편집자 주: Pharmaceutical Online에서는 Arc Machines의 업계 전문가 Barbara Henon이 쓴 생물공정 파이프의 궤도 용접에 관한 4부작 기사를 소개하게 되어 기쁩니다. 이 기사는 Henon 박사가 작년 말 ASME 컨퍼런스에서 발표한 내용을 각색한 것입니다.
부식 저항성 손실을 방지합니다.DI 또는 WFI와 같은 고순도 물은 스테인리스 스틸에 대한 매우 공격적인 에칭제입니다.또한 제약 등급 WFI는 멸균성을 유지하기 위해 고온(80°C)에서 순환됩니다.제품에 치명적인 생물을 지원할 만큼 온도를 낮추는 것과 "루즈" 생산을 촉진할 만큼 온도를 높이는 것 사이에는 미묘한 차이가 있습니다.루즈는 스테인리스 스틸 파이프 시스템 구성 요소의 부식으로 인해 발생하는 다양한 구성의 갈색 필름입니다.먼지와 산화철이 주요 구성 요소일 수 있지만 다양한 형태의 철, 크롬 및 니켈도 존재할 수 있습니다.루즈의 존재는 일부 제품에 치명적이며 존재하면 추가 부식으로 이어질 수 있지만 다른 시스템에서의 존재는 비교적 온건해 보입니다.
용접은 내식성에 악영향을 미칠 수 있습니다. 고온 색상은 용접 중 용접부와 열영향부(HAZ)에 산화 물질이 침착되어 발생하는 것으로, 특히 유해하며 제약용 수처리 시스템에서 붉은색(rouge) 형성과 관련이 있습니다. 크롬 산화물 형성은 고온 색조를 유발하여 부식에 취약한 크롬 결핍층을 남길 수 있습니다. 고온 색상은 산세척 및 연삭을 통해 제거할 수 있으며, 표면의 금속(기저 크롬 결핍층 포함)을 제거하고 내식성을 모재 금속 수준에 가깝게 복원할 수 있습니다. 그러나 산세척 및 연삭은 표면 마감에 해롭습니다. 배관 시스템을 사용하기 전에 질산이나 킬레이트제 제제를 사용하여 배관 시스템을 부동태화하는 것은 용접 및 제작의 악영향을 극복하기 위해 수행됩니다. 오거 전자 분석 결과, 킬레이트 부동태화는 용접부 및 열영향부에서 발생한 산소, 크롬, 철, 니켈 및 망간의 표면 분포 변화를 용접 전 상태로 복원할 수 있음을 보여주었습니다. 그러나 부동태화는 열 착색은 바깥 표면층에만 영향을 미치고 50옹스트롬 아래로는 침투하지 않지만, 열 착색은 표면 아래 1000옹스트롬 이상까지 확장될 수 있습니다.
따라서 용접되지 않은 기질 가까이에 내식성 배관 시스템을 설치하려면 용접 및 제조로 인한 손상을 수동화로 실질적으로 복구할 수 있는 수준으로 제한하는 것이 중요합니다.이를 위해서는 산소 함량이 최소인 퍼지 가스를 사용하고 대기 중 산소나 습기로 오염되지 않은 상태로 용접 조인트의 내경으로 가스를 공급해야 합니다.내식성 손실을 방지하기 위해서는 용접 중 열 입력을 정확하게 제어하고 과열을 피하는 것도 중요합니다.반복 가능하고 일관된 고품질 용접을 달성하기 위한 제조 공정 제어와 오염을 방지하기 위한 제조 중 스테인리스 스틸 파이프 및 구성 요소의 신중한 취급은 내식성과 장기적인 생산적 서비스를 제공하는 고품질 배관 시스템에 필수적인 요구 사항입니다.
고순도 생물약학용 스테인리스 스틸 배관 시스템에 사용되는 재료는 지난 10년 동안 내식성을 개선하는 방향으로 발전해 왔습니다. 1980년 이전에 사용된 대부분의 스테인리스 스틸은 304 스테인리스 스틸이었습니다. 이는 비교적 저렴하고 이전에 사용된 구리에 비해 개선된 것이었기 때문입니다. 실제로 300 시리즈 스테인리스 스틸은 기계 가공이 비교적 쉽고, 내식성을 과도하게 손상시키지 않고 용융 용접이 가능하며, 특별한 예열 및 후열 처리가 필요하지 않습니다.
