適切な不動態化を確実にするために、技術者はステンレス鋼の圧延部分の縦方向の溶接部を電気化学的に洗浄します。画像提供：Walter Surface Technologies
製造業者が、主要なステンレス鋼の製造に関わる契約を締結したと想像してください。金属板とチューブのセクションは、仕上げ工程に送られる前に切断、曲げ、溶接されます。部品は、チューブに垂直に溶接されたプレートで構成されています。溶接部分はきれいに見えますが、顧客が求めている完璧な仕上がりではありません。その結果、グラインダーは通常よりも多くの溶接金属を除去するのに時間がかかります。すると、表面に明らかに青みがかった色が現れます。これは明らかに入熱量が多すぎることを示しています。この場合、部品は顧客の要件を満たさないことを意味します。
多くの場合、手作業で行われる研磨と仕上げには、器用さとスキルが必要です。仕上げにエラーがあると、加工品に与えられた価値を考えると、非常に大きな損失になる可能性があります。ステンレス鋼などの高価な熱に弱い材料を追加すると、やり直しやスクラップ設置のコストが高くなる可能性があります。汚染や不動態化の失敗などの複雑な問題と相まって、かつては利益を生んでいたステンレス鋼の仕事が、損失や評判を傷つける事故に変わる可能性があります。
メーカーはどのようにしてこれらすべてを防ぐのでしょうか?まず、研削と仕上げに関する知識を深め、それぞれの役割とステンレス鋼のワークピースへの影響を理解することから始めることができます。
これらは同義語ではありません。実際、誰もが根本的に異なる目標を持っています。研削はバリや余分な溶接金属などの材料を取り除き、仕上げは金属表面に仕上げを施します。大きな研削ホイールで研削すると大量の金属が素早く除去され、非常に深い傷が残る可能性があることを考えると、混乱は理解できます。しかし、研削では傷は単なる後遺症です。特にステンレス鋼などの熱に弱い金属を扱う場合は、材料を素早く除去することが目標です。
仕上げは段階的に行われ、作業者は粗い粒子から始めて、より細かい研削ホイール、不織布研磨材、そして場合によってはフェルト布と研磨ペーストへと進み、鏡面仕上げを実現します。目標は、特定の最終仕上げ（傷のパターン）を実現することです。各ステップ（より細かい粒子）で、前のステップからの深い傷が除去され、より小さな傷に置き換えられます。
研削と仕上げは目的が異なるため、互いに補完し合わないことが多く、誤った消耗品戦略が採用されると、実際には相反する結果になることもあります。余分な溶接金属を取り除くために、作業者は研削ホイールを使用して非常に深い傷をつけ、その後部品をドレッサーに渡します。ドレッサーは、これらの深い傷を取り除くのに多くの時間を費やすことになります。この研削から仕上げまでのシーケンスは、顧客の仕上げ要件を満たす最も効率的な方法である場合もあります。しかし、ここでも、これらは補完的なプロセスではありません。
製造性を考慮して設計されたワークピースの表面は、通常、研削や仕上げを必要としません。研削のみが行われる部品は、研削が溶接部やその他の材料を除去する最も速い方法であり、研削ホイールによって残される深い傷がまさに顧客の希望通りであるためです。仕上げのみが必要な部品は、過剰な材料除去を必要としない方法で製造されます。典型的な例は、美しいガスタングステンシールド溶接部を持つステンレス鋼部品で、これを基板の仕上げパターンに合わせてブレンドおよび一致させるだけで済みます。
低除去ホイールを備えたグラインダーは、ステンレス鋼を扱う際に大きな課題となる可能性があります。同様に、過熱により青変が生じ、材料の特性が変化する可能性があります。目標は、プロセス全体を通じてステンレス鋼を可能な限り低温に保つことです。
このため、用途と予算に応じて、最も速い除去速度を持つ研削ホイールを選択することが役立ちます。ジルコニアホイールはアルミナホイールよりも速く研削しますが、ほとんどの場合、セラミックホイールが最適です。
極めて強靭で鋭いセラミック粒子は、独特の方法で摩耗します。徐々に崩壊しても、平らに研磨されず、鋭い刃先を維持します。つまり、他の研削ホイールの数分の1の時間で、非常に速く材料を除去できます。一般的に、このことがセラミック研削ホイールに費用の価値がある理由です。大きな切削片を素早く除去し、熱と歪みの発生が少ないため、ステンレス鋼の用途に最適です。
メーカーがどの研削ホイールを選択するかに関係なく、潜在的な汚染を念頭に置く必要があります。ほとんどのメーカーは、炭素鋼とステンレス鋼に同じ研削ホイールを使用できないことを知っています。多くの人は、炭素鋼とステンレス鋼の研削作業を物理的に分けています。ステンレス鋼のワークピースに落ちる炭素鋼の小さな火花でさえ、汚染問題を引き起こす可能性があります。製薬業界や原子力業界など、多くの業界では、消耗品が汚染フリーと評価されることが求められます。つまり、ステンレス鋼用の研削ホイールには、鉄、硫黄、塩素がほぼ含まれていない（0.1% 未満）必要があります。
