Nota del editor: Pharmaceutical Online se complace en presentar este artículo de cuatro partes sobre la soldadura orbital de tuberías para bioprocesos, escrito 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 de la ASME a finales del año pasado.
Prevenir la pérdida de resistencia a la corrosión. El agua de alta pureza, como la DI o la WFI, es un agente corrosivo muy agresivo para el acero inoxidable. Además, la WFI de grado farmacéutico se somete a ciclos a alta temperatura (80 °C) para mantener la esterilidad. Existe una sutil diferencia entre bajar la temperatura lo suficiente como para sustentar organismos vivos letales para el producto y subirla lo suficiente como para promover la producción de "rouge". El 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 diversas 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 de la oxidación del material depositado en las soldaduras y las zonas afectadas por el calor durante la soldadura, es particularmente perjudicial y está asociado con la formación de óxido en los sistemas de agua farmacéuticos. 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 subyacente empobrecida en cromo, 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 superficial. 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 entre en servicio. El análisis de electrones 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 la capa superficial externa. y no penetra por debajo de 50 angstroms, mientras que la coloración térmica puede extenderse 1000 angstroms o más por 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 los daños inducidos por la soldadura y la fabricación a niveles que puedan recuperarse sustancialmente mediante la 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. Un control preciso del aporte de calor y evitar el sobrecalentamiento durante la soldadura también es importante para prevenir la pérdida de resistencia a la corrosión. Controlar el 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 prevenir 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 biofarmacéutico de alta pureza han evolucionado hacia una mayor resistencia a la corrosión durante la última década. La mayor parte del acero inoxidable utilizado antes de 1980 era acero inoxidable 304, ya que era relativamente económico y representaba 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 excesiva de su resistencia a la corrosión y no requieren tratamientos térmicos especiales previos ni posteriores al calentamiento.
Recientemente, el uso de acero inoxidable 316 en aplicaciones de tuberías de alta pureza ha ido en aumento. El tipo 316 es similar en composición 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 la resistencia a la corrosión del 316. Los tipos 304L y 316L, denominados grados "L", tienen un menor contenido de carbono que los grados estándar (0,035 % frente a 0,08 %). Esta reducción en el contenido de carbono tiene como objetivo reducir la cantidad de precipitación de carburo que puede ocurrir debido a la soldadura. Esto es la formación de carburo de cromo, que agota los límites de grano del metal base de cromo, haciéndolo susceptible a la corrosión. La formación de carburo de cromo, llamada "sensibilización", depende del tiempo y la temperatura y es un problema mayor cuando se suelda a mano. Hemos demostrado que la soldadura orbital del acero inoxidable superaustenítico AL-6XN proporciona una mayor resistencia a la corrosión. soldaduras más resistentes que soldaduras similares hechas a mano. Esto se debe a que la soldadura orbital proporciona un control preciso del amperaje, la pulsación y el tiempo, 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 carburos como factor en el desarrollo de la corrosión en los sistemas de tuberías.
Variación de una colada a otra del acero inoxidable. Aunque los parámetros de soldadura y otros factores se pueden mantener dentro de tolerancias bastante estrictas, todavía existen diferencias en el aporte de calor necesario para soldar acero inoxidable de una colada a otra. Un número de colada es el número de lote asignado a una fundición específica de acero inoxidable 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 el número de colada. 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 la concentración de cada aleación o elemento traza presente. Dado que no hay dos coladas de acero inoxidable que contengan exactamente la misma concentración de cada elemento, las características de soldadura variarán de un horno a otro.
Las imágenes SEM de soldaduras orbitales de tuberías de 316L en tubería AOD (arriba) y material EBR (abajo) mostraron una diferencia significativa en la lisura del cordón de soldadura.
Si bien un único procedimiento de soldadura puede funcionar para la mayoría de las coladas con diámetros exteriores y espesores de pared similares, algunas coladas requieren menos amperaje y otras requieren un amperaje mayor de lo habitual. Por este motivo, el calentamiento de diferentes materiales en la obra debe controlarse cuidadosamente para evitar posibles problemas. A menudo, una nueva colada solo requiere 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 del acero. Los aceros inoxidables AISI tipo 304 y 316 se especifican con un contenido máximo de azufre del 0,030 %. Con el desarrollo de los procesos modernos de refinación del acero, como la descarburación con oxígeno argón (AOD) y las prácticas de fusión al vacío dual, como la fusión por inducción al vacío seguida de la refundición por arco al vacío (VIM+VAR), se ha hecho posible producir aceros que son muy especiales en los siguientes aspectos: su composición química. Se ha observado que las propiedades del baño de soldadura cambian cuando el contenido de azufre del acero es inferior a aproximadamente el 0,008 %. Esto se debe al efecto del azufre y, en menor medida, de otros elementos sobre el coeficiente de temperatura de la tensión superficial del baño de soldadura, que determina las características de flujo del baño líquido.
