Продольные сварные швы в стержнях из нержавеющей стали подвергаются электрохимической зачистке для обеспечения надлежащей пассивации. Изображение предоставлено компанией Walter Surface Technologies.
Представьте, что производитель заключает контракт на изготовление ключевого изделия из нержавеющей стали. Листовой металл и секции труб разрезаются, гнутся и свариваются, после чего отправляются на станцию ​​окончательной обработки. Деталь состоит из пластин, приваренных вертикально к трубе. Сварные швы выглядят хорошо, но цена не соответствует ожиданиям покупателя. В результате шлифовальный станок тратит больше времени на удаление сварочного металла, чем обычно. Затем, увы, на поверхности появляется отчетливый синий налет – явный признак слишком высокой температуры. В данном 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 ценность обрабатываемой детали. Добавление дорогостоящих термочувствительных материалов, таких как нержавеющая сталь, может привести к дополнительным затратам на переделку и утилизацию. В сочетании с такими осложнениями, как загрязнение и нарушения пассивации, некогда прибыльное производство изделий из нержавеющей стали может стать убыточным или даже нанести ущерб репутации.
Как производители могут предотвратить все это? Они могут начать с расширения своих знаний в области шлифовки и финишной обработки, понимания их роли и того, как они влияют на заготовки из нержавеющей стали.
Это не синонимы. На самом деле, у всех принципиально разные цели. Шлифовка удаляет такие материалы, как заусенцы и излишки сварочного металла, а финишная обработка обеспечивает тонкую обработку поверхности металла. Путаница понятна, учитывая, что те, кто шлифует большими шлифовальными кругами, очень быстро удаляют много металла, и в процессе могут оставаться очень глубокие царапины. Но при шлифовке царапины — лишь следствие, цель — быстро удалить материал, особенно при работе с термочувствительными металлами, такими как нержавеющая сталь.
Финишная обработка проводится поэтапно: оператор начинает с более крупнозернистого абразива и 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 мелким абразивом) удаляются более глубокие царапины с предыдущего этапа, а на их место приходят более мелкие царапины.
Поскольку шлифовка и финишная обработка имеют разные цели, они часто не дополняют друг друга и могут конфликтовать, если используется неправильная стратегия применения расходных материалов. Для удаления излишков сварочного металла оператор делает очень глубокие царапины шлифовальным кругом, а затем передает деталь на правку, где оператору приходится тратить много времени на удаление этих глубоких царапин. Такая последовательность от шлифовки до финишной обработки может быть наиболее эффективным способом удовлетворения требований заказчика к качеству обработки. Но опять же, это не дополнительные процессы.
Поверхности заготовок, предназначенные для удобной обработки, как правило, не требуют шлифовки или финишной обработки. Шлифовка применяется только к шлифованным деталям, поскольку это самый быстрый способ удаления сварных швов или другого материала, а глубокие царапины, оставленные шлифовальным кругом, — это именно то, что хотел заказчик. Детали, требующие только финишной обработки, изготавливаются таким образом, что не требуется чрезмерного удаления материала. Типичный пример — деталь из нержавеющей стали с красивым сварным швом, защищенным вольфрамовым электродом, который нужно просто подогнать и отполировать в соответствии с рисунком поверхности заготовки.
Шлифовальные станки с дисками, обеспечивающими низкую скорость съема материала, могут создавать серьезные проблемы при работе с нержавеющей сталью. Аналогично, перегрев может вызвать воронение и изменение свойств 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. Циркониевые круги шлифуют быстрее, чем глиноземные, но в большинстве случаев лучше всего подходят керамические круги.
Чрезвычайно прочные и острые керамические частицы изнашиваются уникальным образом. Постепенно разрушаясь, они не становятся плоскими, а сохраняют острую кромку. Это означает, что они могут очень быстро удалять материал, зачастую в несколько раз быстрее, 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 шлифовки как углеродистой, так и нержавеющей стали. Многие физически разделяют операции шлифовки углеродистой и нержавеющей стали. Даже крошечные искры углеродистой стали, попадающие на детали из нержавеющей стали, могут вызвать проблемы с загрязнением. Во многих отраслях, таких как фармацевтическая и атомная промышленность, расходные материалы должны иметь класс экологически чистых. 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. Любой может рекламировать преимущества шлифовальных кругов или электроинструментов, но в реальности 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, в большинстве случаев шлифовка керамических кругов выполняется с помощью электроинструментов.
Недостаточная мощность и крутящий момент шлифовальных машин могут вызвать серьезные проблемы даже с самыми современными абразивами. 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 больших кусков металла, тем самым уменьшая количество теплоносителя, поступающего в шлифовальный круг.
Это усугубляет порочный круг: шлифовщики видят, что материал не удаляется, поэтому инстинктивно нажимают сильнее, что, в свою очередь, приводит к перегреву и посинению. В итоге они нажимают 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 работать таким образом с тонкими трубками или листами, они в конечном итоге пройдут насквозь через материал.
