För att säkerställa korrekt passivering rengör teknikerna elektrokemiskt de längsgående svetsarna på de valsade sektionerna av rostfritt stål. Bild med tillstånd av Walter Surface Technologies
Föreställ dig att en tillverkare ingår ett kontrakt som rör viktig tillverkning av rostfritt stål. Plåt- och rörsektioner skärs, bockas och svetsas innan de landar på en ytbehandlingsstation. Delen består av plattor som är svetsade vertikalt på röret. Svetsarna ser bra ut, men det är inte den perfekta summan som kunden letar efter. Som ett resultat lägger slipmaskinen tid på att ta bort mer svetsgods än vanligt. Sedan, tyvärr, dök det upp några tydliga blå nyanser på ytan – ett tydligt tecken på för mycket värmetillförsel. I det här fallet betyder det att delen inte kommer att uppfylla kundens krav.
Slipning och efterbehandling utförs ofta manuellt och kräver skicklighet och skicklighet. Fel vid efterbehandling kan bli mycket dyra med tanke på allt värde som arbetsstycket har fått. Genom att lägga till dyra värmekänsliga material som rostfritt stål kan kostnaderna för omarbetning och skrotinstallation bli högre. I kombination med komplikationer som kontaminering och passiveringsfel kan ett en gång lukrativt jobb med rostfritt stål förvandlas till en förlustbringande eller till och med ett ryktesskadligt missöde.
Hur förhindrar tillverkare allt detta? De kan börja med att utveckla sina kunskaper om slipning och ytbehandling, förstå vilka roller de spelar och hur de påverkar arbetsstycken i rostfritt stål.
De är inte synonymer. Faktum är att alla har ett fundamentalt annorlunda mål. Slipning tar bort material som grader och överskott av svetsgods, medan finbearbetning ger en finish på metallytan. Förvirringen är förståelig, med tanke på att de som slipar med stora slipskivor tar bort mycket metall mycket snabbt, och att göra det kan lämna mycket djupa repor. Men vid slipning är repor bara en eftereffekt; målet är att ta bort material snabbt, särskilt när man arbetar med värmekänsliga metaller som rostfritt stål.
Finishering sker i steg, då operatören börjar med en större kornstorlek och går vidare till finare slipskivor, nonwoven-slipmedel och kanske filtduk och polerpasta för att uppnå en spegelblank yta. Målet är att uppnå en viss slutlig yta (repmönster). Varje steg (den finare kornstorleken) tar bort de djupare reporna från föregående steg och ersätter dem med mindre repor.
Eftersom slipning och finbearbetning har olika mål kompletterar de ofta inte varandra och kan faktiskt spela mot varandra om fel strategi för slitgods används. För att ta bort överflödig svetsmetall använder operatörerna slipskivor för att göra mycket djupa repor och överlämnar sedan detaljen till en skärpare, som nu måste lägga mycket tid på att ta bort dessa djupa repor. Denna sekvens från slipning till finbearbetning kan fortfarande vara det mest effektiva sättet att möta kundernas krav på finbearbetning. Men återigen, de är inte kompletterande processer.
Arbetsstyckens ytor som är konstruerade för tillverkningsbarhet kräver i allmänhet inte slipning och efterbehandling. Delar som slipas gör detta endast för att slipning är det snabbaste sättet att ta bort svetsar eller annat material och de djupa repor som slipskivan lämnar är precis vad kunden vill ha. Delar som bara kräver efterbehandling tillverkas på ett sätt som inte kräver överdriven materialborttagning. Ett typiskt exempel är en rostfri ståldel med en vacker gasvolframskyddad svets som bara behöver blandas och matchas med underlagets ytbehandlingsmönster.
Slipmaskiner med skivor med låg avverkning kan innebära betydande utmaningar vid arbete med rostfritt stål. Likaså kan överhettning orsaka blånering och förändra materialegenskaper. Målet är att hålla det rostfria stålet så svalt som möjligt under hela processen.
För detta ändamål är det bra att välja den slipskiva med den snabbaste avverkningshastigheten för tillämpningen och budgeten. Zirkoniumskivor slipar snabbare än aluminiumoxid, men i de flesta fall fungerar keramiska skivor bäst.
