ملاحظة المحرر: يسر موقع Pharmaceutical Online أن يقدم هذه المقالة المكونة من أربعة أجزاء حول اللحام المداري لأنابيب المعالجة الحيوية بقلم خبيرة الصناعة باربرا هينون من Arc Machines. تم تعديل هذه المقالة من عرض الدكتورة هينون في مؤتمر ASME في أواخر العام الماضي.
منع فقدان مقاومة التآكل. المياه عالية النقاء مثل DI أو WFI هي مادة حفر عدوانية للغاية للفولاذ المقاوم للصدأ. بالإضافة إلى ذلك، يتم تدوير WFI من الدرجة الصيدلانية عند درجة حرارة عالية (80 درجة مئوية) للحفاظ على التعقيم. هناك فرق دقيق بين خفض درجة الحرارة بما يكفي لدعم الكائنات الحية القاتلة للمنتج ورفع درجة الحرارة بما يكفي لتعزيز إنتاج "الأحمر". الروج هو فيلم بني ذو تركيبة مختلفة ناتج عن تآكل مكونات نظام أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ. قد تكون الأوساخ وأكاسيد الحديد هي المكونات الرئيسية، ولكن قد توجد أيضًا أشكال مختلفة من الحديد والكروم والنيكل. وجود الروج قاتل لبعض المنتجات وقد يؤدي وجوده إلى المزيد من التآكل، على الرغم من أن وجوده في أنظمة أخرى يبدو حميدًا إلى حد ما.
يمكن أن يؤثر اللحام سلبًا على مقاومة التآكل. اللون الساخن هو نتيجة للمواد المؤكسدة المترسبة على اللحامات والمناطق المتأثرة بالحرارة أثناء اللحام، وهو ضار بشكل خاص، ويرتبط بتكوين اللون الأحمر في أنظمة المياه الصيدلانية. يمكن أن يسبب تكوين أكسيد الكروم صبغة ساخنة، تاركًا وراءه طبقة مستنفدة من الكروم وعرضة للتآكل. يمكن إزالة اللون الساخن عن طريق التخليل والطحن، وإزالة المعدن من السطح، بما في ذلك الطبقة الأساسية المستنفدة من الكروم، واستعادة مقاومة التآكل إلى مستويات قريبة من مستويات المعدن الأساسي. ومع ذلك، فإن التخليل والطحن يضران بالتشطيب السطحي. يتم إجراء تخميل نظام الأنابيب بحمض النيتريك أو تركيبات عامل مخلب للتغلب على الآثار الضارة للحام والتصنيع قبل وضع نظام الأنابيب في الخدمة. أظهر تحليل إلكترون أوجير أن التخميل المخلبي يمكن أن يعيد التغيرات السطحية في توزيع الأكسجين والكروم والحديد والنيكل والمنغنيز التي حدثت في منطقة اللحام المتأثرة بالحرارة إلى منطقة ما قبل اللحام. ومع ذلك، فإن التخميل يؤثر فقط على الطبقة السطحية الخارجية ولا يخترق أقل من 50 أنجستروم، في حين أن التلوين الحراري يمكن أن يمتد إلى 1000 أنجستروم أو أكثر تحت السطح.
لذلك، من أجل تركيب أنظمة الأنابيب المقاومة للتآكل بالقرب من الركائز غير الملحومة، من المهم محاولة الحد من الضرر الناجم عن اللحام والتصنيع إلى مستويات يمكن استعادتها بشكل كبير عن طريق التخميل. يتطلب هذا استخدام غاز تطهير مع الحد الأدنى من محتوى الأكسجين وتوصيله إلى القطر الداخلي للمفصل الملحوم دون تلوث بالأكسجين الجوي أو الرطوبة. كما أن التحكم الدقيق في مدخلات الحرارة وتجنب ارتفاع درجة الحرارة أثناء اللحام مهم أيضًا لمنع فقدان مقاومة التآكل. يعد التحكم في عملية التصنيع لتحقيق اللحامات عالية الجودة القابلة للتكرار والثابتة، بالإضافة إلى التعامل الدقيق مع أنابيب ومكونات الفولاذ المقاوم للصدأ أثناء التصنيع لمنع التلوث، من المتطلبات الأساسية لنظام أنابيب عالي الجودة يقاوم التآكل ويوفر خدمة إنتاجية طويلة الأمد.
