Catatan Editor: Pharmaceutical Online dengan senang hati mempersembahkan artikel empat bagian ini tentang pengelasan orbital pada pipa bioproses oleh pakar industri Barbara Henon dari Arc Machines. Artikel ini diadaptasi dari presentasi Dr. Henon pada konferensi ASME akhir tahun lalu.
Mencegah hilangnya ketahanan korosi. Air dengan kemurnian tinggi seperti air deionisasi (DI) atau air limbah cair (WFI) merupakan zat pengikis yang sangat agresif untuk baja tahan karat. Selain itu, WFI kelas farmasi diolah pada suhu tinggi (80°C) untuk menjaga sterilitas. Terdapat perbedaan halus antara menurunkan suhu cukup untuk mendukung organisme hidup yang mematikan bagi produk dan menaikkan suhu cukup untuk mendorong produksi "rouge". Rouge adalah lapisan cokelat dengan komposisi yang bervariasi yang disebabkan oleh korosi komponen sistem perpipaan baja tahan karat. Kotoran dan oksida besi mungkin merupakan komponen utama, tetapi berbagai bentuk besi, kromium, dan nikel juga mungkin ada. Kehadiran rouge mematikan bagi beberapa produk dan kehadirannya dapat menyebabkan korosi lebih lanjut, meskipun kehadirannya di sistem lain tampaknya cukup jinak.
Pengelasan dapat berdampak buruk pada ketahanan korosi. Warna panas adalah hasil dari material pengoksidasi yang mengendap pada lasan dan HAZ (zona yang terpengaruh panas) selama pengelasan, sangat merugikan, dan dikaitkan dengan pembentukan rouge (endapan korosi) dalam sistem air farmasi. Pembentukan kromium oksida dapat menyebabkan warna panas, meninggalkan lapisan yang kekurangan kromium yang rentan terhadap korosi. Warna panas dapat dihilangkan dengan pengasaman dan penggerindaan, menghilangkan logam dari permukaan, termasuk lapisan yang kekurangan kromium di bawahnya, dan mengembalikan ketahanan korosi ke tingkat yang mendekati tingkat logam dasar. Namun, pengasaman dan penggerindaan merusak lapisan permukaan. Pasivasi sistem perpipaan dengan asam nitrat atau formulasi agen pengkelat dilakukan untuk mengatasi efek buruk pengelasan dan fabrikasi sebelum sistem perpipaan digunakan. Analisis elektron Auger menunjukkan bahwa pasivasi pengkelatan dapat mengembalikan perubahan permukaan dalam distribusi oksigen, kromium, besi, nikel, dan mangan yang terjadi pada lasan dan zona yang terpengaruh panas ke keadaan sebelum pengelasan. Namun, pasivasi hanya memengaruhi lapisan permukaan luar dan tidak menembus ke dalam. di bawah 50 angstrom, sedangkan pewarnaan termal dapat meluas hingga 1000 angstrom atau lebih di bawah permukaan.
Oleh karena itu, untuk memasang sistem perpipaan tahan korosi di dekat substrat yang tidak dilas, penting untuk mencoba membatasi kerusakan akibat pengelasan dan fabrikasi hingga tingkat yang dapat dipulihkan secara substansial melalui pasivasi. Hal ini memerlukan penggunaan gas pembersih dengan kandungan oksigen minimal dan pengiriman ke diameter dalam sambungan las tanpa kontaminasi oleh oksigen atmosfer atau kelembapan. Pengendalian masukan panas yang akurat dan penghindaran panas berlebih selama pengelasan juga penting untuk mencegah hilangnya ketahanan korosi. Mengontrol proses manufaktur untuk mencapai pengelasan berkualitas tinggi yang berulang dan konsisten, serta penanganan pipa dan komponen baja tahan karat yang cermat selama manufaktur untuk mencegah kontaminasi, merupakan persyaratan penting untuk sistem perpipaan berkualitas tinggi yang tahan korosi dan memberikan layanan produktif jangka panjang.
