Ludzie często kupują wstępnie obrobioną stal nierdzewną, co zwiększa złożoność materiału, jaki operatorzy muszą brać pod uwagę.
Podobnie jak większość materiałów, stal nierdzewna ma wiele zalet i wad. Stal jest uważana za „stal nierdzewną”, jeżeli stop zawiera co najmniej 10,5% chromu, który tworzy warstwę tlenku nadającą jej odporność na działanie kwasów i korozję. Odporność na korozję można dodatkowo poprawić, zwiększając zawartość chromu i dodając dodatkowe środki stopowe.
Właściwości stali nierdzewnej, niskie koszty utrzymania, trwałość i różnorodne wykończenia powierzchni sprawiają, że materiał ten nadaje się do zastosowań w takich branżach jak budownictwo, meblarstwo, produkcja żywności i napojów, medycyna i wielu innych, w których wymagana jest wytrzymałość i odporność na korozję stali.
Stal nierdzewna z reguły jest droższa od innych stali. Oferuje jednak korzystny stosunek wytrzymałości do masy, co pozwala na stosowanie cieńszych materiałów w porównaniu z gatunkami konwencjonalnymi, co może prowadzić do oszczędności. Ze względu na całkowity koszt, sklepy muszą upewnić się, że używają odpowiednich narzędzi, aby uniknąć kosztownego marnotrawstwa i ponownej obróbki tego materiału.
Stal nierdzewna jest na ogół uważana za trudną do spawania, ponieważ szybko rozprasza ciepło i wymaga dużej uwagi w końcowym etapie wykańczania i polerowania.
Praca ze stalą nierdzewną wymaga na ogół większego doświadczenia spawacza lub operatora niż praca ze stalą węglową, która jest z reguły bardziej wytrzymała. Jej zakres może zostać ograniczony, gdy wprowadzi się pewne parametry, zwłaszcza podczas spawania. Ze względu na wysoki koszt stali nierdzewnej, opłaca się, aby używali jej bardziej doświadczeni operatorzy.
„Ludzie zazwyczaj kupują stal nierdzewną ze względu na jej wykończenie” – mówi Jonathan Douville, starszy menedżer ds. produktów w dziale badań i rozwoju międzynarodowego w Walter Surface Technologies w Pointe-Claire w prowincji Quebec. „To zwiększa ograniczenia, z którymi muszą się liczyć operatorzy”.
Niezależnie od tego, czy jest to wykończenie o fakturze liniowej w rozmiarze 4, czy wykończenie lustrzane w rozmiarze 8, operator musi upewnić się, że materiał jest chroniony i wykończenie nie ulegnie uszkodzeniu podczas obsługi i przetwarzania. Może to również ograniczyć możliwości przygotowania i czyszczenia, które są kluczowe dla zapewnienia dobrej produkcji części.
„Pracując z tym materiałem, pierwszą rzeczą, jaką należy zrobić, jest upewnienie się, że jest on czysty, czysty, czysty” — powiedział Rick Hatelt, dyrektor krajowy PFERD Ontario w Kanadzie, Mississauga, Ontario. „Bardzo ważne jest zadbanie o czystą (wolną od węgla) atmosferę, czyszczenie stali nierdzewnej w celu usunięcia zanieczyszczeń, które mogłyby później powodować utlenianie (rdzewienie) i zapobieganie odbudowie warstwy pasywacyjnej, tworząc warstwę ochronną, która minimalizuje utlenianie”.
W przypadku stosowania stali nierdzewnej, materiał i otaczające go środowisko muszą być czyste. Dobrym początkiem jest usunięcie z materiałów resztek oleju i plastiku. Zanieczyszczenia na stali nierdzewnej mogą powodować utlenianie, ale mogą również stwarzać problemy podczas spawania i powodować wady. Dlatego ważne jest oczyszczenie powierzchni przed rozpoczęciem lutowania.