لقد خضعت المواد المستخدمة في أنظمة الأنابيب المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ عالي النقاء للتطور نحو تحسين مقاومة التآكل على مدى العقد الماضي. كان معظم الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدم قبل عام 1980 من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 لأنه كان غير مكلف نسبيًا وكان تحسينًا على النحاس المستخدم سابقًا. في الواقع، تعد الفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة 300 سهل التشغيل نسبيًا، ويمكن لحامه بالانصهار دون فقدان غير مبرر لمقاومته للتآكل، ولا يتطلب تسخينًا مسبقًا ومعالجات حرارية لاحقة خاصة.
في الآونة الأخيرة، ازداد استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 316 في تطبيقات الأنابيب عالية النقاء. يتشابه النوع 316 في تركيبه مع النوع 304، ولكن بالإضافة إلى عناصر سبائك الكروم والنيكل المشتركة بينهما، يحتوي 316 على حوالي 2% من الموليبدينوم، مما يحسن بشكل كبير من مقاومة 316 للتآكل. يحتوي النوعان 304L و316L، المشار إليهما بالدرجات "L"، على محتوى كربون أقل من الدرجات القياسية (0.035% مقابل 0.08%). يهدف هذا الانخفاض في محتوى الكربون إلى تقليل كمية ترسب الكربيد الذي قد يحدث بسبب اللحام. هذا هو تكوين كربيد الكروم، الذي يستنفد حدود حبيبات معدن الكروم الأساسي، مما يجعله عرضة للتآكل. يعتمد تكوين كربيد الكروم، المسمى "التحسس"، على الوقت ودرجة الحرارة ويمثل مشكلة أكبر عند اللحام اليدوي. لقد أظهرنا أن اللحام المداري للفولاذ المقاوم للصدأ الفائق الأوستينيتي يوفر AL-6XN لحامات أكثر مقاومة للتآكل من اللحامات المماثلة التي تتم يدويًا. وذلك لأن اللحام المداري يوفر تحكمًا دقيقًا في التيار والنبض والتوقيت، مما يؤدي إلى مدخلات حرارية أقل وأكثر اتساقًا من اللحام اليدوي. اللحام المداري بالاشتراك مع الدرجات "L" 304 و 316 يزيل عمليًا ترسب الكربيد كعامل في تطور التآكل في أنظمة الأنابيب.
على الرغم من أنه يمكن الحفاظ على معلمات اللحام والعوامل الأخرى ضمن حدود ضيقة إلى حد ما، إلا أنه لا تزال هناك اختلافات في المدخلات الحرارية المطلوبة للحام الفولاذ المقاوم للصدأ من حرارة إلى أخرى. رقم الحرارة هو رقم الدفعة المخصص لمصهور الفولاذ المقاوم للصدأ المحدد في المصنع. يتم تسجيل التركيب الكيميائي الدقيق لكل دفعة في تقرير اختبار المصنع (MTR) جنبًا إلى جنب مع رقم الدفعة أو رقم الحرارة. يذوب الحديد النقي عند 1538 درجة مئوية (2800 درجة فهرنهايت)، بينما تذوب المعادن السبائكية ضمن نطاق من درجات الحرارة، اعتمادًا على نوع وتركيز كل سبيكة أو عنصر أثر موجود. نظرًا لعدم احتواء أي حرارتين من الفولاذ المقاوم للصدأ على نفس تركيز كل عنصر تمامًا، فإن خصائص اللحام تختلف من فرن إلى آخر.
أظهر المجهر الإلكتروني الماسح لحامات المدارية للأنابيب 316L على أنبوب AOD (أعلى) ومادة EBR (أسفل) فرقًا كبيرًا في نعومة خرز اللحام.
في حين أن إجراء لحام واحد قد يعمل لمعظم درجات الحرارة ذات القطر الخارجي وسمك الجدار المماثل، فإن بعض درجات الحرارة تتطلب أمبير أقل وبعضها يتطلب أمبير أعلى من المعتاد. لهذا السبب، يجب تتبع تسخين المواد المختلفة في موقع العمل بعناية لتجنب المشاكل المحتملة. في كثير من الأحيان، تتطلب الحرارة الجديدة تغييرًا صغيرًا فقط في الأمبير لتحقيق إجراء لحام مرضٍ.