Material yang digunakan dalam sistem perpipaan baja tahan karat biofarmasi kemurnian tinggi telah mengalami evolusi menuju peningkatan ketahanan korosi selama dekade terakhir. Sebagian besar baja tahan karat yang digunakan sebelum tahun 1980 adalah baja tahan karat 304 karena relatif murah dan merupakan peningkatan dibandingkan tembaga yang digunakan sebelumnya. Bahkan, baja tahan karat seri 300 relatif mudah dikerjakan, dapat dilas fusi tanpa kehilangan ketahanan korosi yang berlebihan, dan tidak memerlukan perlakuan pemanasan awal dan pasca pemanasan khusus.
Baru-baru ini, penggunaan baja tahan karat 316 dalam aplikasi perpipaan kemurnian tinggi semakin meningkat. Tipe 316 memiliki komposisi yang mirip dengan Tipe 304, tetapi selain unsur paduan kromium dan nikel yang umum untuk keduanya, 316 mengandung sekitar 2% molibdenum, yang secara signifikan meningkatkan ketahanan korosi 316. Tipe 304L dan 316L, yang disebut sebagai grade “L”, memiliki kandungan karbon yang lebih rendah daripada grade standar (0,035% vs. 0,08%). Pengurangan kandungan karbon ini bertujuan untuk mengurangi jumlah pengendapan karbida yang mungkin terjadi akibat pengelasan. Ini adalah pembentukan kromium karbida, yang mengurangi batas butir logam dasar kromium, membuatnya rentan terhadap korosi. Pembentukan kromium karbida, yang disebut “sensitisasi,” bergantung pada waktu dan suhu dan merupakan masalah yang lebih besar saat pengelasan manual. Kami telah menunjukkan bahwa pengelasan orbital baja tahan karat super-austenitik AL-6XN memberikan ketahanan korosi yang lebih baik. Hasil pengelasan orbital lebih baik daripada pengelasan serupa yang dilakukan secara manual. Hal ini karena pengelasan orbital memberikan kontrol yang tepat terhadap arus, pulsasi, dan waktu, sehingga menghasilkan masukan panas yang lebih rendah dan lebih seragam daripada pengelasan manual. Pengelasan orbital yang dikombinasikan dengan baja kelas "L" 304 dan 316 hampir menghilangkan pengendapan karbida sebagai faktor penyebab korosi pada sistem perpipaan.
Variasi panas antar peleburan baja tahan karat. Meskipun parameter pengelasan dan faktor lainnya dapat dijaga dalam toleransi yang cukup ketat, masih ada perbedaan dalam masukan panas yang dibutuhkan untuk mengelas baja tahan karat dari satu peleburan ke peleburan lainnya. Nomor peleburan adalah nomor lot yang diberikan untuk peleburan baja tahan karat tertentu di pabrik. Komposisi kimia yang tepat dari setiap batch dicatat pada Laporan Uji Pabrik (MTR) bersama dengan identifikasi batch atau nomor peleburan. Besi murni meleleh pada suhu 1538°C (2800°F), sedangkan logam paduan meleleh dalam kisaran suhu, tergantung pada jenis dan konsentrasi setiap paduan atau elemen jejak yang ada. Karena tidak ada dua peleburan baja tahan karat yang akan mengandung konsentrasi setiap elemen yang sama persis, karakteristik pengelasan akan bervariasi dari satu tungku ke tungku lainnya.
SEM dari lasan orbital pipa 316L pada pipa AOD (atas) dan material EBR (bawah) menunjukkan perbedaan signifikan dalam kehalusan alur lasan.
Meskipun prosedur pengelasan tunggal mungkin berlaku untuk sebagian besar material dengan diameter luar dan ketebalan dinding yang serupa, beberapa material membutuhkan arus yang lebih rendah dan beberapa membutuhkan arus yang lebih tinggi daripada biasanya. Karena alasan ini, pemanasan berbagai material di lokasi kerja harus dipantau dengan cermat untuk menghindari potensi masalah. Seringkali, material baru hanya membutuhkan sedikit perubahan arus untuk mencapai prosedur pengelasan yang memuaskan.
