Las soldaduras longitudinales en barras de acero inoxidable se desbarban electroquímicamente para garantizar una pasivación adecuada. Imagen cortesía de Walter Surface Technologies.
Imagine que un fabricante firma un contrato para fabricar un producto clave de acero inoxidable. Se cortan, doblan y sueldan secciones de chapa y tubería antes de enviarlas a la estación de acabado. La pieza consiste en placas soldadas verticalmente a la tubería. Las soldaduras tienen buena pinta, pero no alcanzan el precio ideal que busca el comprador. Como resultado, la rectificadora dedica tiempo a eliminar más metal de soldadura de lo habitual. Entonces, por desgracia, aparece un azul distintivo en la superficie, una clara señal de un exceso de calor aplicado. En este caso, esto significa que la pieza no cumplirá con los requisitos del cliente.
El lijado y el acabado, que suelen realizarse a mano, requieren destreza y habilidad artesanal. Los errores en el acabado pueden ser muy costosos considerando el valor que se le ha otorgado a la pieza. Al añadir materiales costosos y sensibles al calor, como el acero inoxidable, los costos de retrabajo e instalación de chatarra pueden ser mayores. Sumado a complicaciones como la contaminación y los fallos de pasivación, una operación de acero inoxidable que antes era rentable puede volverse no rentable o incluso perjudicar su reputación.
¿Cómo pueden los fabricantes evitar todo esto? Pueden empezar por ampliar sus conocimientos sobre rectificado y acabado, comprendiendo su función y cómo afectan a las piezas de acero inoxidable.
Estos no son sinónimos. De hecho, cada persona tiene objetivos fundamentalmente diferentes. El rectificado elimina materiales como rebabas y exceso de metal de soldadura, mientras que el acabado proporciona un acabado fino a la superficie metálica. La confusión es comprensible, dado que quienes rectifican con muelas grandes eliminan mucho metal muy rápidamente, pudiendo dejar arañazos muy profundos en el proceso. Pero al rectificar, los arañazos son solo una consecuencia; el objetivo es eliminar material rápidamente, especialmente al trabajar con metales sensibles al calor como el acero inoxidable.
El acabado se realiza por etapas: el operador comienza con un grano más grueso y avanza a muelas de amolar más finas, abrasivos no tejidos y, posiblemente, fieltro y pasta de pulir para lograr un acabado de espejo. El objetivo es lograr un acabado final determinado (patrón de rayado). Cada paso (de 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 diferentes, a menudo no se complementan y pueden ser contraproducentes si se utiliza una estrategia de consumibles incorrecta. Para eliminar el exceso de metal de soldadura, el operario realiza arañazos muy profundos con una muela abrasiva y luego pasa la pieza al repasador, quien ahora debe dedicar mucho tiempo a eliminar estos arañazos profundos. Esta secuencia, desde el rectificado hasta el acabado, puede seguir siendo la forma más eficiente de satisfacer los requisitos de acabado del cliente. Sin embargo, insistimos en que no se trata de procesos adicionales.
Las superficies de las piezas diseñadas para trabajarse generalmente no requieren rectificado ni acabado. Las piezas que se lijan solo se lijan porque es la forma más rápida de eliminar soldaduras u otros materiales, y los arañazos profundos que deja la muela son justo lo que el cliente deseaba. Las piezas que solo requieren acabado se fabrican de forma que no se requiere una eliminación excesiva de material. Un ejemplo típico es una pieza de acero inoxidable con una soldadura impecable protegida por un electrodo de tungsteno que simplemente debe mezclarse y adaptarse al patrón de acabado del sustrato.
Las rectificadoras con discos de bajo rendimiento de arranque de material pueden presentar graves problemas al trabajar con acero inoxidable. Asimismo, el sobrecalentamiento puede causar azulado y cambios en 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 mayor velocidad de arranque según la aplicación y el presupuesto. Las muelas de circonio rectifican más rápido que las de alúmina, pero las de cerámica son las más eficaces en la mayoría de los casos.
