ステンレス鋼棒の長手方向の溶接部は電気化学的にバリ取りされ、適切な不動態化が保証されます。画像提供：Walter Surface Technologies
メーカーが主要なステンレス製品を製造する契約を結ぶと想像してください。板金とパイプのセクションは、仕上げステーションに送られる前に切断、曲げ、溶接されます。この部品はパイプに垂直に溶接されたプレートで構成されます。溶接部分は良好に見えますが、購入者が求める理想的な価格ではありません。その結果、グラインダーは通常よりも多くの溶接金属を除去するのに時間がかかります。すると、悲しいことに、表面にはっきりとした青色が現れました。これは、熱が過剰に入力されたことを示す明らかな兆候です。この場合、その部品が顧客の要件を満たしていないことを意味します。
多くの場合手作業で行われるため、サンディングと仕上げには器用さと職人技が必要です。仕上げのミスは、ワークピースに課せられたすべての価値を考慮すると、非常に大きな損害をもたらす可能性があります。ステンレス鋼などの高価な熱に弱い材料を追加すると、再加工やスクラップの設置コストが高くなる可能性があります。汚染や不動態化の失敗などの複雑な問題が加わると、かつては利益を上げていたステンレス鋼事業が利益を失ったり、評判に悪影響を及ぼしたりする可能性があります。
メーカーはどのようにしてこうした事態を防ぐのでしょうか?まずは研削と仕上げに関する知識を広げ、それらが果たす役割とステンレス鋼のワークピースにどのような影響を与えるかを理解することから始めます。
これらは同義語ではありません。実際、誰もが根本的に異なる目標を持っています。研削ではバリや余分な溶接金属などの材料を除去し、仕上げでは金属表面を美しく仕上げます。大きな研削砥石を使用して研削する人は、大量の金属を非常に早く除去し、その過程で非常に深い傷が残る可能性があることを考えると、混乱は理解できます。しかし、研削の場合、傷は結果にすぎません。特にステンレス鋼などの熱に弱い金属を扱う場合、目標は材料を素早く除去することです。
仕上げは段階的に行われ、オペレーターは粗い砥石から始めて、より細かい砥石、不織布研磨材、場合によってはフェルト布や研磨ペーストに進み、鏡面仕上げを実現します。目的は、特定の最終仕上げ（スクラッチパターン）を達成することです。各ステップ (細かい砥石) では、前のステップで生じた深い傷が除去され、小さな傷に置き換えられます。
研削と仕上げは目的が異なるため、多くの場合相互に補完せず、間違った消耗品戦略を使用すると、相互に競合する可能性があります。余分な溶接金属を除去するために、オペレーターは砥石で非常に深い傷を付け、その後部品をドレッサーに渡します。ドレッサーはこれらの深い傷を除去するために多くの時間を費やす必要があります。研削から仕上げまでのこのシーケンスは、顧客の仕上げ要件を満たす最も効率的な方法と言えます。ただし、繰り返しになりますが、これらは追加のプロセスではありません。
作業性を考慮して設計されたワーク表面は、通常、研削や仕上げを必要としません。サンディングのみが行われるのは、サンディングが溶接部やその他の材料を除去する最も早い方法であり、砥石によって残された深い傷はまさに顧客が望んでいたものであるためです。仕上げのみが必要な部品は、過度の材料除去が不要な方法で製造されます。典型的な例は、タングステン電極で保護された美しい溶接部を備えたステンレス鋼部品です。タングステン電極をブレンドして基板の仕上げパターンに合わせるだけで済みます。
材料除去量の少ないディスクを備えた研削盤は、ステンレス鋼を扱うときに重大な問題を引き起こす可能性があります。同様に、過熱すると青みが生じたり、材料特性が変化したりする可能性があります。目標は、プロセス全体を通じてステンレス鋼をできるだけ低温に保つことです。
この目的を達成するには、用途と予算に応じて最も速い除去速度を持つ砥石車を選択することが役立ちます。ジルコニウムホイールはアルミナよりも速く研削できますが、ほとんどの場合、セラミックホイールが最適に機能します。
非常に強くて鋭いセラミック粒子は独特の方法で磨耗します。徐々に崩壊するため、平らにはならず、鋭いエッジが残ります。これは、材料を非常に迅速に、多くの場合他の研削砥石よりも数倍速く除去できることを意味します。一般に、セラミック砥石にはお金の価値があります。大きな切りくずを素早く除去し、発熱や変形が少ないため、ステンレス鋼の加工に最適です。
