Les soudures longitudinales des barres en acier inoxydable sont ébavurées électrochimiquement pour garantir une passivation optimale. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Walter Surface Technologies.
Imaginez qu'un fabricant signe un contrat pour la fabrication d'un produit clé en acier inoxydable. Des sections de tôle et de tube sont découpées, pliées et soudées avant d'être envoyées au poste de finition. La pièce est constituée de plaques soudées verticalement au tube. Les soudures sont esthétiques, mais le prix n'est pas idéal pour un acheteur. Par conséquent, la meuleuse perd du temps à retirer plus de métal de soudure que d'habitude. Puis, hélas, une teinte bleutée apparaît à la surface, signe évident d'un apport de chaleur excessif. Dans ce cas, cela signifie que la pièce ne répondra pas aux exigences du client.
Souvent réalisés à la main, le ponçage et la finition requièrent dextérité et savoir-faire. Les erreurs de finition peuvent coûter très cher compte tenu de la valeur accordée à la pièce. L'ajout de matériaux thermosensibles coûteux, comme l'acier inoxydable, peut entraîner des coûts de reprise et d'installation de rebuts plus élevés. Combiné à des complications telles que la contamination et les défauts de passivation, une opération de traitement de l'acier inoxydable, autrefois rentable, peut devenir non rentable, voire nuire à sa réputation.
Comment les fabricants peuvent-ils éviter tout cela ? Ils peuvent commencer par approfondir leurs connaissances en matière de rectification et de finition, en comprenant leurs rôles et leur impact sur les pièces en acier inoxydable.
Ce ne sont pas des synonymes. En réalité, chacun a des objectifs fondamentalement différents. Le meulage élimine des matériaux tels que les bavures et les excès de métal de soudure, tandis que la finition permet d'obtenir une finition soignée de la surface métallique. La confusion est compréhensible, car les meuleuses à grandes meules enlèvent beaucoup de métal très rapidement, ce qui peut laisser des rayures très profondes. Mais lors du meulage, les rayures ne sont qu'une conséquence : l'objectif est d'éliminer rapidement de la matière, notamment sur des métaux sensibles à la chaleur comme l'acier inoxydable.
La finition s'effectue par étapes : l'opérateur commence par un grain plus grossier, puis passe à des meules plus fines, des abrasifs non tissés et éventuellement du feutre et de la pâte à polir pour obtenir un fini miroir. L'objectif est d'obtenir un certain fini final (rayures). Chaque étape (grain plus fin) élimine les rayures profondes de l'étape précédente et les remplace par des rayures plus fines.
La rectification et la finition ayant des objectifs différents, elles ne se complètent souvent pas et peuvent même s'opposer si une stratégie de consommables inadaptée est utilisée. Pour éliminer l'excédent de métal de soudure, l'opérateur réalise des rayures très profondes avec une meule, puis passe la pièce au dresseur, qui doit alors consacrer beaucoup de temps à éliminer ces rayures profondes. Cette séquence, du rectification à la finition, reste la solution la plus efficace pour répondre aux exigences de finition des clients. Mais, encore une fois, il ne s'agit pas d'opérations supplémentaires.
Les surfaces des pièces conçues pour être usinables ne nécessitent généralement ni meulage ni finition. Les pièces poncées le sont uniquement, car le ponçage est le moyen le plus rapide d'éliminer les soudures ou autres matériaux, et les rayures profondes laissées par la meule répondent parfaitement aux attentes du client. Les pièces nécessitant uniquement une finition sont fabriquées de manière à éviter tout enlèvement de matière excessif. Un exemple typique est celui d'une pièce en acier inoxydable dont la belle soudure est protégée par une électrode en tungstène, qu'il suffit d'harmoniser et d'adapter au motif de finition du substrat.
Les rectifieuses équipées de disques à faible enlèvement de matière peuvent poser de sérieux problèmes lors du traitement de l'acier inoxydable. De même, une surchauffe peut provoquer un bleuissement et une modification des propriétés du matériau. L'objectif est de maintenir l'acier inoxydable aussi froid que possible tout au long du processus.
À cette fin, il est utile de choisir la meule offrant le taux d'enlèvement de matière le plus rapide, en fonction de l'application et du budget. Les meules en zirconium sont plus rapides que celles en alumine, mais les meules en céramique sont généralement plus performantes.
Les particules de céramique extrêmement résistantes et tranchantes s'usent d'une manière unique. En se désintégrant progressivement, elles ne s'aplatissent pas, mais conservent un tranchant tranchant. Elles peuvent ainsi enlever de la matière très rapidement, souvent plusieurs fois plus vite que les autres meules. C'est pourquoi les meules en céramique sont généralement très rentables. Elles sont idéales pour l'usinage de l'acier inoxydable, car elles éliminent rapidement les gros copeaux et génèrent moins de chaleur et de déformation.
