Per garantire una corretta passivazione, i tecnici puliscono elettrochimicamente le saldature longitudinali delle sezioni laminate di acciaio inossidabile. Immagine per gentile concessione di Walter Surface Technologies.
Immaginate un produttore che stipula un contratto per la fabbricazione di componenti chiave in acciaio inossidabile. Lamiere e tubi vengono tagliati, piegati e saldati prima di arrivare a una stazione di finitura. Il pezzo è costituito da piastre saldate verticalmente al tubo. Le saldature sembrano buone, ma non sono perfette come il cliente si aspetta. Di conseguenza, la rettificatrice impiega più tempo del solito a rimuovere il materiale di saldatura. Poi, ahimè, compaiono delle evidenti sfumature bluastre sulla superficie: un chiaro segno di eccessivo apporto di calore. In questo caso, significa che il pezzo non soddisferà i requisiti del cliente.
Spesso eseguite manualmente, la molatura e la finitura richiedono destrezza e abilità. Gli errori nella finitura possono essere molto costosi, dato il valore intrinseco del pezzo lavorato. L'aggiunta di materiali costosi e termosensibili come l'acciaio inossidabile può comportare costi di rilavorazione e di smaltimento degli scarti. A ciò si aggiungono complicazioni come la contaminazione e i problemi di passivazione, un lavoro sull'acciaio inossidabile inizialmente redditizio può trasformarsi in un incidente che causa perdite economiche o addirittura danni alla reputazione aziendale.
Come possono i produttori prevenire tutto ciò? Possono iniziare sviluppando la loro conoscenza della molatura e della finitura, comprendendo il ruolo di ciascuna fase e come queste influenzino i pezzi in acciaio inossidabile.
Non sono sinonimi. In realtà, ognuno ha un obiettivo fondamentalmente diverso. La rettifica rimuove materiali come bave e residui di saldatura, mentre la finitura conferisce una finitura alla superficie metallica. La confusione è comprensibile, considerando che chi rettifica con mole di grandi dimensioni rimuove molto metallo molto rapidamente, e così facendo può lasciare graffi molto profondi. Ma nella rettifica, i graffi sono solo una conseguenza; l'obiettivo è rimuovere rapidamente il materiale, soprattutto quando si lavora con metalli termosensibili come l'acciaio inossidabile.
La finitura viene eseguita in fasi: l'operatore inizia con una grana più grossa e procede con mole abrasive a grana più fine, abrasivi non tessuti e, eventualmente, panni in feltro e pasta lucidante per ottenere una finitura a specchio. L'obiettivo è raggiungere una determinata finitura finale (schema di graffi). Ogni fase (la grana più fine) rimuove i graffi più profondi della fase precedente e li sostituisce con graffi più piccoli.
Poiché la rettifica e la finitura hanno obiettivi diversi, spesso non si completano a vicenda e possono addirittura ostacolarsi se si utilizza una strategia di materiali di consumo errata. Per rimuovere il metallo di saldatura in eccesso, gli operatori utilizzano mole abrasive per creare graffi molto profondi, quindi consegnano il pezzo a un ravvivatore, che ora deve dedicare molto tempo alla rimozione di questi graffi profondi. Questa sequenza di rettifica e finitura può comunque essere il modo più efficiente per soddisfare i requisiti di finitura del cliente. Ma, ripeto, non si tratta di processi complementari.
Le superfici dei pezzi progettate per la producibilità generalmente non richiedono rettifica e finitura. I pezzi che vengono solo rettificati lo fanno perché la rettifica è il modo più rapido per rimuovere saldature o altro materiale e i profondi graffi lasciati dalla mola sono esattamente ciò che il cliente desidera. I pezzi che richiedono solo la finitura vengono realizzati in modo da non richiedere un'eccessiva rimozione di materiale. Un esempio tipico è un pezzo in acciaio inossidabile con una bella saldatura TIG (Tungsten Inert Gas) che deve solo essere sfumata e abbinata al modello di finitura del substrato.
Le smerigliatrici con mole a bassa capacità di asportazione possono presentare notevoli difficoltà quando si lavora con l'acciaio inossidabile. Allo stesso modo, il surriscaldamento può causare brunitura e alterare le proprietà del materiale. L'obiettivo è mantenere l'acciaio inossidabile il più freddo possibile durante l'intero processo.
