Opmerking van de redactie: Pharmaceutical Online presenteert met genoegen dit artikel in vier delen over orbitaal lassen van bioprocesleidingen door branche-expert Barbara Henon van Arc Machines. Dit artikel is een bewerking van de presentatie van Dr. Henon op de ASME-conferentie eind vorig jaar.
Voorkom verlies van corrosiebestendigheid. Hoogzuiver water zoals DI of WFI is een zeer agressief etsmiddel voor roestvrij staal. Bovendien wordt WFI van farmaceutische kwaliteit op hoge temperatuur (80 °C) gecycled om de steriliteit te behouden. Er is een subtiel verschil tussen het verlagen van de temperatuur tot het niveau waarop levende organismen die dodelijk zijn voor het product, worden ondersteund en het verhogen van de temperatuur tot het niveau waarop de productie van "rouge" wordt bevorderd. Rouge is een bruine film van wisselende samenstelling die wordt veroorzaakt door corrosie van componenten van roestvrijstalen leidingsystemen. Vuil en ijzeroxiden kunnen de belangrijkste componenten zijn, maar verschillende vormen van ijzer, chroom en nikkel kunnen ook aanwezig zijn. De aanwezigheid van rouge is dodelijk voor sommige producten en kan leiden tot verdere corrosie, hoewel de aanwezigheid ervan in andere systemen tamelijk onschadelijk lijkt.
Lassen kan de corrosiebestendigheid negatief beïnvloeden. Warme kleur is het resultaat van oxiderend materiaal dat zich afzet op lassen en gevaarlijke zones tijdens het lassen, is bijzonder schadelijk en wordt geassocieerd met de vorming van rouge in farmaceutische watersystemen. De vorming van chroomoxide kan een warme tint veroorzaken, waardoor een chroomarme laag achterblijft die gevoelig is voor corrosie. Warme kleur kan worden verwijderd door beitsen en slijpen, waarbij metaal van het oppervlak wordt verwijderd, inclusief de onderliggende chroomarme laag, en de corrosiebestendigheid wordt hersteld tot niveaus die dicht bij de niveaus van het basismetaal liggen. Beitsen en slijpen zijn echter schadelijk voor de oppervlakteafwerking. Passivering van het leidingsysteem met salpeterzuur of chelerende middelformuleringen wordt gedaan om de nadelige effecten van lassen en fabricage te overwinnen voordat het leidingsysteem in gebruik wordt genomen. Auger-elektronenanalyse toonde aan dat chelerende passivering de oppervlakteveranderingen in de distributie van zuurstof, chroom, ijzer, nikkel en mangaan die optraden in de las en de door warmte beïnvloede zone, kon herstellen naar de toestand van vóór het lassen. Passivering heeft echter alleen invloed op de buitenste oppervlaktelaag en dringt niet dieper door dan 50 angstrom, terwijl thermische verkleuring zich wel 1000 angstrom of meer onder het oppervlak kan uitstrekken.
Om corrosiebestendige leidingsystemen dicht bij ongelaste substraten te installeren, is het daarom belangrijk om te proberen de schade door lassen en fabricage te beperken tot niveaus die grotendeels kunnen worden hersteld door passivering. Hiervoor is het gebruik van een spoelgas met een minimaal zuurstofgehalte nodig dat naar de binnendiameter van de gelaste verbinding wordt gebracht zonder verontreiniging door atmosferische zuurstof of vocht. Nauwkeurige controle van de warmtetoevoer en het vermijden van oververhitting tijdens het lassen zijn ook belangrijk om verlies van corrosiebestendigheid te voorkomen. Het beheersen van het productieproces om herhaalbare en consistente lassen van hoge kwaliteit te verkrijgen, evenals de zorgvuldige behandeling van roestvrijstalen buizen en componenten tijdens de productie om verontreiniging te voorkomen, zijn essentiële vereisten voor een hoogwaardig leidingsysteem dat corrosiebestendig is en op de lange termijn productief is.
