Längsgående svetsar i rostfria stålstänger gradas elektrokemiskt för att säkerställa korrekt passivering. Bild med tillstånd av Walter Surface Technologies
Tänk dig att en tillverkare ingår ett kontrakt för att tillverka en viktig produkt i rostfritt stål. Plåt och rörsektioner skärs, bockas och svetsas innan de skickas till ytbehandlingsstationen. Delen består av plattor som är svetsade vertikalt på röret. Svetsarna ser bra ut, men det är inte det ideala priset en köpare letar efter. Som ett resultat lägger slipmaskinen tid på att ta bort mer svetsgods än vanligt. Sedan, tyvärr, uppstod en tydlig blå färg 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 ytbehandling görs ofta för hand och kräver skicklighet och hantverkskunnande. Misstag i ytbehandlingen kan bli mycket kostsamma med tanke på allt värde som har lagts på arbetsstycket. Om man lägger till dyra värmekänsliga material som rostfritt stål kan kostnaderna för omarbetning och skrotinstallation bli högre. I kombination med komplikationer som kontaminering och passiveringsfel kan en en gång lönsam verksamhet i rostfritt stål bli olönsam eller till och med skada sitt rykte.
Hur förhindrar tillverkare allt detta? De kan börja med att utöka sina kunskaper om slipning och ytbehandling, förstå vilka roller de spelar och hur de påverkar arbetsstycken i rostfritt stål.
Dessa är inte synonymer. Faktum är att alla har fundamentalt olika mål. Slipning tar bort material som grader och överskott av svetsgods, medan efterbehandling ger en fin yta på metallytan. Förvirringen är förståelig, med tanke på att de som slipar med stora slipskivor tar bort mycket metall mycket snabbt, och mycket djupa repor kan uppstå i processen. Men vid slipning är repor bara en konsekvens, målet är att snabbt ta bort material, särskilt när man arbetar med värmekänsliga metaller som rostfritt stål.
Finishen görs i etapper där operatören börjar med en grövre kornstorlek och går vidare till finare slipskivor, non-woven slipmedel och eventuellt filtduk och polerpasta för att uppnå en spegelblank yta. Målet är att uppnå en viss slutlig yta (repmönster). Varje steg (finare kornstorlek) tar bort de djupare reporna från föregående steg och ersätter dem med mindre repor.
Eftersom slipning och finbearbetning har olika syften kompletterar de ofta inte varandra och kan spela mot varandra om fel strategi för tillsatsmaterial används. För att ta bort överskott av svetsgods gör operatören mycket djupa repor med en slipskiva och skickar sedan detaljen till skärparen, som nu måste lägga ner 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, detta är inte ytterligare processer.
Arbetsstyckens ytor som är utformade för bearbetbarhet kräver i allmänhet inte slipning eller efterbehandling. Delar som slipas gör det bara 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 ville ha. Delar som bara kräver efterbehandling tillverkas på ett sådant sätt att överdriven materialborttagning inte krävs. Ett typiskt exempel är en rostfri ståldel med en vacker svets som skyddas av en volframelektrod som bara behöver blandas och matchas med underlagets ytbehandlingsmönster.
Slipmaskiner med skivor med låg materialavverkning kan orsaka allvarliga problem vid arbete med rostfritt stål. Likaså kan överhettning orsaka blåning och förändringar i materialegenskaper. Målet är att hålla det rostfria stålet så kallt som möjligt under hela processen.
Därför är det bra att välja den slipskiva med snabbast möjliga avverkningshastighet för tillämpningen och budgeten. Zirkoniumskivor slipar snabbare än aluminiumoxid, men keramiska skivor fungerar bäst i de flesta fall.
De extremt starka och vassa keramiska partiklarna slits på ett unikt sätt. När de gradvis sönderfaller blir de inte plana, utan behåller en vass egg. Det betyder att de kan avlägsna material mycket snabbt, ofta flera gånger snabbare än andra slipskivor. Generellt sett gör detta keramiska slipskivor värda pengarna. De är idealiska för bearbetning av rostfritt stål, eftersom de snabbt avlägsnar stora spån och genererar mindre värme och deformation.
Oavsett vilken slipskiva en tillverkare väljer måste man ha hänsyn till potentiell kontaminering. De flesta tillverkare vet att de inte kan använda samma slipskiva för både kolstål och rostfritt stål. Många människor separerar fysiskt slipningen av kolstål och rostfritt stål. Även små gnistor av kolstål som faller på delar av rostfritt stål kan orsaka kontamineringsproblem. Många industrier, såsom läkemedels- och kärnkraftsindustrin, kräver att förbrukningsvaror klassificeras som icke-förorenande. Det innebär att slipskivor av rostfritt stål måste vara praktiskt taget fria (mindre än 0,1 %) från järn, svavel och klor.
