Note de l'éditeur : Pharmaceutical Online a le plaisir de présenter cet article en quatre parties sur le soudage orbital des tuyauteries de bioprocédés par l'experte de l'industrie Barbara Henon d'Arc Machines. Cet article est adapté de la présentation du Dr Henon lors de la conférence ASME à la fin de l'année dernière.
Prévenir la perte de résistance à la corrosion. L'eau de haute pureté telle que DI ou WFI est un agent de gravure très agressif pour l'acier inoxydable. De plus, le WFI de qualité pharmaceutique est cyclé à haute température (80 °C) pour maintenir la stérilité. Il existe une différence subtile entre abaisser la température suffisamment pour soutenir des organismes vivants mortels pour le produit et augmenter la température suffisamment pour favoriser la production de « rouge ». Le rouge est un film brun de composition variable causé par la corrosion des composants du système de tuyauterie en acier inoxydable. La saleté et les oxydes de fer peuvent être les principaux composants, mais diverses formes de fer, de chrome et de nickel peuvent également être présentes. La présence de rouge est mortelle pour certains produits et sa présence peut entraîner une corrosion supplémentaire, bien que sa présence dans d'autres systèmes semble être assez bénigne.
Le soudage peut nuire à la résistance à la corrosion. La coloration à chaud est le résultat du dépôt de matière oxydante sur les soudures et les zones dangereuses pendant le soudage. Elle est particulièrement néfaste et est associée à la formation de rouge dans les systèmes d'eau pharmaceutiques. La formation d'oxyde de chrome peut provoquer une coloration à chaud, laissant une couche appauvrie en chrome, sensible à la corrosion. La coloration à chaud peut être éliminée par décapage et meulage, ce qui permet d'éliminer le métal de la surface, y compris la couche appauvrie en chrome sous-jacente, et de restaurer la résistance à la corrosion à des niveaux proches de ceux du métal de base. Cependant, le décapage et le meulage nuisent à la finition de surface. La passivation du système de tuyauterie avec de l'acide nitrique ou des formulations d'agents chélatants est effectuée pour surmonter les effets néfastes du soudage et de la fabrication avant la mise en service du système de tuyauterie. L'analyse par électrons Auger a montré que la passivation par chélation pouvait restaurer les modifications superficielles de la distribution de l'oxygène, du chrome, du fer, du nickel et du manganèse survenues dans la soudure et la zone affectée thermiquement à l'état antérieur au soudage. Cependant, la passivation n'affecte que la couche superficielle externe. et ne pénètre pas en dessous de 50 angströms, alors que la coloration thermique peut s'étendre à 1 000 angströms ou plus sous la surface.
Par conséquent, afin d'installer des systèmes de tuyauterie résistants à la corrosion à proximité de substrats non soudés, il est important de tenter de limiter les dommages induits par le soudage et la fabrication à des niveaux qui peuvent être substantiellement récupérés par passivation. Cela nécessite l'utilisation d'un gaz de purge avec une teneur minimale en oxygène et une distribution au diamètre intérieur du joint soudé sans contamination par l'oxygène atmosphérique ou l'humidité. Un contrôle précis de l'apport de chaleur et l'évitement de la surchauffe pendant le soudage sont également importants pour éviter la perte de résistance à la corrosion. Le contrôle du processus de fabrication pour obtenir des soudures de haute qualité répétables et cohérentes, ainsi que la manipulation soigneuse des tuyaux et composants en acier inoxydable pendant la fabrication pour éviter la contamination, sont des exigences essentielles pour un système de tuyauterie de haute qualité qui résiste à la corrosion et offre un service productif à long terme.
Les matériaux utilisés dans les systèmes de tuyauterie en acier inoxydable biopharmaceutique de haute pureté ont connu une évolution vers une meilleure résistance à la corrosion au cours de la dernière décennie. La plupart des aciers inoxydables utilisés avant 1980 étaient de l'acier inoxydable 304 car il était relativement peu coûteux et constituait une amélioration par rapport au cuivre utilisé auparavant. En fait, les aciers inoxydables de la série 300 sont relativement faciles à usiner, peuvent être soudés par fusion sans perte excessive de leur résistance à la corrosion et ne nécessitent pas de traitements de préchauffage et de post-chauffage spéciaux.
