Om een ​​goede passivering te garanderen, reinigen technici de langslassen van de gewalste roestvrijstalen profielen elektrochemisch. Afbeelding met dank aan Walter Surface Technologies
Stel je voor dat een fabrikant een contract afsluit voor de fabricage van een belangrijk roestvrijstalen onderdeel. Plaatwerk en buisprofielen worden gesneden, gebogen en gelast voordat ze bij een afwerkingsstation terechtkomen. Het onderdeel bestaat uit platen die verticaal aan de buis zijn gelast. De lassen zien er goed uit, maar het is niet precies wat de klant zoekt. Daardoor moet de slijpmachine meer lasmetaal verwijderen dan normaal. Vervolgens verschijnen er blauwe vlekken op het oppervlak – een duidelijk teken van te veel warmte-inbreng. In dit geval betekent dit dat het onderdeel niet aan de eisen van de klant zal voldoen.
Slijpen en afwerken, vaak handmatig uitgevoerd, vereisen behendigheid en vaardigheid. Fouten in de afwerking kunnen zeer kostbaar zijn, gezien de waarde die aan het werkstuk is toegekend. Bij het verwerken van dure, warmtegevoelige materialen zoals roestvrij staal kunnen de kosten voor herstelwerkzaamheden en de kosten voor afvalverwerking hoger uitvallen. In combinatie met complicaties zoals verontreiniging en mislukte passivering, kan een ooit lucratieve klus met roestvrij staal veranderen in een verliesgevende of zelfs reputatieschade veroorzakende mislukking.
Hoe kunnen fabrikanten dit alles voorkomen? Ze kunnen beginnen met het ontwikkelen van hun kennis over slijpen en afwerken, het begrijpen van de rol die elk proces speelt en hoe het roestvrijstalen werkstukken beïnvloedt.
Het zijn geen synoniemen. Sterker nog, iedereen heeft een fundamenteel ander doel. Slijpen verwijdert materiaal zoals bramen en overtollig lasmetaal, terwijl afwerken zorgt voor een gladde afwerking van het metalen oppervlak. De verwarring is begrijpelijk, aangezien slijpers met grote slijpschijven veel metaal in zeer korte tijd verwijderen, wat diepe krassen kan achterlaten. Maar bij slijpen zijn krassen slechts een bijeffect; het doel is om snel materiaal te verwijderen, vooral bij het werken met warmtegevoelige metalen zoals roestvrij staal.
Het afwerkingsproces verloopt in stappen. De operator begint met een grovere korrel en gaat vervolgens over op fijnere slijpschijven, non-woven schuurmiddelen en eventueel vilt en polijstpasta om een ​​spiegelglad oppervlak te verkrijgen. Het doel is om een ​​bepaalde eindafwerking (kraspatroon) te bereiken. Elke stap (de fijnere korrel) verwijdert de diepere krassen van de vorige stap en vervangt deze door kleinere krassen.
Omdat slijpen en afwerken verschillende doelen hebben, vullen ze elkaar vaak niet aan en kunnen ze elkaar zelfs tegenwerken als de verkeerde verbruiksmaterialen worden gebruikt. Om overtollig lasmetaal te verwijderen, gebruiken operators slijpschijven om zeer diepe krassen te maken, waarna ze het onderdeel overdragen aan een afwerker, die vervolgens veel tijd moet besteden aan het verwijderen van deze diepe krassen. Deze volgorde van slijpen en afwerken kan nog steeds de meest efficiënte manier zijn om aan de afwerkingseisen van de klant te voldoen. Maar nogmaals, het zijn geen complementaire processen.
Werkstukoppervlakken die ontworpen zijn met het oog op produceerbaarheid, vereisen over het algemeen geen slijpen en nabewerken. Onderdelen die alleen geslepen worden, doen dit omdat slijpen de snelste manier is om lasnaden of ander materiaal te verwijderen, en de diepe krassen die de slijpschijf achterlaat, zijn precies wat de klant wil. Onderdelen die alleen nabewerking vereisen, worden vervaardigd op een manier die geen overmatige materiaalafname vereist. Een typisch voorbeeld is een roestvrijstalen onderdeel met een fraaie gaswolfraamlas die alleen nog maar hoeft te worden afgestemd op het afwerkingspatroon van het substraat.