De materialen die worden gebruikt in leidingsystemen van roestvrij staal met een hoge zuiverheidsgraad voor biofarmaceutische toepassingen, hebben de afgelopen tien jaar een ontwikkeling doorgemaakt in de richting van een betere corrosiebestendigheid. Vóór 1980 werd vooral roestvrij staal van de serie 304 gebruikt, omdat dit type relatief goedkoop was en een verbetering ten opzichte van het eerder gebruikte koper. Roestvrij staal van de serie 300 is relatief eenvoudig te bewerken, kan worden gesmolten zonder dat dit ten koste gaat van de corrosiebestendigheid en vereist geen speciale voor- en naverwarmingsbehandeling.
De laatste tijd is het gebruik van roestvrij staal 316 in toepassingen met hoge zuiverheid in de pijpleidingsector toegenomen. Type 316 is qua samenstelling vergelijkbaar met type 304, maar naast de chroom- en nikkellegeringselementen die beide gemeen hebben, bevat 316 ongeveer 2% molybdeen, wat de corrosiebestendigheid van 316 aanzienlijk verbetert. Typen 304L en 316L, ook wel "L"-kwaliteiten genoemd, hebben een lager koolstofgehalte dan standaardkwaliteiten (0,035% versus 0,08%). Deze vermindering van het koolstofgehalte is bedoeld om de hoeveelheid carbide-neerslag die kan optreden als gevolg van lassen te verminderen. Dit is de vorming van chroomcarbide, dat de korrelgrenzen van het chroombasismetaal uitput, waardoor het vatbaar wordt voor corrosie. De vorming van chroomcarbide, ook wel "sensibilisatie" genoemd, is tijd- en temperatuurafhankelijk en vormt een groter probleem bij handsolderen. We hebben aangetoond dat orbitaal lassen van super-austenitisch roestvrij staal AL-6XN zorgt voor corrosiebestendigere lassen dan vergelijkbare lassen die met de hand worden uitgevoerd. Dit komt doordat orbitaal lassen een nauwkeurige controle biedt over de stroomsterkte, pulsatie en timing, wat resulteert in een lagere en gelijkmatigere warmte-inbreng dan handmatig lassen. Orbitaal lassen in combinatie met "L"-kwaliteiten 304 en 316 elimineert vrijwel volledig de neerslag van carbide als factor bij de ontwikkeling van corrosie in leidingsystemen.
Variatie van roestvrij staal van hitte tot hitte. Hoewel lasparameters en andere factoren binnen vrij nauwe toleranties kunnen worden gehouden, zijn er nog steeds verschillen in de warmte-invoer die nodig is om roestvrij staal van hitte tot hitte te lassen. Een hittenummer is het lotnummer dat in de fabriek aan een specifieke gesmolten roestvrijstalen plaat is toegewezen. De exacte chemische samenstelling van elke batch wordt vastgelegd in het fabriekstestrapport (MTR), samen met de batch-identificatie of het hittenummer. Zuiver ijzer smelt bij 1538 °C (2800 °F), terwijl gelegeerde metalen binnen een temperatuurbereik smelten, afhankelijk van het type en de concentratie van elke legering of aanwezig spoorelement. Omdat geen twee hittes van roestvrij staal exact dezelfde concentratie van elk element bevatten, zullen de laseigenschappen per oven verschillen.
SEM van orbitaallassen van 316L-buizen op AOD-buizen (boven) en EBR-materiaal (onder) toonde een significant verschil in de gladheid van de lasrups.
Hoewel één enkele lasprocedure voor de meeste lasmethoden met een vergelijkbare buitendiameter en wanddikte kan werken, vereisen sommige lasmethoden een lagere stroomsterkte en andere een hogere stroomsterkte dan normaal. Daarom moet het verwarmen van verschillende materialen op de werkplek zorgvuldig worden bijgehouden om mogelijke problemen te voorkomen. Vaak is voor nieuwe lasmethoden slechts een kleine verandering in stroomsterkte nodig om een ​​bevredigende lasprocedure te bereiken.
