Nota Editor: Pharmaceutical Online dengan sukacitanya membentangkan artikel empat bahagian tentang kimpalan orbital paip bioproses oleh pakar industri Barbara Henon dari Arc Machines. Artikel ini diadaptasi daripada pembentangan Dr. Henon di persidangan ASME akhir tahun lepas.
Mencegah kehilangan rintangan kakisan. Air ketulenan tinggi seperti DI atau WFI adalah pengetsa yang sangat agresif untuk keluli tahan karat. Selain itu, WFI gred farmaseutikal dikitar pada suhu tinggi (80°C) untuk mengekalkan kemandulan. Terdapat perbezaan yang ketara antara menurunkan suhu yang cukup untuk menyokong organisma hidup yang membawa maut kepada produk dan meningkatkan suhu yang cukup untuk menggalakkan pengeluaran "rouge". Rouge ialah filem coklat dengan komposisi yang berbeza-beza yang disebabkan oleh kakisan komponen sistem paip keluli tahan karat. Kotoran dan oksida besi mungkin merupakan komponen utama, tetapi pelbagai bentuk besi, kromium dan nikel juga mungkin terdapat. Kehadiran rouge membawa maut kepada sesetengah produk dan kehadirannya boleh menyebabkan kakisan selanjutnya, walaupun kehadirannya dalam sistem lain nampaknya agak jinak.
Kimpalan boleh menjejaskan rintangan kakisan secara negatif. Warna panas adalah hasil daripada bahan pengoksidaan yang termendap pada kimpalan dan HAZ semasa kimpalan, amat memudaratkan, dan dikaitkan dengan pembentukan rouge dalam sistem air farmaseutikal. Pembentukan kromium oksida boleh menyebabkan warna panas, meninggalkan lapisan kromium yang berkurangan yang mudah terhakis. Warna panas boleh dihilangkan dengan penjerukan dan pengisaran, penyingkiran logam dari permukaan, termasuk lapisan kromium yang berkurangan di bawahnya, dan memulihkan rintangan kakisan ke tahap yang hampir dengan tahap logam asas. Walau bagaimanapun, penjerukan dan pengisaran memudaratkan kemasan permukaan. Pempasifan sistem perpaipan dengan formulasi asid nitrik atau agen pengkelat dilakukan untuk mengatasi kesan buruk kimpalan dan fabrikasi sebelum sistem perpaipan digunakan. Analisis elektron auger menunjukkan bahawa pempasifan pengkelat boleh memulihkan perubahan permukaan dalam taburan oksigen, kromium, besi, nikel dan mangan yang berlaku dalam zon kimpalan dan terjejas haba kepada keadaan pra-kimpalan. Walau bagaimanapun, pempasifan hanya menjejaskan lapisan permukaan luar dan tidak menembusi di bawah 50 angstrom, manakala pewarnaan terma boleh memanjangkan 1000 angstrom atau lebih di bawah permukaan.
Oleh itu, untuk memasang sistem perpaipan tahan kakisan berhampiran substrat yang tidak dikimpal, adalah penting untuk cuba mengehadkan kerosakan akibat kimpalan dan fabrikasi ke tahap yang boleh dipulihkan dengan ketara melalui pasifasi. Ini memerlukan penggunaan gas pembersih dengan kandungan oksigen minimum dan penghantaran ke diameter dalam sambungan kimpal tanpa pencemaran oleh oksigen atmosfera atau kelembapan. Kawalan input haba yang tepat dan mengelakkan terlalu panas semasa kimpalan juga penting untuk mencegah kehilangan rintangan kakisan. Mengawal proses pembuatan untuk mencapai kimpalan berkualiti tinggi yang boleh diulang dan konsisten, serta pengendalian paip dan komponen keluli tahan karat yang teliti semasa pembuatan untuk mencegah pencemaran, adalah keperluan penting untuk sistem perpaipan berkualiti tinggi yang tahan kakisan dan menyediakan perkhidmatan produktif jangka panjang.
