Для обеспечения надлежащей пассивации специалисты проводят электрохимическую очистку продольных сварных швов прокатанных профилей из нержавеющей стали. Изображение предоставлено компанией Walter Surface Technologies.
Представьте, что производитель заключает контракт на изготовление ключевых деталей из нержавеющей стали. Листовой металл и трубчатые профили разрезаются, гнутся и свариваются, прежде чем попасть на станцию ​​окончательной обработки. Деталь состоит из пластин, приваренных вертикально к трубе. Сварные швы выглядят хорошо, но это не идеальная деталь, которую ищет заказчик. В результате шлифовальный станок тратит больше времени на удаление сварочного металла, чем обычно. Затем, увы, на поверхности появляются отчетливые синие пятна – явный признак слишком большого нагрева. В этом случае это означает, что деталь не будет соответствовать требованиям заказчика.
Шлифовка и финишная обработка, часто выполняемые вручную, требуют ловкости и мастерства. Ошибки в финишной обработке могут обойтись очень дорого, учитывая всю ценность, вложенную в обрабатываемую деталь. Добавление дорогостоящих термочувствительных материалов, таких как нержавеющая сталь, может привести к дополнительным затратам на переделку и утилизацию отходов. В сочетании с такими осложнениями, как загрязнение и нарушения пассивации, некогда прибыльная работа с нержавеющей сталью может превратиться в убыточную или даже наносящую ущерб репутации проблему.
Как производители могут предотвратить все это? Они могут начать с углубления своих знаний в области шлифовки и финишной обработки, понимания роли каждого из этих процессов и того, как они влияют на заготовки из нержавеющей стали.
Это не синонимы. На самом деле, у каждого своя принципиально разная цель. Шлифовка удаляет такие материалы, как заусенцы и излишки сварочного металла, а финишная обработка обеспечивает финишную обработку металлической поверхности. Путаница понятна, учитывая, что те, кто шлифует большими шлифовальными кругами, очень быстро удаляют большое количество металла, и это может оставлять очень глубокие царапины. Но при шлифовке царапины — это лишь побочный эффект; цель состоит в быстром удалении материала, особенно при работе с термочувствительными металлами, такими как нержавеющая сталь.
Финишная обработка выполняется поэтапно: оператор начинает с более крупной зернистости и постепенно переходит к более мелким шлифовальным кругам, нетканым абразивам, а также, возможно, войлочной ткани и полировальной пасте для достижения зеркальной поверхности. Цель состоит в достижении определенного конечного результата (рисунка царапин). На каждом этапе (с более мелкой зернистостью) удаляются более глубокие царапины с предыдущего этапа, а на их место приходят более мелкие.
Поскольку шлифовка и финишная обработка преследуют разные цели, они часто не дополняют друг друга и могут даже противоречить друг другу, если используется неправильная стратегия применения расходных материалов. Для удаления излишков сварочного металла операторы используют шлифовальные круги для создания очень глубоких царапин, а затем передают деталь на правку, которой теперь приходится тратить много времени на удаление этих глубоких царапин. Такая последовательность шлифовки и финишной обработки может по-прежнему быть наиболее эффективным способом удовлетворения требований заказчика к финишной обработке. Но опять же, это не взаимодополняющие процессы.
Поверхности заготовок, предназначенные для технологичности изготовления, как правило, не требуют шлифовки и финишной обработки. Шлифовка деталей — это лишь один из способов удаления сварных швов или другого материала, а глубокие царапины, оставленные шлифовальным кругом, — именно то, что нужно заказчику. Детали, требующие только финишной обработки, изготавливаются таким образом, чтобы не требовалось чрезмерного удаления материала. Типичным примером является деталь из нержавеющей стали с красивым сварным швом, выполненным в защитной газовольфрамовой среде, который нужно лишь подогнать и отполировать до соответствия рисунку поверхности заготовки.
Шлифовальные станки с малосъемными кругами могут создавать значительные трудности при работе с нержавеющей сталью. Кроме того, перегрев может вызвать воронение и изменить свойства материала. Цель состоит в том, чтобы поддерживать низкую температуру нержавеющей стали на протяжении всего процесса.
