Для обеспечения надлежащей пассивации специалисты электрохимически очищают продольные сварные швы прокатных профилей из нержавеющей стали. Изображение предоставлено Walter Surface Technologies
Представьте себе, что производитель заключает контракт на изготовление ключевых деталей из нержавеющей стали. Листовой металл и секции труб разрезаются, гнутся и свариваются перед отправкой на финишную станцию. Деталь состоит из пластин, вертикально приваренных к трубе. Сварные швы выглядят хорошо, но это не тот идеальный вариант, который нужен заказчику. В результате шлифовщик тратит время на удаление большего количества сварного металла, чем обычно. Затем, увы, на поверхности появляются отчетливые синие пятна — явный признак слишком большого подвода тепла. В этом случае это означает, что деталь не будет соответствовать требованиям заказчика.
Шлифовка и отделка, которые часто выполняются вручную, требуют ловкости и навыков. Ошибки при отделке могут обойтись очень дорого, учитывая всю ценность, которая была придана заготовке. Добавление дорогостоящих термочувствительных материалов, таких как нержавеющая сталь, затраты на переделку и установку лома могут быть выше. В сочетании с такими осложнениями, как загрязнение и сбои пассивации, некогда прибыльная работа с нержавеющей сталью может превратиться в убыточную или даже подрывающую репутацию неудачу.
Как производители могут предотвратить все это? Они могут начать с развития своих знаний в области шлифования и отделки, понимания роли каждого из них и того, как они влияют на детали из нержавеющей стали.
Это не синонимы. На самом деле, у каждого из них принципиально разные цели. Шлифовка удаляет такие материалы, как заусенцы и излишки сварного шва, в то время как финишная обработка обеспечивает финишную отделку поверхности металла. Путаница понятна, учитывая, что те, кто шлифует большими шлифовальными кругами, очень быстро снимают много металла, и это может оставить очень глубокие царапины. Но при шлифовке царапины — это всего лишь последствие; цель — быстро удалить материал, особенно при работе с термочувствительными металлами, такими как нержавеющая сталь.
Отделка выполняется поэтапно: оператор начинает с более крупного зерна и переходит к более мелким шлифовальным кругам, нетканым абразивам и, возможно, войлочной ткани и полировальной пасте для достижения зеркального блеска. Цель состоит в том, чтобы получить определенную конечную отделку (рисунок царапины). Каждый этап (более мелкая зернистость) удаляет более глубокие царапины от предыдущего этапа и заменяет их более мелкими царапинами.
Поскольку шлифовка и отделка имеют разные цели, они часто не дополняют друг друга и могут фактически играть друг против друга, если используется неправильная стратегия расходных материалов. Чтобы удалить излишки наплавленного металла, операторы используют шлифовальные круги, чтобы сделать очень глубокие царапины, затем передают деталь обточнику, которому теперь приходится тратить много времени на удаление этих глубоких царапин. Такая последовательность шлифования и отделки все еще может быть наиболее эффективным способом удовлетворения требований заказчика к отделке. Но, опять же, это не взаимодополняющие процессы.
Поверхности заготовок, предназначенные для технологичного производства, как правило, не требуют шлифовки и отделки. Детали, которые шлифуются, делают это только потому, что шлифовка — самый быстрый способ удаления сварных швов или другого материала, а глубокие царапины, оставленные шлифовальным кругом, — это именно то, что нужно заказчику. Детали, которые требуют только отделки, изготавливаются таким образом, что не требуют чрезмерного удаления материала. Типичным примером является деталь из нержавеющей стали с красивым сварным швом в защитном газе вольфрамом, который нужно просто выровнять и подогнать под рисунок отделки подложки.
Шлифовальные машины с кругами с низкой производительностью съема материала могут представлять значительные трудности при работе с нержавеющей сталью. Аналогичным образом, перегрев может привести к посинению и изменению свойств материала. Цель состоит в том, чтобы поддерживать нержавеющую сталь как можно более холодной на протяжении всего процесса.