Bahan yang digunakan dalam sistem perpaipan keluli tahan karat biofarmaseutikal berketulenan tinggi telah mengalami evolusi ke arah ketahanan kakisan yang lebih baik sejak sedekad yang lalu. Kebanyakan keluli tahan karat yang digunakan sebelum tahun 1980 ialah keluli tahan karat 304 kerana ia agak murah dan merupakan penambahbaikan berbanding tembaga yang digunakan sebelum ini. Malah, keluli tahan karat siri 300 agak mudah dimesin, boleh dikimpal gabungan tanpa kehilangan rintangan kakisan yang tidak wajar, dan tidak memerlukan rawatan prapemanasan dan pascapemanasan khas.
Baru-baru ini, penggunaan keluli tahan karat 316 dalam aplikasi perpaipan berketulenan tinggi semakin meningkat. Jenis 316 mempunyai komposisi yang serupa dengan Jenis 304, tetapi selain unsur pengaloi kromium dan nikel yang sama dengan kedua-duanya, 316 mengandungi kira-kira 2% molibdenum, yang meningkatkan ketahanan kakisan 316 dengan ketara. Jenis 304L dan 316L, yang dirujuk sebagai gred "L", mempunyai kandungan karbon yang lebih rendah daripada gred standard (0.035% vs. 0.08%). Pengurangan kandungan karbon ini bertujuan untuk mengurangkan jumlah pemendakan karbida yang mungkin berlaku akibat kimpalan. Ini adalah pembentukan kromium karbida, yang mengurangkan sempadan butiran logam asas kromium, menjadikannya mudah terhakis. Pembentukan kromium karbida, yang dipanggil "pemekaan," bergantung pada masa dan suhu dan merupakan masalah yang lebih besar semasa pematerian tangan. Kami telah menunjukkan bahawa kimpalan orbit keluli tahan karat super-austenit AL-6XN menyediakan lebih banyak kimpalan tahan kakisan daripada kimpalan serupa yang dilakukan dengan tangan. Ini kerana kimpalan orbit menyediakan kawalan yang tepat terhadap amperaj, denyutan dan pemasaan, menghasilkan input haba yang lebih rendah dan lebih seragam berbanding kimpalan manual. Kimpalan orbital yang digabungkan dengan gred "L" 304 dan 316 hampir menghapuskan pemendakan karbida sebagai faktor dalam perkembangan kakisan dalam sistem perpaipan.
Variasi haba-ke-haba keluli tahan karat. Walaupun parameter kimpalan dan faktor lain boleh dikekalkan dalam toleransi yang agak ketat, masih terdapat perbezaan dalam input haba yang diperlukan untuk mengimpal keluli tahan karat dari haba ke haba. Nombor haba ialah nombor lot yang diberikan kepada leburan keluli tahan karat tertentu di kilang. Komposisi kimia tepat setiap kelompok direkodkan pada Laporan Ujian Kilang (MTR) bersama-sama dengan pengenalpastian kelompok atau nombor haba. Besi tulen lebur pada 1538°C (2800°F), manakala logam aloi lebur dalam julat suhu, bergantung pada jenis dan kepekatan setiap aloi atau unsur surih yang ada. Memandangkan tiada dua haba keluli tahan karat akan mengandungi kepekatan setiap unsur yang sama, ciri kimpalan akan berbeza-beza dari relau ke relau.
SEM bagi kimpalan orbital paip 316L pada paip AOD (atas) dan bahan EBR (bawah) menunjukkan perbezaan yang ketara dalam kelicinan manik kimpalan.
Walaupun prosedur kimpalan tunggal mungkin berkesan untuk kebanyakan haba dengan OD dan ketebalan dinding yang serupa, sesetengah haba memerlukan amperaj yang lebih rendah dan sesetengahnya memerlukan amperaj yang lebih tinggi daripada biasa. Atas sebab ini, pemanasan bahan yang berbeza di tapak kerja mesti dijejaki dengan teliti untuk mengelakkan masalah yang berpotensi. Selalunya, haba baharu hanya memerlukan sedikit perubahan amperaj untuk mencapai prosedur kimpalan yang memuaskan.
