הערת העורך: חברת Pharmaceutical Online שמחה להציג מאמר בן ארבעה חלקים בנושא ריתוך אורביטלי של צנרת ביו-פרוצדורלית מאת ברברה הנון, מומחית בתעשייה, מחברת Arc Machines. מאמר זה מעובד מהמצגת של ד"ר הנון בכנס ASME בסוף השנה שעברה.
מניעת אובדן עמידות בפני קורוזיה. מים בעלי טוהר גבוה כגון DI או WFI הם חומר חריטה אגרסיבי מאוד לפלדת אל-חלד. בנוסף, WFI בדרגה פרמצבטית עובר תהליך מחזור בטמפרטורה גבוהה (80 מעלות צלזיוס) כדי לשמור על סטריליות. קיים הבדל עדין בין הורדת הטמפרטורה מספיקה כדי לתמוך באורגניזמים חיים קטלניים למוצר לבין העלאת הטמפרטורה מספיקה כדי לקדם ייצור "סומק". סומק הוא שכבה חומה בעלת הרכב משתנה הנגרמת מקורוזיה של רכיבי מערכת צנרת מפלדת אל-חלד. לכלוך ותחמוצות ברזל עשויים להיות המרכיבים העיקריים, אך צורות שונות של ברזל, כרום וניקל עשויות להימצא גם כן. נוכחות סומק קטלנית למוצרים מסוימים ונוכחותו עלולה להוביל לקורוזיה נוספת, אם כי נוכחותו במערכות אחרות נראית שפירה למדי.
ריתוך יכול להשפיע לרעה על עמידות בפני קורוזיה. צבע חם הוא תוצאה של חומר מחמצן המושקע על ריתוכים ו-HAZs במהלך הריתוך, והוא מזיק במיוחד, וקשור להיווצרות סומק במערכות מים פרמצבטיות. היווצרות תחמוצת כרום יכולה לגרום לגוון חם, ולהשאיר אחריה שכבה מדוללת בכרום הרגישה לקורוזיה. ניתן להסיר צבע חם על ידי כבישה וטחינה, הסרת מתכת מפני השטח, כולל השכבה המדוללת בכרום שמתחת, ושיקום עמידות בפני קורוזיה לרמות הקרובות לרמות מתכת בסיסית. עם זאת, כבישה וטחינה מזיקים לגימור פני השטח. פסיבציה של מערכת הצנרת עם חומצה חנקתית או ניסוחים של חומרי כלציה נעשית כדי להתגבר על ההשפעות השליליות של ריתוך וייצור לפני שמערכת הצנרת מופעלת. ניתוח אלקטרונים אוגר הראה שפסיבציה של כלציה יכולה לשחזר את השינויים פני השטח בחלוקת החמצן, כרום, ברזל, ניקל ומנגן שהתרחשו בריתוך ובאזור המושפע מחום למצב שלפני הריתוך. עם זאת, פסיבציה משפיעה רק על שכבת פני השטח החיצונית ואינה חודרת מתחת ל-50 אנגסטרם, בעוד שצבע תרמי יכול להתארך. 1000 אנגסטרום או יותר מתחת לפני השטח.
לכן, על מנת להתקין מערכות צנרת עמידות בפני קורוזיה בקרבת מצעים לא מרותכים, חשוב לנסות להגביל את הנזק הנגרם מריתוך וייצור לרמות שניתן לשקם באופן משמעותי באמצעות פסיבציה. זה דורש שימוש בגז ניקוי עם תכולת חמצן מינימלית ומסירה לקוטר הפנימי של החיבור המרותך ללא זיהום על ידי חמצן אטמוספרי או לחות. שליטה מדויקת בכניסת החום ומניעת התחממות יתר במהלך הריתוך חשובות גם הן כדי למנוע אובדן עמידות בפני קורוזיה. שליטה בתהליך הייצור כדי להשיג ריתוכים איכותיים ועקביים, כמו גם טיפול זהיר בצינורות ורכיבים מפלדת אל-חלד במהלך הייצור כדי למנוע זיהום, הן דרישות חיוניות למערכת צנרת איכותית העמידה בפני קורוזיה ומספקת שירות פרודוקטיבי לטווח ארוך.