Extremt tuffa och vassa keramiska partiklar slits på ett unikt sätt. När de gradvis sönderfaller slipas de inte platt, utan behåller en vass egg. Det betyder att de kan ta bort material mycket snabbt, ofta på en bråkdel av tiden jämfört med andra slipskivor. Detta gör generellt keramiska slipskivor värda pengarna. De är idealiska för applikationer i rostfritt stål eftersom de snabbt tar bort stora spån och genererar mindre värme och distorsion.
Oavsett vilken slipskiva en tillverkare väljer måste man ha potentiell kontaminering i åtanke. De flesta tillverkare vet att de inte kan använda samma slipskiva på kolstål och rostfritt stål. Många människor separerar fysiskt sina slipningsoperationer för kolstål och rostfritt stål. Även små gnistor av kolstål som faller på arbetsstycken i rostfritt stål kan orsaka kontamineringsproblem. Många industrier, såsom läkemedels- och kärnkraftsindustrin, kräver att förbrukningsvaror klassificeras som föroreningsfria. Detta innebär att slipskivor för rostfritt stål måste vara nästan fria (mindre än 0,1 %) från järn, svavel och klor.
Slipskivor kan inte slipa sig själva; de behöver ett elverktyg. Vem som helst kan skryta om fördelarna med slipskivor eller elverktyg, men verkligheten är att elverktyg och deras slipskivor fungerar som ett system. Keramiska slipskivor är konstruerade för vinkelslipmaskiner med en viss mängd kraft och vridmoment. Medan vissa tryckluftslipmaskiner har de nödvändiga specifikationerna, görs den mesta slipningen av keramiska skivor med elverktyg.
Slipmaskiner med otillräcklig effekt och vridmoment kan orsaka allvarliga problem, även med de mest avancerade slipmedlen. Bristen på effekt och vridmoment kan göra att verktyget saktar ner avsevärt under tryck, vilket i huvudsak hindrar de keramiska partiklarna på slipskivan från att göra det de är avsedda att göra: snabbt ta bort stora metallbitar och därigenom minska mängden termiskt material som kommer in i slipskivan.
Detta förvärrar en ond cirkel: Slipningsoperatörer ser att material inte avlägsnas, så de trycker instinktivt hårdare, vilket i sin tur skapar överskottsvärme och blånering. De trycker så hårt att de glaserar skivorna, vilket gör att de arbetar hårdare och genererar mer värme innan de inser att de behöver byta ut skivorna. Om du arbetar på det här sättet på tunna rör eller plåtar, går de rakt igenom materialet.
Om operatörerna inte är ordentligt utbildade, även med de bästa verktygen, kan denna onda cirkel uppstå, särskilt när det gäller trycket de utsätter arbetsstycket för. Bästa praxis är att komma så nära slipmaskinens nominella strömstyrka som möjligt. Om operatören använder en 10 ampere slipmaskin bör de trycka så hårt att slipmaskinen drar cirka 10 ampere.
Att använda en amperemeter kan hjälpa till att standardisera slipningsoperationer om tillverkaren bearbetar stora mängder dyrt rostfritt stål. Naturligtvis är det få verksamheter som faktiskt använder en amperemeter regelbundet, så det bästa är att lyssna noga. Om operatören hör och känner att varvtalet sjunker snabbt kan de trycka för hårt.
Att lyssna på för lätta beröringar (dvs. för lite tryck) kan vara svårt, så i det här fallet kan det vara bra att vara uppmärksam på gnistflödet. Slipning av rostfritt stål ger mörkare gnistor än kolstål, men de bör fortfarande vara synliga och sticka ut från arbetsytan på ett konsekvent sätt. Om operatören plötsligt ser färre gnistor kan det bero på att de inte applicerar tillräckligt med tryck eller att skivan glaseras.