최근 고순도 배관 응용 분야에서 316 스테인리스 스틸의 사용이 증가하고 있습니다.316 유형은 304 유형과 구성이 유사하지만 두 가지 모두에 공통적인 크롬 및 니켈 합금 원소 외에도 316에는 약 2%의 몰리브덴이 포함되어 있어 316의 내식성이 크게 향상됩니다.304L 및 316L 유형은 "L" 등급이라고 하며 표준 등급보다 탄소 함량이 낮습니다(0.035% 대 0.08%).탄소 함량의 이러한 감소는 용접으로 인해 발생할 수 있는 탄화물 침전의 양을 줄이기 위한 것입니다.이것은 크롬 탄화물의 형성으로 크롬 기본 금속의 결정립계를 고갈시켜 부식에 취약하게 만듭니다."감작"이라고 하는 크롬 탄화물의 형성은 시간과 온도에 따라 달라지며 수동 납땜 시 더 큰 문제입니다.초오스테나이트 스테인리스 강의 오비탈 용접이 AL-6XN은 수작업으로 진행한 유사한 용접보다 내식성이 더 뛰어난 용접을 제공합니다. 오비탈 용접은 전류, 맥동 및 타이밍을 정밀하게 제어하여 수동 용접보다 열 입력이 더 낮고 균일하기 때문입니다. "L" 등급 304 및 316과 함께 오비탈 용접을 사용하면 파이프 시스템의 부식 발생 요인인 탄화물 침전을 사실상 제거할 수 있습니다.
스테인리스 강의 열간 변화.용접 매개변수와 기타 요소는 상당히 엄격한 허용 오차 범위 내에서 유지할 수 있지만, 스테인리스 강의 열간 용접에 필요한 열 입력에는 여전히 차이가 있습니다.열 번호는 공장에서 특정 스테인리스 강의 용융물에 할당된 로트 번호입니다.각 배치의 정확한 화학적 구성은 배치 식별 또는 열 번호와 함께 공장 테스트 보고서(MTR)에 기록됩니다.순철은 1538°C(2800°F)에서 녹는 반면, 합금 금속은 존재하는 각 합금 또는 미량 원소의 종류와 농도에 따라 다양한 온도 범위에서 녹습니다.스테인리스 강의 두 열은 각 원소의 농도가 정확히 동일하지 않으므로 용접 특성은 용광로마다 다릅니다.
AOD 파이프(위)와 EBR 소재(아래)의 316L 파이프 오비탈 용접의 SEM은 용접 비드의 매끄러움에 상당한 차이가 있음을 보여주었습니다.
대부분의 OD와 벽 두께가 비슷한 열에는 단일 용접 절차가 효과적일 수 있지만, 일부 열은 일반적인 열보다 적은 전류가 필요하고 일부는 일반적인 열보다 높은 전류가 필요합니다. 이러한 이유로 작업 현장에서 다양한 재료를 가열할 때는 잠재적인 문제를 피하기 위해 주의 깊게 추적해야 합니다. 대체로 새로운 열은 만족스러운 용접 절차를 달성하기 위해 전류를 약간만 변경하면 됩니다.
유황 문제. 원소 유황은 제강 공정에서 대부분 제거되는 철광석 관련 불순물입니다. AISI 유형 304 및 316 스테인리스 강은 최대 유황 함량이 0.030%로 지정되어 있습니다. 아르곤 산소 탈탄(AOD) 및 진공 유도 용해 후 진공 아크 재용해(VIM+VAR)와 같은 이중 진공 용해 관행과 같은 현대 강철 정련 공정의 개발로 다음과 같은 방식으로 매우 특별한 강철을 생산할 수 있게 되었습니다. 화학 성분. 강의 유황 함량이 약 0.008% 미만이면 용접 풀의 특성이 변하는 것으로 나타났습니다. 이는 유황과 그보다 덜한 정도로 다른 원소가 용접 풀의 표면 장력의 온도 계수에 미치는 영향으로, 이는 액체 풀의 흐름 특성을 결정합니다.
