Szerkesztői megjegyzés: A Pharmaceutical Online örömmel mutatja be ezt a négyrészes cikket a biotechnológiai csővezetékek orbitális hegesztéséről, melynek szerzője Barbara Henon, az Arc Machines iparági szakértője. Ez a cikk Dr. Henon tavaly év végi ASME konferencián tartott előadásának adaptációja.
A korrózióállóság elvesztésének megakadályozása. A nagy tisztaságú víz, például a desztillált víz vagy a WFI nagyon agresszív marószer a rozsdamentes acél számára. Ezenkívül a gyógyszerészeti minőségű WFI-t magas hőmérsékleten (80°C) ciklikusan kezelik a sterilitás fenntartása érdekében. Apró különbség van a hőmérséklet olyan mértékű csökkentése között, amely a termékre nézve halálos élőlények elszaporodásához vezet, és a hőmérséklet olyan mértékű emelése között, amely elősegíti a „vörös” termelést. A vörös egy változó összetételű barna film, amelyet a rozsdamentes acél csőrendszer alkatrészeinek korróziója okoz. A szennyeződés és a vas-oxidok lehetnek a fő összetevők, de a vas, a króm és a nikkel különböző formái is jelen lehetnek. A vörös jelenléte egyes termékekre halálos, és jelenléte további korrózióhoz vezethet, bár más rendszerekben jelenléte meglehetősen ártalmatlannak tűnik.
A hegesztés hátrányosan befolyásolhatja a korrózióállóságot. A forró elszíneződés a hegesztés során a hegesztésekre és a hőhatásövezetekre lerakódó oxidáló anyag eredménye, különösen káros, és a gyógyszeripari vízrendszerekben a vörös elszíneződéssel jár. A króm-oxid képződése forró elszíneződést okozhat, amely krómszegény réteget hagy maga után, amely korrózióra hajlamos. A forró elszíneződés pácolással és csiszolással eltávolítható, eltávolítva a fémet a felületről, beleértve az alatta lévő krómszegény réteget is, és visszaállítva a korrózióállóságot az alapfém szintjéhez közeli szintre. A pácolás és a csiszolás azonban káros a felületminőségre. A csővezetékrendszer salétromsavval vagy kelátképző szerrel történő passziválása a hegesztés és a gyártás káros hatásainak kiküszöbölésére szolgál, mielőtt a csővezetékrendszert üzembe helyeznék. Az Auger-elektronanalízis kimutatta, hogy a kelátos passziválás visszaállíthatja az oxigén, a króm, a vas, a nikkel és a mangán eloszlásában a hegesztés előtti állapotra a hegesztés előtti állapotot. A passziválás azonban csak a külső felületi réteget érinti, és nem hatol be 50 Å alatt, míg a hőhatásövezetben kialakuló elszíneződés 1000 Å vagy annál is mélyebbre terjedhet ki. felület.
Ezért a korrózióálló csővezeték-rendszerek hegesztetlen aljzatok közelében történő telepítéséhez fontos megpróbálni a hegesztés és a gyártás okozta károsodást olyan szintre korlátozni, amelyet passziválással lényegében helyre lehet állítani. Ehhez minimális oxigéntartalmú tisztítógázt kell használni, és azt a hegesztett kötés belső átmérőjéhez kell juttatni anélkül, hogy a légköri oxigén vagy nedvesség szennyezné. A hőbevitel pontos szabályozása és a hegesztés során a túlmelegedés elkerülése szintén fontos a korrózióállóság elvesztésének megakadályozása érdekében. A gyártási folyamat szabályozása az ismételhető és állandó, kiváló minőségű hegesztések elérése érdekében, valamint a rozsdamentes acél csövek és alkatrészek gondos kezelése a gyártás során a szennyeződés megelőzése érdekében alapvető követelmény egy kiváló minőségű, korrózióálló és hosszú távú produktív szolgáltatást nyújtó csővezeték-rendszerhez.
