Nota del editor: Pharmaceutical Online se complace en presentar este artículo de cuatro partes sobre la soldadura orbital de tuberías de bioprocesos por la experta de la industria Barbara Henon de Arc Machines. Este artículo es una adaptación de la presentación de la Dra. Henon en la conferencia ASME a fines del año pasado.
Prevenir la pérdida de resistencia a la corrosión. El agua de alta pureza como DI o WFI es un grabador muy agresivo para el acero inoxidable. Además, el WFI de grado farmacéutico se cicla a alta temperatura (80 °C) para mantener la esterilidad. Hay una diferencia sutil entre reducir la temperatura lo suficiente para soportar organismos vivos letales para el producto y aumentar la temperatura lo suficiente para promover la producción de "rouge". Rouge es una película marrón de composición variable causada por la corrosión de los componentes del sistema de tuberías de acero inoxidable. La suciedad y los óxidos de hierro pueden ser los componentes principales, pero también pueden estar presentes varias formas de hierro, cromo y níquel. La presencia de rouge es letal para algunos productos y su presencia puede conducir a una mayor corrosión, aunque su presencia en otros sistemas parece ser bastante benigna.
La soldadura puede afectar negativamente la resistencia a la corrosión. El color caliente es el resultado del material oxidante depositado en las soldaduras y las ZAT durante la soldadura, es particularmente perjudicial y se asocia con la formación de rouge en los sistemas de agua farmacéutica. La formación de óxido de cromo puede causar un tinte caliente, dejando una capa empobrecida en cromo que es susceptible a la corrosión. El color caliente se puede eliminar mediante decapado y esmerilado, eliminando el metal de la superficie, incluida la capa empobrecida en cromo subyacente, y restaurando la resistencia a la corrosión a niveles cercanos a los del metal base. Sin embargo, el decapado y el esmerilado son perjudiciales para el acabado de la superficie. La pasivación del sistema de tuberías con ácido nítrico o formulaciones de agentes quelantes se realiza para superar los efectos adversos de la soldadura y la fabricación antes de que el sistema de tuberías se ponga en servicio. El análisis electrónico de Auger mostró que la pasivación por quelación podría restaurar los cambios superficiales en la distribución de oxígeno, cromo, hierro, níquel y manganeso que ocurrieron en la soldadura y la zona afectada por el calor al estado previo a la soldadura. Sin embargo, la pasivación solo afecta a la capa superficial exterior y no penetra por debajo de 50 angstroms, mientras que la coloración térmica puede extenderse 1000 angstroms o más debajo de la superficie.
Por lo tanto, para instalar sistemas de tuberías resistentes a la corrosión cerca de sustratos sin soldar, es importante intentar limitar el daño inducido por la soldadura y la fabricación a niveles que puedan recuperarse sustancialmente mediante pasivación. Esto requiere el uso de un gas de purga con un contenido mínimo de oxígeno y su suministro al diámetro interior de la junta soldada sin contaminación por oxígeno atmosférico o humedad. El control preciso del aporte de calor y la evitación del sobrecalentamiento durante la soldadura también son importantes para evitar la pérdida de resistencia a la corrosión. El control del proceso de fabricación para lograr soldaduras repetibles y consistentes de alta calidad, así como el manejo cuidadoso de las tuberías y componentes de acero inoxidable durante la fabricación para evitar la contaminación, son requisitos esenciales para un sistema de tuberías de alta calidad que resista la corrosión y proporcione un servicio productivo a largo plazo.
Los materiales utilizados en los sistemas de tuberías de acero inoxidable biofarmacéuticos de alta pureza han experimentado una evolución hacia una mejor resistencia a la corrosión durante la última década. La mayoría del acero inoxidable utilizado antes de 1980 era acero inoxidable 304 porque era relativamente económico y una mejora con respecto al cobre utilizado anteriormente. De hecho, los aceros inoxidables de la serie 300 son relativamente fáciles de mecanizar, se pueden soldar por fusión sin una pérdida indebida de su resistencia a la corrosión y no requieren tratamientos especiales de precalentamiento y postcalentamiento.
