Redaktora piezīme: Pharmaceutical Online ar prieku piedāvā šo četru daļu rakstu par bioprocesu cauruļvadu orbitālo metināšanu, ko sagatavojusi nozares eksperte Barbara Henona no Arc Machines. Šis raksts ir adaptēts no Dr. Henonas prezentācijas ASME konferencē pagājušā gada beigās.
Novērst korozijas izturības zudumu. Augstas tīrības pakāpes ūdens, piemēram, dejonizēts ūdens vai ūdens filtrs (WFI), ir ļoti agresīvs kodinātājs nerūsējošajam tēraudam. Turklāt farmaceitiskās kvalitātes WFI tiek cikliski apstrādāts augstā temperatūrā (80°C), lai saglabātu sterilitāti. Pastāv neliela atšķirība starp temperatūras pazemināšanu, lai atbalstītu dzīvos organismus, kas ir letāli produktam, un temperatūras paaugstināšanu, lai veicinātu "sarkanās" krāsas ražošanu. Sarkanā krāsa ir brūna plēve ar dažādu sastāvu, ko izraisa nerūsējošā tērauda cauruļvadu sistēmas komponentu korozija. Galvenās sastāvdaļas var būt netīrumi un dzelzs oksīdi, taču var būt klāt arī dažādas dzelzs, hroma un niķeļa formas. Sarkanā krāsa ir letāla dažiem produktiem, un tās klātbūtne var izraisīt turpmāku koroziju, lai gan citās sistēmās tās klātbūtne šķiet diezgan nekaitīga.
Metināšana var negatīvi ietekmēt izturību pret koroziju. Karstā krāsa rodas oksidējoša materiāla nogulsnēšanās rezultātā uz metinājuma šuvēm un HAZ metināšanas laikā, tā ir īpaši kaitīga un saistīta ar sārtuma veidošanos farmaceitiskajās ūdens sistēmās. Hroma oksīda veidošanās var izraisīt karstu nokrāsu, atstājot hroma noplicinātu slāni, kas ir uzņēmīgs pret koroziju. Karsto krāsu var noņemt, kodinot un slīpējot, noņemot metālu no virsmas, ieskaitot pamatā esošo hroma noplicināto slāni, un atjaunojot korozijas izturību līdz līmenim, kas ir tuvu pamatmetāla līmenim. Tomēr kodināšana un slīpēšana kaitē virsmas apdarei. Cauruļvadu sistēmas pasivācija ar slāpekļskābes vai helātu veidojošu līdzekļu formulām tiek veikta, lai novērstu metināšanas un izgatavošanas negatīvo ietekmi pirms cauruļvadu sistēmas nodošanas ekspluatācijā. Augera elektronu analīze parādīja, ka helātu pasivācija varētu atjaunot virsmas izmaiņas skābekļa, hroma, dzelzs, niķeļa un mangāna sadalījumā, kas notika metinājuma un termiski ietekmētajā zonā, līdz pirmsmetināšanas stāvoklim. Tomēr pasivācija ietekmē tikai ārējo virsmas slāni un neiekļūst zem 50 angstrēmiem, savukārt termiskā krāsošanās var sasniegt 1000 angstrēmus vai vairāk zem... virsma.
Tāpēc, lai uzstādītu korozijizturīgas cauruļvadu sistēmas nesametinātu virsmu tuvumā, ir svarīgi censties ierobežot metināšanas un ražošanas radītos bojājumus līdz līmenim, ko var būtiski atgūt ar pasivāciju. Tas prasa izmantot attīrīšanas gāzi ar minimālu skābekļa saturu un piegādāt to metinātā savienojuma iekšējam diametram, nepiesārņojot to ar atmosfēras skābekli vai mitrumu. Precīza siltuma ievades kontrole un pārkaršanas novēršana metināšanas laikā ir svarīga arī, lai novērstu korozijas izturības zudumu. Ražošanas procesa kontrole, lai panāktu atkārtojamus un nemainīgi augstas kvalitātes metinājumus, kā arī rūpīga nerūsējošā tērauda cauruļu un detaļu apstrāde ražošanas laikā, lai novērstu piesārņojumu, ir būtiskas prasības augstas kvalitātes cauruļvadu sistēmai, kas ir izturīga pret koroziju un nodrošina ilgstošu produktīvu kalpošanu.