Конечно, если операторы не обучены должным образом, даже при использовании лучших инструментов, может возникнуть этот порочный круг, 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 большое количество дорогостоящей нержавеющей стали. Конечно, на практике амперметр используется редко, поэтому лучше внимательно прислушиваться. Если оператор слышит и чувствует резкое падение оборотов, возможно, он слишком сильно нагружает оборудование.
Прислушиваться к слишком лёгкому прикосновению (то есть к слишком слабому давлению) бывает сложно, поэтому в этом случае может помочь контроль за направлением искр. При шлифовании нержавеющей стали искры получаются 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 усилием или недостаточным покрытием шлифовального круга.
Операторы также должны поддерживать постоянный рабочий угол. Если они подходят к заготовке почти под прямым углом (почти параллельно заготовке), это может привести к значительному перегреву; если же они подходят под слишком большим углом (почти вертикально), существует риск удара кромкой шлифовального круга о 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 благодаря своей конической форме, круг типа 29 имеет контактную поверхность.
Сегодня наиболее распространенные шлифовальные круги типа 27 справляются со многими задачами, но их форма затрудняет работу с деталями с глубоким профилем и кривыми поверхностями, такими как сварные узлы из нержавеющей стали. Профильная форма круга типа 29 облегчает работу операторов, которым необходимо шлифовать как криволинейные, так и плоские поверхности. 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 вращать круг короткими движениями вверх и вниз, но это может привести к перегреву заготовки, поскольку круг долгое время находится в небольшой зоне. Чтобы уменьшить тепловыделение, оператор может обработать весь шов в одном направлении на одном конце, затем поднять инструмент (позволив заготовке остыть) и провести заготовку в том же направлении на другом конце. Есть и другие методы, но у всех них есть одна общая черта: они позволяют избежать перегрева, поддерживая движение шлифовального круга.
Этому также способствуют широко используемые методы «шлифовки». Предположим, оператор шлифует стыковой сварной шов в горизонтальном положении. Чтобы уменьшить термическое напряжение и чрезмерное врезание шлифовального круга, он избегает перемещения шлифовальной машины вдоль шва. Вместо этого он начинает с конца и перемещает шлифовальную машину вдоль шва. Это также предотвращает слишком глубокое погружение 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 работой, он может шлифовать отходы, чтобы «почувствовать» подходящую скорость подачи для заготовки.
Стратегия финишной обработки зависит от состояния поверхности материала на входе и выходе из цеха финишной обработки. Определите начальную точку (полученное состояние поверхности) и конечную точку (требуемая степень обработки), а затем составьте план, чтобы найти оптимальный путь между этими двумя точками.
Зачастую оптимальный способ обработки не начинается 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 мелкого зерна не было бы крайне неэффективно?
Не обязательно, это опять же связано с характером сравнения. По мере того, как на каждом этапе используется более мелкая зернистость, кондиционер заменяет более глубокие царапины всё более мелкими. Если начать с наждачной бумаги зернистостью 40 или шлифовальной машинки, на металле останутся глубокие царапины. Было бы замечательно, если бы эти царапины приблизили поверхность к желаемому результату, поэтому и существуют материалы для финишной обработки с зернистостью 40. Однако, если заказчик заказывает обработку с зернистостью №4 (направленная шлифовка), удаление глубоких царапин, оставленных наждачной бумагой зернистостью №40, занимает много времени. Мастера либо используют абразивы разной зернистости, либо тратят много времени на удаление крупных царапин и замену их более мелкими, используя мелкозернистые абразивы. Всё 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 приводит к чрезмерному нагреву. В этом могут помочь диски «два в одном» или диски со смещенным расположением абразивных элементов. Эти диски содержат абразивные ткани в сочетании с материалами для обработки поверхности. Они позволяют мастеру эффективно использовать абразивы для удаления материала, оставляя при этом более гладкую поверхность.
Следующий этап финишной обработки может включать использование нетканых материалов, что иллюстрирует еще одну уникальную особенность финишной обработки: этот процесс лучше всего работает с электроинструментами с регулируемой скоростью вращения. Угловая шлифовальная машина, работающая со скоростью 10 000 об/мин, может справиться с некоторыми абразивными материалами, но она полностью расплавит некоторые нетканые материалы. По этой причине перед финишной обработкой нетканых материалов скорость вращения снижается до 3000-6000 об/мин. Конечно, точная скорость зависит от области применения и расходных материалов. Например, барабаны для нетканых материалов обычно вращаются со скоростью 3000-4000 об/мин, а диски для обработки поверхности — со скоростью 4000-6000 об/мин.
Наличие подходящих инструментов (шлифовальные машины с регулируемой скоростью, различные отделочные материалы) и определение оптимального количества этапов, по сути, позволяют составить карту, показывающую наилучший путь от поступающего материала до готового изделия. Точный путь зависит от задачи, но опытные обрезчики 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 отделочные материалы обрабатываются с разной скоростью вращения.