Quel que soit le choix de la meule, il faut tenir compte du risque de contamination. La plupart des fabricants savent qu'ils ne peuvent pas utiliser la même meule pour l'acier au carbone et l'acier inoxydable. Nombreux sont ceux qui séparent physiquement les opérations de rectification 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 entraîner des problèmes de contamination. De nombreuses industries, comme les industries pharmaceutique et nucléaire, exigent que les consommables soient classés comme non polluants. Cela signifie que les meules en acier inoxydable doivent être pratiquement exemptes (moins de 0,1 %) de fer, de soufre et de chlore.
Les meules ne s'affûtent pas toutes seules ; elles nécessitent un outil électrique. N'importe qui peut vanter les avantages des meules ou des outils électriques, mais en réalité, les outils électriques et leurs meules fonctionnent comme un système. Les meules en céramique sont conçues pour les meuleuses d'angle d'une puissance et d'un couple spécifiques. Bien que certaines meuleuses pneumatiques possèdent les spécifications requises, la plupart du temps, l'affûtage des meules en céramique s'effectue à l'aide d'outils électriques.
Les meuleuses dont la puissance et le couple sont insuffisants peuvent entraîner de graves problèmes, même avec les abrasifs les plus modernes. Un manque de puissance et de couple peut entraîner un ralentissement important de l'outil sous pression, empêchant ainsi les particules de céramique de la meule d'accomplir leur fonction première : éliminer rapidement de gros morceaux de métal, réduisant ainsi la quantité de matériau thermique pénétrant dans la meule.
Cela accentue le cercle vicieux : les ponceurs constatent qu'aucun matériau n'est enlevé et appuient donc instinctivement plus fort, ce qui crée un excès de chaleur et un bleuissement. Ils finissent par appuyer si fort qu'ils glacent les meules, ce qui les oblige à travailler plus fort et à générer plus de chaleur avant de réaliser qu'il faut les changer. Si vous travaillez ainsi avec des tubes ou des feuilles minces, ils finissent par traverser le matériau.
Bien sûr, si les opérateurs ne sont pas correctement formés, même avec les meilleurs outils, ce cercle vicieux peut se produire, notamment en ce qui concerne la pression exercée 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 contribuer à standardiser les opérations de meulage si un fabricant traite de grandes quantités d'acier inoxydable coûteux. Bien sûr, peu d'opérateurs utilisent un ampèremètre régulièrement ; il est donc préférable d'être à l'écoute. Si l'opérateur perçoit et perçoit une chute rapide du régime, il est possible qu'il appuie trop fort.
Il peut être difficile d'entendre des touches trop légères (c'est-à-dire une pression insuffisante). Dans ce cas, il peut être utile d'être attentif au flux d'étincelles. Le ponçage de l'acier inoxydable produit des étincelles plus foncées que celui de l'acier au carbone, mais elles doivent néanmoins être visibles et se propager uniformément sur la zone de travail. Si l'opérateur constate soudainement une diminution du nombre d'étincelles, cela peut être dû à un manque de force ou à un manque de glaçage de la meule.
Les opérateurs doivent également maintenir un angle de travail constant. S'ils approchent la pièce à un angle quasi-droit (presque parallèle à la pièce), ils peuvent provoquer une surchauffe importante ; s'ils approchent à un angle trop important (presque vertical), ils risquent de heurter le bord de la meule contre le métal. Avec une meule de type 27, ils doivent aborder la pièce à un angle de 20 à 30 degrés. Avec une meule 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 de surfaces planes afin d'enlever de la matière sur des surfaces plus larges. Ces meules coniques sont également plus performantes à des angles de meulage plus faibles (environ 5 degrés), réduisant ainsi la fatigue de l'opérateur.
Ceci introduit un autre facteur important : le choix du type de meule. La meule de type 27 présente un point de contact avec la surface métallique, la meule de type 28 présente une ligne de contact grâce à sa forme conique, et la meule de type 29 présente une surface de contact.
Les meules de type 27 les plus courantes aujourd'hui conviennent à de nombreux domaines, mais leur forme rend difficile le travail sur des pièces à profil profond et des courbes, comme les assemblages de tubes soudés en acier inoxydable. La forme profilée de la meule de type 29 facilite le travail des opérateurs qui doivent meuler des surfaces à la fois courbes et planes. La meule de type 29 y parvient en augmentant la surface de contact, ce qui permet à l'opérateur de passer moins de temps à meuler à chaque endroit – une stratégie efficace pour réduire l'échauffement.