メーカーがどの砥石を選択する場合でも、潜在的な汚染に留意する必要があります。ほとんどのメーカーは、炭素鋼とステンレス鋼の両方に同じ砥石を使用できないことを知っています。多くの人がカーボンとステンレスの研削作業を物理的に分離しています。ステンレス鋼部品に落ちる炭素鋼の小さな火花でも、汚染の問題を引き起こす可能性があります。製薬産業や原子力産業などの多くの産業では、消耗品が無公害であると評価されることが求められています。これは、ステンレス鋼砥石には鉄、硫黄、塩素が実質的に含まれていない (0.1% 未満) 必要があることを意味します。
砥石は自分で研ぐのではなく、電動工具が必要です。研削砥石や電動工具の利点を宣伝することは誰でもできますが、実際には電動工具とその研削砥石はシステムとして機能します。セラミック砥石は、一定のパワーとトルクを備えたアングルグラインダー用に設計されています。一部の空気圧グラインダーには必要な仕様がありますが、ほとんどの場合、セラミックホイールの研削は電動工具で行われます。
パワーとトルクが不十分なグラインダーは、最新の研磨材であっても深刻な問題を引き起こす可能性があります。パワーとトルクが不足すると、圧力がかかると工具の速度が大幅に低下する可能性があり、基本的に、砥石車上のセラミック粒子が本来の役割を果たすことができなくなります。つまり、大きな金属の塊を素早く除去し、それによって砥石車に入る熱物質の量が減ります。砥石。
これは悪循環を悪化させます。サンダー職人は、素材が除去されていないことに気づき、本能的により強くプレスするため、過剰な熱と青みが発生します。あまりにも力を入れすぎてホイールが曇ってしまい、ホイールを交換する必要があることに気づく前に、さらにハードな作業を強いられ、より多くの熱が発生します。薄いチューブやシートをこの方法で加工すると、最終的には材料を貫通してしまいます。
もちろん、オペレーターが適切な訓練を受けていないと、たとえ最高のツールを使用していても、特にワークピースにかかる圧力に関しては、この悪循環が発生する可能性があります。ベストプラクティスは、グラインダーの定格電流にできる限り近づけることです。オペレーターが 10 アンペアのグラインダーを使用している場合は、グラインダーが約 10 アンペアの電流を流すほど強く押す必要があります。
メーカーが大量の高価なステンレス鋼を加工する場合、電流計を使用すると研削作業の標準化に役立ちます。もちろん、実際に電流計を日常的に使用する作業はほとんどないので、注意して聞くことが最善です。オペレータが RPM が急速に低下する音を聞いて感じた場合は、力が強すぎる可能性があります。
軽すぎる（つまり、圧力が低すぎる）タッチを聞くのは難しい場合があるため、この場合は火花の流れに注意を払うことが役立ちます。ステンレス鋼をサンディングすると、炭素鋼よりも暗い火花が発生しますが、それでも目視でき、作業領域から均等に飛び出すはずです。オペレーターが突然火花の発生が減った場合は、十分な力が加えられていないか、ホイールが曇っていないことが原因である可能性があります。
オペレーターはまた、一定の作動角度を維持する必要があります。それらがワークピースにほぼ直角（ワークピースとほぼ平行）で近づくと、重大な過熱が発生する可能性があります。あまりにも大きな角度（垂直に近い角度）で近づくと、ホイールの端が金属に衝突する危険があります。タイプ 27 のホイールを使用する場合は、20 ～ 30 度の角度で作業に取り組む必要があります。タイプ 29 ホイールが付いている場合、作動角は約 10 度になるはずです。
タイプ 28 (テーパー付き) 研削砥石は、通常、平らな表面を研削して、より広い研削パス上の材料を除去するために使用されます。これらのテーパーホイールは、低い研削角度 (約 5 度) で最適に機能するため、オペレーターの疲労を軽減します。
これにより、適切なタイプの砥石車の選択という別の重要な要素が導入されます。タイプ 27 ホイールには金属面接触点があり、タイプ 28 ホイールには円錐形状による接触ラインがあり、タイプ 29 ホイールには接触面があります。
現在最も一般的なタイプ 27 ホイールは、多くの分野で作業を行うことができますが、その形状により、溶接されたステンレス鋼管アセンブリなどの深いプロファイルの部品や曲線の作業が困難になります。タイプ 29 ホイールのプロファイル形状は、曲面と平面を組み合わせた研削を必要とするオペレーターの作業を容易にします。Type 29 ホイールは、接触表面積を増やすことでこれを実現します。これは、オペレーターが各場所の研磨に多くの時間を費やす必要がなくなることを意味します。これは、熱の蓄積を軽減するための優れた戦略です。
