Napomena urednika: Pharmaceutical Online s ponosom predstavlja ovaj članak u četiri dijela o orbitalnom zavarivanju bioprocesnih cijevi, koji je napisala stručnjakinja Barbara Henon iz tvrtke Arc Machines. Ovaj članak je adaptacija iz prezentacije dr. Henon na konferenciji ASME krajem prošle godine.
Spriječite gubitak otpornosti na koroziju. Voda visoke čistoće, poput deionizirane vode ili vode za infuziju, vrlo je agresivno sredstvo za jetkanje nehrđajućeg čelika. Osim toga, voda za infuziju farmaceutske kvalitete ciklički se obrađuje na visokoj temperaturi (80 °C) kako bi se održala sterilnost. Postoji suptilna razlika između snižavanja temperature dovoljnog za podršku živim organizmima smrtonosnim za proizvod i povišenja temperature dovoljnog za poticanje stvaranja „rouge“-a. Rouge je smeđi film različitog sastava uzrokovan korozijom komponenti cjevovodnog sustava od nehrđajućeg čelika. Prljavština i željezni oksidi mogu biti glavne komponente, ali mogu biti prisutni i različiti oblici željeza, kroma i nikla. Prisutnost rouge-a je smrtonosna za neke proizvode i njegova prisutnost može dovesti do daljnje korozije, iako se čini da je njegova prisutnost u drugim sustavima prilično benigna.
Zavarivanje može negativno utjecati na otpornost na koroziju. Vruća boja rezultat je oksidirajućeg materijala taloženog na zavarima i ZUT-ovima tijekom zavarivanja, posebno je štetna i povezana je sa stvaranjem crvenila u farmaceutskim sustavima s vodom. Stvaranje kromovog oksida može uzrokovati vruću nijansu, ostavljajući za sobom sloj osiromašen kromom koji je osjetljiv na koroziju. Vruća boja može se ukloniti kiseljenjem i brušenjem, uklanjanjem metala s površine, uključujući podložni sloj osiromašen kromom, i vraćanjem otpornosti na koroziju na razine bliske razinama osnovnog metala. Međutim, kiseljenje i brušenje štetni su za završnu obradu površine. Pasivizacija cjevovodnog sustava dušičnom kiselinom ili formulacijama kelatnog sredstva provodi se kako bi se prevladali štetni učinci zavarivanja i izrade prije puštanja cjevovodnog sustava u rad. Analiza Auger elektrona pokazala je da kelacijska pasivizacija može vratiti površinske promjene u raspodjeli kisika, kroma, željeza, nikla i mangana koje su se dogodile u zavaru i zoni utjecaja topline u stanje prije zavarivanja. Međutim, pasivizacija utječe samo na vanjski površinski sloj i ne prodire ispod 50 angstrema, dok se toplinska obojenost može protezati 1000 angstroma ili više ispod površine.
Stoga je, kako bi se instalirali cjevovodni sustavi otporni na koroziju u blizini nezavarenih podloga, važno pokušati ograničiti oštećenja uzrokovana zavarivanjem i izradom na razine koje se mogu znatno nadoknaditi pasivizacijom. To zahtijeva upotrebu plina za pročišćavanje s minimalnim udjelom kisika i dovod do unutarnjeg promjera zavarenog spoja bez kontaminacije atmosferskim kisikom ili vlagom. Točna kontrola unosa topline i izbjegavanje pregrijavanja tijekom zavarivanja također su važni kako bi se spriječio gubitak otpornosti na koroziju. Kontroliranje proizvodnog procesa radi postizanja ponovljivih i dosljednih visokokvalitetnih zavara, kao i pažljivo rukovanje cijevima i komponentama od nehrđajućeg čelika tijekom proizvodnje kako bi se spriječila kontaminacija, bitni su zahtjevi za visokokvalitetni cjevovodni sustav koji je otporan na koroziju i pruža dugotrajnu produktivnu uslugu.