Masalah sulfur. Sulfur unsur ialah bendasing berkaitan bijih besi yang sebahagian besarnya disingkirkan semasa proses pembuatan keluli. Keluli tahan karat AISI Jenis 304 dan 316 ditentukan dengan kandungan sulfur maksimum 0.030%. Dengan perkembangan proses penapisan keluli moden, seperti Penyahkarbonan Oksigen Argon (AOD) dan amalan peleburan vakum berganda seperti Peleburan Aruhan Vakum diikuti oleh Peleburan Semula Arka Vakum (VIM+VAR), adalah mungkin untuk menghasilkan keluli yang sangat istimewa dalam cara berikut. komposisi kimianya. Telah diperhatikan bahawa sifat kolam kimpalan berubah apabila kandungan sulfur keluli berada di bawah kira-kira 0.008%. Ini disebabkan oleh kesan sulfur dan pada tahap yang lebih rendah unsur lain pada pekali suhu ketegangan permukaan kolam kimpalan, yang menentukan ciri aliran kolam cecair.
Pada kepekatan sulfur yang sangat rendah (0.001% – 0.003%), penembusan lopak kimpalan menjadi sangat luas berbanding kimpalan serupa yang dibuat pada bahan kandungan sulfur sederhana. Kimpalan yang dibuat pada paip keluli tahan karat rendah sulfur akan mempunyai kimpalan yang lebih lebar, manakala pada paip dinding yang lebih tebal (0.065 inci, atau 1.66 mm atau lebih) akan terdapat kecenderungan yang lebih besar untuk membuat kimpalan kimpalan reses. Apabila arus kimpalan mencukupi untuk menghasilkan kimpalan yang menembusi sepenuhnya. Ini menjadikan bahan dengan kandungan sulfur yang sangat rendah lebih sukar untuk dikimpal, terutamanya dengan dinding yang lebih tebal. Pada hujung kepekatan sulfur yang lebih tinggi dalam keluli tahan karat 304 atau 316, manik kimpalan cenderung kurang cecair dalam penampilan dan lebih kasar daripada bahan sulfur sederhana. Oleh itu, untuk kebolehkimpalan, kandungan sulfur yang ideal adalah dalam julat kira-kira 0.005% hingga 0.017%, seperti yang dinyatakan dalam ASTM A270 S2 untuk tiub berkualiti farmaseutikal.
Pengeluar paip keluli tahan karat yang digilap elektro telah menyedari bahawa tahap sulfur yang sederhana dalam keluli tahan karat 316 atau 316L menyukarkan untuk memenuhi keperluan pelanggan semikonduktor dan biofarmaseutikal mereka untuk permukaan dalaman yang licin dan bebas lubang. Penggunaan mikroskop elektron imbasan untuk mengesahkan kelancaran kemasan permukaan tiub semakin biasa. Sulfur dalam logam asas telah terbukti membentuk rangkuman bukan logam atau "stringer" mangan sulfida (MnS) yang disingkirkan semasa penggilapan elektro dan meninggalkan lompang dalam julat 0.25-1.0 mikron.
Pengilang dan pembekal tiub elektropoles sedang memacu pasaran ke arah penggunaan bahan sulfur ultra rendah untuk memenuhi keperluan kemasan permukaannya. Walau bagaimanapun, masalahnya tidak terhad kepada tiub elektropoles, kerana dalam tiub bukan elektropoles, kemasukan dikeluarkan semasa pempasifan sistem perpaipan. Lompang telah terbukti lebih mudah mengalami lubang berbanding kawasan permukaan yang licin. Jadi terdapat beberapa sebab yang sah untuk trend ke arah bahan rendah sulfur dan "lebih bersih".