A tal fine, è utile selezionare la mola con la velocità di asportazione più elevata in base all'applicazione e al budget. Le mole in zirconia abradono più velocemente di quelle in allumina, ma nella maggior parte dei casi le mole in ceramica offrono le prestazioni migliori.
Le particelle ceramiche, estremamente resistenti e affilate, si usurano in modo unico. Man mano che si disgregano, non si appiattiscono, ma mantengono un bordo tagliente. Ciò significa che possono rimuovere il materiale molto rapidamente, spesso in una frazione del tempo necessario ad altre mole abrasive. Questo, in generale, rende le mole abrasive in ceramica un ottimo investimento. Sono ideali per le applicazioni su acciaio inossidabile perché rimuovono rapidamente i trucioli di grandi dimensioni e generano meno calore e deformazioni.
Indipendentemente dal tipo di mola scelto dal produttore, è fondamentale tenere presente il rischio di contaminazione. La maggior parte dei produttori sa di non poter utilizzare la stessa mola per l'acciaio al carbonio e per l'acciaio inossidabile. Molti separano fisicamente le operazioni di rettifica dell'acciaio al carbonio da quelle dell'acciaio inossidabile. Anche piccole scintille di acciaio al carbonio che cadono su pezzi in acciaio inossidabile possono causare problemi di contaminazione. Molti settori, come quello farmaceutico e nucleare, richiedono che i materiali di consumo siano classificati come non inquinanti. Ciò significa che le mole per acciaio inossidabile devono essere praticamente prive (meno dello 0,1%) di ferro, zolfo e cloro.
Le mole abrasive non si affilano da sole; hanno bisogno di un utensile elettrico. Chiunque può decantare i vantaggi delle mole abrasive o degli utensili elettrici, ma la realtà è che gli utensili elettrici e le loro mole abrasive funzionano come un sistema. Le mole abrasive in ceramica sono progettate per smerigliatrici angolari con una determinata potenza e coppia. Sebbene alcune smerigliatrici pneumatiche abbiano le specifiche necessarie, la maggior parte delle affilature con mole in ceramica viene eseguita con utensili elettrici.
Le smerigliatrici con potenza e coppia insufficienti possono causare seri problemi, anche con gli abrasivi più avanzati. La mancanza di potenza e coppia può far sì che l'utensile rallenti significativamente sotto pressione, impedendo di fatto alle particelle ceramiche sulla mola di svolgere la loro funzione: rimuovere rapidamente grandi quantità di metallo, riducendo così la quantità di materiale termico che entra nella mola.
Questo innesca un circolo vizioso: gli operatori, vedendo che il materiale non viene rimosso, istintivamente premono con più forza, il che a sua volta genera calore eccessivo e ossidazione. Finiscono per premere così forte da vetrificare le mole, il che li costringe a lavorare di più e a generare ancora più calore prima di rendersi conto di doverle sostituire. Se si lavora in questo modo su tubi o lamiere sottili, le mole finiscono per trapassare completamente il materiale.
Naturalmente, se gli operatori non sono adeguatamente addestrati, anche con i migliori strumenti, questo circolo vizioso può innescarsi, soprattutto per quanto riguarda la pressione esercitata sul pezzo in lavorazione. La prassi migliore è quella di avvicinarsi il più possibile alla corrente nominale della smerigliatrice. Se l'operatore utilizza una smerigliatrice da 10 ampere, dovrebbe esercitare una pressione tale da far sì che la smerigliatrice assorba circa 10 ampere.
L'utilizzo di un amperometro può contribuire a standardizzare le operazioni di rettifica se il produttore lavora grandi quantità di acciaio inossidabile costoso. Naturalmente, poche aziende utilizzano regolarmente un amperometro, quindi la soluzione migliore è ascoltare attentamente. Se l'operatore sente e percepisce un rapido calo dei giri al minuto, potrebbe star forzando troppo.
Ascoltare tocchi troppo leggeri (ovvero una pressione insufficiente) può essere difficile, quindi in questo caso, prestare attenzione al flusso di scintille può essere d'aiuto. La molatura dell'acciaio inossidabile produce scintille più scure rispetto all'acciaio al carbonio, ma dovrebbero comunque essere visibili e sporgere dall'area di lavoro in modo uniforme. Se l'operatore nota improvvisamente una diminuzione delle scintille, potrebbe essere perché non sta applicando una pressione sufficiente o non sta lucidando adeguatamente la mola.
