Pour assurer une passivation adéquate, les techniciens nettoient électrochimiquement les soudures longitudinales des sections laminées en acier inoxydable. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Walter Surface Technologies
Imaginez qu'un fabricant conclue un contrat portant sur la fabrication d'acier inoxydable. Les sections de tôle et de tube sont coupées, pliées et soudées avant d'arriver à une station de finition. La pièce est constituée de plaques soudées verticalement au tube. Les soudures semblent bonnes, mais ce n'est pas la pièce parfaite que le client recherche. En conséquence, la rectifieuse passe du temps à retirer plus de métal de soudure que d'habitude. Puis, hélas, des bleus distincts sont apparus à la surface - un signe clair d'un apport de chaleur trop important. Dans ce cas, cela signifie que la pièce ne répondra pas aux exigences du client.
Souvent effectués manuellement, le meulage et la finition nécessitent dextérité et habileté. Les erreurs de finition peuvent être très coûteuses, compte tenu de toute la valeur qui a été donnée à la pièce. L'ajout de matériaux coûteux sensibles à la chaleur tels que l'acier inoxydable, les coûts de reprise et d'installation de ferraille peuvent être plus élevés. Combiné à des complications telles que la contamination et les échecs de passivation, un travail d'acier inoxydable autrefois lucratif peut se transformer en une perte d'argent ou même en un accident dommageable pour la réputation.
Comment les fabricants peuvent-ils éviter tout cela ? Ils peuvent commencer par développer leurs connaissances en matière de meulage et de finition, en comprenant les rôles que chacun joue et comment ils affectent les pièces en acier inoxydable.
Ce ne sont pas des synonymes. En fait, chacun a un objectif fondamentalement différent. Le meulage élimine les matériaux tels que les bavures et l'excès de métal de soudure, tandis que la finition fournit une finition sur la surface métallique. La confusion est compréhensible, étant donné que ceux qui meulent avec de grandes meules enlèvent beaucoup de métal très rapidement, ce qui peut laisser des rayures très profondes. Mais dans le meulage, les rayures ne sont qu'un effet secondaire ; l'objectif est d'éliminer rapidement de la matière, en particulier lorsque l'on travaille avec des métaux sensibles à la chaleur comme l'acier inoxydable.
La finition se fait par étapes, l'opérateur commençant par un grain plus gros et progressant vers des meules plus fines, des abrasifs non tissés et peut-être du feutre et de la pâte à polir pour obtenir une finition miroir. L'objectif est d'obtenir une certaine finition finale (motif de rayures). Chaque étape (le grain le plus fin) supprime les rayures plus profondes de l'étape précédente et les remplace par des rayures plus petites.
Étant donné que le meulage et la finition ont des objectifs différents, ils ne se complètent souvent pas et peuvent même jouer l'un contre l'autre si la mauvaise stratégie de consommables est utilisée. Pour éliminer l'excès de métal de soudure, les opérateurs utilisent des meules pour faire des rayures très profondes, puis remettent la pièce à un dresseur, qui doit maintenant passer beaucoup de temps à éliminer ces rayures profondes. Cette séquence de meulage à la finition peut encore être le moyen le plus efficace de répondre aux exigences de finition des clients. Mais encore une fois, ce ne sont pas des processus complémentaires.
Les surfaces des pièces conçues pour la fabricabilité ne nécessitent généralement pas de meulage ni de finition. Les pièces qui sont uniquement rectifiées le font car le meulage est le moyen le plus rapide d'éliminer les soudures ou autres matériaux et les rayures profondes laissées par la meule sont exactement ce que le client souhaite. Les pièces qui ne nécessitent qu'une finition sont fabriquées d'une manière qui ne nécessite pas d'enlèvement excessif de matière. Un exemple typique est une pièce en acier inoxydable avec une belle soudure protégée par du tungstène gazeux qui doit simplement être mélangée et adaptée au motif de finition du substrat.
Les meuleuses équipées de meules à faible enlèvement peuvent présenter des défis importants lors du travail avec de l'acier inoxydable. De même, la surchauffe peut provoquer un bleuissement et modifier les propriétés du matériau. L'objectif est de garder l'acier inoxydable aussi froid que possible tout au long du processus.