Recientemente, el uso del acero inoxidable 316 en aplicaciones de tuberías de alta pureza ha ido en aumento. El tipo 316 tiene una composición similar al tipo 304, pero además de los elementos de aleación de cromo y níquel comunes a ambos, el 316 contiene aproximadamente un 2 % de molibdeno, lo que mejora significativamente su resistencia a la corrosión. Los tipos 304L y 316L, conocidos como grados "L", tienen un menor contenido de carbono que los grados estándar (0,035 % frente a 0,08 %). Esta reducción del contenido de carbono tiene como objetivo reducir la cantidad de precipitación de carburo que puede producirse durante la soldadura. Esta formación de carburo de cromo agota los límites de grano del metal base de cromo, haciéndolo susceptible a la corrosión. La formación de carburo de cromo, denominada "sensibilización", depende del tiempo y la temperatura y supone un problema mayor en la soldadura manual. Hemos demostrado que la soldadura orbital del acero inoxidable superaustenítico AL-6XN... Proporciona soldaduras más resistentes a la corrosión que soldaduras similares realizadas a mano. Esto se debe a que la soldadura orbital proporciona un control preciso del amperaje, la pulsación y la sincronización, lo que resulta en un aporte de calor menor y más uniforme que la soldadura manual. La soldadura orbital en combinación con los grados “L” 304 y 316 prácticamente elimina la precipitación de carburo como factor en el desarrollo de la corrosión en los sistemas de tuberías.
Variación de calor a calor del acero inoxidable. Aunque los parámetros de soldadura y otros factores pueden mantenerse dentro de tolerancias bastante estrictas, aún existen diferencias en el aporte de calor requerido para soldar acero inoxidable de calor a calor. Un número de calor es el número de lote asignado a una masa fundida de acero inoxidable específica en la fábrica. La composición química exacta de cada lote se registra en el Informe de prueba de fábrica (MTR) junto con la identificación del lote o número de calor. El hierro puro se funde a 1538 °C (2800 °F), mientras que los metales aleados se funden dentro de un rango de temperaturas, dependiendo del tipo y concentración de cada aleación o oligoelemento presente. Dado que no hay dos calores de acero inoxidable que contengan exactamente la misma concentración de cada elemento, las características de soldadura variarán de un horno a otro.
La SEM de soldaduras orbitales de tuberías 316L en tuberías AOD (arriba) y material EBR (abajo) mostró una diferencia significativa en la suavidad del cordón de soldadura.
Si bien un solo procedimiento de soldadura puede funcionar para la mayoría de los calentamientos con diámetro exterior y espesor de pared similares, algunos calentamientos requieren menos amperaje y otros requieren un amperaje mayor que el típico. Por este motivo, el calentamiento de diferentes materiales en el lugar de trabajo debe controlarse cuidadosamente para evitar posibles problemas. A menudo, el nuevo calentamiento requiere solo un pequeño cambio en el amperaje para lograr un procedimiento de soldadura satisfactorio.
Problema del azufre. El azufre elemental es una impureza relacionada con el mineral de hierro que se elimina en gran medida durante el proceso de fabricación de acero. Los aceros inoxidables AISI tipo 304 y 316 se especifican con un contenido máximo de azufre de 0,030 %. Con el desarrollo de los procesos modernos de refinación del acero, como la descarburación con oxígeno y argón (AOD) y las prácticas de fusión al vacío dual, como la fusión por inducción al vacío seguida de la refusión por arco al vacío (VIM + VAR), se ha hecho posible producir aceros que son muy especiales en las siguientes formas. su composición química. Se ha observado que las propiedades del baño de soldadura cambian cuando el contenido de azufre del acero está por debajo de aproximadamente 0,008 %. Esto se debe al efecto del azufre y, en menor medida, de otros elementos en el coeficiente de temperatura de la tensión superficial del baño de soldadura, que determina las características de flujo del baño de líquido.