Las partículas cerámicas, extremadamente resistentes y afiladas, se desgastan de una forma única. Al desintegrarse gradualmente, no se aplanan, sino que conservan su filo. Esto significa que pueden eliminar material con gran rapidez, a menudo varias veces más rápido que otras muelas abrasivas. En general, esto justifica la inversión en muelas cerámicas. 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 un fabricante, debe tenerse en cuenta la posible contaminación. La mayoría de los fabricantes saben que no pueden usar la misma muela abrasiva tanto para acero al carbono como para acero inoxidable. Muchas personas separan físicamente las operaciones de rectificado de acero al carbono e 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 no contaminantes. Esto significa que las muelas abrasivas de acero inoxidable deben estar prácticamente libres de hierro, azufre y cloro (menos del 0,1%).
Las muelas abrasivas no se afilan solas, sino que requieren una herramienta eléctrica. Cualquiera puede pregonar las ventajas de las muelas o las herramientas eléctricas, pero la realidad es que las herramientas eléctricas y sus muelas funcionan como un sistema. Las muelas cerámicas están diseñadas para amoladoras angulares con una potencia y un par determinados. Si bien algunas amoladoras neumáticas cumplen con las especificaciones requeridas, en la mayoría de los casos, el afilar las muelas cerámicas se realiza con herramientas eléctricas.
Las amoladoras con potencia y par insuficientes pueden causar graves problemas incluso con los abrasivos más modernos. La falta de potencia y par puede hacer que la herramienta se ralentice considerablemente bajo presión, lo que impide que las partículas cerámicas de la muela realicen 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 presionan con más fuerza instintivamente, lo que a su vez genera un calor excesivo y un azulado. Terminan presionando con tanta fuerza que vidrian 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 operadores no reciben la capacitación adecuada, incluso con las mejores herramientas, este círculo vicioso puede ocurrir, especialmente en lo que respecta a la presión que ejercen sobre la pieza de trabajo. Lo ideal es acercarse lo más posible a la corriente nominal de la amoladora. Si el operador utiliza una amoladora de 10 amperios, debe presionar con tanta fuerza que la amoladora consuma aproximadamente 10 amperios.
El uso de un amperímetro puede ayudar a estandarizar las operaciones de rectificado si un fabricante procesa una gran cantidad de acero inoxidable de alto coste. Claro que pocas operaciones utilizan un amperímetro con regularidad, por lo que conviene escuchar atentamente. Si el operador oye y siente que las RPM bajan rápidamente, es posible que esté forzando demasiado.
Puede resultar difícil percibir toques demasiado ligeros (es decir, con poca presión), por lo que prestar atención al flujo de chispas puede ser útil en este caso. Lijar acero inoxidable produce chispas más oscuras que el acero al carbono, pero estas deben ser visibles y sobresalir uniformemente del área de trabajo. Si el operador detecta repentinamente menos chispas, podría deberse a que no se aplica suficiente fuerza o a que no se está puliendo la rueda.
Los operarios también deben mantener un ángulo de trabajo constante. Si se acercan a la pieza de trabajo en un ángulo casi recto (casi paralelo a ella), pueden causar un sobrecalentamiento significativo; si se acercan en un ángulo demasiado pronunciado (casi vertical), corren el riesgo de golpear el borde de la muela contra el metal. Si utilizan una muela tipo 27, deben acercarse a la pieza de trabajo en un ángulo de 20 a 30 grados. Si utilizan muelas tipo 29, su ángulo de trabajo debe ser de unos 10 grados.
Las muelas cónicas tipo 28 se utilizan generalmente para desbastar superficies planas y eliminar material en trayectorias de desbaste más anchas. Estas muelas cónicas también funcionan mejor en ángulos de desbaste más bajos (alrededor de 5 grados), lo que ayuda a reducir la fatiga del operador.
Esto introduce otro factor importante: la elección del tipo correcto de muela abrasiva. La muela tipo 27 tiene un punto de contacto metálico, la muela tipo 28 tiene una línea de contacto gracias a su forma cónica, y la muela tipo 29 tiene una superficie de contacto.