Récemment, l'utilisation de l'acier inoxydable 316 dans les applications de tuyauterie de haute pureté a augmenté. Le type 316 est similaire en composition au type 304, mais en plus des éléments d'alliage de chrome et de nickel communs aux deux, le 316 contient environ 2 % de molybdène, ce qui améliore considérablement la résistance à la corrosion du 316. Les types 304L et 316L, appelés nuances « L », ont une teneur en carbone inférieure à celle des nuances standard (0,035 % contre 0,08 %). Cette réduction de la teneur en carbone vise à réduire la quantité de précipitation de carbure qui peut se produire lors du soudage. Il s'agit de la formation de carbure de chrome, qui épuise les joints de grains du métal de base en chrome, le rendant ainsi sensible à la corrosion. La formation de carbure de chrome, appelée « sensibilisation », dépend du temps et de la température et constitue un problème plus important lors du brasage manuel. Nous avons démontré que le soudage orbital de l'acier inoxydable superausténitique L'AL-6XN offre des soudures plus résistantes à la corrosion que les soudures similaires réalisées à la main. En effet, le soudage orbital permet un contrôle précis de l'ampérage, de la pulsation et du temps, ce qui se traduit par un apport de chaleur plus faible et plus uniforme que le soudage manuel. Le soudage orbital en combinaison avec les nuances « L » 304 et 316 élimine pratiquement la précipitation de carbure comme facteur de développement de la corrosion dans les systèmes de tuyauterie.
Variation de chaleur à chaleur de l'acier inoxydable. Bien que les paramètres de soudage et d'autres facteurs puissent être maintenus dans des tolérances assez strictes, il existe toujours des différences dans l'apport de chaleur requis pour souder l'acier inoxydable d'une chaleur à l'autre. Un numéro de coulée est le numéro de lot attribué à une masse fondue d'acier inoxydable spécifique en usine. La composition chimique exacte de chaque lot est enregistrée sur le rapport de test d'usine (MTR) avec l'identification du lot ou le numéro de coulée. Le fer pur fond à 1538 °C (2800 °F), tandis que les métaux alliés fondent dans une plage de températures, en fonction du type et de la concentration de chaque alliage ou oligo-élément présent. Étant donné qu'aucune coulée d'acier inoxydable ne contiendra exactement la même concentration de chaque élément, les caractéristiques de soudage varieront d'un four à l'autre.
L'analyse SEM des soudures orbitales de tuyaux 316L sur des tuyaux AOD (en haut) et des matériaux EBR (en bas) a montré une différence significative dans la douceur du cordon de soudure.
Bien qu'une seule procédure de soudage puisse fonctionner pour la plupart des coulées ayant un diamètre extérieur et une épaisseur de paroi similaires, certaines coulées nécessitent moins d'ampérage et d'autres nécessitent un ampérage plus élevé que la normale. Pour cette raison, le chauffage de différents matériaux sur le chantier doit être soigneusement suivi pour éviter les problèmes potentiels. Souvent, une nouvelle chaleur ne nécessite qu'un petit changement d'ampérage pour obtenir une procédure de soudage satisfaisante.
Problème de soufre. Le soufre élémentaire est une impureté liée au minerai de fer qui est en grande partie éliminée au cours du processus de fabrication de l'acier. Les aciers inoxydables AISI de type 304 et 316 sont spécifiés avec une teneur en soufre maximale de 0,030 %. Avec le développement de procédés modernes d'affinage de l'acier, tels que la décarburation à l'oxygène sous argon (AOD) et les pratiques de fusion sous vide double telles que la fusion par induction sous vide suivie d'une refusion à l'arc sous vide (VIM+VAR), il est devenu possible de produire des aciers très spéciaux de la manière suivante. leur composition chimique. Il a été noté que les propriétés du bain de soudure changent lorsque la teneur en soufre de l'acier est inférieure à environ 0,008 %. Cela est dû à l'effet du soufre et dans une moindre mesure d'autres éléments sur le coefficient de température de la tension superficielle du bain de soudure, qui détermine les caractéristiques d'écoulement du bain liquide.