En concentraciones muy bajas de azufre (0,001% – 0,003%), la penetración del charco de soldadura se vuelve muy amplia en comparación con soldaduras similares realizadas en materiales de contenido medio de azufre. Las soldaduras realizadas en tuberías de acero inoxidable con bajo contenido de azufre tendrán soldaduras más anchas, mientras que en tuberías de pared más gruesa (0,065 pulgadas o 1,66 mm o más) habrá una mayor tendencia a realizar soldaduras de soldadura empotrada. Cuando la corriente de soldadura es suficiente para producir una soldadura completamente penetrada, esto hace que los materiales con un contenido muy bajo de azufre sean más difíciles de soldar, especialmente con paredes más gruesas. En el extremo superior de la concentración de azufre en acero inoxidable 304 o 316, el cordón de soldadura tiende a ser menos fluido en apariencia y más rugoso que los materiales con contenido medio de azufre. Por lo tanto, para la soldabilidad, el contenido ideal de azufre estaría en el rango de aproximadamente 0,005% a 0,017%, como se especifica en ASTM A270 S2 para tubos de calidad farmacéutica.
Los productores de tubos de acero inoxidable electropulidos han notado que incluso los niveles moderados de azufre en el acero inoxidable 316 o 316L dificultan satisfacer las necesidades de sus clientes de semiconductores y biofarmacéuticos de superficies interiores lisas y sin picaduras. El uso de microscopía electrónica de barrido para verificar la suavidad del acabado de la superficie del tubo es cada vez más común. Se ha demostrado que el azufre en los metales base forma inclusiones no metálicas o "strings" de sulfuro de manganeso (MnS) que se eliminan durante el electropulido y dejan huecos en el rango de 0,25 a 1,0 micrones.
Los fabricantes y proveedores de tubos electropulidos están impulsando el mercado hacia el uso de materiales con contenido ultra bajo de azufre para satisfacer sus requisitos de acabado superficial. Sin embargo, el problema no se limita a los tubos electropulidos, ya que en los tubos no electropulidos las inclusiones se eliminan durante la pasivación del sistema de tuberías. Se ha demostrado que los huecos son más propensos a las picaduras que las áreas de superficie lisas, por lo que existen algunas razones válidas para la tendencia hacia materiales "más limpios" con bajo contenido de azufre.
Desviación del arco. Además de mejorar la soldabilidad del acero inoxidable, la presencia de azufre también mejora la maquinabilidad. Como resultado, los fabricantes tienden a elegir materiales en el extremo superior del rango de contenido de azufre especificado. Soldar tubos con concentraciones muy bajas de azufre a accesorios, válvulas u otros tubos con mayor contenido de azufre puede crear problemas de soldadura porque el arco se desviará hacia los tubos con bajo contenido de azufre. Cuando se produce la desviación del arco, la penetración se vuelve más profunda en el lado con bajo contenido de azufre que en el lado con alto contenido de azufre, lo cual es lo opuesto a lo que sucede al soldar tuberías con concentraciones de azufre equivalentes. En casos extremos, el cordón de soldadura puede penetrar completamente el material con bajo contenido de azufre y dejar el interior de la soldadura completamente sin fusionar (Fihey y Simeneau, 1982). Para que el contenido de azufre de los accesorios coincida con el de la tubería, la División de Acero Carpenter de Carpenter Technology Corporation de Pensilvania ha introducido un material en barra de acero 316 con bajo contenido de azufre (0,005 % máx.) (Tipo 316L-SCQ) (VIM+VAR) ) para la fabricación de accesorios y otros componentes destinados a ser soldados a tuberías con bajo contenido de azufre. Soldar dos materiales con muy bajo contenido de azufre entre sí es mucho más fácil que soldar un material con muy bajo contenido de azufre a uno con mayor contenido de azufre.
