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Entrevista a Joan Lluís-Martí: hablamos de la presencia de calamina y la calidad de las soldaduras

Entrevista a Joan Lluís-Martí: hablamos de la presencia de calamina y la calidad de las soldaduras 1
Joan-Lluís Martí

Desde VSM realizamos una entrevista a Joan-Lluís Martí, Responsable Técnico en el Institut Tècnic Català de la Soldadura (ITCS).

Joan-Lluís lleva desde el 2009 en ITCS desempeñando la gestión y supervisión técnica y comercial de todas las tareas desarrolladas en la formación, inspección, cualificación y evaluación para la calidad de la soldadura en producción

También, es docente en los cursos de EWF y IIW para coordinadores de soldeo y en los cursos de EWF para coordinadores de adhesivos.

Entrevista a Joan-Lluís Martí

Buenos días Joan-Lluís,

¿Cuál es la actividad principal del ITCS?

La formación de personal para obtener una alta cualificación, perteneciente a industrias con actividades de soldadura o uniones con adhesivos.

¿Qué perfil tienen los participantes en las formaciones que impartís?

Formamos desde personas con estudios básicos, pasando por formación profesional, hasta ingenieros superiores, ya sean operadores como supervisores o directores.

¿Qué puede aportar ITCS a estos técnicos?

Conocimientos teóricos y prácticos que les sean de gran utilidad para ejecutar uniones de la máxima calidad, de la forma más eficiente posible.

En los últimos años, ¿cómo han evolucionado los requerimientos exigidos a las empresas que sueldan metales?

Los requerimientos que hace muchos años estaban reservados a sectores muy aislados, con el paso de los años se han ido extendiendo, de forma que hoy son imprescindibles para poder suministrar a la mayor parte de ellos.

¿Cómo influye una buena preparación de la superficie antes de iniciar el soldeo?

entrevista joan lluís-martí

Antes de iniciar el proceso de soldeo, la superficie debe estar libre de elementos, tales como residuos, pinturas, grasas, óxidos u otras capas que impidan una correcta fusión de los metales o contaminen la unión soldada.

También es fundamental que la rugosidad no sea demasiado elevada. Cuanto mejor preparada esté la superficie, mayor será la calidad obtenida, evitando retrabajos, rechazos o incluso problemas durante la vida útil del elemento soldado.

¿Cuáles son los errores más habituales?

Aparte de no retirar los elementos comentados antes, hacerlo de forma ineficiente o sin dejar suficiente superficie preparada alrededor de la zona a unir.

La presencia de calamina, ¿en qué puede afectar a la calidad del soldeo?

La calamina es una de las capas de óxido que mencioné antes y es muy habitual en la industria. Es importante retirarla de la zona de unión y dejar alrededor suficiente zona saneada para evitar los problemas citados.

¿Hasta qué punto es importante que los técnicos se formen tanto en la ejecución como en la preparación de superficies?     

Una buena superficie es fundamental para que el resultado del soldeo sea correcto. Se podría decir que incluso debe dedicarse más tiempo a preparar las superficies que a la misma ejecución. Dicho esto, es fundamental que tanto los operarios como sus supervisores reciban formación en abrasivos y en métodos de preparación de superficies.

Desde VSM Abrasivos, como expertos en la fabricación de abrasivos de calidad, esperamos que esta entrevista a Joan-Lluís Martí sobre la presencia de calamina y calidad de las soldaduras haya sido interesante. Descubre todos nuestros abrasivos industriales o descárgate nuestro catálogo de abrasivos.

La eliminación de la calamina: ¿un proceso que se eterniza?

La eliminación de calamina en una superficie de acero es un proceso tedioso y molesto, aunque necesario para aportar las máximas garantías al conjunto resultante, ya sea soldado, pulido, o protegido mediante cualquier recubrimiento. Utilizando las herramientas y el procedimiento adecuado podemos aumentar de forma notable la productividad de nuestro proceso de fabricación.