매우 낮은 유황 농도(0.001%~0.003%)에서 용접 퍼들의 침투는 중간 유황 함량 재료에 대해 만든 유사한 용접과 비교하여 매우 넓어집니다. 낮은 유황 스테인리스 강 파이프에 만든 용접은 용접이 더 넓어지는 반면, 두꺼운 벽 파이프(0.065인치 또는 1.66mm 이상)에서는 리세스 용접이 만들어질 경향이 더 큽니다. 용접 전류가 완전히 침투된 용접을 생성하기에 충분한 경우입니다. 이로 인해 유황 함량이 매우 낮은 재료는 용접하기가 더 어렵고, 특히 벽이 두꺼울 때 그렇습니다. 304 또는 316 스테인리스 강의 유황 농도가 높은 경우 용접 비드는 외관이 덜 유동적이고 중간 유황 재료보다 거칠어지는 경향이 있습니다. 따라서 용접성을 위해 이상적인 유황 함량은 ASTM A270 S2에서 제약품 품질 튜빙에 대해 지정한 대로 약 0.005%~0.017% 범위에 있습니다.
전해연마 스테인리스 강관 생산업체는 316 또는 316L 스테인리스 강에 함유된 황 함량이 적당하더라도 반도체 및 생물제약 분야 고객의 매끄럽고 구멍 없는 내부 표면 요구 사항을 충족하기 어렵다는 사실을 발견했습니다. 튜브 표면 마감의 매끄러움을 확인하기 위해 주사 전자 현미경을 사용하는 것이 점점 더 보편화되고 있습니다. 기본 금속에 함유된 황은 비금속 개재물 또는 황화망간(MnS) "스트링거"를 형성하는 것으로 나타났으며, 이는 전해연마 중에 제거되고 0.25~1.0마이크론 범위의 공극을 남깁니다.
전해연마 튜브 제조업체와 공급업체는 표면 마감 요구 사항을 충족하기 위해 초저유황 재료를 사용하는 방향으로 시장을 확대하고 있습니다. 그러나 문제는 전해연마 튜브에만 국한되지 않습니다. 전해연마되지 않은 튜브의 경우 배관 시스템의 수동화 과정에서 내포물이 제거됩니다. 공극은 매끄러운 표면 영역보다 구멍이 생기기 쉽다는 것이 밝혀졌습니다. 따라서 저유황의 "더 깨끗한" 재료를 선호하는 추세에는 몇 가지 타당한 이유가 있습니다.
아크 변형.스테인리스 강의 용접성을 개선하는 것 외에도, 약간의 유황이 존재하면 가공성도 향상됩니다.결과적으로 제조업체와 제조업체는 지정된 유황 함량 범위의 상위에 있는 재료를 선택하는 경향이 있습니다.매우 낮은 유황 농도의 튜빙을 유황 함량이 높은 피팅, 밸브 또는 기타 튜빙에 용접하면 아크가 유황 함량이 낮은 튜빙 쪽으로 편향되기 때문에 용접 문제가 발생할 수 있습니다.아크 변형이 발생하면 유황 농도가 높은 쪽보다 유황 함량이 낮은 쪽에서 침투가 더 깊어지는데, 이는 유황 농도가 일치하는 파이프를 용접할 때 발생하는 현상과 반대입니다.극단적인 경우, 용접 비드가 유황 함량이 낮은 재료를 완전히 관통하여 용접 내부가 완전히 융합되지 않을 수 있습니다(Fihey 및 Simeneau, 1982).피팅의 유황 함량을 파이프의 유황 함량과 일치시키기 위해 펜실베이니아 Carpenter Technology Corporation의 Carpenter Steel Division은 저유황(최대 0.005%) 316 바 스톡(Type 316L-SCQ) (VIM+VAR) )는 저유황 파이프에 용접하기 위한 피팅 및 기타 구성품을 제조하는 데 사용됩니다. 두 가지 매우 낮은 유황 재료를 서로 용접하는 것은 매우 낮은 유황 재료를 높은 유황 재료에 용접하는 것보다 훨씬 쉽습니다.