Materijali korišteni u cjevovodnim sustavima od nehrđajućeg čelika visoke čistoće za biofarmaceutske proizvode prošli su evoluciju prema poboljšanoj otpornosti na koroziju tijekom posljednjeg desetljeća. Većina nehrđajućeg čelika koji se koristio prije 1980. bio je nehrđajući čelik 304 jer je bio relativno jeftin i poboljšanje u odnosu na bakar koji se prethodno koristio. Zapravo, nehrđajući čelici serije 300 relativno se lako obrađuju, mogu se zavarivati ​​taljenjem bez prevelikog gubitka otpornosti na koroziju i ne zahtijevaju posebne predgrijavajuće i naknadne toplinske obrade.
Nedavno je u porastu upotreba nehrđajućeg čelika 316 u cjevovodima visoke čistoće. Tip 316 sličan je po sastavu tipu 304, ali osim legirajućih elemenata kroma i nikla koji su zajednički za oba, 316 sadrži oko 2% molibdena, što značajno poboljšava otpornost na koroziju tipa 316. Tipovi 304L i 316L, koji se nazivaju "L" stupnjevima, imaju niži sadržaj ugljika od standardnih stupnjeva (0,035% u odnosu na 0,08%). Ovo smanjenje sadržaja ugljika namijenjeno je smanjenju količine taloženja karbida koje se može pojaviti zbog zavarivanja. To je stvaranje kromovog karbida, koji iscrpljuje granice zrna osnovnog metala kroma, čineći ga osjetljivim na koroziju. Stvaranje kromovog karbida, nazvano "senzibilizacija", ovisi o vremenu i temperaturi i predstavlja veći problem pri ručnom lemljenju. Pokazali smo da orbitalno zavarivanje superaustenitnog nehrđajućeg čelika AL-6XN pruža zavare otpornije na koroziju od sličnih zavara izvedenih ručno. To je zato što orbitalno zavarivanje pruža preciznu kontrolu... struja, pulsiranje i vrijeme, što rezultira nižim i ravnomjernijim unosom topline nego kod ručnog zavarivanja. Orbitalno zavarivanje u kombinaciji s "L" vrstama čelika 304 i 316 praktički eliminira taloženje karbida kao faktor u razvoju korozije u cjevovodnim sustavima.
Varijacija od topline do topline nehrđajućeg čelika. Iako se parametri zavarivanja i drugi čimbenici mogu održavati unutar prilično uskih tolerancija, još uvijek postoje razlike u unosu topline potrebnom za zavarivanje nehrđajućeg čelika od topline do topline. Broj topline je broj serije dodijeljen određenoj talini nehrđajućeg čelika u tvornici. Točan kemijski sastav svake serije bilježi se u Izvješću o tvorničkom ispitivanju (MTR) zajedno s identifikacijom serije ili brojem topline. Čisto željezo topi se na 1538°C (2800°F), dok se legirani metali tope u rasponu temperatura, ovisno o vrsti i koncentraciji svake legure ili prisutnog elementa u tragovima. Budući da nijedna dva toplina nehrđajućeg čelika neće sadržavati potpuno istu koncentraciju svakog elementa, karakteristike zavarivanja razlikovat će se od peći do peći.
SEM orbitalnih zavara cijevi 316L na AOD cijevi (gore) i EBR materijalu (dolje) pokazao je značajnu razliku u glatkoći zavara.
Iako jedan postupak zavarivanja može funkcionirati za većinu zavarivanja sa sličnim vanjskim promjerom i debljinom stijenke, neka zavarivanja zahtijevaju manju, a neka veću amperažu od tipične. Iz tog razloga, zagrijavanje različitih materijala na gradilištu mora se pažljivo pratiti kako bi se izbjegli potencijalni problemi. Često je za novo zavarivanje potrebna samo mala promjena amperaže kako bi se postigao zadovoljavajući postupak zavarivanja.