En fait, cela s'applique à n'importe quelle meule. Lors de la rectification, l'opérateur ne doit pas rester longtemps au même endroit. Imaginons qu'un opérateur retire du métal d'un congé de plusieurs mètres de long. Il peut entraîner la meule par de courts mouvements de va-et-vient, mais cela peut entraîner une surchauffe de la pièce, car elle reste longtemps dans une zone restreinte. Pour réduire l'apport de chaleur, l'opérateur peut effectuer la soudure dans une seule direction au niveau d'un bec, puis relever l'outil (permettant à la pièce de refroidir) et passer la pièce dans la même direction au niveau de l'autre bec. D'autres méthodes fonctionnent, mais elles ont toutes un point commun : elles évitent la surchauffe en maintenant la meule en mouvement.
Les méthodes de « peignage » largement répandues y contribuent également. Imaginons que l'opérateur meule une soudure bout à bout à plat. Pour réduire les contraintes thermiques et les efforts excessifs, il évite de pousser la meuleuse le long du joint. Il commence plutôt par l'extrémité et fait passer la meuleuse le long du joint. Cela évite également que la meule ne s'enfonce trop profondément dans le matériau.
Bien sûr, toute technique peut entraîner une surchauffe du métal si l'opérateur travaille trop lentement. Trop lentement, la pièce sera surchauffée ; trop rapide, le ponçage peut être long. Trouver la vitesse d'avance idéale demande généralement de l'expérience. Mais si l'opérateur n'est pas familiarisé avec le travail, il peut meuler la ferraille pour « sentir » la vitesse d'avance appropriée à la pièce.
La stratégie de finition dépend de l'état de surface du matériau à son entrée et à sa sortie du département de finition. Déterminez un point de départ (état de surface obtenu) et un point d'arrivée (finition requise), puis établissez un plan pour trouver le meilleur chemin entre ces deux points.
Souvent, la meilleure solution ne consiste pas à commencer par un abrasif très agressif. Cela peut paraître paradoxal. Après tout, pourquoi ne pas commencer par du sable grossier pour obtenir une surface rugueuse, puis passer à du sable plus fin ? Ne serait-il pas très inefficace de commencer par un grain plus fin ?
Pas nécessairement, cela est lié à la nature de la comparaison. À mesure que le grain est plus fin à chaque étape, le conditionneur remplace les rayures profondes par des rayures de plus en plus fines. Si l'on commence avec du papier de verre de grain 40 ou un ponçage à tambour, on laissera des rayures profondes sur le métal. Il serait judicieux que ces rayures rapprochent la surface de la finition souhaitée, c'est pourquoi des matériaux de finition de grain 40 sont disponibles. Cependant, si un client demande une finition n° 4 (ponçage directionnel), les rayures profondes laissées par le grain n° 40 sont longues à éliminer. Les artisans utilisent alors plusieurs granulométries ou passent beaucoup de temps à utiliser des abrasifs à grain fin pour éliminer ces grosses rayures et les remplacer par des plus petites. Non seulement cette méthode est inefficace, mais elle chauffe également trop la pièce.
Bien sûr, l'utilisation d'abrasifs à grain fin sur des surfaces rugueuses peut être lente et, associée à une mauvaise technique, produire une chaleur excessive. Les disques deux-en-un ou décalés peuvent remédier à ce problème. Ces disques sont composés de toiles abrasives combinées à des matériaux de traitement de surface. Ils permettent à l'artisan d'utiliser efficacement des abrasifs pour enlever de la matière tout en laissant une finition plus lisse.
L'étape suivante de la finition peut inclure l'utilisation de non-tissés, ce qui illustre une autre caractéristique unique : le procédé fonctionne mieux avec des outils électriques à vitesse variable. Une meuleuse d'angle tournant à 10 000 tr/min peut traiter certains matériaux abrasifs, mais peut faire fondre complètement certains non-tissés. C'est pourquoi les finisseurs ralentissent à 3 000-6 000 tr/min avant de procéder à la finition des non-tissés. Bien entendu, la vitesse exacte dépend de l'application et des consommables. Par exemple, les tambours pour non-tissé 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 outils adéquats (meuleuses à vitesse variable, divers matériaux de finition) et déterminer le nombre optimal d'étapes permet d'obtenir une carte indiquant le meilleur chemin entre le matériau entrant et le matériau fini. Le chemin exact dépend de l'application, mais les ébavureurs expérimentés suivent ce chemin en utilisant des méthodes d'ébavurage similaires.
Des rouleaux non tissés complètent la surface en acier inoxydable. Pour une finition efficace et une durée de vie optimale des consommables, différents matériaux de finition fonctionnent à des vitesses de rotation différentes.
Premièrement, ils prennent du temps. S'ils constatent qu'une fine pièce d'acier inoxydable chauffe, ils interrompent la finition à un endroit et recommencent à un autre. Ou bien, ils travaillent sur deux artefacts différents en même temps. Ils travaillent un peu sur l'un, puis sur l'autre, en laissant à l'autre le temps de refroidir.