Materiāli, ko izmanto augstas tīrības pakāpes biofarmaceitisko nerūsējošā tērauda cauruļvadu sistēmās, pēdējās desmitgades laikā ir piedzīvojuši uzlabojumus korozijas izturības ziņā. Lielākā daļa nerūsējošā tērauda, ​​kas tika izmantots pirms 1980. gada, bija 304. markas nerūsējošais tērauds, jo tas bija salīdzinoši lēts un uzlabojums salīdzinājumā ar iepriekš izmantoto varu. Faktiski 300. sērijas nerūsējošais tērauds ir salīdzinoši viegli apstrādājams, to var metināt ar kausēšanas metodi, nezaudējot izturību pret koroziju, un tam nav nepieciešama īpaša iepriekšēja uzsildīšana un pēcapstrāde.
Pēdējā laikā 316 nerūsējošā tērauda izmantošana augstas tīrības pakāpes cauruļvados ir pieaugusi. 316 tips pēc sastāva ir līdzīgs 304 tipam, taču papildus hroma un niķeļa leģējošajiem elementiem, kas ir kopīgi abiem, 316 satur aptuveni 2% molibdēna, kas ievērojami uzlabo 316 korozijas izturību. 304L un 316L tipiem, ko dēvē par "L" kategorijām, ir zemāks oglekļa saturs nekā standarta kategorijām (0,035% pret 0,08%). Šis oglekļa satura samazinājums ir paredzēts, lai samazinātu karbīda nogulšņu daudzumu, kas var rasties metināšanas dēļ. Tā ir hroma karbīda veidošanās, kas noārda hroma pamatmetāla graudu robežas, padarot to jutīgu pret koroziju. Hroma karbīda veidošanās, ko sauc par "sensibilizāciju", ir atkarīga no laika un temperatūras, un tā ir lielāka problēma, lodējot ar roku. Esam pierādījuši, ka superaustenīta nerūsējošā tērauda AL-6XN orbitālā metināšana nodrošina korozijai izturīgākas metinājuma šuves nekā līdzīgas metināšanas, kas veiktas ar roku. Tas ir tāpēc, ka orbitālā metināšana nodrošina precīzu strāvas stipruma, pulsācijas un... laiks, kā rezultātā tiek panākta zemāka un vienmērīgāka siltuma padeve nekā manuālajai metināšanai. Orbitālā metināšana kombinācijā ar “L” klases 304 un 316 tērauda praktiski novērš karbīda nogulsnēšanos kā faktoru korozijas attīstībā cauruļvadu sistēmās.
Nerūsējošā tērauda karstuma svārstības. Lai gan metināšanas parametrus un citus faktorus var noturēt diezgan stingrās pielaidēs, nerūsējošā tērauda metināšanai nepieciešamajā siltuma ievadē dažādos karstumos joprojām pastāv atšķirības. Karsēšanas numurs ir partijas numurs, kas rūpnīcā tiek piešķirts konkrētam nerūsējošā tērauda kausējumam. Katras partijas precīzs ķīmiskais sastāvs tiek reģistrēts rūpnīcas testa ziņojumā (MTR) kopā ar partijas identifikāciju vai karstuma numuru. Tīrs dzelzs kūst 1538°C (2800°F) temperatūrā, savukārt leģētie metāli kūst noteiktā temperatūras diapazonā atkarībā no katra sakausējuma vai mikroelementa veida un koncentrācijas. Tā kā nav divu nerūsējošā tērauda karstumu, kuros katra elementa koncentrācija būs tieši vienāda, metināšanas raksturlielumi dažādās krāsnīs atšķirsies.
316L cauruļu orbitālo metinājumu SEM skeneris uz AOD caurules (augšā) un EBR materiāla (apakšā) uzrādīja ievērojamu atšķirību metinājuma lodītes gludumā.
Lai gan viena metināšanas procedūra var darboties lielākajai daļai karsēšanas veidu ar līdzīgu ārējo diametru un sienas biezumu, dažiem karsēšanas veidiem ir nepieciešams mazāks strāvas stiprums, bet citiem - lielāks strāvas stiprums nekā parasti. Šī iemesla dēļ dažādu materiālu karsēšana darba vietā ir rūpīgi jāseko līdzi, lai izvairītos no iespējamām problēmām. Bieži vien jaunam karsēšanas veidam ir nepieciešamas tikai nelielas strāvas stipruma izmaiņas, lai panāktu apmierinošu metināšanas procedūru.