A concentraciones de azufre muy bajas (0,001% – 0,003%), la penetración del baño de soldadura se vuelve muy amplia en comparación con soldaduras similares realizadas en materiales con 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 rebaje. Cuando la corriente de soldadura es suficiente para producir una soldadura de penetración completa. Esto hace que los materiales con un contenido de azufre muy bajo 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 azufre medio. Por lo tanto, para la soldabilidad, el contenido de azufre ideal estaría en el rango de aproximadamente 0,005% a 0,017%, como se especifica en ASTM A270 S2 para tuberías de calidad farmacéutica.
Los fabricantes de tuberías de acero inoxidable electropulido han observado que incluso niveles moderados de azufre en el acero inoxidable 316 o 316L dificultan el cumplimiento de las necesidades de sus clientes de semiconductores y biofarmacéuticos en cuanto a superficies interiores lisas y sin poros. El uso de la microscopía electrónica de barrido para verificar la suavidad del acabado superficial del tubo es cada vez más común. Se ha demostrado que el azufre en los metales base forma inclusiones no metálicas o "filamentos" de sulfuro de manganeso (MnS) que se eliminan durante el electropulido y dejan huecos en el rango de 0,25 a 1,0 micras.
Los fabricantes y proveedores de tubos electropulidos están impulsando el mercado hacia el uso de materiales con contenido ultrabajo de azufre para cumplir con 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 la corrosión por picaduras que las superficies lisas. Por lo tanto, existen razones válidas para la tendencia hacia materiales con bajo contenido de azufre y más "limpios".
Desviación del arco. Además de mejorar la soldabilidad del acero inoxidable, la presencia de azufre también mejora la maquinabilidad. Por ello, los fabricantes tienden a elegir materiales con un contenido de azufre superior al especificado. Soldar tubos con concentraciones de azufre muy bajas a accesorios, válvulas u otros tubos con mayor contenido de azufre puede generar problemas de soldadura, ya que el arco se desviará hacia los tubos con menor contenido de azufre. Cuando se produce la desviación del arco, la penetración es más profunda en el lado con bajo contenido de azufre que en el lado con alto contenido de azufre, lo cual es lo contrario de lo que ocurre al soldar tuberías con concentraciones de azufre similares. 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 igualar el contenido de azufre de los accesorios con el de la tubería, la División Carpenter Steel de Carpenter Technology Corporation de Pensilvania ha introducido una barra de acero inoxidable 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 al uso de tubos con bajo contenido de azufre se debe en gran medida a la necesidad de obtener superficies internas de tubos electropulidas lisas. Si bien el acabado superficial y el electropulido son importantes tanto para la industria de semiconductores como para la industria biotecnológica/farmacéutica, SEMI, al redactar la especificación de la industria de semiconductores, especificó que los tubos 316L para líneas de gas de proceso deben tener un límite de azufre del 0,004 % para un rendimiento óptimo en 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 rangos de azufre más bajos. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que incluso dentro de este rango limitado, la desviación del arco aún puede ocurrir al soldar tuberías con bajo contenido de azufre a tuberías o accesorios con alto contenido de azufre, y los instaladores deben monitorear cuidadosamente el calentamiento del material y verificar antes de la fabricación la compatibilidad de soldadura entre el calentamiento. Producción de soldaduras.
Otros oligoelementos. Se ha descubierto que los oligoelementos, incluidos el azufre, el oxígeno, el aluminio, el silicio y el 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 distintos elementos son acumulativos, por lo que la presencia de oxígeno puede contrarrestar algunos de los efectos del bajo contenido de azufre. Los altos niveles de aluminio pueden contrarrestar el efecto positivo sobre 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 (véase Cohen, 1997). La industria de los semiconductores está experimentando actualmente con materiales 316L con bajo contenido de manganeso e incluso con contenido ultrabajo de manganeso para prevenir esta pérdida de resistencia a la corrosión.