A nagy tisztaságú biogyógyszerészeti rozsdamentes acél csőrendszerekben használt anyagok az elmúlt évtizedben a korrózióállóság javulása felé fejlődtek. Az 1980 előtt használt rozsdamentes acélok többsége 304-es rozsdamentes acél volt, mivel viszonylag olcsó volt, és a korábban használt rézhez képest jobb minőségű. Valójában a 300-as sorozatú rozsdamentes acélok viszonylag könnyen megmunkálhatók, ömlesztőhegesztéssel hegeszthetők korrózióállóságuk indokolatlan elvesztése nélkül, és nem igényelnek speciális előmelegítést és utóhőkezelést.
Az utóbbi időben egyre elterjedtebb a 316-os rozsdamentes acél használata a nagy tisztaságú csővezeték-alkalmazásokban. A 316-os típus összetételében hasonló a 304-es típushoz, de a mindkettőben közös króm- és nikkelötvöző elemek mellett a 316-os acél körülbelül 2% molibdént is tartalmaz, ami jelentősen javítja a 316-os korrózióállóságát. A 304L és 316L típusok, amelyeket „L” minőségnek neveznek, alacsonyabb széntartalmúak, mint a standard minőségek (0,035% vs. 0,08%). A széntartalom ezen csökkentése a hegesztés során fellépő keményfém-kiválás mennyiségének csökkentését célozza. Ez a króm-karbid képződése, amely csökkenti a króm alapfém szemcsehatárait, így az korrózióra érzékenyebbé válik. A króm-karbid képződése, amelyet „szenzibilizációnak” neveznek, idő- és hőmérsékletfüggő, és nagyobb problémát jelent kézi forrasztáskor. Megmutattuk, hogy a szuperausztenites AL-6XN rozsdamentes acél orbitális hegesztése korrózióállóbb hegesztési varratokat eredményez, mint a kézzel végzett hasonló hegesztési varratok. Ez azért van, mert az orbitális hegesztés pontosan szabályozza az áramerősséget, a pulzációt és a... időzítés, ami alacsonyabb és egyenletesebb hőbevitelt eredményez, mint a kézi hegesztés. Az orbitális hegesztés az „L” 304-es és 316-os minőségekkel kombinálva gyakorlatilag kiküszöböli a keményfém kiválását, mint a csővezetékrendszerek korróziójának kialakulásában szerepet játszó tényezőt.
A rozsdamentes acél hőváltozása. Bár a hegesztési paraméterek és egyéb tényezők meglehetősen szűk tűréshatárokon belül tarthatók, a rozsdamentes acél hegesztéséhez szükséges hőbevitelben továbbra is eltérések vannak a különböző hőkezelések során. A hőszám az a tételszám, amelyet a gyárban egy adott rozsdamentes acél olvadékhoz rendelnek. Az egyes tételek pontos kémiai összetételét a gyári vizsgálati jelentésben (MTR) rögzítik a tételazonosítóval vagy a hőszámmal együtt. A tiszta vas 1538°C-on (2800°F) olvad, míg az ötvözött fémek a jelenlévő ötvözetek vagy nyomelemek típusától és koncentrációjától függően egy adott hőmérsékleti tartományon belül olvadnak. Mivel a rozsdamentes acél két hőkezelése sem tartalmazza pontosan ugyanolyan koncentrációban az egyes elemeket, a hegesztési jellemzők kemencénként változnak.
AOD cső (felül) és az EBR anyag (alul) 316L cső orbitális hegesztési varratainak pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) vizsgálata során jelentős különbség mutatkozott a hegesztési varrat simaságában.
Míg egyetlen hegesztési eljárás a legtöbb, hasonló külső átmérőjű és falvastagságú hevítéshez működhet, egyes hegesztések kisebb, míg mások nagyobb áramerősséget igényelnek a szokásosnál. Emiatt a különböző anyagok hevítését a munkahelyen gondosan nyomon kell követni a lehetséges problémák elkerülése érdekében. Az új hegesztéshez gyakran csak kis áramerősség-változás szükséges a kielégítő hegesztési eljárás eléréséhez.