مشكلة الكبريت. الكبريت العنصري هو شوائب مرتبطة بخام الحديد والتي يتم إزالتها إلى حد كبير أثناء عملية تصنيع الصلب. تم تحديد الفولاذ المقاوم للصدأ AISI من النوع 304 و 316 بمحتوى كبريت أقصى يبلغ 0.030٪. مع تطور عمليات تنقية الصلب الحديثة، مثل إزالة الكربون بالأكسجين والأرجون (AOD) وممارسات الصهر بالتفريغ المزدوج مثل الصهر بالحث الفراغي متبوعًا بإعادة الصهر بالقوس الفراغي (VIM + VAR)، أصبح من الممكن إنتاج فولاذ خاص جدًا بالطرق التالية. تركيبها الكيميائي. لوحظ أن خصائص حوض اللحام تتغير عندما يكون محتوى الكبريت في الفولاذ أقل من حوالي 0.008٪. ويرجع ذلك إلى تأثير الكبريت وبدرجة أقل عناصر أخرى على معامل درجة حرارة التوتر السطحي لحوض اللحام، والذي يحدد خصائص تدفق حوض السائل.
عند تركيزات منخفضة جدًا من الكبريت (0.001% - 0.003%)، يصبح اختراق بركة اللحام واسعًا جدًا مقارنةً باللحامات المماثلة المصنوعة على مواد ذات محتوى متوسط ​​من الكبريت. ستكون اللحامات المصنوعة على أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ منخفضة الكبريت أوسع، بينما في الأنابيب ذات الجدران الأكثر سمكًا (0.065 بوصة، أو 1.66 مم أو أكثر) سيكون هناك ميل أكبر لعمل اللحامات لحام تجويف. عندما يكون تيار اللحام كافيًا لإنتاج لحام مخترق بالكامل، فإن هذا يجعل لحام المواد ذات المحتوى المنخفض جدًا من الكبريت أكثر صعوبة، وخاصة ذات الجدران الأكثر سمكًا. في الطرف الأعلى من تركيز الكبريت في الفولاذ المقاوم للصدأ 304 أو 316، يميل خرز اللحام إلى أن يكون أقل سيولة في المظهر وأكثر خشونة من المواد ذات الكبريت المتوسط. لذلك، بالنسبة لقابلية اللحام، سيكون محتوى الكبريت المثالي في نطاق ما يقرب من 0.005% إلى 0.017%، كما هو محدد في ASTM A270 S2 لأنابيب ذات جودة صيدلانية.
لاحظ منتجو أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ المصقولة كهربائيًا أن حتى المستويات المعتدلة من الكبريت في الفولاذ المقاوم للصدأ 316 أو 316L تجعل من الصعب تلبية احتياجات عملائهم من أشباه الموصلات والأدوية الحيوية للحصول على أسطح داخلية ناعمة وخالية من الحفر. أصبح استخدام المجهر الإلكتروني الماسح للتحقق من نعومة سطح الأنبوب شائعًا بشكل متزايد. لقد ثبت أن الكبريت في المعادن الأساسية يشكل شوائب غير معدنية أو "أوتار" كبريتيد المنغنيز (MnS) يتم إزالتها أثناء التلميع الكهربائي وتترك فراغات في نطاق 0.25-1.0 ميكرون.
يدفع مصنعو وموردو الأنابيب المصقولة كهربائياً السوق نحو استخدام مواد منخفضة الكبريت للغاية لتلبية متطلبات تشطيب الأسطح الخاصة بهم. ومع ذلك، لا تقتصر المشكلة على الأنابيب المصقولة كهربائياً، حيث تتم إزالة الشوائب في الأنابيب غير المصقولة كهربائياً أثناء تخميل نظام الأنابيب. وقد ثبت أن الفراغات أكثر عرضة للتآكل من المناطق السطحية الملساء. لذا، هناك بعض الأسباب الصحيحة للاتجاه نحو المواد "الأنظف" منخفضة الكبريت.