Sēra problēma. Elementārais sērs ir ar dzelzsrūdu saistīts piemaisījums, kas tērauda ražošanas procesā lielākoties tiek atdalīts. AISI 304. un 316. tipa nerūsējošajiem tēraudiem ir noteikts maksimālais sēra saturs 0,030 %. Attīstoties moderniem tērauda rafinēšanas procesiem, piemēram, argona skābekļa dekarburizācijai (AOD) un divkāršai vakuuma kausēšanas praksei, piemēram, vakuuma indukcijas kausēšanai, kam seko vakuuma loka pārkausēšana (VIM+VAR), ir kļuvis iespējams ražot tēraudus, kas ir ļoti īpaši šādos veidos: to ķīmiskais sastāvs. Ir atzīmēts, ka metināšanas vannas īpašības mainās, ja tērauda sēra saturs ir mazāks par aptuveni 0,008 %. Tas ir saistīts ar sēra un mazākā mērā citu elementu ietekmi uz metināšanas vannas virsmas spraiguma temperatūras koeficientu, kas nosaka šķidruma vannas plūsmas raksturlielumus.
Pie ļoti zemas sēra koncentrācijas (0,001%–0,003%) metināšanas vietas iespiešanās kļūst ļoti plaša, salīdzinot ar līdzīgām metinājuma šuvēm, kas izgatavotas uz vidēja sēra satura materiāliem. Metinājuma šuvēm, kas izgatavotas uz nerūsējošā tērauda ar zemu sēra saturu, būs platākas metinājuma šuves, savukārt uz caurulēm ar biezākām sienām (0,065 collas jeb 1,66 mm vai vairāk) būs lielāka tendence veidot metinājuma šuves ar padziļinājumu. Kad metināšanas strāva ir pietiekama, lai radītu pilnībā iespiešanās metinājuma šuvi. Tas apgrūtina materiālu ar ļoti zemu sēra saturu metināšanu, īpaši ar biezākām sienām. Pie augstākas sēra koncentrācijas 304 vai 316 nerūsējošajam tēraudam metinājuma šuve parasti ir mazāk šķidra un raupjāka nekā materiāliem ar vidēju sēra saturu. Tāpēc metināmības ziņā ideālais sēra saturs būtu aptuveni 0,005% līdz 0,017% diapazonā, kā norādīts ASTM A270 S2 farmaceitiskās kvalitātes caurulēm.
Elektropulētu nerūsējošā tērauda cauruļu ražotāji ir pamanījuši, ka pat mērens sēra līmenis 316 vai 316L nerūsējošajā tēraudā apgrūtina pusvadītāju un biofarmaceitisko klientu vajadzību apmierināšanu pēc gludām, bedrīšu nesaturošām iekšējām virsmām. Skenējošās elektronu mikroskopijas izmantošana, lai pārbaudītu cauruļu virsmas apdares gludumu, kļūst arvien izplatītāka. Ir pierādīts, ka sērs pamatmetālos veido nemetāliskus ieslēgumus vai mangāna sulfīda (MnS) "stiegrojumus", kas tiek noņemti elektropulēšanas laikā un atstāj tukšumus 0,25–1,0 mikronu diapazonā.
Elektropulētu cauruļu ražotāji un piegādātāji virza tirgu uz īpaši zema sēra satura materiālu izmantošanu, lai izpildītu savas virsmas apdares prasības. Tomēr problēma neaprobežojas tikai ar elektropulētām caurulēm, jo ​​neelektropulētās caurulēs ieslēgumi tiek noņemti cauruļvadu sistēmas pasivācijas laikā. Ir pierādīts, ka tukšumi ir vairāk pakļauti punktveida korozijai nekā gludas virsmas. Tāpēc ir daži pamatoti iemesli tendencei izvēlēties materiālus ar zemu sēra saturu, kas ir "tīrāki".