Slipskivor slipar inte sig själva, de behöver ett elverktyg. Vem som helst kan marknadsföra 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 effekt och vridmoment. Medan vissa pneumatiska slipmaskiner har de nödvändiga specifikationerna, görs slipningen av keramiska skivor i de flesta fall med elverktyg.
Slipmaskiner med otillräcklig effekt och vridmoment kan orsaka allvarliga problem även med de modernaste slipmedlen. Brist 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, vilket minskar mängden termiskt material som kommer in i slipskivan.
Detta förvärrar den onda cirkeln: slipmaskiner ser att inget material tas bort, så de trycker instinktivt hårdare, vilket i sin tur skapar överskottsvärme och blånering. De trycker så hårt att de glaserar skivorna, vilket tvingar dem att arbeta hårdare och generera mer värme innan de inser att de behöver byta skivor. Om du arbetar på det här sättet med tunna rör eller ark, 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 märkström som möjligt. Om operatören använder en 10 ampere slipmaskin måste hen trycka så hårt att slipmaskinen drar cirka 10 ampere.
Användningen av en amperemeter kan bidra till att standardisera slipningsoperationer om en tillverkare bearbetar en stor mängd dyrt rostfritt stål. Naturligtvis är det få verksamheter som faktiskt använder en amperemeter regelbundet, så det är bäst att lyssna noga. Om operatören hör och känner att varvtalet sjunker snabbt kan hen trycka för hårt.
Att lyssna på för lätta beröringar (dvs. för lite tryck) kan vara svårt, så uppmärksamhet på gnistflödet kan hjälpa i detta fall. Slipning av rostfritt stål ger mörkare gnistor än kolstål, men de bör fortfarande vara synliga och sticka ut jämnt från arbetsytan. Om operatören plötsligt ser färre gnistor kan det bero på att man inte applicerar tillräckligt med kraft eller att slipskivan inte glaseras.
Operatörer måste också bibehålla en konstant arbetsvinkel. Om de närmar sig arbetsstycket i nästan rät vinkel (nästan parallellt med arbetsstycket) kan de orsaka betydande överhettning; om de närmar sig i för stor vinkel (nästan vertikalt) riskerar de att slå hårdiskans kant in i metallen. Om de använder en typ 27-skiva bör de närma sig arbetet 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 av 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 viktig faktor: att välja rätt typ av slipskiva. Typ 27-skivan har en kontaktpunkt med metallytan, typ 28-skivan har en kontaktlinje på grund av sin koniska form, typ 29-skivan har en kontaktyta.
Dagens vanligaste typ 27-skivor kan göra jobbet inom många områden, men deras form gör det svårt att arbeta med djupt profilerade delar och kurvor, såsom svetsade röraggregat i rostfritt stål. Profilformen på typ 29-skivan underlättar arbetet för operatörer som behöver slipa kombinerade böjda och plana ytor. Typ 29-skivan gör detta genom att öka ytkontaktytan, vilket innebär att operatören inte behöver lägga ner mycket tid på att slipa på varje plats – en bra strategi för att minska värmeuppbyggnad.
Detta gäller faktiskt alla slipskivor. Vid slipning bör operatören inte stanna på samma plats under en längre tid. Anta att en operatör tar bort metall från en flera meter lång kälform. Den kan driva skivan i korta upp- och nedåtrörelser, men detta kan orsaka att arbetsstycket överhettas eftersom det håller skivan på ett litet område under en längre tid. För att minska värmetillförseln kan operatören köra hela svetsen i en riktning vid ena nosen, sedan höja verktyget (vilket låter arbetsstycket svalna) och föra arbetsstycket i samma riktning vid den andra nosen. Andra metoder fungerar, men de har alla en sak gemensamt: de undviker överhettning genom att hålla slipskivan i rörelse.
Detta underlättas också av allmänt använda metoder för "kamning". Anta att operatören slipar en stumsvets i ett plant läge. För att minska termisk stress och överdriven grävning undvek han att trycka slipmaskinen längs fogen. Istället börjar han i slutet och kör slipmaskinen längs fogen. Detta förhindrar också att skivan sjunker för djupt ner i materialet.