Środowiska warsztatowe nie zawsze są najczystsze, a zanieczyszczenie krzyżowe może stanowić problem w przypadku pracy ze stalą nierdzewną i węglową. Często w sklepie używa się wielu wentylatorów lub klimatyzatorów do chłodzenia pracowników, co może powodować rozrzucanie zanieczyszczeń na podłodze lub skraplanie się pary wodnej na surowcach lub jej gromadzenie się. Jest to szczególnie trudne, gdy cząsteczki stali węglowej są nadmuchiwane na stal nierdzewną. Oddzielenie tych materiałów i utrzymanie ich w czystym środowisku ma duże znaczenie dla efektywnego spawania.
Ważne jest usuwanie przebarwień, aby mieć pewność, że rdza nie będzie się gromadzić z czasem i osłabiać ogólnej konstrukcji. Dobrze jest również usunąć niebieskawe przebarwienia, aby wyrównać kolor powierzchni.
W Kanadzie, ze względu na ekstremalnie niskie temperatury i zimową pogodę, wybór odpowiedniego gatunku stali nierdzewnej ma duże znaczenie. Douville wyjaśnił, że większość sklepów początkowo wybierała stal 304 ze względu na jej cenę. Jeśli jednak sklep miałby używać tego materiału na zewnątrz, poleciłby zmianę na stal 316, mimo że jest ona dwa razy droższa. Stal 304 jest podatna na korozję, jeśli jest używana lub przechowywana na zewnątrz. Nawet jeśli powierzchnia zostanie wyczyszczona i utworzy się warstwa pasywacyjna, warunki zewnętrzne mogą wpłynąć na powierzchnię, powodując erozję warstwy pasywacyjnej i ostatecznie ponowną rdzewienie.
„Przygotowanie do spawania jest ważne z wielu fundamentalnych powodów” – mówi Gabi Miholics, specjalistka ds. rozwoju aplikacji w dziale systemów ściernych w 3M Canada, London, Ontario. „Usunięcie rdzy, farby i faz jest niezbędne do prawidłowego spawania. Na powierzchni spawania nie mogą znajdować się żadne zanieczyszczenia, które mogłyby osłabić połączenie”.
Hatelt dodaje, że oczyszczenie obszaru ma zasadnicze znaczenie, ale przygotowanie przed spawaniem może również obejmować sfazowanie materiału w celu zapewnienia odpowiedniej przyczepności i wytrzymałości spoiny.
W przypadku spawania stali nierdzewnej ważne jest wybranie właściwego spoiwa do stosowanego gatunku. Stal nierdzewna jest szczególnie wrażliwa i wymaga, aby spoiny były certyfikowane przy użyciu tego samego rodzaju materiału. Na przykład metal bazowy 316 wymaga spoiwa 316. Spawacze nie mogą używać dowolnego rodzaju spoiwa, każdy gatunek stali nierdzewnej wymaga określonego spoiwa do prawidłowego spawania.
„Spawacz musi naprawdę uważać na temperaturę podczas spawania stali nierdzewnej” — powiedział Michael Radaelli, menedżer produktu w Norton | Saint-Gobain Abrasives, Worcester, MA. „Istnieje wiele różnych urządzeń, które można wykorzystać do pomiaru temperatury spoiny i elementu podczas nagrzewania się spawarki, ponieważ jeśli w stali nierdzewnej pojawi się pęknięcie, element ulega w zasadzie zniszczeniu”.
Radaelli dodał, że spawacz musi uważać, aby nie pozostawać w tym samym miejscu przez dłuższy czas. Spawanie wielowarstwowe jest doskonałym sposobem na zapobieganie przegrzaniu podłoża. Długotrwałe spawanie podstawowej stali nierdzewnej może spowodować jej przegrzanie i pęknięcie.
„Spawanie stali nierdzewnej może być bardziej czasochłonne, ale jest to sztuka wymagająca doświadczenia” – powiedział Radaelli.
Przygotowanie po spawaniu zależy w dużej mierze od produktu końcowego i jego zastosowania. W niektórych przypadkach, jak wyjaśnia Miholics, spoina w ogóle nie jest widoczna, więc wymagane jest jedynie ograniczone czyszczenie po spawaniu, a wszelkie widoczne odpryski są szybko usuwane. Spoinę można też wypoziomować lub oczyścić, ale nie jest wymagane żadne specjalne przygotowanie powierzchni. Jeśli wymagane jest wykończenie gładkie lub lustrzane, konieczne może być bardziej skomplikowane polerowanie. Zależy to po prostu od zastosowania.
