یادداشت سردبیر: Pharmac Online مفتخر است این مقاله چهار قسمتی در مورد جوشکاری اوربیتال لوله‌کشی زیست‌فرآیندی نوشته‌ی متخصص صنعت، باربارا هنون از Arc Machines را ارائه دهد. این مقاله برگرفته از ارائه دکتر هنون در کنفرانس ASME در اواخر سال گذشته است.
جلوگیری از کاهش مقاومت در برابر خوردگی. آب با خلوص بالا مانند DI یا WFI یک عامل اچ کننده بسیار تهاجمی برای فولاد ضد زنگ است. علاوه بر این، WFI با درجه دارویی در دمای بالا (80 درجه سانتیگراد) چرخه بندی می شود تا استریل بودن حفظ شود. تفاوت ظریفی بین کاهش دما به اندازه کافی برای حمایت از موجودات زنده کشنده برای محصول و افزایش دما به اندازه کافی برای افزایش تولید "قرمزی" وجود دارد. قرمزی یک لایه قهوه ای با ترکیب متفاوت است که در اثر خوردگی اجزای سیستم لوله کشی فولاد ضد زنگ ایجاد می شود. خاک و اکسیدهای آهن ممکن است اجزای اصلی باشند، اما اشکال مختلف آهن، کروم و نیکل نیز ممکن است وجود داشته باشد. وجود قرمز برای برخی از محصولات کشنده است و وجود آن ممکن است منجر به خوردگی بیشتر شود، اگرچه وجود آن در سایر سیستم ها نسبتاً خوش خیم به نظر می رسد.
جوشکاری می‌تواند بر مقاومت در برابر خوردگی تأثیر منفی بگذارد. رنگ داغ نتیجه مواد اکسیدکننده رسوب‌شده روی جوش‌ها و مناطق حساس به حرارت (HAZ) در حین جوشکاری است، به‌ویژه مضر است و با تشکیل سرخاب در سیستم‌های آب دارویی مرتبط است. تشکیل اکسید کروم می‌تواند باعث ایجاد رنگ داغ شود و یک لایه تهی‌شده از کروم را که مستعد خوردگی است، به جا بگذارد. رنگ داغ را می‌توان با اسیدشویی و سنگ‌زنی، حذف فلز از سطح، از جمله لایه تهی‌شده از کروم زیرین، و بازگرداندن مقاومت در برابر خوردگی به سطوح نزدیک به سطح فلز پایه، از بین برد. با این حال، اسیدشویی و سنگ‌زنی برای پرداخت سطح مضر هستند. غیرفعال‌سازی سیستم لوله‌کشی با اسید نیتریک یا فرمولاسیون‌های عامل کی‌لیت‌ساز برای غلبه بر اثرات نامطلوب جوشکاری و ساخت قبل از راه‌اندازی سیستم لوله‌کشی انجام می‌شود. تجزیه و تحلیل الکترونی اوژه نشان داد که غیرفعال‌سازی کی‌لیت‌ساز می‌تواند تغییرات سطحی در توزیع اکسیژن، کروم، آهن، نیکل و منگنز را که در جوش و منطقه تحت تأثیر حرارت رخ داده است، به حالت قبل از جوش بازگرداند. با این حال، غیرفعال‌سازی فقط بر لایه سطح بیرونی تأثیر می‌گذارد و به زیر 50 آنگستروم نفوذ نمی‌کند، در حالی که رنگ‌آمیزی حرارتی می‌تواند تا ... گسترش یابد. ۱۰۰۰ آنگستروم یا بیشتر در زیر سطح.
بنابراین، برای نصب سیستم‌های لوله‌کشی مقاوم در برابر خوردگی در نزدیکی زیرلایه‌های جوش داده نشده، تلاش برای محدود کردن آسیب‌های ناشی از جوشکاری و ساخت به سطوحی که می‌توانند به طور قابل توجهی با غیرفعال‌سازی بهبود یابند، بسیار مهم است. این امر مستلزم استفاده از گاز پاک‌کننده با حداقل محتوای اکسیژن و رساندن آن به قطر داخلی اتصال جوش داده شده بدون آلودگی توسط اکسیژن یا رطوبت اتمسفر است. کنترل دقیق ورودی گرما و جلوگیری از گرمای بیش از حد در حین جوشکاری نیز برای جلوگیری از از دست دادن مقاومت در برابر خوردگی مهم است. کنترل فرآیند تولید برای دستیابی به جوش‌های با کیفیت بالا و قابل تکرار و مداوم، و همچنین جابجایی دقیق لوله‌ها و اجزای فولاد ضد زنگ در حین تولید برای جلوگیری از آلودگی، از الزامات اساسی برای یک سیستم لوله‌کشی با کیفیت بالا است که در برابر خوردگی مقاومت می‌کند و خدمات تولیدی طولانی مدت را ارائه می‌دهد.