Con el objetivo de convertir este proceso que parece ser eterno en una operación más efectiva dentro de su sistema productivo, en este post se analizan tres aspectos que ayudarán a evaluar el tiempo de lijado y a decidir el tipo de abrasivo a utilizar.

Familia de grano

Entre los abrasivos utilizados industrialmente se pueden encontrar varios tipos de grano obtenidos a partir de diversos materiales, todos ellos pertenecientes a la familia de cerámicas técnicas. Entre los más destacados están el Carburo de Silicio, el Óxido de Aluminio (corindón), la Zirconia Alúmina (Zirconia) y el Óxido de Aluminio obtenido mediante proceso Sol-Gel denominado Grano Cerámico. Al lijar una superficie metálica, las propiedades más importantes de estos abrasivos son la dureza y la tenacidad a fractura, ambas representadas en el gráfico posterior.

La eliminación de la calamina: ¿un proceso que se eterniza? 2

Por un lado, la dureza de un abrasivo debe ser superior a la de la superficie que se pretende lijar, pues solamente de esta manera se conseguirá que el lijado sea efectivo. Analizando la gráfica anterior, se puede observar que, con cualquiera de los abrasivos comentados, se puede lijar prácticamente todos los materiales metálicos. Por otro lado, la tenacidad a fractura influye en el rendimiento del abrasivo. Esta propiedad indica la resistencia del material a la propagación inestable de una grieta bajo condiciones de deformación plana. Cuanto mayor sea, las grietas se propagarán con más dificultad y los granos abrasivos se desgastarán más lentamente.

En el caso de la calamina, esta tiene una elevada dureza (muy superior incluso a la del acero base) y una baja tenacidad a fractura, su composición y estructura, la sitúan más en una zona entre los cerámicos y el vidrio que en el grupo de materiales metálicos. Aunque su composición hace que estas propiedades puedan llegar a ser muy variables en función de las características del procedimiento térmico o natural que ha dado lugar a la generación de la calamina, se podría estar hablando de durezas mayores a los 1000 HV y de una tenacidad a fractura inferior a los 2 MPa·m1/2. Por tanto, a nivel teórico se podría establecer que abrasivos como la Circonia Alúmina no serían, a priori, la mejor opción para eliminar la calamina. Por cuestiones de dureza, parece ser que el Óxido de Aluminio estaría justo en el límite y el Carburo de silicio sería la opción más segura, aunque este, debido a su baja tenacidad, podría sufrir un desgaste demasiado rápido.

Pasando al plano experimental, los resultados indican que para lijar una superficie de 175 cm2 de acero al carbono recubierta de calamina, lo más conveniente sería hacerlo con carburo de silicio u óxido de aluminio en su versión SOL-GEL (Grano Cerámico) conformado, más agresivo, tenaz y resistente. En este último caso, los granos conformados con un recubrimiento refrigerante ofrecen una clara ventaja respecto a los que no llevan este recubrimiento.

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Nota: CER indica que el grano abrasivo es óxido de aluminio en versión SOL-GEL (Grano CERÁMICO) CONFORMADO: indica que el grano tiene una forma geométrica específica para mayor índice de penetración.

En cuanto al rendimiento de los dos mejores abrasivos anteriores, los resultados demuestran que los granos cerámicos conformados con refrigerante no solo tienen una excelente capacidad de corte, sino también una vida útil más larga que los de carburo de silicio en el lijado de calamina. En la siguiente gráfica se presenta una prueba de ello:

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Estos resultados indican que, después de haber lijado 4 piezas (175cm2) recubiertas de calamina con un disco de carburo de silicio, éste deja de ser efectivo. En cambio, con un disco de grano cerámico conformado y recubrimiento refrigerante se ha podido procesar de forma efectiva hasta 6 piezas.