„Problemem nie jest kolor” – powiedział Miholics. „To przebarwienie powierzchni wskazuje, że właściwości metalu uległy zmianie i teraz może on ulegać utlenianiu/rdzewieniu”.
Wybór narzędzia wykańczającego o zmiennej prędkości pozwoli zaoszczędzić czas i pieniądze, a także umożliwi operatorowi dopasowanie wykończenia.
Ważne jest usuwanie przebarwień, aby mieć pewność, że rdza nie będzie się gromadzić z czasem i osłabiać ogólnej konstrukcji. Dobrze jest również usunąć niebieskawe przebarwienia, aby wyrównać kolor powierzchni.
Proces czyszczenia może uszkodzić powierzchnie, szczególnie w przypadku stosowania silnych środków chemicznych. Niewłaściwe czyszczenie może zapobiec utworzeniu się warstwy pasywacyjnej. Dlatego wielu ekspertów zaleca ręczne czyszczenie spawanych części.
„Podczas ręcznego czyszczenia, jeśli nie pozwolisz tlenowi zareagować z powierzchnią przez 24 lub 48 godzin, nie masz czasu na stworzenie pasywnej powierzchni” – powiedział Douville. Wyjaśnił, że powierzchnia potrzebuje tlenu, aby zareagować z chromem w stopie i utworzyć warstwę pasywacyjną. Niektóre sklepy mają tendencję do natychmiastowego czyszczenia, pakowania i wysyłki części, co spowalnia proces i zwiększa ryzyko korozji.
Producenci i spawacze często stosują różnorodne materiały. Jednak, jak wspomniano wcześniej, użycie stali nierdzewnej wiąże się z pewnymi ograniczeniami. Poświęcenie czasu na wyczyszczenie części to dobry pierwszy krok, ale jakość czyszczenia zależy od środowiska, w którym się znajduje.
Hatelt powiedział, że ciągle widzi skażone miejsca pracy. Kluczowe jest wyeliminowanie obecności węgla w środowisku pracy ze stali nierdzewnej. Często zdarza się, że warsztaty, które używają stali, przechodzą na stal nierdzewną bez odpowiedniego przygotowania środowiska pracy do tego materiału. To błąd, zwłaszcza jeśli nie mogą rozdzielić tych dwóch materiałów lub kupić własnego zestawu narzędzi.
„Jeśli masz szczotkę drucianą do szlifowania lub obróbki stali nierdzewnej i używasz jej do stali węglowej, nie możesz już używać stali nierdzewnej” – powiedział Radaelli. „Szczotki są teraz zanieczyszczone węglem i rdzą. Gdy szczotki zostaną zanieczyszczone krzyżowo, nie da się ich wyczyścić”.
Hatelt powiedział, że sklepy powinny używać oddzielnych narzędzi do przygotowywania materiałów, ale powinny również oznaczać narzędzia „tylko ze stali nierdzewnej”, aby uniknąć niepotrzebnych zanieczyszczeń.
Wybierając narzędzia do spawania stali nierdzewnej, warsztaty powinny wziąć pod uwagę wiele czynników, w tym opcje odprowadzania ciepła, rodzaj minerału, prędkość i wielkość ziarna.
„Wybór materiału ściernego z powłoką rozpraszającą ciepło to dobry punkt wyjścia” – powiedział Miholics. „Stal nierdzewna jest bardzo twarda i generuje więcej ciepła podczas szlifowania niż stal miękka. Ciepło musi gdzieś odprowadzić, dlatego zastosowano powłokę, która pozwala mu przepływać do krawędzi tarczy, zamiast zatrzymywać się w miejscu szlifowania. W tym momencie było to idealne rozwiązanie”.