חומרים המשמשים במערכות צנרת פלדת אל-חלד ביו-פרמצבטיות בעלות טוהר גבוה עברו התפתחות לעבר עמידות משופרת בפני קורוזיה בעשור האחרון. רוב פלדות האל-חלד ששימשו לפני 1980 היו פלדת אל-חלד 304 מכיוון שהייתה זולה יחסית והיוותה שיפור לעומת הנחושת ששימשה בעבר. למעשה, פלדות אל-חלד מסדרה 300 קלות יחסית לעיבוד, ניתנות לריתוך היתוך מבלי לאבד את עמידותן בפני קורוזיה, ואינן דורשות טיפולי חימום מקדים ואחרי חום מיוחדים.
לאחרונה, השימוש בפלדת אל-חלד 316 ביישומי צנרת בעלי טוהר גבוה נמצא במגמת עלייה. סוג 316 דומה בהרכבו לסוג 304, אך בנוסף לאלמנטים של סגסוגת כרום וניקל המשותפים לשניהם, 316 מכיל כ-2% מוליבדן, מה שמשפר משמעותית את עמידות ה-316 בפני קורוזיה. לסוגים 304L ו-316L, המכונים דרגות "L", יש תכולת פחמן נמוכה יותר מאשר דרגות סטנדרטיות (0.035% לעומת 0.08%). הפחתה זו בתכולת הפחמן נועדה להפחית את כמות משקעי הקרביד שעלולים להתרחש עקב ריתוך. זוהי היווצרות של כרום קרביד, אשר מדלדלת את גבולות הגרעינים של מתכת הבסיס של כרום, מה שהופך אותה לרגישה לקורוזיה. היווצרות כרום קרביד, המכונה "סנסיטיזציה", תלויה בזמן ובטמפרטורה ומהווה בעיה גדולה יותר בעת הלחמה ידנית. הראינו שריתוך אורביטלי של פלדת אל-חלד סופר-אוסטניטית AL-6XN מספק ריתוכים עמידים יותר בפני קורוזיה מאשר ריתוכים דומים שבוצעו ידנית. הסיבה לכך היא שריתוך אורביטלי מספק שליטה מדויקת על זרם, פעימה ותזמון, וכתוצאה מכך קלט חום נמוך ואחיד יותר מאשר ריתוך ידני. ריתוך אורביטלי בשילוב עם דרגות "L" 304 ו-316 מבטל למעשה את משקעי הקרביד כגורם להתפתחות קורוזיה במערכות צנרת.
וריאציה בין חום לחום של פלדת אל-חלד. למרות שפרמטרי ריתוך וגורמים אחרים ניתנים לשמירה על סבילות צפופות למדי, עדיין קיימים הבדלים בכניסת החום הנדרשת לריתוך פלדת אל-חלד מחום לחום. מספר חום הוא מספר האצווה המוקצה לפלדת אל-חלד ספציפית במפעל. ההרכב הכימי המדויק של כל אצווה נרשם בדוח בדיקת היצרן (MTR) יחד עם זיהוי האצווה או מספר החום. ברזל טהור נמס ב-1538 מעלות צלזיוס (2800 מעלות פרנהייט), בעוד שמתכות מסגסוגות נמסות בטווח טמפרטורות, בהתאם לסוג ולריכוז של כל סגסוגת או יסוד קורט הקיים. מכיוון שאין שני חימום של פלדת אל-חלד שיכילו בדיוק את אותו הריכוז של כל יסוד, מאפייני הריתוך ישתנו מכבשן לכבשן.
בדיקת SEM של ריתוכים אורביטליים בצינור 316L על צינור AOD (למעלה) וחומר EBR (למטה) הראתה הבדל משמעותי בחלקות חרוז הריתוך.
בעוד שהליך ריתוך יחיד עשוי לעבוד עבור רוב החומים בעלי קוטר חיצוני ועובי דופן דומים, חלק מהחומים דורשים זרם נמוך יותר וחלקם דורשים זרם גבוה יותר מהרגיל. מסיבה זו, יש לעקוב בקפידה אחר חימום של חומרים שונים באתר העבודה כדי למנוע בעיות פוטנציאליות. לעתים קרובות, חום חדש דורש רק שינוי קטן בזרם כדי להשיג הליך ריתוך משביע רצון.