研削ホイールはそれ自体では研削できないため、電動工具が必要です。誰もが研削ホイールや電動工具の利点を宣伝できますが、実際には電動工具と研削ホイールはシステムとして機能します。セラミック研削ホイールは、一定のパワーとトルクを備えたアングルグラインダー用に設計されています。一部のエアグラインダーは必要な仕様を備えていますが、ほとんどのセラミックホイール研削は電動工具で行われます。
パワーとトルクが不十分なグラインダーは、最先端の研磨材を使用しても深刻な問題を引き起こす可能性があります。パワーとトルクが不足すると、圧力がかかった状態でツールの速度が大幅に低下し、研削ホイール上のセラミック粒子が本来の目的である大きな金属片を素早く除去する機能を果たせなくなり、研削ホイールに入る熱物質の量を減らすことになります。
これにより、悪循環が悪化します。研削作業者は、材料が除去されていないのを見て、本能的に強く押し付けますが、その結果、過剰な熱とブルーイングが発生します。作業者は強く押し付けすぎてホイールに艶が出て、ホイールを交換する必要があることに気付く前に、さらに作業が激しくなり、熱が発生します。この方法で薄いチューブやシートを処理すると、材料をまっすぐに突き抜けてしまいます。
もちろん、オペレーターが適切に訓練されていない場合、最高のツールを使っていても、特にワークピースに圧力をかけるときに、この悪循環が発生する可能性があります。ベストプラクティスは、グラインダーの公称電流定格にできるだけ近づけることです。オペレーターが 10 アンペアのグラインダーを使用している場合は、グラインダーが約 10 アンペアを消費するように強く押す必要があります。
メーカーが高価なステンレス鋼を大量に処理する場合、電流計を使用すると研削作業を標準化できます。もちろん、実際に電流計を定期的に使用する作業はほとんどないため、注意深く聞くことが最善策です。オペレーターが RPM が急激に低下するのを聞いて感じた場合は、強く押しすぎている可能性があります。
軽すぎるタッチ（つまり、圧力が低すぎる）を聞き分けるのは難しい場合があります。この場合は、火花の流れに注意を払うことが役立ちます。ステンレス鋼を研削すると、炭素鋼よりも暗い火花が生成されますが、それでも目に見え、作業領域から一貫して突き出ている必要があります。作業者が突然火花が少なくなったと感じた場合は、十分な圧力をかけていないか、ホイールを研磨していないことが原因である可能性があります。
作業者は、一定の作業角度を維持する必要もあります。作業対象物に対してほぼ水平な角度（作業対象物とほぼ平行）で近づくと、過熱の原因となる可能性があり、高すぎる角度（ほぼ垂直）で近づくと、ホイールのエッジが金属に食い込む危険があります。タイプ 27 ホイールを使用している場合は、20 ～ 30 度の角度で作業対象物に近づく必要があります。タイプ 29 ホイールを使用している場合は、作業角度は約 10 度にする必要があります。
タイプ 28 (テーパー) 研削ホイールは、通常、広い研削パス上の材料を除去するために平らな表面を研削するために使用されます。また、これらのテーパー ホイールは、より低い研削角度 (約 5 度) で最も効果的に機能するため、作業者の疲労を軽減するのに役立ちます。
これにより、適切なタイプの研削ホイールを選択するという、もう 1 つの重要な要素が生じます。タイプ 27 ホイールには金属表面に接触点があり、タイプ 28 ホイールには円錐形であるため接触線があり、タイプ 29 ホイールには接触面があります。
最も一般的なタイプ 27 ホイールは、多くの用途で作業を完了できますが、その形状により、ステンレス鋼管の溶接アセンブリなど、深いプロファイルと曲線のある部品の取り扱いが困難です。タイプ 29 ホイールのプロファイル形状により、曲面と平面の組み合わせを研削する必要があるオペレーターの作業が容易になります。タイプ 29 ホイールは、表面接触面積を増やすことでこれを実現し、オペレーターが各場所で研削に多くの時間を費やす必要がないことを意味します。これは、熱の蓄積を減らすための優れた戦略です。