مواد مورد استفاده در سیستم‌های لوله‌کشی فولاد ضد زنگ با خلوص بالا در حوزه زیست‌داروها، در طول دهه گذشته دستخوش تحولی در جهت بهبود مقاومت در برابر خوردگی شده‌اند. اکثر فولادهای ضد زنگ مورد استفاده قبل از سال ۱۹۸۰، فولاد ضد زنگ ۳۰۴ بودند، زیرا نسبتاً ارزان بودند و نسبت به مس مورد استفاده قبلی، بهبود یافته بودند. در واقع، فولادهای ضد زنگ سری ۳۰۰ به راحتی ماشینکاری می‌شوند، می‌توان آنها را بدون از دست دادن مقاومت در برابر خوردگی، جوشکاری ذوبی کرد و نیازی به عملیات حرارتی پیش گرم و پس گرم ویژه ندارند.
اخیراً، استفاده از فولاد ضد زنگ 316 در کاربردهای لوله‌کشی با خلوص بالا رو به افزایش بوده است. نوع 316 از نظر ترکیب مشابه نوع 304 است، اما علاوه بر عناصر آلیاژی کروم و نیکل که در هر دو مشترک هستند، 316 حاوی حدود 2٪ مولیبدن است که مقاومت در برابر خوردگی 316 را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد. انواع 304L و 316L که به عنوان گریدهای "L" شناخته می‌شوند، محتوای کربن کمتری نسبت به گریدهای استاندارد دارند (0.035٪ در مقابل 0.08٪). این کاهش در محتوای کربن به منظور کاهش میزان رسوب کاربید که ممکن است در اثر جوشکاری رخ دهد، در نظر گرفته شده است. این تشکیل کاربید کروم است که مرزهای دانه فلز پایه کروم را تخلیه می‌کند و آن را مستعد خوردگی می‌کند. تشکیل کاربید کروم، که "حساسیت" نامیده می‌شود، وابسته به زمان و دما است و هنگام لحیم کاری دستی مشکل بزرگتری است. ما نشان داده‌ایم که جوشکاری اوربیتال فولاد ضد زنگ فوق آستنیتی AL-6XN جوش‌های مقاوم در برابر خوردگی بیشتری نسبت به جوش‌های مشابه انجام شده با دست ارائه می‌دهد. دلیل این امر این است که جوشکاری اوربیتال کنترل دقیقی بر آمپراژ، ضربان و زمان‌بندی ارائه می‌دهد که منجر به ورودی گرمای کمتر و یکنواخت‌تری نسبت به جوشکاری دستی می‌شود. جوشکاری اوربیتال در ترکیب با گریدهای "L" 304 و 316 عملاً رسوب کاربید را به عنوان عاملی در ایجاد خوردگی در سیستم‌های لوله‌کشی از بین می‌برد.
تغییرات حرارت به حرارت فولاد ضد زنگ. اگرچه پارامترهای جوشکاری و سایر عوامل را می‌توان در محدوده تلرانس نسبتاً دقیقی نگه داشت، اما هنوز تفاوت‌هایی در ورودی حرارت مورد نیاز برای جوشکاری فولاد ضد زنگ از حرارتی به حرارت دیگر وجود دارد. عدد حرارتی، شماره دسته‌ای است که در کارخانه به یک مذاب فولاد ضد زنگ خاص اختصاص داده می‌شود. ترکیب شیمیایی دقیق هر دسته به همراه شناسایی دسته یا عدد حرارتی در گزارش آزمایش کارخانه (MTR) ثبت می‌شود. آهن خالص در دمای 1538 درجه سانتیگراد (2800 درجه فارنهایت) ذوب می‌شود، در حالی که فلزات آلیاژی بسته به نوع و غلظت هر آلیاژ یا عنصر کمیاب موجود، در طیف وسیعی از دماها ذوب می‌شوند. از آنجایی که هیچ دو دسته‌ای از فولاد ضد زنگ دقیقاً حاوی غلظت یکسانی از هر عنصر نیستند، ویژگی‌های جوشکاری از کوره‌ای به کوره دیگر متفاوت خواهد بود.
تصویر SEM از جوش‌های اوربیتال لوله 316L روی لوله AOD (بالا) و جنس EBR (پایین) تفاوت قابل توجهی در صافی سطح جوش نشان داد.
در حالی که یک روش جوشکاری واحد ممکن است برای اکثر جوشکاری‌ها با قطر خارجی و ضخامت دیواره مشابه کار کند، برخی از جوشکاری‌ها به آمپراژ کمتر و برخی دیگر به آمپراژ بالاتری نسبت به حالت معمول نیاز دارند. به همین دلیل، گرمایش مواد مختلف در محل کار باید با دقت پیگیری شود تا از مشکلات احتمالی جلوگیری شود. اغلب، جوشکاری جدید فقط به تغییر کوچکی در آمپراژ نیاز دارد تا به یک روش جوشکاری رضایت‌بخش دست یابد.