저유황 튜브 사용으로의 전환은 대체로 매끄러운 전해연마 내부 튜브 표면을 확보해야 할 필요성 때문입니다. 표면 마감과 전해연마는 반도체 산업과 바이오기술/제약 산업 모두에 중요하지만, SEMI는 반도체 산업 사양을 작성할 때 공정 가스 라인용 316L 튜빙은 최적의 성능을 위해 0.004% 유황 캡을 가져야 한다고 명시했습니다. 반면 ASTM은 ASTM 270 사양을 수정하여 유황 함량을 0.005~0.017% 범위로 제한하는 제약 등급 튜빙을 포함했습니다. 이로 인해 낮은 범위의 유황에 비해 용접 어려움이 줄어들 것입니다. 그러나 이 제한된 범위 내에서도 저유황 파이프를 고유황 파이프나 피팅에 용접할 때 아크 편향이 여전히 발생할 수 있으며 설치자는 재료의 가열을 주의 깊게 추적하고 제작 전에 가열 간 솔더 호환성을 확인해야 합니다. 용접 생산.
기타 미량 원소. 유황, 산소, 알루미늄, 실리콘, 망간 등의 미량 원소는 침투성에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌습니다. 산화물 개재물로 기본 금속에 존재하는 미량의 알루미늄, 실리콘, 칼슘, 티타늄, 크롬은 용접 중 슬래그 형성과 관련이 있습니다.
다양한 원소의 효과는 누적되므로 산소가 있으면 저유황 효과 중 일부를 상쇄할 수 있습니다. 높은 수준의 알루미늄은 유황 침투에 대한 긍정적 효과를 상쇄할 수 있습니다. 망간은 용접 온도에서 휘발되어 용접 열영향부에 침전됩니다. 이러한 망간 침전물은 내식성 손실과 관련이 있습니다(Cohen, 1997 참조). 반도체 산업은 현재 이러한 내식성 손실을 막기 위해 저망간 및 초저망간 316L 소재를 실험하고 있습니다.
슬래그 형성.일부 열의 경우 스테인리스 스틸 비드에 슬래그 섬이 가끔 나타납니다.이는 본질적으로 재료 문제이지만 때로는 용접 매개변수를 변경하면 이를 최소화할 수 있거나 아르곤/수소 혼합물을 변경하면 용접이 개선될 수 있습니다.폴라드는 기본 금속의 알루미늄과 실리콘의 비율이 슬래그 형성에 영향을 미친다는 것을 발견했습니다.원치 않는 플라크 유형 슬래그가 형성되는 것을 방지하기 위해 그는 알루미늄 함량을 0.010%로, 실리콘 함량을 0.5%로 유지할 것을 권장합니다.그러나 Al/Si 비율이 이 수준을 초과하면 플라크 유형이 아닌 구형 슬래그가 형성될 수 있습니다.이러한 유형의 슬래그는 전해 연마 후 피트를 남길 수 있으며 고순도 응용 분야에는 허용되지 않습니다.용접의 OD에 형성되는 슬래그 섬은 ID 패스의 불균일한 침투를 유발하여 침투가 불충분해질 수 있습니다.ID 용접 비드에 형성되는 슬래그 섬은 부식되기 쉽습니다.
펄스를 이용한 단일 용접.표준 자동 오비탈 튜브 용접은 펄스 전류와 연속적인 일정 속도 회전을 이용한 단일 패스 용접입니다.이 기술은 외부 직경이 1/8인치에서 약 7인치이고 벽 두께가 0.083인치 이하인 파이프에 적합합니다.시간 설정된 사전 퍼지 후 아크가 발생합니다.튜브 벽의 관통은 아크가 있지만 회전은 발생하지 않는 시간 지연 동안 수행됩니다.이 회전 지연 후 전극은 용접 조인트 주위를 회전하여 마지막 용접 층 동안 용접이 용접의 초기 부분과 결합되거나 겹칩니다.연결이 완료되면 전류가 시간에 따라 감소합니다.
스텝 모드("동기" 용접). 일반적으로 0.083인치보다 두꺼운 벽 소재의 융착 용접의 경우 융착 용접 전원을 동기 또는 스텝 모드로 사용할 수 있습니다. 동기 또는 스텝 모드에서 용접 전류 펄스는 스트로크와 동기화되므로 회전자는 고전류 펄스 동안 최대 침투를 위해 고정되고 저전류 펄스 동안 이동합니다. 동기 기술은 기존 용접의 1/10 또는 1/100초 펄스 시간과 비교하여 0.5~1.5초 정도의 더 긴 펄스 시간을 사용합니다. 이 기술은 0.154인치 또는 6인치 두께의 40게이지 40 박벽 파이프를 0.154인치 또는 6인치 벽 두께로 효과적으로 용접할 수 있습니다. 스텝 기술은 더 넓은 용접을 생성하여 결함에 강하고 치수 허용 오차, 약간의 정렬 불량 또는 재료 열적 불일치가 있을 수 있는 파이프 피팅과 파이프와 같은 불규칙한 부품을 용접하는 데 유용합니다. 이 유형의 용접은 기존 용접보다 약 2배의 아크 시간이 필요하며 적합하지 않습니다. 더 넓고 거친 솔기 때문에 초고순도(UHP) 응용 분야에 적합합니다.