בעיית גופרית. גופרית אלמנטרית היא זיהום הקשור לעפרות ברזל שמוסר ברובו במהלך תהליך ייצור הפלדה. פלדות אל חלד מסוג AISI 304 ו-316 מוגדרות עם תכולת גופרית מקסימלית של 0.030%. עם התפתחות תהליכי זיקוק פלדה מודרניים, כגון ארגון חמצן דה-קרבוריזציה (AOD) ושיטות התכה כפולות בוואקום כגון התכת אינדוקציה בוואקום ואחריה התכת קשת בוואקום (VIM+VAR), התאפשר לייצר פלדות מיוחדות מאוד בדרכים הבאות. ההרכב הכימי שלהן. צוין כי תכונות בריכת הריתוך משתנות כאשר תכולת הגופרית של הפלדה נמוכה מכ-0.008%. זאת בשל השפעת הגופרית ובמידה פחותה של אלמנטים אחרים על מקדם הטמפרטורה של מתח הפנים של בריכת הריתוך, הקובע את מאפייני הזרימה של בריכת הנוזל.
בריכוזי גופרית נמוכים מאוד (0.001% - 0.003%), חדירת שלולית הריתוך הופכת רחבה מאוד בהשוואה לריתוכים דומים המבוצעים על חומרים בעלי תכולת גופרית בינונית. לריתוכים המבוצעים על צינור נירוסטה דל גופרית יהיו ריתוכים רחבים יותר, בעוד שבצינור בעל דופן עבה יותר (0.065 אינץ', או 1.66 מ"מ ומעלה) תהיה נטייה גדולה יותר לבצע ריתוכים. ריתוך שקוע. כאשר זרם הריתוך מספיק כדי לייצר ריתוך חודר לחלוטין. זה מקשה על ריתוך חומרים בעלי תכולת גופרית נמוכה מאוד, במיוחד עם דופנות עבות יותר. בקצה הגבוה יותר של ריכוז הגופרית בפלדת אל-חלד 304 או 316, חרוז הריתוך נוטה להיות פחות נוזלי במראה ומחוספס יותר מחומרים בעלי תכולת גופרית בינונית. לכן, לצורך יכולת ריתוך, תכולת הגופרית האידיאלית תהיה בטווח של כ-0.005% עד 0.017%, כפי שצוין ב-ASTM A270 S2 עבור צינורות באיכות פרמצבטית.
יצרני צינורות נירוסטה שעברו ליטוש אלקטרו שמו לב שאפילו רמות מתונות של גופרית בפלדת אל-חלד 316 או 316L מקשות על עמידה בצרכים של לקוחותיהם בתחום המוליכים למחצה והביו-פרמצבטיקה למשטחים פנימיים חלקים וללא גושים. השימוש במיקרוסקופ אלקטרונים סורק כדי לאמת את החלקות של גימור פני השטח של הצינור הולך וגובר. גופרית במתכות בסיס הוכחה כיוצרת תכלילים לא מתכתיים או "מיתרים" של מנגן גופרתי (MnS) שמוסרים במהלך הליטוש האלקטרו ומשאירים חללים בטווח של 0.25-1.0 מיקרון.
יצרנים וספקים של צינורות אלקטרוליטיים מקדמים את השוק לשימוש בחומרים דלי גופרית במיוחד כדי לעמוד בדרישות גימור פני השטח שלהם. עם זאת, הבעיה אינה מוגבלת לצינורות אלקטרוליטיים, שכן בצינורות שאינם אלקטרוליטיים התכלילים מוסרים במהלך הפסיבציה של מערכת הצנרת. חללים הוכחו כנוטים יותר לפתחי בורות מאשר אזורי שטח חלקים. לכן, ישנן כמה סיבות תקפות למגמה לעבר חומרים דלי גופרית ו"נקיים" יותר.