مشکل گوگرد. گوگرد عنصری یک ناخالصی مرتبط با سنگ آهن است که تا حد زیادی در طول فرآیند فولادسازی حذف می‌شود. فولادهای ضد زنگ AISI نوع 304 و 316 با حداکثر مقدار گوگرد 0.030٪ مشخص می‌شوند. با توسعه فرآیندهای مدرن تصفیه فولاد، مانند کربن‌زدایی با آرگون و اکسیژن (AOD) و روش‌های ذوب دوگانه در خلاء مانند ذوب القایی در خلاء و به دنبال آن ذوب مجدد قوسی در خلاء (VIM+VAR)، تولید فولادهایی که از نظر ترکیب شیمیایی بسیار خاص هستند، امکان‌پذیر شده است. اشاره شده است که خواص حوضچه جوش هنگامی که مقدار گوگرد فولاد کمتر از حدود 0.008٪ باشد، تغییر می‌کند. این به دلیل تأثیر گوگرد و تا حد کمتری سایر عناصر بر ضریب دمایی کشش سطحی حوضچه جوش است که ویژگی‌های جریان حوضچه مایع را تعیین می‌کند.
در غلظت‌های بسیار کم گوگرد (0.001% - 0.003%)، نفوذ گودال جوش در مقایسه با جوش‌های مشابه انجام شده روی مواد با محتوای گوگرد متوسط، بسیار وسیع می‌شود. جوش‌های انجام شده روی لوله‌های فولاد ضد زنگ با گوگرد کم، جوش‌های پهن‌تری خواهند داشت، در حالی که روی لوله‌های با دیواره ضخیم‌تر (0.065 اینچ یا 1.66 میلی‌متر یا بیشتر)، تمایل بیشتری به ایجاد جوش با جوشکاری توکار وجود خواهد داشت. هنگامی که جریان جوشکاری برای ایجاد یک جوش کاملاً نفوذ یافته کافی باشد، جوشکاری مواد با محتوای گوگرد بسیار کم، به ویژه با دیواره‌های ضخیم‌تر، دشوارتر می‌شود. در انتهای بالاتر غلظت گوگرد در فولاد ضد زنگ 304 یا 316، مهره جوش از نظر ظاهری سیالیت کمتری دارد و نسبت به مواد با گوگرد متوسط، زبرتر است. بنابراین، برای جوشکاری، محتوای گوگرد ایده‌آل در محدوده تقریباً 0.005% تا 0.017% خواهد بود، همانطور که در ASTM A270 S2 برای لوله‌های با کیفیت دارویی مشخص شده است.
تولیدکنندگان لوله‌های فولادی ضد زنگ الکتروپولیش شده متوجه شده‌اند که حتی وجود مقادیر متوسط ​​گوگرد در فولاد ضد زنگ 316 یا 316L، برآورده کردن نیازهای مشتریان نیمه‌هادی و بیودارویی آنها برای سطوح داخلی صاف و بدون حفره را دشوار می‌کند. استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی برای تأیید صافی سطح لوله به طور فزاینده‌ای رایج شده است. نشان داده شده است که گوگرد در فلزات پایه، آخال‌های غیرفلزی یا "رشته‌های" سولفید منگنز (MnS) تشکیل می‌دهد که در طول الکتروپولیش حذف می‌شوند و حفره‌هایی در محدوده 0.25 تا 1.0 میکرون باقی می‌گذارند.
تولیدکنندگان و تأمین‌کنندگان لوله‌های الکتروپولیش‌شده، بازار را به سمت استفاده از مواد با گوگرد بسیار کم برای برآورده کردن نیازهای سطح خود سوق می‌دهند. با این حال، این مشکل محدود به لوله‌های الکتروپولیش‌شده نیست، زیرا در لوله‌های غیر الکتروپولیش‌شده، ناخالصی‌ها در طول غیرفعال‌سازی سیستم لوله‌کشی حذف می‌شوند. نشان داده شده است که حفره‌ها بیشتر از سطوح صاف مستعد ایجاد حفره هستند. بنابراین دلایل معتبری برای گرایش به سمت مواد کم گوگرد و «تمیزتر» وجود دارد.