Slijpmachines met slijpschijven met een lage afnamecapaciteit kunnen aanzienlijke problemen opleveren bij het bewerken van roestvrij staal. Ook kan oververhitting leiden tot blauwverkleuring en veranderingen in de materiaaleigenschappen. Het doel is om het roestvrij staal tijdens het hele proces zo koel mogelijk te houden.
Daarom is het handig om voor de toepassing en het budget de slijpschijf te kiezen met de hoogste afnamesnelheid. Zirkoniumoxide slijpschijven slijpen sneller dan aluminiumoxide slijpschijven, maar in de meeste gevallen werken keramische slijpschijven het beste.
Extreem harde en scherpe keramische deeltjes slijten op een unieke manier. Naarmate ze geleidelijk afbrokkelen, slijpen ze niet vlak, maar behouden ze een scherpe rand. Dit betekent dat ze materiaal zeer snel kunnen verwijderen, vaak in een fractie van de tijd die andere slijpschijven nodig hebben. Dit maakt keramische slijpschijven over het algemeen hun investering waard. Ze zijn ideaal voor toepassingen met roestvrij staal, omdat ze grote spanen snel verwijderen en minder warmte en vervorming genereren.
Ongeacht welke slijpschijf een fabrikant kiest, moet rekening worden gehouden met mogelijke verontreiniging. De meeste fabrikanten weten dat ze niet dezelfde slijpschijf kunnen gebruiken voor koolstofstaal en roestvrij staal. Veel bedrijven scheiden hun slijpwerkzaamheden voor koolstofstaal en roestvrij staal fysiek van elkaar. Zelfs kleine vonken van koolstofstaal die op roestvrijstalen werkstukken terechtkomen, kunnen verontreinigingsproblemen veroorzaken. Veel industrieën, zoals de farmaceutische en nucleaire industrie, vereisen dat verbruiksartikelen als milieuvriendelijk worden beschouwd. Dit betekent dat slijpschijven voor roestvrij staal vrijwel geen (minder dan 0,1%) ijzer, zwavel en chloor mogen bevatten.
Slijpschijven kunnen zichzelf niet slijpen; ze hebben elektrisch gereedschap nodig. Iedereen kan de voordelen van slijpschijven of elektrisch gereedschap aanprijzen, maar in werkelijkheid werken elektrisch gereedschap en hun slijpschijven als een systeem. Keramische slijpschijven zijn ontworpen voor haakse slijpers met een bepaald vermogen en koppel. Hoewel sommige pneumatische slijpers aan de benodigde specificaties voldoen, wordt het slijpen van keramische schijven meestal gedaan met elektrisch gereedschap.
Slijpmachines met onvoldoende vermogen en koppel kunnen ernstige problemen veroorzaken, zelfs met de meest geavanceerde slijpmiddelen. Het gebrek aan vermogen en koppel kan ervoor zorgen dat het gereedschap onder druk aanzienlijk vertraagt, waardoor de keramische deeltjes op de slijpschijf in feite niet kunnen doen waarvoor ze ontworpen zijn: snel grote stukken metaal verwijderen, waardoor de hoeveelheid thermisch materiaal die de slijpschijf bereikt, afneemt.
Dit versterkt een vicieuze cirkel: slijpers zien dat er geen materiaal wordt verwijderd, dus duwen ze instinctief harder, wat op zijn beurt overmatige hitte en verkleuring veroorzaakt. Uiteindelijk duwen ze zo hard dat de slijpschijven verglaasd raken, waardoor ze harder moeten werken en meer hitte genereren voordat ze beseffen dat ze de schijven moeten vervangen. Als je op deze manier werkt met dunne buizen of platen, slijpen ze dwars door het materiaal heen.