Loka novirze. Papildus nerūsējošā tērauda metināmības uzlabošanai, sēra klātbūtne uzlabo arī apstrādājamību. Tā rezultātā ražotāji un ražotāji mēdz izvēlēties materiālus norādītā sēra satura diapazona augšējā galā. Metinot caurules ar ļoti zemu sēra koncentrāciju pie veidgabaliem, vārstiem vai citām caurulēm ar augstāku sēra saturu, var rasties metināšanas problēmas, jo loks būs novirzīts pret caurulēm ar zemu sēra saturu. Kad notiek loka novirze, iespiešanās kļūst dziļāka pusē ar zemu sēra saturu nekā pusē ar augstu sēra saturu, kas ir pretēji tam, kas notiek, metinot caurules ar atbilstošu sēra koncentrāciju. Ekstrēmos gadījumos metinājuma lodīte var pilnībā iekļūt materiālā ar zemu sēra saturu un atstāt metinājuma iekšpusi pilnīgi nesakausētu (Fihey un Simeneau, 1982). Lai veidgabalu sēra saturs atbilstu caurules sēra saturam, Pensilvānijas Carpenter Technology Corporation galdniecības tērauda nodaļa ir ieviesusi zema sēra satura (maksimāli 0,005%) 316 stieņu materiālu (316L-SCQ tips) (VIM+VAR) ) ražošanai. veidgabali un citas sastāvdaļas, kas paredzētas metināšanai ar caurulēm ar zemu sēra saturu. Divu ļoti zema sēra satura materiālu metināšana kopā ir daudz vienkāršāka nekā ļoti zema sēra satura materiāla metināšana ar materiālu ar augstāku sēra saturu.
Pāreja uz cauruļu ar zemu sēra saturu izmantošanu lielā mērā ir saistīta ar nepieciešamību iegūt gludas, elektropulētas iekšējo cauruļu virsmas. Lai gan virsmas apdare un elektropulēšana ir svarīga gan pusvadītāju rūpniecībai, gan biotehnoloģiju/farmācijas rūpniecībai, SEMI, rakstot pusvadītāju nozares specifikāciju, noteica, ka 316L caurulēm procesa gāzes līnijām jābūt ar 0,004% sēra saturu, lai nodrošinātu optimālu veiktspēju. Virsmas gali. Savukārt ASTM modificēja savu ASTM 270 specifikāciju, iekļaujot farmaceitiskās kvalitātes caurules, kas ierobežo sēra saturu diapazonā no 0,005 līdz 0,017%. Tam vajadzētu samazināt metināšanas grūtības salīdzinājumā ar zemāka diapazona sēra saturu. Tomēr jāatzīmē, ka pat šajā ierobežotajā diapazonā, metinot caurules ar zemu sēra saturu ar caurulēm vai veidgabaliem ar augstu sēra saturu, loka novirze joprojām var rasties, un uzstādītājiem rūpīgi jāseko materiāla uzkaršanai un pirms izgatavošanas jāpārbauda lodēšanas saderība starp uzkarsēšanu. Metinājumu izgatavošana.
citi mikroelementi. Ir konstatēts, ka tādi mikroelementi kā sērs, skābeklis, alumīnijs, silīcijs un mangāns ietekmē iespiešanos. Neliels alumīnija, silīcija, kalcija, titāna un hroma daudzums, kas atrodas pamatmetālā oksīda ieslēgumu veidā, ir saistīts ar izdedžu veidošanos metināšanas laikā.
Dažādu elementu ietekme ir kumulatīva, tāpēc skābekļa klātbūtne var kompensēt daļu no zemā sēra satura ietekmes. Augsts alumīnija līmenis var neitralizēt pozitīvo ietekmi uz sēra iekļūšanu. Mangāns iztvaiko metināšanas temperatūrā un nogulsnējas metināšanas karstuma ietekmētajā zonā. Šīs mangāna nogulsnes ir saistītas ar korozijas izturības zudumu. (Skatīt Cohen, 1997). Pusvadītāju rūpniecība pašlaik eksperimentē ar 316L materiāliem ar zemu un pat īpaši zemu mangāna saturu, lai novērstu šo korozijas izturības zudumu.
