Une feuille de route pour le meulage et la finition de l'inox

Pour assurer une bonne passivation, un technicien nettoie électrochimiquement un cordon de soudure longitudinal dans une section laminée d'acier inoxydable. Images fournies par Walter Technologies pour surfaces

Imaginez qu'un fabricant décroche un contrat portant sur la fabrication d'acier inoxydable critique. Les tôles et les profilés tubulaires sont découpés, pliés et soudés, puis atterrissent au poste de finition. La pièce est constituée d'une plaque soudée verticalement à un tube. La soudure a l'air correcte, mais ce n'est pas la perfection de la pile de dix sous que le client recherche. Ainsi, le broyeur passe du temps à enlever un peu plus de métal de soudure que d'habitude. Puis, hélas, un bleuissement important apparaît à la surface, signe révélateur d'un apport de chaleur excessif. Dans ce cas, cela signifie que la pièce ne répondra pas aux exigences du client.

Généralement réalisés manuellement, le meulage et la finition demandent dextérité et finesse. Les erreurs de finition peuvent être extrêmement coûteuses, compte tenu de toute la valeur qui a déjà été apportée à la pièce. Ajoutez un matériau coûteux et sensible à la chaleur comme l'acier inoxydable, et les coûts de reprise et de montage de la ferraille sont encore plus élevés. Ajoutez des complications telles que la contamination et l'échec de la passivation, et un travail autrefois rentable sur l'acier inoxydable peut devenir une mésaventure génératrice de perte d'argent, voire de réputation.

Comment les fabricants peuvent-ils empêcher tout cela ? Ils peuvent commencer par développer une connaissance du meulage et de la finition, du rôle de chacun et de la manière dont chacun affecte une pièce en acier inoxydable.

Ils ne sont pas synonymes. En fait, chacun a un objectif fondamentalement différent. Le meulage élimine les matériaux tels que les bavures et l'excès de métal fondu, tandis que la finition donne une finition à la surface du métal. La confusion est compréhensible, étant donné que ceux qui meulent avec une meule à gros grain enlèvent rapidement beaucoup de métal et, ce faisant, laissent une "finition" de rayures très profondes. Mais dans le broyage, les rayures ne sont que la séquelle ; l'objectif est d'enlever rapidement le matériau, en particulier lorsque l'on travaille avec des métaux sensibles à la chaleur comme l'acier inoxydable.

La finition se produit par étapes lorsque l'opérateur commence avec un grain plus gros et passe à des disques de ponçage à grain plus fin, à un abrasif non tissé et peut-être à un feutre et à une pâte à polir pour obtenir une finition miroir. Le but est d'obtenir une certaine finition finale (scratch pattern). Et chaque étape (grain plus fin) supprime les rayures plus profondes de l'étape précédente et les remplace par des rayures plus petites.

Étant donné que le meulage et la finition ont des objectifs différents, ils ne se complètent souvent pas et, avec la mauvaise stratégie de consommables, ils peuvent en fait fonctionner l'un contre l'autre. Pour éliminer l'excès de métal fondu, un opérateur utilise une meule et laisse des rayures très profondes, puis passe la pièce à un finisseur qui doit maintenant passer beaucoup de temps à éliminer ces rayures profondes. Cette séquence, allant du meulage à la finition, pourrait encore être le moyen le plus efficace de répondre aux exigences de finition d'un client. Mais encore une fois, ce ne sont pas des processus complémentaires.

Très souvent, les surfaces de pièces conçues en tenant compte de la fabricabilité ne nécessitent pas à la fois de meulage et de finition. Les pièces qui ne subissent qu'un meulage le font parce que le meulage est le moyen le plus rapide d'enlever une soudure ou un autre matériau, et les rayures profondes laissées par la meule correspondent bien aux exigences du client. Les pièces qui ne nécessitent qu'une finition sont fabriquées de manière à ne pas nécessiter d'enlèvement excessif de matière. Un excellent exemple est une pièce en acier inoxydable avec une belle soudure à l'arc au tungstène gazeux qui doit seulement être mélangée et adaptée au motif de finition du matériau de base.

Une meuleuse avec une meule à faible taux d'enlèvement peut être confrontée à des défis importants lorsqu'elle travaille avec de l'acier inoxydable. Encore une fois, une chaleur excessive peut provoquer un bleuissement et modifier les propriétés du matériau. L'objectif est de garder l'acier inoxydable aussi froid que possible tout au long du processus.