Zwavelprobleem. Elementaire zwavel is een onzuiverheid die verband houdt met ijzererts en die grotendeels wordt verwijderd tijdens het staalproductieproces. AISI-roestvast staal van het type 304 en 316 wordt gespecificeerd met een maximaal zwavelgehalte van 0,030%. Met de ontwikkeling van moderne staalraffinageprocessen, zoals argon-zuurstofontkoling (AOD) en dubbele vacuümsmeltpraktijken zoals vacuüminductiesmelten gevolgd door vacuümbooghersmelten (VIM+VAR), is het mogelijk geworden om staalsoorten te produceren die op de volgende manieren heel bijzonder zijn.hun chemische samenstelling. Er is opgemerkt dat de eigenschappen van het laspoelbad veranderen wanneer het zwavelgehalte van het staal lager is dan ongeveer 0,008%. Dit komt door het effect van zwavel en in mindere mate andere elementen op de temperatuurcoëfficiënt van de oppervlaktespanning van het laspoelbad, die de vloeikenmerken van het vloeistofbad bepaalt.
Bij zeer lage zwavelconcentraties (0,001% - 0,003%) wordt de penetratie van de lasbad zeer breed vergeleken met soortgelijke lassen gemaakt op materialen met een gemiddeld zwavelgehalte. Lassen gemaakt op roestvrijstalen buizen met een laag zwavelgehalte zullen bredere lassen hebben, terwijl er bij buizen met een dikkere wand (0,065 inch of 1,66 mm of meer) een grotere neiging zal zijn om lassen te maken. Recess-lassen. Wanneer de lasstroom voldoende is om een ​​volledig gepenetreerde las te produceren. Dit maakt materialen met een zeer laag zwavelgehalte moeilijker te lassen, vooral bij dikkere wanden. Aan de hogere kant van de zwavelconcentratie in roestvrij staal 304 of 316 heeft de lasrups de neiging om er minder vloeibaar uit te zien en ruwer te zijn dan materialen met een gemiddeld zwavelgehalte. Daarom zou het ideale zwavelgehalte voor lasbaarheid in het bereik van ongeveer 0,005% tot 0,017% liggen, zoals gespecificeerd in ASTM A270 S2 voor slangen van farmaceutische kwaliteit.
Producenten van elektrolytisch gepolijste roestvrijstalen buizen hebben gemerkt dat zelfs matige zwavelgehaltes in roestvrij staal van het type 316 of 316L het moeilijk maken om te voldoen aan de behoeften van hun klanten in de halfgeleider- en biofarmaceutische sector voor gladde, putvrije binnenoppervlakken. Het gebruik van rasterelektronenmicroscopie om de gladheid van het buisoppervlak te verifiëren komt steeds vaker voor. Er is aangetoond dat zwavel in onedele metalen niet-metalen insluitsels of mangaansulfide (MnS) "stringers" vormt die tijdens het elektrolytisch polijsten worden verwijderd en holtes achterlaten in het bereik van 0,25-1,0 micron.
Fabrikanten en leveranciers van elektrolytisch gepolijste buizen stimuleren de markt om materialen met een ultralaag zwavelgehalte te gebruiken om aan hun eisen voor oppervlakteafwerking te voldoen. Het probleem beperkt zich echter niet tot elektrolytisch gepolijste buizen, aangezien bij niet-elektrolytisch gepolijste buizen de insluitsels worden verwijderd tijdens het passiveren van het leidingsysteem. Holtes blijken gevoeliger te zijn voor putcorrosie dan gladde oppervlakken. Er zijn dus enkele goede redenen voor de trend om materialen met een laag zwavelgehalte en "schonere" materialen te gebruiken.