סטיית קשת. בנוסף לשיפור יכולת הריתוך של פלדת אל-חלד, נוכחות של גופרית מסוימת משפרת גם את יכולת העיבוד. כתוצאה מכך, יצרנים נוטים לבחור חומרים בקצה הגבוה של טווח תכולת הגופרית שצוין. ריתוך צינורות עם ריכוזי גופרית נמוכים מאוד לאביזרים, שסתומים או צינורות אחרים עם תכולת גופרית גבוהה יותר יכול ליצור בעיות ריתוך מכיוון שהקשת תוטה לכיוון צינורות עם תכולת גופרית נמוכה. כאשר מתרחשת סטיית קשת, החדירה הופכת עמוקה יותר בצד דל הגופרית מאשר בצד עתיר הגופרית, וזה ההפך ממה שקורה בריתוך צינורות עם ריכוזי גופרית תואמים. במקרים קיצוניים, חרוז הריתוך יכול לחדור לחלוטין לחומר דל הגופרית ולהשאיר את פנים הריתוך לא מותך לחלוטין (Fihey and Simeneau, 1982). על מנת להתאים את תכולת הגופרית של האביזרים לתכולת הגופרית של הצינור, חטיבת הפלדה של Carpenter Technology Corporation מפנסילבניה הציגה מוט 316 דל גופרית (0.005% מקסימום) (סוג 316L-SCQ) (VIM+VAR) לייצור אביזרים ואחרים. רכיבים המיועדים לריתוך לצינורות דלי גופרית. ריתוך שני חומרים דלי גופרית מאוד זה לזה קל הרבה יותר מאשר ריתוך חומר דל גופרית מאוד לחומר דל גופרית גבוה יותר.
המעבר לשימוש בצינורות דלי גופרית נובע במידה רבה מהצורך להשיג משטחים חלקים של צינורות פנימיים שעברו ליטוש אלקטרופולישי. בעוד שגימור פני השטח והליטוש האלקטרופולישי חשובים הן לתעשיית המוליכים למחצה והן לתעשיית הביוטכנולוגיה/פרמצבטיקה, SEMI, בעת כתיבת המפרט של תעשיית המוליכים למחצה, ציינה כי צינורות 316L עבור קווי גז תהליך חייבים להיות בעלי מכסה גופרית של 0.004% לקבלת ביצועים אופטימליים בקצוות פני השטח. ASTM, לעומת זאת, שינתה את מפרט ASTM 270 שלה כדי לכלול צינורות ברמה פרמצבטית המגבילים את תכולת הגופרית לטווח של 0.005 עד 0.017%. זה אמור לגרום לפחות קשיי ריתוך בהשוואה לגופרית בטווח נמוך יותר. עם זאת, יש לציין שגם בטווח מוגבל זה, סטיית קשת עדיין עשויה להתרחש בעת ריתוך צינורות דלי גופרית לצינורות או אביזרים עתירי גופרית, ועל המתקינים לעקוב בקפידה אחר חימום החומר ולבדוק לפני ייצור תאימות הלחמה בין חימום. ייצור ריתוכים.
יסודות קורט אחרים. נמצא כי יסודות קורט, כולל גופרית, חמצן, אלומיניום, סיליקון ומנגן, משפיעים על חדירה. כמויות זעירות של אלומיניום, סיליקון, סידן, טיטניום וכרום הקיימות במתכת הבסיס כתכלילים של תחמוצת, קשורות להיווצרות סיגים במהלך הריתוך.
ההשפעות של היסודות השונים הן מצטברות, כך שנוכחות חמצן יכולה לקזז חלק מהשפעות הגופרית הנמוכות. רמות גבוהות של אלומיניום יכולות לנטרל את ההשפעה החיובית על חדירת הגופרית. מנגן מתנדף בטמפרטורת הריתוך ומשקעים באזור המושפע מחום הריתוך. משקעי מנגן אלה קשורים לאובדן עמידות בפני קורוזיה (ראה כהן, 1997). תעשיית המוליכים למחצה עורכת כיום ניסויים בחומרים 316L דלי מנגן ואפילו דלי מנגן במיוחד כדי למנוע אובדן עמידות זה בפני קורוזיה.