En la figura que sigue a continuación se observa el aspecto de los discos abrasivos después de la prueba de rendimiento. El desprendimiento de los granos de carburo silicio se debe a su menor tenacidad, lo que provoca su fractura prematura en cuanto entran en contacto con el acero que se esconde bajo la calamina.

discos abrasivos para eliminación calamina

Tamaño de grano

Otro aspecto que considerar antes de seleccionar el abrasivo para el lijado de calamina es el tamaño de grano abrasivo. Cuanto mayor sea éste, mayor será la capacidad de arranque, pero el acabado superficial será peor, puesto que la penetración del grano mayor dejará un surco más profundo. En resumen, la mejora en rapidez se sacrificará con un peor acabado, aunque cada cliente valora como apto sus acabados. Los resultados que se muestran a continuación indican el tiempo requerido para lijar la misma superficie del apartado previo con un grano cerámico convencional (Óxido de Aluminio en versión Sol-Gel, no conformado) con distintos tamaños de grano.

La eliminación de la calamina: ¿un proceso que se eterniza? 5
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Apertura de grano

El tercer aspecto está relacionado con el esparcimiento o separación entre los granos abrasivos. En este caso, se evalúan los dos tipos más comunes: capa estándar y capa combi.

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En una capa estándar, el grano se une a la capa base con el grano en posición vertical. El espacio entre los granos puede ser estrecho (densidad de recubrimiento cerrado) o medio (densidad de recubrimiento semi cerrado).

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Cuando se aplica una capa combi, los granos de soporte se colocan en los espacios entre los granos para mantener el grano en su posición. Este tipo de recubrimiento funciona mejor para aplicaciones donde la presión de contacto pueda ser limitada.

La siguiente gráfica muestra los resultados obtenidos después de haber lijado la superficie recubierta de calamina previa con cada una de las aperturas de grano comentadas. El resultado muestra de forma evidente que el esparcimiento tipo combi es más efectivo, disminuyendo el tiempo de lijado.

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Conclusiones

De los ensayos realizados se desprenden unas conclusiones claras:

  • El tipo de grano seleccionado puede proporcionar reducciones del 70% en el tiempo de lijado. El abrasivo de Carburo de Silicio es altamente efectivo mientras no entre en contacto con el acero que se oculta sobre la capa de calamina, mientras que un grano cerámico conformado y refrigerado muestra los mejores resultados en cuanto al equilibrio velocidad de proceso y durabilidad.
  • El tamaño de grano debe ser lo mayor posible. El único parámetro que determinará su límite es que el rayado obtenido sea admisible por parte del cliente.
  • A mayor apertura del grano, mejor penetración y por tanto más rapidez de proceso.

Esperamos que este estudio sobre la eliminación de la calamina te haya ayudado. En VSM Abrasivos estamos especializados en la fabricación de abrasivos

Conoce en detalle todo lo que necesitas saber de nuestros abrasivos industriales. Podrás encontrar un amplio catálogo compuesto por una extensa gama de discos abrasivos, lijas de banda, abrasive cloth roll y mucho más.

¿Cómo mejorar la eficiencia de la herramienta abrasiva al eliminar calamina?

Aunque el tipo de abrasivo y sus características juegan un papel muy importante a la hora de eliminar la calamina, existen varios parámetros propios del proceso que pueden ser también relevantes. Con el objetivo de optimizar la metodología de lijado con abrasivos flexibles, en este post se expone la influencia de cuatro aspectos relacionados con la herramienta de corte.

Plato de soporte

En sentido estricto, el plato de soporte no es un parámetro de la herramienta, sino más bien un complemento que debe acompañar siempre un disco abrasivo flexible. Los hay de muchos tipos y una forma de clasificarlos es en función de su dureza. En la siguiente figura se muestran tres tipos de plato, de más blando a más duro (léase de izquierda a derecha).

disco abrasivo flexible std

STD

disco abrasivo flexible tp1

TP1

disco abrasivo flexible tp3

TP3

Los resultados que se presentan a continuación indican que, si se pretende remover de forma rápida la calamina presente en una pieza de acero, un plato de soporte duro resultará más efectivo puesto que concentrará la presión aplicada en una superficie menor, proporcionando un corte más rápido y frio, aunque sacrificando ligeramente el acabado final.

plato de soporte duro

Velocidad de corte

La influencia de este parámetro es obvia: una mayor velocidad de corte disminuye el tiempo de lijado, como puede verse en el gráfico que se presenta a continuación, el cual representa el tiempo requerido para lijar una capa superficial de 200cm2 de calamina sobre un acero al carbono.

velocidad de corte con dicos abrasivos

Nótese que, aunque la tasa de arranque de calamina aumente con un incremento en la velocidad de corte, el abrasivo sufrirá normalmente un desgaste más rápido y la carga térmica será también mayor, puesto que se aporta una mayor cantidad de energía por unidad de tiempo.