Formación de escoria. En algunos casos, aparecen ocasionalmente islas de escoria en el cordón de acero inoxidable. 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 evitar la formación de escoria no deseada de tipo placa, recomienda mantener el contenido de aluminio en 0,010 % y el contenido de silicio en 0,5 %. Sin embargo, cuando la proporción Al/Si está por encima de 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 OD de la soldadura pueden causar una penetración desigual del paso ID y pueden resultar en una penetración insuficiente. Las islas de escoria que se forman en el cordón de soldadura ID pueden ser susceptibles a la corrosión.
Soldadura de una sola pasada con pulsación. La soldadura orbital automática estándar para 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" o menos. Después de una purga previa temporizada, se produce el arco. La penetración de la pared del tubo se logra durante un retardo temporizado en el que hay arco pero no hay rotación. Después de este retardo 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 la conexión está completa, la corriente disminuye gradualmente en una caída temporizada.
Modo escalonado (soldadura "sincronizada"). Para la soldadura por fusión de materiales de paredes más gruesas, generalmente mayores de 0,083 pulgadas, la fuente de alimentación de soldadura por fusión se puede utilizar en modo síncrono o escalonado. En el modo síncrono o escalonado, el pulso de corriente de soldadura se sincroniza con la carrera, por lo que el rotor permanece estacionario para una penetración máxima durante los pulsos de alta corriente y se mueve durante los pulsos de baja corriente. 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 décima o centésima de segundo para la soldadura convencional. Esta técnica puede soldar eficazmente tuberías de pared delgada de calibre 40 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 ultra alta pureza (UHP) debido a su costura más ancha y rugosa.
Variables programables. La generación actual de fuentes de alimentación para soldadura se basa en microprocesadores y almacena programas que especifican valores numéricos para los parámetros de soldadura para un diámetro (OD) y espesor de pared específicos de la tubería a soldar, incluyendo tiempo de purga, corriente de soldadura, velocidad de avance (RPM), número de capas y tiempo por capa, tiempo de pulso, tiempo de descenso, etc. Para soldaduras de tubos orbitales con alambre de aporte, 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 los insertos de abrazadera de tubería y electrodo apropiados en la tubería y recupere el programa de soldadura o la secuencia de soldadura de la memoria de la fuente de alimentación. La secuencia de soldadura se inicia presionando un botón o una tecla del panel de membrana y la soldadura continúa sin intervención del operador.
Variables no programables. Para obtener una calidad de soldadura consistentemente buena, los parámetros de soldadura deben controlarse cuidadosamente. Esto se logra mediante la precisión de la fuente de alimentación de soldadura y el programa de soldadura, que es un conjunto de instrucciones ingresadas en la fuente de alimentación, que consiste en parámetros de soldadura, para soldar un tamaño específico de tubería o tubo. También debe haber un conjunto efectivo de normas de soldadura, que especifiquen criterios de aceptación de soldadura y algún sistema de inspección y control de calidad de soldadura para garantizar que la soldadura cumpla con las normas acordadas. Sin embargo, ciertos factores y procedimientos además 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 la tubería u otras piezas que se sueldan, tipo y tamaño de tungsteno consistentes, gases inertes altamente purificados y una atención cuidadosa 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 juntas soldadas para la soldadura orbital de tuberías suelen ser juntas a tope cuadradas. Para lograr la repetibilidad deseada en la soldadura orbital, se requiere una preparación precisa, uniforme y mecanizada de los extremos. 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, ya que esto daría como resultado diferentes espesores de pared.
Los extremos de los tubos deben encajar en el cabezal de soldadura de manera que no haya un espacio perceptible entre los extremos de la junta a tope cuadrada. Si bien se pueden realizar juntas soldadas con pequeños espacios, la calidad de la soldadura puede verse afectada negativamente. Cuanto mayor sea el espacio, mayor será la probabilidad de que surja un problema. Un montaje deficiente puede provocar un fallo total de la soldadura. Las sierras para tubos fabricadas por George Fischer y otros, que cortan el tubo y refrentan los extremos en la misma operación, o los tornos portátiles de preparación de extremos como los fabricados por Protem, Wachs y otros, se utilizan a menudo para realizar soldaduras orbitales de extremos lisos aptas para el mecanizado. Las sierras de corte, las sierras para metales, las sierras de cinta y los cortatubos no son adecuados para este propósito.