À cette fin, il est utile de sélectionner la meule avec le taux d'enlèvement le plus rapide pour l'application et le budget. Les meules en zircone meulent plus rapidement que l'alumine, mais dans la plupart des cas, les meules en céramique fonctionnent mieux.
Les particules de céramique extrêmement résistantes et tranchantes s'usent d'une manière unique. Au fur et à mesure qu'elles se désintègrent, elles ne broient pas à plat, mais conservent un bord tranchant. Cela signifie qu'elles peuvent enlever de la matière très rapidement, souvent en une fraction du temps des autres meules. Cela rend généralement les meules en céramique rentables. Elles sont idéales pour les applications en acier inoxydable car elles éliminent rapidement les gros copeaux et génèrent moins de chaleur et de distorsion.
Quelle que soit la meule choisie par un fabricant, il faut garder à l'esprit la contamination potentielle. La plupart des fabricants savent qu'ils ne peuvent pas utiliser la même meule sur l'acier au carbone et l'acier inoxydable. De nombreuses personnes séparent physiquement leurs opérations de meulage de l'acier au carbone et de l'acier inoxydable. Même de minuscules étincelles d'acier au carbone tombant sur des pièces en acier inoxydable peuvent causer des problèmes de contamination. De nombreuses industries, telles que les industries pharmaceutique et nucléaire, exigent que les consommables soient classés comme non polluants. Cela signifie que les meules pour l'acier inoxydable doivent être presque exemptes (moins de 0,1 %) de fer, de soufre et de chlore.
Les meules ne peuvent pas se meuler elles-mêmes ; elles ont besoin d'un outil électrique. N'importe qui peut vanter les avantages des meules ou des outils électriques, mais la réalité est que les outils électriques et leurs meules fonctionnent comme un système. Les meules en céramique sont conçues pour les meuleuses d'angle avec une certaine puissance et un certain couple. Alors que certaines meuleuses pneumatiques ont les spécifications nécessaires, la plupart des meulages de meules en céramique sont effectués avec des outils électriques.
Les meuleuses avec une puissance et un couple insuffisants peuvent causer de graves problèmes, même avec les abrasifs les plus avancés. Le manque de puissance et de couple peut entraîner un ralentissement significatif de l'outil sous pression, empêchant essentiellement les particules de céramique sur la meule de faire ce pour quoi elles ont été conçues : éliminer rapidement de gros morceaux de métal, réduisant ainsi la quantité de matière thermique entrant dans la meule.
Cela exacerbe un cercle vicieux : les opérateurs de meulage voient que le matériau n'est pas retiré, ils poussent donc instinctivement plus fort, ce qui à son tour crée un excès de chaleur et de bleuissement. Ils finissent par pousser si fort qu'ils glacent les roues, ce qui les oblige à travailler plus dur et à générer plus de chaleur avant de se rendre compte qu'ils doivent remplacer les roues. Si vous travaillez de cette façon sur des tubes ou des feuilles minces, ils finissent par traverser directement le matériau.
Bien sûr, si les opérateurs ne sont pas correctement formés, même avec les meilleurs outils, ce cercle vicieux peut se produire, en particulier en ce qui concerne la pression qu'ils exercent sur la pièce. La meilleure pratique consiste à se rapprocher le plus possible du courant nominal de la meuleuse. Si l'opérateur utilise une meuleuse de 10 ampères, il doit appuyer si fort que la meuleuse consomme environ 10 ampères.
L'utilisation d'un ampèremètre peut aider à normaliser les opérations de meulage si le fabricant traite de grandes quantités d'acier inoxydable coûteux. Bien sûr, peu d'opérations utilisent réellement un ampèremètre sur une base régulière, donc votre meilleur pari est d'écouter attentivement. Si l'opérateur entend et sent le régime chuter rapidement, il pousse peut-être trop fort.