Boogafbuiging. Naast het verbeteren van de lasbaarheid van roestvast staal, verbetert de aanwezigheid van wat zwavel ook de bewerkbaarheid. Als gevolg hiervan hebben fabrikanten de neiging om materialen te kiezen die aan de hoge kant van het gespecificeerde zwavelgehaltebereik liggen. Het lassen van buizen met een zeer lage zwavelconcentratie aan fittingen, kleppen of andere buizen met een hoger zwavelgehalte kan lasproblemen veroorzaken omdat de boog zal worden gericht op buizen met een laag zwavelgehalte. Wanneer boogafbuiging optreedt, wordt de penetratie dieper aan de kant met het lage zwavelgehalte dan aan de kant met het hoge zwavelgehalte, wat het tegenovergestelde is van wat er gebeurt bij het lassen van buizen met overeenkomstige zwavelconcentraties. In extreme gevallen kan de lasrups volledig door het materiaal met het lage zwavelgehalte dringen en de binnenkant van de las volledig onversmolten laten (Fihey en Simeneau, 1982). Om het zwavelgehalte van de fittingen af ​​te stemmen op het zwavelgehalte van de buis, heeft de Carpenter Steel Division van Carpenter Technology Corporation of Pennsylvania heeft een 316-staafmateriaal met een laag zwavelgehalte (maximaal 0,005%) geïntroduceerd (type 316L-SCQ) (VIM+VAR) voor de productie van fittingen en andere componenten die aan leidingen met een laag zwavelgehalte moeten worden gelast. Het aan elkaar lassen van twee materialen met een zeer laag zwavelgehalte is veel eenvoudiger dan het lassen van een materiaal met een zeer laag zwavelgehalte aan een materiaal met een hoger zwavelgehalte.
De overstap naar het gebruik van buizen met een laag zwavelgehalte is grotendeels te danken aan de behoefte aan gladde, elektrolytisch gepolijste binnenoppervlakken van de buizen. Hoewel oppervlakteafwerking en elektrolytisch polijsten belangrijk zijn voor zowel de halfgeleiderindustrie als de biotechnologische/farmaceutische industrie, specificeerde SEMI, bij het opstellen van de specificatie voor de halfgeleiderindustrie, dat 316L-buizen voor procesgasleidingen een zwavelkap van 0,004% moeten hebben voor optimale prestaties aan de uiteinden van de oppervlakken. ASTM heeft daarentegen zijn ASTM 270-specificatie aangepast om buizen van farmaceutische kwaliteit op te nemen die het zwavelgehalte beperken tot een bereik van 0,005 tot 0,017%. Dit zou moeten resulteren in minder lasproblemen in vergelijking met zwavelsoorten in een lager bereik. Er moet echter worden opgemerkt dat zelfs binnen dit beperkte bereik nog steeds boogafbuiging kan optreden bij het lassen van buizen met een laag zwavelgehalte aan buizen of fittingen met een hoog zwavelgehalte. Installateurs moeten de verhitting van het materiaal zorgvuldig in de gaten houden en vóór de fabricage de soldeercompatibiliteit tussen verhittingen controleren. Productie van lassen.
andere sporenelementen. Sporenelementen zoals zwavel, zuurstof, aluminium, silicium en mangaan blijken de penetratie te beïnvloeden. Sporen van aluminium, silicium, calcium, titanium en chroom, aanwezig in het basismetaal als oxide-insluitsels, gaan gepaard met slakvorming tijdens het lassen.
De effecten van de verschillende elementen zijn cumulatief, dus de aanwezigheid van zuurstof kan een deel van de effecten van een laag zwavelgehalte tenietdoen. Hoge aluminiumgehaltes kunnen het positieve effect op de zwavelpenetratie tenietdoen. Mangaan verdampt bij het lassen en slaat neer in de warmtebeïnvloede zone van het lassen. Deze mangaanafzettingen gaan gepaard met verlies van corrosiebestendigheid (zie Cohen, 1997). De halfgeleiderindustrie experimenteert momenteel met 316L-materialen met een laag mangaangehalte en zelfs met een ultralaag mangaangehalte om dit verlies van corrosiebestendigheid te voorkomen.