С этой целью полезно выбрать шлифовальный круг с наиболее высокой скоростью съема материала, соответствующей выполняемой задаче и бюджету. Круги из диоксида циркония шлифуют быстрее, чем круги из оксида алюминия, но в большинстве случаев керамические круги показывают наилучшие результаты.
Чрезвычайно прочные и острые керамические частицы изнашиваются уникальным образом. Постепенно разрушаясь, они не шлифуют до плоского состояния, а сохраняют остроту кромки. Это означает, что они могут удалять материал очень быстро, часто за гораздо меньшее время, чем другие шлифовальные круги. В целом, это делает керамические шлифовальные круги выгодным приобретением. Они идеально подходят для обработки нержавеющей стали, поскольку быстро удаляют крупные стружки и выделяют меньше тепла и деформаций.
Независимо от того, какой шлифовальный круг выберет производитель, необходимо учитывать потенциальное загрязнение. Большинство производителей знают, что нельзя использовать один и тот же шлифовальный круг для углеродистой и нержавеющей стали. Многие физически разделяют операции шлифовки углеродистой и нержавеющей стали. Даже крошечные искры углеродистой стали, попадающие на заготовки из нержавеющей стали, могут вызвать проблемы с загрязнением. Во многих отраслях, таких как фармацевтическая и атомная промышленность, расходные материалы должны иметь рейтинг «экологически чистые». Это означает, что шлифовальные круги для нержавеющей стали должны быть практически не содержать (менее 0,1%) железа, серы и хлора.
Шлифовальные круги сами по себе не шлифуют; для этого нужен электроинструмент. Можно сколько угодно расхваливать преимущества шлифовальных кругов или электроинструментов, но на самом деле электроинструменты и шлифовальные круги работают как единая система. Керамические шлифовальные круги предназначены для угловых шлифовальных машин с определенной мощностью и крутящим моментом. Хотя некоторые пневматические шлифовальные машины обладают необходимыми характеристиками, большая часть шлифовки керамическими кругами выполняется с помощью электроинструментов.
Недостаточная мощность и крутящий момент шлифовальных машин могут вызывать серьезные проблемы, даже при использовании самых современных абразивов. Недостаток мощности и крутящего момента может привести к значительному замедлению инструмента под давлением, что, по сути, препятствует выполнению керамическими частицами шлифовального круга своей основной функции: быстрому удалению крупных кусков металла, тем самым уменьшая количество теплоносителя, поступающего в шлифовальный круг.
Это усугубляет порочный круг: шлифовщики видят, что материал не удаляется, поэтому инстинктивно давят сильнее, что, в свою очередь, приводит к избыточному нагреву и посинению. В итоге они давят так сильно, что шлифовальные круги покрываются глазурью, что заставляет их работать интенсивнее и выделять больше тепла, прежде чем они поймут, что нужно заменить круги. Если таким образом обрабатывать тонкие трубы или листы, они в конечном итоге пройдут насквозь через материал.
Конечно, если операторы не обучены должным образом, даже при использовании лучших инструментов, этот порочный круг может повториться, особенно когда речь идет о давлении, которое они оказывают на заготовку. Наилучшей практикой является максимально приближение к номинальному току шлифовальной машины. Если оператор использует шлифовальную машину на 10 ампер, он должен прижимать ее настолько сильно, чтобы машина потребляла около 10 ампер.
Использование амперметра может помочь стандартизировать операции шлифовки, если производитель обрабатывает большие объемы дорогостоящей нержавеющей стали. Конечно, на практике амперметр используется редко, поэтому лучше всего внимательно прислушиваться. Если оператор слышит и чувствует резкое падение оборотов, возможно, он слишком сильно нагружает инструмент.
Прислушиваться к слишком лёгкому (то есть слишком слабому) нажатию бывает сложно, поэтому в этом случае может помочь наблюдение за потоком искр. При шлифовании нержавеющей стали искры будут темнее, чем при шлифовании углеродистой стали, но они всё равно должны быть видны и равномерно выступать за пределы рабочей зоны. Если оператор внезапно замечает уменьшение количества искр, это может быть связано с недостаточным давлением или засаливанием шлифовального круга.