Gli operatori devono inoltre mantenere un angolo di lavoro costante. Se si avvicinano al pezzo con un angolo quasi piatto (quasi parallelo al pezzo), possono causare un eccessivo surriscaldamento; se si avvicinano con un angolo troppo elevato (quasi verticale), rischiano di incidere il bordo della mola nel metallo. Se utilizzano una mola di tipo 27, dovrebbero avvicinarsi al pezzo con un angolo compreso tra 20 e 30 gradi. Se utilizzano mole di tipo 29, l'angolo di lavoro dovrebbe essere di circa 10 gradi.
Le mole abrasive di tipo 28 (coniche) sono generalmente utilizzate per la rettifica di superfici piane, consentendo la rimozione di materiale su percorsi di rettifica più ampi. Queste mole coniche offrono prestazioni ottimali anche ad angoli di rettifica ridotti (circa 5 gradi), contribuendo così a ridurre l'affaticamento dell'operatore.
Questo introduce un altro fattore critico: la scelta del tipo di mola più adatto. La mola di tipo 27 ha un punto di contatto sulla superficie metallica; la mola di tipo 28 ha una linea di contatto grazie alla sua forma conica; la mola di tipo 29 ha una superficie di contatto.
Le mole di tipo 27, di gran lunga le più comuni, sono adatte a molte applicazioni, ma la loro forma rende difficile la lavorazione di pezzi con profili e curve profonde, come ad esempio assemblaggi saldati di tubi in acciaio inossidabile. La forma del profilo della mola di tipo 29 facilita il lavoro degli operatori che devono rettificare una combinazione di superfici curve e piane. La mola di tipo 29 raggiunge questo risultato aumentando l'area di contatto con la superficie, il che significa che l'operatore non deve dedicare molto tempo alla rettifica in ogni punto, una strategia efficace per ridurre l'accumulo di calore.
In realtà, questo vale per qualsiasi mola. Durante la molatura, l'operatore non deve rimanere a lungo nella stessa posizione. Supponiamo che un operatore stia rimuovendo materiale da un raccordo lungo diversi metri. Può muovere la mola con brevi movimenti verticali, ma così facendo potrebbe surriscaldare il pezzo perché la mola rimane in una piccola area per lunghi periodi. Per ridurre l'apporto di calore, l'operatore può spostare l'intera saldatura in una direzione vicino a un lato del raccordo, quindi sollevare l'utensile (dando al pezzo il tempo di raffreddarsi) e spostare il pezzo nella stessa direzione vicino all'altro lato. Altre tecniche funzionano, ma tutte hanno una caratteristica in comune: evitano il surriscaldamento mantenendo la mola in movimento.
Anche le tecniche di "cardatura" comunemente utilizzate contribuiscono a raggiungere questo obiettivo. Supponiamo che l'operatore stia smerigliando una saldatura di testa in posizione piana. Per ridurre lo stress termico e l'eccessivo scavo, evita di spingere la smerigliatrice lungo il giunto. Invece, inizia dall'estremità e tira la smerigliatrice lungo il giunto. Questo impedisce anche che la mola penetri troppo nel materiale.
Naturalmente, qualsiasi tecnica può surriscaldare il metallo se l'operatore procede troppo lentamente. Andando troppo piano, il pezzo si surriscalderà; andando troppo veloce, la rettifica richiederà molto tempo. Trovare la velocità di avanzamento ottimale richiede solitamente esperienza. Ma se l'operatore non ha familiarità con il lavoro, può rettificare un pezzo di scarto per farsi un'idea della velocità di avanzamento appropriata per il pezzo in questione.
La strategia di finitura ruota attorno alle condizioni superficiali del materiale al momento del suo arrivo e della sua uscita dal reparto di finitura. È necessario identificare il punto di partenza (condizioni superficiali al ricevimento) e il punto di arrivo (finitura richiesta), quindi elaborare un piano per trovare il percorso migliore tra questi due punti.
Spesso la strada migliore non inizia con un abrasivo molto aggressivo. Questo può sembrare controintuitivo. Dopotutto, perché non iniziare con sabbia grossolana per ottenere una superficie ruvida e poi passare a sabbia più fine? Non sarebbe molto inefficiente iniziare con una grana più fine?