Slakvorming.Slageilanden verschijnen af ​​en toe op de roestvrijstalen rups bij sommige hittes. Dit is inherent een materiaalprobleem, maar soms kunnen veranderingen in de lasparameters dit minimaliseren, of kunnen veranderingen in het argon/waterstofmengsel de las verbeteren. Pollard ontdekte dat de verhouding van aluminium tot silicium in het basismetaal de slakvorming beïnvloedt. Om de vorming van ongewenste plaque-type slak te voorkomen, adviseert hij om het aluminiumgehalte op 0,010% en het siliciumgehalte op 0,5% te houden. Wanneer de Al/Si-verhouding echter boven dit niveau ligt, kan er bolvormige slak worden gevormd in plaats van plaque-type slak. Dit type slak kan putjes achterlaten na elektrolytisch polijsten, wat onaanvaardbaar is voor toepassingen met een hoge zuiverheid.Slageilanden die zich vormen op de buitendiameter van de las kunnen een ongelijkmatige penetratie van de binnendiameter veroorzaken en kunnen resulteren in onvoldoende penetratie.De slakeilanden die zich vormen op de binnendiameter van de lasrups kunnen gevoelig zijn voor corrosie.
Enkelvoudige las met pulsatie. Standaard automatisch orbitaal buislassen is een enkelvoudige las met gepulseerde stroom en continue rotatie met een constante snelheid. Deze techniek is geschikt voor buizen met een buitendiameter van 1/8″ tot circa 7″ en wanddiktes van 0,083″ en kleiner. Na een getimede voorspoeling treedt er boogvorming op. Het doordringen van de buiswand vindt plaats gedurende een getimede vertraging waarin er boogvorming is, maar geen rotatie plaatsvindt. Na deze rotatievertraging draait de elektrode rond de lasverbinding totdat de las het eerste deel van de las raakt of overlapt tijdens de laatste laslaag. Zodra de verbinding voltooid is, neemt de stroomsterkte geleidelijk af.
Stapmodus ("gesynchroniseerd" lassen). Voor het smeltlassen van materialen met dikkere wanden, doorgaans dikker dan 0,083 inch, kan de smeltlasstroombron worden gebruikt in synchrone of stapmodus. In de synchrone of stapmodus wordt de lasstroompuls gesynchroniseerd met de slag, zodat de rotor stilstaat voor maximale penetratie tijdens hoge stroompulsen en beweegt tijdens lage stroompulsen. Synchrone technieken gebruiken langere pulstijden, in de orde van 0,5 tot 1,5 seconde, vergeleken met de pulstijd van een tiende of honderdste van een seconde voor conventioneel lassen. Deze techniek kan effectief 0,154" of 6" dikke 40 gauge 40 dunwandige buizen lassen met een wanddikte van 0,154" of 6". De stapsgewijze techniek produceert een bredere las, waardoor deze fouttolerant is en nuttig voor het lassen van onregelmatige onderdelen zoals buisfittingen aan buizen waar er verschillen in maattoleranties, enige verkeerde uitlijning of thermische incompatibiliteit van het materiaal kunnen zijn. Dit type lassen vereist ongeveer twee keer de boogtijd van conventioneel lassen en is minder geschikt voor toepassingen met een ultrahoge zuiverheid (UHP) vanwege de bredere, ruwere naad.
Programmeerbare variabelen. De huidige generatie lasstroombronnen zijn gebaseerd op een microprocessor en slaan programma's op die numerieke waarden voor lasparameters specificeren voor een specifieke diameter (OD) en wanddikte van de te lassen pijp, inclusief spoeltijd, lasstroom, verplaatsingssnelheid (RPM), aantal lagen en tijd per laag, pulstijd, neerwaartse tijd, enz. Voor orbitale buislassen met toegevoegde toevoegdraad omvatten de programmaparameters de draadaanvoersnelheid, toortsoscillatie-amplitude en wachttijd, AVC (boogspanningsregeling om een ​​constante boogafstand te bieden) en opwaartse helling. Om smeltlassen uit te voeren, installeert u de laskop met de juiste elektrode en pijpkleminzetstukken op de pijp en roept u het lasschema of -programma op uit het geheugen van de stroombron. De lasvolgorde wordt gestart door op een knop of membraanpaneeltoets te drukken en het lassen gaat door zonder tussenkomst van de operator.