Операторам также необходимо поддерживать постоянный рабочий угол. Если они подходят к заготовке под углом, близким к горизонтальному (почти параллельно заготовке), это может привести к сильному перегреву; если же они подходят под слишком большим углом (почти вертикально), существует риск врезать кромку шлифовального круга в металл. При использовании шлифовального круга типа 27 следует подходить к заготовке под углом от 20 до 30 градусов. При использовании шлифовальных кругов типа 29 рабочий угол должен составлять около 10 градусов.
Шлифовальные круги типа 28 (конические) обычно используются для шлифовки плоских поверхностей с целью удаления материала на более широких участках шлифования. Эти конические круги также лучше всего работают при меньших углах шлифования (около 5 градусов), что помогает снизить утомляемость оператора.
Это вводит еще один важный фактор: выбор правильного типа шлифовального круга. Круг типа 27 имеет точку контакта с металлической поверхностью; круг типа 28 имеет линию контакта из-за своей конической формы; круг типа 29 имеет контактную поверхность.
Наиболее распространенные шлифовальные круги типа 27 справляются со многими задачами, но их форма затрудняет обработку деталей с глубоким профилем и изгибами, таких как сварные соединения из труб из нержавеющей стали. Профильная форма круга типа 29 облегчает работу операторам, которым необходимо шлифовать комбинацию изогнутых и плоских поверхностей. Круг типа 29 достигает этого за счет увеличения площади контакта с поверхностью, что означает, что оператору не нужно тратить много времени на шлифовку в каждом месте — это хорошая стратегия для снижения тепловыделения.
На самом деле, это относится к любому шлифовальному кругу. При шлифовании оператор не должен долго оставаться на одном месте. Предположим, оператор удаляет металл из углового шва длиной в несколько футов. Он может поворачивать круг короткими движениями вверх и вниз, но это может привести к перегреву заготовки, поскольку он долгое время держит круг в небольшой области. Чтобы уменьшить тепловыделение, оператор может пройтись по всему сварному шву в одном направлении около одного края, затем поднять инструмент (давая заготовке время остыть) и пройтись по заготовке в том же направлении около другого края. Другие методы тоже работают, но у всех них есть одна общая черта: они позволяют избежать перегрева, постоянно поддерживая движение шлифовального круга.
Для достижения этой цели также помогают широко используемые методы «шлифовки». Предположим, оператор шлифует стыковой сварной шов в плоском положении. Чтобы уменьшить термическое напряжение и чрезмерное врезание шлифовального круга в материал, он избегает перемещения шлифовального круга вдоль шва. Вместо этого он начинает с конца и тянет шлифовальный круг вдоль шва. Это также предотвращает чрезмерное врезание круга в материал.
Конечно, любая технология может привести к перегреву металла, если оператор работает слишком медленно. Слишком медленная работа приведет к перегреву заготовки; слишком быстрая работа может занять много времени. Поиск оптимальной скорости подачи обычно требует опыта. Но если оператор не знаком с данной задачей, он может шлифовать лом, чтобы «почувствовать» подходящую скорость подачи для обрабатываемой заготовки.
Стратегия финишной обработки зависит от состояния поверхности материала на момент его поступления и отгрузки из цеха финишной обработки. Необходимо определить начальную точку (полученное состояние поверхности) и конечную точку (требуемая финишная обработка), а затем составить план оптимального пути между этими двумя точками.
Зачастую оптимальный способ обработки начинается не с использования высокоагрессивного абразива. Это может показаться нелогичным. В конце концов, почему бы не начать с крупнозернистого песка, чтобы получить шероховатую поверхность, а затем перейти к более мелкому? Разве начинать с более мелкой зернистости не было бы крайне неэффективно?