Для этого следует выбрать шлифовальный круг с максимально возможной скоростью съема материала в соответствии с областью применения и бюджетом. Круги из диоксида циркония шлифуют быстрее, чем круги из оксида алюминия, но в большинстве случаев лучше всего подходят керамические круги.
Чрезвычайно прочные и острые керамические частицы изнашиваются уникальным образом. Поскольку они постепенно разрушаются, они не шлифуют плоско, а сохраняют острую кромку. Это означает, что они могут очень быстро удалять материал, часто в разы быстрее, чем другие шлифовальные круги. Это, как правило, делает керамические шлифовальные круги стоящими своих денег. Они идеально подходят для обработки нержавеющей стали, поскольку быстро удаляют крупную стружку и выделяют меньше тепла и деформаций.
Какой бы шлифовальный круг ни выбрал производитель, необходимо помнить о потенциальном загрязнении. Большинство производителей знают, что нельзя использовать один и тот же шлифовальный круг для углеродистой и нержавеющей стали. Многие люди физически разделяют операции по шлифованию углеродистой и нержавеющей стали. Даже крошечные искры углеродистой стали, падающие на заготовки из нержавеющей стали, могут вызвать проблемы с загрязнением. Во многих отраслях промышленности, таких как фармацевтическая и ядерная, требуется, чтобы расходные материалы были оценены как экологически чистые. Это означает, что шлифовальные круги для нержавеющей стали должны практически не содержать (менее 0,1%) железа, серы и хлора.
Шлифовальные круги не могут шлифовать сами себя; для этого нужен электроинструмент. Каждый может расхваливать преимущества шлифовальных кругов или электроинструментов, но реальность такова, что электроинструменты и их 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, большинство шлифовальных керамических кругов выполняется с помощью электроинструментов.
Шлифовальные машины с недостаточной мощностью и крутящим моментом могут стать причиной серьезных проблем даже при использовании самых современных абразивов. Недостаточная мощность и крутящий момент могут привести к значительному замедлению инструмента под давлением, что фактически не позволит керамическим частицам на шлифовальном круге выполнять то, для чего они предназначены: быстро удалять крупные куски металла, тем самым уменьшая количество термического материала, поступающего в шлифовальный круг.
Это усугубляет порочный круг: операторы шлифования видят, что материал не удаляется, поэтому они инстинктивно нажимают сильнее, что в свою очередь создает избыточное тепло и воронение. В конечном итоге они нажимают так сильно, что шлифовальные круги покрываются слоем ржавчины, из-за чего им приходится работать усерднее и выделять больше тепла, прежде чем они понимают, что нужно заменить круги. Если вы работаете таким образом с тонкими трубками или листами, они в конечном итоге проходят сквозь материал.
Конечно, если операторы не обучены должным образом, даже при использовании самых лучших инструментов может возникнуть этот порочный круг, особенно когда речь идет о давлении, которое они оказывают на заготовку. Лучше всего подбирать ток как можно ближе к номинальному значению тока шлифовальной машины. Если оператор использует шлифовальную машину на 10 ампер, он должен нажимать так сильно, чтобы шлифовальная машина потребляла около 10 ампер.
Использование амперметра может помочь стандартизировать операции шлифования, если производитель обрабатывает большие объемы дорогостоящей нержавеющей стали. Конечно, лишь немногие операции на самом деле используют амперметр на постоянной основе, поэтому лучше всего внимательно слушать. Если оператор слышит и чувствует, что обороты быстро падают, возможно, он слишком сильно давит на инструмент.
Слышать слишком легкие прикосновения (то есть слишком слабое давление) может быть сложно, поэтому в этом случае может помочь обращение внимания на поток искр. Шлифовка нержавеющей стали дает более темные искры, чем шлифовка углеродистой стали, но они все равно должны быть видны и равномерно выступать из рабочей зоны. Если оператор внезапно видит меньше искр, это может быть связано с тем, что он не прикладывает достаточного давления или не полирует круг.