Natuurlijk kan deze vicieuze cirkel ontstaan ​​als operators niet goed getraind zijn, zelfs met de beste gereedschappen, vooral als het gaat om de druk die ze op het werkstuk uitoefenen. De beste werkwijze is om zo dicht mogelijk bij de nominale stroomsterkte van de slijpmachine te blijven. Als de operator een slijpmachine van 10 ampère gebruikt, moet hij zo hard drukken dat de slijpmachine ongeveer 10 ampère verbruikt.
Het gebruik van een ampèremeter kan helpen bij het standaardiseren van slijpprocessen als de fabrikant grote hoeveelheden duur roestvrij staal verwerkt. Natuurlijk gebruiken maar weinig bedrijven daadwerkelijk regelmatig een ampèremeter, dus je kunt het beste goed luisteren. Als de operator de toerentallen snel hoort en voelt dalen, drukt hij mogelijk te hard.
Het is lastig om aanrakingen te herkennen die te licht zijn (dus met te weinig druk), dus in dit geval kan het helpen om op de vonkstroom te letten. Bij het slijpen van roestvrij staal ontstaan ​​donkerdere vonken dan bij koolstofstaal, maar ze moeten nog steeds zichtbaar zijn en gelijkmatig boven het werkoppervlak uitsteken. Als de gebruiker plotseling minder vonken ziet, kan dit komen doordat er niet genoeg druk wordt uitgeoefend of doordat de slijpschijf niet goed geglazuurd is.
Operators moeten ook een constante werkhoek aanhouden. Als ze het werkstuk onder een bijna vlakke hoek benaderen (vrijwel parallel aan het werkstuk), kan dit leiden tot oververhitting; als ze het werkstuk onder een te grote hoek benaderen (bijna verticaal), bestaat het risico dat de rand van de slijpschijf in het metaal snijdt. Bij gebruik van een Type 27-slijpschijf moeten ze het werkstuk onder een hoek van 20 tot 30 graden benaderen. Bij Type 29-slijpschijven moet de werkhoek ongeveer 10 graden zijn.
Slijpschijven van het type 28 (conisch) worden doorgaans gebruikt voor het slijpen van vlakke oppervlakken om materiaal te verwijderen over bredere slijpbanen. Deze conische schijven werken ook het beste bij lagere slijphoeken (ongeveer 5 graden), waardoor ze de vermoeidheid van de gebruiker helpen verminderen.
Dit brengt een andere cruciale factor met zich mee: het kiezen van het juiste type slijpschijf. De Type 27-schijf heeft een contactpunt op het metalen oppervlak; de Type 28-schijf heeft een contactlijn vanwege zijn conische vorm; de Type 29-schijf heeft een contactoppervlak.
De meest voorkomende Type 27-slijpschijven zijn in veel toepassingen geschikt, maar hun vorm maakt het lastig om onderdelen met diepe profielen en rondingen te bewerken, zoals gelaste constructies van roestvrijstalen buizen. De profielvorm van de Type 29-slijpschijf maakt het slijpen van een combinatie van gebogen en vlakke oppervlakken eenvoudiger. De Type 29-slijpschijf vergroot het contactoppervlak, waardoor de gebruiker minder tijd hoeft te besteden aan het slijpen op elke locatie – een goede strategie om warmteontwikkeling te verminderen.
Dit geldt in feite voor elke slijpschijf. Tijdens het slijpen mag de operator niet lang op dezelfde plek blijven. Stel dat een operator metaal verwijdert van een lasnaad van enkele meters lang. Hij kan de slijpschijf met korte op- en neerwaartse bewegingen besturen, maar dit kan leiden tot oververhitting van het werkstuk, omdat hij de slijpschijf gedurende lange tijd op een kleine plek houdt. Om de warmte-inbreng te verminderen, kan de operator de hele las in één richting bewegen nabij één punt, vervolgens het gereedschap optillen (zodat het werkstuk kan afkoelen) en het werkstuk in dezelfde richting bewegen nabij de andere punt. Andere technieken werken ook, maar ze hebben allemaal één ding gemeen: ze voorkomen oververhitting door de slijpschijf in beweging te houden.