Français À de très faibles concentrations de soufre (0,001 % – 0,003 %), la pénétration du bain de soudure devient très large par rapport aux soudures similaires réalisées sur des matériaux à teneur moyenne en soufre. Les soudures réalisées sur des tuyaux en acier inoxydable à faible teneur en soufre auront des soudures plus larges, tandis que sur des tuyaux à paroi plus épaisse (0,065 pouce, ou 1,66 mm ou plus), il y aura une plus grande tendance à faire des soudures Soudage en creux. Lorsque le courant de soudage est suffisant pour produire une soudure entièrement pénétrée. Cela rend les matériaux à très faible teneur en soufre plus difficiles à souder, en particulier avec des parois plus épaisses. À l'extrémité supérieure de la concentration en soufre dans l'acier inoxydable 304 ou 316, le cordon de soudure a tendance à être moins fluide en apparence et plus rugueux que les matériaux à teneur moyenne en soufre. Par conséquent, pour la soudabilité, la teneur en soufre idéale serait de l'ordre d'environ 0,005 % à 0,017 %, comme spécifié dans la norme ASTM A270 S2 pour les tubes de qualité pharmaceutique.
Les producteurs de tuyaux en acier inoxydable électropoli ont remarqué que même des niveaux modérés de soufre dans l'acier inoxydable 316 ou 316L rendent difficile de répondre aux besoins de leurs clients des semi-conducteurs et de la biopharmacie pour des surfaces intérieures lisses et sans piqûres. L'utilisation de la microscopie électronique à balayage pour vérifier la douceur de la finition de surface du tube est de plus en plus courante. Il a été démontré que le soufre dans les métaux de base forme des inclusions non métalliques ou des « filaments » de sulfure de manganèse (MnS) qui sont éliminés pendant l'électropolissage et laissent des vides dans la gamme de 0,25 à 1,0 micron.
Les fabricants et les fournisseurs de tubes électropolis orientent le marché vers l'utilisation de matériaux à très faible teneur en soufre pour répondre à leurs exigences de finition de surface. Cependant, le problème ne se limite pas aux tubes électropolis, car dans les tubes non électropolis, les inclusions sont éliminées lors de la passivation du système de tuyauterie. Il a été démontré que les vides sont plus sujets aux piqûres que les surfaces lisses. Il existe donc des raisons valables pour la tendance vers des matériaux à faible teneur en soufre et « plus propres ».
Déviation de l'arc. En plus d'améliorer la soudabilité de l'acier inoxydable, la présence d'un peu de soufre améliore également l'usinabilité. Par conséquent, les fabricants et les fabricants ont tendance à choisir des matériaux à l'extrémité supérieure de la plage de teneur en soufre spécifiée. Le soudage de tubes à très faible concentration de soufre à des raccords, des vannes ou d'autres tubes à teneur en soufre plus élevée peut créer des problèmes de soudage car l'arc sera biaisé vers les tubes à faible teneur en soufre. Lorsque la déviation de l'arc se produit, la pénétration devient plus profonde du côté à faible teneur en soufre que du côté à haute teneur en soufre, ce qui est l'inverse de ce qui se produit lors du soudage de tubes avec des concentrations de soufre correspondantes. Dans les cas extrêmes, le cordon de soudure peut pénétrer complètement le matériau à faible teneur en soufre et laisser l'intérieur de la soudure complètement non fusionné (Fihey et Simeneau, 1982). Afin d'adapter la teneur en soufre des raccords à la teneur en soufre du tube, la division Carpenter Steel de Carpenter Technology Corporation de Pennsylvanie a introduit une barre 316 à faible teneur en soufre (0,005 % max.) (Type 316L-SCQ) (VIM+VAR) ) pour la fabrication de raccords et d'autres composants destinés à être soudés à des tuyaux à faible teneur en soufre. Souder deux matériaux à très faible teneur en soufre l'un à l'autre est beaucoup plus facile que de souder un matériau à très faible teneur en soufre à un matériau à teneur en soufre plus élevée.