Операторам также необходимо поддерживать постоянный рабочий угол. Если они приближаются к заготовке под почти плоским углом (почти параллельно заготовке), они могут вызвать сильный перегрев; если они приближаются под слишком большим углом (почти вертикально), они рискуют вонзить край круга в металл. Если они используют круг типа 27, они должны приближаться к заготовке под углом от 20 до 30 градусов. Если у них есть круги типа 29, их рабочий угол должен составлять около 10 градусов.
Шлифовальные круги типа 28 (конические) обычно используются для шлифования плоских поверхностей с целью удаления материала на более широких шлифовальных траекториях. Эти конические круги также лучше всего работают при меньших углах шлифования (около 5 градусов), поэтому они помогают снизить утомляемость оператора.
Это вводит еще один критический фактор: выбор правильного типа шлифовального круга. Круг типа 27 имеет точку контакта на металлической поверхности; круг типа 28 имеет линию контакта из-за своей конической формы; круг типа 29 имеет контактную поверхность.
Наиболее распространенные круги типа 27 могут выполнять работу во многих областях применения, но их форма затрудняет обработку деталей с глубокими профилями и изгибами, таких как сварные сборки из труб из нержавеющей стали. Форма профиля круга типа 29 облегчает работу операторам, которым необходимо шлифовать сочетание изогнутых и плоских поверхностей. Круг типа 29 делает это за счет увеличения площади контакта с поверхностью, что означает, что оператору не нужно тратить много времени на шлифование в каждом месте — хорошая стратегия для снижения нагревания.
Фактически, это относится к любому шлифовальному кругу. При шлифовании оператор не должен оставаться на одном месте в течение длительного времени. Предположим, оператор снимает металл с галтели длиной в несколько футов. Он может направлять круг короткими движениями вверх и вниз, но это может привести к перегреву заготовки, поскольку он удерживает круг на небольшой площади в течение длительного времени. Чтобы уменьшить поступление тепла, оператор может пройтись по всему сварному шву в одном направлении около одного носка, затем поднять инструмент (давая заготовке время остыть) и пройти заготовку в том же направлении около другого носка. Другие методы работают, но все они имеют одну общую особенность: они избегают перегрева, поддерживая движение шлифовального круга.
Достичь этого также помогают широко используемые методы «кардочесания». Предположим, оператор шлифует стыковой сварной шов в плоском положении. Чтобы уменьшить термическое напряжение и чрезмерное углубление, он не толкает шлифовальную машину вдоль стыка. Вместо этого он начинает с конца и тянет шлифовальную машину вдоль стыка. Это также предотвращает слишком глубокое погружение круга в материал.
Конечно, любая техника может перегреть металл, если оператор будет действовать слишком медленно. Если действовать слишком медленно, оператор перегреет заготовку; если действовать слишком быстро, шлифовка может занять много времени. Обычно для нахождения оптимальной скорости подачи требуется опыт. Но если оператор не знаком с работой, он может отшлифовать лом, чтобы «почувствовать» подходящую скорость подачи для данной заготовки.
Стратегия отделки вращается вокруг состояния поверхности материала при его поступлении и выходе из цеха отделки. Определите начальную точку (полученное состояние поверхности) и конечную точку (требуемая отделка), затем составьте план поиска наилучшего пути между этими двумя точками.
Часто лучший путь начинается не с очень агрессивного абразива. Это может показаться нелогичным. В конце концов, почему бы не начать с крупного песка, чтобы получить шероховатую поверхность, а затем перейти к более мелкому песку? Разве не будет очень неэффективно начинать с более мелкого зерна?