Ook veelgebruikte "kartel"-technieken helpen hierbij. Stel dat de operator een stompe lasnaad in een vlakke positie slijpt. Om thermische spanning en overmatige slijping te verminderen, duwt hij de slijpmachine niet langs de lasnaad. In plaats daarvan begint hij aan het uiteinde en trekt hij de slijpmachine langs de lasnaad. Dit voorkomt ook dat de slijpschijf te diep in het materiaal slijpt.
Uiteraard kan elke techniek leiden tot oververhitting van het metaal als de operator te langzaam werkt. Te langzaam werken leidt tot oververhitting van het werkstuk; te snel werken kan het slijpen erg lang duren. Het vinden van de optimale aanvoersnelheid vereist meestal ervaring. Maar als de operator niet bekend is met de klus, kan hij of zij een stukje schroot slijpen om een ​​gevoel te krijgen voor de juiste aanvoersnelheid voor het betreffende werkstuk.
De afwerkingsstrategie draait om de oppervlakteconditie van het materiaal bij aankomst en vertrek uit de afwerkingsafdeling. Bepaal het beginpunt (de ontvangen oppervlakteconditie) en het eindpunt (de gewenste afwerking) en maak vervolgens een plan om de beste route tussen deze twee punten te vinden.
Vaak begint de beste aanpak niet met een zeer agressief schuurmiddel. Dit klinkt misschien tegenstrijdig. Waarom zou je immers niet beginnen met grof zand om een ​​ruw oppervlak te krijgen en vervolgens overgaan op fijner zand? Zou het niet erg inefficiënt zijn om met een fijnere korrel te beginnen?
Niet per se, dit heeft wederom te maken met de aard van het slijpproces. Naarmate elke stap een fijnere korrelgrootte bereikt, vervangt de conditioner de diepere krassen door ondiepere, fijnere krassen. Als ze beginnen met schuurpapier met korrelgrootte 40 of een omkeerschijf, laten ze diepe krassen achter op het metaal. Het zou geweldig zijn als die krassen het oppervlak dichter bij de gewenste afwerking zouden brengen; daarom bestaan ​​die afwerkingsmaterialen met korrelgrootte 40. Als de klant echter een afwerking met korrelgrootte 4 (richtingsborstelafwerking) wenst, zal het lang duren om de diepe krassen die met schuurpapier met korrelgrootte 40 zijn gemaakt te verwijderen. Afwerkers gebruiken ofwel meerdere korrelgroottes naar beneden, of besteden veel tijd aan het gebruik van fijnkorrelig schuurmateriaal om die grote krassen te verwijderen en te vervangen door kleinere krassen. Dit is niet alleen inefficiënt, maar het brengt ook te veel warmte in het werkstuk.
Het gebruik van fijnkorrelig schuurmateriaal op ruwe oppervlakken kan natuurlijk een langzaam proces zijn en, in combinatie met een slechte techniek, te veel warmte genereren. Hier kan een twee-in-één of verspringende lamellenschijf uitkomst bieden. Deze schijven bevatten schuurdoek in combinatie met oppervlaktebehandelingsmaterialen. Ze stellen de afwerker in staat om met schuurmateriaal materiaal te verwijderen en tegelijkertijd een gladder oppervlak te creëren.