Problem sa sumporom. Elementarni sumpor je nečistoća povezana sa željeznom rudom koja se uvelike uklanja tijekom procesa proizvodnje čelika. Nehrđajući čelici AISI tipa 304 i 316 specificirani su s maksimalnim udjelom sumpora od 0,030%. Razvojem modernih procesa rafiniranja čelika, kao što je dekarburizacija argonom i kisikom (AOD) i dvostrukih vakuumskih taljenja, poput vakuumskog indukcijskog taljenja nakon kojeg slijedi vakuumsko elektrolučno pretaljenje (VIM+VAR), postalo je moguće proizvesti čelike koji su vrlo posebni na sljedeće načine. njihov kemijski sastav. Primijećeno je da se svojstva zavarivačke kupke mijenjaju kada je sadržaj sumpora u čeliku ispod oko 0,008%. To je zbog utjecaja sumpora i u manjoj mjeri drugih elemenata na temperaturni koeficijent površinske napetosti zavarivačke kupke, koji određuje karakteristike toka tekuće kupke.
Pri vrlo niskim koncentracijama sumpora (0,001% – 0,003%), prodiranje zavarne lokve postaje vrlo široko u usporedbi sa sličnim zavarima napravljenim na materijalima sa srednjim udjelom sumpora. Zavarivanja napravljena na cijevima od nehrđajućeg čelika s niskim udjelom sumpora imat će šire zavare, dok će na cijevima s debljom stijenkom (0,065 inča ili 1,66 mm ili više) postojati veća tendencija stvaranja zavara. Zavarivanje udubljenjima. Kada je struja zavarivanja dovoljna za stvaranje potpuno prodiranog zavara. To otežava zavarivanje materijala s vrlo niskim udjelom sumpora, posebno s debljim stijenkama. Na višem kraju koncentracije sumpora u nehrđajućem čeliku 304 ili 316, zavareni spoj obično je manje fluidnog izgleda i hrapaviji od materijala sa srednjim udjelom sumpora. Stoga bi za zavarljivost idealan sadržaj sumpora bio u rasponu od približno 0,005% do 0,017%, kako je navedeno u ASTM A270 S2 za cijevi farmaceutske kvalitete.
Proizvođači elektropoliranih cijevi od nehrđajućeg čelika primijetili su da čak i umjerene razine sumpora u nehrđajućem čeliku 316 ili 316L otežavaju zadovoljavanje potreba njihovih kupaca u industriji poluvodiča i biofarmaceutika za glatkim unutarnjim površinama bez rupica. Korištenje skenirajuće elektronske mikroskopije za provjeru glatkoće završne obrade površine cijevi sve je češća praksa. Pokazalo se da sumpor u osnovnim metalima tvori nemetalne inkluzije ili "nizove" manganovog sulfida (MnS) koji se uklanjaju tijekom elektropoliranja i ostavljaju praznine u rasponu od 0,25-1,0 mikrona.
Proizvođači i dobavljači elektropoliranih cijevi usmjeravaju tržište prema korištenju materijala s ultra niskim udjelom sumpora kako bi zadovoljili svoje zahtjeve za završnu obradu površine. Međutim, problem nije ograničen samo na elektropolirane cijevi, jer se kod neelektropoliranih cijevi inkluzije uklanjaju tijekom pasivizacije cjevovodnog sustava. Pokazalo se da su šupljine sklonije koroziji od glatkih površina. Dakle, postoje neki valjani razlozi za trend prema materijalima s niskim udjelom sumpora, "čišćim".