프로그래밍 가능한 변수.현재 세대의 용접 전원은 마이크로프로세서 기반이며, 퍼지 시간, 용접 전류, 이동 속도(RPM)를 포함하여 용접할 파이프의 특정 직경(OD) 및 벽 두께에 대한 용접 매개변수에 대한 수치적 값을 지정하는 프로그램을 저장합니다.층 수 및 층당 시간, 펄스 시간, 다운힐 시간 등입니다.필러 와이어가 추가된 오비탈 튜브 용접의 경우 프로그램 매개변수에는 와이어 공급 속도, 토치 진동 진폭 및 정지 시간, AVC(일정한 아크 갭을 제공하기 위한 아크 전압 제어), 업슬로프가 포함됩니다.융착을 수행하려면 파이프에 적절한 전극 및 파이프 클램프 인서트가 있는 용접 헤드를 설치하고 전원 메모리에서 용접 일정이나 프로그램을 호출합니다.용접 시퀀스는 버튼이나 멤브레인 패널 키를 눌러 시작되고 작업자의 개입 없이 용접이 계속됩니다.
프로그래밍할 수 없는 변수. 지속적으로 좋은 용접 품질을 얻으려면 용접 매개변수를 신중하게 제어해야 합니다. 이는 용접 전원과 용접 프로그램의 정확성을 통해 달성되는데, 용접 프로그램은 특정 크기의 파이프나 파이프를 용접하기 위해 전원에 입력되는 일련의 지침으로, 용접 매개변수로 구성됩니다. 또한 용접 허용 기준과 용접 검사 및 품질 관리 시스템을 명시하는 효과적인 용접 표준 세트가 있어야 용접이 합의된 표준을 충족하는지 확인할 수 있습니다. 그러나 용접 매개변수 외의 특정 요소와 절차도 신중하게 제어해야 합니다. 이러한 요소에는 우수한 최종 준비 장비 사용, 우수한 세척 및 취급 관행, 용접되는 튜빙이나 기타 부품의 우수한 치수 허용 오차, 일관된 텅스텐 유형 및 크기, 고도로 정제된 불활성 가스, 재료 변화에 대한 세심한 주의가 포함됩니다. - 고온.
오비탈 용접의 경우 파이프 끝단 용접을 위한 준비 요구 사항은 수동 용접보다 더욱 중요합니다. 오비탈 파이프 용접을 위한 용접 조인트는 일반적으로 정사각형 맞대기 조인트입니다. 오비탈 용접에서 원하는 반복성을 달성하려면 정밀하고 일관되며 기계로 가공된 끝단 준비가 필요합니다. 용접 전류는 벽 두께에 따라 달라지므로 끝단은 OD 또는 ID(외경 또는 내경)에 버 또는 경사가 없이 정사각형이어야 합니다. 그렇지 않으면 벽 두께가 달라집니다.
파이프 끝은 사각형 맞대기 접합부 끝 사이에 눈에 띄는 틈이 없도록 용접 헤드에서 서로 맞아야 합니다. 작은 틈이 있는 용접 접합부를 만들 수 있지만 용접 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 틈이 클수록 문제가 발생할 가능성이 커집니다. 조립이 불량하면 납땜이 완전히 실패할 수 있습니다. George Fischer 등이 제작한 파이프 톱은 파이프를 절단하고 동일한 작업으로 파이프 끝을 마주보게 하거나 Protem, Wachs 등이 제작한 휴대용 끝단 준비 선반은 종종 기계 가공에 적합한 매끄러운 끝단 오비탈 용접을 만드는 데 사용됩니다. 초프 톱, 쇠톱, 밴드 톱 및 튜빙 커터는 이 목적에 적합하지 않습니다.