انحراف قوس. علاوه بر بهبود جوش‌پذیری فولاد ضد زنگ، وجود مقداری گوگرد، قابلیت ماشینکاری را نیز بهبود می‌بخشد. در نتیجه، تولیدکنندگان و سازندگان تمایل دارند موادی را در انتهای بالاتر محدوده محتوای گوگرد مشخص شده انتخاب کنند. جوشکاری لوله با غلظت گوگرد بسیار کم به اتصالات، شیرآلات یا سایر لوله‌ها با محتوای گوگرد بالاتر می‌تواند مشکلات جوشکاری ایجاد کند زیرا قوس به سمت لوله با محتوای گوگرد کم متمایل می‌شود. هنگامی که انحراف قوس رخ می‌دهد، نفوذ در سمت کم گوگرد عمیق‌تر از سمت پر گوگرد می‌شود، که برعکس اتفاقی است که هنگام جوشکاری لوله‌ها با غلظت گوگرد مطابق رخ می‌دهد. در موارد شدید، مهره جوش می‌تواند به طور کامل در ماده کم گوگرد نفوذ کند و قسمت داخلی جوش را کاملاً ذوب نشده باقی بگذارد (Fihey and Simeneau, 1982). به منظور تطبیق محتوای گوگرد اتصالات با محتوای گوگرد لوله، بخش فولاد کارپنتر شرکت فناوری کارپنتر پنسیلوانیا، فولاد کم گوگرد (حداکثر 0.005٪) 316 بار (نوع 316L-SCQ) را معرفی کرده است. (VIM+VAR)) برای ساخت اتصالات و سایر قطعاتی که قرار است به لوله‌های کم گوگرد جوش داده شوند. جوشکاری دو ماده با گوگرد بسیار کم به یکدیگر بسیار آسان‌تر از جوشکاری یک ماده با گوگرد بسیار کم به یک ماده با گوگرد بالاتر است.
تغییر به استفاده از لوله‌های کم گوگرد عمدتاً به دلیل نیاز به دستیابی به سطوح صاف و صیقل داده شده الکتروپولیش شده داخلی لوله است. در حالی که پرداخت سطح و الکتروپولیش هم برای صنعت نیمه‌هادی و هم برای صنعت بیوتکنولوژی/دارویی مهم است، SEMI هنگام نوشتن مشخصات صنعت نیمه‌هادی، مشخص کرد که لوله‌های 316L برای خطوط گاز فرآیندی باید دارای درپوش گوگرد 0.004٪ برای عملکرد بهینه باشند. از سوی دیگر، ASTM مشخصات ASTM 270 خود را اصلاح کرد تا لوله‌های درجه دارویی را که میزان گوگرد را به محدوده 0.005 تا 0.017٪ محدود می‌کنند، شامل شود. این امر باید منجر به مشکلات جوشکاری کمتری در مقایسه با گوگردهای با محدوده پایین‌تر شود. با این حال، باید توجه داشت که حتی در این محدوده محدود، ممکن است هنگام جوشکاری لوله‌های کم گوگرد به لوله‌ها یا اتصالات با گوگرد بالا، انحراف قوس همچنان رخ دهد و نصاب‌ها باید گرمایش مواد را به دقت پیگیری کرده و قبل از ساخت، سازگاری لحیم بین گرمایش را بررسی کنند. تولید جوش‌ها.
سایر عناصر کمیاب. مشخص شده است که عناصر کمیاب شامل گوگرد، اکسیژن، آلومینیوم، سیلیکون و منگنز بر نفوذ تأثیر می‌گذارند. مقادیر ناچیز آلومینیوم، سیلیکون، کلسیم، تیتانیوم و کروم موجود در فلز پایه به عنوان آخال‌های اکسیدی با تشکیل سرباره در حین جوشکاری مرتبط هستند.
اثرات عناصر مختلف تجمعی است، بنابراین وجود اکسیژن می‌تواند برخی از اثرات گوگرد کم را جبران کند. مقادیر بالای آلومینیوم می‌تواند اثر مثبت بر نفوذ گوگرد را خنثی کند. منگنز در دمای جوشکاری تبخیر می‌شود و در منطقه تحت تأثیر حرارت جوشکاری رسوب می‌کند. این رسوبات منگنز با از دست دادن مقاومت در برابر خوردگی همراه هستند. (به کوهن، ۱۹۹۷ مراجعه کنید). صنعت نیمه‌هادی در حال حاضر در حال آزمایش مواد کم منگنز و حتی بسیار کم منگنز ۳۱۶L برای جلوگیری از این از دست دادن مقاومت در برابر خوردگی است.
تشکیل سرباره. جزایر سرباره گاهی اوقات برای برخی از گرماها روی مهره فولاد ضد زنگ ظاهر می‌شوند. این ذاتاً یک مسئله مادی است، اما گاهی اوقات تغییرات در پارامترهای جوشکاری می‌تواند این را به حداقل برساند، یا تغییرات در مخلوط آرگون/هیدروژن می‌تواند جوش را بهبود بخشد. پولارد دریافت که نسبت آلومینیوم به سیلیکون در فلز پایه بر تشکیل سرباره تأثیر می‌گذارد. برای جلوگیری از تشکیل سرباره پلاک مانند ناخواسته، او توصیه می‌کند که مقدار آلومینیوم را در 0.010٪ و مقدار سیلیکون را در 0.5٪ نگه دارید. با این حال، هنگامی که نسبت Al/Si بالاتر از این سطح باشد، ممکن است سرباره کروی به جای نوع پلاک تشکیل شود. این نوع سرباره می‌تواند پس از الکتروپولیش حفره‌هایی ایجاد کند که برای کاربردهای با خلوص بالا غیرقابل قبول است. جزایر سرباره‌ای که روی قطر خارجی جوش تشکیل می‌شوند می‌توانند باعث نفوذ ناهموار پاس قطر داخلی شوند و منجر به نفوذ ناکافی شوند. جزایر سرباره‌ای که روی مهره جوش قطر داخلی تشکیل می‌شوند ممکن است مستعد خوردگی باشند.