Otklon luka. Osim što poboljšava zavarljivost nehrđajućeg čelika, prisutnost određene količine sumpora također poboljšava obradivost. Kao rezultat toga, proizvođači i proizvođači imaju tendenciju birati materijale na višem kraju navedenog raspona sadržaja sumpora. Zavarivanje cijevi s vrlo niskim koncentracijama sumpora na spojnice, ventile ili druge cijevi s višim sadržajem sumpora može stvoriti probleme pri zavarivanju jer će luk biti pristran prema cijevima s niskim sadržajem sumpora. Kada dođe do otklona luka, prodiranje postaje dublje na strani s niskim udjelom sumpora nego na strani s visokim udjelom sumpora, što je suprotno od onoga što se događa pri zavarivanju cijevi s odgovarajućim koncentracijama sumpora. U ekstremnim slučajevima, zavareni šav može potpuno prodrijeti u materijal s niskim udjelom sumpora i ostaviti unutrašnjost zavara potpuno nezatopljenom (Fihey i Simeneau, 1982.). Kako bi se sadržaj sumpora u spojnicama uskladio sa sadržajem sumpora u cijevi, odjel Carpenter Steel tvrtke Carpenter Technology Corporation of Pennsylvania uveo je materijal s niskim udjelom sumpora (maksimalno 0,005%) od 316 bara (tip 316L-SCQ) (VIM+VAR) za proizvodnju spojnica i... ostale komponente namijenjene za zavarivanje na cijevi s niskim udjelom sumpora. Zavarivanje dvaju materijala s vrlo niskim udjelom sumpora jedan na drugi puno je lakše nego zavarivanje materijala s vrlo niskim udjelom sumpora na materijal s višim udjelom sumpora.
Prelazak na upotrebu cijevi s niskim udjelom sumpora uglavnom je posljedica potrebe za postizanjem glatkih elektropoliranih unutarnjih površina cijevi. Iako su završna obrada površine i elektropoliranje važni i za poluvodičku industriju i za biotehnološku/farmaceutsku industriju, SEMI je prilikom pisanja specifikacije za poluvodičku industriju naveo da cijevi 316L za plinovode procesnog plina moraju imati gornju granicu od 0,004% sumpora za optimalne performanse na krajevima površine. ASTM je, s druge strane, izmijenio svoju specifikaciju ASTM 270 kako bi uključio cijevi farmaceutske kvalitete koje ograničavaju sadržaj sumpora na raspon od 0,005 do 0,017%. To bi trebalo rezultirati manjim poteškoćama pri zavarivanju u usporedbi s nižim rasponom sumpora. Međutim, treba napomenuti da čak i unutar ovog ograničenog raspona, otklon luka može se dogoditi pri zavarivanju cijevi s niskim udjelom sumpora na cijevi ili spojnice s visokim udjelom sumpora, a instalateri bi trebali pažljivo pratiti zagrijavanje materijala i provjeriti prije izrade kompatibilnost lema između zagrijavanja. Proizvodnja zavara.
ostali elementi u tragovima. Utvrđeno je da elementi u tragovima, uključujući sumpor, kisik, aluminij, silicij i mangan, utječu na penetraciju. Tragovi aluminija, silicija, kalcija, titana i kroma prisutni u osnovnom metalu kao oksidne inkluzije povezani su s stvaranjem troske tijekom zavarivanja.
Učinci različitih elemenata su kumulativni, tako da prisutnost kisika može nadoknaditi neke od učinaka niskog udjela sumpora. Visoke razine aluminija mogu poništiti pozitivan učinak na prodiranje sumpora. Mangan isparava na temperaturi zavarivanja i taloži se u zoni zavarivanja pod utjecajem topline. Ovi naslage mangana povezane su s gubitkom otpornosti na koroziju. (Vidi Cohen, 1997.) Poluvodička industrija trenutno eksperimentira s materijalima 316L s niskim, pa čak i ultra niskim udjelom mangana kako bi spriječila taj gubitak otpornosti na koroziju.
