Para garantir a passivação adequada, os técnicos realizam a limpeza eletroquímica das soldas longitudinais das seções laminadas de aço inoxidável. Imagem cedida pela Walter Surface Technologies.
Imagine que um fabricante firma um contrato para a fabricação de peças-chave em aço inoxidável. Chapas metálicas e seções tubulares são cortadas, dobradas e soldadas antes de chegarem à estação de acabamento. A peça consiste em placas soldadas verticalmente ao tubo. As soldas parecem boas, mas não atendem às expectativas do cliente. Como resultado, a retificadora gasta tempo removendo mais metal de solda do que o normal. Então, infelizmente, surgem manchas azuis distintas na superfície – um sinal claro de excesso de calor. Nesse caso, significa que a peça não atenderá aos requisitos do cliente.
Frequentemente executadas manualmente, as operações de retificação e acabamento exigem destreza e habilidade. Erros no acabamento podem ser muito dispendiosos, considerando todo o valor agregado à peça. Ao se trabalhar com materiais caros e sensíveis ao calor, como o aço inoxidável, os custos de retrabalho e descarte de sucata podem ser ainda maiores. Somados a complicações como contaminação e falhas na passivação, um trabalho com aço inoxidável, antes lucrativo, pode se transformar em um prejuízo financeiro ou até mesmo em um desastre que prejudica a reputação.
Como os fabricantes podem evitar tudo isso? Eles podem começar aprimorando seu conhecimento sobre retificação e acabamento, entendendo os papéis que cada um desempenha e como afetam as peças de aço inoxidável.
Não são sinônimos. Na verdade, cada um tem um objetivo fundamentalmente diferente. A retificação remove materiais como rebarbas e excesso de metal de solda, enquanto o acabamento proporciona um acabamento à superfície do metal. A confusão é compreensível, considerando que quem retifica com rebolos grandes remove muito metal rapidamente, o que pode deixar riscos profundos. Mas, na retificação, os riscos são apenas uma consequência; o objetivo é remover material rapidamente, principalmente ao trabalhar com metais sensíveis ao calor, como o aço inoxidável.
O acabamento é feito em etapas, com o operador começando com uma lixa de grão mais grosso e progredindo para rebolos mais finos, abrasivos não tecidos e, possivelmente, feltro e pasta de polimento para obter um acabamento espelhado. O objetivo é alcançar um determinado acabamento final (padrão de riscos). Cada etapa (com a lixa de grão mais fino) remove os riscos mais profundos da etapa anterior e os substitui por riscos menores.
Como a retificação e o acabamento têm objetivos diferentes, muitas vezes não se complementam e podem até se contradizer se a estratégia de consumíveis utilizada for inadequada. Para remover o excesso de metal de solda, os operadores usam rebolos para criar riscos muito profundos e, em seguida, entregam a peça a um dressador, que agora precisa gastar muito tempo removendo esses riscos profundos. Essa sequência de retificação para acabamento pode até ser a maneira mais eficiente de atender aos requisitos de acabamento do cliente. Mas, novamente, não são processos complementares.
As superfícies das peças projetadas para fabricação geralmente não requerem retificação e acabamento. As peças que são retificadas passam por esse processo apenas porque a retificação é a maneira mais rápida de remover soldas ou outros materiais, e os riscos profundos deixados pela rebolo são exatamente o que o cliente deseja. As peças que requerem apenas acabamento são fabricadas de forma a não exigir remoção excessiva de material. Um exemplo típico é uma peça de aço inoxidável com uma bela solda TIG (gás tungstênio) que precisa apenas ser integrada e combinada ao padrão de acabamento do substrato.
Esmerilhadeiras com discos de baixa remoção de material podem apresentar desafios significativos ao trabalhar com aço inoxidável. Da mesma forma, o superaquecimento pode causar oxidação azulada e alterar as propriedades do material. O objetivo é manter o aço inoxidável o mais frio possível durante todo o processo.