Kénprobléma. Az elemi kén egy vasércből származó szennyeződés, amelyet nagyrészt eltávolítanak az acélgyártási folyamat során. Az AISI 304 és 316 típusú rozsdamentes acélok maximális kéntartalma 0,030%. A modern acélfinomítási eljárások, mint például az argon-oxigénes dekarbonizáció (AOD) és a kettős vákuumolvasztásos eljárások, mint például a vákuumos indukciós olvasztás, majd a vákuumos íves újraolvasztás (VIM+VAR), fejlődésével lehetővé vált olyan acélok előállítása, amelyek a következő módokon nagyon különlegesek.kémiai összetételük.Megfigyelték, hogy a hegesztési fürdő tulajdonságai megváltoznak, ha az acél kéntartalma körülbelül 0,008% alatt van.Ez a kén és kisebb mértékben más elemek hatásának köszönhető a hegesztési fürdő felületi feszültségének hőmérsékleti együtthatójára, amely meghatározza a folyékony fürdő áramlási jellemzőit.
Nagyon alacsony kéntartalmú anyagokon végzett hegesztési varratoknál (0,001% – 0,003%) a hegesztési varrat behatolása nagyon széles lesz a közepes kéntartalmú anyagokon készített hasonló hegesztési varratokhoz képest. Az alacsony kéntartalmú rozsdamentes acélcsöveken végzett hegesztések szélesebbek lesznek, míg a vastagabb falú csöveken (0,065 hüvelyk, vagy 1,66 mm vagy több) nagyobb a hajlam a süllyesztett hegesztésre. Amikor a hegesztőáram elegendő a teljesen áthatolt hegesztési varrat létrehozásához, ez megnehezíti a nagyon alacsony kéntartalmú anyagok hegesztését, különösen a vastagabb falak esetén. A 304 vagy 316 rozsdamentes acél kéntartalmú anyagainak magasabb tartományában a hegesztési varrat kevésbé folyékony megjelenésű és durvább, mint a közepes kéntartalmú anyagoknál. Ezért a hegeszthetőség szempontjából az ideális kéntartalom körülbelül 0,005% és 0,017% közötti tartományban van, az ASTM A270 S2 szabványban a gyógyszerészeti minőségű csövekre vonatkozóan meghatározottak szerint.
Az elektropolírozott rozsdamentes acélcsövek gyártói észrevették, hogy a 316-os vagy 316L rozsdamentes acélban található még mérsékelt kéntartalom is megnehezíti a félvezető és biogyógyszerészeti ügyfelek sima, gödröcskéktől mentes belső felületekre vonatkozó igényeinek kielégítését. A pásztázó elektronmikroszkópia használata a cső felületének simaságának ellenőrzésére egyre gyakoribb. Kimutatták, hogy az alapfémekben található kén nemfémes zárványokat vagy mangán-szulfid (MnS) „szálakat” képez, amelyek az elektropolírozás során eltávolításra kerülnek, és 0,25-1,0 mikronos tartományban lévő üregeket hagynak maguk után.
Az elektropolírozott csövek gyártói és beszállítói a piacot az ultra-alacsony kéntartalmú anyagok használata felé terelik, hogy megfeleljenek a felületkezelési követelményeknek. A probléma azonban nem korlátozódik az elektropolírozott csövekre, mivel a nem elektropolírozott csövekben a zárványok a csőrendszer passziválása során eltávolításra kerülnek. Kimutatták, hogy az üregek hajlamosabbak a gödrösödésre, mint a sima felületű területek. Tehát vannak érvényes okok az alacsony kéntartalmú, „tisztább” anyagok felé irányuló trendre.