Niet-programmeerbare variabelen. Om een ​​consistent goede laskwaliteit te verkrijgen, moeten de lasparameters zorgvuldig worden gecontroleerd. Dit wordt bereikt door de nauwkeurigheid van de lasstroombron en het lasprogramma, een reeks instructies die in de stroombron worden ingevoerd, bestaande uit lasparameters, voor het lassen van een specifieke maat pijp of buis. Er moet ook een effectieve reeks lasnormen zijn, waarin criteria voor acceptatie van het lassen en een systeem voor lasinspectie en kwaliteitscontrole zijn gespecificeerd om te garanderen dat het lassen voldoet aan de overeengekomen normen. Bepaalde andere factoren en procedures dan de lasparameters moeten echter ook zorgvuldig worden gecontroleerd. Deze factoren omvatten het gebruik van goede apparatuur voor de voorbereiding van de uiteinden, goede reinigings- en behandelingspraktijken, goede maattoleranties van buizen of andere onderdelen die worden gelast, consistent type en formaat wolfraam, zeer zuivere inerte gassen en zorgvuldige aandacht voor materiaalvariaties. - hoge temperatuur.
De voorbereidingsvereisten voor het lassen van buisuiteinden zijn kritischer bij orbitaal lassen dan bij handmatig lassen. Lasverbindingen voor orbitaal buislassen zijn meestal vierkante stompe verbindingen. Om de gewenste herhaalbaarheid bij orbitaal lassen te bereiken, is een nauwkeurige, consistente, bewerkte uiteindevoorbereiding vereist. Omdat de lasstroom afhankelijk is van de wanddikte, moeten de uiteinden haaks zijn, zonder bramen of afgeschuinde randen aan de buiten- of binnendiameter (OD of ID), die zouden resulteren in verschillende wanddiktes.
De uiteinden van de buis moeten in de laskop op elkaar passen, zodat er geen zichtbare opening is tussen de uiteinden van de vierkante verbinding. Hoewel lasverbindingen met kleine openingen mogelijk zijn, kan dit de laskwaliteit negatief beïnvloeden. Hoe groter de opening, hoe groter de kans op een probleem. Slechte montage kan leiden tot een volledig falen van het solderen. Buiszagen van George Fischer en andere fabrikanten, die de buis zagen en de uiteinden van de buis in dezelfde bewerking afvlakken, of draagbare draaibanken voor het voorbereiden van de uiteinden, zoals die van Protem, Wachs en andere, worden vaak gebruikt om gladde orbitale lassen te maken die geschikt zijn voor machinale bewerking. Afkortzagen, ijzerzagen, lintzagen en buizensnijders zijn niet geschikt voor dit doel.
Naast de lasparameters die het vermogen leveren om te lassen, zijn er andere variabelen die een grote invloed kunnen hebben op het lassen, maar die geen deel uitmaken van de eigenlijke lasprocedure. Dit omvat het type en de grootte van het wolfraam, het type en de zuiverheid van het gas dat wordt gebruikt om de boog af te schermen en de binnenkant van de lasverbinding te spoelen, de gasstroom die wordt gebruikt voor het spoelen, het type kop en de gebruikte stroombron, de configuratie van de verbinding en alle andere relevante informatie. We noemen dit "niet-programmeerbare" variabelen en registreren ze in het lasschema. Het type gas wordt bijvoorbeeld beschouwd als een essentiële variabele in de lasmethodespecificatie (WPS) voor lasprocedures die voldoen aan de ASME Sectie IX Boiler and Pressure Vessel Code. Wijzigingen in het gastype of de gasmengselpercentages, of het elimineren van ID-spoeling, vereisen hervalidatie van de lasprocedure.