実はこれはどの砥石にも当てはまります。研削作業中は、作業者が同じ場所に長時間留まらないようにしてください。オペレーターが数フィートの長さのフィレットから金属を除去していると仮定します。短い上下運動でホイールを駆動することはできますが、ホイールが狭い領域に長時間留まるため、ワークピースが過熱する可能性があります。入熱を減らすために、オペレータは一方のノーズで一方向に溶接全体を実行し、その後ツールを上げて（ワークピースが冷えるまで）、もう一方のノーズで同じ方向にワークピースを通過させます。他の方法も機能しますが、それらに共通するのは、砥石車を動かし続けることで過熱を回避することです。
これは、広く使用されている「コーミング」方法によっても助けられます。オペレータが平らな位置で突合せ溶接を研削していると仮定します。熱応力と過剰な掘削を軽減するために、彼はジョイントに沿ってグラインダーを押すことを避けました。代わりに、最後から始めて、ジョイントに沿ってグラインダーを実行します。これにより、ホイールが材料に深く沈み込みすぎるのを防ぎます。
もちろん、どのような技術であっても、オペレータの作業が遅すぎると金属が過熱する可能性があります。作業が遅すぎると、オペレーターがワークピースを過熱してしまいます。動きが速すぎると、研磨に時間がかかることがあります。送り速度のスイートスポットを見つけるには通常、経験が必要です。しかし、オペレータが作業に慣れていない場合は、スクラップを研削してワークピースに適切な送り速度を「感じる」ことができます。
仕上げ戦略は、仕上げ部門に出入りする際の材料の表面状態によって異なります。始点 (取得した表面状態) と終点 (仕上げが必要) を決定し、それら 2 点間の最適な経路を見つける計画を立てます。
多くの場合、最良の方法は、非常に攻撃的な研磨剤から始まるわけではありません。これは直感に反するように思えるかもしれません。結局のところ、粗い砂から始めて粗い表面を作り、次に細かい砂に移ってみてはどうでしょうか?より細かい粒子から始めるのは非常に非効率的ではないでしょうか?
必ずしもそうではありませんが、これも比較の性質に関係しています。各ステップでより細かい粒子が得られるため、コンディショナーは深い傷をより細かい傷に置き換えます。40 グリットのサンドペーパーやひっくり返しパンで作業を始めると、金属に深い傷が残ります。これらの傷によって表面が希望の仕上げに近づくことができれば素晴らしいのですが、そのため 40 グリットの仕上げ材が用意されています。ただし、#4 仕上げ（方向性サンディング）をご希望の場合、#40 の砥石でついた深い傷は除去するのに時間がかかります。職人は、複数の砥石サイズを使用するか、細かい砥粒の研磨剤を使用して長い時間をかけて大きな傷を取り除き、小さな傷に置き換えます。これらすべては非効率であるだけでなく、ワークピースを過度に加熱します。
もちろん、粗い表面に細かい砥粒を使用すると作業が遅くなり、技術が不十分なため、熱が高くなりすぎます。これには、ツーインワンまたはスタッガードディスクが役立ちます。これらのディスクには、表面処理材料と組み合わせた研磨布が含まれています。これらにより、職人は研磨剤を効果的に使用して材料を除去しながら、より滑らかな仕上げを残すことができます。
仕上げの次のステップには不織布の使用が含まれますが、これはもう 1 つのユニークな仕上げ機能を示しています。このプロセスは可変速電動工具を使用すると最適に機能します。10,000 rpm で動作するアングル グラインダーは、一部の研磨材を処理できますが、一部の不織布材料は完全に溶けてしまいます。このため、仕上げ機は不織布を仕上げる前に 3,000 ～ 6,000 rpm まで速度を落とします。もちろん、正確な速度はアプリケーションと消耗品によって異なります。たとえば、不織布ドラムは通常 3,000 ～ 4,000 rpm で回転しますが、表面処理ディスクは通常 4,000 ～ 6,000 rpm で回転します。
適切なツール (可変速グラインダー、さまざまな仕上げ材) を使用し、最適なステップ数を決定すると、基本的に、受け入れられる材料と完成した材料の間の最適な経路を示すマップが得られます。正確なパスはアプリケーションによって異なりますが、経験豊富なトリマーは同様のトリミング方法を使用してこのパスに従います。
不織布ロールがステンレス鋼の表面を完成させます。効率的な仕上げと最適な消耗品寿命を実現するために、異なる仕上げ材が異なる回転速度で稼働します。
まず、時間がかかります。薄いステンレス鋼が熱くなっているのを確認すると、ある場所での仕上げをやめて、別の場所から始めます。あるいは、2 つの異なる成果物に同時に取り組んでいる可能性もあります。一方の部分を少し作業し、次にもう一方の部分を冷却し、もう一方の部分を冷却します。