Ívelhajlás. A rozsdamentes acél hegeszthetőségének javítása mellett némi kén jelenléte a megmunkálhatóságot is javítja. Ennek eredményeként a gyártók és gyártók hajlamosak a megadott kéntartalom-tartomány felső végén lévő anyagokat választani. Nagyon alacsony kéntartalmú csövek hegesztése szerelvényekhez, szelepekhez vagy más, magasabb kéntartalmú csövekhez hegesztési problémákat okozhat, mivel az ív az alacsony kéntartalmú csövek felé tolódik el. Amikor ívelhajlás történik, a behatolás mélyebb lesz az alacsony kéntartalmú oldalon, mint a magas kéntartalmú oldalon, ami ellentétes azzal, ami az azonos kéntartalmú csövek hegesztésekor történik. Szélsőséges esetekben a hegesztési varrat teljesen behatolhat az alacsony kéntartalmú anyagba, és a hegesztés belsejét teljesen megolvasztatlanul hagyhatja (Fihey és Simeneau, 1982). Annak érdekében, hogy a szerelvények kéntartalma illeszkedjen a cső kéntartalmához, a penenlniai Carpenter Technology Corporation Carpenter Steel divíziója bevezette az alacsony kéntartalmú (maximum 0,005%) 316-os rudas anyagot (316L-SCQ típus) (VIM+VAR) a gyártásához. Alacsony kéntartalmú csövekhez hegesztendő szerelvények és egyéb alkatrészek. Két nagyon alacsony kéntartalmú anyag összehegesztése sokkal könnyebb, mint egy nagyon alacsony kéntartalmú anyag hegesztése egy magasabb kéntartalmú anyaggal.
Az alacsony kéntartalmú csövek használatára való áttérés nagyrészt a sima, elektrolitikusan polírozott belső csőfelületek szükségességének köszönhető. Míg a felületkezelés és az elektrolitikus polírozás mind a félvezetőipar, mind a biotechnológiai/gyógyszeripar számára fontos, a SEMI a félvezetőipari specifikáció írásakor előírta, hogy a technológiai gázvezetékekhez használt 316L csöveknek 0,004%-os kéntartalmú felső határral kell rendelkezniük az optimális teljesítmény érdekében. A felületvégek. Az ASTM ezzel szemben módosította az ASTM 270 specifikációját, hogy gyógyszerészeti minőségű csöveket is tartalmazzon, amelyek a kéntartalmat 0,005 és 0,017% közötti tartományra korlátozzák. Ennek kevesebb hegesztési nehézséget kell eredményeznie az alacsonyabb tartományú kéntartalmúakhoz képest. Meg kell azonban jegyezni, hogy még ezen a korlátozott tartományon belül is előfordulhat ívelhajlás, amikor alacsony kéntartalmú csöveket magas kéntartalmú csövekhez vagy idomokhoz hegesztenek, és a szerelőknek gondosan nyomon kell követniük az anyag melegedését, és a gyártás előtt ellenőrizniük kell a forrasztási kompatibilitást a melegítés és a hegesztések között.
egyéb nyomelemek. A nyomelemek, beleértve a ként, az oxigént, az alumíniumot, a szilíciumot és a mangánt, befolyásolják a penetrációt. Az alumínium, a szilícium, a kalcium, a titán és a króm nyomokban jelen lévő oxidzárványai az alapfémben salakképződéssel járnak hegesztés során.
A különböző elemek hatásai kumulatívak, így az oxigén jelenléte ellensúlyozhatja az alacsony kéntartalmú anyagok hatását. A magas alumíniumtartalom ellensúlyozhatja a kénpenetrációra gyakorolt ​​pozitív hatást. A mangán hegesztési hőmérsékleten elillan, és lerakódik a hegesztési hőhatásövezetben. Ezek a mangánlerakódások a korrózióállóság csökkenésével járnak. (Lásd Cohen, 1997). A félvezetőipar jelenleg alacsony, sőt ultraalacsony mangántartalmú 316L anyagokkal kísérletezik a korrózióállóság ezen csökkenésének megakadályozása érdekében.