היווצרות סיגים. איי סיגים מופיעים מדי פעם על חרוז הנירוסטה בכמה תהליכי ריתוך. זוהי בעיה חומרית מטבעה, אך לעיתים שינויים בפרמטרי הריתוך יכולים למזער זאת, או שינויים בתערובת הארגון/מימן יכולים לשפר את הריתוך. פולארד מצא כי יחס האלומיניום לסיליקון במתכת הבסיס משפיע על היווצרות סיגים. כדי למנוע היווצרות סיגים לא רצויים מסוג פלאק, הוא ממליץ לשמור על תכולת האלומיניום על 0.010% ותכולת הסיליקון על 0.5%. עם זאת, כאשר יחס ה-Al/Si מעל רמה זו, עלול להיווצר סיגים כדוריים ולא מסוג פלאק. סוג זה של סיגים יכול להשאיר בורות לאחר אלקטרולישינג, דבר שאינו מקובל עבור יישומים בעלי טוהר גבוה. איי סיגים הנוצרים על הקצה החיצוני של הריתוך יכולים לגרום לחדירה לא אחידה של מעבר ה-ID ויכולים לגרום לחדירה לא מספקת. איי הסיגים הנוצרים על חרוז הריתוך ID עשויים להיות רגישים לקורוזיה.
ריתוך חד-פעמי עם פעימה. ריתוך צינורות אורביטליים אוטומטי סטנדרטי הוא ריתוך חד-פעמי עם זרם פעים וסיבוב רציף במהירות קבועה. טכניקה זו מתאימה לצינורות בקוטר חיצוני של 1/8 אינץ' עד כ-7 אינץ' ועובי דופן של 0.083 אינץ' ומטה. לאחר ניקוי מקדים מתוזמן, מתרחשת קשת. חדירה של דופן הצינור מושגת במהלך השהייה מתוזמנת שבה קיימת קשת אך לא מתרחש סיבוב. לאחר השהייה סיבובית זו, האלקטרודה מסתובבת סביב מפרק הריתוך עד שהריתוך מתחבר או חופף לחלק הראשוני של הריתוך במהלך שכבת הריתוך האחרונה. כאשר החיבור הושלם, הזרם יורד בירידה מתוזמנת.
מצב ריתוך ("מסונכרן"). לריתוך היתוך של חומרים בעלי דופן עבה יותר, בדרך כלל גדולים מ-0.083 אינץ', ניתן להשתמש במקור הכוח של ריתוך היתוך במצב סינכרוני או במצב מדורג. במצב סינכרוני או מדורג, פולס זרם הריתוך מסונכרן עם מהלך הריתוך, כך שהרוטור נייח לחדירה מקסימלית במהלך פולסים של זרם גבוה ונע במהלך פולסים של זרם נמוך. טכניקות סינכרוניות משתמשות בזמני פולס ארוכים יותר, בסדר גודל של 0.5 עד 1.5 שניות, בהשוואה לזמן פולס עשירית או מאית השנייה בריתוך קונבנציונלי. טכניקה זו יכולה לרתך ביעילות צינור בעל דופן דקה בעובי 0.154 אינץ' או 6 אינץ', בעל דופן דקה בעובי 40 גייג', עם עובי דופן של 0.154 אינץ' או 6 אינץ'. הטכניקה המדורגת מייצרת ריתוך רחב יותר, מה שהופך אותו לסובלני לתקלות ושימושי לריתוך חלקים לא סדירים כמו אביזרי צנרת לצינורות שבהם ייתכנו הבדלים בסבולות המימדיות, חוסר יישור מסוים או אי תאימות תרמית של החומר. סוג זה של ריתוך דורש זמן קשת כפול בערך מריתוך קונבנציונלי ופחות מתאים ליישומים בעלי טוהר גבוה במיוחד (UHP) עקב הרחבים והמחוספסים יותר. תפר.
משתנים ניתנים לתכנות. הדור הנוכחי של מקורות כוח לריתוך מבוסס על מיקרו-מעבד ומאחסנים תוכניות המציינות ערכים מספריים עבור פרמטרי ריתוך עבור קוטר (OD) ועובי דופן ספציפיים של הצינור המיועד לריתוך, כולל זמן ניקוי, זרם ריתוך, מהירות תנועה (RPM)), מספר שכבות וזמן לכל שכבה, זמן פולס, זמן ירידה וכו'. עבור ריתוכים אורביטליים עם חוט מילוי נוסף, פרמטרי התוכנית יכללו מהירות הזנת חוט, משרעת תנודת המבער וזמן השהייה, AVC (בקרת מתח קשת לספק פער קשת קבוע) ועלייה לשיפוע. כדי לבצע ריתוך היתוך, התקן את ראש הריתוך עם האלקטרודה המתאימה ומהדק הצינור על הצינור וחזור ללוח הזמנים או התוכנית לריתוך מזיכרון מקור הכוח. רצף הריתוך מתחיל על ידי לחיצה על כפתור או מקש לוח ממברנה והריתוך נמשך ללא התערבות המפעיל.