El cambio hacia el uso de tubos con bajo contenido de azufre se debe en gran medida a la necesidad de obtener superficies de tubos internos electropulidos lisos. Si bien el acabado de la superficie y el electropulido son importantes tanto para la industria de semiconductores como para la industria biotecnológica/farmacéutica, SEMI, al escribir la especificación de la industria de semiconductores, especificó que los tubos 316L para líneas de gas de proceso deben tener una capa de azufre del 0,004 % para un rendimiento óptimo de los extremos de la superficie. ASTM, por otro lado, modificó su especificación ASTM 270 para incluir tubos de grado farmacéutico que limitan el contenido de azufre a un rango de 0,005 a 0,017 %. Esto debería resultar en menos dificultades de soldadura en comparación con los azufres de rango inferior. Sin embargo, se debe tener en cuenta que incluso dentro de este rango limitado, aún puede producirse una deflexión del arco al soldar tuberías con bajo contenido de azufre a tuberías o accesorios con alto contenido de azufre, y los instaladores deben rastrear cuidadosamente el calentamiento del material y verificar antes de la fabricación la compatibilidad de la soldadura entre el calentamiento. Producción de soldaduras.
Otros oligoelementos.Se ha descubierto que los oligoelementos que incluyen azufre, oxígeno, aluminio, silicio y manganeso afectan la penetración.Las cantidades traza de aluminio, silicio, calcio, titanio y cromo presentes en el metal base como inclusiones de óxido están asociadas con la formación de escoria durante la soldadura.
Los efectos de los diversos elementos son acumulativos, por lo que la presencia de oxígeno puede compensar algunos de los efectos del bajo contenido de azufre. Los altos niveles de aluminio pueden contrarrestar el efecto positivo en la penetración del azufre. El manganeso se volatiliza a la temperatura de soldadura y se deposita en la zona afectada por el calor de la soldadura. Estos depósitos de manganeso están asociados con la pérdida de resistencia a la corrosión. (Ver Cohen, 1997). La industria de los semiconductores está experimentando actualmente con materiales 316L con bajo contenido de manganeso e incluso con manganeso ultrabajo para evitar esta pérdida de resistencia a la corrosión.
Formación de escoria. En ocasiones, aparecen islas de escoria en el cordón de acero inoxidable en algunas coladas. Esto es inherentemente un problema del material, pero a veces los cambios en los parámetros de soldadura pueden minimizarlo, o los cambios en la mezcla de argón/hidrógeno pueden mejorar la soldadura. Pollard descubrió que la proporción de aluminio a silicio en el metal base afecta la formación de escoria. Para prevenir la formación de escoria de tipo placa no deseada, recomienda mantener el contenido de aluminio en 0,010 % y el de silicio en 0,5 %. Sin embargo, cuando la proporción Al/Si es superior a este nivel, puede formarse escoria esférica en lugar de escoria de tipo placa. Este tipo de escoria puede dejar picaduras después del electropulido, lo cual es inaceptable para aplicaciones de alta pureza. Las islas de escoria que se forman en el diámetro exterior de la soldadura pueden causar una penetración desigual en el paso interior y pueden resultar en una penetración insuficiente. Las islas de escoria que se forman en el cordón de soldadura interior pueden ser susceptibles a la corrosión.
Soldadura de una sola pasada con pulsación. La soldadura orbital automática estándar de tubos es una soldadura de una sola pasada con corriente pulsada y rotación continua a velocidad constante. Esta técnica es adecuada para tuberías con diámetros exteriores de 1/8″ a aproximadamente 7″ y espesores de pared de 0,083″ y menores. Después de una purga previa temporizada, se produce el arco eléctrico. La penetración de la pared del tubo se logra durante un retardo temporizado en el que hay arco eléctrico pero no se produce rotación. Después de este retraso rotacional, el electrodo gira alrededor de la junta de soldadura hasta que la soldadura se une o se superpone a la porción inicial de la soldadura durante la última capa de soldadura. Cuando se completa la conexión, la corriente disminuye en una caída temporizada.
Modo escalonado (soldadura sincronizada). Para la soldadura por fusión de materiales con paredes más gruesas, generalmente mayores de 0,083 pulgadas, la fuente de alimentación para soldadura por fusión se puede usar en modo síncrono o escalonado. En este modo, el pulso de corriente de soldadura se sincroniza con la carrera, de modo que el rotor permanece estacionario para una máxima penetración durante pulsos de corriente alta y se mueve durante pulsos de corriente baja. Las técnicas síncronas utilizan tiempos de pulso más largos, del orden de 0,5 a 1,5 segundos, en comparación con el tiempo de pulso de décimas o centésimas de segundo de la soldadura convencional. Esta técnica permite soldar eficazmente tuberías de pared delgada de calibre 40 de 0,154″ o 6″ de espesor con paredes de 0,154″ o 6″ de espesor. La técnica escalonada produce una soldadura más ancha, lo que la hace tolerante a fallos y útil para soldar piezas irregulares, como accesorios de tubería, a tuberías donde puede haber diferencias en las tolerancias dimensionales, cierta desalineación o incompatibilidad térmica del material. Este tipo de soldadura requiere aproximadamente el doble de tiempo de arco que la soldadura convencional. y es menos adecuado para aplicaciones de pureza ultra alta (UHP) debido a la costura más ancha y rugosa.