جوش تک‌مرحله‌ای با ضربان. جوشکاری استاندارد لوله اوربیتال اتوماتیک، یک جوش تک‌مرحله‌ای با جریان پالسی و چرخش پیوسته با سرعت ثابت است. این تکنیک برای لوله‌هایی با قطر خارجی از ۱/۸ اینچ تا تقریباً ۷ اینچ و ضخامت دیواره ۰.۰۸۳ اینچ و کمتر مناسب است. پس از یک پیش‌پاکسازی زمان‌بندی‌شده، قوس الکتریکی رخ می‌دهد. نفوذ به دیواره لوله در طول یک تأخیر زمانی انجام می‌شود که در آن قوس الکتریکی وجود دارد اما چرخشی رخ نمی‌دهد. پس از این تأخیر چرخشی، الکترود در اطراف محل اتصال جوش می‌چرخد تا زمانی که جوش در آخرین لایه جوشکاری به قسمت اولیه جوش متصل شود یا روی آن همپوشانی داشته باشد. هنگامی که اتصال کامل شد، جریان با یک افت زمان‌بندی‌شده کاهش می‌یابد.
حالت پله‌ای ("جوشکاری" هماهنگ). برای جوشکاری ذوبی مواد با دیواره ضخیم‌تر، معمولاً بزرگتر از 0.083 اینچ، منبع تغذیه جوشکاری ذوبی می‌تواند در حالت سنکرون یا پله‌ای استفاده شود. در حالت سنکرون یا پله‌ای، پالس جریان جوشکاری با ضربه هماهنگ می‌شود، بنابراین روتور برای حداکثر نفوذ در طول پالس‌های جریان بالا ثابت است و در طول پالس‌های جریان کم حرکت می‌کند. تکنیک‌های سنکرون از زمان پالس طولانی‌تری، در حدود 0.5 تا 1.5 ثانیه، در مقایسه با زمان پالس دهم یا صدم ثانیه برای جوشکاری معمولی استفاده می‌کنند. این تکنیک می‌تواند به طور موثر لوله جدار نازک 40 گیج 40 با ضخامت 0.154 اینچ یا 6 اینچ را با ضخامت دیواره 0.154 اینچ یا 6 اینچ جوش دهد. تکنیک پله‌ای جوش پهن‌تری ایجاد می‌کند که آن را در برابر خطا مقاوم می‌کند و برای جوشکاری قطعات نامنظم مانند اتصالات لوله به لوله‌هایی که ممکن است در تلرانس‌های ابعادی، برخی ناهماهنگی‌ها یا ناسازگاری حرارتی مواد تفاوت وجود داشته باشد، مفید است. این نوع جوشکاری تقریباً به دو برابر زمان قوس جوشکاری معمولی نیاز دارد و برای ... مناسب نیست. کاربردهای با خلوص فوق العاده بالا (UHP) به دلیل درز پهن تر و ناهموارتر.
متغیرهای قابل برنامه‌ریزی. نسل فعلی منابع تغذیه جوشکاری مبتنی بر ریزپردازنده هستند و برنامه‌هایی را ذخیره می‌کنند که مقادیر عددی پارامترهای جوشکاری را برای قطر (OD) و ضخامت دیواره خاص لوله مورد جوشکاری، از جمله زمان پاکسازی، جریان جوشکاری، سرعت حرکت (RPM) ، تعداد لایه‌ها و زمان هر لایه، زمان پالس، زمان سرازیری و غیره مشخص می‌کنند. برای جوش‌های لوله مداری با سیم پرکننده اضافه شده، پارامترهای برنامه شامل سرعت تغذیه سیم، دامنه نوسان مشعل و زمان توقف، AVC (کنترل ولتاژ قوس برای ایجاد شکاف قوس ثابت) و شیب صعودی خواهد بود. برای انجام جوشکاری ذوبی، سر جوشکاری را با الکترود مناسب و گیره لوله روی لوله نصب کنید و برنامه یا زمان جوشکاری را از حافظه منبع تغذیه فراخوانی کنید. توالی جوشکاری با فشار دادن یک دکمه یا کلید پنل غشایی آغاز می‌شود و جوشکاری بدون دخالت اپراتور ادامه می‌یابد.