משתנים שאינם ניתנים לתכנות. כדי להשיג איכות ריתוך טובה באופן עקבי, יש לשלוט בקפידה על פרמטרי הריתוך. הדבר מושג באמצעות דיוק מקור כוח הריתוך ותוכנית הריתוך, שהיא סט הוראות המוזנות למקור הכוח, המורכבות מפרמטרי ריתוך, לריתוך גודל מסוים של צינור או צינור. כמו כן, חייבת להיות סט יעיל של סטנדרטים לריתוך, המפרטים קריטריונים לקבלת ריתוך ומערכת בקרת איכות ובדיקה לריתוך כדי להבטיח שהריתוך עומד בסטנדרטים המוסכמים. עם זאת, יש לשלוט בקפידה גם בגורמים ונהלים מסוימים מלבד פרמטרי הריתוך. גורמים אלה כוללים שימוש בציוד הכנה טוב לקצה, נוהלי ניקוי וטיפול טובים, סבולות מידיות טובות של צינורות או חלקים אחרים המרותכים, סוג וגודל טונגסטן עקביים, גזים אינרטיים מטוהרים ביותר ותשומת לב זהירה לשינויים בחומר. - טמפרטורה גבוהה.
דרישות ההכנה לריתוך קצוות צינור הן קריטיות יותר לריתוך אורביטלי מאשר לריתוך ידני. חיבורים מרותכים לריתוך צינורות אורביטליים הם בדרך כלל חיבורי קת מרובעים. כדי להשיג את החזרתיות הרצויה בריתוך אורביטלי, נדרשת הכנה מדויקת, עקבית ומעובדת של הקצוות. מכיוון שזרם הריתוך תלוי בעובי הדופן, הקצוות חייבים להיות מרובעים ללא קוצים או שיפועים בקוטר החיצוני או הפנימי (OD או ID), מה שיוביל לעובי דופן שונה.
קצוות הצינורות חייבים להתאים יחד בראש הריתוך כך שלא יהיה פער מורגש בין קצוות חיבור הקיבוע המרובע. למרות שניתן להשיג חיבורים מרותכים עם פערים קטנים, איכות הריתוך עלולה להיפגע לרעה. ככל שהפער גדול יותר, כך גדל הסיכוי לבעיה. הרכבה לקויה עלולה לגרום לכשל מוחלט של ההלחמה. מסורי צינורות מתוצרת ג'ורג' פישר ואחרים החותכים את הצינור ופונים לקצוות הצינור באותה פעולה, או מחרטות ניידות להכנת קצוות כמו אלו מתוצרת פרוטם, וואקס ואחרים, משמשים לעתים קרובות לייצור ריתוכים אורביטליים חלקים המתאימים לעיבוד שבבי. מסורי חיתוך, מסורי ברזל, מסורי סרט וחותכי צינורות אינם מתאימים למטרה זו.
בנוסף לפרמטרי הריתוך המכניסים את הספק הריתוך, ישנם משתנים נוספים שיכולים להשפיע באופן עמוק על הריתוך, אך הם אינם חלק מתהליך הריתוך עצמו. אלה כוללים את סוג וגודל הטונגסטן, סוג וטוהר הגז המשמש להגנה על הקשת ולניקוי פנים מפרק הריתוך, קצב זרימת הגז המשמש לניקוי, סוג ראש הריתוך ומקור הכוח המשמשים, תצורת המפרק וכל מידע רלוונטי אחר. אנו מכנים משתנים אלה "לא ניתנים לתכנות" ורושמים אותם בלוח הזמנים של הריתוך. לדוגמה, סוג הגז נחשב למשתנה חיוני במפרט נוהל הריתוך (WPS) עבור נוהלי ריתוך כדי לעמוד בקוד ASME סעיף IX לדודים וכלי לחץ. שינויים בסוג הגז או באחוזי תערובת הגז, או ביטול ניקוי מזהה דורשים אימות מחדש של נוהל הריתוך.