Pesongan arka. Selain meningkatkan kebolehkimpalan keluli tahan karat, kehadiran beberapa sulfur juga meningkatkan kebolehmesinan. Akibatnya, pengeluar dan pengeluar cenderung memilih bahan pada hujung yang lebih tinggi dalam julat kandungan sulfur yang ditentukan. Tiub kimpalan dengan kepekatan sulfur yang sangat rendah pada kelengkapan, injap atau tiub lain dengan kandungan sulfur yang lebih tinggi boleh menyebabkan masalah kimpalan kerana arka akan condong ke arah tiub dengan kandungan sulfur yang rendah. Apabila pesongan arka berlaku, penembusan menjadi lebih dalam pada bahagian sulfur rendah berbanding bahagian sulfur tinggi, yang bertentangan dengan apa yang berlaku apabila mengimpal paip dengan kepekatan sulfur yang sepadan. Dalam kes yang teruk, manik kimpalan boleh menembusi sepenuhnya bahan sulfur rendah dan meninggalkan bahagian dalam kimpalan sepenuhnya tidak terlakur (Fihey dan Simeneau, 1982). Untuk memadankan kandungan sulfur kelengkapan dengan kandungan sulfur paip, Bahagian Keluli Carpenter di Carpenter Technology Corporation of Pennsylvania telah memperkenalkan stok bar 316 sulfur rendah (maks 0.005%) (Jenis 316L-SCQ) (VIM+VAR)) untuk pembuatan. kelengkapan dan komponen lain yang bertujuan untuk dikimpal pada paip sulfur rendah. Mengimpal dua bahan sulfur yang sangat rendah antara satu sama lain adalah jauh lebih mudah daripada mengimpal bahan sulfur yang sangat rendah kepada bahan sulfur yang lebih tinggi.
Peralihan kepada penggunaan tiub rendah sulfur sebahagian besarnya disebabkan oleh keperluan untuk mendapatkan permukaan tiub dalam yang licin dan digilap elektro. Walaupun kemasan permukaan dan penggilapan elektro penting untuk industri semikonduktor dan industri bioteknologi/farmaseutikal, SEMI, semasa menulis spesifikasi industri semikonduktor, menyatakan bahawa tiub 316L untuk saluran gas proses mesti mempunyai penutup sulfur 0.004% untuk prestasi optimum. Sebaliknya, ASTM mengubah suai spesifikasi ASTM 270 mereka untuk memasukkan tiub gred farmaseutikal yang mengehadkan kandungan sulfur kepada julat 0.005 hingga 0.017%. Ini sepatutnya mengakibatkan kurang kesukaran kimpalan berbanding sulfur julat yang lebih rendah. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa walaupun dalam julat terhad ini, pesongan arka masih mungkin berlaku apabila mengimpal paip rendah sulfur pada paip atau kelengkapan tinggi sulfur, dan pemasang harus menjejaki pemanasan bahan dengan teliti dan memeriksa sebelum fabrikasi. Keserasian pateri antara pemanasan. Pengeluaran kimpalan.
unsur surih lain. Unsur surih termasuk sulfur, oksigen, aluminium, silikon dan mangan didapati mempengaruhi penembusan. Jumlah surih aluminium, silikon, kalsium, titanium dan kromium yang terdapat dalam logam asas sebagai rangkuman oksida dikaitkan dengan pembentukan sanga semasa kimpalan.
Kesan pelbagai unsur adalah kumulatif, jadi kehadiran oksigen boleh mengimbangi beberapa kesan sulfur rendah. Tahap aluminium yang tinggi boleh mengatasi kesan positif terhadap penembusan sulfur. Mangan meruap pada suhu kimpalan dan mendapan dalam zon yang terjejas haba kimpalan. Mendapan mangan ini dikaitkan dengan kehilangan rintangan kakisan. (Lihat Cohen, 1997). Industri semikonduktor kini sedang bereksperimen dengan bahan mangan rendah dan juga mangan ultra rendah 316L untuk mengelakkan kehilangan rintangan kakisan ini.