متغیرهای غیرقابل برنامه‌ریزی. برای دستیابی به کیفیت جوش خوب و مداوم، پارامترهای جوشکاری باید به دقت کنترل شوند. این امر از طریق دقت منبع تغذیه جوشکاری و برنامه جوشکاری، که مجموعه‌ای از دستورالعمل‌های وارد شده به منبع تغذیه است و شامل پارامترهای جوشکاری، برای جوشکاری اندازه خاصی از لوله یا لوله است، حاصل می‌شود. همچنین باید مجموعه‌ای مؤثر از استانداردهای جوشکاری وجود داشته باشد که معیارهای پذیرش جوشکاری و برخی از سیستم‌های بازرسی و کنترل کیفیت جوشکاری را مشخص کند تا اطمینان حاصل شود که جوشکاری مطابق با استانداردهای توافق شده است. با این حال، عوامل و رویه‌های خاصی غیر از پارامترهای جوشکاری نیز باید به دقت کنترل شوند. این عوامل شامل استفاده از تجهیزات آماده‌سازی انتهایی خوب، روش‌های خوب تمیز کردن و جابجایی، تلرانس‌های ابعادی خوب لوله یا سایر قطعات جوش داده شده، نوع و اندازه ثابت تنگستن، گازهای بی‌اثر بسیار خالص و توجه دقیق به تغییرات مواد است. - دمای بالا.
الزامات آماده‌سازی برای جوشکاری انتهای لوله در جوشکاری اوربیتال نسبت به جوشکاری دستی بسیار مهم‌تر است. اتصالات جوش داده شده برای جوشکاری اوربیتال لوله معمولاً اتصالات لب به لب مربعی هستند. برای دستیابی به تکرارپذیری مورد نظر در جوشکاری اوربیتال، آماده‌سازی دقیق، مداوم و ماشینکاری شده انتهای لوله مورد نیاز است. از آنجایی که جریان جوشکاری به ضخامت دیواره بستگی دارد، انتهای لوله‌ها باید مربعی و بدون پلیسه یا پخ در قطر خارجی یا قطر داخلی (OD یا ID) باشند، که منجر به ضخامت‌های مختلف دیواره می‌شود.
انتهای لوله‌ها باید در سر جوش به هم بچسبند تا هیچ فاصله قابل توجهی بین انتهای اتصال لب به لب مربعی وجود نداشته باشد. اگرچه می‌توان اتصالات جوش داده شده با فاصله‌های کوچک را ایجاد کرد، اما کیفیت جوش ممکن است به طور نامطلوبی تحت تأثیر قرار گیرد. هرچه فاصله بزرگتر باشد، احتمال بروز مشکل بیشتر است. مونتاژ ضعیف می‌تواند منجر به شکست کامل لحیم کاری شود. اره‌های لوله ساخته شده توسط جورج فیشر و دیگران که لوله را برش می‌دهند و در همان عملیات با انتهای لوله روبرو می‌شوند، یا تراش‌های آماده‌سازی انتهای قابل حمل مانند آنهایی که توسط پروتم، واکس و دیگران ساخته می‌شوند، که اغلب برای ساخت جوش‌های مداری با انتهای صاف و مناسب برای ماشینکاری استفاده می‌شوند. اره‌های برش، اره‌های آهن‌بر، اره‌های نواری و برش‌دهنده‌های لوله برای این منظور مناسب نیستند.
علاوه بر پارامترهای جوشکاری که توان ورودی را برای جوشکاری وارد می‌کنند، متغیرهای دیگری نیز وجود دارند که می‌توانند تأثیر عمیقی بر جوشکاری داشته باشند، اما بخشی از روش جوشکاری واقعی نیستند. این شامل نوع و اندازه تنگستن، نوع و خلوص گاز مورد استفاده برای محافظت از قوس و تخلیه داخل اتصال جوش، سرعت جریان گاز مورد استفاده برای تخلیه، نوع سر و منبع تغذیه مورد استفاده، پیکربندی اتصال و هرگونه اطلاعات مرتبط دیگر می‌شود. ما این متغیرها را "غیرقابل برنامه‌ریزی" می‌نامیم و آنها را در برنامه جوشکاری ثبت می‌کنیم. به عنوان مثال، نوع گاز به عنوان یک متغیر ضروری در مشخصات روش جوشکاری (WPS) برای روش‌های جوشکاری مطابق با کد ASME Section IX Boiler and Pressure Vessel در نظر گرفته می‌شود. تغییرات در نوع گاز یا درصد مخلوط گاز یا حذف تخلیه ID نیاز به اعتبارسنجی مجدد روش جوشکاری دارد.