انحراف القوس. بالإضافة إلى تحسين قابلية لحام الفولاذ المقاوم للصدأ، فإن وجود بعض الكبريت يحسن أيضًا من قابلية التشغيل. ونتيجة لذلك، يميل المصنعون والمصنعون إلى اختيار مواد في الطرف الأعلى من نطاق محتوى الكبريت المحدد. يمكن أن يؤدي لحام الأنابيب ذات تركيزات الكبريت المنخفضة جدًا بالتركيبات أو الصمامات أو الأنابيب الأخرى ذات المحتوى العالي من الكبريت إلى حدوث مشاكل في اللحام لأن القوس سيكون متحيزًا نحو الأنابيب ذات المحتوى المنخفض من الكبريت. عندما يحدث انحراف القوس، يصبح الاختراق أعمق على الجانب منخفض الكبريت منه على الجانب عالي الكبريت، وهو عكس ما يحدث عند لحام الأنابيب ذات تركيزات الكبريت المطابقة. في الحالات القصوى، يمكن لخرز اللحام أن يخترق تمامًا المادة منخفضة الكبريت ويترك الجزء الداخلي من اللحام غير مندمج تمامًا (Fihey وSimeneau، 1982). من أجل مطابقة محتوى الكبريت في التركيبات مع محتوى الكبريت في الأنبوب، يقوم قسم Carpenter Steel التابع لشركة Carpenter قدمت شركة Technology Corporation of Pennsylvania مخزونًا منخفض الكبريت (0.005% كحد أقصى) 316 بار (النوع 316L-SCQ) (VIM+VAR)) لتصنيع التركيبات والمكونات الأخرى المخصصة للحام أنابيب منخفضة الكبريت. إن لحام مادتين منخفضتي الكبريت جدًا ببعضهما البعض أسهل كثيرًا من لحام مادة منخفضة الكبريت جدًا بمادة ذات كبريت أعلى.
التحول إلى استخدام الأنابيب منخفضة الكبريت يرجع إلى حد كبير إلى الحاجة إلى الحصول على أسطح ناعمة للأنابيب الداخلية المصقولة كهربائيًا. في حين أن التشطيب السطحي والتلميع الكهربائي مهمان لكل من صناعة أشباه الموصلات وصناعة التكنولوجيا الحيوية / الأدوية، فإن SEMI، عند كتابة مواصفات صناعة أشباه الموصلات، حددت أن أنابيب 316L لخطوط الغاز العملية يجب أن تحتوي على غطاء كبريت بنسبة 0.004٪ للحصول على أداء مثالي نهايات السطح. من ناحية أخرى، عدلت ASTM مواصفاتها ASTM 270 لتشمل أنابيب ذات درجة صيدلانية تحد من محتوى الكبريت إلى نطاق من 0.005 إلى 0.017٪. يجب أن يؤدي هذا إلى صعوبات لحام أقل مقارنة بالكبريتات ذات النطاق الأدنى. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه حتى ضمن هذا النطاق المحدود، لا يزال من الممكن حدوث انحراف القوس عند لحام الأنابيب منخفضة الكبريت بأنابيب أو تجهيزات عالية الكبريت، ويجب على المثبتين تتبع تسخين المادة بعناية والتحقق قبل التصنيع توافق اللحام بين التدفئة.إنتاج اللحامات.
العناصر النزرة الأخرى. وجد أن العناصر النزرة بما في ذلك الكبريت والأكسجين والألمنيوم والسيليكون والمنجنيز تؤثر على الاختراق. ترتبط كميات ضئيلة من الألومنيوم والسيليكون والكالسيوم والتيتانيوم والكروم الموجودة في المعدن الأساسي على شكل شوائب أكسيد بتكوين الخبث أثناء اللحام.
إن تأثيرات العناصر المختلفة تراكمية، لذا فإن وجود الأكسجين يمكن أن يعوض بعض تأثيرات انخفاض الكبريت. يمكن للمستويات العالية من الألومنيوم أن تعاكس التأثير الإيجابي على اختراق الكبريت. يتطاير المنغنيز عند درجة حرارة اللحام ويترسب في منطقة اللحام المتأثرة بالحرارة. ترتبط رواسب المنغنيز هذه بفقدان مقاومة التآكل. (انظر كوهين، 1997). تقوم صناعة أشباه الموصلات حاليًا بتجربة مواد 316L منخفضة المنغنيز وحتى منخفضة للغاية من المنغنيز لمنع هذا الفقدان في مقاومة التآكل.