Salakképződés. Bizonyos hőkezeléseknél salakszigetek jelennek meg a rozsdamentes acél varratán. Ez alapvetően anyagi probléma, de néha a hegesztési paraméterek változtatása minimalizálhatja ezt, vagy az argon/hidrogén keverék változtatása javíthatja a hegesztést. Pollard megállapította, hogy az alumínium és a szilícium aránya az alapfémben befolyásolja a salakképződést. A nem kívánt plakk típusú salak kialakulásának megakadályozása érdekében azt javasolja, hogy az alumíniumtartalmat 0,010%-on, a szilíciumtartalmat pedig 0,5%-on tartsák. Ha azonban az Al/Si arány meghaladja ezt a szintet, gömb alakú salak képződhet a plakk típusú helyett. Ez a típusú salak elektropolírozás után gödrök maradhatnak, ami nagy tisztaságú alkalmazásoknál elfogadhatatlan. A hegesztés külső átmérőjén képződő salakszigetek az ID varrat egyenetlen behatolását okozhatják, és elégtelen behatolást eredményezhetnek. Az ID hegesztési varraton képződő salakszigetek korrózióra hajlamosak lehetnek.
Egymenetes hegesztés pulzálással. A standard automatikus orbitális csőhegesztés egymenetes hegesztés impulzusárammal és folyamatos állandó forgási sebességgel. Ez a technika 1/8″ és körülbelül 7″ közötti külső átmérőjű és 0,083″ vagy az alatti falvastagságú csövekhez alkalmas. Egy időzített előöblítés után ív keletkezik. A csőfal behatolása egy időzített késleltetés alatt történik, amely alatt ív keletkezik, de forgás nem történik. Ezen forgási késleltetés után az elektróda a hegesztési varrat körül forog, amíg a hegesztés az utolsó hegesztési réteg során a hegesztés kezdeti részével össze nem csatlakozik vagy átfedi azt. Amikor a csatlakozás elkészült, az áram időzített eséssel csökken.
Lépcsős üzemmód („szinkronizált” hegesztés). Vastagabb falú anyagok, jellemzően 0,083 hüvelyknél nagyobb falvastagságú anyagok fúziós hegesztéséhez a fúziós hegesztő áramforrás szinkron vagy lépéses üzemmódban használható. Szinkron vagy lépéses üzemmódban a hegesztőáram impulzusa szinkronizálva van a lökettel, így a rotor a nagy áramimpulzusok során álló helyzetben van a maximális behatolás érdekében, alacsony áramimpulzusok esetén pedig mozog. A szinkron technikák hosszabb impulzusidőket alkalmaznak, nagyságrendileg 0,5-1,5 másodpercet, szemben a hagyományos hegesztés tized- vagy századmásodperces impulzusidejével. Ez a technika hatékonyan képes hegeszteni 0,154 hüvelyk vagy 6 hüvelyk vastag, 40-es méretű, 40-es vékony falú csöveket 0,154 hüvelyk vagy 6 hüvelyk falvastagsággal. A lépcsős technika szélesebb hegesztési varratot hoz létre, így hibatűrő, és hasznos szabálytalan alkatrészek, például csőszerelvények csövekhez hegesztéséhez, ahol eltérések lehetnek a mérettűrésekben, némi illesztési eltérés vagy anyaghő-inkompatibilitás. Ez a típusú hegesztés körülbelül kétszeres ívidőt igényel, mint a hagyományos hegesztés, és kevésbé alkalmas ultra-nagy tisztaságú (UHP) alkalmazásokhoz a következők miatt: a szélesebb, durvább varrás.
Programozható változók. A hegesztő áramforrások jelenlegi generációja mikroprocesszor-alapú, és olyan programokat tárol, amelyek numerikus értékeket adnak meg a hegesztendő cső adott átmérőjéhez (OD) és falvastagságához tartozó hegesztési paraméterekhez, beleértve az öblítési időt, a hegesztőáramot, a haladási sebességet (RPM), a rétegek számát és rétegenkénti időt, az impulzusidőt, a lejtmeneti időt stb. Hozzáadott töltőhuzalos orbitális csőhegesztéseknél a programparaméterek tartalmazzák a huzalelőtolási sebességet, a pisztoly oszcillációs amplitúdóját és tartózkodási idejét, az AVC-t (ívfeszültség-szabályozás az állandó ívrés biztosításához) és a felfutási időt. A fúziós hegesztéshez szerelje fel a hegesztőfejet a megfelelő elektródával és csőbilincs-betétekkel a csőre, és hívja elő a hegesztési ütemtervet vagy programot az áramforrás memóriájából. A hegesztési szekvenciát egy gomb vagy a membránpanel gombjának megnyomásával indíthatja el, és a hegesztés kezelői beavatkozás nélkül folytatódik.