Masalah sulfur. Sulfur elemental adalah pengotor yang terkait dengan bijih besi yang sebagian besar dihilangkan selama proses pembuatan baja. Baja tahan karat AISI Tipe 304 dan 316 ditentukan dengan kandungan sulfur maksimum 0,030%. Dengan perkembangan proses pemurnian baja modern, seperti Dekarburisasi Argon Oksigen (AOD) dan praktik peleburan vakum ganda seperti Peleburan Induksi Vakum diikuti oleh Peleburan Ulang Busur Vakum (VIM+VAR), dimungkinkan untuk menghasilkan baja yang sangat istimewa dalam hal-hal berikut: komposisi kimianya. Telah dicatat bahwa sifat-sifat kolam las berubah ketika kandungan sulfur baja berada di bawah sekitar 0,008%. Hal ini disebabkan oleh pengaruh sulfur dan, pada tingkat yang lebih rendah, unsur-unsur lain pada koefisien suhu tegangan permukaan kolam las, yang menentukan karakteristik aliran kolam cair.
Pada konsentrasi sulfur yang sangat rendah (0,001% – 0,003%), penetrasi genangan las menjadi sangat lebar dibandingkan dengan las serupa yang dibuat pada material dengan kandungan sulfur sedang. Las yang dibuat pada pipa baja tahan karat dengan kandungan sulfur rendah akan memiliki las yang lebih lebar, sedangkan pada pipa berdinding lebih tebal (0,065 inci, atau 1,66 mm atau lebih) akan ada kecenderungan yang lebih besar untuk membuat las yang menembus sepenuhnya. Hal ini membuat material dengan kandungan sulfur yang sangat rendah lebih sulit untuk dilas, terutama dengan dinding yang lebih tebal. Pada konsentrasi sulfur yang lebih tinggi pada baja tahan karat 304 atau 316, manik las cenderung tampak kurang cair dan lebih kasar daripada material dengan kandungan sulfur sedang. Oleh karena itu, untuk kemampuan las, kandungan sulfur ideal berada dalam kisaran sekitar 0,005% hingga 0,017%, seperti yang ditentukan dalam ASTM A270 S2 untuk tabung berkualitas farmasi.
Para produsen pipa baja tahan karat yang dipoles secara elektrolitik telah memperhatikan bahwa bahkan kadar sulfur yang sedang dalam baja tahan karat 316 atau 316L membuat sulit untuk memenuhi kebutuhan pelanggan semikonduktor dan biofarmasi mereka akan permukaan bagian dalam yang halus dan bebas lubang. Penggunaan mikroskop elektron pemindaian untuk memverifikasi kehalusan permukaan akhir pipa semakin umum. Sulfur dalam logam dasar telah terbukti membentuk inklusi non-logam atau "untaian" mangan sulfida (MnS) yang dihilangkan selama pemolesan elektrolitik dan meninggalkan rongga dalam kisaran 0,25-1,0 mikron.
Produsen dan pemasok pipa yang dipoles secara elektrolitik mendorong pasar ke arah penggunaan material dengan kandungan sulfur sangat rendah untuk memenuhi persyaratan penyelesaian permukaannya. Namun, masalah ini tidak terbatas pada pipa yang dipoles secara elektrolitik, karena pada pipa yang tidak dipoles secara elektrolitik, inklusi dihilangkan selama pasivasi sistem perpipaan. Rongga telah terbukti lebih rentan terhadap korosi daripada area permukaan yang halus. Jadi, ada beberapa alasan yang valid untuk tren menuju material rendah sulfur yang lebih "bersih".
