acero inoxidable para asegurar una pasivación completa, generalmente lo hacen inmediatamente después de la soldadura. De no hacerlo, el medio de acabado podría absorber contaminantes de la superficie de la pieza y distribuirlos a otras zonas. Sin embargo, para algunas aplicaciones críticas, los fabricantes pueden añadir pasos de limpieza adicionales, incluso realizando pruebas para verificar la pasivación adecuada antes de que el acero inoxidable salga de la fábrica.
Supongamos que un fabricante está soldando un componente importante de acero inoxidable para la industria nuclear. Un soldador profesional de arco de tungsteno crea una soldadura lisa y de aspecto impecable. Pero, de nuevo, se trata de una aplicación crítica. Un miembro del departamento de acabado utiliza un cepillo conectado a un sistema de limpieza electroquímica para limpiar la superficie de la soldadura. A continuación, lija la soldadura con un abrasivo no tejido y un paño, dejando una superficie lisa. Después, se aplica un último cepillado con el sistema de limpieza electroquímica. Tras uno o dos días de inactividad, se utiliza un comprobador portátil para verificar la correcta pasivación 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 realizarse en etapas sucesivas. De hecho, generalmente se llevan a cabo poco antes de la entrega del trabajo.
Las piezas mecanizadas incorrectamente generan algunos de los desperdicios y retrabajos más costosos, por lo que es lógico que los fabricantes revisen sus departamentos de lijado y acabado. Las mejoras en el rectificado y el acabado ayudan a eliminar cuellos de botella clave, mejoran la calidad, evitan problemas y, lo más importante, aumentan la satisfacción del cliente.
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