À cette fin, il est utile de choisir une meule avec le taux d'enlèvement le plus rapide possible pour l'application et le budget. Les meules avec des grains de zircone meulent plus rapidement que l'oxyde d'aluminium, mais dans la plupart des cas, une meule en céramique fonctionne mieux.

Extrêmement résistants et tranchants, les grains de céramique s'usent d'une manière unique. Au lieu de s'user en douceur, ils conservent leur tranchant au fur et à mesure qu'ils se décomposent. Cela signifie qu'elles peuvent enlever le matériau extrêmement rapidement, souvent en une fraction du temps que peuvent le faire les autres meules. Cela fait généralement que les meules en céramique valent bien leur coût supplémentaire. Ils sont bien adaptés aux applications en acier inoxydable car ils éliminent rapidement les gros copeaux, générant moins de chaleur et de distorsion.

Un travailleur à la station de préparation de soudure rectifie un tuyau en acier inoxydable.

Quelle que soit la meule choisie par un fabricant, il doit garder à l'esprit le potentiel de contamination. La plupart des fabricants savent qu'ils ne peuvent pas utiliser la même meule sur l'acier au carbone et l'acier inoxydable. Beaucoup séparent physiquement leurs opérations de meulage de l'acier au carbone et de l'acier inoxydable. Même une minuscule étincelle d'acier au carbone atterrissant sur une pièce en acier inoxydable peut causer des problèmes de contamination. De nombreuses industries, comme les secteurs pharmaceutique et nucléaire, ont besoin de consommables classés sans contaminants. Cela signifie que les meules utilisées sur l'acier inoxydable doivent être presque exemptes (moins de 0,1 %) de fer, de soufre et de chlore.

Les meules seules ne meurent pas ; ils ont besoin d'un outil électrique. Tout le monde peut vanter les avantages d'une meule abrasive ou d'un outil électrique, mais la réalité est que les outils électriques et leurs meules fonctionnent comme un système. Les meules en céramique sont conçues pour fonctionner avec des meuleuses d'angle avec une certaine puissance et un certain couple. Bien que certaines meuleuses pneumatiques aient les spécifications nécessaires, la plupart des meules en céramique sont effectuées avec des outils électriques.

Une meuleuse avec une puissance et un couple insuffisants peut causer des problèmes majeurs, même avec l'abrasif le plus avancé. Un manque de puissance et de couple ralentit considérablement l'outil sous pression, empêchant essentiellement les particules de céramique sur la roue de faire ce pour quoi elles sont conçues : éliminer rapidement les gros copeaux de métal et, ce faisant, induire moins de chaleur dans le matériau.

Cela peut exacerber un cercle vicieux : les opérateurs de meulage voient que le matériau n'est pas enlevé, alors ils poussent instinctivement plus fort, ce qui génère à son tour une chaleur excessive et un bleuissement. Ils finissent par pousser si fort qu'ils glacent la roue, ce qui les pousse encore plus fort et génère plus de chaleur avant de se rendre compte qu'ils doivent changer la roue. Si vous travaillez de cette façon sur un tube ou une feuille mince, ils finissent par percer le matériau.

Bien sûr, ce cercle vicieux peut se produire même avec les meilleurs outils disponibles si les opérateurs ne sont pas correctement formés, en particulier en ce qui concerne la pression qu'ils appliquent sur la pièce. La meilleure pratique consiste à rester aussi proche que possible de l'ampérage nominal nominal du broyeur. Si les opérateurs utilisent une meuleuse de 10 ampères, ils doivent appuyer juste assez fort pour que la meuleuse consomme environ 10 ampères.

Si un fabricant traite beaucoup d'acier inoxydable coûteux, l'utilisation d'un ampèremètre peut aider à normaliser les opérations de meulage. Bien sûr, en réalité, peu d'opérations utilisent régulièrement un ampèremètre, donc la meilleure chose à faire est d'écouter attentivement. Si les opérateurs entendent et sentent le régime chuter rapidement, ils poussent probablement trop fort.