Не обязательно, это опять же связано с особенностями сортировки. На каждом этапе, когда зернистость уменьшается, кондиционер заменяет более глубокие царапины более мелкими. Если начать с наждачной бумаги зернистостью 40 или шлифовального диска, на металле останутся глубокие царапины. Было бы замечательно, если бы эти царапины приблизили поверхность к желаемому результату; именно поэтому существуют шлифовальные материалы зернистостью 40. Однако, если заказчик запрашивает отделку № 4 (направленная шлифовка щеткой), удаление глубоких царапин, созданных абразивом № 40, займет много времени. Мастера либо постепенно уменьшают зернистость, либо тратят много времени на удаление крупных царапин и замену их более мелкими абразивами. Это не только неэффективно, но и приводит к чрезмерному нагреву заготовки.
Конечно, использование мелкозернистых абразивов на шероховатых поверхностях может быть медленным процессом, а в сочетании с неправильной техникой — чрезмерным нагревом. Именно здесь на помощь приходит шлифовальный диск «два в одном» или диск со смещенными лепестками. Эти диски содержат абразивные ткани в сочетании с материалами для обработки поверхности. Они позволяют шлифовальному станку эффективно использовать абразивы для удаления материала, одновременно обеспечивая более гладкую поверхность.
Следующий этап окончательной обработки может включать использование нетканых материалов, что иллюстрирует еще одну уникальную особенность финишной обработки: этот процесс лучше всего работает с электроинструментами с регулируемой скоростью. Угловая шлифовальная машина, работающая со скоростью 10 000 об/мин, может работать с некоторыми шлифовальными материалами, но она полностью расплавит некоторые нетканые материалы. По этой причине специалисты по финишной обработке снижают скорость до 3000–6000 об/мин перед началом этапа обработки неткаными материалами. Конечно, точная скорость зависит от области применения и расходных материалов. Например, барабаны для нетканых материалов обычно вращаются со скоростью от 3000 до 4000 об/мин, а диски для обработки поверхности — от 4000 до 6000 об/мин.
Наличие подходящих инструментов (шлифовальные машины с регулируемой скоростью, различные абразивные материалы) и определение оптимального количества этапов, по сути, позволяют составить карту, показывающую наилучший путь от поступающего материала до готового изделия. Точный путь варьируется в зависимости от задачи, но опытные специалисты по обрезке следуют этому пути, используя схожие методы обрезки.
Нетканые валики завершают обработку поверхности из нержавеющей стали. Для эффективной обработки и оптимального срока службы расходных материалов различные абразивные материалы работают с разной частотой вращения.
Во-первых, они не торопятся. Если видят, что тонкая заготовка из нержавеющей стали сильно нагревается, прекращают обработку в одном месте и начинают в другом. Или же они могут работать над двумя разными изделиями одновременно. Они немного работают над одним, затем над другим, давая другой заготовке время остыть.
При полировке до зеркального блеска полировщик может использовать перекрестную полировку с помощью полировального барабана или полировального диска в направлении, перпендикулярном предыдущему этапу. Перекрестная шлифовка выделяет участки, которые необходимо сгладить с предыдущим рисунком царапин, но все еще не позволит добиться зеркального блеска, соответствующего оттенку № 8. После удаления всех царапин для создания желаемого глянцевого покрытия необходимы войлочная ткань и полировальный круг.
Для достижения нужного результата производители должны обеспечить специалистов по отделке необходимыми инструментами, включая сами инструменты и материалы, а также средствами коммуникации, такими как создание стандартных образцов для определения того, как должна выглядеть определенная отделка. Эти образцы (размещенные рядом с цехом отделки, в учебных материалах и в рекламных материалах) помогают всем работать согласованно.
Что касается непосредственно оснастки (включая электроинструменты и абразивные материалы), геометрия некоторых деталей может представлять трудности даже для самых опытных сотрудников цеха финишной обработки. Именно здесь на помощь приходят профессиональные инструменты.
Предположим, оператору необходимо обработать тонкостенную трубчатую конструкцию из нержавеющей стали. Использование лепестковых шлифовальных дисков или даже барабанов может вызвать проблемы, привести к перегреву, а иногда и к образованию плоского участка на самой трубе. В этом случае могут помочь ленточные шлифовальные машины, предназначенные для обработки труб. Конвейерная лента обхватывает большую часть диаметра трубы, распределяя точки контакта, повышая эффективность и снижая тепловыделение. Тем не менее, как и в любом другом случае, обработчику все равно необходимо переместить ленточную шлифовальную машину в другое место, чтобы уменьшить избыточное тепловыделение и избежать посинения.