Nem programozható változók. A hegesztési varrat állandóan jó minőségének eléréséhez a hegesztési paramétereket gondosan ellenőrizni kell. Ezt a hegesztő áramforrás és a hegesztési program pontosságával érik el, amely az áramforrásba bevitt utasítások halmaza, amely hegesztési paraméterekből áll, egy adott méretű cső vagy csővezeték hegesztéséhez. Szükség van egy hatékony hegesztési szabványkészletre is, amely meghatározza a hegesztési elfogadási kritériumokat, valamint valamilyen hegesztési ellenőrzési és minőségellenőrzési rendszert annak biztosítására, hogy a hegesztés megfeleljen a megállapodás szerinti szabványoknak. A hegesztési paramétereken kívül bizonyos tényezőket és eljárásokat is gondosan ellenőrizni kell. Ezek a tényezők magukban foglalják a jó végelőkészítő berendezések használatát, a megfelelő tisztítási és kezelési gyakorlatokat, a hegesztett csövek vagy más alkatrészek megfelelő mérettűrését, az állandó volfrámtípust és -méretet, a nagy tisztaságú inert gázokat és az anyagváltozatokra való odafigyelést. - magas hőmérséklet.
A csővéghegesztés előkészítési követelményei kritikusabbak az orbitális hegesztésnél, mint a kézi hegesztésnél. Az orbitális csőhegesztéshez hegesztett kötések általában négyzet alakú tompa kötések. Az orbitális hegesztésnél kívánt ismételhetőség eléréséhez precíz, következetes, megmunkált vég-előkészítésre van szükség. Mivel a hegesztőáram a falvastagságtól függ, a végeknek négyzet alakúaknak kell lenniük, sorják és ferdeségek nélkül a külső vagy belső átmérőjükön (OD vagy ID), ami eltérő falvastagságot eredményezne.
A csővégeknek úgy kell illeszkedniük a hegesztőfejben, hogy ne legyen észrevehető rés a négyszögletes illesztés végei között. Bár kis résekkel hegesztett kötések is létrehozhatók, a hegesztés minősége hátrányosan változhat. Minél nagyobb a rés, annál valószínűbb, hogy probléma merül fel. A rossz összeszerelés a forrasztás teljes meghiúsulásához vezethet. A George Fischer és más gyártók által gyártott csőfűrészek, amelyek ugyanazzal a művelettel vágják a csövet és homlokozzák a csővégeket, vagy a hordozható vég-előkészítő esztergák, mint például a Protem, Wachs és mások által gyártottak, gyakran használatosak sima végű orbitális hegesztések készítéséhez, amelyek alkalmasak megmunkálásra. A darabolófűrészek, fémfűrészek, szalagfűrészek és csővágók nem alkalmasak erre a célra.
A hegesztéshez szükséges teljesítményt előállító hegesztési paraméterek mellett más változók is vannak, amelyek jelentős hatással lehetnek a hegesztésre, de nem részei a tényleges hegesztési eljárásnak. Ide tartozik a volfrám típusa és mérete, az ív védelmére és a hegesztési varrat belsejének átfúvatására használt gáz típusa és tisztasága, az átfúvatáshoz használt gáz áramlási sebessége, a használt fej és áramforrás típusa, a varrat konfigurációja és minden egyéb releváns információ. Ezeket a változókat „nem programozható” változóknak nevezzük, és rögzítjük a hegesztési ütemtervben. Például a gáz típusa alapvető változónak minősül a hegesztési eljárásspecifikációban (WPS) ahhoz, hogy a hegesztési eljárások megfeleljenek az ASME IX. szakasz kazán- és nyomástartó edényekre vonatkozó előírásainak. A gáztípus vagy a gázkeverék százalékos arányának megváltozása, vagy az belső átmérőjű átfúvatás elhagyása a hegesztési eljárás újraérvényesítését igényli.