Écouter un toucher trop léger (c'est-à-dire une pression trop faible) peut être difficile, donc dans ce cas, il peut être utile de prêter attention au flux d'étincelles. Le meulage de l'acier inoxydable produit des étincelles plus foncées que l'acier au carbone, mais elles doivent toujours être visibles et projetées loin de la zone de travail de manière cohérente. Si les opérateurs voient soudainement moins d'étincelles, c'est probablement parce qu'ils n'appliquent pas assez de pression ou que la meule est vitreuse.

Les opérateurs doivent également maintenir un angle de travail constant. S'ils s'approchent de la pièce à usiner à un angle presque plat (presque parallèle à la pièce), ils risquent de surchauffer une large zone; s'ils s'approchent à un angle trop élevé (plus près de la verticale), ils risquent de creuser le bord de la roue dans le métal. S'ils utilisent une meule de type 27, ils doivent approcher le travail à 20 à 30 degrés. S'ils ont une roue de type 29, leur angle de travail doit être d'environ 10 degrés.

Les meules de type 28 (coniques) sont normalement utilisées pour meuler sur des surfaces planes afin d'enlever de la matière sur une trajectoire de meulage plus large. Ces meules coniques fonctionnent également mieux à un angle de meulage inférieur, à environ 5 degrés, ce qui contribue à réduire la fatigue de l'opérateur.

Cela introduit un autre facteur critique : choisir le bon type de meule. Les roues de type 27 ont un point de contact sur la surface métallique ; Les roues de type 28 ont une ligne de contact en raison de leur forme conique ; et les roues de type 29 ont une surface de contact.

Un ouvrier termine un cadre en acier inoxydable à l'aide d'un disque de ponçage.

De loin les plus courantes, les roues de type 27 font le travail pour de nombreuses applications, mais leur forme rend difficile le travail avec des pièces aux contours et courbes profonds, par exemple un assemblage soudé de tube en acier inoxydable. La forme profilée des meules de type 29 facilite la tâche des opérateurs qui doivent meuler une combinaison de surfaces courbes et plates. Pour ce faire, les meules de type 29 augmentent la surface de contact, ce qui signifie que les opérateurs n'ont pas besoin de passer beaucoup de temps à meuler à chaque emplacement, une bonne stratégie pour atténuer l'accumulation de chaleur.

En fait, cela s'applique lors de l'utilisation de n'importe quelle meule. Lors du meulage, les opérateurs ne doivent jamais rester longtemps au même endroit. Supposons qu'un opérateur retire du métal d'un filet de plusieurs pieds de long. Il pourrait manipuler la meule par de courts mouvements de haut en bas, mais cela pourrait surchauffer la pièce, car il garde la meule dans une petite zone pendant une période prolongée. Pour réduire l'apport de chaleur, l'opérateur peut traverser toute la soudure dans une direction près d'un pied de soudure, puis soulever l'outil (ce qui donne le temps de refroidir) et traverser le travail dans la même direction près de l'autre pied de soudure. D'autres techniques peuvent également fonctionner, mais elles partagent toutes un trait : elles évitent la surchauffe en gardant la meule en mouvement.

La technique couramment utilisée du "peigne vers le bas" permet également d'accomplir cela. Supposons qu'un opérateur meule une soudure bout à bout en position plate. Pour réduire le stress thermique et le creusement excessif, il évite de pousser la meuleuse le long du joint. Au lieu de cela, il commence par la fin et tire la meuleuse le long du joint. Cela empêche également la meule de trop s'enfoncer dans le matériau.

Bien sûr, toute technique peut surchauffer le métal si l'opérateur va trop lentement. Allez trop lentement et un opérateur peut surchauffer la pièce ; aller trop vite et le broyage peut prendre beaucoup de temps. Trouver le point idéal de la vitesse d'alimentation vient généralement avec l'expérience. Mais si les opérateurs sont nouveaux dans le travail, ils peuvent rectifier la ferraille pour apprendre la "sensation" d'une vitesse d'alimentation appropriée pour la pièce à usiner.

Les stratégies de finition tournent autour de l'état de surface du matériau à son arrivée et à sa sortie du département de finition. Établissez le point de départ (état de surface tel que reçu) et le point d'arrivée (finition souhaitée), puis élaborez un plan qui trouve le meilleur chemin entre ces deux points.