گاز جوشکاری. فولاد ضد زنگ در دمای اتاق در برابر اکسیداسیون اکسیژن جوی مقاوم است. هنگامی که تا نقطه ذوب خود (1530 درجه سانتیگراد یا 2800 درجه فارنهایت برای آهن خالص) گرم می‌شود، به راحتی اکسید می‌شود. آرگون بی‌اثر معمولاً به عنوان گاز محافظ و برای پاکسازی اتصالات جوش داده شده داخلی از طریق فرآیند GTAW مداری استفاده می‌شود. خلوص گاز نسبت به اکسیژن و رطوبت، میزان تغییر رنگ ناشی از اکسیداسیون را که پس از جوشکاری روی یا نزدیک جوش رخ می‌دهد، تعیین می‌کند. اگر گاز پاکسازی از بالاترین کیفیت برخوردار نباشد یا اگر سیستم پاکسازی کاملاً عاری از نشت نباشد، به طوری که مقدار کمی هوا به سیستم پاکسازی نشت کند، اکسیداسیون ممکن است به رنگ فیروزه‌ای روشن یا مایل به آبی باشد. البته، عدم تمیز کردن منجر به سطح سیاه پوسته پوسته می‌شود که معمولاً به عنوان "شیرین شده" شناخته می‌شود. آرگون درجه جوشکاری که در سیلندرها عرضه می‌شود، بسته به تأمین‌کننده، 99.996-99.997٪ خالص است و حاوی 5-7 ppm اکسیژن و سایر ناخالصی‌ها، از جمله H2O، O2، CO2، هیدروکربن‌ها و غیره، در مجموع ... حداکثر ۴۰ ppm. آرگون با خلوص بالا در یک سیلندر یا آرگون مایع در یک دیوار می‌تواند ۹۹.۹۹۹٪ خلوص یا ۱۰ ppm ناخالصی کل، با حداکثر ۲ ppm اکسیژن داشته باشد. توجه: می‌توان از تصفیه‌کننده‌های گاز مانند Nanochem یا Gatekeeper در طول پاکسازی برای کاهش سطح آلودگی به محدوده قسمت در میلیارد (ppb) استفاده کرد.
ترکیب مخلوط. مخلوط‌های گازی مانند 75% هلیوم/25% آرگون و 95% آرگون/5% هیدروژن می‌توانند به عنوان گازهای محافظ برای کاربردهای خاص استفاده شوند. این دو مخلوط، جوش‌های داغ‌تری نسبت به جوش‌های انجام شده تحت همان تنظیمات برنامه آرگون تولید کردند. مخلوط‌های هلیوم به ویژه برای حداکثر نفوذ توسط جوشکاری ذوبی روی فولاد کربنی مناسب هستند. یک مشاور صنعت نیمه‌هادی، استفاده از مخلوط‌های آرگون/هیدروژن را به عنوان گازهای محافظ برای کاربردهای UHP توصیه می‌کند. مخلوط‌های هیدروژن مزایای متعددی دارند، اما معایب جدی نیز دارند. مزیت این است که یک گودال مرطوب‌تر و سطح جوش صاف‌تری ایجاد می‌کند که برای پیاده‌سازی سیستم‌های تحویل گاز با فشار بسیار بالا با سطح داخلی تا حد امکان صاف، ایده‌آل است. وجود هیدروژن یک اتمسفر کاهنده ایجاد می‌کند، بنابراین اگر اثری از اکسیژن در مخلوط گاز وجود داشته باشد، جوش حاصل تمیزتر و با تغییر رنگ کمتری نسبت به غلظت مشابه اکسیژن در آرگون خالص به نظر می‌رسد. این اثر در حدود 5% محتوای هیدروژن بهینه است. برخی از مخلوط 95/5% آرگون/هیدروژن به عنوان یک پاک‌کننده نفوذ داخلی برای بهبود ظاهر جوش داخلی استفاده می‌کنند. مهره
جوشی که از مخلوط هیدروژن به عنوان گاز محافظ استفاده می‌کند، باریک‌تر است، به جز اینکه فولاد ضد زنگ مقدار گوگرد بسیار کمی دارد و در مقایسه با همان جریان با آرگون خالص، گرمای بیشتری در جوش ایجاد می‌کند. یک عیب قابل توجه مخلوط‌های آرگون/هیدروژن این است که قوس بسیار ناپایدارتر از آرگون خالص است و تمایل به رانش قوس وجود دارد، که به اندازه‌ای شدید است که باعث ایجاد سوء ذوب می‌شود. رانش قوس ممکن است هنگام استفاده از منبع گاز مخلوط متفاوت از بین برود، که نشان می‌دهد ممکن است در اثر آلودگی یا اختلاط ضعیف ایجاد شود. از آنجا که گرمای تولید شده توسط قوس با غلظت هیدروژن تغییر می‌کند، غلظت ثابت برای دستیابی به جوش‌های تکرارپذیر ضروری است و در گاز بطری از پیش مخلوط شده تفاوت‌هایی وجود دارد. عیب دیگر این است که هنگام استفاده از مخلوط هیدروژن، طول عمر تنگستن به میزان زیادی کاهش می‌یابد. در حالی که دلیل زوال تنگستن از گاز مخلوط مشخص نشده است، گزارش شده است که قوس دشوارتر است و ممکن است تنگستن پس از یک یا دو جوش نیاز به تعویض داشته باشد. مخلوط‌های آرگون/هیدروژن را نمی‌توان برای جوشکاری فولاد کربنی یا تیتانیوم استفاده کرد.