Pembelokan busur. Selain meningkatkan kemampuan las baja tahan karat, keberadaan sulfur juga meningkatkan kemampuan pemesinan. Akibatnya, produsen cenderung memilih material dengan kandungan sulfur yang lebih tinggi dari kisaran yang ditentukan. Pengelasan pipa dengan konsentrasi sulfur yang sangat rendah ke fitting, katup, atau pipa lain dengan kandungan sulfur yang lebih tinggi dapat menimbulkan masalah pengelasan karena busur akan cenderung mengarah ke pipa dengan kandungan sulfur rendah. Ketika terjadi pembelokan busur, penetrasi menjadi lebih dalam di sisi sulfur rendah daripada di sisi sulfur tinggi, yang merupakan kebalikan dari apa yang terjadi ketika mengelas pipa dengan konsentrasi sulfur yang sama. Dalam kasus ekstrem, manik las dapat sepenuhnya menembus material sulfur rendah dan meninggalkan bagian dalam las sepenuhnya tidak menyatu (Fihey dan Simeneau, 1982). Untuk mencocokkan kandungan sulfur fitting dengan kandungan sulfur pipa, Divisi Baja Carpenter dari Carpenter Technology Corporation of Pennsylvania telah memperkenalkan stok batang 316 sulfur rendah (maksimum 0,005%) (Tipe 316L-SCQ). (VIM+VAR) ) untuk pembuatan fitting dan komponen lain yang dimaksudkan untuk dilas ke pipa rendah sulfur. Pengelasan dua material dengan kandungan sulfur sangat rendah satu sama lain jauh lebih mudah daripada pengelasan material dengan kandungan sulfur sangat rendah ke material dengan kandungan sulfur lebih tinggi.
Pergeseran ke penggunaan tabung rendah sulfur sebagian besar disebabkan oleh kebutuhan untuk mendapatkan permukaan bagian dalam tabung yang halus dan dipoles secara elektrolitik. Meskipun penyelesaian permukaan dan pemolesan elektrolitik penting bagi industri semikonduktor dan industri bioteknologi/farmasi, SEMI, ketika menulis spesifikasi industri semikonduktor, menetapkan bahwa tabung 316L untuk saluran gas proses harus memiliki batas sulfur 0,004% untuk kinerja optimal. Di sisi lain, ASTM memodifikasi spesifikasi ASTM 270 mereka untuk memasukkan tabung kelas farmasi yang membatasi kandungan sulfur hingga kisaran 0,005 hingga 0,017%. Hal ini seharusnya menghasilkan kesulitan pengelasan yang lebih sedikit dibandingkan dengan sulfur kisaran yang lebih rendah. Namun, perlu dicatat bahwa bahkan dalam kisaran terbatas ini, defleksi busur masih dapat terjadi saat mengelas pipa rendah sulfur ke pipa atau fitting tinggi sulfur, dan pemasang harus dengan cermat memantau pemanasan material dan memeriksa kompatibilitas solder antara pemanasan sebelum fabrikasi. Produksi las.
Unsur jejak lainnya. Unsur jejak termasuk sulfur, oksigen, aluminium, silikon, dan mangan telah ditemukan memengaruhi penetrasi. Sejumlah kecil aluminium, silikon, kalsium, titanium, dan kromium yang terdapat dalam logam dasar sebagai inklusi oksida dikaitkan dengan pembentukan terak selama pengelasan.
Pengaruh berbagai elemen bersifat kumulatif, sehingga keberadaan oksigen dapat mengimbangi beberapa efek rendahnya kandungan sulfur. Kadar aluminium yang tinggi dapat menetralkan efek positif pada penetrasi sulfur. Mangan menguap pada suhu pengelasan dan mengendap di zona yang terkena panas pengelasan. Endapan mangan ini dikaitkan dengan hilangnya ketahanan korosi. (Lihat Cohen, 1997). Industri semikonduktor saat ini sedang bereksperimen dengan material 316L rendah mangan dan bahkan sangat rendah mangan untuk mencegah hilangnya ketahanan korosi ini.