De volgende stap in de uiteindelijke afwerking kan het gebruik van non-woven materialen omvatten, wat een ander uniek kenmerk van afwerking illustreert: het proces werkt het beste met elektrisch gereedschap met variabele snelheid. Een haakse slijper die draait op 10.000 toeren per minuut kan met sommige slijpmiddelen werken, maar zal sommige non-woven materialen volledig doen smelten. Om die reden verlagen afwerkers de snelheid tot tussen de 3.000 en 6.000 toeren per minuut voordat ze beginnen met de afwerkingsstap met non-woven materialen. De exacte snelheid hangt natuurlijk af van de toepassing en de verbruiksmaterialen. Zo draaien non-woven trommels doorgaans tussen de 3.000 en 4.000 toeren per minuut, terwijl oppervlaktebehandelingsschijven doorgaans tussen de 4.000 en 6.000 toeren per minuut draaien.
Met de juiste gereedschappen (slijpmachines met variabele snelheid, verschillende afwerkingsmedia) en het bepalen van het optimale aantal stappen ontstaat in feite een routekaart die het beste traject tussen het aangeleverde en het afgewerkte materiaal aangeeft. Het exacte traject verschilt per toepassing, maar ervaren trimmers volgen dit traject met vergelijkbare trimtechnieken.
Niet-geweven rollen maken het roestvrijstalen oppervlak compleet. Voor een efficiënte afwerking en een optimale levensduur van de verbruiksmaterialen draaien de verschillende afwerkingsmedia met verschillende toerentallen.
Ten eerste nemen ze de tijd. Als ze zien dat een dun roestvrijstalen werkstuk heet wordt, stoppen ze met de afwerking op één plek en beginnen ze op een andere. Of ze werken misschien aan twee verschillende objecten tegelijk. Ze werken een beetje aan het ene en dan aan het andere, zodat het andere werkstuk de tijd krijgt om af te koelen.
Bij het polijsten tot een spiegelglans kan de polijstmachine kruislings polijsten met een polijsttrommel of -schijf, in een richting loodrecht op de vorige stap. Kruislings schuren benadrukt gebieden die moeten worden samengevoegd met het eerdere kraspatroon, maar het oppervlak zal nog steeds geen spiegelglans van nummer 8 bereiken. Zodra alle krassen zijn verwijderd, zijn een vilten doek en een polijstschijf nodig om de gewenste glanzende afwerking te creëren.
Om de juiste afwerking te bereiken, moeten fabrikanten de afwerkers voorzien van de juiste hulpmiddelen, waaronder de daadwerkelijke gereedschappen en materialen, evenals communicatiemiddelen, zoals het vaststellen van standaardmonsters om te bepalen hoe een bepaalde afwerking eruit moet zien. Deze monsters (die in de buurt van de afwerkingsafdeling hangen, in trainingsdocumenten en in verkoopbrochures staan) zorgen ervoor dat iedereen op één lijn zit.
Wat betreft de gereedschappen zelf (inclusief elektrisch gereedschap en schuurmiddelen), kan de geometrie van bepaalde onderdelen zelfs voor de meest ervaren medewerkers van de afwerkingsafdeling een uitdaging vormen. Hier kunnen professionele gereedschappen uitkomst bieden.
Stel dat een operator een dunwandige buisconstructie van roestvrij staal moet afwerken. Het gebruik van lamellenschijven of zelfs trommels kan problemen veroorzaken, zoals oververhitting en soms zelfs een vlakke plek op de buis zelf. Hier kunnen bandschuurmachines, speciaal ontworpen voor buizen, uitkomst bieden. De transportband omsluit het grootste deel van de buisdiameter, waardoor de contactpunten worden verspreid, de efficiëntie wordt verhoogd en de warmte-inbreng wordt verminderd. Net als bij alle andere machines moet de operator de bandschuurmachine echter wel naar een andere plek verplaatsen om overmatige warmteontwikkeling te beperken en verkleuring te voorkomen.
Hetzelfde geldt voor andere professionele afwerkingsgereedschappen. Neem bijvoorbeeld een vingerbandschuurmachine die ontworpen is voor krappe ruimtes. Een afwerker zou deze kunnen gebruiken om een ​​hoeklas tussen twee planken onder een scherpe hoek te volgen. In plaats van de vingerbandschuurmachine verticaal te bewegen (een beetje zoals tandenpoetsen), beweegt de afwerker hem horizontaal langs de bovenkant van de hoeklas, vervolgens langs de onderkant, terwijl hij ervoor zorgt dat de vingerbandschuurmachine niet te lang op één plek blijft.