Izdedžu veidošanās. Dažos karstumos uz nerūsējošā tērauda lodītes reizēm parādās izdedžu salas. Tā pēc būtības ir materiāla problēma, taču dažreiz metināšanas parametru izmaiņas var to samazināt vai arī argona/ūdeņraža maisījuma izmaiņas var uzlabot metināšanu. Polards atklāja, ka alumīnija un silīcija attiecība pamatmetālā ietekmē izdedžu veidošanos. Lai novērstu nevēlamu aplikumveida izdedžu veidošanos, viņš iesaka alumīnija saturu uzturēt 0,010% un silīcija saturu 0,5%. Tomēr, ja Al/Si attiecība pārsniedz šo līmeni, var veidoties sfēriski izdedži, nevis aplikumveida izdedži. Šāda veida izdedži pēc elektropulēšanas var atstāt bedres, kas nav pieņemami augstas tīrības pakāpes pielietojumiem. Izdedžu salas, kas veidojas uz metinājuma ārējā diametra, var izraisīt nevienmērīgu ID šuves iespiešanos un nepietiekamu iespiešanos. Izdedžu salas, kas veidojas uz ID metināšanas lodītes, var būt uzņēmīgas pret koroziju.
Vienvirziena metināšana ar pulsāciju. Standarta automātiskā orbitālā cauruļu metināšana ir vienvirziena metināšana ar impulsstrāvu un nepārtrauktu nemainīgu rotācijas ātrumu. Šī metode ir piemērota caurulēm ar ārējo diametru no 1/8 collas līdz aptuveni 7 collām un sienas biezumu 0,083 collas un mazāku. Pēc noteikta laika priekšapstrādes notiek loka veidošanās. Caurules sienas iespiešanās tiek panākta noteiktā laika aiztures laikā, kurā ir loka veidošanās, bet nenotiek rotācija. Pēc šīs rotācijas aiztures elektrods griežas ap metinājuma savienojumu, līdz metinājuma šuve savienojas vai pārklājas ar metinājuma sākotnējo daļu pēdējā metināšanas slāņa laikā. Kad savienojums ir pabeigts, strāva samazinās noteiktā laika kritumā.
Pakāpju režīms (“sinhronizēta” metināšana). Biezāku sienu materiālu, parasti lielāku par 0,083 collām, kausēšanas metināšanas barošanas avotu var izmantot sinhronā vai pakāpeniskā režīmā. Sinhronā vai pakāpeniskā režīmā metināšanas strāvas impulss tiek sinhronizēts ar gājienu, tāpēc rotors ir nekustīgs, lai nodrošinātu maksimālu iespiešanos augstas strāvas impulsu laikā, un pārvietojas zemas strāvas impulsu laikā. Sinhronās metodes izmanto ilgāku impulsa laiku, aptuveni 0,5 līdz 1,5 sekundes, salīdzinot ar desmitdaļas vai simtdaļas sekundes impulsa laiku parastajā metināšanā. Šī metode var efektīvi metināt 0,154 collu vai 6 collu biezu 40. izmēra 40 plānsienu cauruli ar 0,154 collu vai 6 collu sienas biezumu. Pakāpju metode rada platāku metinājuma šuvi, padarot to izturīgu pret kļūmēm un noderīgu neregulāru detaļu, piemēram, cauruļu veidgabalu, metināšanai pie caurulēm, kur var būt atšķirības izmēru pielaidēs, zināma nobīde vai materiāla termiskā nesaderība. Šāda veida metināšanai nepieciešams aptuveni divreiz ilgāks loka laiks nekā parastajai metināšanai, un tā ir mazāk piemērota īpaši augstas tīrības (UHP) pielietojumiem, jo platāka, raupjāka šuve.
Programmējamie mainīgie. Pašreizējās paaudzes metināšanas barošanas avoti ir mikroprocesoru bāzes un saglabā programmas, kas norāda metināšanas parametru skaitliskās vērtības konkrētam metināmā caurules diametram (OD) un sienas biezumam, tostarp tīrīšanas laiku, metināšanas strāvu, kustības ātrumu (RPM), slāņu skaitu un laiku katram slānim, impulsa laiku, nolaišanās laiku utt. Orbitālās cauruļu metināšanai ar pievienotu pildvielas stiepli programmas parametri ietvers stieples padeves ātrumu, degļa svārstību amplitūdu un aiztures laiku, AVC (loka sprieguma kontroli, lai nodrošinātu nemainīgu loka spraugu) un augšupejošo slīpumu. Lai veiktu kausēšanas metināšanu, uzstādiet metināšanas galviņu ar atbilstošu elektrodu un cauruļu skavu ieliktņiem uz caurules un izsauciet metināšanas grafiku vai programmu no barošanas avota atmiņas. Metināšanas secību sāk, nospiežot pogu vai membrānas paneļa taustiņu, un metināšana turpinās bez operatora iejaukšanās.