hegesztőgáz. A rozsdamentes acél szobahőmérsékleten ellenáll a légköri oxigén oxidációjának. Amikor olvadáspontjára hevítik (1530°C vagy 2800°F tiszta vas esetén), könnyen oxidálódik. Az inert argont leggyakrabban védőgázként és belső hegesztett kötések orbitális GTAW eljárással történő tisztítására használják. A gáz oxigénhez és nedvességhez viszonyított tisztasága határozza meg az oxidáció okozta elszíneződés mértékét, amely a hegesztés után a hegesztésen vagy annak közelében jelentkezik. Ha a tisztítógáz nem a legjobb minőségű, vagy ha a tisztítórendszer nem teljesen szivárgásmentes, így kis mennyiségű levegő szivárog a tisztítórendszerbe, az oxidáció világos kékes vagy kékes lehet. Természetesen a tisztítás hiánya nem eredményezi a kérges fekete felületet, amelyet általában „édesítettnek” neveznek. A palackokban szállított hegesztő minőségű argon 99,996-99,997%-os tisztaságú, a szállítótól függően, és 5-7 ppm oxigént és egyéb szennyeződéseket tartalmaz, beleértve a H2O-t, O2-t, CO2-t, szénhidrogéneket stb., összesen maximum 40 ppm mennyiségben. Nagy tisztaságú argon Egy Dewar-tartályban lévő palack vagy folyékony argon 99,999%-os tisztaságú vagy 10 ppm összes szennyeződést tartalmazhat, maximum 2 ppm oxigénnel. MEGJEGYZÉS: A Nanochem vagy a Gatekeeper típusú gáztisztítók használhatók az átfúvatás során a szennyeződés szintjének milliárdos (ppb) tartományba való csökkentésére.
Vegyes összetétel. Speciális alkalmazásokhoz védőgázként olyan gázkeverékek használhatók, mint a 75% hélium/25% argon és a 95% argon/5% hidrogén. A két keverék forróbb hegesztési varratokat eredményezett, mint az argonnal azonos programbeállítások mellett végzett hegesztések. A héliumkeverékek különösen alkalmasak szénacél fúziós hegesztéséhez maximális behatolás érdekében. Egy félvezetőipari tanácsadó az argon/hidrogén keverékek használatát javasolja védőgázként UHP alkalmazásokhoz. A hidrogénkeverékeknek számos előnyük van, de komoly hátrányaik is vannak. Az előnyük, hogy nedvesebb lombikot és simább hegesztési felületet hoznak létre, ami ideális ultra nagynyomású gázadagoló rendszerek megvalósításához, a lehető legsimább belső felülettel. A hidrogén jelenléte redukáló atmoszférát biztosít, így ha oxigénnyomok vannak jelen a gázkeverékben, a kapott hegesztés tisztábbnak tűnik, kevesebb elszíneződéssel, mint a hasonló oxigénkoncentrációjú tiszta argon. Ez a hatás körülbelül 5% hidrogéntartalomnál optimális. Egyesek 95/5%-os argon/hidrogén keveréket használnak azonosító tisztítószerként a belső hegesztési varrat megjelenésének javítására.
A hidrogéngáz-keveréket védőgázként használó hegesztési varrat keskenyebb, azzal a különbséggel, hogy a rozsdamentes acél kéntartalma nagyon alacsony, és több hőt termel a hegesztésben, mint ugyanazon árambeállítás mellett keveretlen argonnal. Az argon/hidrogén keverékek egyik jelentős hátránya, hogy az ív sokkal kevésbé stabil, mint a tiszta argon, és az ív hajlamos elsodródni, ami elég súlyos ahhoz, hogy félrekeveredést okozzon. Az íveltolódás eltűnhet, ha más kevert gázforrást használnak, ami arra utal, hogy szennyeződés vagy rossz keverés okozhatja. Mivel az ív által termelt hő a hidrogénkoncentrációtól függően változik, az állandó koncentráció elengedhetetlen az ismételhető hegesztések eléréséhez, és az előre kevert palackozott gázok között is vannak különbségek. További hátrány, hogy a volfrám élettartama jelentősen lerövidül, ha hidrogénkeveréket használnak. Bár a volfrám romlásának okát a kevert gázból még nem határozták meg, arról számoltak be, hogy az ív nehezebben hegeszthető, és a volfrámot egy vagy két hegesztés után cserélni kell. Az argon/hidrogén keverékek nem használhatók szénacél vagy titán hegesztésére.