Para isso, é útil selecionar o rebolo com a maior taxa de remoção de material, considerando a aplicação e o orçamento disponíveis. Rebolos de zircônia removem material mais rapidamente do que os de alumina, mas, na maioria dos casos, os rebolos de cerâmica apresentam melhor desempenho.
As partículas cerâmicas extremamente resistentes e afiadas sofrem um desgaste único. À medida que se desintegram gradualmente, não ficam planas, mas mantêm uma aresta afiada. Isso significa que podem remover material muito rapidamente, muitas vezes em uma fração do tempo necessário para outros rebolos. Geralmente, isso faz com que os rebolos de cerâmica valham o investimento. São ideais para aplicações em aço inoxidável, pois removem cavacos grandes rapidamente e geram menos calor e distorção.
Independentemente do rebolo escolhido pelo fabricante, é preciso levar em consideração a possibilidade de contaminação. A maioria dos fabricantes sabe que não pode usar o mesmo rebolo para aço carbono e aço inoxidável. Muitas pessoas separam fisicamente as operações de retificação de aço carbono e aço inoxidável. Mesmo pequenas faíscas de aço carbono que caem sobre peças de aço inoxidável podem causar problemas de contaminação. Muitas indústrias, como a farmacêutica e a nuclear, exigem que os consumíveis sejam classificados como livres de poluição. Isso significa que os rebolos para aço inoxidável devem ser praticamente isentos (menos de 0,1%) de ferro, enxofre e cloro.
Os discos de desbaste não se desbastam sozinhos; precisam de uma ferramenta elétrica. Qualquer um pode exaltar os benefícios dos discos de desbaste ou das ferramentas elétricas, mas a realidade é que as ferramentas elétricas e seus discos de desbaste funcionam como um sistema. Os discos de desbaste de cerâmica são projetados para esmerilhadeiras angulares com uma determinada potência e torque. Embora algumas esmerilhadeiras pneumáticas possuam as especificações necessárias, a maior parte do desbaste de discos de cerâmica é feita com ferramentas elétricas.
Esmerilhadeiras com potência e torque insuficientes podem causar sérios problemas, mesmo com os abrasivos mais avançados. A falta de potência e torque pode fazer com que a ferramenta diminua significativamente a velocidade sob pressão, impedindo que as partículas de cerâmica no rebolo façam o que foram projetadas para fazer: remover rapidamente grandes pedaços de metal, reduzindo assim a quantidade de material térmico que entra no rebolo.
Isso agrava um ciclo vicioso: os operadores de retífica percebem que o material não está sendo removido e, instintivamente, pressionam com mais força, o que, por sua vez, gera calor excessivo e oxidação. Acabam pressionando tanto que vitrificam os rebolos, o que os faz trabalhar mais e gerar mais calor antes que percebam que precisam substituí-los. Se você trabalha dessa forma com tubos ou chapas finas, eles acabam atravessando o material completamente.
É claro que, se os operadores não forem devidamente treinados, mesmo com as melhores ferramentas, esse ciclo vicioso pode ocorrer, especialmente no que diz respeito à pressão exercida sobre a peça de trabalho. A melhor prática é aproximar-se o máximo possível da corrente nominal da esmerilhadeira. Se o operador estiver usando uma esmerilhadeira de 10 amperes, ele deve pressionar com força suficiente para que a esmerilhadeira consuma cerca de 10 amperes.
O uso de um amperímetro pode ajudar a padronizar as operações de retificação se o fabricante processar grandes quantidades de aço inoxidável caro. Claro que poucas operações usam um amperímetro regularmente, então a melhor opção é prestar atenção. Se o operador ouvir e sentir a RPM cair rapidamente, pode ser que esteja aplicando força excessiva.
Perceber toques muito leves (ou seja, com pouca pressão) pode ser difícil, então, nesse caso, prestar atenção ao fluxo de faíscas pode ajudar. A esmerilhagem de aço inoxidável produz faíscas mais escuras do que a de aço carbono, mas elas ainda devem ser visíveis e se projetar da área de trabalho de maneira consistente. Se o operador de repente notar menos faíscas, pode ser porque não está aplicando pressão suficiente ou porque o rebolo está vitrificado.