Écouter des touches trop légères (c'est-à-dire trop peu de pression) peut être difficile, donc dans ce cas, prêter attention au flux d'étincelles peut aider. Le meulage de l'acier inoxydable produira des étincelles plus foncées que l'acier au carbone, mais elles doivent toujours être visibles et dépasser de la zone de travail de manière cohérente. Si l'opérateur voit soudainement moins d'étincelles, c'est peut-être parce qu'il n'applique pas suffisamment de pression ou qu'il ne glace pas la meule.
Les opérateurs doivent également maintenir un angle de travail constant. S'ils s'approchent de la pièce à un angle presque plat (presque parallèle à la pièce), ils peuvent provoquer une surchauffe importante ; s'ils s'approchent à un angle trop élevé (presque vertical), ils risquent d'enfoncer le bord de la meule dans le métal. S'ils utilisent une meule de type 27, ils doivent aborder la pièce à un angle de 20 à 30 degrés. S'ils ont des meules de type 29, leur angle de travail doit être d'environ 10 degrés.
Les meules de type 28 (coniques) sont généralement utilisées pour le meulage sur des surfaces planes afin d'éliminer la matière sur des chemins de meulage plus larges. Ces meules coniques fonctionnent également mieux à des angles de meulage inférieurs (environ 5 degrés), ce qui contribue à réduire la fatigue de l'opérateur.
Cela introduit un autre facteur critique : choisir le bon type de meule. La meule de type 27 a un point de contact sur la surface métallique ; la meule de type 28 a une ligne de contact en raison de sa forme conique ; la meule de type 29 a une surface de contact.
De loin, les meules de type 27 les plus courantes peuvent faire le travail dans de nombreuses applications, mais leur forme rend difficile la manipulation de pièces avec des profils et des courbes profonds, tels que les assemblages soudés de tubes en acier inoxydable. La forme du profil de la meule de type 29 facilite la tâche des opérateurs qui doivent meuler une combinaison de surfaces courbes et planes. La meule de type 29 y parvient en augmentant la surface de contact, ce qui signifie que l'opérateur n'a pas besoin de passer beaucoup de temps à meuler à chaque endroit - une bonne stratégie pour réduire l'accumulation de chaleur.
En fait, cela s'applique à n'importe quelle meule. Lors du meulage, l'opérateur ne doit pas rester longtemps au même endroit. Supposons qu'un opérateur retire du métal d'un congé de plusieurs pieds de long. Il peut diriger la meule dans de courts mouvements de haut en bas, mais cela peut surchauffer la pièce car il maintient la meule dans une petite zone pendant de longues périodes. Pour réduire l'apport de chaleur, l'opérateur peut traverser toute la soudure dans une direction près d'un orteil, puis soulever l'outil (en laissant à la pièce le temps de refroidir) et traverser la pièce dans la même direction près de l'autre orteil. D'autres techniques fonctionnent, mais elles ont toutes une caractéristique en commun : elles évitent la surchauffe en maintenant la meule en mouvement.
Les techniques de « cardage » couramment utilisées aident également à y parvenir. Supposons que l'opérateur meule une soudure bout à bout en position plate. Pour réduire la contrainte thermique et le creusement excessif, il évite de pousser la meuleuse le long du joint. Au lieu de cela, il commence par l'extrémité et tire la meuleuse le long du joint. Cela empêche également la meule de trop s'enfoncer dans le matériau.
Bien sûr, toute technique peut surchauffer le métal si l'opérateur va trop lentement. Allez trop lentement et l'opérateur surchauffera la pièce à usiner ; allez trop vite et le meulage peut prendre beaucoup de temps. Trouver le point idéal de vitesse d'avance nécessite généralement de l'expérience. Mais si l'opérateur n'est pas familier avec le travail, il peut meuler la ferraille pour avoir la « sensation » de la vitesse d'avance appropriée pour la pièce à usiner.
La stratégie de finition s'articule autour de l'état de surface du matériau à son arrivée et à sa sortie du département de finition. Identifiez le point de départ (état de surface reçu) et le point d'arrivée (finition requise), puis établissez un plan pour trouver le meilleur chemin entre ces deux points.
Souvent, le meilleur chemin ne commence pas par un abrasif très agressif. Cela peut sembler contre-intuitif. Après tout, pourquoi ne pas commencer avec du sable grossier pour obtenir une surface rugueuse, puis passer à du sable plus fin ? Ne serait-il pas très inefficace de commencer avec un grain plus fin ?