Во-первых, им нужно время. Если они видят, что тонкий кусок нержавеющей стали нагревается, они прекращают работу в одном месте и начинают в другом. Или же они могут работать над двумя разными изделиями одновременно. Сначала немного поработают над одним, затем над другим, дав другому время остыть.
При полировке до зеркального блеска полировщик может выполнять перекрестную полировку с помощью полировального барабана или полировального диска в направлении, перпендикулярном предыдущему этапу. Перекрестная шлифовка выделяет участки, которые должны сливаться с предыдущим рисунком царапин, но все еще не доводит поверхность до зеркального блеска №8. После удаления всех царапин потребуется войлочная ткань и полировальная подушка для создания желаемого глянцевого покрытия.
Для достижения желаемого результата производители должны обеспечить специалистов по отделке необходимыми инструментами, включая реальные 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 отделом отделки, в учебных материалах и в рекламных материалах) помогают всем работать согласованно.
Что касается непосредственно обработки деталей (включая электроинструменты и абразивы), то геометрия некоторых из них может представлять собой сложную задачу даже для самых опытных бригад, занимающихся финишной обработкой. В этом случае профессиональные инструменты окажутся полезными.
Предположим, оператору нужно собрать тонкостенную трубу из нержавеющей стали. Использование лепестковых шлифовальных дисков или даже барабанов может привести к проблемам, перегреву, а иногда и к образованию плоского участка на самой трубе. Вот тут-то и могут помочь ленточные шлифовальные станки, предназначенные для труб. Конвейерная лента покрывает большую часть диаметра трубы, распределяя точки контакта, повышая эффективность и снижая тепловыделение. Однако, как и во всем остальном, мастеру все равно необходимо перемещать ленточный шлифовальный станок 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, предназначенную для труднодоступных мест. Отделочник может использовать ее для выполнения углового шва между двумя досками под острым углом. Вместо того чтобы перемещать ленточную шлифовальную машинку вертикально (как при чистке зубов), техник перемещает ее горизонтально вдоль верхнего края углового шва, а затем вдоль нижнего, следя за тем, чтобы шлифовальная машинка не оставалась на одном месте слишком долго.
Сварка, шлифовка и финишная обработка нержавеющей стали сопряжены с еще одной проблемой: обеспечением надлежащей пассивации. После всех этих манипуляций, остались ли на поверхности материала какие-либо загрязнения, которые могли бы помешать естественному образованию хромового слоя нержавеющей стали по всей поверхности? Последнее, что нужно производителю, — это недовольный клиент, жалующийся на ржавые или грязные детали. Именно здесь на помощь приходят надлежащая очистка и отслеживаемость.
Электрохимическая очистка может помочь удалить загрязнения и 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. Несоблюдение этого требования означает, что чистящее средство может впитать поверхностные загрязнения с заготовки и распространить их на другие участки. Однако для некоторых ответственных применений производители могут добавить дополнительные этапы очистки — возможно, даже проверить надлежащую пассивацию до того, как нержавеющая сталь покинет заводской цех.
Предположим, производитель сваривает важную деталь из нержавеющей стали для атомной промышленности. Профессиональный сварщик вольфрамовой дуговой сваркой создает гладкий, идеально ровный шов. Но опять же, это критически важная задача. Сотрудник цеха финишной обработки использует щетку, подключенную к электрохимической системе очистки, для очистки поверхности сварного шва. Затем он шлифует шов нетканым абразивом и протирочной тканью, доводя все до гладкой поверхности. Затем следует последняя обработка щеткой с использованием электрохимической системы очистки. После одного-двух дней простоя используется портативный тестер для проверки правильности пассивации детали. Результаты, записанные и сохраненные вместе с работой, показали, что деталь была полностью пассивирована перед отправкой с завода.
На большинстве производственных предприятий шлифовка, финишная обработка и очистка с целью пассивации нержавеющей стали обычно выполняются на последовательных этапах. Фактически, они, как правило, проводятся незадолго до сдачи заказа.
Неправильно обработанные детали приводят к возникновению дорогостоящего брака и необходимости доработки, поэтому производителям целесообразно пересмотреть свои цеха шлифовки и финишной обработки. Улучшения в шлифовке и финишной обработке помогают устранить ключевые узкие места, повысить качество, избежать проблем и, что наиболее важно, повысить удовлетворенность клиентов.
FABRICATOR — ведущий североамериканский журнал по металлообработке и формовке. Журнал публикует новости, технические статьи и истории успеха, которые помогают производителям выполнять свою работу более эффективно. 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 цифровой доступ к журналу STAMPING Journal, в котором представлены новейшие технологии, лучшие практики и новости отрасли для рынка штамповки металла.
Теперь, благодаря полному цифровому доступу к The Fabricator en Español, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.