Variables programables. La generación actual de fuentes de poder para soldadura se basan en microprocesadores y almacenan programas que especifican valores numéricos para parámetros de soldadura para un diámetro específico (OD) y espesor de pared de la tubería a soldar, incluyendo tiempo de purga, corriente de soldadura, velocidad de desplazamiento (RPM) ), número de capas y tiempo por capa, tiempo de pulso, tiempo de descenso, etc. Para soldaduras de tubos orbitales con alambre de relleno agregado, los parámetros del programa incluirán velocidad de alimentación del alambre, amplitud de oscilación de la antorcha y tiempo de permanencia, AVC (control de voltaje de arco para proporcionar un espacio de arco constante) y pendiente ascendente. Para realizar soldadura por fusión, instale el cabezal de soldadura con el electrodo apropiado y los insertos de abrazadera de tubería en la tubería y recupere el programa o programa de soldadura de la memoria de la fuente de poder. La secuencia de soldadura se inicia presionando un botón o una tecla del panel de membrana y la soldadura continúa sin la intervención del operador.
Variables no programables. Para obtener una calidad de soldadura consistentemente buena, los parámetros de soldadura deben controlarse cuidadosamente. Esto se logra a través de la precisión de la fuente de poder de soldadura y el programa de soldadura, que es un conjunto de instrucciones ingresadas en la fuente de poder, que consiste en parámetros de soldadura, para soldar un tamaño específico de tubería o tubería. También debe haber un conjunto efectivo de estándares de soldadura, que especifiquen los criterios de aceptación de la soldadura y algún sistema de inspección y control de calidad de la soldadura para garantizar que la soldadura cumpla con los estándares acordados. Sin embargo, ciertos factores y procedimientos distintos de los parámetros de soldadura también deben controlarse cuidadosamente. Estos factores incluyen el uso de un buen equipo de preparación de extremos, buenas prácticas de limpieza y manipulación, buenas tolerancias dimensionales de los tubos u otras piezas que se sueldan, tipo y tamaño de tungsteno consistentes, gases inertes altamente purificados y una cuidadosa atención a las variaciones del material. - alta temperatura.
Los requisitos de preparación para la soldadura de extremos de tuberías son más críticos para la soldadura orbital que para la soldadura manual. Las uniones soldadas para la soldadura orbital de tuberías suelen ser uniones a tope cuadradas. Para lograr la repetibilidad deseada en la soldadura orbital, se requiere una preparación de extremos mecanizada, precisa y consistente. Dado que la corriente de soldadura depende del espesor de la pared, los extremos deben ser cuadrados sin rebabas ni biseles en el diámetro exterior o interior (DE o DI), lo que daría como resultado diferentes espesores de pared.
Los extremos de la tubería deben encajar en el cabezal de soldadura de modo que no haya un espacio notable entre los extremos de la junta a tope cuadrada. Aunque se pueden lograr uniones soldadas con espacios pequeños, la calidad de la soldadura puede verse afectada negativamente. Cuanto mayor sea el espacio, más probable es que haya un problema. Un ensamblaje deficiente puede resultar en una falla total de la soldadura. Las sierras para tubos fabricadas por George Fischer y otros que cortan la tubería y enfrentan los extremos de la tubería en la misma operación, o los tornos portátiles de preparación de extremos como los fabricados por Protem, Wachs y otros, a menudo se utilizan para hacer soldaduras orbitales de extremos lisos adecuados para el mecanizado. Las sierras de corte, las sierras para metales, las sierras de cinta y los cortadores de tubos no son adecuados para este propósito.