تكوين الخبث. تظهر جزر الخبث أحيانًا على خرز الفولاذ المقاوم للصدأ لبعض درجات الحرارة. هذه مشكلة مادية بطبيعتها، ولكن في بعض الأحيان يمكن للتغييرات في معلمات اللحام أن تقلل من ذلك، أو يمكن للتغييرات في خليط الأرجون/الهيدروجين أن تحسن اللحام. وجد بولارد أن نسبة الألومنيوم إلى السيليكون في المعدن الأساسي تؤثر على تكوين الخبث. لمنع تكوين خبث غير مرغوب فيه من نوع اللويحة، يوصي بالحفاظ على محتوى الألومنيوم عند 0.010٪ ومحتوى السيليكون عند 0.5٪. ومع ذلك، عندما تكون نسبة الألومنيوم/السيليكون أعلى من هذا المستوى، فقد يتكون خبث كروي بدلاً من نوع اللويحة. يمكن أن يترك هذا النوع من الخبث حفرًا بعد التلميع الكهربائي، وهو أمر غير مقبول للتطبيقات عالية النقاء. يمكن أن تتسبب جزر الخبث التي تتشكل على القطر الخارجي للحام في اختراق غير متساوٍ لممر القطر الداخلي ويمكن أن تؤدي إلى اختراق غير كافٍ. قد تكون جزر الخبث التي تتشكل على خرز لحام القطر الداخلي عرضة للتآكل.
لحام أحادي المسار مع النبض. لحام الأنبوب المداري الأوتوماتيكي القياسي هو لحام مرور واحد مع تيار نبضي ودوران مستمر بسرعة ثابتة. هذه التقنية مناسبة للأنابيب ذات الأقطار الخارجية من 1/8 بوصة إلى حوالي 7 بوصات وسمك جدار 0.083 بوصة وأقل. بعد التطهير المسبق المؤقت، يحدث القوس. يتم اختراق جدار الأنبوب أثناء تأخير مؤقت يكون فيه القوس موجودًا ولكن لا يحدث دوران. بعد هذا التأخير الدوراني، يدور القطب حول مفصل اللحام حتى ينضم اللحام أو يتداخل مع الجزء الأولي من اللحام أثناء الطبقة الأخيرة من اللحام. عندما يكتمل الاتصال، ينخفض ​​التيار في انخفاض مؤقت.
وضع الخطوة (اللحام "المتزامن"). بالنسبة للحام الانصهار للمواد ذات الجدران الأكثر سمكًا، والتي عادةً ما تكون أكبر من 0.083 بوصة، يمكن استخدام مصدر طاقة لحام الانصهار في وضع متزامن أو متدرج. في وضع متزامن أو متدرج، تتزامن نبضة تيار اللحام مع الشوط، وبالتالي يكون الدوار ثابتًا لتحقيق أقصى اختراق أثناء نبضات التيار العالي ويتحرك أثناء نبضات التيار المنخفض. تستخدم التقنيات المتزامنة أوقات نبض أطول، في حدود 0.5 إلى 1.5 ثانية، مقارنةً بوقت النبضة الذي يبلغ عُشر أو مائة من الثانية للحام التقليدي. يمكن لهذه التقنية لحام أنابيب بسمك 0.154 بوصة أو 6 بوصات وقياس 40 وجدار رقيق 40 بسمك جدار 0.154 بوصة أو 6 بوصات بفعالية. تنتج التقنية المتدرجة لحامًا أوسع، مما يجعلها متسامحة مع الأخطاء ومفيدة للحام الأجزاء غير المنتظمة مثل تجهيزات الأنابيب بالأنابيب حيث قد تكون هناك اختلافات في التسامحات البعدية أو بعض عدم المحاذاة أو عدم التوافق الحراري للمواد. يتطلب هذا النوع من اللحام ضعف ما يقرب من وقت قوس اللحام التقليدي وهو أقل ملاءمة لتطبيقات النقاء العالي للغاية (UHP) بسبب اللحام الأوسع والأكثر خشونة.
متغيرات قابلة للبرمجة. الجيل الحالي من مصادر طاقة اللحام تعتمد على المعالجات الدقيقة وبرامج التخزين التي تحدد القيم العددية لمعلمات اللحام لقطر معين (OD) وسمك جدار الأنبوب المراد لحامه، بما في ذلك وقت التطهير، تيار اللحام، سرعة السفر (RPM) ، عدد الطبقات والوقت لكل طبقة، وقت النبضة، وقت الانحدار، إلخ. بالنسبة لحامات الأنبوب المداري مع إضافة سلك الحشو، ستشمل معلمات البرنامج سرعة تغذية السلك، وسعة تذبذب الشعلة ووقت التوقف، وAVC (التحكم في جهد القوس لتوفير فجوة قوس ثابتة)، والميل الصاعد. لإجراء لحام الاندماج، قم بتثبيت رأس اللحام مع القطب المناسب وإدخالات مشبك الأنبوب على الأنبوب واستدعاء جدول اللحام أو البرنامج من ذاكرة مصدر الطاقة. تبدأ سلسلة اللحام بالضغط على زر أو مفتاح لوحة الغشاء ويستمر اللحام دون تدخل المشغل.