Pembentukan sanga. Pulau-pulau sanga kadangkala muncul pada manik keluli tahan karat untuk beberapa haba. Ini sememangnya merupakan isu material, tetapi kadangkala perubahan dalam parameter kimpalan boleh meminimumkan ini, atau perubahan dalam campuran argon/hidrogen boleh meningkatkan kimpalan. Pollard mendapati bahawa nisbah aluminium kepada silikon dalam logam asas mempengaruhi pembentukan sanga. Untuk mengelakkan pembentukan sanga jenis plak yang tidak diingini, beliau mengesyorkan mengekalkan kandungan aluminium pada 0.010% dan kandungan silikon pada 0.5%. Walau bagaimanapun, apabila nisbah Al/Si berada di atas paras ini, sanga sfera mungkin terbentuk dan bukannya jenis plak. Jenis sanga ini boleh meninggalkan lubang selepas penggilapan elektrik, yang tidak boleh diterima untuk aplikasi ketulenan tinggi. Pulau-pulau sanga yang terbentuk pada OD kimpal boleh menyebabkan penembusan ID yang tidak sekata dan boleh mengakibatkan penembusan yang tidak mencukupi. Pulau-pulau sanga yang terbentuk pada manik kimpal ID mungkin mudah terdedah kepada kakisan.
Kimpalan larian tunggal dengan denyutan. Kimpalan tiub orbit automatik standard ialah kimpalan laluan tunggal dengan arus berdenyut dan putaran kelajuan malar berterusan. Teknik ini sesuai untuk paip dengan diameter luar dari 1/8″ hingga kira-kira 7″ dan ketebalan dinding 0.083″ dan ke bawah. Selepas pra-pembersihan masa, arka berlaku. Penembusan dinding tiub dicapai semasa kelewatan masa di mana arka hadir tetapi tiada putaran berlaku. Selepas kelewatan putaran ini, elektrod berputar di sekitar sambungan kimpalan sehingga kimpalan bergabung atau bertindih dengan bahagian awal kimpalan semasa lapisan terakhir kimpalan. Apabila sambungan selesai, arus berkurangan dalam penurunan masa.
Mod langkah ("kimpalan disegerakkan"). Untuk kimpalan pelakuran bahan berdinding yang lebih tebal, biasanya lebih besar daripada 0.083 inci, sumber kuasa kimpalan pelakuran boleh digunakan dalam mod segerak atau langkah. Dalam mod segerak atau langkah, denyut arus kimpalan disegerakkan dengan lejang, jadi rotor pegun untuk penembusan maksimum semasa denyut arus tinggi dan bergerak semasa denyut arus rendah. Teknik segerak menggunakan masa denyut yang lebih lama, sekitar 0.5 hingga 1.5 saat, berbanding masa denyut kesepuluh atau keseratus saat untuk kimpalan konvensional. Teknik ini boleh mengimpal paip dinding nipis 40 tolok 40 setebal 0.154″ atau 6″ dengan ketebalan dinding 0.154″ atau 6″ dengan berkesan. Teknik langkah menghasilkan kimpalan yang lebih luas, menjadikannya toleran kerosakan dan membantu untuk mengimpal bahagian yang tidak sekata seperti kelengkapan paip pada paip di mana mungkin terdapat perbezaan dalam toleransi dimensi, beberapa salah jajaran atau ketidakserasian haba Bahan. Jenis kimpalan ini memerlukan kira-kira dua kali ganda masa arka kimpalan konvensional dan kurang sesuai untuk aplikasi ketulenan ultra tinggi (UHP) kerana kepada jahitan yang lebih lebar dan kasar.
Pembolehubah boleh atur cara. Penjanaan semasa sumber kuasa kimpalan adalah berasaskan mikropemproses dan program simpanan yang menentukan nilai berangka untuk parameter kimpalan untuk diameter tertentu (OD) dan ketebalan dinding paip yang hendak dikimpal, termasuk masa pembersihan, arus kimpalan, kelajuan perjalanan (RPM)), bilangan lapisan dan masa setiap lapisan, masa denyut, masa menurun, dsb. Untuk kimpalan tiub orbit dengan wayar pengisi ditambah, parameter program akan merangkumi kelajuan suapan wayar, amplitud ayunan obor dan masa kekal, AVC (kawalan voltan arka untuk menyediakan jurang arka malar), dan cerun menaik. Untuk melakukan kimpalan pelakuran, pasang kepala kimpalan dengan sisipan elektrod dan pengapit paip yang sesuai pada paip dan ingat semula jadual atau program kimpalan daripada memori sumber kuasa. Urutan kimpalan dimulakan dengan menekan butang atau kekunci panel membran dan kimpalan diteruskan tanpa campur tangan pengendali.