Os operadores também precisam manter um ângulo de trabalho consistente. Se abordarem a peça em um ângulo quase plano (quase paralelo à peça), podem causar superaquecimento excessivo; se abordarem em um ângulo muito alto (quase vertical), correm o risco de a borda do disco penetrar no metal. Se estiverem usando um disco do Tipo 27, devem abordar a peça em um ângulo de 20 a 30 graus. Se estiverem usando discos do Tipo 29, o ângulo de trabalho deve ser em torno de 10 graus.
Os rebolos tipo 28 (cônicos) são normalmente usados ​​para retificar superfícies planas, removendo material em percursos de retificação mais amplos. Esses rebolos cônicos também apresentam melhor desempenho em ângulos de retificação menores (cerca de 5 graus), ajudando a reduzir a fadiga do operador.
Isso introduz outro fator crítico: escolher o tipo certo de rebolo. O rebolo Tipo 27 tem um ponto de contato na superfície do metal; o rebolo Tipo 28 tem uma linha de contato devido ao seu formato cônico; o rebolo Tipo 29 tem uma superfície de contato.
As rebolos do tipo 27, as mais comuns, são eficazes em muitas aplicações, mas seu formato dificulta o trabalho com peças de perfis e curvas acentuadas, como conjuntos soldados de tubos de aço inoxidável. O formato do perfil da rebolo do tipo 29 facilita o trabalho de operadores que precisam retificar uma combinação de superfícies curvas e planas. A rebolo do tipo 29 consegue isso aumentando a área de contato com a superfície, o que significa que o operador não precisa gastar muito tempo retificando cada ponto – uma boa estratégia para reduzir o acúmulo de calor.
Na verdade, isso se aplica a qualquer rebolo. Ao esmerilhar, o operador não deve permanecer no mesmo lugar por muito tempo. Suponha que um operador esteja removendo metal de um filete de vários metros de comprimento. Ele pode direcionar o rebolo em movimentos curtos para cima e para baixo, mas isso pode superaquecer a peça, pois mantém o rebolo em uma área pequena por longos períodos. Para reduzir a entrada de calor, o operador pode percorrer toda a solda em uma direção perto de uma das extremidades, depois levantar a ferramenta (dando tempo para a peça esfriar) e percorrer a peça na mesma direção perto da outra extremidade. Outras técnicas funcionam, mas todas têm uma característica em comum: evitam o superaquecimento mantendo o rebolo em movimento.
Técnicas comuns de "cardagem" também ajudam a atingir esse objetivo. Suponha que o operador esteja esmerilhando uma solda de topo em posição plana. Para reduzir o estresse térmico e a escavação excessiva, ele evita empurrar a esmerilhadeira ao longo da junta. Em vez disso, ele começa na extremidade e puxa a esmerilhadeira ao longo da junta. Isso também impede que o disco penetre demais no material.
É claro que qualquer técnica pode superaquecer o metal se o operador trabalhar muito lentamente. Se trabalhar muito lentamente, a peça superaquecerá; se trabalhar muito rápido, a retificação poderá demorar muito. Encontrar o ponto ideal de avanço geralmente requer experiência. Mas, se o operador não estiver familiarizado com o trabalho, ele pode retificar a sucata para sentir a velocidade de avanço adequada para a peça em questão.
A estratégia de acabamento gira em torno da condição da superfície do material ao chegar e ao sair do departamento de acabamento. Identifique o ponto de partida (condição da superfície recebida) e o ponto de chegada (acabamento desejado) e, em seguida, elabore um plano para encontrar o melhor caminho entre esses dois pontos.
Muitas vezes, o melhor caminho não começa com um abrasivo muito agressivo. Isso pode parecer contraintuitivo. Afinal, por que não começar com areia grossa para obter uma superfície áspera e depois passar para uma areia mais fina? Não seria muito ineficiente começar com uma granulometria mais fina?