متغيرات غير قابلة للبرمجة. للحصول على جودة لحام جيدة باستمرار، يجب التحكم في معلمات اللحام بعناية. ويتحقق ذلك من خلال دقة مصدر طاقة اللحام وبرنامج اللحام، وهو عبارة عن مجموعة من التعليمات المدخلة في مصدر الطاقة، تتكون من معلمات اللحام، من أجل لحام حجم معين من الأنابيب أو الأنابيب. يجب أيضًا أن تكون هناك مجموعة فعالة من معايير اللحام، تحدد معايير قبول اللحام وبعض أنظمة فحص اللحام ومراقبة الجودة لضمان أن اللحام يلبي المعايير المتفق عليها. ومع ذلك، يجب أيضًا التحكم بعناية في بعض العوامل والإجراءات بخلاف معلمات اللحام. تشمل هذه العوامل استخدام معدات تحضير جيدة للطرف، وممارسات تنظيف ومناولة جيدة، وتفاوتات أبعاد جيدة للأنابيب أو الأجزاء الأخرى التي يتم لحامها، ونوع وحجم التنغستن المتسقين، والغازات الخاملة عالية النقاء، والاهتمام الدقيق باختلافات المواد.- درجة حرارة عالية.
متطلبات التحضير للحام نهاية الأنبوب أكثر أهمية للحام المداري من اللحام اليدوي. عادة ما تكون الوصلات الملحومة للحام الأنابيب المدارية عبارة عن وصلات مربعة. لتحقيق التكرار المطلوب في اللحام المداري، يلزم تحضير دقيق ومتسق وآلات للطرف. نظرًا لأن تيار اللحام يعتمد على سمك الجدار، يجب أن تكون الأطراف مربعة بدون نتوءات أو حواف على القطر الخارجي أو القطر الداخلي (القطر الخارجي أو القطر الداخلي)، مما يؤدي إلى سماكات مختلفة للجدار.
يجب أن تتناسب أطراف الأنابيب معًا في رأس اللحام بحيث لا توجد فجوة ملحوظة بين أطراف الوصلة المربعة. وعلى الرغم من إمكانية إنجاز وصلات ملحومة بفجوات صغيرة، إلا أن جودة اللحام قد تتأثر سلبًا. وكلما كبرت الفجوة، زادت احتمالية وجود مشكلة. ويمكن أن يؤدي التجميع السيئ إلى فشل كامل في اللحام. ومناشير الأنابيب التي صنعها جورج فيشر وغيره والتي تقطع الأنابيب وتواجه أطراف الأنابيب في نفس العملية، أو مخرطة تحضير الأطراف المحمولة مثل تلك التي تصنعها بروتيم وواكس وغيرهما، والتي غالبًا ما تستخدم لصنع لحامات مدارية ناعمة مناسبة للتصنيع. ولا تصلح مناشير التقطيع ومنشارا المعادن ومنشارات الشريط وقواطع الأنابيب لهذا الغرض.
بالإضافة إلى معلمات اللحام التي تُدخل الطاقة إلى اللحام، هناك متغيرات أخرى يمكن أن يكون لها تأثير عميق على اللحام، ولكنها ليست جزءًا من إجراء اللحام الفعلي. يتضمن ذلك نوع وحجم التنغستن، ونوع ونقاء الغاز المستخدم لحجب القوس وتطهير الجزء الداخلي من وصلة اللحام، ومعدل تدفق الغاز المستخدم للتطهير، ونوع الرأس ومصدر الطاقة المستخدمين، وتكوين الوصلة، وأي معلومات أخرى ذات صلة. نطلق على هذه المتغيرات "غير القابلة للبرمجة" ونسجلها في جدول اللحام. على سبيل المثال، يُعتبر نوع الغاز متغيرًا أساسيًا في مواصفات إجراء اللحام (WPS) لإجراءات اللحام للامتثال لقانون الغلايات وأوعية الضغط القسم التاسع من ASME. تتطلب التغييرات في نسب نوع الغاز أو خليط الغاز، أو إلغاء التطهير الداخلي إعادة التحقق من صحة إجراء اللحام.