Operatörer måste också bibehålla en jämn arbetsvinkel. Om de närmar sig arbetsstycket i en nästan plan vinkel (nästan parallellt med arbetsstycket) kan de orsaka omfattande överhettning; om de närmar sig i en för hög vinkel (nästan vertikal) riskerar de att gräva ner skivans kant i metallen. Om de använder en typ 27-skiva bör de närma sig arbetsstycket i en vinkel på 20 till 30 grader. Om de har typ 29-skivor bör deras arbetsvinkel vara cirka 10 grader.
Typ 28 (koniska) slipskivor används vanligtvis för slipning på plana ytor för att avlägsna material på bredare slipbanor. Dessa koniska skivor fungerar också bäst vid lägre slipvinklar (cirka 5 grader), så de hjälper till att minska operatörströtthet.
Detta introducerar ytterligare en kritisk faktor: att välja rätt typ av slipskiva. Typ 27-skivan har en kontaktpunkt på metallytan; typ 28-skivan har en kontaktlinje på grund av sin koniska form; typ 29-skivan har en kontaktyta.
De absolut vanligaste typ 27-skivorna klarar många tillämpningar, men deras form gör det svårt att hantera delar med djupa profiler och kurvor, såsom svetsade sammansättningar av rostfria rör. Profilformen på typ 29-skivan gör det enklare för operatörer som behöver slipa en kombination av böjda och plana ytor. Typ 29-skivan gör detta genom att öka ytkontaktytan, vilket innebär att operatören inte behöver lägga ner mycket tid på slipning på varje plats – en bra strategi för att minska värmeuppbyggnad.
Detta gäller faktiskt alla slipskivor. Vid slipning får operatören inte stanna på samma plats under en längre tid. Anta att en operatör avlägsnar metall från en flera meter lång kälform. Operatören kan styra skivan i korta upp- och nedåtrörelser, men det kan överhetta arbetsstycket eftersom skivan håller sig på ett litet område under långa perioder. För att minska värmetillförseln kan operatören förflytta hela svetsen i en riktning nära en tå, sedan lyfta verktyget (vilket ger arbetsstycket tid att svalna) och förflytta arbetsstycket i samma riktning nära den andra tån. Andra tekniker fungerar, men de har alla en gemensam egenskap: de undviker överhettning genom att hålla slipskivan i rörelse.
Vanligt förekommande "kardnings"-tekniker hjälper också till att uppnå detta. Anta att operatören slipar en stumsvets i ett plant läge. För att minska termisk stress och övergrävning undvek han att trycka slipmaskinen längs fogen. Istället börjar han i slutet och drar slipmaskinen längs fogen. Detta förhindrar också att skivan gräver för mycket ner i materialet.
Naturligtvis kan vilken teknik som helst överhetta metallen om operatören går för långsamt. Går man för långsamt kommer operatören att överhetta arbetsstycket; går man för fort kan slipningen ta lång tid. Att hitta rätt matningshastighet kräver vanligtvis erfarenhet. Men om operatören inte är bekant med jobbet kan de slipa skrotet för att få "känslan" av lämplig matningshastighet för arbetsstycket.
Efterbehandlingsstrategin kretsar kring materialets yttillstånd när det anländer till och lämnar efterbehandlingsavdelningen. Identifiera startpunkten (mottaget yttillstånd) och slutpunkten (krävd efterbehandling) och gör sedan en plan för att hitta den bästa vägen mellan dessa två punkter.
Ofta börjar den bästa vägen inte med ett mycket aggressivt slipmedel. Detta kan låta kontraintuitivt. Varför inte börja med grov sand för att få en ojämn yta och sedan gå vidare till finare sand? Skulle det inte vara väldigt ineffektivt att börja med en finare kornstorlek?
Inte nödvändigtvis, detta har återigen att göra med sorteringens natur. När varje steg når en mindre kornstorlek ersätter behandlingsmedlet de djupare reporna med grundare, finare repor. Om de börjar med 40-korns sandpapper eller en flipskiva kommer de att lämna djupa repor på metallen. Det vore bra om dessa repor förde ytan nära önskad finish; det är därför dessa 40-korns finishtillbehör finns. Men om kunden begär en finish nr 4 (riktad borstad finish) kommer djupa repor som skapas av ett slipmedel nr 40 att ta lång tid att ta bort. Avrättningsmaskiner går antingen ner genom flera kornstorlekar eller lägger ner lång tid på att använda finkorniga slipmedel för att ta bort de stora reporna och ersätta dem med mindre repor. Allt detta är inte bara ineffektivt, utan det introducerar också för mycket värme i arbetsstycket.