Wybór materiału ściernego zależy również od tego, jak ma wyglądać całe wykończenie – dodaje. Wszystko zależy od gustu. Minerały tlenku glinu w materiałach ściernych są zdecydowanie najczęściej używanym rodzajem w procesach wykańczania. Aby powierzchnia stali nierdzewnej miała niebieski kolor, należy użyć minerału węglika krzemu. Jest on ostrzejszy i pozostawia głębsze nacięcia, które inaczej odbijają światło, nadając stali niebieski kolor. Jeśli operator poszukuje konkretnego lub wyjątkowego wykończenia powierzchni, najlepiej porozmawiać z dostawcą.
„Obroty na minutę to duży problem” – powiedział Hatelt. „Różne narzędzia wymagają różnych obrotów na minutę i często pracują zbyt szybko. Zastosowanie odpowiednich obrotów na minutę zapewnia najlepsze rezultaty, zarówno pod względem szybkości, jak i jakości wykonania. Wiedz, jakiego wykończenia oczekujesz i jak je zmierzyć”.
Douville dodał, że inwestowanie w narzędzia wykańczające o zmiennej prędkości jest jednym ze sposobów rozwiązania problemów z prędkością. Wielu operatorów próbuje zwykłej szlifierki do wykańczania, ale ma ona wysoką prędkość tylko do cięcia. Aby ukończyć proces, należy zwolnić. Wybór narzędzia wykańczającego o zmiennej prędkości pozwoli zaoszczędzić czas i pieniądze, a także umożliwi operatorowi dopasowanie wykończenia.
Przy wyborze materiału ściernego ważna jest także jego ziarnistość. Operator powinien zacząć od wybrania najlepszej ziarnistości dla danego zastosowania.
Zaczynając od granulacji 60 lub 80 (średniej), operator może niemal natychmiast przejść na granulację 120 (drobną), a następnie na 220 (bardzo drobną), która nada stali nierdzewnej wykończenie nr 4.
„To może być tak proste, jak trzy kroki” – powiedział Radaelli. „Jeśli jednak operator ma do czynienia z dużą spoiną, nie może zacząć od gradacji 60 lub 80 i może wybrać gradację 24 (bardzo gruba) lub 36 (gruba). To dodatkowy krok i może być trudne do usunięcia z materiału. Pozostają na nim głębokie rysy”.
Ponadto dodanie sprayu lub żelu antyodpryskowego może okazać się pomocne spawaczowi, jednak często zapomina się o tym podczas spawania stali nierdzewnej — mówi Douville. Części z odpryskami muszą zostać usunięte, co może zarysować powierzchnię, wymagać dodatkowego szlifowania i marnować więcej czasu. Ten etap można łatwo wyeliminować, stosując system antyodpryskowy.
Lindsay Luminoso, zastępca redaktora naczelnego, publikuje w Metal Fabrication Canada i Fabrication and Welding Canada. W latach 2014–2016 była zastępcą redaktora naczelnego/redaktorem strony internetowej w Metal Fabrication Canada, ostatnio jako zastępca redaktora naczelnego ds. projektowania inżynieryjnego.
Luminoso uzyskał tytuł licencjata nauk humanistycznych na Uniwersytecie Carleton, tytuł licencjata nauk pedagogicznych na Uniwersytecie w Ottawie oraz certyfikat ukończenia studiów podyplomowych w zakresie książek, czasopism i publikacji cyfrowych w Centennial College.
Bądź na bieżąco z najnowszymi wiadomościami, wydarzeniami i technologiami dotyczącymi wszystkich metali dzięki naszym dwóm miesięcznym newsletterom pisanym wyłącznie dla kanadyjskich producentów!
Teraz, dzięki pełnemu dostępowi do wydania cyfrowego Canadian Metalworking, masz łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Teraz dzięki pełnemu dostępowi do wydania cyfrowego czasopisma Made in Canada and Welding masz łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Randy McDonald, emerytowany kierownik ds. produktów w Overtone, dzieli się wskazówkami i poradami, które zebrał w ciągu 40 lat doświadczenia. Korzystając z polerki o zmiennej prędkości FEIN WPO 14-25E oraz akcesoriów do wykańczania i polerowania z bogatej oferty akcesoriów polerskich FEIN Canada, Randy krok po kroku przeprowadza nas przez cały proces.