Stvaranje troske. Otoci troske povremeno se pojavljuju na perli nehrđajućeg čelika tijekom nekih zagrijavanja. To je inherentno problem materijala, ali ponekad promjene parametara zavarivanja mogu to smanjiti ili promjene u smjesi argona i vodika mogu poboljšati zavar. Pollard je otkrio da omjer aluminija i silicija u osnovnom metalu utječe na stvaranje troske. Kako bi se spriječilo stvaranje neželjene troske plakovitog tipa, preporučuje održavanje sadržaja aluminija na 0,010%, a sadržaja silicija na 0,5%. Međutim, kada je omjer Al/Si iznad ove razine, može se stvoriti sferična troska, a ne plakovitog tipa. Ova vrsta troske može ostaviti rupe nakon elektropoliranja, što je neprihvatljivo za primjene visoke čistoće. Otoci troske koji se stvaraju na vanjskom promjeru zavara mogu uzrokovati neravnomjerno prodiranje unutarnjeg prolaza i mogu rezultirati nedovoljnim prodiranjem. Otoci troske koji se stvaraju na unutarnjem zavaru mogu biti osjetljivi na koroziju.
Jednostruko zavarivanje s pulsiranjem. Standardno automatsko orbitalno zavarivanje cijevi je jednostruko zavarivanje s pulsirajućom strujom i kontinuiranom konstantnom brzinom rotacije. Ova tehnika je prikladna za cijevi vanjskog promjera od 1/8″ do približno 7″ i debljine stijenke od 0,083″ i manje. Nakon vremenski određenog predpročišćavanja dolazi do električnog luka. Prodiranje stijenke cijevi postiže se tijekom vremenskog odgode u kojoj je prisutan električni luk, ali ne dolazi do rotacije. Nakon ovog odgode rotacije, elektroda se okreće oko zavarenog spoja dok se zavar ne spoji ili ne preklopi s početnim dijelom zavara tijekom posljednjeg sloja zavarivanja. Kada je spoj završen, struja se smanjuje vremenski određenim padom.
Stepenasti način rada („sinkronizirano“ zavarivanje). Za zavarivanje taljenjem materijala debljih stijenki, obično većih od 0,083 inča, izvor napajanja za zavarivanje taljenjem može se koristiti u sinkronom ili stepenastom načinu rada. U sinkronom ili stepenastom načinu rada, impuls struje zavarivanja sinkroniziran je s hodom, tako da je rotor nepomičan za maksimalno prodiranje tijekom impulsa visoke struje, a pomiče se tijekom impulsa niske struje. Sinkrone tehnike koriste dulja vremena impulsa, reda veličine od 0,5 do 1,5 sekundi, u usporedbi s desetinom ili stotinom sekunde vremena impulsa za konvencionalno zavarivanje. Ova tehnika može učinkovito zavariti cijevi tanke stijenke kalibra 40 debljine 0,154″ ili 6″ s debljinom stijenke 0,154″ ili 6″. Stepenasta tehnika stvara širi zavar, što ga čini otpornim na greške i korisnim za zavarivanje nepravilnih dijelova poput spojnica cijevi na cijevi gdje mogu postojati razlike u dimenzijskim tolerancijama, neka neusklađenost ili toplinska nekompatibilnost materijala. Ova vrsta zavarivanja zahtijeva približno dvostruko vrijeme luka od konvencionalnog zavarivanja i manje je prikladna za primjene ultra visoke čistoće (UHP) zbog šireg, hrapavijeg... šav.