Pas nécessairement, cela a encore une fois à voir avec la nature de l'assemblage. À mesure que chaque étape atteint un grain plus petit, le conditionneur remplace les rayures plus profondes par des rayures plus superficielles et plus fines. S'ils commencent avec du papier de verre à grain 40 ou un disque à retourner, ils laisseront des rayures profondes sur le métal. Ce serait formidable si ces rayures rapprochaient la surface de la finition souhaitée ; c'est pourquoi ces fournitures de finition à grain 40 existent. Cependant, si le client demande une finition n° 4 (finition brossée directionnelle), les rayures profondes créées par un abrasif n° 40 prendront beaucoup de temps à éliminer. Les dresseurs passent soit par plusieurs tailles de grain, soit par des abrasifs à grain fin pour éliminer ces grandes rayures et les remplacer par des rayures plus petites. Non seulement tout cela est inefficace, mais cela introduit également trop de chaleur dans la pièce.
Bien sûr, l'utilisation d'abrasifs à grains fins sur des surfaces rugueuses peut être lente et, combinée à une mauvaise technique, introduire trop de chaleur. C'est là qu'un disque à lamelles deux en un ou décalé peut aider. Ces disques comprennent des toiles abrasives combinées à des matériaux de traitement de surface. Ils permettent efficacement au dresseur d'utiliser des abrasifs pour éliminer la matière tout en laissant une finition plus lisse.
L'étape suivante de la finition finale peut impliquer l'utilisation de non-tissés, ce qui illustre une autre caractéristique unique de la finition : le processus fonctionne mieux avec des outils électriques à vitesse variable. Une meuleuse d'angle droite fonctionnant à 10 000 tr/min peut fonctionner avec certains supports de meulage, mais elle fera fondre complètement certains non-tissés. Pour cette raison, les finisseurs réduisent la vitesse entre 3 000 et 6 000 tr/min avant de commencer l'étape de finition avec des non-tissés. Bien entendu, la vitesse exacte dépend de l'application et des consommables. Par exemple, les tambours non tissés tournent généralement entre 3 000 et 4 000 tr/min, tandis que les disques de traitement de surface tournent généralement entre 4 000 et 6 000 tr/min.
Disposer des bons outils (meuleuses à vitesse variable, différents supports de finition) et déterminer le nombre optimal d'étapes fournit essentiellement une carte qui révèle le meilleur chemin entre le matériau entrant et le matériau fini. Le chemin exact varie selon l'application, mais les tailleurs expérimentés suivent ce chemin en utilisant des techniques de coupe similaires.
Des rouleaux non tissés complètent la surface en acier inoxydable. Pour une finition efficace et une durée de vie optimale des consommables, différents supports de finition fonctionnent à différents régimes.
Premièrement, ils prennent leur temps. S'ils voient une fine pièce en acier inoxydable chauffer, ils arrêtent de terminer dans une zone et commencent dans une autre. Ou bien, ils peuvent travailler sur deux artefacts différents en même temps. Ils travaillent un peu sur l'un puis sur l'autre, laissant à l'autre pièce le temps de refroidir.
Lors du polissage pour obtenir une finition miroir, le polisseur peut effectuer un polissage croisé avec un tambour de polissage ou un disque de polissage, dans une direction perpendiculaire à l'étape précédente. Le ponçage croisé met en évidence les zones qui doivent se fondre dans le motif de rayures précédent, mais n'obtiendra toujours pas la surface à une finition miroir n° 8. Une fois toutes les rayures éliminées, un chiffon en feutre et une meule de polissage sont nécessaires pour créer la finition brillante souhaitée.
Pour obtenir la finition souhaitée, les fabricants doivent fournir aux finisseurs les bons outils, y compris les outils et supports réels, ainsi que les outils de communication, tels que l'établissement d'échantillons standard pour déterminer à quoi devrait ressembler une certaine finition. Ces échantillons (affichés près du service de finition, dans les documents de formation et dans la documentation commerciale) aident tout le monde à être sur la même longueur d'onde.