Neprogrammējamie mainīgie. Lai iegūtu nemainīgi labu metināšanas kvalitāti, metināšanas parametri ir rūpīgi jākontrolē. Tas tiek panākts, pateicoties metināšanas barošanas avota un metināšanas programmas precizitātei, kas ir barošanas avotā ievadīts instrukciju kopums, kas sastāv no metināšanas parametriem noteikta izmēra caurules vai cauruļvada metināšanai. Ir jābūt arī efektīvam metināšanas standartu kopumam, kurā norādīti metināšanas pieņemšanas kritēriji un metināšanas pārbaudes un kvalitātes kontroles sistēma, lai nodrošinātu, ka metināšana atbilst saskaņotajiem standartiem. Tomēr ir rūpīgi jākontrolē arī daži faktori un procedūras, kas nav metināšanas parametri. Šie faktori ietver laba gala sagatavošanas aprīkojuma izmantošanu, labu tīrīšanas un apstrādes praksi, labas metināmo cauruļu vai citu detaļu izmēru pielaides, vienādu volframa veidu un izmēru, augsti attīrītas inertas gāzes un rūpīgu uzmanību materiālu atšķirībām. - augsta temperatūra.
Cauruļu galu metināšanas sagatavošanas prasības orbitālajai metināšanai ir svarīgākas nekā manuālajai metināšanai. Orbitālās cauruļu metināšanas metinātie savienojumi parasti ir kvadrātveida mucasavienojumi. Lai sasniegtu vēlamo atkārtojamību orbitālajā metināšanā, ir nepieciešama precīza, vienmērīga un apstrādāta galu sagatavošana. Tā kā metināšanas strāva ir atkarīga no sienas biezuma, galiem jābūt kvadrātveida, bez ārēja vai iekšēja diametra (OD vai ID) noapaļojumiem vai slīpumiem, kas varētu radīt atšķirīgus sienu biezumus.
Cauruļu galiem metināšanas galviņā jābūt savienotiem kopā tā, lai starp kvadrātveida mucas savienojuma galiem nebūtu manāmas atstarpes. Lai gan var izveidot metinātus savienojumus ar nelielām atstarpēm, metināšanas kvalitāte var tikt negatīvi ietekmēta. Jo lielāka atstarpe, jo lielāka iespēja, ka radīsies problēma. Slikta montāža var izraisīt pilnīgu lodēšanas kļūmi. Cauruļu zāģi, ko ražo George Fischer un citi, kas vienā darbībā griež cauruli un apstrādā cauruļu galus, vai pārnēsājamas galu sagatavošanas virpas, piemēram, Protem, Wachs un citu ražotās, bieži tiek izmantotas, lai izveidotu gludus orbitālos metinājumus, kas piemēroti apstrādei. Šim nolūkam nav piemēroti zāģi, metālapstrādes zāģi, lentzāģi un cauruļu griezēji.
Papildus metināšanas parametriem, kas ievada metināšanas jaudu, pastāv arī citi mainīgie, kas var būtiski ietekmēt metināšanu, taču tie nav daļa no faktiskās metināšanas procedūras. Tas ietver volframa veidu un izmēru, loka aizsardzībai un metinājuma šuves iekšpuses attīrīšanai izmantotās gāzes veidu un tīrību, attīrīšanai izmantotās gāzes plūsmas ātrumu, izmantotās galvas un barošanas avota veidu, savienojuma konfigurāciju un jebkuru citu būtisku informāciju. Mēs šos mainīgos saucam par "neprogrammējamiem" un reģistrējam metināšanas grafikā. Piemēram, gāzes veids tiek uzskatīts par būtisku mainīgo metināšanas procedūras specifikācijā (WPS), lai metināšanas procedūras atbilstu ASME IX sadaļas katlu un spiedientvertņu kodeksam. Gāzes veida vai gāzes maisījuma procentuālās daļas izmaiņas vai iekšējās caurulītes attīrīšanas atcelšana prasa metināšanas procedūras atkārtotu validāciju.