Velocidad de Avance

Este parámetro indica la velocidad del movimiento de la herramienta sobre la pieza (flecha superior de la figura siguiente) y deberá ser suficientemente lenta como para asegurar la eliminación de la capa de calamina en una sola pasada, ya que, si se realizan movimientos rápidos en ambos sentidos, como puede ser costumbre en un proceso normal, el abrasivo friccionará superficialmente sobre esta capa, extremadamente dura, con un mayor desgaste y menor efectividad en el arranque.

velocidad de avancce de discos

Presión de contacto

Para un mismo plato de soporte y ángulo de contacto () constante, un aumento en la presión aplicada (fuerza por unidad de superficie) hará que los granos abrasivos penetren a mayor profundidad sobre la calamina, dando como resultado un menor tiempo de lijado. No obstante, si esta presión es excesiva, los granos pueden quedar sobrecargados y desgastarse con mayor facilidad y, además, la temperatura de la pieza puede aumentar notablemente.

presion de contacto discos abrasivos

En este aspecto, la dureza del plato de soporte juega un papel fundamental, concentrando o disolviendo la presión según sea su dureza, como se ha comentado en el punto de plato de soporte.

Otra forma de incrementar la presión de contacto sin aumentar la fuerza que ejerce el operario, es cambiar el ángulo. En los discos de fibra vulcanizada, se recomienda lijar con un ángulo α de 10º, aunque éste puede oscilar entre los 5º y los 25º. Aumentando el ángulo, la fuerza se concentrará sobre una menor superficie y por lo tanto la presión aplicada será mayor.

Conclusiones

Para minimizar los tiempos cuando se lija calamina, es importante:

  • Utilizar un plato lo más rígido
  • Si la amoladora angular lo permite, aumentar la velocidad de giro en lo posible.
  • Desplazar la amoladora lentamente sobre la pieza, hasta una velocidad de avance que saque la calamina completamente en una pasada.
  • Incrementar la presión de contacto, combinando fuerza y un ángulo de trabajo lo más alto posible, dentro de los que permita la herramienta abrasiva.

¿Cómo eliminar más calamina por unidad de tiempo?

La calamina y sus inconvenientes

Los procesos de laminación en caliente provocan la aparición de óxidos de hierro en la superficie del acero. El acero, de amplio uso en la construcción metálica, se suministra en forma de chapas, pletinas, tubos, perfiles, barras y salvo que se especifique, no llega decapado al taller.

Por ello, muchas empresas se ven obligadas a convivir con ella y para realizar procesos de transformación o recubrimiento, se ven obligados a retirarla. Es preciso dejar las superficies sin residuos de calamina para soldar sin problemas de resistencia o hacer recubrimientos como la pintura.

Quitarla puede resultar una tarea difícil, lenta, costosa y sucia si no se realiza con las mejores herramientas disponibles en el mercado, ya que se trata de una capa de una elevada dureza y bien adherida a la superficie de las piezas.  

El reto de la eliminación de calamina

En la actualidad, el método más efectivo de retirada de calamina con herramientas manuales es el uso de discos de fibra en amoladoras angulares.

En este caso concreto, nos enfrentamos al disco de fibra con mayor implantación en el mercado para esta operación. ¡¡Todo un reto!!

Descripción del caso:

  • Material: Acero de carbono negro con capa de calamina en una placa de 350x600x20 mm.
  • Máquina: Amoladora angular de 125mm y potencia 1100w.
  • Plato: Extremadamente duro y estriado.
  • Abrasivo en uso: Disco de fibra de grano cerámico conformado (triangular) grano 36+ y 125mm.
  • Dificultad: El disco patinaba sobre la pieza tras muy corto espacio de tiempo (1’30”) y dejaba de quitar calamina, aparte de quedar inservible.