Las muelas tipo 27, las más comunes en la actualidad, son eficaces en diversas áreas, pero su forma dificulta el trabajo con piezas y curvas de perfil profundo, como conjuntos de tubos soldados de acero inoxidable. La forma del perfil de la muela tipo 29 facilita el trabajo de los operarios que necesitan rectificar superficies combinadas, tanto curvas como planas. La muela tipo 29 logra esto al aumentar el área de contacto superficial, 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 aplica a cualquier muela abrasiva. Al rectificar, el operador no debe permanecer en el mismo lugar por mucho tiempo. Supongamos que un operador está retirando metal de un filete de varios pies de largo. Puede accionar la muela con movimientos cortos hacia arriba y hacia abajo, pero esto puede causar que la pieza de trabajo se sobrecaliente, ya que la muela permanece en un área pequeña durante un período prolongado. Para reducir la entrada de calor, el operador puede soldar toda la pieza en una dirección en una punta, luego elevar la herramienta (permitiendo que la pieza de trabajo se enfríe) y pasar la pieza en la misma dirección en la otra punta. Otros métodos funcionan, pero todos tienen algo en común: evitan el sobrecalentamiento al mantener la muela abrasiva en movimiento.
Esto también se ve facilitado por los métodos de "peinado" ampliamente utilizados. Supongamos que el operador está rectificando una soldadura a tope en posición plana. Para reducir la tensión térmica y el desgaste excesivo, evita empujar la amoladora a lo largo de la junta. En su lugar, comienza por el extremo y la desliza a lo largo de la junta. Esto también evita que la muela se hunda demasiado en el material.
Por supuesto, cualquier técnica puede sobrecalentar el metal si el operador trabaja demasiado despacio. Si se trabaja demasiado despacio, el operador sobrecalentará la pieza de trabajo; si se trabaja demasiado rápido, el lijado puede tardar mucho tiempo. Encontrar la velocidad de avance ideal suele requerir 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.
La estrategia de acabado depende del estado de la superficie del material al entrar y salir del departamento de acabado. Determine un punto de inicio (estado de la superficie obtenido) y un punto final (acabado requerido), y luego diseñe un plan para encontrar la mejor ruta entre ambos puntos.
A menudo, el mejor camino no empieza 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 más fina? ¿No sería muy ineficiente empezar con un grano más fino?
No necesariamente, esto nuevamente 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 rayones más profundos con otros cada vez más finos. Si comienzan con papel de lija de grano 40 o una lijadora de paleta, dejarán rayones profundos en el metal. Sería excelente si estos rayones acercaran la superficie al acabado deseado, por eso existen materiales de acabado de grano 40 disponibles. Sin embargo, si un cliente solicita un acabado n.° 4 (lijado direccional), los rayones profundos que deja el grano n.° 40 tardan mucho en eliminarse. Los artesanos usan varios tamaños de grano o dedican mucho tiempo a usar abrasivos de grano fino para eliminar esos rayones grandes y reemplazarlos por 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 con esto. Estos discos incluyen telas abrasivas combinadas con materiales para el tratamiento de superficies. Permiten al artesano usar abrasivos para eliminar material y dejar un acabado más liso.
El siguiente paso en el acabado puede incluir el uso de telas no tejidas, lo que ilustra otra característica única: el proceso funciona mejor con herramientas eléctricas de velocidad variable. Una amoladora angular a 10 000 rpm puede procesar algunos materiales abrasivos, pero fundirá por completo algunos materiales no tejidos. Por esta razón, las máquinas de acabado reducen la velocidad a 3000-6000 rpm antes de terminar telas no tejidas. Por supuesto, la velocidad exacta depende de la aplicación y los consumibles. Por ejemplo, los tambores de 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.
Contar con las herramientas adecuadas (rectificadoras de velocidad variable, diversos materiales de acabado) y determinar el número óptimo de pasos proporciona un mapa que muestra la mejor ruta entre el material entrante y el acabado. La ruta exacta depende de la aplicación, pero los recortadores experimentados la siguen utilizando métodos de recorte similares.
Los rollos de tela no tejida completan la superficie de acero inoxidable. Para un acabado eficiente y una vida útil óptima de los consumibles, se utilizan diferentes materiales de acabado a distintas velocidades de rotación.