Pembentukan terak. Pulau-pulau terak kadang-kadang muncul pada lapisan las baja tahan karat untuk beberapa proses pengelasan. Ini pada dasarnya adalah masalah material, tetapi terkadang perubahan parameter pengelasan dapat meminimalkan hal ini, atau perubahan campuran argon/hidrogen dapat meningkatkan kualitas las. Pollard menemukan bahwa rasio aluminium terhadap silikon dalam logam dasar memengaruhi pembentukan terak. Untuk mencegah pembentukan terak tipe plak yang tidak diinginkan, ia merekomendasikan untuk menjaga kandungan aluminium pada 0,010% dan kandungan silikon pada 0,5%. Namun, ketika rasio Al/Si di atas level ini, terak berbentuk bulat dapat terbentuk daripada tipe plak. Jenis terak ini dapat meninggalkan lubang setelah pemolesan elektrolitik, yang tidak dapat diterima untuk aplikasi kemurnian tinggi. Pulau-pulau terak yang terbentuk pada bagian luar (OD) las dapat menyebabkan penetrasi yang tidak merata pada lapisan dalam (ID) dan dapat mengakibatkan penetrasi yang tidak memadai. Pulau-pulau terak yang terbentuk pada lapisan las ID mungkin rentan terhadap korosi.
Pengelasan satu kali dengan pulsasi. Pengelasan pipa orbital otomatis standar adalah pengelasan satu lintasan dengan arus pulsa dan rotasi kecepatan konstan kontinu. Teknik ini cocok untuk pipa dengan diameter luar dari 1/8″ hingga sekitar 7″ dan ketebalan dinding 0,083″ dan di bawahnya. Setelah pra-pembersihan yang diatur waktunya, busur listrik terjadi. Penetrasi dinding pipa dilakukan selama penundaan waktu di mana busur listrik ada tetapi tidak terjadi rotasi. Setelah penundaan rotasi ini, elektroda berputar di sekitar sambungan las sampai las bergabung atau tumpang tindih dengan bagian awal las selama lapisan pengelasan terakhir. Ketika sambungan selesai, arus berkurang secara bertahap sesuai waktu yang ditentukan.
Mode langkah (“pengelasan sinkron”). Untuk pengelasan fusi material berdinding lebih tebal, biasanya lebih dari 0,083 inci, sumber daya pengelasan fusi dapat digunakan dalam mode sinkron atau langkah. Dalam mode sinkron atau langkah, pulsa arus pengelasan disinkronkan dengan langkah, sehingga rotor diam untuk penetrasi maksimum selama pulsa arus tinggi dan bergerak selama pulsa arus rendah. Teknik sinkron menggunakan waktu pulsa yang lebih lama, sekitar 0,5 hingga 1,5 detik, dibandingkan dengan waktu pulsa sepersepuluh atau seperseratus detik untuk pengelasan konvensional. Teknik ini dapat secara efektif mengelas pipa berdinding tipis 40 gauge setebal 0,154″ atau 6″ dengan ketebalan dinding 0,154″ atau 6″. Teknik langkah menghasilkan lasan yang lebih lebar, membuatnya tahan terhadap kesalahan dan bermanfaat untuk mengelas bagian yang tidak beraturan seperti fitting pipa ke pipa di mana mungkin ada perbedaan toleransi dimensi, beberapa ketidaksejajaran, atau ketidakcocokan termal material. Jenis pengelasan ini membutuhkan waktu busur sekitar dua kali lipat dari pengelasan konvensional dan kurang cocok untuk aplikasi kemurnian ultra tinggi (UHP) karena memiliki sambungan yang lebih lebar dan kasar.
Variabel yang dapat diprogram. Generasi sumber daya pengelasan saat ini berbasis mikroprosesor dan menyimpan program yang menentukan nilai numerik untuk parameter pengelasan untuk diameter (OD) dan ketebalan dinding pipa yang akan dilas, termasuk waktu pembersihan, arus pengelasan, kecepatan gerak (RPM), jumlah lapisan dan waktu per lapisan, waktu pulsa, waktu penurunan, dll. Untuk pengelasan pipa orbital dengan penambahan kawat pengisi, parameter program akan mencakup kecepatan pengumpanan kawat, amplitudo osilasi obor dan waktu tinggal, AVC (kontrol tegangan busur untuk memberikan celah busur konstan), dan kemiringan naik. Untuk melakukan pengelasan fusi, pasang kepala pengelasan dengan elektroda dan penjepit pipa yang sesuai pada pipa dan panggil jadwal atau program pengelasan dari memori sumber daya. Urutan pengelasan dimulai dengan menekan tombol atau tombol panel membran dan pengelasan berlanjut tanpa intervensi operator.