Además de los parámetros de soldadura que ingresan energía para soldar, hay otras variables que pueden tener un efecto profundo en la soldadura, pero no son parte del procedimiento de soldadura real. Esto incluye el tipo y tamaño de tungsteno, el tipo y pureza del gas utilizado para proteger el arco y purgar el interior de la junta de soldadura, el caudal de gas utilizado para purgar, el tipo de cabezal y fuente de energía utilizados, la configuración de la junta y cualquier otra información relevante. Llamamos a estas variables "no programables" y las registramos en el cronograma de soldadura. Por ejemplo, el tipo de gas se considera una variable esencial en la Especificación de procedimiento de soldadura (WPS) para que los procedimientos de soldadura cumplan con el Código de calderas y recipientes a presión de la Sección IX de ASME. Los cambios en el tipo de gas o los porcentajes de mezcla de gases, o la eliminación de la purga de ID requieren la revalidación del procedimiento de soldadura.
Gas de soldadura. El acero inoxidable es resistente a la oxidación por oxígeno atmosférico a temperatura ambiente. Cuando se calienta hasta su punto de fusión (1530 °C o 2800 °F para hierro puro), se oxida fácilmente. El argón inerte se usa comúnmente como gas de protección y para purgar uniones soldadas internas mediante el proceso orbital GTAW. La pureza del gas en relación con el oxígeno y la humedad determina la cantidad de decoloración inducida por oxidación que se produce en la soldadura o cerca de ella después de soldar. Si el gas de purga no es de la más alta calidad o si el sistema de purga no está completamente libre de fugas, de modo que una pequeña cantidad de aire se filtra en el sistema de purga, la oxidación puede ser de un verde azulado claro o azulado. Por supuesto, si no se limpia, se obtendrá la superficie negra y costrosa comúnmente conocida como "endulzada". El argón de grado de soldadura suministrado en cilindros tiene una pureza del 99,996-99,997 %, según el proveedor, y contiene de 5 a 7 ppm de oxígeno y otras impurezas, como H₂O, O₂, CO2, hidrocarburos, etc., para un total de 40 ppm como máximo. El argón de alta pureza en un cilindro o el argón líquido en un Dewar puede tener una pureza del 99,999 % o 10 ppm de impurezas totales, con un máximo de 2 ppm de oxígeno. NOTA: Se pueden utilizar purificadores de gas como Nanochem o Gatekeeper durante la purga para reducir los niveles de contaminación al rango de partes por mil millones (ppb).
Composición mixta. Mezclas de gases como 75 % de helio/25 % de argón y 95 % de argón/5 % de hidrógeno se pueden utilizar como gases de protección para aplicaciones especiales. Ambas mezclas produjeron soldaduras más calientes que las realizadas con la misma configuración de programa que el argón. Las mezclas de helio son particularmente adecuadas para la máxima penetración mediante soldadura por fusión en acero al carbono. Un consultor de la industria de semiconductores recomienda el uso de mezclas de argón/hidrógeno como gases de protección para aplicaciones UHP. Las mezclas de hidrógeno tienen varias ventajas, pero también algunas desventajas importantes. La ventaja es que producen un charco más húmedo y una superficie de soldadura más lisa, lo cual es ideal para implementar sistemas de suministro de gas a presión ultraalta con una superficie interna lo más lisa posible. La presencia de hidrógeno proporciona una atmósfera reductora, por lo que si hay trazas de oxígeno en la mezcla de gases, la soldadura resultante se verá más limpia y con menos decoloración que una concentración de oxígeno similar en argón puro. Este efecto es óptimo con un contenido de hidrógeno de aproximadamente el 5 %. Algunos utilizan una mezcla de argón/hidrógeno al 95/5 % como purga de ID para mejorar la apariencia del cordón de soldadura interno.