metināšanas gāze. Nerūsējošais tērauds ir izturīgs pret atmosfēras skābekļa oksidēšanos istabas temperatūrā. Kad to uzkarsē līdz kušanas temperatūrai (1530°C vai 2800°F tīram dzelzs), tas viegli oksidējas. Inerto argonu visbiežāk izmanto kā aizsarggāzi un iekšējo metināto savienojumu attīrīšanai, izmantojot orbitālo GTAW procesu. Gāzes tīrība attiecībā pret skābekli un mitrumu nosaka oksidācijas izraisītās krāsas izmaiņas, kas rodas uz metinājuma vai tā tuvumā pēc metināšanas. Ja attīrīšanas gāze nav augstākās kvalitātes vai ja attīrīšanas sistēma nav pilnībā bez noplūdēm, tā ka neliels gaisa daudzums noplūst attīrīšanas sistēmā, oksidācija var būt gaiši zilgana vai zilgana. Protams, bez tīrīšanas neveidosies kraukšķīga melna virsma, ko parasti dēvē par "saldinātu". Balonos piegādātais metināšanas argons ir 99,996-99,997% tīrs atkarībā no piegādātāja un satur 5-7 ppm skābekļa un citus piemaisījumus, tostarp H2O, O2, CO2, ogļūdeņražus utt., kopā maksimāli 40 ppm. Augstas tīrības argons Djūāra katlā esošā cilindra vai šķidrā argona tīrība var būt 99,999 % vai kopējais piemaisījumu daudzums var būt 10 ppm, un skābekļa daudzums nedrīkst pārsniegt 2 ppm. PIEZĪME. Attīrīšanas laikā var izmantot gāzes attīrītājus, piemēram, Nanochem vai Gatekeeper, lai samazinātu piesārņojuma līmeni līdz miljarda daļām (ppb).
jaukts sastāvs. Gāzu maisījumus, piemēram, 75 % hēlija/25 % argona un 95 % argona/5 % ūdeņraža, var izmantot kā aizsarggāzes īpašiem pielietojumiem. Abi maisījumi nodrošināja karstākas metināšanas šuves nekā tās, kas tika veiktas ar tiem pašiem programmas iestatījumiem kā argons. Hēlija maisījumi ir īpaši piemēroti maksimālai iespiešanās spējai, metinot ar kausēšanas metināšanu uz oglekļa tērauda. Pusvadītāju nozares konsultants iesaka izmantot argona/ūdeņraža maisījumus kā aizsarggāzes īpaši augsta spiediena (UHP) pielietojumiem. Ūdeņraža maisījumiem ir vairākas priekšrocības, bet arī daži nopietni trūkumi. Priekšrocība ir tā, ka tie rada mitrāku peļķi un gludāku metinājuma virsmu, kas ir ideāli piemērota īpaši augsta spiediena gāzes padeves sistēmu ieviešanai ar pēc iespējas gludāku iekšējo virsmu. Ūdeņraža klātbūtne rada reducējošu atmosfēru, tāpēc, ja gāzes maisījumā ir skābekļa pēdas, iegūtais metinājums izskatīsies tīrāks ar mazāku krāsas maiņu nekā ar līdzīgu skābekļa koncentrāciju tīrā argonā. Šis efekts ir optimāls aptuveni 5 % ūdeņraža saturumā. Daži izmanto 95/5 % argona/ūdeņraža maisījumu kā ID attīrītāju, lai uzlabotu iekšējās metinājuma lodītes izskatu.
Izmantojot ūdeņraža maisījumu kā aizsarggāzi, metināšanas šuve ir šaurāka, izņemot to, ka nerūsējošajam tēraudam ir ļoti zems sēra saturs un tas metināšanā rada vairāk siltuma nekā ar tādu pašu strāvas iestatījumu, izmantojot nesajauktu argonu. Būtisks argona/ūdeņraža maisījumu trūkums ir tas, ka loks ir daudz mazāk stabils nekā tīram argonam, un lokam ir tendence novirzīties, kas ir pietiekami spēcīga, lai izraisītu nepareizu saplūšanu. Loka novirze var izzust, ja tiek izmantots cits jauktas gāzes avots, kas liecina, ka to var izraisīt piesārņojums vai slikta sajaukšana. Tā kā loka radītais siltums mainās atkarībā no ūdeņraža koncentrācijas, atkārtojamu metināšanas šuvju iegūšanai ir nepieciešama nemainīga koncentrācija, un iepriekš sajauktajā balonu gāzē ir atšķirības. Vēl viens trūkums ir tas, ka volframa kalpošanas laiks ievērojami saīsinās, ja tiek izmantots ūdeņraža maisījums. Lai gan volframa bojāšanās iemesls no jauktās gāzes nav noteikts, ir ziņots, ka loks ir grūtāk veidojams un volframs var būt jānomaina pēc vienas vai divām metināšanas šuvēm. Argona/ūdeņraža maisījumus nevar izmantot oglekļa tērauda vai titāna metināšanai.