גז ריתוך. פלדת אל-חלד עמידה בפני חמצון חמצן אטמוספרי בטמפרטורת החדר. כאשר היא מחוממת לנקודת ההיתוך שלה (1530°C או 2800°F עבור ברזל טהור) היא מתחמצנת בקלות. ארגון אינרטי משמש לרוב כגז מגן ולניקוי חיבורים פנימיים מרותכים באמצעות תהליך GTAW אורביטלי. טוהר הגז יחסית לחמצן ולחות קובע את כמות שינוי הצבע הנגרם מחמצון המתרחש על הריתוך או בסמוך לו לאחר הריתוך. אם גז הניקוי אינו באיכות הגבוהה ביותר או אם מערכת הניקוי אינה נקייה לחלוטין מדליפות כך שכמות קטנה של אוויר דולפת למערכת הניקוי, החמצון עשוי להיות טורקיז בהיר או כחלחל. כמובן, אי ניקוי יביא למשטח השחור הקרום המכונה בדרך כלל "מותק". ארגון בדרגת ריתוך המסופק בגלילים הוא טהור ב-99.996-99.997%, תלוי בספק, ומכיל 5-7 ppm של חמצן וזיהומים אחרים, כולל H2O, O2, CO2, פחמימנים וכו', בסך הכל 40 ppm a מקסימום. ארגון בעל טוהר גבוה במיכל או ארגון נוזלי במיכל דיואר יכול להיות טהור ב-99.999% או בריכוז זיהומים כולל של 10 ppm, עם מקסימום של 2 ppm חמצן. הערה: ניתן להשתמש במטהרי גז כגון Nanochem או Gatekeeper במהלך הניקוי כדי להפחית את רמות הזיהום לטווח של חלקים למיליארד (ppb).
הרכב מעורב. תערובות גז כגון 75% הליום/25% ארגון ו-95% ארגון/5% מימן יכולות לשמש כגזי מגן עבור יישומים מיוחדים. שתי התערובות ייצרו ריתוכים חמים יותר מאלה שבוצעו תחת אותן הגדרות תוכנית כמו ארגון. תערובות הליום מתאימות במיוחד לחדירה מקסימלית על ידי ריתוך היתוך על פלדת פחמן. יועץ בתעשיית המוליכים למחצה ממליץ על שימוש בתערובות ארגון/מימן כגזי מגן עבור יישומי UHP. לתערובות מימן יש מספר יתרונות, אך גם כמה חסרונות רציניים. היתרון הוא שהן מייצרות שלולית רטובה יותר ומשטח ריתוך חלק יותר, שהוא אידיאלי ליישום מערכות אספקת גז בלחץ גבוה במיוחד עם משטח פנימי חלק ככל האפשר. נוכחות המימן מספקת אטמוספרה מחזרת, כך שאם עקבות של חמצן נמצאים בתערובת הגז, הריתוך המתקבל ייראה נקי יותר עם פחות שינוי צבע מאשר ריכוז חמצן דומה בארגון טהור. אפקט זה אופטימלי בתכולת מימן של כ-5%. חלקם משתמשים בתערובת ארגון/מימן של 95/5% כניקוי מזהה כדי לשפר את מראה חרוז הריתוך הפנימי.
חרוז הריתוך המשתמש בתערובת מימן כגז מגן הוא צר יותר, אלא שלפלדת אל-חלד יש תכולת גופרית נמוכה מאוד והיא מייצרת יותר חום בריתוך מאשר אותה הגדרת זרם עם ארגון לא מעורבב. חיסרון משמעותי של תערובות ארגון/מימן הוא שהקשת הרבה פחות יציבה מארגון טהור, ויש נטייה לסחיפה של הקשת, חמורה מספיק כדי לגרום לחוסר היתוך. סחיפה של הקשת עשויה להיעלם כאשר משתמשים במקור גז מעורב אחר, דבר המצביע על כך שהיא עלולה להיגרם עקב זיהום או ערבוב לקוי. מכיוון שהחום שנוצר על ידי הקשת משתנה עם ריכוז המימן, ריכוז קבוע חיוני להשגת ריתוכים חוזרים, וישנם הבדלים בגז בבקבוק מעורבב מראש. חיסרון נוסף הוא שאורך החיים של טונגסטן מתקצר מאוד כאשר משתמשים בתערובת מימן. בעוד שהסיבה להידרדרות הטונגסטן מהגז המעורב לא נקבעה, דווח כי הקשת קשה יותר וייתכן שיהיה צורך להחליף את הטונגסטן לאחר ריתוך אחד או שניים. לא ניתן להשתמש בתערובות ארגון/מימן לריתוך פלדת פחמן או טיטניום.