یکی از ویژگی‌های متمایز فرآیند TIG این است که الکترود مصرف نمی‌کند. تنگستن بالاترین نقطه ذوب را در بین فلزات دارد (6098 درجه فارنهایت؛ 3370 درجه سانتیگراد) و یک ساطع‌کننده الکترون خوب است، که آن را به ویژه برای استفاده به عنوان یک الکترود غیرمصرفی مناسب می‌کند. خواص آن با افزودن 2٪ از اکسیدهای خاکی کمیاب خاص مانند سریا، اکسید لانتانیم یا اکسید توریم برای بهبود شروع قوس و پایداری قوس بهبود می‌یابد. تنگستن خالص به دلیل خواص برتر تنگستن سریم، به ویژه برای کاربردهای GTAW مداری، به ندرت در GTAW استفاده می‌شود. تنگستن توریم کمتر از گذشته استفاده می‌شود زیرا تا حدودی رادیواکتیو هستند.
الکترودهایی با روکش صیقلی، اندازه یکنواخت‌تری دارند. سطح صاف همیشه نسبت به سطح ناهموار یا ناهمگون ارجحیت دارد، زیرا ثبات در هندسه الکترود برای نتایج جوشکاری یکنواخت و ثابت بسیار مهم است. الکترون‌های ساطع شده از نوک (DCEN) گرما را از نوک تنگستن به جوش منتقل می‌کنند. نوک ظریف‌تر اجازه می‌دهد چگالی جریان بسیار بالا نگه داشته شود، اما ممکن است منجر به طول عمر کوتاه‌تر تنگستن شود. برای جوشکاری اوربیتال، مهم است که نوک الکترود را به صورت مکانیکی سنگ‌زنی کنید تا از تکرارپذیری هندسه تنگستن و تکرارپذیری جوش اطمینان حاصل شود. نوک کند، قوس را از جوش به همان نقطه روی تنگستن هدایت می‌کند. قطر نوک، شکل قوس و میزان نفوذ را در یک جریان خاص کنترل می‌کند. زاویه مخروطی بر ویژگی‌های جریان/ولتاژ قوس تأثیر می‌گذارد و باید مشخص و کنترل شود. طول تنگستن مهم است زیرا می‌توان از طول مشخصی از تنگستن برای تنظیم فاصله قوس استفاده کرد. فاصله قوس برای یک مقدار جریان خاص، ولتاژ و در نتیجه توان اعمال شده به جوش را تعیین می‌کند.
اندازه الکترود و قطر نوک آن بر اساس شدت جریان جوشکاری انتخاب می‌شوند. اگر جریان برای الکترود یا نوک آن خیلی زیاد باشد، ممکن است فلز از نوک آن جدا شود و استفاده از الکترودهایی با قطر نوک خیلی بزرگ برای جریان ممکن است باعث رانش قوس شود. ما قطر الکترود و نوک را بر اساس ضخامت دیواره اتصال جوش مشخص می‌کنیم و تقریباً برای همه چیز تا ضخامت دیواره 0.093 اینچ از قطر 0.0625 استفاده می‌کنیم، مگر اینکه استفاده برای استفاده با الکترودهای قطر 0.040 اینچ برای جوشکاری قطعات کوچک و دقیق طراحی شده باشد. برای تکرارپذیری فرآیند جوشکاری، نوع و پرداخت تنگستن، طول، زاویه مخروطی، قطر، قطر نوک و شکاف قوس باید مشخص و کنترل شوند. برای کاربردهای جوشکاری لوله، تنگستن سریم همیشه توصیه می‌شود زیرا این نوع عمر مفید بسیار طولانی‌تری نسبت به انواع دیگر دارد و ویژگی‌های احتراق قوس عالی دارد. تنگستن سریم غیر رادیواکتیو است.
برای اطلاعات بیشتر، لطفاً با باربارا هنون، مدیر انتشارات فنی، شرکت Arc Machines، واقع در بلوار گلنوکس ۱۰۲۸۰، پاکویما، کالیفرنیا ۹۱۳۳۱ تماس بگیرید. تلفن: ۸۱۸-۸۹۶-۹۵۵۶. فکس: ۸۱۸-۸۹۰-۳۷۲۴.