Habituellement, le meilleur chemin ne commence pas avec un abrasif très agressif. Cela peut sembler contre-intuitif. Après tout, pourquoi ne pas commencer avec un gros grain pour obtenir une finition rugueuse, puis passer à des grains plus fins ? Commencer avec un grain plus fin ne serait-il pas extraordinairement inefficace ?

Pas nécessairement, et cela a encore une fois à voir avec la nature de la finition. À chaque étape vers un grain plus petit, les finisseurs remplacent les rayures plus profondes par des rayures moins profondes et plus fines. S'ils commencent avec, disons, un disque de ponçage ou à lamelles de grain 40, ils mettent des rayures profondes dans le métal. Si ces rayures rapprochent la surface de la finition souhaitée, c'est parfait ; c'est pourquoi ces consommables de finition à grain 40 existent. Mais si le client demande, par exemple, une finition n ° 4 (une finition brossée directionnelle), les rayures profondes créées par cet abrasif de grain 40 prendront beaucoup de temps à éliminer. Les finisseurs passeront soit par de nombreuses tailles de grain, soit passeront beaucoup de temps avec un abrasif à grain fin pour éliminer ces grosses rayures et les remplacer par de plus petites. Tout cela est non seulement inefficace, mais introduit également une chaleur excessive dans la pièce.

Bien sûr, l'utilisation d'un abrasif à grain fin sur une surface rugueuse peut être lente et, combinée à une mauvaise technique, introduire une chaleur excessive. C'est là que le disque à lamelles deux en un, ou entrelacé, peut vous aider. Ces disques comprennent une toile abrasive associée à un matériau de conditionnement de surface. Ils permettent efficacement au finisseur d'enlever la matière avec l'abrasif tout en laissant une finition plus lisse.

La prochaine étape vers la finition finale pourrait impliquer l'utilisation d'un matériau non tissé, ce qui illustre une autre caractéristique unique à la finition : le processus fonctionne mieux avec un outil électrique à vitesse variable. Une meuleuse à angle droit fonctionnant à 10 000 tr/min peut fonctionner avec certains supports abrasifs, mais elle fera carrément fondre certains matériaux non tissés. Pour cette raison, les finisseurs réduisent la vitesse entre 3 000 et 6 000 tr/min avant de commencer une étape de finition avec un consommable non tissé. Bien sûr, la vitesse exacte dépend de l'application et du consommable. Par exemple, les tambours non tissés sont généralement utilisés entre 3 000 et 4 000 tr/min, tandis que les disques de conditionnement de surface sont utilisés entre 4 000 et 6 000 tr/min.

Avoir les bons outils (meuleuse à vitesse variable, différents supports de finition) et déterminer le nombre optimal d'étapes fournit essentiellement une carte, révélant le meilleur chemin entre le matériau tel que reçu et le matériau fini. Le chemin exact varie en fonction de l'application, mais des finisseurs expérimentés empruntent ce chemin en utilisant des techniques de finition similaires.

Un tambour non tissé termine une surface en acier inoxydable. Pour une finition efficace et une durée de vie optimale des consommables, différents supports de finition fonctionnent à différents régimes.

Premièrement, ils prennent leur temps. S'ils voient qu'une pièce mince en acier inoxydable devient chaude, ils arrêtent de finir dans une zone et commencent dans une autre. Ou ils peuvent travailler sur deux pièces différentes à la fois. Ils travaillent un peu sur l'un puis sur l'autre, laissant à l'autre pièce le temps de refroidir.

Lors du polissage pour obtenir une finition miroir, un finisseur peut effectuer un ponçage croisé avec un tambour ou un disque de finition, en ponçant dans une direction perpendiculaire à l'étape précédente. Le ponçage croisé met en évidence les zones où le motif de rayures précédent doit être mélangé, mais il ne donne toujours pas à la surface une finition miroir n ° 8. Pour créer la finition brillante souhaitée, un chiffon en feutre et une meule de polissage sont nécessaires une fois toutes les rayures éliminées.

Pour obtenir la bonne finition, un fabricant doit donner aux finisseurs les bons outils, à la fois des outils réels et des supports, ainsi que des outils de communication, comme des échantillons qui établissent des normes quant à ce à quoi une certaine finition devrait ressembler. Ces échantillons, affichés près du service de finition, dans la documentation de formation ainsi que dans la documentation commerciale, aident à mettre tout le monde sur la même longueur d'onde.