Не обязательно, это опять же связано с природой подбора. По мере того, как каждый шаг достигает меньшей зернистости, кондиционер заменяет глубокие царапины более мелкими, мелкими царапинами. Если они начинают с наждачной бумаги с зернистостью 40 или флип-диска, они оставят глубокие царапины на металле. Было бы здорово, если бы эти царапины приближали поверхность к желаемой отделке; вот почему существуют эти отделочные материалы с зернистостью 40. Однако, если клиент заказывает отделку № 4 (направленная шлифовка), глубокие царапины, созданные абразивом № 40, будут удаляться долго. Обработчики либо переходят к нескольким размерам зернистости, либо тратят много времени на использование мелкозернистых абразивов, чтобы удалить эти большие царапины и заменить их более мелкими царапинами. Все это не только неэффективно, но и приводит к слишком большому нагреву заготовки.
Конечно, использование мелкозернистых абразивов на грубых поверхностях может быть медленным и, в сочетании с плохой техникой, может привести к выделению слишком большого количества тепла. Именно здесь может помочь двухкомпонентный или разнозернистый лепестковый диск. Эти диски включают абразивные полотна в сочетании с материалами для обработки поверхности. Они позволяют обработчику эффективно использовать абразивы для удаления материала, оставляя при этом более гладкую поверхность.
Следующий этап окончательной отделки может включать использование нетканых материалов, что иллюстрирует еще одну уникальную особенность отделки: процесс лучше всего работает с электроинструментами с переменной скоростью. Угловая шлифовальная машина, работающая на скорости 10 000 об/мин, может работать с некоторыми шлифовальными кругами, но она полностью расплавит некоторые нетканые материалы. По этой причине финишеры снижают скорость до 3000–6000 об/мин перед началом этапа отделки 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, в то время как диски для обработки поверхности обычно вращаются со скоростью от 4000 до 6000 об/мин.
Наличие правильных инструментов (шлифовальных машин с переменной скоростью, различных финишных сред) и определение оптимального количества шагов по сути дает карту, показывающую наилучший путь между входящим и готовым материалом. Точный путь зависит от области применения, но опытные обрезчики следуют этому пути, используя схожие методы обрезки.
Нетканые валики дополняют поверхность из нержавеющей стали. Для эффективной отделки и оптимального срока службы расходных материалов различные отделочные материалы работают на разных оборотах.
Во-первых, они не спешат. Если они видят, что тонкая заготовка из нержавеющей стали нагревается, они прекращают обработку в одной области и начинают в другой. Или они могут работать над двумя разными изделиями одновременно. Они немного работают над одной, затем над другой, давая другой заготовке время остыть.
При полировке до зеркального блеска полировщик может выполнить перекрестную полировку полировальным барабаном или полировальным диском в направлении, перпендикулярном предыдущему шагу. Перекрестная шлифовка выделяет области, которые должны смешаться с предыдущим рисунком царапин, но все равно не даст поверхности зеркального блеска № 8. После удаления всех царапин потребуются войлочная ткань и полировальный круг для создания желаемой глянцевой поверхности.
Для достижения правильного результата производители должны предоставить отделочникам необходимые инструменты, включая реальные инструменты и материалы, а также средства коммуникации, такие как установление стандартных образцов для определения того, как должна выглядеть определенная отделка. Эти образцы (размещенные рядом с отделом отделки, в учебных материалах и в рекламных материалах) помогают всем работать на одной волне.
Что касается фактического инструментария (включая электроинструменты и абразивные среды), геометрия некоторых деталей может представлять сложность даже для самых опытных сотрудников отдела отделки. Именно здесь на помощь приходят профессиональные инструменты.