غاز اللحام. يقاوم الفولاذ المقاوم للصدأ أكسدة الأكسجين الجوي في درجة حرارة الغرفة. عند تسخينه إلى درجة انصهاره (1530 درجة مئوية أو 2800 درجة فهرنهايت للحديد النقي)، يتأكسد بسهولة. يُستخدم الأرجون الخامل عادةً كغاز حماية ولتطهير الوصلات الملحومة الداخلية من خلال عملية GTAW المدارية. تُحدد نقاء الغاز مقارنةً بالأكسجين والرطوبة مقدار تغير اللون الناتج عن الأكسدة والذي يحدث على اللحام أو بالقرب منه بعد اللحام. إذا لم يكن غاز التطهير عالي الجودة، أو إذا لم يكن نظام التطهير خاليًا تمامًا من التسربات، بحيث تتسرب كمية صغيرة من الهواء إلى نظام التطهير، فقد يكون لون الأكسدة أزرق مخضر فاتح أو مزرق. بالطبع، لن يؤدي عدم التنظيف إلى ظهور سطح أسود متقشر يُشار إليه عادةً باسم "المُحلى". يبلغ نقاء الأرجون المُخصص للحام، والمُقدم في أسطوانات، 99.996-99.997%، حسب المُورّد، ويحتوي على 5-7 جزء في المليون من الأكسجين. يمكن أن يكون الأرجون عالي النقاء في الأسطوانة أو الأرجون السائل في ديوار نقيًا بنسبة 99.999% أو 10 جزء في المليون من الشوائب الكلية، مع حد أقصى 2 جزء في المليون من الأكسجين. ملاحظة: يمكن استخدام أجهزة تنقية الغاز مثل Nanochem أو Gatekeeper أثناء التطهير لتقليل مستويات التلوث إلى نطاق أجزاء في المليار (ppb).
تركيبة مختلطة. يمكن استخدام مخاليط الغازات، مثل 75% هيليوم/25% أرجون و95% أرجون/5% هيدروجين، كغازات واقية في تطبيقات خاصة. يُنتج هذان الخليطان لحامات أكثر سخونة من تلك المُنجزة باستخدام نفس إعدادات برنامج الأرجون. تُعد مخاليط الهيليوم مناسبة بشكل خاص لتحقيق أقصى اختراق عن طريق لحام الانصهار على الفولاذ الكربوني. يُوصي أحد مستشاري صناعة أشباه الموصلات باستخدام مخاليط الأرجون/الهيدروجين كغازات واقية لتطبيقات UHP. تتميز مخاليط الهيدروجين بالعديد من المزايا، ولكن لها أيضًا بعض العيوب الخطيرة. تتمثل الميزة في أنها تُنتج بركة أكثر رطوبة وسطح لحام أكثر نعومة، وهو مثالي لتطبيق أنظمة توصيل الغاز تحت ضغط فائق مع سطح داخلي أملس قدر الإمكان. يوفر وجود الهيدروجين جوًا مُختزلًا، لذلك إذا وُجدت آثار من الأكسجين في خليط الغاز، سيبدو اللحام الناتج أنظف مع تغير لون أقل من تركيز أكسجين مماثل في الأرجون النقي. يكون هذا التأثير مثاليًا عند نسبة هيدروجين تبلغ حوالي 5%. يستخدم البعض خليطًا من الأرجون/الهيدروجين بنسبة 95/5%. خليط كتطهير داخلي لتحسين مظهر حبة اللحام الداخلية.
إن خرز اللحام باستخدام خليط الهيدروجين كغاز واقي أضيق، باستثناء أن الفولاذ المقاوم للصدأ يحتوي على نسبة منخفضة جدًا من الكبريت ويولد حرارة أكبر في اللحام مقارنةً بنفس الإعداد الحالي باستخدام الأرجون غير المخلوط. ومن العيوب الكبيرة لمخاليط الأرجون/الهيدروجين أن القوس أقل استقرارًا بكثير من الأرجون النقي، وهناك ميل للقوس إلى الانجراف، وهو ما يكفي لإحداث سوء اندماج. قد يختفي انجراف القوس عند استخدام مصدر غاز مختلط مختلف، مما يشير إلى أنه قد يكون ناتجًا عن التلوث أو سوء الخلط. ونظرًا لأن الحرارة الناتجة عن القوس تختلف باختلاف تركيز الهيدروجين، فإن التركيز الثابت ضروري لتحقيق لحامات قابلة للتكرار، وهناك اختلافات في الغاز المعبأ مسبقًا. ومن العيوب الأخرى أن عمر التنغستن يقصر بشكل كبير عند استخدام خليط الهيدروجين. وفي حين لم يتم تحديد سبب تدهور التنغستن من الغاز المختلط، فقد تم الإبلاغ عن أن القوس أكثر صعوبة وقد يحتاج التنغستن إلى الاستبدال بعد مرة أو مرتين. لا يمكن استخدام خليط الأرجون/الهيدروجين في لحام الفولاذ الكربوني أو التيتانيوم.