Pembolehubah yang tidak boleh diprogramkan. Untuk mendapatkan kualiti kimpalan yang baik secara konsisten, parameter kimpalan mesti dikawal dengan teliti. Ini dicapai melalui ketepatan sumber kuasa kimpalan dan program kimpalan, iaitu satu set arahan yang dimasukkan ke dalam sumber kuasa, yang terdiri daripada parameter kimpalan, untuk mengimpal saiz paip atau paip tertentu. Mesti ada juga satu set piawaian kimpalan yang berkesan, yang menyatakan kriteria penerimaan kimpalan dan beberapa pemeriksaan kimpalan dan sistem kawalan kualiti untuk memastikan kimpalan memenuhi piawaian yang dipersetujui. Walau bagaimanapun, faktor dan prosedur tertentu selain parameter kimpalan juga mesti dikawal dengan teliti. Faktor-faktor ini termasuk penggunaan peralatan penyediaan hujung yang baik, amalan pembersihan dan pengendalian yang baik, toleransi dimensi yang baik untuk tiub atau bahagian lain yang dikimpal, jenis dan saiz tungsten yang konsisten, gas lengai yang sangat tulen, dan perhatian yang teliti terhadap variasi bahan.- suhu tinggi.
Keperluan penyediaan untuk kimpalan hujung paip adalah lebih kritikal untuk kimpalan orbit berbanding kimpalan manual. Sambungan kimpalan untuk kimpalan paip orbit biasanya sambungan punggung segi empat sama. Untuk mencapai kebolehulangan yang diingini dalam kimpalan orbit, penyediaan hujung mesin yang tepat, konsisten dan tepat diperlukan. Memandangkan arus kimpalan bergantung pada ketebalan dinding, hujungnya mestilah segi empat sama tanpa gerinda atau serong pada OD atau ID (OD atau ID), yang akan menghasilkan ketebalan dinding yang berbeza.
Hujung paip mesti dipasang bersama di kepala kimpal supaya tiada jurang yang ketara antara hujung sambungan punggung segi empat sama. Walaupun sambungan kimpal dengan jurang kecil boleh dicapai, kualiti kimpal mungkin terjejas secara negatif. Lebih besar jurang, lebih besar kemungkinan terdapat masalah. Pemasangan yang lemah boleh mengakibatkan kegagalan pematerian sepenuhnya. Gergaji paip yang dibuat oleh George Fischer dan lain-lain yang memotong paip dan menghadap hujung paip dalam operasi yang sama, atau mesin pelarik penyediaan hujung mudah alih seperti yang dibuat oleh Protem, Wachs dan lain-lain, sering digunakan untuk membuat kimpalan orbit hujung licin yang sesuai untuk pemesinan. Gergaji pencincang, gergaji besi, gergaji jalur dan pemotong tiub tidak sesuai untuk tujuan ini.
Selain parameter kimpalan yang memasukkan kuasa untuk mengimpal, terdapat pembolehubah lain yang boleh memberi kesan mendalam terhadap kimpalan, tetapi ia bukan sebahagian daripada prosedur kimpalan sebenar. Ini termasuk jenis dan saiz tungsten, jenis dan ketulenan gas yang digunakan untuk melindungi arka dan membersihkan bahagian dalam sambungan kimpal, kadar aliran gas yang digunakan untuk pembersihan, jenis kepala dan sumber kuasa yang digunakan, konfigurasi sambungan dan sebarang maklumat lain yang berkaitan. Kami memanggil pembolehubah "tidak boleh diprogramkan" ini dan merekodkannya pada jadual kimpalan. Contohnya, jenis gas dianggap sebagai pembolehubah penting dalam Spesifikasi Prosedur Kimpalan (WPS) untuk prosedur kimpalan bagi mematuhi Kod Dandang dan Bekas Tekanan Seksyen IX ASME. Perubahan dalam peratusan jenis gas atau campuran gas, atau penghapusan pembersihan ID memerlukan pengesahan semula prosedur kimpalan.