Programabilne varijable. Trenutna generacija izvora napajanja za zavarivanje temelji se na mikroprocesorima i pohranjuje programe koji određuju numeričke vrijednosti parametara zavarivanja za određeni promjer (OD) i debljinu stijenke cijevi koja se zavaruje, uključujući vrijeme pročišćavanja, struju zavarivanja, brzinu kretanja (RPM), broj slojeva i vrijeme po sloju, vrijeme pulsiranja, vrijeme spuštanja itd. Za orbitalno zavarivanje cijevi s dodanom žicom za punjenje, parametri programa uključivat će brzinu dodavanja žice, amplitudu oscilacija plamenika i vrijeme zadržavanja, AVC (kontrola napona luka za osiguravanje konstantnog razmaka luka) i uzlazni nagib. Za izvođenje taljenja zavarivanja, postavite glavu za zavarivanje s odgovarajućom elektrodom i umetcima za stezanje cijevi na cijev i pozovite raspored ili program zavarivanja iz memorije izvora napajanja. Slijed zavarivanja pokreće se pritiskom na gumb ili tipku na membranskoj ploči, a zavarivanje se nastavlja bez intervencije operatera.
Neprogramabilne varijable. Kako bi se postigla dosljedno dobra kvaliteta zavara, parametri zavarivanja moraju se pažljivo kontrolirati. To se postiže točnošću izvora napajanja za zavarivanje i programa zavarivanja, koji je skup uputa unesenih u izvor napajanja, a sastoji se od parametara zavarivanja, za zavarivanje određene veličine cijevi ili cijevi. Također mora postojati učinkovit skup standarda zavarivanja koji specificira kriterije prihvatljivosti zavarivanja i određeni sustav inspekcije i kontrole kvalitete zavarivanja kako bi se osiguralo da zavarivanje zadovoljava dogovorene standarde. Međutim, određeni čimbenici i postupci osim parametara zavarivanja također se moraju pažljivo kontrolirati. Ti čimbenici uključuju upotrebu dobre opreme za pripremu krajeva, dobre prakse čišćenja i rukovanja, dobre dimenzijske tolerancije cijevi ili drugih dijelova koji se zavaruju, dosljednu vrstu i veličinu volframa, visoko pročišćene inertne plinove i pažljivu pozornost na varijacije materijala. - visoka temperatura.
Zahtjevi za pripremu za zavarivanje krajeva cijevi kritičniji su za orbitalno zavarivanje nego za ručno zavarivanje. Zavareni spojevi za orbitalno zavarivanje cijevi obično su kvadratni sučeoni spojevi. Da bi se postigla željena ponovljivost kod orbitalnog zavarivanja, potrebna je precizna, dosljedna i strojno obrađena priprema krajeva. Budući da struja zavarivanja ovisi o debljini stijenke, krajevi moraju biti kvadratni, bez neravnina ili kosina na vanjskom ili unutarnjem promjeru (vanjskom ili unutarnjem promjeru), što bi rezultiralo različitim debljinama stijenke.
Krajevi cijevi moraju se međusobno spajati u glavi za zavarivanje tako da ne bude primjetnog razmaka između krajeva kvadratnog sučeonog spoja. Iako se mogu postići zavareni spojevi s malim razmacima, kvaliteta zavara može biti negativno pogođena. Što je razmak veći, veća je vjerojatnost da postoji problem. Loša montaža može rezultirati potpunim neuspjehom lemljenja. Pile za cijevi proizvođača George Fischer i drugi koje režu cijev i obrađuju krajeve cijevi u istoj operaciji ili prijenosni tokarilice za pripremu krajeva poput onih proizvođača Protem, Wachs i drugi, često se koriste za izradu glatkih orbitalnih zavara na krajevima pogodnih za strojnu obradu. Pile za rezanje, pile za metal, tračne pile i rezači cijevi nisu prikladni za tu svrhu.