Français Le passage à l'utilisation de tubes à faible teneur en soufre est en grande partie dû à la nécessité d'obtenir des surfaces de tube intérieures électropolies lisses. Alors que la finition de surface et l'électropolissage sont importants à la fois pour l'industrie des semi-conducteurs et pour l'industrie biotechnologique/pharmaceutique, SEMI, lors de la rédaction de la spécification de l'industrie des semi-conducteurs, a spécifié que les tubes 316L pour les conduites de gaz de procédé doivent avoir un bouchon de soufre de 0,004 % pour des performances optimales. Extrémités de surface. ASTM, d'autre part, a modifié sa spécification ASTM 270 pour inclure des tubes de qualité pharmaceutique qui limitent la teneur en soufre à une plage de 0,005 à 0,017 %. Cela devrait entraîner moins de difficultés de soudage par rapport aux soufres de gamme inférieure. Cependant, il convient de noter que même dans cette plage limitée, une déviation de l'arc peut toujours se produire lors du soudage de tuyaux à faible teneur en soufre sur des tuyaux ou des raccords à haute teneur en soufre, et les installateurs doivent suivre attentivement le chauffage du matériau et vérifier avant la fabrication la compatibilité de la soudure entre le chauffage. Production de soudures.
autres oligo-éléments. Il a été constaté que des oligo-éléments, notamment le soufre, l'oxygène, l'aluminium, le silicium et le manganèse, affectent la pénétration. Des traces d'aluminium, de silicium, de calcium, de titane et de chrome présentes dans le métal de base sous forme d'inclusions d'oxyde sont associées à la formation de scories pendant le soudage.
Les effets des différents éléments sont cumulatifs, de sorte que la présence d'oxygène peut compenser certains des effets du faible taux de soufre. Des niveaux élevés d'aluminium peuvent contrecarrer l'effet positif sur la pénétration du soufre. Le manganèse se volatilise à la température de soudage et se dépose dans la zone affectée par la chaleur de soudage. Ces dépôts de manganèse sont associés à une perte de résistance à la corrosion. (Voir Cohen, 1997). L'industrie des semi-conducteurs expérimente actuellement des matériaux 316L à faible teneur en manganèse et même à très faible teneur en manganèse pour éviter cette perte de résistance à la corrosion.
Formation de scories. Des îlots de scories apparaissent parfois sur le cordon d'acier inoxydable pour certaines coulées. Il s'agit intrinsèquement d'un problème de matériau, mais parfois des changements dans les paramètres de soudage peuvent minimiser cela, ou des changements dans le mélange argon/hydrogène peuvent améliorer la soudure. Pollard a constaté que le rapport aluminium/silicium dans le métal de base affecte la formation de scories. Pour éviter la formation de scories indésirables de type plaque, il recommande de maintenir la teneur en aluminium à 0,010 % et la teneur en silicium à 0,5 %. Cependant, lorsque le rapport Al/Si est supérieur à ce niveau, des scories sphériques peuvent se former plutôt que de type plaque. Ce type de scories peut laisser des piqûres après l'électropolissage, ce qui est inacceptable pour les applications de haute pureté. Les îlots de scories qui se forment sur le diamètre extérieur de la soudure peuvent provoquer une pénétration inégale du passage intérieur et peuvent entraîner une pénétration insuffisante. Les îlots de scories qui se forment sur le cordon de soudure intérieur peuvent être sensibles à la corrosion.
Soudure en un seul passage avec pulsation. Le soudage orbital automatique standard des tubes est une soudure en un seul passage avec courant pulsé et rotation continue à vitesse constante. Cette technique convient aux tuyaux dont le diamètre extérieur est compris entre 1/8″ et environ 7″ et dont l'épaisseur de paroi est inférieure ou égale à 0,083″. Après une pré-purge temporisée, un arc électrique se produit. La pénétration de la paroi du tube s'effectue pendant un délai temporisé pendant lequel un arc électrique est présent mais aucune rotation ne se produit. Après ce délai de rotation, l'électrode tourne autour du joint de soudure jusqu'à ce que la soudure rejoigne ou chevauche la partie initiale de la soudure pendant la dernière couche de soudure. Lorsque la connexion est terminée, le courant diminue progressivement.