El cordón de soldadura que utiliza una mezcla de hidrógeno como gas de protección es más estrecho, excepto que el acero inoxidable tiene un contenido muy bajo de azufre y genera más calor en la soldadura que la misma configuración de corriente con argón sin mezclar. Una desventaja significativa de las mezclas de argón/hidrógeno es que el arco es mucho menos estable que el argón puro y existe una tendencia a que el arco se desvíe, lo suficientemente grave como para causar una fusión incorrecta. La deriva del arco puede desaparecer cuando se utiliza una fuente de gas mixto diferente, lo que sugiere que puede deberse a contaminación o una mezcla deficiente. Debido a que el calor generado por el arco varía con la concentración de hidrógeno, una concentración constante es esencial para lograr soldaduras repetibles, y existen diferencias en el gas envasado premezclado. Otra desventaja es que la vida útil del tungsteno se acorta considerablemente cuando se utiliza una mezcla de hidrógeno. Si bien no se ha determinado la razón del deterioro del tungsteno por el gas mixto, se ha informado que el arco es más difícil y que puede ser necesario reemplazar el tungsteno después de una o dos soldaduras. Las mezclas de argón/hidrógeno no se pueden utilizar para soldar acero al carbono o titanio.
Una característica distintiva del proceso TIG es que no consume electrodos. El tungsteno tiene el punto de fusión más alto de todos los metales (6098 °F; 3370 °C) y es un buen emisor de electrones, lo que lo hace particularmente adecuado para su uso como electrodo no consumible. Sus propiedades se mejoran añadiendo un 2% de ciertos óxidos de tierras raras como ceria, óxido de lantano u óxido de torio para mejorar el inicio del arco y la estabilidad del arco. El tungsteno puro rara vez se utiliza en GTAW debido a las propiedades superiores del tungsteno de cerio, especialmente para aplicaciones GTAW orbitales. El tungsteno de torio se utiliza menos que en el pasado porque es algo radiactivo.
Los electrodos con un acabado pulido son más uniformes en tamaño. Una superficie lisa siempre es preferible a una superficie rugosa o inconsistente, ya que la consistencia en la geometría del electrodo es fundamental para obtener resultados de soldadura consistentes y uniformes. Los electrones emitidos desde la punta (DCEN) transfieren calor desde la punta de tungsteno a la soldadura. Una punta más fina permite mantener la densidad de corriente muy alta, pero puede resultar en una vida útil más corta del tungsteno. Para la soldadura orbital, es importante rectificar mecánicamente la punta del electrodo para garantizar la repetibilidad de la geometría del tungsteno y la repetibilidad de la soldadura. La punta roma fuerza el arco desde la soldadura al mismo punto en el tungsteno. El diámetro de la punta controla la forma del arco y la cantidad de penetración a una corriente particular. El ángulo cónico afecta las características de corriente/voltaje del arco y debe especificarse y controlarse. La longitud del tungsteno es importante porque se puede usar una longitud conocida de tungsteno para establecer la separación del arco. La separación del arco para un valor de corriente específico determina el voltaje y, por lo tanto, la potencia aplicada a la soldadura.
El tamaño del electrodo y su diámetro de punta se seleccionan de acuerdo con la intensidad de la corriente de soldadura. Si la corriente es demasiado alta para el electrodo o su punta, puede perder metal de la punta, y el uso de electrodos con un diámetro de punta demasiado grande para la corriente puede causar deriva del arco. Especificamos los diámetros de los electrodos y de la punta por el espesor de la pared de la junta de soldadura y utilizamos un diámetro de 0,0625 para casi todo hasta un espesor de pared de 0,093″, a menos que el uso esté diseñado para usarse con electrodos de 0,040″ de diámetro para soldar componentes de precisión pequeños. Para la repetibilidad del proceso de soldadura, se deben especificar y controlar el tipo y acabado de tungsteno, la longitud, el ángulo cónico, el diámetro, el diámetro de la punta y el espacio del arco. Para aplicaciones de soldadura de tubos, siempre se recomienda el tungsteno de cerio porque este tipo tiene una vida útil mucho más larga que otros tipos y tiene excelentes características de ignición del arco. El tungsteno de cerio no es radiactivo.
Para obtener más información, comuníquese con Barbara Henon, Gerente de Publicaciones Técnicas, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Teléfono: 818-896-9556. Fax: 818-890-3724.