Gas kimpalan. Keluli tahan karat tahan terhadap pengoksidaan oksigen atmosfera pada suhu bilik. Apabila dipanaskan hingga takat leburnya (1530°C atau 2800°F untuk besi tulen), ia mudah teroksida. Argon lengai paling biasa digunakan sebagai gas pelindung dan untuk membersihkan sambungan kimpalan dalaman melalui proses GTAW orbit. Ketulenan gas relatif terhadap oksigen dan kelembapan menentukan jumlah perubahan warna yang disebabkan oleh pengoksidaan yang berlaku pada atau berhampiran kimpalan selepas kimpalan. Jika gas pembersihan tidak berkualiti tinggi atau jika sistem pembersihan tidak bebas sepenuhnya daripada kebocoran sehingga sedikit udara bocor ke dalam sistem pembersihan, pengoksidaan mungkin berwarna biru kehijauan muda atau kebiruan. Sudah tentu, tiada pembersihan akan mengakibatkan permukaan hitam berkerak yang biasanya dirujuk sebagai "manis". Argon gred kimpalan yang dibekalkan dalam silinder adalah 99.996-99.997% tulen, bergantung pada pembekal, dan mengandungi 5-7 ppm oksigen dan bendasing lain, termasuk H2O, O2, CO2, hidrokarbon, dsb., dengan jumlah 40 ppm a maksimum. Argon berketulenan tinggi dalam silinder atau argon cecair dalam Dewar boleh menjadi 99.999% tulen atau 10 ppm jumlah bendasing, dengan maksimum 2 ppm oksigen. NOTA: Penulen gas seperti Nanochem atau Gatekeeper boleh digunakan semasa penulenan untuk mengurangkan tahap pencemaran kepada julat bahagian per bilion (ppb).
Komposisi campuran. Campuran gas seperti 75% helium/25% argon dan 95% argon/5% hidrogen boleh digunakan sebagai gas pelindung untuk aplikasi khas. Kedua-dua campuran tersebut menghasilkan kimpalan yang lebih panas daripada yang dilakukan di bawah tetapan program yang sama seperti argon. Campuran helium amat sesuai untuk penembusan maksimum melalui kimpalan pelakuran pada keluli karbon. Seorang perunding industri semikonduktor menyokong penggunaan campuran argon/hidrogen sebagai gas pelindung untuk aplikasi UHP. Campuran hidrogen mempunyai beberapa kelebihan, tetapi juga beberapa kekurangan yang serius. Kelebihannya ialah ia menghasilkan lopak yang lebih basah dan permukaan kimpalan yang lebih licin, yang sesuai untuk melaksanakan sistem penghantaran gas tekanan ultra tinggi dengan permukaan dalam yang sehalus mungkin. Kehadiran hidrogen memberikan atmosfera pengurangan, jadi jika terdapat sedikit oksigen dalam campuran gas, kimpalan yang terhasil akan kelihatan lebih bersih dengan perubahan warna yang kurang daripada kepekatan oksigen yang serupa dalam argon tulen. Kesan ini optimum pada kira-kira 5% kandungan hidrogen. Ada yang menggunakan campuran argon/hidrogen 95/5% sebagai pembersihan ID untuk meningkatkan penampilan manik kimpalan dalaman.
Manik kimpalan yang menggunakan campuran hidrogen sebagai gas pelindung adalah lebih sempit, kecuali keluli tahan karat mempunyai kandungan sulfur yang sangat rendah dan menghasilkan lebih banyak haba dalam kimpalan berbanding tetapan arus yang sama dengan argon yang tidak dicampur. Kelemahan ketara campuran argon/hidrogen ialah arka jauh kurang stabil berbanding argon tulen, dan terdapat kecenderungan arka hanyut, cukup teruk untuk menyebabkan salah lakuran. Hanyut arka mungkin hilang apabila sumber gas campuran yang berbeza digunakan, menunjukkan bahawa ia mungkin disebabkan oleh pencemaran atau pencampuran yang lemah. Oleh kerana haba yang dihasilkan oleh arka berbeza-beza mengikut kepekatan hidrogen, kepekatan yang malar adalah penting untuk mencapai kimpalan yang boleh diulang, dan terdapat perbezaan dalam gas botol pra-campuran. Satu lagi kelemahan ialah jangka hayat tungsten sangat dipendekkan apabila campuran hidrogen digunakan. Walaupun sebab kemerosotan tungsten daripada gas campuran belum ditentukan, telah dilaporkan bahawa arka lebih sukar dan tungsten mungkin perlu diganti selepas satu atau dua kimpalan. Campuran argon/hidrogen tidak boleh digunakan untuk mengimpal keluli karbon atau titanium.