Não necessariamente, isso tem a ver com a natureza da polimento. À medida que cada etapa atinge uma granulação menor, o condicionador substitui os riscos mais profundos por riscos mais superficiais e finos. Se começarem com lixa de grão 40 ou um disco de polimento, deixarão riscos profundos no metal. Seria ótimo se esses riscos aproximassem a superfície do acabamento desejado; é por isso que existem os materiais de acabamento de grão 40. No entanto, se o cliente solicitar um acabamento nº 4 (acabamento escovado direcional), os riscos profundos criados por um abrasivo nº 40 levarão muito tempo para serem removidos. Os polidores ou passam por várias granulações menores ou gastam muito tempo usando abrasivos de grão fino para remover esses riscos grandes e substituí-los por riscos menores. Além de ser ineficiente, isso também introduz muito calor na peça de trabalho.
É claro que usar abrasivos de grão fino em superfícies ásperas pode ser lento e, combinado com uma técnica inadequada, gerar muito calor. É aí que um disco de lixa duplo ou com abas escalonadas pode ajudar. Esses discos incluem panos abrasivos combinados com materiais para tratamento de superfície. Eles permitem que o profissional use abrasivos para remover material, deixando um acabamento mais liso.
A próxima etapa no acabamento final pode envolver o uso de não-tecidos, o que ilustra outra característica singular do acabamento: o processo funciona melhor com ferramentas elétricas de velocidade variável. Uma esmerilhadeira angular a 10.000 RPM pode funcionar com alguns abrasivos, mas derreterá completamente alguns não-tecidos. Por esse motivo, os acabadores reduzem a velocidade para entre 3.000 e 6.000 RPM antes de iniciar a etapa de acabamento com não-tecidos. Obviamente, a velocidade exata depende da aplicação e dos consumíveis. Por exemplo, os tambores para não-tecidos geralmente giram entre 3.000 e 4.000 RPM, enquanto os discos para tratamento de superfície geralmente giram entre 4.000 e 6.000 RPM.
Ter as ferramentas certas (esmerilhadeiras de velocidade variável, diferentes abrasivos) e determinar o número ideal de etapas basicamente fornece um mapa que revela o melhor caminho entre o material de entrada e o material acabado. O caminho exato varia de acordo com a aplicação, mas os aparadores experientes seguem esse caminho usando técnicas de aparamento semelhantes.
Os rolos de tecido não tecido completam a superfície de aço inoxidável. Para um acabamento eficiente e vida útil ideal dos consumíveis, diferentes meios de acabamento operam em diferentes rotações por minuto (RPM).
Primeiro, eles não têm pressa. Se veem uma peça fina de aço inoxidável esquentando, param o acabamento em uma área e começam em outra. Ou podem estar trabalhando em duas peças diferentes ao mesmo tempo. Trabalham um pouco em uma e depois na outra, dando tempo para a outra peça esfriar.
Ao polir para obter um acabamento espelhado, o polidor pode realizar um polimento cruzado com um tambor ou disco de polimento, em uma direção perpendicular à etapa anterior. O lixamento cruzado destaca as áreas que precisam ser suavizadas em relação ao padrão de riscos anterior, mas ainda não deixará a superfície com um acabamento espelhado de grão 8. Depois que todos os riscos forem removidos, um pano de feltro e uma roda de polimento são necessários para criar o acabamento brilhante desejado.
Para obter o acabamento desejado, os fabricantes precisam fornecer aos acabadores as ferramentas adequadas, incluindo as próprias ferramentas e os materiais de acabamento, bem como ferramentas de comunicação, como o estabelecimento de amostras padrão para determinar a aparência ideal de um determinado acabamento. Essas amostras (afixadas perto do departamento de acabamento, em materiais de treinamento e em folhetos de vendas) ajudam a alinhar todos os envolvidos.