¿Cómo eliminar más calamina por unidad de tiempo? 10

Resultados de la prueba

VSM presentó su producto con grano cerámico conformado geométricamente, en grano 36 y con aditivo refrigerante.

Se realizaron dos pruebas, a distintas velocidades de giro (rpm) de la amoladora, con los siguientes resultados:

grano ceramico vsm conformado geometricamente

Conclusión

Nuestro disco le permitió al cliente:

  • Realizar más cantidad de trabajo por unidad de tiempo.
  • Extender la vida del disco, que trabaja más tiempo antes de cristalizarse.
  • Calentar menos la pieza, alterando así menos su estructura metalográfica en la zona lijada.

El cliente quedó gratamente sorprendido por el resultado, procediendo a contar con VSM como proveedor para sus discos y valorando la aportación que le permitió mejorar la calidad de fabricación.

Calamina: sentido ideal de lijado para arrancarla más rápidamente

Es muy común que durante la laminación en caliente del acero se forme una cascarilla de color negro-grisáceo-azulado, más conocida como calamina, a causa de la temperatura y las altas presiones que ejercen los rodillos de laminación.

Si la cascarilla fuera uniforme y estuviera bien adherida a la superficie del acero podría protegerlo frente a la corrosión atmosférica. Sin embargo, en la realidad ocurre todo lo contrario: no queda bien adherida y no es uniforme debido a la manipulación del producto. Esto supone un grave problema si se quiere aplicar un recubrimiento o llevar a cabo un proceso de soldadura, pues la eficacia de estos disminuiría notablemente y el componente podría fallar de forma prematura. Por estos motivos, es necesario su eliminación. Y para ello, existen diversos métodos como el granallado, el decapado químico o el lijado con abrasivos (del cual se habla en este post).

¿Qué es la calamina?

La calamina está formada por capas de óxido de hierro (wustita – FeO, magnetita – Fe3O4 y hematita – Fe2O3) que se originan cuando la superficie del acero laminado en caliente reacciona con el oxígeno presente en el aire. Se distinguen tres tipos de calamina:

  • Calamina primaria. Se forma durante la etapa de recalentamiento del acero (previo a la laminación).
  • Calamina secundaria. Tiene lugar entre los lapsos de tiempo en los que el producto pasa por los trenes de laminación de desbaste e intermedio.
  • Calamina terciaria. Se forma entre las pasadas por los trenes de laminación de acabado y durante el enfriamiento (después de la laminación).

Dependiendo de la temperatura de recalentamiento y los componentes de aleación (cromo, níquel, molibdeno, etc.), el espesor y la composición de cada capa de óxido presente en la calamina puede variar. A altas temperaturas (> 570C), la calamina se compone principalmente por wustita, y si la etapa de enfriamiento es relativamente lenta, por debajo de los 570C predomina la magnetita. El óxido restante (hematita) se encuentra en menor proporción casi a cualquier temperatura y su espesor suele ser inferior a 0,1 mm. La distribución de estas capas de óxido se muestra en la siguiente figura:

capas de oxido calamina

Desde VSM, fabricantes de abrasivos, esperamos que este post sobre la calamina y el sentido ideal de arranque te haya servido de ayuda. Descubre nuestros abrasivos industriales como discos abrasivos o abrasive cloth rolls.

 

Aunque la calamina pueda parecer una sola capa, en realidad está formada por capas no conectadas metalúrgicamente de los tres óxidos comentados. Es decir, las tres capas están presionadas una sobre la otra sin haber ninguna mezcla entre ellas. Esto provoca que la calamina se rompa y se desprenda con facilidad cuando se manipula el acero (cuando se lo deforma).