Además de los parámetros de soldadura que suministran energía para soldar, existen otras variables que pueden tener un efecto profundo en la soldadura, pero que no forman parte del procedimiento de soldadura en sí. Esto incluye el tipo y tamaño del 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 la purga, el tipo de cabezal y fuente de alimentación utilizados, la configuración de la junta y cualquier otra información relevante. A estas variables las denominamos "no programables" y las registramos en el programa de soldadura. Por ejemplo, el tipo de gas se considera una variable esencial en la Especificación del 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 la ASME. Los cambios en el tipo de gas o en los porcentajes de la mezcla de gases, o la eliminación de la purga interna, 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 juntas soldadas internas a través del proceso GTAW orbital. La pureza del gas en relación con el oxígeno y la humedad determina la cantidad de decoloración inducida por oxidación que ocurre en o cerca de la soldadura 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 color verde azulado claro o azulado. Por supuesto, ninguna limpieza dará como resultado la superficie negra costrosa comúnmente denominada "dulce". El argón de grado de soldadura suministrado en cilindros tiene una pureza del 99,996-99,997 %, dependiendo del proveedor, y contiene de 5 a 7 ppm de oxígeno y otras impurezas, incluyendo 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. Las mezclas de gases como 75% helio/25% argón y 95% argón/5% hidrógeno se pueden utilizar como gases de protección para aplicaciones especiales. Las dos mezclas produjeron soldaduras más calientes que las realizadas con los mismos ajustes de programa que el argón. Las mezclas de helio son particularmente adecuadas para una penetración máxima mediante soldadura por fusión en acero al carbono. Un consultor de la industria de semiconductores aboga por el uso de mezclas de argón/hidrógeno como gases de protección para aplicaciones de UHP. Las mezclas de hidrógeno tienen varias ventajas, pero también algunas desventajas serias. La ventaja es que produce un charco más húmedo y una superficie de soldadura más lisa, lo cual es ideal para implementar sistemas de suministro de gas de ultra alta presión con una superficie interna lo más lisa posible. La presencia de hidrógeno proporciona una atmósfera reductora, por lo que si hay trazas de oxígeno presentes en la mezcla de gases, la soldadura resultante se verá más limpia 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 95/5% argón/hidrógeno como purga ID para mejorar la apariencia de la soldadura. 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 de azufre muy bajo y genera más calor en la soldadura que la misma configuración de corriente con argón puro. 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 incompleta. La desviación del arco puede desaparecer cuando se utiliza una fuente de gas mixto diferente, lo que sugiere que puede ser causada por 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 embotellado 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 el tungsteno puede necesitar ser reemplazado 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 cualquier metal (3370 °C) y es un buen emisor de electrones, lo que lo hace particularmente adecuado para su uso como electrodo no consumible. Sus propiedades mejoran al agregar un 2 % de ciertos óxidos de tierras raras, como óxido de cerio, óxido de lantano u óxido de torio, para mejorar el inicio y la estabilidad del arco. El tungsteno puro rara vez se usa en GTAW debido a las propiedades superiores del tungsteno con cerio, especialmente para aplicaciones de GTAW orbital. El tungsteno con torio se usa menos que en el pasado porque es algo radiactivo.
Los electrodos con acabado pulido tienen un tamaño más uniforme. 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 uniformes y consistentes. Los electrones emitidos desde la punta (DCEN) transfieren calor de la punta de tungsteno a la soldadura. Una punta más fina permite mantener una 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 del tungsteno. El diámetro de la punta controla la forma del arco y la cantidad de penetración a una corriente determinada. El ángulo de conicidad afecta las características de corriente/voltaje del arco y debe especificarse y controlarse. La longitud del tungsteno es importante porque una longitud conocida de tungsteno se puede utilizar 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 el diámetro de su punta se seleccionan según 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 del electrodo y de la punta según el espesor de pared de la junta de soldadura y usamos 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 pequeños de precisión. Para la repetibilidad del proceso de soldadura, el tipo y acabado del tungsteno, la longitud, el ángulo de conicidad, el diámetro, el diámetro de la punta y la separación del arco deben especificarse y controlarse. 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 de Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Teléfono: 818-896-9556. Fax: 818-890-3724.