Naturligtvis kan det vara långsamt att använda finkorniga slipmedel på grova ytor och, i kombination med dålig teknik, introducera för mycket värme. Det är här en två-i-ett- eller sicksackrondell kan hjälpa. Dessa skivor innehåller slipdukar i kombination med ytbehandlingsmaterial. De gör det möjligt för avrättaren att effektivt använda slipmedel för att ta bort material samtidigt som de ger en jämnare yta.
Nästa steg i den slutliga ytbehandlingen kan innebära användning av nonwoven-material, vilket illustrerar en annan unik egenskap hos ytbehandling: processen fungerar bäst med elverktyg med variabel hastighet. En vinkelslip som körs med 10 000 varv/min kan fungera med vissa slipmedier, men den kommer att smälta vissa nonwoven-material ordentligt. Av denna anledning minskar ytbehandlare hastigheten till mellan 3 000 och 6 000 varv/min innan de påbörjar ytbehandlingssteget med nonwoven-material. Naturligtvis beror den exakta hastigheten på applikationen och förbrukningsvarorna. Till exempel roterar nonwoven-trummor vanligtvis mellan 3 000 och 4 000 varv/min, medan ytbehandlingsskivor vanligtvis roterar mellan 4 000 och 6 000 varv/min.
Att ha rätt verktyg (slipmaskiner med variabel hastighet, olika ytbehandlingsmedia) och bestämma det optimala antalet steg ger i princip en karta som visar den bästa vägen mellan inkommande och färdigt material. Den exakta vägen varierar beroende på tillämpning, men erfarna trimmare följer denna väg med liknande trimningstekniker.
Non-woven-rullar kompletterar den rostfria ytan. För effektiv efterbehandling och optimal livslängd på förbrukningsmaterialet körs olika efterbehandlingsmedia med olika varvtal.
Först tar de god tid på sig. Om de ser att ett tunt arbetsstycke i rostfritt stål blir varmt, slutar de finslipa på ett område och börjar på ett annat. Eller så kanske de arbetar med två olika artefakter samtidigt. De arbetar lite på den ena och sedan den andra, vilket ger det andra arbetsstycket tid att svalna.
Vid polering till spegelblank yta kan poleraren korspolera med en polertrumma eller polerskiva, i en riktning vinkelrät mot föregående steg. Korsslipning markerar områden som behöver smälta in i det tidigare repmönstret, men som fortfarande inte ger ytan en spegelblank yta av typ nr 8. När alla repor har tagits bort krävs en filtduk och en polerskiva för att skapa önskad glans.
För att uppnå rätt finish måste tillverkare förse ytbehandlare med rätt verktyg, inklusive faktiska verktyg och material, samt kommunikationsverktyg, såsom att upprätta standardprover för att avgöra hur en viss finish ska se ut. Dessa prover (uppsatta nära ytbehandlingsavdelningen, i utbildningsdokument och i säljmaterial) hjälper alla att vara överens.
När det gäller faktiska verktyg (inklusive elverktyg och slipmedel) kan geometrin hos vissa delar innebära utmaningar även för de mest erfarna medarbetarna inom ytbehandlingsavdelningen. Det är här professionella verktyg kan vara till hjälp.
Anta att en operatör behöver slutföra en tunnväggig rörkonstruktion i rostfritt stål. Användning av lamellskivor eller till och med trummor kan orsaka problem, orsaka överhettning och ibland till och med skapa en plan fläck på själva röret. Här kan bandslipmaskiner avsedda för slangar hjälpa till. Transportbandet lindas runt större delen av rördiametern, vilket sprider ut kontaktpunkterna, ökar effektiviteten och minskar värmetillförseln. Med det sagt, som med allt annat, måste avsliparen fortfarande flytta bandslipen till ett annat område för att minska överskottsvärmeuppbyggnad och undvika blåning.