من السمات المميزة لعملية TIG أنها لا تستهلك الأقطاب الكهربائية. يتمتع التنغستن بأعلى نقطة انصهار بين أي معدن (6098 درجة فهرنهايت؛ 3370 درجة مئوية) وهو باعث جيد للإلكترونات، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص للاستخدام كقطب كهربائي غير قابل للاستهلاك. يتم تحسين خصائصه عن طريق إضافة 2٪ من أكاسيد الأرض النادرة مثل السيريا أو أكسيد اللانثانوم أو أكسيد الثوريوم لتحسين بدء القوس واستقرار القوس. نادرًا ما يستخدم التنغستن النقي في GTAW بسبب الخصائص المتفوقة لتنغستن السيريوم، وخاصة لتطبيقات GTAW المدارية. يتم استخدام تنغستن الثوريوم بشكل أقل من الماضي لأنه مشع إلى حد ما.
الأقطاب الكهربائية ذات التشطيب المصقول تكون أكثر اتساقًا في الحجم. يُفضل دائمًا السطح الأملس على السطح الخشن أو غير المتناسق، حيث أن الاتساق في هندسة القطب أمر بالغ الأهمية للحصول على نتائج لحام متسقة وموحدة. تنقل الإلكترونات المنبعثة من الطرف (DCEN) الحرارة من طرف التنغستن إلى اللحام. يسمح الطرف الأكثر دقة بالحفاظ على كثافة التيار عالية جدًا، ولكنه قد يؤدي إلى عمر أقصر للتنغستن. بالنسبة للحام المداري، من المهم طحن طرف القطب ميكانيكيًا لضمان تكرار هندسة التنغستن وتكرار اللحام. يجبر الطرف غير الحاد القوس من اللحام إلى نفس المكان على التنغستن. يتحكم قطر الطرف في شكل القوس وكمية الاختراق عند تيار معين. تؤثر زاوية التفتق على خصائص التيار / الجهد للقوس ويجب تحديدها والتحكم فيها. يعد طول التنغستن مهمًا لأنه يمكن استخدام طول معروف من التنغستن لتعيين فجوة القوس. فجوة القوس لتيار محدد تحدد القيمة الجهد وبالتالي الطاقة المطبقة على اللحام.
يتم اختيار حجم القطب وقطر طرفه وفقًا لشدة تيار اللحام. إذا كان التيار مرتفعًا جدًا بالنسبة للقطب أو طرفه، فقد يفقد المعدن من الطرف، واستخدام أقطاب ذات قطر طرف كبير جدًا بالنسبة للتيار قد يتسبب في انجراف القوس. نحدد أقطار القطب والطرف حسب سمك جدار مفصل اللحام ونستخدم قطر 0.0625 لكل شيء تقريبًا حتى سمك جدار 0.093 بوصة، ما لم يكن الاستخدام مصممًا للاستخدام مع أقطاب قطرها 0.040 بوصة لحام مكونات دقيقة صغيرة. لتكرار عملية اللحام، يجب تحديد نوع التنغستن واللمسة النهائية والطول وزاوية التفتق والقطر وقطر الطرف وفجوة القوس والتحكم فيها. بالنسبة لتطبيقات لحام الأنابيب، يوصى دائمًا باستخدام تنغستن السيريوم لأن هذا النوع يتمتع بعمر خدمة أطول بكثير من الأنواع الأخرى وله خصائص اشتعال قوس ممتازة. تنغستن السيريوم غير مشع.
لمزيد من المعلومات، يرجى الاتصال بـ Barbara Henon، مدير المنشورات الفنية، Arc Machines, Inc.، 10280 Glenoaks Blvd.، Pacoima، CA 91331. الهاتف: 818-896-9556. الفاكس: 818-890-3724.