Mode pas à pas (soudage « synchronisé »). Pour le soudage par fusion de matériaux à parois épaisses, généralement supérieures à 0,083 pouce, le poste de soudage par fusion peut être utilisé en mode synchrone ou pas à pas. En mode synchrone ou pas à pas, l'impulsion de courant de soudage est synchronisée avec la course, de sorte que le rotor est immobile pour une pénétration maximale lors des impulsions de courant élevé et se déplace lors des impulsions de courant faible. Les techniques synchrones utilisent des temps d'impulsion plus longs, de l'ordre de 0,5 à 1,5 seconde, comparés aux dixièmes ou centièmes de seconde du soudage conventionnel. Cette technique permet de souder efficacement des tubes à paroi mince de calibre 40 de 0,154 ou 6 pouces d'épaisseur avec des parois de 0,154 ou 6 pouces d'épaisseur. La technique par pas produit une soudure plus large, ce qui la rend tolérante aux pannes et utile pour le soudage de pièces irrégulières, telles que des raccords de tuyauterie, sur des tuyaux où il peut y avoir des différences de tolérances dimensionnelles, un désalignement ou une incompatibilité thermique du matériau. Ce type de soudage nécessite environ deux fois plus de temps d'arc que le soudage conventionnel. soudage et est moins adapté aux applications ultra-haute pureté (UHP) en raison du joint plus large et plus rugueux.
Variables programmables. La génération actuelle de sources d'alimentation de soudage est basée sur un microprocesseur et stocke des programmes qui spécifient des valeurs numériques pour les paramètres de soudage pour un diamètre spécifique (OD) et une épaisseur de paroi du tuyau à souder, y compris le temps de purge, le courant de soudage, la vitesse de déplacement (RPM) ), le nombre de couches et le temps par couche, le temps d'impulsion, le temps de descente, etc. Pour les soudures orbitales de tubes avec fil d'apport ajouté, les paramètres du programme comprendront la vitesse d'alimentation du fil, l'amplitude d'oscillation de la torche et le temps de maintien, l'AVC (contrôle de la tension de l'arc pour fournir un espace d'arc constant) et la pente ascendante. Pour effectuer un soudage par fusion, installez la tête de soudage avec l'électrode appropriée et les inserts de serrage de tuyau sur le tuyau et rappelez le programme ou le programme de soudage à partir de la mémoire de la source d'alimentation. La séquence de soudage est lancée en appuyant sur un bouton ou une touche du panneau à membrane et le soudage continue sans intervention de l'opérateur.
Variables non programmables. Pour obtenir une qualité de soudure toujours bonne, les paramètres de soudage doivent être soigneusement contrôlés. Ceci est réalisé grâce à la précision de la source d'alimentation de soudage et du programme de soudage, qui est un ensemble d'instructions entrées dans la source d'alimentation, composé de paramètres de soudage, pour souder une taille spécifique de tuyau ou de tuyau. Il doit également y avoir un ensemble efficace de normes de soudage, spécifiant les critères d'acceptation de soudage et un système d'inspection et de contrôle de qualité de soudage pour garantir que le soudage répond aux normes convenues. Cependant, certains facteurs et procédures autres que les paramètres de soudage doivent également être soigneusement contrôlés. Ces facteurs comprennent l'utilisation d'un bon équipement de préparation des extrémités, de bonnes pratiques de nettoyage et de manipulation, de bonnes tolérances dimensionnelles des tubes ou autres pièces à souder, un type et une taille de tungstène cohérents, des gaz inertes hautement purifiés et une attention particulière aux variations de matériaux.- haute température.
Les exigences de préparation pour le soudage des extrémités de tuyaux sont plus critiques pour le soudage orbital que pour le soudage manuel. Les joints soudés pour le soudage orbital de tuyaux sont généralement des joints bout à bout carrés. Pour obtenir la répétabilité souhaitée dans le soudage orbital, une préparation d'extrémité usinée précise et cohérente est nécessaire. Étant donné que le courant de soudage dépend de l'épaisseur de la paroi, les extrémités doivent être carrées sans bavures ni biseaux sur le diamètre extérieur ou intérieur (OD ou ID), ce qui entraînerait des épaisseurs de paroi différentes.
Les extrémités du tuyau doivent s'emboîter dans la tête de soudure afin qu'il n'y ait pas d'espace notable entre les extrémités du joint bout à bout carré. Bien que des joints soudés avec de petits espaces puissent être réalisés, la qualité de la soudure peut être affectée. Plus l'espace est grand, plus il y a de chances qu'il y ait un problème. Un mauvais assemblage peut entraîner une défaillance complète de la soudure. Les scies à tubes fabriquées par George Fischer et d'autres qui coupent le tuyau et font face aux extrémités du tuyau dans la même opération, ou les tours de préparation d'extrémité portables comme ceux fabriqués par Protem, Wachs et d'autres, souvent utilisés pour réaliser des soudures orbitales d'extrémité lisses adaptées à l'usinage. Les scies à tronçonner, les scies à métaux, les scies à ruban et les coupe-tubes ne conviennent pas à cet effet.