Variabel yang tidak dapat diprogram. Untuk mendapatkan kualitas pengelasan yang konsisten dan baik, parameter pengelasan harus dikontrol dengan cermat. Hal ini dicapai melalui akurasi sumber daya pengelasan dan program pengelasan, yang merupakan serangkaian instruksi yang dimasukkan ke dalam sumber daya, yang terdiri dari parameter pengelasan, untuk mengelas ukuran pipa atau tabung tertentu. Harus ada juga serangkaian standar pengelasan yang efektif, yang menentukan kriteria penerimaan pengelasan dan beberapa sistem inspeksi dan kontrol kualitas pengelasan untuk memastikan bahwa pengelasan memenuhi standar yang disepakati. Namun, faktor dan prosedur tertentu selain parameter pengelasan juga harus dikontrol dengan cermat. Faktor-faktor ini meliputi penggunaan peralatan persiapan ujung yang baik, praktik pembersihan dan penanganan yang baik, toleransi dimensi yang baik dari tabung atau bagian lain yang dilas, jenis dan ukuran tungsten yang konsisten, gas inert yang sangat murni, dan perhatian yang cermat terhadap variasi material. - suhu tinggi.
Persyaratan persiapan untuk pengelasan ujung pipa lebih kritis untuk pengelasan orbital daripada pengelasan manual. Sambungan las untuk pengelasan pipa orbital biasanya berupa sambungan tumpul persegi. Untuk mencapai pengulangan yang diinginkan dalam pengelasan orbital, diperlukan persiapan ujung yang presisi, konsisten, dan dikerjakan dengan mesin. Karena arus pengelasan bergantung pada ketebalan dinding, ujung-ujungnya harus persegi tanpa gerigi atau kemiringan pada OD atau ID (OD atau ID), yang akan menghasilkan ketebalan dinding yang berbeda.
Ujung-ujung pipa harus saling menempel di kepala las sehingga tidak ada celah yang terlihat antara ujung-ujung sambungan tumpul persegi. Meskipun sambungan las dengan celah kecil dapat dilakukan, kualitas las dapat terpengaruh secara negatif. Semakin besar celahnya, semakin besar kemungkinan timbul masalah. Perakitan yang buruk dapat mengakibatkan kegagalan total pada pengelasan. Gergaji pipa buatan George Fischer dan lainnya yang memotong pipa dan meratakan ujung pipa dalam operasi yang sama, atau mesin bubut persiapan ujung portabel seperti yang dibuat oleh Protem, Wachs, dan lainnya, sering digunakan untuk membuat las orbital ujung yang halus yang cocok untuk pemesinan. Gergaji potong, gergaji tangan, gergaji pita, dan pemotong pipa tidak cocok untuk tujuan ini.
Selain parameter pengelasan yang memasukkan daya untuk pengelasan, ada variabel lain yang dapat memiliki pengaruh besar pada pengelasan, tetapi variabel tersebut bukan bagian dari prosedur pengelasan yang sebenarnya. Ini termasuk jenis dan ukuran tungsten, jenis dan kemurnian gas yang digunakan untuk melindungi busur dan membersihkan bagian dalam sambungan las, laju aliran gas yang digunakan untuk pembersihan, jenis kepala dan sumber daya yang digunakan, konfigurasi sambungan, dan informasi relevan lainnya. Kami menyebut variabel ini sebagai variabel "non-programmable" dan mencatatnya pada jadwal pengelasan. Misalnya, jenis gas dianggap sebagai variabel penting dalam Spesifikasi Prosedur Pengelasan (WPS) agar prosedur pengelasan sesuai dengan Kode Bejana Tekan dan Boiler ASME Bagian IX. Perubahan jenis gas atau persentase campuran gas, atau penghapusan pembersihan ID memerlukan validasi ulang prosedur pengelasan.