Naturligtvis kan vilken teknik som helst överhetta metallen om operatören arbetar för långsamt. Arbeta för långsamt och operatören kommer att överhetta arbetsstycket; om du rör dig för snabbt kan slipningen ta lång tid. Att hitta rätt matningshastighet kräver vanligtvis erfarenhet. Men om operatören inte är bekant med jobbet kan hen slipa skrotet för att "känna" rätt matningshastighet för arbetsstycket.
Strategin för efterbehandling beror på materialets ytbeskaffenhet när det kommer in i och lämnar efterbehandlingsavdelningen. Bestäm en startpunkt (erhållet ytbeskaffenhet) och en slutpunkt (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 verka 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 sandkornighet?
Inte nödvändigtvis, detta har återigen att göra med jämförelsens natur. Allt eftersom finare kornstorlek uppnås i varje steg ersätter slipmedlet djupare repor med finare och finare repor. Om de börjar med 40-korns sandpapper eller en flip pan-slipmaskin kommer de att lämna djupa repor på metallen. Det vore bra om dessa repor skulle föra ytan närmare önskad finish, vilket är anledningen till att det finns 40-korns ytbehandlingsmaterial tillgängliga. Men om en kund begär en ytbehandling #4 (riktad slipning) tar de djupa reporna som lämnas av #40-korn lång tid att ta bort. Hantverkare använder antingen flera kornstorlekar eller lägger mycket tid på att använda finkorniga slipmedel för att ta bort de stora reporna och ersätta dem med mindre. Allt detta är inte bara ineffektivt, utan värmer också arbetsstycket för mycket.
Naturligtvis kan det vara långsamt att använda finkorniga slipmedel på grova ytor och i kombination med dålig teknik resulterar det i för mycket värme. Två-i-ett- eller sicksackskivor kan hjälpa till med detta. Dessa skivor innehåller slipdukar i kombination med ytbehandlingsmaterial. De gör det möjligt för hantverkaren att effektivt använda slipmedel för att ta bort material samtidigt som de ger en jämnare yta.
Nästa steg i efterbehandlingen kan innefatta användning av non-woven-material, vilket illustrerar ytterligare en unik efterbehandlingsfunktion: processen fungerar bäst med elverktyg med variabel hastighet. En vinkelslip som körs på 10 000 varv/min kan hantera vissa slipande material, men den smälter vissa non-woven-material helt. Av denna anledning saktar efterbehandlare ner till 3 000–6 000 varv/min innan de efterbehandlar non-woven-material. Naturligtvis beror den exakta hastigheten på applikationen och förbrukningsmaterialen. Till exempel roterar non-woven-trummor vanligtvis med 3 000 till 4 000 varv/min, medan ytbehandlingsskivor vanligtvis roterar med 4 000 till 6 000 varv/min.
Att ha rätt verktyg (slipmaskiner med variabel hastighet, olika ytbehandlingsmaterial) och bestämma det optimala antalet steg ger i princip en karta som visar den bästa vägen mellan inkommande och färdigt material. Den exakta vägen beror på applikationen, men erfarna trimmare följer denna väg med liknande trimningsmetoder.
Non-woven-rullar kompletterar den rostfria ytan. För effektiv ytbehandling och optimal livslängd för slitdelar används olika ytbehandlingsmaterial med olika rotationshastigheter.
Först tar det tid. Om de ser att en tunn bit rostfritt stål värms upp, slutar de att avsluta på ett ställe och börjar på ett annat. Eller så kanske de arbetar med två olika artefakter samtidigt. Arbeta lite på den ena och sedan på den andra, så att den andra biten svalnar.
Vid polering till spegelblank yta kan poleraren korspolera med polertrumman eller polerskivan i riktning vinkelrät mot föregående steg. Korsslipning markerar områden som ska smälta samman med det tidigare repmönstret, men ger fortfarande inte ytan en spegelblank yta #8. När alla repor har tagits bort behövs en filtduk och polerdyna för att skapa önskad glans.
För att få rätt finish måste tillverkare förse ytbehandlare med rätt verktyg, inklusive riktiga verktyg och material, samt kommunikationsverktyg, som att skapa standardprover för att avgöra hur en viss finish ska se ut. Dessa prover (uppsatta bredvid ytbehandlingsavdelningen, i utbildningsdokument och i säljmaterial) hjälper till att hålla alla på samma våglängd.