Français Outre les paramètres de soudage qui alimentent la soudure, il existe d'autres variables qui peuvent avoir un effet profond sur le soudage, mais elles ne font pas partie de la procédure de soudage réelle. Cela comprend le type et la taille du tungstène, le type et la pureté du gaz utilisé pour protéger l'arc et purger l'intérieur du joint de soudure, le débit de gaz utilisé pour la purge, le type de tête et de source d'alimentation utilisés, la configuration du joint et toute autre information pertinente. Nous appelons ces variables « non programmables » et les enregistrons sur le programme de soudage. Par exemple, le type de gaz est considéré comme une variable essentielle dans la spécification de procédure de soudage (WPS) pour que les procédures de soudage soient conformes à l'ASME Section IX Boiler and Pressure Vessel Code. Les changements dans le type de gaz ou les pourcentages de mélange de gaz, ou l'élimination de la purge ID nécessitent une revalidation de la procédure de soudage.
Gaz de soudage. L'acier inoxydable résiste à l'oxydation par l'oxygène atmosphérique à température ambiante. Chauffé jusqu'à son point de fusion (1 530 °C ou 2 800 °F pour le fer pur), il s'oxyde facilement. L'argon inerte est généralement utilisé comme gaz de protection et pour la purge des joints soudés internes par le procédé GTAW orbital. La pureté du gaz par rapport à l'oxygène et à l'humidité détermine l'importance de la décoloration induite par l'oxydation qui se produit sur ou à proximité de la soudure après le soudage. Si le gaz de purge n'est pas de la plus haute qualité ou si le système de purge n'est pas totalement étanche, de sorte qu'une petite quantité d'air s'infiltre dans le système de purge, l'oxydation peut être bleu sarcelle clair ou bleuâtre. Bien sûr, l'absence de nettoyage entraînera l'apparition d'une surface noire et croûteuse communément appelée « adoucie ». L'argon de soudage fourni en bouteilles est pur à 99,996-99,997 %, selon le fournisseur, et contient 5 à 7 ppm d'oxygène et d'autres impuretés, notamment H2O, O2, CO2, hydrocarbures, etc., pour un total de 40 ppm maximum. L'argon de haute pureté dans un cylindre ou l'argon liquide dans un Dewar peut être pur à 99,999 % ou contenir 10 ppm d'impuretés totales, avec un maximum de 2 ppm d'oxygène. REMARQUE : Des purificateurs de gaz tels que Nanochem ou Gatekeeper peuvent être utilisés pendant la purge pour réduire les niveaux de contamination à l'échelle des parties par milliard (ppb).
Composition mixte. Des mélanges gazeux tels que 75 % d'hélium/25 % d'argon et 95 % d'argon/5 % d'hydrogène peuvent être utilisés comme gaz de protection pour des applications spécifiques. Ces deux mélanges produisent des soudures plus chaudes que celles réalisées avec les mêmes paramètres de programme que l'argon. Les mélanges d'hélium sont particulièrement adaptés à une pénétration maximale par soudage par fusion sur l'acier au carbone. Un consultant de l'industrie des semi-conducteurs préconise l'utilisation de mélanges argon/hydrogène comme gaz de protection pour les applications UHP. Les mélanges d'hydrogène présentent plusieurs avantages, mais aussi de sérieux inconvénients. L'avantage est qu'ils produisent un bain de fusion plus humide et une surface de soudure plus lisse, ce qui est idéal pour la mise en œuvre de systèmes de distribution de gaz ultra-haute pression avec une surface intérieure aussi lisse que possible. La présence d'hydrogène crée une atmosphère réductrice. Ainsi, si des traces d'oxygène sont présentes dans le mélange gazeux, la soudure obtenue sera plus propre et moins décolorée qu'avec une concentration similaire en oxygène dans de l'argon pur. Cet effet est optimal à environ 5 % d'hydrogène. Certains utilisent un mélange 95/5 % argon/hydrogène comme Purge ID pour améliorer l'apparence du cordon de soudure interne.