Gas pengelasan. Baja tahan karat tahan terhadap oksidasi oksigen atmosfer pada suhu ruangan. Ketika dipanaskan hingga titik lelehnya (1530°C atau 2800°F untuk besi murni), baja tahan karat mudah teroksidasi. Argon inert paling umum digunakan sebagai gas pelindung dan untuk membersihkan sambungan las internal melalui proses GTAW orbital. Kemurnian gas relatif terhadap oksigen dan kelembapan menentukan jumlah perubahan warna akibat oksidasi yang terjadi pada atau di dekat lasan setelah pengelasan. Jika gas pembersih tidak berkualitas tinggi atau jika sistem pembersih tidak sepenuhnya kedap udara sehingga sejumlah kecil udara bocor ke dalam sistem pembersih, oksidasi mungkin berwarna biru muda atau kebiruan. Tentu saja, tidak ada pembersihan yang akan menghasilkan permukaan hitam berkerak yang biasa disebut "manis". Argon kelas pengelasan yang dipasok dalam tabung memiliki kemurnian 99,996-99,997%, tergantung pada pemasoknya, dan mengandung 5-7 ppm oksigen dan pengotor lainnya, termasuk H2O, O2, CO2, hidrokarbon, dll., dengan total maksimum 40 ppm. Argon dengan kemurnian tinggi dalam silinder atau argon cair dalam Dewar dapat memiliki kemurnian 99,999% atau total pengotor 10 ppm, dengan maksimum 2 ppm oksigen. CATATAN: Pemurni gas seperti Nanochem atau Gatekeeper dapat digunakan selama pembersihan untuk mengurangi tingkat kontaminasi hingga kisaran bagian per miliar (ppb).
Komposisi campuran. Campuran gas seperti 75% helium/25% argon dan 95% argon/5% hidrogen dapat digunakan sebagai gas pelindung untuk aplikasi khusus. Kedua campuran tersebut menghasilkan lasan yang lebih panas daripada yang dilakukan dengan pengaturan program yang sama menggunakan argon. Campuran helium sangat cocok untuk penetrasi maksimum dengan pengelasan fusi pada baja karbon. Konsultan industri semikonduktor menganjurkan penggunaan campuran argon/hidrogen sebagai gas pelindung untuk aplikasi UHP. Campuran hidrogen memiliki beberapa keuntungan, tetapi juga beberapa kerugian serius. Keuntungannya adalah menghasilkan genangan yang lebih basah dan permukaan lasan yang lebih halus, yang ideal untuk menerapkan sistem pengiriman gas bertekanan ultra tinggi dengan permukaan bagian dalam yang sehalus mungkin. Kehadiran hidrogen memberikan atmosfer pereduksi, jadi jika terdapat jejak oksigen dalam campuran gas, hasil lasan akan terlihat lebih bersih dengan sedikit perubahan warna daripada konsentrasi oksigen yang serupa dalam argon murni. Efek ini optimal pada kandungan hidrogen sekitar 5%. Beberapa menggunakan campuran argon/hidrogen 95/5% sebagai pembersih ID untuk meningkatkan tampilan lapisan las bagian dalam.
Hasil pengelasan menggunakan campuran hidrogen sebagai gas pelindung lebih sempit, kecuali jika baja tahan karat memiliki kandungan sulfur yang sangat rendah dan menghasilkan lebih banyak panas pada lasan daripada pengaturan arus yang sama dengan argon murni. Kerugian signifikan dari campuran argon/hidrogen adalah busurnya jauh kurang stabil daripada argon murni, dan ada kecenderungan busur untuk bergeser, cukup parah untuk menyebabkan misfusi. Pergeseran busur dapat hilang ketika sumber gas campuran yang berbeda digunakan, menunjukkan bahwa hal itu mungkin disebabkan oleh kontaminasi atau pencampuran yang buruk. Karena panas yang dihasilkan oleh busur bervariasi dengan konsentrasi hidrogen, konsentrasi konstan sangat penting untuk mencapai pengelasan yang berulang, dan ada perbedaan dalam gas kemasan pra-campuran. Kerugian lainnya adalah masa pakai tungsten sangat dipersingkat ketika campuran hidrogen digunakan. Meskipun alasan kerusakan tungsten dari gas campuran belum ditentukan, telah dilaporkan bahwa busur lebih sulit dan tungsten mungkin perlu diganti setelah satu atau dua pengelasan. Campuran argon/hidrogen tidak dapat digunakan untuk mengelas baja karbon atau titanium.