Osim parametara zavarivanja koji unose snagu za zavarivanje, postoje i druge varijable koje mogu imati dubok utjecaj na zavarivanje, ali nisu dio stvarnog postupka zavarivanja. To uključuje vrstu i veličinu volframa, vrstu i čistoću plina koji se koristi za zaštitu luka i pročišćavanje unutrašnjosti zavarenog spoja, brzinu protoka plina koja se koristi za pročišćavanje, vrstu glave i korišteni izvor napajanja, konfiguraciju spoja i sve druge relevantne informacije. Ove varijable nazivamo "neprogramabilnim" i bilježimo ih u raspored zavarivanja. Na primjer, vrsta plina smatra se bitnom varijablom u Specifikaciji postupka zavarivanja (WPS) kako bi postupci zavarivanja bili u skladu s ASME Odjeljkom IX Kodeksa za kotlove i posude pod tlakom. Promjene u vrsti plina ili postocima smjese plinova ili uklanjanje pročišćavanja unutarnjeg dijela zahtijevaju ponovnu validaciju postupka zavarivanja.
plin za zavarivanje. Nehrđajući čelik otporan je na oksidaciju atmosferskim kisikom na sobnoj temperaturi. Kada se zagrije do tališta (1530°C ili 2800°F za čisto željezo), lako oksidira. Inertni argon najčešće se koristi kao zaštitni plin i za čišćenje unutarnjih zavarenih spojeva orbitalnim GTAW postupkom. Čistoća plina u odnosu na kisik i vlagu određuje količinu oksidacijom izazvane promjene boje koja se javlja na ili blizu zavara nakon zavarivanja. Ako plin za čišćenje nije najviše kvalitete ili ako sustav za čišćenje nije potpuno nepropusni, tako da mala količina zraka propušta u sustav za čišćenje, oksidacija može biti svijetlozelena ili plavkasta. Naravno, nikakvo čišćenje neće rezultirati hrskavom crnom površinom koja se obično naziva "zaslađenom". Argon za zavarivanje koji se isporučuje u cilindrima je čistoće 99,996-99,997%, ovisno o dobavljaču, i sadrži 5-7 ppm kisika i drugih nečistoća, uključujući H2O, O2, CO2, ugljikovodike itd., ukupno maksimalno 40 ppm. Argon visoke čistoće u cilindru ili tekući argon u Dewarovoj posudi može biti 99,999% čist ili 10 ppm ukupnih nečistoća, s maksimalno 2 ppm kisika. NAPOMENA: Pročišćivači plina poput Nanochema ili Gatekeepera mogu se koristiti tijekom pročišćavanja kako bi se smanjila razina onečišćenja na raspon dijelova na milijardu (ppb).
miješani sastav. Smjese plinova poput 75% helija/25% argona i 95% argona/5% vodika mogu se koristiti kao zaštitni plinovi za posebne primjene. Dvije smjese proizvele su toplije zavare od onih napravljenih pod istim postavkama programa kao argon. Smjese helija posebno su prikladne za maksimalno prodiranje taljnim zavarivanjem ugljičnog čelika. Konzultant u industriji poluvodiča zagovara upotrebu smjesa argona/vodika kao zaštitnih plinova za UHP primjene. Smjese vodika imaju nekoliko prednosti, ali i neke ozbiljne nedostatke. Prednost je što stvaraju vlažniju lokvu i glatkiju površinu zavara, što je idealno za implementaciju sustava za dovod plina ultra visokog tlaka s što glatkijom unutarnjom površinom. Prisutnost vodika osigurava redukcijsku atmosferu, pa ako su tragovi kisika prisutni u smjesi plinova, rezultirajući zavar će izgledati čišće s manje promjene boje nego slična koncentracija kisika u čistom argonu. Ovaj učinak je optimalan pri sadržaju vodika od oko 5%. Neki koriste smjesu argona/vodika 95/5% kao pročišćavanje unutarnjeg zavara kako bi poboljšali izgled unutarnjeg zavara.