Primero, se toman su tiempo. Si ven que una pieza delgada de acero inoxidable se está calentando, dejan de terminar en un punto y empiezan en otro. O pueden estar trabajando en dos artefactos diferentes a la vez. Trabajan un poco en uno y luego en el otro, dejando que la otra pieza se enfríe.
Al pulir hasta obtener un acabado espejo, la pulidora puede realizar un pulido cruzado con el tambor o disco de pulido en dirección perpendicular al paso anterior. El lijado cruzado resalta las áreas que deberían integrarse con el patrón de rayado anterior, pero aún no logra un acabado espejo n.° 8 en la superficie. Una vez eliminados todos los rayones, se necesitará un paño de fieltro y una almohadilla de pulido para lograr el acabado brillante deseado.
Para lograr el acabado perfecto, los fabricantes deben proporcionar a los finalistas 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 determinado. Estas muestras (publicadas junto al departamento de acabado, en los documentos de capacitación y en el material de ventas) ayudan a mantener a todos en sintonía.
En cuanto al utillaje (incluyendo herramientas eléctricas y abrasivos), la geometría de algunas piezas puede ser compleja incluso para el equipo de acabado más experimentado. Esto facilita el uso de herramientas profesionales.
Supongamos que un operador necesita ensamblar una tubería de acero inoxidable de pared delgada. El uso de discos de láminas o incluso tambores puede causar problemas, sobrecalentamiento y, a veces, incluso una zona plana en el propio tubo. En este caso, las lijadoras de banda diseñadas para tuberías pueden ser de gran ayuda. 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 en todo lo demás, el operario debe mover la lijadora de banda a otra ubicación para reducir la acumulación de calor y evitar el pavonado.
Lo mismo aplica a otras herramientas profesionales de acabado. Considere una lijadora de banda diseñada para lugares difíciles de alcanzar. Un técnico de acabado puede usarla para realizar una soldadura de filete entre dos tablas en un ángulo agudo. En lugar de mover la lijadora de banda de dedo 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 de dedo no permanezca en un mismo lugar durante mucho tiempo.
La soldadura, el rectificado y el acabado del acero inoxidable presentan otro reto: garantizar una pasivación adecuada. Tras todas estas alteraciones, ¿quedó alguna contaminación en la superficie del material que impidiera la formación natural de una capa de cromo en toda su superficie? Lo último que necesita un fabricante es un cliente enfadado quejándose de piezas oxidadas o sucias. Aquí es donde entran en juego una limpieza y una trazabilidad adecuadas.
La limpieza electroquímica puede ayudar a eliminar contaminantes para garantizar una pasivación adecuada, pero ¿cuándo debe realizarse? Depende de la aplicación. Si los fabricantes limpian el acero inoxidable para garantizar una pasivación completa, suelen hacerlo inmediatamente después de soldar. De lo contrario, el medio de acabado puede absorber contaminantes superficiales de la pieza de trabajo y distribuirlos a otras zonas. Sin embargo, para algunas aplicaciones críticas, los fabricantes pueden añadir pasos de limpieza adicionales, incluso comprobando la correcta pasivación antes de que el acero inoxidable salga de la fábrica.
Supongamos que un fabricante está soldando un importante componente de acero inoxidable para la industria nuclear. Un soldador profesional de arco de tungsteno crea una costura lisa y de aspecto perfecto. Sin embargo, 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. Luego, lija la soldadura con un abrasivo no tejido y un paño de limpieza, logrando un acabado liso. Después, se aplica el último cepillo con un sistema de limpieza electroquímica. Tras uno o dos días de inactividad, se utiliza un comprobador portátil para comprobar la correcta pasivación de la pieza. Los resultados, registrados y guardados con el trabajo, muestran que la pieza estaba completamente pasivada antes de salir de 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 posteriores. De hecho, suelen realizarse poco antes de entregar el trabajo.
Las piezas mal mecanizadas generan algunos de los desechos 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, mejorar la calidad, eliminar dolores de cabeza y, lo más importante, aumentar la satisfacción del cliente.
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