実際、これはどの研削砥石にも当てはまります。研削中、作業者は長時間同じ場所に留まってはなりません。作業者が数フィートの長さのフィレットから金属を取り除いているとします。作業者は砥石を上下に短く動かすことができますが、そうすると、砥石を狭い領域に長時間保持するため、ワークピースが過熱する可能性があります。入熱を減らすために、作業者は一方の先端付近で溶接部全体を一方向に移動させ、次にツールを持ち上げて（ワークピースが冷める時間を与え）、もう一方の先端付近でワークピースを同じ方向に移動させることができます。その他の技法も機能しますが、それらにはすべて、研削砥石を動かし続けることによって過熱を回避するという共通点が 1 つあります。
一般的に使用される「カーディング」技術も、この目標達成に役立ちます。作業者が平らな位置で突合せ溶接部を研磨しているとします。熱応力と過剰な掘削を減らすため、作業者は接合部に沿ってグラインダーを押し込むことを避けました。代わりに、作業者は端から始めて、接合部に沿ってグラインダーを引きます。これにより、ホイールが材料に過度に掘削されることも防止されます。
もちろん、どんな技術でも、オペレーターの作業が遅すぎると金属が過熱する可能性があります。作業が遅すぎるとワークピースが過熱し、速すぎると研削に長い時間がかかります。最適な送り速度を見つけるには、通常、経験が必要です。しかし、オペレーターが作業に不慣れな場合は、スクラップを研削して、手元のワークピースに適切な送り速度の「感覚」をつかむことができます。
仕上げ戦略は、材料が仕上げ部門に到着して出荷されるときの表面状態を中心に展開されます。開始点 (受け取った表面状態) と終了点 (必要な仕上げ) を特定し、それらの 2 つのポイント間の最適なパスを見つける計画を立てます。
多くの場合、最善の道は、非常に強力な研磨剤から始めることではありません。これは直感に反するように聞こえるかもしれません。結局のところ、粗い砂で表面をざらざらさせてから、より細かい砂に移行してみてはいかがでしょうか。細かい砂から始めるのは非常に非効率的ではないでしょうか。
必ずしもそうではありません。これも照合の性質に関係します。各ステップでより細かい粒度に達すると、コンディショナーはより深い傷をより浅く細かい傷に置き換えます。40 番のサンドペーパーまたはフリップ ディスクで開始すると、金属に深い傷が残ります。それらの傷によって表面が希望の仕上げに近づくとしたら素晴らしいことです。そのために 40 番仕上げ用品が存在します。ただし、顧客が No. 4 仕上げ (方向性ブラシ仕上げ) を要求した場合、No. 40 研磨剤によって作成された深い傷は除去するのに長い時間がかかります。ドレッサーは、複数の粒度サイズでステップダウンするか、長い時間をかけて細粒の研磨剤を使用してこれらの大きな傷を除去し、より小さな傷に置き換えます。これはすべて非効率的であるだけでなく、ワークピースに過剰な熱を導入します。
もちろん、粗い表面に細かい粒子の研磨剤を使用すると、時間がかかり、不適切な技術と相まって過度の熱が発生します。ここで、2 in 1 または交互に配置されたフラップ ディスクが役立ちます。これらのディスクには、表面処理材料と組み合わされた研磨布が含まれています。これにより、ドレッサーは研磨剤を使用して材料を効果的に除去しながら、より滑らかな仕上げを残すことができます。
最終仕上げの次のステップでは、不織布が使用される場合があります。これは、仕上げのもう 1 つの独特な特徴を示しています。つまり、このプロセスは可変速電動工具で最もよく機能します。10,000 RPM で稼働する直角グラインダーは、一部の研削媒体では機能しますが、一部の不織布は完全に溶けてしまいます。このため、仕上げ業者は、不織布を使用した仕上げステップを開始する前に、速度を 3,000 ～ 6,000 RPM に下げます。もちろん、正確な速度はアプリケーションと消耗品によって異なります。たとえば、不織布ドラムは通常 3,000 ～ 4,000 RPM で回転しますが、表面処理ディスクは通常 4,000 ～ 6,000 RPM で回転します。
適切なツール（可変速度グラインダー、さまざまな仕上げ媒体）を用意し、最適なステップ数を決定すると、基本的に、入ってくる材料と完成した材料の間の最適なパスを明らかにするマップが作成されます。正確なパスはアプリケーションによって異なりますが、経験豊富なトリマーは同様のトリミング手法を使用してこのパスに従います。
不織布ローラーがステンレス鋼の表面を完成させます。効率的な仕上げと最適な消耗品寿命を実現するために、異なる仕上げメディアが異なる RPM で稼働します。
まず、彼らは時間をかけて作業します。薄いステンレス鋼のワークピースが熱くなっているのがわかれば、ある部分の仕上げを中止し、別の部分の仕上げを始めます。あるいは、2 つの異なる加工品を同時に作業することもあります。片方のワークピースを少し加工してからもう片方のワークピースを加工し、もう片方のワークピースが冷めるのを待ちます。