Non necessariamente, anche questo ha a che fare con la natura della collazione. Man mano che si passa a una grana più fine, il condizionatore sostituisce i graffi più profondi con graffi più superficiali e fini. Se si inizia con carta vetrata a grana 40 o un disco abrasivo, si lasceranno graffi profondi sul metallo. Sarebbe ideale se questi graffi portassero la superficie vicino alla finitura desiderata; ecco perché esistono i materiali di finitura a grana 40. Tuttavia, se il cliente richiede una finitura n. 4 (finitura spazzolata direzionale), i graffi profondi creati da un abrasivo n. 40 richiederanno molto tempo per essere rimossi. Gli addetti alla ravvivatura o passano attraverso diverse grane, oppure impiegano molto tempo utilizzando abrasivi a grana fine per rimuovere quei graffi più grandi e sostituirli con graffi più piccoli. Tutto ciò non solo è inefficiente, ma introduce anche troppo calore nel pezzo in lavorazione.
Naturalmente, l'utilizzo di abrasivi a grana fine su superfici ruvide può essere lento e, se combinato con una tecnica scorretta, generare troppo calore. È qui che un disco a lamelle 2 in 1 o sfalsato può essere d'aiuto. Questi dischi combinano tele abrasive con materiali per il trattamento delle superfici. Permettono all'operatore di utilizzare efficacemente gli abrasivi per rimuovere il materiale, lasciando al contempo una finitura più liscia.
La fase successiva della finitura finale può prevedere l'utilizzo di tessuti non tessuti, il che illustra un'altra caratteristica peculiare di questo processo: la sua efficacia è maggiore con utensili elettrici a velocità variabile. Una smerigliatrice angolare a 10.000 giri/minuto può funzionare con alcuni materiali abrasivi, ma potrebbe fondere completamente alcuni tessuti non tessuti. Per questo motivo, gli addetti alla finitura riducono la velocità a un valore compreso tra 3.000 e 6.000 giri/minuto prima di iniziare la fase di finitura con i tessuti non tessuti. Naturalmente, la velocità esatta dipende dall'applicazione e dai materiali di consumo. Ad esempio, i tamburi in tessuto non tessuto ruotano in genere tra 3.000 e 4.000 giri/minuto, mentre i dischi per il trattamento delle superfici ruotano in genere tra 4.000 e 6.000 giri/minuto.
Disporre degli strumenti giusti (smerigliatrici a velocità variabile, diversi materiali abrasivi per la finitura) e determinare il numero ottimale di passaggi fornisce sostanzialmente una mappa che rivela il percorso migliore tra il materiale in ingresso e quello finito. Il percorso esatto varia a seconda dell'applicazione, ma i rifilatori esperti seguono questo percorso utilizzando tecniche di rifilatura simili.
Rulli in tessuto non tessuto completano la superficie in acciaio inossidabile. Per una finitura efficiente e una durata ottimale dei materiali di consumo, i diversi abrasivi di finitura funzionano a velocità di rotazione differenti.
Innanzitutto, si prendono il loro tempo. Se vedono che un sottile pezzo di acciaio inossidabile si sta surriscaldando, interrompono la finitura in una zona e iniziano da un'altra. Oppure potrebbero lavorare su due manufatti diversi contemporaneamente. Lavorano un po' su uno e poi sull'altro, dando al primo il tempo di raffreddarsi.
Quando si lucida per ottenere una finitura a specchio, il lucidatore può eseguire una lucidatura incrociata con un tamburo o un disco lucidante, in direzione perpendicolare alla fase precedente. La levigatura incrociata evidenzia le aree che devono uniformarsi al disegno dei graffi precedenti, ma non permette ancora di ottenere una finitura a specchio di grado 8. Una volta rimossi tutti i graffi, è necessario un panno in feltro e una ruota lucidante per creare la finitura lucida desiderata.
Per ottenere la finitura desiderata, i produttori devono fornire agli addetti alla finitura gli strumenti adeguati, inclusi utensili e materiali specifici, nonché strumenti di comunicazione, come ad esempio la creazione di campioni standard per definire l'aspetto di una determinata finitura. Questi campioni (affissi vicino al reparto di finitura, inclusi nei documenti di formazione e nella documentazione commerciale) contribuiscono a garantire che tutti siano allineati sugli stessi standard.