Zavar koji koristi smjesu vodika kao zaštitni plin je uži, osim što nehrđajući čelik ima vrlo nizak sadržaj sumpora i stvara više topline u zavaru nego ista postavka struje s nemiješanim argonom. Značajan nedostatak smjesa argona/vodika je taj što je luk daleko manje stabilan od čistog argona i postoji tendencija da luk pomiče smjer, dovoljno ozbiljna da uzrokuje pogrešno spajanje. Pomicanje luka može nestati kada se koristi drugačiji izvor miješanog plina, što sugerira da ga može uzrokovati kontaminacija ili loše miješanje. Budući da toplina koju stvara luk varira s koncentracijom vodika, konstantna koncentracija je bitna za postizanje ponovljivih zavara, a postoje razlike u prethodno miješanom plinu u bocama. Drugi nedostatak je taj što se vijek trajanja volframa znatno skraćuje kada se koristi smjesa vodika. Iako razlog propadanja volframa iz miješanog plina nije utvrđen, zabilježeno je da je luk teži i da će volfram možda trebati zamijeniti nakon jednog ili dva zavara. Smjese argona/vodika ne mogu se koristiti za zavarivanje ugljičnog čelika ili titana.
Izrazita značajka TIG postupka je da ne troši elektrode. Volfram ima najvišu točku taljenja od bilo kojeg metala (6098°F; 3370°C) i dobar je emiter elektrona, što ga čini posebno pogodnim za upotrebu kao netrošljiva elektroda. Njegova svojstva se poboljšavaju dodavanjem 2% određenih rijetkih zemnih oksida poput cerija, lantana ili torijevog oksida kako bi se poboljšalo paljenje luka i stabilnost luka. Čisti volfram se rijetko koristi u GTAW-u zbog superiornih svojstava cerijevog volframa, posebno za orbitalne GTAW primjene. Torijevi volfram se koristi manje nego u prošlosti jer je donekle radioaktivan.
Elektrode s poliranom završnom obradom ujednačenije su veličine. Glatka površina je uvijek poželjnija od hrapave ili nekonzistentne površine, jer je konzistentnost geometrije elektrode ključna za konzistentne i ujednačene rezultate zavarivanja. Elektroni emitirani s vrha (DCEN) prenose toplinu s volframovog vrha na zavar. Finiji vrh omogućuje održavanje vrlo visoke gustoće struje, ali može rezultirati kraćim vijekom trajanja volframa. Za orbitalno zavarivanje važno je mehanički brusiti vrh elektrode kako bi se osigurala ponovljivost geometrije volframa i ponovljivost zavara. Tupi vrh prisiljava luk iz zavara na isto mjesto na volframu. Promjer vrha kontrolira oblik luka i količinu prodiranja pri određenoj struji. Kut konusa utječe na karakteristike struje/napona luka i mora se odrediti i kontrolirati. Duljina volframa je važna jer se poznata duljina volframa može koristiti za postavljanje razmaka luka. Razmak luka za određenu vrijednost struje određuje napon i time snagu koja se primjenjuje na zavar.
Veličina elektrode i promjer njenog vrha odabiru se prema intenzitetu struje zavarivanja. Ako je struja previsoka za elektrodu ili njen vrh, može doći do gubitka metala s vrha, a korištenje elektroda s promjerom vrha koji je prevelik za struju može uzrokovati pomicanje luka. Promjere elektroda i vrha određujemo prema debljini stijenke zavarenog spoja i koristimo promjer od 0,0625 za gotovo sve do debljine stijenke od 0,093″, osim ako je upotreba namijenjena za korištenje s elektrodama promjera od 0,040″ za zavarivanje malih preciznih komponenti. Za ponovljivost procesa zavarivanja, moraju se specificirati i kontrolirati vrsta i završna obrada volframa, duljina, kut konusa, promjer, promjer vrha i razmak luka. Za primjene u zavarivanju cijevi, uvijek se preporučuje cerij volfram jer ova vrsta ima mnogo dulji vijek trajanja od drugih vrsta i ima izvrsne karakteristike paljenja luka. Cerij volfram nije radioaktivan.
Za više informacija obratite se Barbari Henon, voditeljici tehničkih publikacija, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Telefon: 818-896-9556. Faks: 818-890-3724.