Características de la calamina

Puesto que en muchas ocasiones se habla de que la calamina tiene una apariencia negro-azulada o en ocasiones grisácea, en realidad son los óxidos los que la dotan de esta mezcla de colores. En la tabla que sigue a continuación se presenta la apariencia de cada uno de ellos:

Nombre Apariencia visual Apariencia microscópica
Hematita (Fe2O3) Rojo Blanco
Magnetita (Fe3O4) Azul/Negro Gris claro
Wustita (FeO) Gris Gris oscuro

En general, los óxidos que componen la calamina son duros (sobre todo la magnetita y la hematita), muy poco tenaces y tienen una baja conductividad térmica. Sin embargo, la calamina se considera una sustancia de composición desconocida o variable, productos de reacción complejos y material biológico (UVCB por sus siglas en inglés). Esto se debe a las diferencias entre las propiedades físicas, químicas y mecánicas de sus óxidos. Si a esto se le suma que la calamina puede contener trazas de otras sustancias, habrá más variabilidad en sus propiedades (ej. si el acero está aleado con agentes endurecedores, es probable que la calamina contenga parte de estos y su dureza se vea incrementada, lo cual dificultaría su eliminación).

¿Por qué eliminar la calamina?

  • Impide que el recubrimiento cumpla con su función. Al aplicar un recubrimiento sobre el acero (ej. pintura), es muy importante que la superficie esté libre de calamina, pues con el tiempo puede desprenderse (junto con el recubrimiento). Además, al haber anulado la protección que brinda el recubrimiento, puede tener lugar la corrosión galvánica. Si bien es cierto que la calamina protege al acero contra corrosión atmosférica, cuando esta se rompe la humedad penetra a través de las grietas. Y debido a la distinta actividad electroquímica del acero y la calamina, se produce la corrosión galvánica (la calamina actúa como cátodo).
  • Soldadura menos eficaz. La pobre conductividad térmica de la calamina hace que el arco eléctrico generado durante el proceso de soldadura se mantenga corto y, por consiguiente, que el material soldado no fluya bien. El resultado es un cordón de soldadura alto, estrecho y frío (menos efectivo y poco resistente).
  • Desgaste del utillaje. Al ser una sustancia de alta dureza, la calamina puede acortar la vida útil de los rodillos de laminación. Normalmente se elimina antes de laminar el producto, pero al ser proceso espontáneo continúa formándose hasta el enfriamiento, siendo necesario su eliminación entre las distintas pasadas por los trenes de laminación.
  • Pérdida de rendimiento del componente. Como se ha venido comentando, la calamina es frágil y poco tenaz. Un componente con estas características difícilmente cumplirá con los requerimientos de servicio en comparación con uno libre de calamina. Además, cuando se va descascarillando se crean zonas irregulares por donde la pieza podría fallar.

¿Cómo lijar la calamina para eliminarla más fácilmente?

Cuando se pretende arrancar la calamina empleando lijas abrasivas, en muchas ocasiones no se piensa en la mejor forma de hacerlo o en la estrategia de lijado a seguir.

En el caso de máquinas automáticas, si se quiere eliminar más rápidamente la calamina y conseguir un mejor rendimiento del abrasivo, desde VSM se recomienda que el avance del abrasivo sobre la pieza de trabajo sea siempre contra el vértice de calamina de forma que permita su arranque (izquierda de la figura que sigue a continuación). De esta forma se conseguirá arrancar la calamina en lugar de aplastarla. Es decir, el abrasivo primero tocará la superficie limpia (acero) y luego los granos penetrarán con mayor eficacia sobre la calamina. De lo contrario, toda la superficie de contacto será entre abrasivo-calamina y los granos no penetrarán con tanta intensidad, siendo más difícil su eliminación.

En el caso de máquinas portátiles, la dirección de lijado más eficaz es la que se muestra en la siguiente figura:

sentido ideal del lijado para calamina
Sentido de lijado

Desde VSM, fabricantes de abrasivos, esperamos que este post sobre la calamina y el sentido ideal de arranque te haya servido de ayuda. Descubre nuestros abrasivos industriales como discos abrasivos o abrasive cloth rolls.