Per quanto riguarda gli utensili veri e propri (inclusi utensili elettrici e materiali abrasivi), la geometria di alcuni pezzi può rappresentare una sfida anche per i dipendenti più esperti del reparto di finitura. È qui che gli utensili professionali possono essere d'aiuto.
Supponiamo che un operatore debba completare l'assemblaggio di un tubo a parete sottile in acciaio inossidabile. L'utilizzo di dischi lamellari o persino di tamburi può causare problemi, surriscaldamento e talvolta persino la formazione di un punto piatto sul tubo stesso. In questo caso, le levigatrici a nastro progettate per tubi possono essere d'aiuto. Il nastro trasportatore avvolge la maggior parte del diametro del tubo, distribuendo i punti di contatto, aumentando l'efficienza e riducendo l'apporto di calore. Detto questo, come per qualsiasi altra operazione, l'operatore deve comunque spostare la levigatrice a nastro in un'altra area per mitigare l'eccessivo accumulo di calore ed evitare la brunitura.
Lo stesso principio si applica ad altri strumenti professionali per la finitura. Si consideri una levigatrice a nastro da dito progettata per spazi ristretti. Un addetto alla finitura potrebbe usarla per seguire una saldatura d'angolo tra due tavole con un angolo acuto. Invece di muovere la levigatrice a nastro da dito verticalmente (un po' come lavarsi i denti), l'addetto la muove orizzontalmente lungo il bordo superiore della saldatura d'angolo, poi lungo quello inferiore, assicurandosi che la levigatrice non rimanga in una posizione per troppo tempo.
La saldatura, la molatura e la finitura dell'acciaio inossidabile introducono un'ulteriore complicazione: garantire una corretta passivazione. Dopo tutte queste lavorazioni sulla superficie del materiale, rimangono forse dei contaminanti che potrebbero impedire la formazione naturale dello strato di cromo sull'intera superficie dell'acciaio inossidabile? L'ultima cosa che un produttore desidera è un cliente insoddisfatto che si lamenta di pezzi arrugginiti o contaminati. È qui che entrano in gioco una pulizia adeguata e la tracciabilità.
La pulizia elettrochimica può contribuire a rimuovere i contaminanti per garantire una corretta passivazione, ma quando dovrebbe essere eseguita? Dipende dall'applicazione. Se i produttori puliscono l'acciaio inossidabile per favorire una completa passivazione, di solito lo fanno immediatamente dopo la saldatura. In caso contrario, il mezzo di finitura potrebbe raccogliere i contaminanti superficiali dal pezzo e diffonderli altrove. Tuttavia, per alcune applicazioni critiche, i produttori possono scegliere di inserire ulteriori fasi di pulizia, magari anche testando la corretta passivazione prima che l'acciaio inossidabile lasci lo stabilimento.
Supponiamo che un produttore saldi un componente critico in acciaio inossidabile per l'industria nucleare. Un saldatore TIG (Tungsten Inert Gas) professionista esegue una saldatura a filo continuo che appare perfetta. Ma, ripeto, si tratta di un'applicazione critica. Un addetto del reparto di finitura utilizza una spazzola collegata a un sistema di pulizia elettrochimica per pulire la superficie della saldatura. Successivamente, leviga il cordone di saldatura utilizzando un panno abrasivo e un panno di finitura in tessuto non tessuto, ottenendo una finitura uniforme. Infine, viene utilizzata la spazzola finale con il sistema di pulizia elettrochimica. Dopo un giorno o due, si utilizza un dispositivo di prova portatile per verificare la corretta passivazione del pezzo. I risultati, registrati e conservati insieme alla documentazione, dimostrano che il pezzo era completamente passivato prima di lasciare la fabbrica.
Nella maggior parte degli impianti di produzione, la molatura, la finitura e la pulizia della passivazione dell'acciaio inossidabile avvengono in genere a valle del processo produttivo. Di fatto, vengono solitamente eseguite poco prima della spedizione del prodotto.
I pezzi con finiture errate generano alcuni degli scarti e delle rilavorazioni più costosi, quindi è opportuno che i produttori rivedano i propri reparti di rettifica e finitura. I miglioramenti in questi processi contribuiscono ad alleviare i principali colli di bottiglia, a migliorare la qualità, a eliminare i problemi e, soprattutto, ad aumentare la soddisfazione del cliente.
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