Detsamma gäller andra professionella ytbehandlingsverktyg. Överväg en fingerbandslip avsedd för trånga utrymmen. En ytbehandlingsmaskin kan använda den för att följa en kälsvets mellan två brädor i en spetsig vinkel. Istället för att flytta fingerbandslipen vertikalt (ungefär som att borsta tänderna), flyttar avjämnaren den horisontellt längs den övre tån på kälsvetsen, sedan den nedre tån, samtidigt som den ser till att fingerslipen inte stannar kvar i en för länge.
Svetsning, slipning och ytbehandling av rostfritt stål medför ytterligare en komplikation: att säkerställa korrekt passivering. Finns det några kvarvarande föroreningar efter alla dessa störningar av materialets yta som skulle förhindra att det rostfria stålets kromlager bildas naturligt över hela ytan? Det sista en tillverkare vill ha är en arg kund som klagar på rostiga eller förorenade delar. Det är här korrekt rengöring och spårbarhet kommer in i bilden.
Elektrokemisk rengöring kan hjälpa till att ta bort föroreningar för att säkerställa korrekt passivering, men när ska denna rengöring utföras? Det beror på tillämpningen. Om tillverkare rengör rostfritt stål för att främja fullständig passivering gör de det vanligtvis omedelbart efter svetsning. Om detta inte görs kan ytbehandlingsmediet plocka upp ytföroreningar från arbetsstycket och sprida dem någon annanstans. För vissa kritiska tillämpningar kan dock tillverkare välja att införa ytterligare rengöringssteg – kanske till och med testa för korrekt passivering innan det rostfria stålet lämnar fabriksgolvet.
Anta att en tillverkare svetsar en kritisk komponent i rostfritt stål för kärnkraftsindustrin. En professionell gasvolframbågsvetsare lägger en dime-söm som ser perfekt ut. Men återigen, detta är en kritisk tillämpning. En anställd på ytbehandlingsavdelningen använder en borste ansluten till ett elektrokemiskt rengöringssystem för att rengöra ytan på en svets. Han polerade sedan svetstålen med en non-woven slip- och poleringsduk och fick allt till en jämn borstad yta. Sedan kommer den sista borstningen med ett elektrokemiskt rengöringssystem. Efter att ha suttit i en dag eller två, använd en handhållen testanordning för att testa delen för korrekt passivering. Resultaten, registrerade och förvarade tillsammans med jobbet, visade att delen var helt passiverad innan den lämnade fabriken.
I de flesta tillverkningsanläggningar sker slipning, ytbehandling och rengöring av passivering av rostfritt stål vanligtvis nedströms. Faktum är att de vanligtvis utförs strax innan jobbet levereras.
Felaktigt färdigställda delar genererar några av de dyraste skrapningarna och omarbetningarna, så det är klokt för tillverkare att ta en ny titt på sina slip- och ytbehandlingsavdelningar. Förbättringar inom slipning och ytbehandling hjälper till att minska stora flaskhalsar, förbättra kvaliteten, eliminera huvudbry och, viktigast av allt, öka kundnöjdheten.
FABRICATOR är Nordamerikas ledande branschtidning inom metallformning och tillverkning. Tidningen tillhandahåller nyheter, tekniska artiklar och fallbeskrivningar som gör det möjligt för tillverkare att utföra sina jobb mer effektivt. FABRICATOR har betjänat branschen sedan 1970.
Nu med full tillgång till den digitala utgåvan av The FABRICATOR, enkel tillgång till värdefulla branschresurser.
Den digitala utgåvan av The Tube & Pipe Journal är nu helt tillgänglig och ger enkel tillgång till värdefulla branschresurser.
Få fullständig tillgång till den digitala utgåvan av STAMPING Journal, som ger de senaste tekniska framstegen, bästa praxis och branschnyheter för metallstämplingsmarknaden.
Nu med full tillgång till den digitala utgåvan av The Fabricator på spanska, enkel åtkomst till värdefulla branschresurser.