Le cordon de soudure utilisant un mélange d'hydrogène comme gaz de protection est plus étroit, sauf que l'acier inoxydable a une très faible teneur en soufre et génère plus de chaleur dans la soudure que le même réglage de courant avec de l'argon pur. Un inconvénient majeur des mélanges argon/hydrogène est que l'arc est beaucoup moins stable que l'argon pur, et qu'il a tendance à dériver, suffisamment pour provoquer une mauvaise fusion. La dérive de l'arc peut disparaître avec une autre source de gaz mélangé, ce qui suggère qu'elle pourrait être due à une contamination ou à un mauvais mélange. La chaleur générée par l'arc variant avec la concentration en hydrogène, une concentration constante est essentielle pour obtenir des soudures reproductibles, et il existe des différences entre les gaz prémélangés en bouteille. Un autre inconvénient est que la durée de vie du tungstène est considérablement réduite avec un mélange d'hydrogène. Bien que la raison de la détérioration du tungstène due au mélange de gaz n'ait pas été déterminée, il a été signalé que l'arc est plus difficile à souder et que le tungstène peut devoir être remplacé après une ou deux soudures. Argon/hydrogène les mélanges ne peuvent pas être utilisés pour souder l'acier au carbone ou le titane.
Une caractéristique distinctive du procédé TIG est qu'il ne consomme pas d'électrodes. Le tungstène a le point de fusion le plus élevé de tous les métaux (6098 °F; 3370 °C) et est un bon émetteur d'électrons, ce qui le rend particulièrement adapté à une utilisation comme électrode non consommable. Ses propriétés sont améliorées en ajoutant 2 % de certains oxydes de terres rares tels que l'oxyde de cérium, l'oxyde de lanthane ou l'oxyde de thorium pour améliorer le démarrage et la stabilité de l'arc. Le tungstène pur est rarement utilisé dans le GTAW en raison des propriétés supérieures du tungstène au cérium, en particulier pour les applications GTAW orbitales. Le tungstène au thorium est moins utilisé que par le passé car il est quelque peu radioactif.
Les électrodes avec une finition polie sont de taille plus uniforme. Une surface lisse est toujours préférable à une surface rugueuse ou irrégulière, car la cohérence de la géométrie de l'électrode est essentielle pour des résultats de soudage cohérents et uniformes. Les électrons émis par la pointe (DCEN) transfèrent la chaleur de la pointe en tungstène à la soudure. Une pointe plus fine permet de maintenir une densité de courant très élevée, mais peut entraîner une durée de vie du tungstène plus courte. Pour le soudage orbital, il est important de meuler mécaniquement la pointe de l'électrode pour assurer la répétabilité de la géométrie du tungstène et la répétabilité de la soudure. La pointe émoussée force l'arc de la soudure au même endroit sur le tungstène. Le diamètre de la pointe contrôle la forme de l'arc et la quantité de pénétration à un courant particulier. L'angle de conicité affecte les caractéristiques courant/tension de l'arc et doit être spécifié et contrôlé. La longueur du tungstène est importante car une longueur connue de tungstène peut être utilisée pour régler l'écartement de l'arc. L'écartement de l'arc pour une valeur de courant spécifique détermine la tension et donc la puissance appliquée à la soudure.
Français La taille de l'électrode et le diamètre de sa pointe sont sélectionnés en fonction de l'intensité du courant de soudage. Si le courant est trop élevé pour l'électrode ou sa pointe, elle peut perdre du métal de la pointe, et l'utilisation d'électrodes avec un diamètre de pointe trop grand pour le courant peut provoquer une dérive de l'arc. Nous spécifions les diamètres des électrodes et des pointes en fonction de l'épaisseur de paroi du joint de soudure et utilisons un diamètre de 0,0625 pour presque tout jusqu'à 0,093" d'épaisseur de paroi, à moins que l'utilisation ne soit conçue pour être utilisée avec des électrodes de 0,040" de diamètre pour le soudage de petits composants de précision. Pour la répétabilité du processus de soudage, le type et la finition du tungstène, la longueur, l'angle de conicité, le diamètre, le diamètre de la pointe et l'espacement de l'arc doivent tous être spécifiés et contrôlés. Pour les applications de soudage de tubes, le tungstène cérium est toujours recommandé car ce type a une durée de vie beaucoup plus longue que les autres types et possède d'excellentes caractéristiques d'allumage de l'arc. Le tungstène cérium n'est pas radioactif.
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