Satu ciri yang membezakan proses TIG ialah ia tidak menggunakan elektrod. Tungsten mempunyai takat lebur tertinggi berbanding mana-mana logam (6098°F; 3370°C) dan merupakan pemancar elektron yang baik, menjadikannya amat sesuai untuk digunakan sebagai elektrod yang tidak boleh digunakan. Sifatnya diperbaiki dengan menambah 2% oksida nadir bumi tertentu seperti ceria, lantanum oksida atau torium oksida untuk meningkatkan permulaan arka dan kestabilan arka. Tungsten tulen jarang digunakan dalam GTAW kerana sifat unggul tungsten cerium, terutamanya untuk aplikasi GTAW orbital. Tungsten torium kurang digunakan berbanding sebelum ini kerana ia agak radioaktif.
Elektrod dengan kemasan yang digilap bersaiz lebih seragam. Permukaan yang licin sentiasa lebih baik daripada permukaan yang kasar atau tidak konsisten, kerana konsistensi dalam geometri elektrod adalah penting untuk hasil kimpalan yang konsisten dan seragam. Elektron yang dipancarkan dari hujung (DCEN) memindahkan haba dari hujung tungsten ke kimpalan. Hujung yang lebih halus membolehkan ketumpatan arus dikekalkan sangat tinggi, tetapi boleh menyebabkan jangka hayat tungsten yang lebih pendek. Untuk kimpalan orbit, adalah penting untuk mengisar hujung elektrod secara mekanikal untuk memastikan kebolehulangan geometri tungsten dan kebolehulangan kimpalan. Hujung tumpul memaksa arka dari kimpalan ke tempat yang sama pada tungsten. Diameter hujung mengawal bentuk arka dan jumlah penembusan pada arus tertentu. Sudut tirus mempengaruhi ciri arus/voltan arka dan mesti dinyatakan dan dikawal. Panjang tungsten adalah penting kerana panjang tungsten yang diketahui boleh digunakan untuk menetapkan jurang arka. Jurang arka untuk nilai arus tertentu menentukan voltan dan dengan itu kuasa yang dikenakan pada kimpalan.
Saiz elektrod dan diameter hujungnya dipilih mengikut keamatan arus kimpalan. Jika arus terlalu tinggi untuk elektrod atau hujungnya, ia mungkin kehilangan logam dari hujungnya, dan menggunakan elektrod dengan diameter hujung yang terlalu besar untuk arus boleh menyebabkan hanyutan arka. Kami menentukan diameter elektrod dan hujung mengikut ketebalan dinding sambungan kimpalan dan menggunakan diameter 0.0625 untuk hampir semua perkara sehingga ketebalan dinding 0.093″, melainkan penggunaannya direka bentuk untuk digunakan dengan elektrod diameter 0.040″ untuk mengimpal Komponen ketepatan kecil. Untuk kebolehulangan proses kimpalan, jenis dan kemasan tungsten, panjang, sudut tirus, diameter, diameter hujung dan jurang arka mesti dinyatakan dan dikawal. Untuk aplikasi kimpalan tiub, tungsten cerium sentiasa disyorkan kerana jenis ini mempunyai hayat perkhidmatan yang lebih lama daripada jenis lain dan mempunyai ciri penyalaan arka yang sangat baik. Tungsten cerium tidak radioaktif.
Untuk maklumat lanjut, sila hubungi Barbara Henon, Pengurus Penerbitan Teknikal, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Telefon: 818-896-9556. Faks: 818-890-3724.