Ciri khas dari proses TIG adalah tidak mengkonsumsi elektroda. Tungsten memiliki titik leleh tertinggi dari semua logam (6098°F; 3370°C) dan merupakan pemancar elektron yang baik, sehingga sangat cocok untuk digunakan sebagai elektroda yang tidak habis pakai. Sifat-sifatnya ditingkatkan dengan menambahkan 2% oksida tanah jarang tertentu seperti serium oksida, lantanum oksida, atau thorium oksida untuk meningkatkan penyalaan busur dan stabilitas busur. Tungsten murni jarang digunakan dalam GTAW karena sifat unggul tungsten serium, terutama untuk aplikasi GTAW orbital. Tungsten thorium kurang digunakan dibandingkan sebelumnya karena agak radioaktif.
Elektroda dengan permukaan yang dipoles memiliki ukuran yang lebih seragam. Permukaan yang halus selalu lebih disukai daripada permukaan yang kasar atau tidak konsisten, karena konsistensi dalam geometri elektroda sangat penting untuk hasil pengelasan yang konsisten dan seragam. Elektron yang dipancarkan dari ujung (DCEN) mentransfer panas dari ujung tungsten ke lasan. Ujung yang lebih halus memungkinkan kerapatan arus tetap sangat tinggi, tetapi dapat mengakibatkan masa pakai tungsten yang lebih pendek. Untuk pengelasan orbital, penting untuk menggerinda ujung elektroda secara mekanis untuk memastikan pengulangan geometri tungsten dan pengulangan pengelasan. Ujung yang tumpul memaksa busur dari lasan ke titik yang sama pada tungsten. Diameter ujung mengontrol bentuk busur dan jumlah penetrasi pada arus tertentu. Sudut tirus memengaruhi karakteristik arus/tegangan busur dan harus ditentukan dan dikontrol. Panjang tungsten penting karena panjang tungsten yang diketahui dapat digunakan untuk mengatur celah busur. Celah busur untuk nilai arus tertentu menentukan tegangan dan dengan demikian daya yang diterapkan pada lasan.
Ukuran elektroda dan diameter ujungnya dipilih sesuai dengan intensitas arus pengelasan. Jika arus terlalu tinggi untuk elektroda atau ujungnya, dapat terjadi kehilangan logam dari ujungnya, dan penggunaan elektroda dengan diameter ujung yang terlalu besar untuk arus dapat menyebabkan pergeseran busur. Kami menentukan diameter elektroda dan ujung berdasarkan ketebalan dinding sambungan las dan menggunakan diameter 0,0625 untuk hampir semua hal hingga ketebalan dinding 0,093″, kecuali jika penggunaannya dirancang untuk menggunakan elektroda berdiameter 0,040″ untuk pengelasan komponen presisi kecil. Untuk pengulangan proses pengelasan, jenis dan finishing tungsten, panjang, sudut tirus, diameter, diameter ujung, dan celah busur harus ditentukan dan dikontrol. Untuk aplikasi pengelasan tabung, tungsten serium selalu direkomendasikan karena jenis ini memiliki masa pakai yang jauh lebih lama daripada jenis lain dan memiliki karakteristik penyalaan busur yang sangat baik. Tungsten serium tidak radioaktif.
Untuk informasi lebih lanjut, silakan hubungi Barbara Henon, Manajer Publikasi Teknis, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Telepon: 818-896-9556. Faks: 818-890-3724.