Het lassen, slijpen en afwerken van roestvrij staal brengt een extra complicatie met zich mee: het garanderen van een goede passivering. Zijn er na al deze bewerkingen aan het oppervlak van het materiaal nog verontreinigingen aanwezig die de natuurlijke vorming van een chroomlaag over het gehele oppervlak van het roestvrij staal zouden kunnen belemmeren? Het laatste wat een fabrikant wil, is een boze klant die klaagt over geroeste of vervuilde onderdelen. Dit is waar een goede reiniging en traceerbaarheid van cruciaal belang zijn.
Elektrochemische reiniging kan helpen bij het verwijderen van verontreinigingen om een ​​goede passivering te garanderen, maar wanneer moet deze reiniging worden uitgevoerd? Dat hangt af van de toepassing. Als fabrikanten roestvrij staal reinigen om een ​​volledige passivering te bevorderen, doen ze dat meestal direct na het lassen. Als dit niet gebeurt, kan het afwerkingsmedium oppervlakteverontreinigingen van het werkstuk opnemen en elders verspreiden. Voor sommige kritische toepassingen kunnen fabrikanten er echter voor kiezen om extra reinigingsstappen in te lassen – mogelijk zelfs een test op een goede passivering voordat het roestvrij staal de fabriek verlaat.
Stel je voor dat een fabrikant een cruciaal roestvrijstalen onderdeel last voor de nucleaire industrie. Een professionele TIG-lasser last een perfecte lasnaad. Maar nogmaals, dit is een kritische toepassing. Een medewerker van de afwerkingsafdeling gebruikt een borstel die is aangesloten op een elektrochemisch reinigingssysteem om het lasoppervlak te reinigen. Vervolgens werkt hij de lasnaad bij met een niet-geweven schuur- en afwerkdoek tot een gelijkmatige, geborstelde afwerking. Daarna volgt de laatste borstelbeurt met het elektrochemisch reinigingssysteem. Na een dag of twee wachten, wordt het onderdeel met een draagbaar testapparaat gecontroleerd op een goede passivering. De resultaten, die zijn vastgelegd en bij het werkstuk bewaard, tonen aan dat het onderdeel volledig gepassiveerd was voordat het de fabriek verliet.
In de meeste productiebedrijven vindt het slijpen, afwerken en reinigen van de passiveringslaag van roestvrij staal doorgaans na de productie plaats. Sterker nog, deze processen worden meestal vlak voor verzending uitgevoerd.
Onjuist afgewerkte onderdelen leiden tot de duurste afval en herstelwerkzaamheden, dus het is logisch dat fabrikanten hun slijp- en afwerkingsafdelingen eens goed onder de loep nemen. Verbeteringen in het slijpen en afwerken helpen grote knelpunten te verlichten, de kwaliteit te verbeteren, problemen te voorkomen en, het allerbelangrijkste, de klanttevredenheid te verhogen.
FABRICATOR is het toonaangevende tijdschrift voor de metaalbewerkingsindustrie in Noord-Amerika. Het tijdschrift biedt nieuws, technische artikelen en casestudies waarmee fabrikanten hun werk efficiënter kunnen uitvoeren. FABRICATOR bedient de industrie al sinds 1970.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van The FABRICATOR, heeft u eenvoudig toegang tot waardevolle branchebronnen.
De digitale editie van The Tube & Pipe Journal is nu volledig toegankelijk en biedt gemakkelijke toegang tot waardevolle branchebronnen.
Geniet van volledige toegang tot de digitale editie van STAMPING Journal, met de nieuwste technologische ontwikkelingen, beste praktijken en branchenieuws voor de metaalstempelmarkt.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van The Fabricator en Español, eenvoudig toegang tot waardevolle branchebronnen.