용접에 전력을 입력하는 용접 매개변수 외에도 용접에 큰 영향을 미칠 수 있는 다른 변수가 있지만 실제 용접 절차에는 포함되지 않습니다.여기에는 텅스텐의 종류와 크기, 아크를 차폐하고 용접 조인트 내부를 퍼지하는 데 사용되는 가스의 종류와 순도, 퍼지에 사용되는 가스 유량, 사용되는 헤드와 전원의 종류, 조인트의 구성 및 기타 관련 정보가 포함됩니다.이러한 "프로그래밍 불가능" 변수라고 하며 용접 일정에 기록합니다.예를 들어, 가스 종류는 ASME Section IX 보일러 및 압력 용기 코드를 준수하는 용접 절차에 대한 용접 절차 사양(WPS)에서 필수 변수로 간주됩니다.가스 종류 또는 가스 혼합 비율의 변경 또는 ID 퍼지 제거에는 용접 절차를 다시 검증해야 합니다.
용접 가스. 스테인리스강은 실온에서 대기 중 산소 산화에 강합니다. 융점(순철의 경우 1530°C 또는 2800°F)까지 가열하면 쉽게 산화됩니다. 불활성 아르곤은 차폐 가스로 가장 일반적으로 사용되며, 오비탈 GTAW 공정을 통해 내부 용접부 퍼지에도 사용됩니다. 산소 및 수분 대비 가스 순도는 용접 후 용접부 또는 그 근처에서 발생하는 산화 변색의 정도를 결정합니다. 퍼지 가스의 품질이 좋지 않거나 퍼지 시스템이 완전히 누출되지 않아 소량의 공기가 퍼지 시스템으로 누출되면 산화가 연한 청록색 또는 청색을 띨 수 있습니다. 물론 세척을 하지 않으면 일반적으로 "가당화"라고 하는 딱딱한 검은색 표면이 생기지 않습니다. 실린더에 공급되는 용접 등급 아르곤은 공급업체에 따라 순도가 99.996~99.997%이며, 5~7ppm의 산소와 H2O, O2를 포함한 기타 불순물을 포함합니다. CO2, 탄화수소 등 최대 40ppm입니다. 실린더에 있는 고순도 아르곤이나 듀어에 있는 액체 아르곤은 순도가 99.999%이거나 총 불순물이 10ppm이고 산소는 최대 2ppm입니다. 참고: Nanochem이나 Gatekeeper와 같은 가스 정화기는 정화 중에 오염 수준을 ppb(10억분의 1) 범위로 줄이는 데 사용할 수 있습니다.
혼합 조성. 75% 헬륨/25% 아르곤 및 95% 아르곤/5% 수소와 같은 가스 혼합물은 특수 용도의 차폐 가스로 사용될 수 있습니다. 두 혼합물은 아르곤과 동일한 프로그램 설정에서 수행된 것보다 더 높은 온도의 용접을 생성했습니다. 헬륨 혼합물은 특히 탄소강의 용융 용접에서 최대 용입을 위해 적합합니다. 반도체 산업 컨설턴트는 UHP 용도의 차폐 가스로 아르곤/수소 혼합물을 사용할 것을 권장합니다. 수소 혼합물은 여러 가지 장점이 있지만 심각한 단점도 있습니다. 장점은 더 젖은 웅덩이와 더 매끄러운 용접 표면을 생성한다는 것입니다. 이는 가능한 한 매끄러운 내부 표면을 가진 초고압 가스 공급 시스템을 구현하는 데 이상적입니다. 수소의 존재는 환원 분위기를 제공하므로 가스 혼합물에 미량의 산소가 존재하더라도 결과 용접은 순수 아르곤의 유사한 산소 농도보다 변색이 적고 더 깨끗해 보입니다. 이 효과는 약 5%의 수소 함량에서 최적입니다. 일부에서는 외관을 개선하기 위해 95/5% 아르곤/수소 혼합물을 ID 퍼지로 사용합니다. 내부 용접 비드의.