Pour obtenir un fini miroir, le polisseur peut effectuer un polissage croisé avec le tambour ou le disque de polissage, perpendiculairement à l'étape précédente. Le ponçage croisé met en évidence les zones qui devraient se fondre dans le motif de rayures précédent, sans pour autant donner à la surface un fini miroir n° 8. Une fois toutes les rayures éliminées, un chiffon en feutre et un tampon de polissage seront nécessaires pour obtenir le fini brillant souhaité.
Pour obtenir une finition parfaite, les fabricants doivent fournir aux finisseurs les outils adéquats, notamment des outils et matériaux réels, ainsi que des outils de communication, comme la création d'échantillons standard pour déterminer l'aspect souhaité d'une finition donnée. Ces échantillons (affichés à proximité du service de finition, dans les documents de formation et les brochures commerciales) permettent de maintenir un contact constant avec tous les intervenants.
Concernant l'outillage (y compris les outils électriques et les abrasifs), la géométrie de certaines pièces peut s'avérer complexe, même pour les équipes de finition les plus expérimentées. C'est pourquoi il est important d'utiliser des outils professionnels.
Imaginons qu'un opérateur doive assembler un tube en acier inoxydable à paroi mince. L'utilisation de disques à lamelles, voire de tambours, peut entraîner des problèmes, une surchauffe et parfois même un méplat sur le tube lui-même. C'est là que les ponceuses à bande conçues pour les tubes entrent en jeu. La bande transporteuse couvre la majeure partie du diamètre du tube, répartissant les points de contact, augmentant ainsi l'efficacité et réduisant l'apport de chaleur. Cependant, comme pour tout le reste, l'artisan doit déplacer la ponceuse à bande pour réduire l'accumulation de chaleur et éviter le bleuissement.
Il en va de même pour les autres outils de finition professionnels. Prenons l'exemple d'une ponceuse à bande conçue pour les endroits difficiles d'accès. Un finisseur peut l'utiliser pour réaliser une soudure d'angle entre deux planches à angle aigu. Au lieu de déplacer la ponceuse à bande à doigts verticalement (un peu comme pour se brosser les dents), le technicien la déplace horizontalement le long du bord supérieur de la soudure d'angle, puis le long du bord inférieur, en veillant à ce que la ponceuse à doigts ne reste pas trop longtemps au même endroit.
Le soudage, le meulage et la finition de l'acier inoxydable posent un autre défi : garantir une passivation adéquate. Après toutes ces perturbations, restait-il une contamination à la surface du matériau empêchant la formation naturelle d'une couche de chrome sur toute sa surface ? Un fabricant n'a absolument pas besoin d'un client mécontent se plaignant de pièces rouillées ou sales. C'est là qu'un nettoyage et une traçabilité appropriés entrent en jeu.
Le nettoyage électrochimique peut aider à éliminer les contaminants et assurer une passivation adéquate. Mais quand faut-il procéder à ce nettoyage ? Cela dépend de l'application. Si les fabricants nettoient l'acier inoxydable pour assurer une passivation complète, ils le font généralement immédiatement après le soudage. Dans le cas contraire, le produit de finition risque d'absorber les contaminants de surface de la pièce et de les disperser. Cependant, pour certaines applications critiques, les fabricants peuvent ajouter des étapes de nettoyage supplémentaires, voire tester la passivation avant que l'acier inoxydable ne quitte l'usine.
Imaginons qu'un fabricant soude un composant important en acier inoxydable pour l'industrie nucléaire. Un soudeur professionnel à l'arc au tungstène crée un joint lisse et impeccable. Mais là encore, il s'agit d'une application critique. Un membre du service de finition utilise une brosse reliée à un système de nettoyage électrochimique pour nettoyer la surface d'une soudure. Il ponce ensuite la soudure avec un abrasif non tissé et un chiffon, pour obtenir une surface lisse. Vient ensuite le dernier brossage avec un système de nettoyage électrochimique. Après un ou deux jours d'arrêt, utilisez un testeur portable pour vérifier la passivation de la pièce. Les résultats, enregistrés et sauvegardés avec la tâche, montrent que la pièce a été 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 interviennent généralement lors des étapes ultérieures. En fait, ces opérations sont généralement réalisées peu de temps avant la soumission du projet.
Les pièces mal usinées génèrent des rebuts et des reprises parmi les plus coûteux. Il est donc logique que les fabricants revoient leurs services de ponçage et de finition. L'amélioration des techniques de ponçage et de finition permet d'éliminer les principaux goulots d'étranglement, d'améliorer la qualité, d'éviter les tracas et, surtout, d'accroître la satisfaction client.
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