En ce qui concerne l'outillage proprement dit (y compris les outils électriques et les supports abrasifs), la géométrie de certaines pièces peut présenter des défis même pour les employés les plus expérimentés du département de finition. C'est là que les outils professionnels peuvent aider.
Supposons qu'un opérateur doive terminer un assemblage tubulaire à paroi mince en acier inoxydable. L'utilisation de disques à lamelles ou même de tambours peut causer des problèmes, provoquer une surchauffe et parfois même créer un point plat sur le tube lui-même. Ici, les ponceuses à bande conçues pour les tubes peuvent aider. La bande transporteuse s'enroule autour de la majeure partie du diamètre du tuyau, répartissant les points de contact, augmentant l'efficacité et réduisant l'apport de chaleur. Cela dit, comme pour toute autre chose, le dresseur doit toujours déplacer la ponceuse à bande vers une zone différente pour atténuer l'accumulation excessive de chaleur et éviter le bleuissement.
Il en va de même pour d'autres outils de finition professionnels. Pensez à une ponceuse à bande à doigts conçue pour les espaces restreints. Un finisseur peut l'utiliser pour suivre une soudure d'angle entre deux planches à un angle aigu. Au lieu de déplacer la ponceuse à bande à doigts verticalement (un peu comme se brosser les dents), le dresseur la déplace horizontalement le long de l'orteil supérieur de la soudure d'angle, puis de l'orteil inférieur, tout en s'assurant que la ponceuse à doigts ne reste pas trop longtemps dans l'un d'eux.
Le soudage, le meulage et la finition de l'acier inoxydable introduisent une autre complication : assurer une passivation adéquate. Après toutes ces perturbations à la surface du matériau, reste-t-il des contaminants qui empêcheraient la couche de chrome de l'acier inoxydable de se former naturellement sur toute la surface ? La dernière chose qu'un fabricant souhaite est un client mécontent se plaignant de pièces rouillées ou contaminées. C'est là qu'un nettoyage et une traçabilité appropriés entrent en jeu.
Le nettoyage électrochimique peut aider à éliminer les contaminants pour assurer une passivation adéquate, mais quand ce nettoyage doit-il être effectué ? Cela dépend de l'application. Si les fabricants nettoient l'acier inoxydable pour favoriser une passivation complète, ils le font généralement immédiatement après le soudage. Le non-respect de cette consigne signifie que le produit de finition peut capter les contaminants de surface de la pièce et les répandre ailleurs. Cependant, pour certaines applications critiques, les fabricants peuvent choisir d'insérer des étapes de nettoyage supplémentaires, peut-être même de tester une passivation adéquate avant que l'acier inoxydable ne quitte l'usine.
Supposons qu'un fabricant soude un composant critique en acier inoxydable pour l'industrie nucléaire. Un soudeur professionnel à l'arc au tungstène gazeux pose un joint de dix cents qui semble parfait. Mais encore une fois, il s'agit d'une application critique. Un employé du département de finition utilise une brosse connectée à un système de nettoyage électrochimique pour nettoyer la surface d'une soudure. Il a ensuite lissé le pied de soudure à l'aide d'un abrasif non tissé et d'un chiffon de dressage et a obtenu une finition brossée uniforme. Vient ensuite le brossage final avec un système de nettoyage électrochimique. Après avoir reposé pendant un jour ou deux, utilisez un appareil de test portatif pour tester la pièce pour une passivation appropriée. Les résultats, enregistrés et conservés avec le travail, ont montré que la pièce était entièrement passivée avant de quitter l'usine.
Dans la plupart des usines de fabrication, le meulage, la finition et le nettoyage de la passivation de l'acier inoxydable se produisent généralement en aval. En fait, ils sont généralement exécutés peu de temps avant l'expédition du travail.
Les pièces mal finies génèrent certaines des ferrailles et des retouches les plus coûteuses. Il est donc logique que les fabricants réexaminent leurs départements de meulage et de finition. Les améliorations apportées au meulage et à la finition aident à atténuer les principaux goulots d'étranglement, à améliorer la qualité, à éliminer les maux de tête et, surtout, à augmenter la satisfaction des clients.
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