수소 혼합물을 보호 가스로 사용하는 용접 비드는 스테인리스 스틸의 황 함량이 매우 낮고 혼합되지 않은 아르곤을 사용한 동일한 전류 설정보다 용접에서 더 많은 열을 발생시킨다는 점을 제외하면 더 좁습니다.아르곤/수소 혼합물의 중요한 단점은 아크가 순수 아르곤보다 훨씬 덜 안정적이며 아크가 표류하는 경향이 있으며 이는 오용융을 일으킬 정도로 심각하다는 것입니다.아크 표류는 다른 혼합 가스 소스를 사용하면 사라질 수 있으며 오염이나 혼합 불량으로 인해 발생할 수 있음을 시사합니다.아크에서 생성되는 열은 수소 농도에 따라 다르므로 반복 가능한 용접을 달성하려면 일정한 농도가 필수적이며 사전 혼합된 병입 가스에는 차이가 있습니다.또 다른 단점은 수소 혼합물을 사용하면 텅스텐의 수명이 크게 단축된다는 것입니다.혼합 가스에서 텅스텐이 열화되는 이유는 결정되지 않았지만 아크가 더 어렵고 1~2회 용접 후 텅스텐을 교체해야 할 수 있다고 보고되었습니다.아르곤/수소 혼합물은 탄소강이나 티타늄을 용접하는 데 사용됩니다.
TIG 공정의 뚜렷한 특징은 전극을 소모하지 않는다는 것입니다.텅스텐은 모든 금속 중에서 가장 높은 녹는점(6098°F, 3370°C)을 가지고 있으며, 우수한 전자 방출체이기 때문에 비소모성 전극으로 사용하기에 특히 적합합니다.세리아, 산화란탄 또는 산화토륨과 같은 특정 희토류 산화물을 2% 첨가하여 아크 시작 및 아크 안정성을 개선함으로써 그 특성이 향상되었습니다.순수 텅스텐은 세륨 텅스텐의 뛰어난 특성, 특히 궤도 GTAW 응용 분야 때문에 GTAW에 거의 사용되지 않습니다.토륨 텅스텐은 어느 정도 방사성이 있기 때문에 과거보다 덜 사용됩니다.
광택 마감 처리된 전극은 크기가 더 균일합니다.매끄러운 표면은 거칠거나 일관되지 않은 표면보다 항상 바람직합니다.일관되고 균일한 용접 결과를 얻으려면 전극 기하학적 구조의 일관성이 중요하기 때문입니다.팁에서 방출된 전자(DCEN)는 텅스텐 팁에서 용접부로 열을 전달합니다.팁이 미세하면 전류 밀도를 매우 높게 유지할 수 있지만 텅스텐 수명이 짧아질 수 있습니다.오비탈 용접의 경우 텅스텐 기하학적 구조의 반복성과 용접 반복성을 보장하기 위해 전극 팁을 기계적으로 연마하는 것이 중요합니다.무딘 팁은 용접부에서 텅스텐의 같은 지점으로 아크를 강제로 보냅니다.팁 직경은 특정 전류에서 아크의 모양과 침투량을 제어합니다.테이퍼 각도는 아크의 전류/전압 특성에 영향을 미치며 지정하고 제어해야 합니다.텅스텐의 길이가 중요한 이유는 알려진 텅스텐 길이를 사용하여 아크 갭을 설정할 수 있기 때문입니다.특정 전류 값에 대한 아크 갭은 전압과 용접에 적용되는 전력을 결정합니다.
전극 크기와 팁 직경은 용접 전류 세기에 따라 선택됩니다. 전류가 전극이나 팁에 비해 너무 높으면 팁에서 금속이 손실될 수 있으며 전류에 비해 팁 직경이 너무 큰 전극을 사용하면 아크 드리프트가 발생할 수 있습니다. 용접 조인트의 벽 두께에 따라 전극과 팁 직경을 지정하고 0.040인치 직경 전극과 함께 소형 정밀 부품을 용접하도록 설계된 경우가 아니면 벽 두께가 0.093인치까지 거의 모든 것에 대해 0.0625 직경을 사용합니다. 용접 공정의 반복성을 위해 텅스텐 유형과 마감, 길이, 테이퍼 각도, 직경, 팁 직경 및 아크 갭을 모두 지정하고 제어해야 합니다. 튜브 용접 응용 분야의 경우 세륨 텅스텐이 항상 권장되는데, 이 유형은 다른 유형보다 수명이 훨씬 길고 아크 점화 특성이 우수하기 때문입니다. 세륨 텅스텐은 비방사성입니다.
자세한 내용은 기술 출판 관리자 Barbara Henon에게 문의하세요. 주소는 Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331입니다. 전화: 818-896-9556, 팩스: 818-890-3724.