När det gäller faktiska verktyg (inklusive elverktyg och slipmedel) kan geometrin hos vissa delar vara utmanande även för det mest erfarna ytbehandlingsteamet. Detta kommer att vara till hjälp för professionella verktyg.
Anta att en operatör behöver montera ett tunnväggigt rör av rostfritt stål. Att använda lamellskivor eller till och med trummor kan leda till problem, överhettning och ibland till och med en plan fläck på själva röret. Det är här bandslipmaskiner avsedda för rör kan hjälpa till. Transportbandet täcker större delen av rördiametern, fördelar kontaktpunkter, ökar effektiviteten och minskar värmetillförseln. Men precis som med allt annat måste hantverkaren fortfarande flytta bandslipen till en annan plats för att minska överskottsvärmeuppbyggnad och undvika blåning.
Detsamma gäller andra professionella verktyg för ytbehandling. Överväg en bandslip som är avsedd för svåråtkomliga ställen. En ytbehandlare kan använda den för att göra en kälsvets mellan två brädor i en spetsig vinkel. Istället för att flytta fingerbandslipen vertikalt (ungefär som att borsta tänderna), flyttar teknikern den horisontellt längs kälsvetsens överkant och sedan längs botten, vilket ser till att fingerslipen inte stannar på ett ställe för mycket under en längre tid.
Svetsning, slipning och ytbehandling av rostfritt stål innebär ytterligare en utmaning: att säkerställa korrekt passivering. Finns det efter alla dessa störningar någon förorening kvar på materialets yta som skulle förhindra den naturliga bildandet av ett kromlager av rostfritt stål över hela ytan? Det sista en tillverkare behöver är en arg kund som klagar på rostiga eller smutsiga 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 bör denna rengöring göras? Det beror på tillämpningen. Om tillverkare rengör rostfritt stål för att säkerställa fullständig passivering gör de det vanligtvis omedelbart efter svetsning. Underlåtenhet att göra det innebär att ytbehandlingsmediet kan absorbera ytföroreningar från arbetsstycket och distribuera dem till andra platser. För vissa kritiska tillämpningar kan dock tillverkare lägga till ytterligare rengöringssteg – kanske till och med testa för korrekt passivering innan det rostfria stålet lämnar fabriksgolvet.
Anta att en tillverkare svetsar en viktig komponent i rostfritt stål för kärnkraftsindustrin. En professionell volframbågsvetsare skapar en slät skarv som ser perfekt ut. Men återigen, detta är en kritisk tillämpning. En medlem av ytbehandlingsavdelningen använder en borste ansluten till ett elektrokemiskt rengöringssystem för att rengöra ytan på en svets. Han slipade sedan ner svetsen med ett non-woven slipmedel och en avtorkningsduk och avslutade allt till en slät yta. Sedan kommer den sista borsten med ett elektrokemiskt rengöringssystem. Efter en dag eller två av driftstopp, använd en bärbar testare för att kontrollera att delen är korrekt passiverad. Resultaten, registrerade och sparade tillsammans med jobbet, visade att delen var helt passiverad innan den lämnade fabriken.
I de flesta tillverkningsanläggningar sker slipning, ytbehandling och rengöring av passiveringen av rostfritt stål vanligtvis i efterföljande steg. Faktum är att de vanligtvis utförs strax innan arbetet skickas in.
Felaktigt bearbetade delar skapar några av de dyraste skrap- och omarbetningsprocesserna, så det är klokt för tillverkare att ta en ny titt på sina slip- och ytbehandlingsavdelningar. Förbättringar inom slipning och ytbehandling hjälper till att eliminera viktiga flaskhalsar, förbättra kvaliteten, eliminera huvudvärk och, viktigast av allt, öka kundnöjdheten.
FABRICATOR är Nordamerikas ledande tidskrift för ståltillverkning och formning. Tidskriften publicerar nyheter, tekniska artiklar och framgångshistorier som gör det möjligt för tillverkare att göra sitt jobb mer effektivt. FABRICATOR har varit i branschen sedan 1970.
Nu med full tillgång till den digitala utgåvan av The FABRICATOR, enkel åtkomst till värdefulla branschresurser.
Den digitala utgåvan av The Tube & Pipe Journal är nu helt tillgänglig och ger enkel tillgång till värdefulla branschresurser.
Få fullständig digital tillgång till STAMPING Journal, med den senaste tekniken, bästa praxis och branschnyheter för metallpräglingsmarknaden.
Nu med fullständig digital åtkomst till The Fabricator på spanska har du enkel tillgång till värdefulla branschresurser.