No que diz respeito às ferramentas propriamente ditas (incluindo ferramentas elétricas e abrasivos), a geometria de certas peças pode apresentar desafios até mesmo para os funcionários mais experientes do departamento de acabamento. É aí que as ferramentas profissionais podem ajudar.
Suponha que um operador precise finalizar a montagem de um tubo de aço inoxidável de paredes finas. O uso de discos de lixa ou mesmo tambores pode causar problemas, superaquecimento e, às vezes, até mesmo criar uma área plana no próprio tubo. Nesse caso, lixadeiras de cinta projetadas para tubos podem ajudar. A correia transportadora envolve a maior parte do diâmetro do tubo, distribuindo os pontos de contato, aumentando a eficiência e reduzindo a entrada de calor. Dito isso, como em qualquer outro processo, o operador ainda precisa mover a lixadeira de cinta para uma área diferente para minimizar o acúmulo excessivo de calor e evitar o azulamento.
O mesmo se aplica a outras ferramentas profissionais de acabamento. Considere uma lixadeira de cinta de dedo projetada para espaços apertados. Um profissional de acabamento pode usá-la para seguir uma solda de filete entre duas tábuas em um ângulo agudo. Em vez de mover a lixadeira de cinta de dedo verticalmente (como escovar os dentes), o profissional a move horizontalmente ao longo da extremidade superior da solda de filete e, em seguida, da extremidade inferior, certificando-se de que a lixadeira de dedo não permaneça em uma mesma posição por muito tempo.
A soldagem, retificação e acabamento do aço inoxidável introduzem outra complicação: garantir a passivação adequada. Após todas essas perturbações na superfície do material, restam contaminantes que impeçam a formação natural da camada de cromo do aço inoxidável em toda a sua superfície? A última coisa que um fabricante deseja é um cliente insatisfeito reclamando de peças enferrujadas ou contaminadas. É aqui que entram em jogo a limpeza adequada e a rastreabilidade.
A limpeza eletroquímica pode ajudar a remover contaminantes para garantir a passivação adequada, mas quando essa limpeza deve ser realizada? Depende da aplicação. Se os fabricantes limpam o aço inoxidável para promover a passivação completa, geralmente o fazem imediatamente após a soldagem. Não fazer isso significa que o meio de acabamento pode coletar contaminantes da superfície da peça e espalhá-los para outros locais. No entanto, para algumas aplicações críticas, os fabricantes podem optar por inserir etapas de limpeza adicionais — talvez até mesmo testando a passivação adequada antes que o aço inoxidável saia da fábrica.
Suponha que um fabricante solde um componente crítico de aço inoxidável para a indústria nuclear. Um soldador profissional de arco de tungstênio com gás realiza uma solda perfeita, com uma espessura de apenas dez centavos. Mas, novamente, esta é uma aplicação crítica. Um funcionário do departamento de acabamento usa uma escova conectada a um sistema de limpeza eletroquímica para limpar a superfície da solda. Em seguida, ele suaviza a borda da solda usando um abrasivo não tecido e um pano de acabamento, obtendo um acabamento escovado uniforme. Depois, vem a escovação final com o sistema de limpeza eletroquímica. Após um ou dois dias de repouso, um dispositivo de teste portátil é usado para verificar se a peça foi passivada corretamente. Os resultados, registrados e arquivados junto com o trabalho, mostraram que a peça estava totalmente passivada antes de sair da fábrica.
Na maioria das fábricas, a retificação, o acabamento e a limpeza da passivação do aço inoxidável normalmente ocorrem a jusante. Na verdade, geralmente são executados pouco antes do envio do produto.
Peças com acabamento incorreto geram alguns dos custos mais elevados de sucata e retrabalho, portanto, faz sentido que os fabricantes reavaliem seus departamentos de retificação e acabamento. Melhorias nesses processos ajudam a aliviar gargalos importantes, aprimorar a qualidade, eliminar dores de cabeça e, principalmente, aumentar a satisfação do cliente.
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