Предположим, оператору необходимо выполнить сборку тонкостенной трубчатой ​​детали из нержавеющей стали. Использование лепестковых дисков или даже барабанов может вызвать проблемы, привести к перегреву, а иногда даже к образованию плоского пятна на самой трубе. Здесь на помощь могут прийти ленточные шлифовальные машины, предназначенные для труб. Лента конвейера охватывает большую часть диаметра трубы, распределяя точки контакта, повышая эффективность и снижая подвод тепла. Тем не менее, как и в случае с любым другим видом работ, обработчику по-прежнему необходимо перемещать ленточную шлифовальную машину в другое место, чтобы уменьшить избыточное накопление тепла и избежать посинения.
То же самое относится и к другим профессиональным инструментам для отделки. Рассмотрим ленточно-шлифовальную машину, предназначенную для работы в ограниченном пространстве. Отделочник может использовать ее для обработки углового шва между двумя досками под острым углом. Вместо того чтобы перемещать ленточно-шлифовальную машину вертикально (как будто чистите зубы), отделочник перемещает ее горизонтально вдоль верхнего края углового шва, затем нижнего края, следя за тем, чтобы ленточно-шлифовальная машина не оставалась на одном из них слишком долго.
Сварка, шлифовка и отделка нержавеющей стали влечет за собой еще одну сложность: обеспечение надлежащей пассивации. Остались ли после всех этих нарушений поверхности материала какие-либо загрязнения, которые могли бы помешать естественному формированию хромового слоя нержавеющей стали по всей поверхности? Последнее, чего хочет производитель, — это разгневанный клиент, жалующийся на ржавые или загрязненные детали. Вот здесь-то и вступают в игру надлежащая очистка и отслеживаемость.
Электрохимическая очистка может помочь удалить загрязнения, чтобы обеспечить надлежащую пассивацию, 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 финишная среда может захватить поверхностные загрязнения с заготовки и распространить их в другом месте. Однако для некоторых критически важных областей применения производители могут решить включить дополнительные этапы очистки — возможно, даже тестирование на надлежащую пассивацию перед тем, как нержавеющая сталь покинет заводской цех.
Предположим, что производитель сваривает критически важный компонент из нержавеющей стали для ядерной промышленности. Профессиональный сварщик газовой вольфрамовой дугой накладывает десятицентовый шов, который выглядит идеально. Но, опять же, это критически важное применение. Сотрудник в отделе отделки использует щетку, подключенную к системе электрохимической очистки, для очистки поверхности сварного шва. Затем он зачищает кромку сварного шва с помощью нетканого абразива и чистовой ткани и доводит все до ровной щеткой. Затем идет финальная щетка с системой электрохимической очистки. После того, как деталь простоит день или два, используйте портативное испытательное устройство, чтобы проверить правильность пассивации детали. Результаты, записанные и сохраненные вместе с работой, показали, что деталь была полностью пассивирована перед тем, как она покинула завод.
На большинстве производственных предприятий шлифовка, отделка и очистка пассивированной нержавеющей стали обычно выполняются на последующих этапах. Фактически, они обычно выполняются незадолго до отправки готовой продукции.
Неправильно обработанные детали являются источником самых дорогих отходов и переделок, поэтому производителям имеет смысл еще раз взглянуть на свои шлифовальные и отделочные цеха. Улучшения в шлифовальных и отделочных цехах помогают устранить основные узкие места, улучшить качество, устранить проблемы и, что самое важное, повысить удовлетворенность клиентов.
FABRICATOR — ведущий североамериканский журнал в области металлообработки и металлообработки. Журнал публикует новости, технические статьи и примеры из практики, которые позволяют производителям выполнять свою работу более эффективно. FABRICATOR обслуживает отрасль с 1970 года.
Теперь с полным доступом к цифровой версии The FABRICATOR вы можете легко получить доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Электронная версия журнала The Tube & Pipe Journal теперь полностью доступна, обеспечивая легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Воспользуйтесь полным доступом к цифровому изданию журнала STAMPING, в котором представлены новейшие технологические достижения, передовой опыт и отраслевые новости для рынка штамповки металлов.
Теперь с полным доступом к цифровой версии The Fabricator на испанском языке вы получите легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.