То же самое относится и к другим профессиональным инструментам для отделки. Рассмотрим ленточную шлифовальную машинку с пальцами, предназначенную для работы в стесненных условиях. Отделочник может использовать ее для обработки углового сварного шва между двумя досками под острым углом. Вместо того чтобы перемещать ленточную шлифовальную машинку вертикально (подобно чистке зубов), шлифовщик перемещает ее горизонтально вдоль верхней части углового сварного шва, затем вдоль нижней части, следя за тем, чтобы шлифовальная машинка не оставалась в одном положении слишком долго.
Сварка, шлифовка и финишная обработка нержавеющей стали создают еще одну сложность: обеспечение надлежащей пассивации. После всех этих воздействий на поверхность материала остаются ли какие-либо загрязнения, которые могли бы помешать естественному образованию хромового слоя на всей поверхности нержавеющей стали? Последнее, чего хочет производитель, — это недовольный клиент, жалующийся на ржавые или загрязненные детали. Именно здесь вступают в игру надлежащая очистка и отслеживаемость.
Электрохимическая очистка может помочь удалить загрязнения для обеспечения надлежащей пассивации, но когда следует проводить эту очистку? Это зависит от области применения. Если производители очищают нержавеющую сталь для обеспечения полной пассивации, они обычно делают это сразу после сварки. Невыполнение этого требования означает, что чистящее средство может собрать поверхностные загрязнения с заготовки и распространить их в других местах. Однако для некоторых ответственных применений производители могут предпочесть дополнительные этапы очистки — возможно, даже проверку надлежащей пассивации до того, как нержавеющая сталь покинет заводской цех.
Предположим, производитель сваривает ответственный компонент из нержавеющей стали для атомной промышленности. Профессиональный сварщик, использующий газовольфрамовую дуговую сварку, накладывает идеально ровный шов. Но опять же, это ответственное производство. Сотрудник цеха финишной обработки использует щетку, подключенную к электрохимической системе очистки, для очистки поверхности сварного шва. Затем он обрабатывает край сварного шва нетканым абразивом и полировальной тканью, добиваясь ровной, гладкой поверхности. Затем следует заключительная обработка щеткой с использованием электрохимической системы очистки. После выдержки в течение одного-двух дней, с помощью ручного измерительного прибора проверяется правильность пассивации детали. Результаты, записанные и сохраненные вместе с работой, показывают, что деталь была полностью пассивирована до отправки с завода.
На большинстве производственных предприятий шлифовка, финишная обработка и очистка пассивации нержавеющей стали обычно выполняются на более поздних этапах производства. Фактически, они, как правило, проводятся незадолго до отгрузки готовой продукции.
Неправильно обработанные детали приводят к образованию одних из самых дорогостоящих бракованных изделий и необходимости доработки, поэтому производителям имеет смысл пересмотреть свои цеха шлифовки и финишной обработки. Улучшения в шлифовке и финишной обработке помогают устранить основные узкие места, повысить качество, избавиться от проблем и, что наиболее важно, повысить удовлетворенность клиентов.
FABRICATOR — ведущий североамериканский журнал, посвященный металлообработке и формовке. Журнал публикует новости, технические статьи и примеры из практики, которые позволяют производителям более эффективно выполнять свою работу. FABRICATOR работает в отрасли с 1970 года.
Теперь, благодаря полному доступу к цифровой версии журнала The FABRICATOR, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Цифровая версия журнала The Tube & Pipe Journal теперь полностью доступна, обеспечивая легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Получите полный доступ к цифровой версии журнала STAMPING Journal, в котором представлены последние технологические достижения, лучшие практики и новости отрасли для рынка штамповки металла.
Теперь, благодаря полному доступу к цифровой версии журнала The Fabricator en Español, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.