TIG procesa atšķirīga iezīme ir tā, ka tas nepatērē elektrodus. Volframam ir augstākā kušanas temperatūra no visiem metāliem (6098°F; 3370°C), un tas ir labs elektronu emitētājs, padarot to īpaši piemērotu izmantošanai kā neiztērējamu elektrodu. Tā īpašības tiek uzlabotas, pievienojot 2% noteiktu retzemju oksīdu, piemēram, cērija, lantāna oksīda vai torija oksīda, lai uzlabotu loka iedarbināšanu un loka stabilitāti. Tīru volframu GTAW izmanto reti, jo cērija volframam ir pārākas īpašības, īpaši orbitālajā GTAW pielietojumā. Torija volframs tiek izmantots mazāk nekā agrāk, jo tas ir nedaudz radioaktīvs.
Elektrodi ar pulētu apdari ir vienāda izmēra. Gluda virsma vienmēr ir vēlamāka par raupju vai nevienmērīgu virsmu, jo elektroda ģeometrijas konsekvence ir kritiski svarīga, lai metināšanas rezultāti būtu vienmērīgi un vienmērīgi. No gala (DCEN) izstarotie elektroni pārnes siltumu no volframa gala uz metinājumu. Smalkāks gals ļauj uzturēt ļoti augstu strāvas blīvumu, bet tas var izraisīt īsāku volframa kalpošanas laiku. Orbitālajai metināšanai ir svarīgi mehāniski slīpēt elektroda galu, lai nodrošinātu volframa ģeometrijas atkārtojamību un metināšanas atkārtojamību. Neass gals piespiež loku no metinājuma uz to pašu volframa vietu. Gala diametrs kontrolē loka formu un iespiešanās apjomu pie noteiktas strāvas. Konusveida leņķis ietekmē loka strāvas/sprieguma raksturlielumus, un tas ir jānorāda un jākontrolē. Volframa garums ir svarīgs, jo zināmu volframa garumu var izmantot, lai iestatītu loka atstarpi. Loka atstarpe pie noteiktas strāvas vērtības nosaka spriegumu un līdz ar to arī metināšanai pielietoto jaudu.
Elektroda izmērs un tā uzgaļa diametrs tiek izvēlēti atkarībā no metināšanas strāvas intensitātes. Ja strāva ir pārāk liela elektrodam vai tā uzgalim, tas var zaudēt metālu no uzgaļa, un, izmantojot elektrodus ar uzgaļa diametru, kas ir pārāk liels strāvai, var rasties loka nobīde. Elektroda un uzgaļa diametrus mēs norādām atbilstoši metinājuma šuves sienas biezumam un izmantojam 0,0625 diametru gandrīz visam līdz 0,093 collu sienas biezumam, ja vien nav paredzēts izmantot 0,040 collu diametra elektrodus mazu precīzu detaļu metināšanai. Metināšanas procesa atkārtojamībai ir jānorāda un jākontrolē volframa tips un apdare, garums, konusveida leņķis, diametrs, uzgaļa diametrs un loka sprauga. Cauruļu metināšanai vienmēr ieteicams izmantot cērija volframu, jo šim veidam ir daudz ilgāks kalpošanas laiks nekā citiem veidiem un tam ir lieliskas loka aizdegšanās īpašības. Cērija volframs nav radioaktīvs.
Lai iegūtu plašāku informāciju, lūdzu, sazinieties ar Barbaru Henonu, tehnisko publikāciju vadītāju, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Tālrunis: 818-896-9556. Fakss: 818-890-3724.