מאפיין ייחודי של תהליך TIG הוא שהוא אינו צורך אלקטרודות. לטונגסטן יש את נקודת ההיתוך הגבוהה ביותר מכל מתכת (6098°F; 3370°C) והוא פולט אלקטרונים טוב, מה שהופך אותו מתאים במיוחד לשימוש כאלקטרודה שאינה מתכלה. תכונותיו משתפרות על ידי הוספת 2% של תחמוצות אדמה נדירות מסוימות כגון צריה, תחמוצת לנתן או תחמוצת תוריום כדי לשפר את התנעת הקשת ויציבותה. טונגסטן טהור משמש לעתים רחוקות ב-GTAW בגלל התכונות המעולות של טונגסטן צריום, במיוחד עבור יישומי GTAW אורביטליים. טונגסטן תוריום משמש פחות מבעבר מכיוון שהוא רדיואקטיבי במידה מסוימת.
אלקטרודות בעלות גימור מלוטש הן אחידות יותר בגודלן. משטח חלק תמיד עדיף על פני משטח מחוספס או לא עקבי, שכן עקביות בגיאומטריית האלקטרודה היא קריטית לתוצאות ריתוך אחידות ועקביות. אלקטרונים הנפלטים מהקצה (DCEN) מעבירים חום מקצה הטונגסטן לריתוך. קצה עדין יותר מאפשר שמירה על צפיפות זרם גבוהה מאוד, אך עלול לגרום לחיי טונגסטן קצרים יותר. עבור ריתוך אורביטלי, חשוב ללטש מכנית את קצה האלקטרודה כדי להבטיח חזרתיות של גיאומטריית הטונגסטן וחזרתיות הריתוך. הקצה הקהה מאלץ את הקשת מהריתוך לאותה נקודה על הטונגסטן. קוטר הקצה שולט בצורת הקשת ובכמות החדירה בזרם מסוים. זווית ההתחדדות משפיעה על מאפייני הזרם/מתח של הקשת ויש לציין אותה ולשלוט בה. אורך הטונגסטן חשוב מכיוון שניתן להשתמש באורך ידוע של טונגסטן כדי לקבוע את פער הקשת. פער הקשת עבור ערך זרם ספציפי קובע את המתח ולכן את ההספק המופעל על הריתוך.
גודל האלקטרודה וקוטר הקצה שלה נבחרים בהתאם לעוצמת זרם הריתוך. אם הזרם גבוה מדי עבור האלקטרודה או הקצה שלה, היא עלולה לאבד מתכת מהקצה, ושימוש באלקטרודות עם קוטר קצה גדול מדי עבור הזרם עלול לגרום לסחיפת קשת. אנו מגדירים את קוטרי האלקטרודה והקצה לפי עובי הדופן של מפרק הריתוך ומשתמשים בקוטר של 0.0625 כמעט לכל דבר עד עובי דופן של 0.093 אינץ', אלא אם כן השימוש מיועד לשימוש עם אלקטרודות בקוטר של 0.040 אינץ' לריתוך רכיבים מדויקים קטנים. לצורך חזרתיות של תהליך הריתוך, יש לציין ולשלוט בסוג וגימור הטונגסטן, אורך, זווית התחדדות, קוטר, קוטר קצה ופער קשת. עבור יישומי ריתוך צינורות, מומלץ תמיד טונגסטן צריום מכיוון שלסוג זה חיי שירות ארוכים בהרבה מסוגים אחרים ויש לו מאפייני הצתה מצוינים של קשת. טונגסטן צריום אינו רדיואקטיבי.
למידע נוסף, אנא צרו קשר עם ברברה הנון, מנהלת פרסומים טכניים, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. טלפון: 818-896-9556. פקס: 818-890-3724.