En ce qui concerne les outils eux-mêmes, y compris les outils électriques et les supports abrasifs, certaines géométries de pièces peuvent présenter des défis, même pour les employés les plus expérimentés du service de finition. Voici où des outils spécialisés peuvent vous aider.

Supposons qu'un opérateur ait besoin de terminer un assemblage tubulaire à paroi mince en acier inoxydable. L'utilisation d'un disque à lamelles ou même d'un tambour peut causer des problèmes, induisant une chaleur excessive et parfois même créant un méplat sur le tube lui-même. Ici, les ponceuses à bande conçues pour les tubes peuvent vous aider. La courroie s'enroule autour de la majeure partie du diamètre du tube, répartissant le point de contact, augmentant l'efficacité et réduisant l'apport de chaleur. Cela dit, comme pour toute autre chose, le finisseur doit toujours faire en sorte que la ponceuse à bande se déplace vers différentes zones pour atténuer l'accumulation excessive de chaleur et éviter le bleuissement.

Il en va de même pour les autres outils de finition spécialisés. Envisagez une ponceuse à bande conçue pour les espaces restreints. Un finisseur peut l'utiliser pour amincir une soudure d'angle entre deux tôles à angle aigu. Au lieu de déplacer la ponceuse à bande verticalement (un peu comme se brosser les dents), le finisseur la déplace horizontalement le long de la pointe supérieure de la soudure d'angle, puis de la pointe inférieure, tout en s'assurant que la ponceuse à doigt ne reste pas longtemps au même endroit.

Le soudage, le meulage et la finition de l'acier inoxydable introduisent une autre complication : assurer une passivation adéquate. Après toutes ces perturbations à la surface du matériau, reste-t-il des contaminants qui pourraient empêcher la couche de chrome de l'inox de se former naturellement sur toute la surface ? La dernière chose qu'un fabricant souhaite, c'est qu'un client en colère se plaigne de pièces rouillées ou contaminées. C'est là que le nettoyage et la traçabilité appropriés entrent en jeu.

Le nettoyage électrochimique peut aider à éliminer les contaminants pour assurer une bonne passivation, mais quand ce nettoyage doit-il avoir lieu ? Cela dépend de l'application. Si les fabricants nettoient l'acier inoxydable pour favoriser une passivation complète, ils le font généralement immédiatement après le soudage. Ne pas le faire signifierait que le support de finition pourrait ramasser les contaminants de surface de la pièce et les répandre ailleurs. Pour certaines applications critiques, cependant, un fabricant peut choisir d'insérer des étapes de nettoyage supplémentaires et peut-être même tester la passivation appropriée avant que l'acier inoxydable ne quitte l'usine.

Supposons qu'un fabricant soude un composant essentiel en acier inoxydable pour l'industrie nucléaire. Un soudeur à l'arc au tungstène au gaz expert établit une couture pile de dix sous d'apparence parfaite. Mais encore une fois, il s'agit d'une application critique. Un employé du service de finition utilise une brosse reliée à un système de nettoyage électrochimique pour nettoyer la surface de la soudure. Il utilise ensuite un abrasif non tissé et un chiffon de finition pour amincir les orteils de soudure et amener le tout à une finition au pinceau uniforme. Vient ensuite un dernier brossage avec le système de nettoyage électrochimique. Après avoir été assis pendant un jour ou deux, les pièces sont testées pour une passivation appropriée avec un appareil de test portatif. Les résultats, documentés et enregistrés avec le travail, montrent que la pièce a été entièrement passivée avant de quitter l'usine.

Le meulage, la finition et le nettoyage pour la passivation de l'acier inoxydable se produisent généralement loin en aval dans la plupart des usines de fabrication. En fait, ils sont généralement exécutés peu de temps avant que les travaux ne soient expédiés.

Une feuille d'acier inoxydable est testée pour assurer une bonne passivation.

Une pièce qui n'est pas finie correctement crée certains des rebuts et des retouches les plus coûteux qui soient, il est donc logique que les fabricants réexaminent leurs départements de meulage et de finition. Les améliorations apportées au meulage et à la finition peuvent aider à éliminer les principaux goulots d'étranglement, à améliorer la qualité, à éliminer les maux de tête et, surtout, à améliorer la satisfaction des clients.

Walter Surface Technologies est basée à Windsor, Connecticut.