鏡面仕上げに研磨する場合、研磨機は、前のステップに対して垂直な方向に、研磨ドラムまたは研磨ディスクを使用してクロス研磨する場合があります。クロスサンディングにより、以前の傷のパターンをブレンドする必要がある領域が強調されますが、それでも表面は No. 8 の鏡面仕上げにはなりません。すべての傷が除去されたら、フェルト布とバフホイールを使用して、目的の光沢のある仕上げを作成する必要があります。
適切な仕上げを実現するために、製造元は仕上げ担当者に、実際のツールやメディアなどの適切なツール、および特定の仕上げがどのように見えるかを決定するための標準サンプルの作成などのコミュニケーション ツールを提供する必要があります。これらのサンプル (仕上げ部門の近くに掲示、トレーニング ドキュメント、および販売資料内) は、全員が同じ認識を持つのに役立ちます。
実際の工具（電動工具や研磨媒体を含む）に関しては、特定の部品の形状が、仕上げ部門の最も経験豊富な従業員にとっても課題となる場合があります。ここで、専門的な工具が役立ちます。
作業者がステンレス鋼の薄壁管状アセンブリを完成させる必要があるとします。フラップ ディスクやドラムを使用すると、問題が発生したり、過熱したり、場合によっては管自体に平らな部分ができたりすることがあります。ここで、管用に設計されたベルト サンダーが役立ちます。コンベア ベルトがパイプの直径のほとんどに巻き付くため、接触点が分散され、効率が向上し、入熱が低減します。ただし、他の作業と同様に、ドレッサーはベルト サンダーを別の場所に移動して、過度の熱の蓄積を緩和し、ブルーイングを防ぐ必要があります。
同じことが、他のプロ用仕上げツールにも当てはまります。狭いスペース向けに設計されたフィンガー ベルト サンダーを検討してください。仕上げ工は、鋭角にある 2 枚の板の間の隅肉溶接部をたどるために、このサンダーを使用する場合があります。仕上げ工は、フィンガー ベルト サンダーを垂直に動かすのではなく (歯を磨くのと同じような感じ)、隅肉溶接部の上部のつま先に沿って水平に動かし、次に下部のつま先に沿って動かします。このとき、フィンガー サンダーが 1 つの溶接部に長く留まらないように注意します。
ステンレス鋼の溶接、研磨、仕上げには、適切な不動態化を確実にするという別の複雑な問題が伴います。材料の表面に対するこれらすべての撹乱の後、ステンレス鋼のクロム層が表面全体に自然に形成されるのを妨げる汚染物質が残っているでしょうか。製造業者が最も望まないことは、錆びた部品や汚染された部品について苦情を言う怒った顧客です。ここで、適切な洗浄とトレーサビリティが重要になります。
電気化学的洗浄は、汚染物質を除去して適切な不動態化を確実にするのに役立ちますが、この洗浄はいつ実行すべきでしょうか? それはアプリケーションによって異なります。メーカーがステンレス鋼を洗浄して完全な不動態化を促進する場合、通常は溶接直後に行います。そうしないと、仕上げ媒体がワークピースの表面の汚染物質を拾い、他の場所に拡散する可能性があります。ただし、一部の重要なアプリケーションでは、メーカーは追加の洗浄手順を挿入することを選択する場合があります。場合によっては、ステンレス鋼が工場の床から出荷される前に、適切な不動態化をテストすることさえあります。
製造業者が原子力産業用の重要なステンレス鋼部品を溶接するとします。プロ仕様のガス タングステン アーク溶接機で、完璧に見える 10 セントの継ぎ目が作られます。しかし、これも重要な用途です。仕上げ部門の従業員は、電気化学洗浄システムに接続されたブラシを使用して、溶接部の表面を洗浄します。次に、不織布研磨材とドレッシング布を使用して溶接先端をフェザーリングし、全体を均一にブラシ仕上げにします。次に、電気化学洗浄システムを使用して最終的なブラシをかけます。1 日か 2 日放置した後、携帯型テスト デバイスを使用して、部品が適切に不動態化されているかどうかをテストします。記録され、作業とともに保管されている結果には、部品が工場を出荷する前に完全に不動態化されていることが示されています。
ほとんどの製造工場では、ステンレス鋼の不動態化のための研磨、仕上げ、洗浄は通常、下流で行われます。実際、これらは通常、ジョブが出荷される直前に実行されます。
不適切に仕上げられた部品は、最もコストのかかるスクラップややり直しの原因となるため、メーカーが研削および仕上げ部門を見直すことは理にかなっています。研削と仕上げの改善は、大きなボトルネックの緩和、品質の向上、問題の解消、そして最も重要な顧客満足度の向上に役立ちます。
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