A TIG eljárás megkülönböztető jellemzője, hogy nem fogyaszt elektródákat. A volfrám olvadáspontja a legmagasabb az összes fém közül (3370 °C; 6098 °F), és jó elektronemitter, így különösen alkalmas nem fogyó elektródaként való használatra. Tulajdonságait 2% ritkaföldfém-oxid, például cérium-oxid, lantán-oxid vagy tórium-oxid hozzáadásával javítják az ívindítás és az ív stabilitásának javítása érdekében. A tiszta volfrámot ritkán használják GTAW-ban a cérium-volfrám kiváló tulajdonságai miatt, különösen az orbitális GTAW alkalmazásoknál. A tórium-volfrámot kevésbé használják, mint a múltban, mivel némileg radioaktívak.
A polírozott felületű elektródák mérete egyenletesebb. A sima felület mindig előnyösebb az érdes vagy egyenetlen felülettel szemben, mivel az elektróda geometriájának állandósága kritikus fontosságú az állandó, egyenletes hegesztési eredmények szempontjából. A hegyből (DCEN) kibocsátott elektronok a volfrám hegyről a hegesztési varratra viszik át a hőt. A finomabb hegy lehetővé teszi az áramsűrűség nagyon magas szinten tartását, de rövidebb volfrám élettartamot eredményezhet. Orbitális hegesztés esetén fontos az elektróda hegyének mechanikus köszörülése, hogy biztosítsák a volfrám geometriájának és a hegesztés megismételhetőségét. A tompa hegy az ívet a hegesztésből a volfrám ugyanazon pontjára kényszeríti. A hegy átmérője szabályozza az ív alakját és a behatolás mértékét egy adott áramerősségnél. A kúpossági szög befolyásolja az ív áram/feszültség jellemzőit, ezért meg kell határozni és szabályozni kell. A volfrám hossza azért fontos, mert egy ismert volfrámhossz felhasználható az ívrés beállításához. Az ívrés egy adott áramértékhez meghatározza a feszültséget és így a hegesztésre alkalmazott teljesítményt.
Az elektróda méretét és hegyátmérőjét a hegesztőáram intenzitása szerint választják ki. Ha az áram túl nagy az elektródához vagy a hegyéhez képest, a hegy fémveszteséget okozhat, és a túl nagy hegyátmérőjű elektródák használata íveltolódást okozhat. Az elektróda és a hegy átmérőjét a hegesztési varrat falvastagsága alapján adjuk meg, és 0,093 hüvelyk falvastagságig szinte mindenhez 0,0625 átmérőt használunk, kivéve, ha a felhasználást 0,040 hüvelyk átmérőjű elektródákkal való használatra tervezték kis precíziós alkatrészek hegesztéséhez. A hegesztési folyamat megismételhetősége érdekében meg kell határozni és ellenőrizni kell a volfrám típusát és felületkezelését, a hosszát, a kúpszöget, az átmérőt, a hegyátmérőt és az ívrést. Csőhegesztési alkalmazásokhoz mindig a cérium-volfrám ajánlott, mivel ennek a típusnak sokkal hosszabb az élettartama, mint más típusoknak, és kiváló ívgyújtási tulajdonságokkal rendelkezik. A cérium-volfrám nem radioaktív.
További információért kérjük, vegye fel a kapcsolatot Barbara Henonnal, a Műszaki Kiadványokért felelős vezetővel, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Telefon: 818-896-9556. Fax: 818-890-3724.