鏡面仕上げに研磨する場合、研磨機は前工程と直交する方向に研磨ドラムまたは研磨ディスクと交差研磨することができます。クロスサンディングでは、以前のスクラッチパターンと融合するはずの領域が強調表示されますが、それでも表面は #8 の鏡面仕上げにはなりません。すべての傷を取り除いたら、希望の光沢仕上げを作成するためにフェルト布とバフ研磨パッドが必要になります。
適切な仕上げを実現するために、メーカーは、実際のツールや材料を含む適切なツールと、特定の仕上げがどのように見えるかを決定するための標準サンプルの作成などのコミュニケーション ツールを仕上げ業者に提供する必要があります。これらのサンプル (仕上げ部門の隣、研修資料、販売資料に掲載されています) は、全員が同じ波長を保つのに役立ちます。
実際の工具 (電動工具や研磨材を含む) に関する限り、一部の部品の形状は最も経験豊富な仕上げチームでも難しい場合があります。これはプロのツールに役立ちます。
オペレーターが薄壁のステンレス鋼パイプを組み立てる必要があるとします。フラップディスクやドラムを使用すると、問題が発生したり、過熱したり、場合によってはチューブ自体に平らな部分が発生したりする可能性があります。ここで、パイプ用に設計されたベルトグラインダーが役に立ちます。コンベアベルトはパイプ直径の大部分をカバーし、接触点を分散させて効率を高め、入熱を減らします。ただし、他のすべてのことと同様に、過剰な熱の蓄積を減らし、青みを避けるために、職人はベルト サンダーを別の場所に移動する必要があります。
他のプロ仕様の仕上げツールにも同じことが当てはまります。手の届きにくい場所用に設計されたベルトサンダーを検討してください。仕上げ業者はこれを使用して、2 つのボード間に鋭角ですみ肉溶接を行うことができます。技術者は、フィンガー ベルト サンダーを垂直に動かすのではなく (歯磨きのようなものです)、すみ肉溶接の上端に沿って水平に動かし、次に底に沿って動かし、フィンガー ベルト サンダーが 1 か所に留まりすぎないようにします。長い間。長さ 。
ステンレス鋼の溶接、研削、仕上げには、適切な不動態化を確保するという別の課題が伴います。これらすべての混乱の後、表面全体にステンレス鋼のクロム層が自然に形成されるのを妨げるような汚染が材料の表面に残っていましたか?メーカーにとって、部品が錆びたり汚れたりすると顧客が怒って文句を言うことは最も避けたいことです。ここで、適切な洗浄とトレーサビリティが重要になります。
電気化学的洗浄は汚染物質を除去して適切な不動態化を保証するのに役立ちますが、この洗浄はいつ行うべきでしょうか?それはアプリケーションによって異なります。メーカーが完全な不動態化を確実にするためにステンレス鋼を洗浄する場合、通常は溶接直後に洗浄します。そうしないと、仕上げ剤がワークピースの表面汚染物質を吸収し、他の場所に拡散する可能性があります。ただし、一部の重要な用途では、メーカーは追加の洗浄手順を追加する場合があり、場合によってはステンレス鋼が工場出荷前に適切な不動態化をテストすることもあります。
メーカーが原子力産業にとって重要なステンレス鋼部品を溶接していると仮定します。プロのタングステン アーク溶接機は、完璧に見える滑らかな継ぎ目を作成します。しかし、繰り返しになりますが、これは重要なアプリケーションです。仕上げ部門のメンバーは、電気化学洗浄システムに接続されたブラシを使用して溶接部の表面を洗浄します。次に、不織布研磨剤とワイピングクロスを使用して溶接部を研磨し、すべてを滑らかな表面に仕上げました。次に、電気化学洗浄システムを備えた最後のブラシが登場します。1 ～ 2 日のダウンタイムの後、ポータブル テスターを使用して部品が適切に不動態化されているかどうかを確認します。ジョブとともに記録および保存された結果は、部品が工場から出荷される前に完全に不動態化されたことを示していました。
ほとんどの製造工場では、通常、ステンレス鋼の不動態化の研削、仕上げ、洗浄が後続のステップで行われます。実際、これらは通常、ジョブが送信される直前に実行されます。
不適切に機械加工された部品は、最も高価なスクラップや再加工の原因となるため、メーカーがサンディングおよび仕上げ部門を再検討するのは理にかなっています。研削と仕上げの改善により、主要なボトルネックが解消され、品質が向上し、頭痛の種が解消され、そして最も重要なことに、顧客満足度が向上します。
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