lasgas. Roestvast staal is bestand tegen oxidatie door atmosferische zuurstof bij kamertemperatuur. Wanneer het wordt verhit tot het smeltpunt (1530 °C of 2800 °F voor zuiver ijzer), oxideert het gemakkelijk. Inert argon wordt het meest gebruikt als beschermgas en voor het spoelen van interne lasverbindingen via het orbitale GTAW-proces. De zuiverheid van het gas ten opzichte van zuurstof en vocht bepaalt de hoeveelheid oxidatie-geïnduceerde verkleuring die optreedt op of nabij de las na het lassen. Als het spoelgas niet van de hoogste kwaliteit is of als het spoelsysteem niet volledig lekvrij is, waardoor er een kleine hoeveelheid lucht in het spoelsysteem lekt, kan de oxidatie lichtblauwgroen of blauwachtig zijn. Natuurlijk zal geen reiniging resulteren in het korstachtige zwarte oppervlak dat algemeen bekend staat als "gezoet". Laskwaliteit argon geleverd in cilinders is 99,996-99,997% zuiver, afhankelijk van de leverancier, en bevat 5-7 ppm zuurstof en andere onzuiverheden, waaronder H2O, O2, CO2, koolwaterstoffen, enz., voor een totaal van maximaal 40 ppm. Argon met een hoge zuiverheidsgraad in een cilinder of vloeibaar argon in een Dewar kan voor 99,999% zuiver zijn of 10 ppm totale onzuiverheden bevatten, met maximaal 2 ppm zuurstof. OPMERKING: Gasreinigers zoals Nanochem of Gatekeeper kunnen tijdens het zuiveren worden gebruikt om de verontreinigingsniveaus te verlagen tot het aantal deeltjes per miljard (ppb).
Gemengde samenstelling. Gasmengsels zoals 75% helium/25% argon en 95% argon/5% waterstof kunnen worden gebruikt als beschermgassen voor speciale toepassingen. De twee mengsels produceerden hetere lassen dan lassen die werden uitgevoerd met dezelfde programma-instellingen als argon. Heliummengsels zijn bijzonder geschikt voor maximale penetratie door smeltlassen op koolstofstaal. Een consultant uit de halfgeleiderindustrie bepleit het gebruik van argon/waterstofmengsels als beschermgassen voor UHP-toepassingen. Waterstofmengsels hebben verschillende voordelen, maar ook enkele ernstige nadelen. Het voordeel is dat het een nattere smeltbad en een gladder lasoppervlak produceert, wat ideaal is voor het implementeren van ultrahogedruk-gastoevoersystemen met een zo glad mogelijk binnenoppervlak. De aanwezigheid van waterstof zorgt voor een reducerende atmosfeer, dus als er sporen zuurstof in het gasmengsel aanwezig zijn, zal de resulterende las er schoner uitzien met minder verkleuring dan een vergelijkbare zuurstofconcentratie in puur argon. Dit effect is optimaal bij een waterstofgehalte van ongeveer 5%. Sommigen gebruiken een 95/5% argon/waterstofmengsel als ID reinigen om het uiterlijk van de interne lasrups te verbeteren.
De lasrups met een waterstofmengsel als beschermgas is smaller, behalve dat het roestvrij staal een zeer laag zwavelgehalte heeft en meer warmte genereert tijdens het lassen dan bij dezelfde stroominstelling met ongemengd argon. Een belangrijk nadeel van argon/waterstofmengsels is dat de boog veel minder stabiel is dan zuiver argon en dat de boog de neiging heeft om te driften, ernstig genoeg om misfusie te veroorzaken. Boogdrift kan verdwijnen wanneer een andere gemengde gasbron wordt gebruikt, wat suggereert dat het kan worden veroorzaakt door verontreiniging of slechte menging. Omdat de warmte die door de boog wordt gegenereerd varieert met de waterstofconcentratie, is een constante concentratie essentieel om herhaalbare lassen te verkrijgen, en er zijn verschillen in voorgemengd flessengas. Een ander nadeel is dat de levensduur van wolfraam aanzienlijk wordt verkort wanneer een waterstofmengsel wordt gebruikt. Hoewel de reden voor de verslechtering van wolfraam door het gemengde gas niet is vastgesteld, is gemeld dat de boog moeilijker is en dat het wolfraam mogelijk na een of twee lassen moet worden vervangen. Argon/waterstof mengsels kunnen niet worden gebruikt om koolstofstaal of titanium te lassen.
Een onderscheidend kenmerk van het TIG-proces is dat er geen elektroden worden verbruikt. Wolfraam heeft het hoogste smeltpunt van alle metalen (3370 °C) en is een goede elektronenemitter, waardoor het bijzonder geschikt is voor gebruik als niet-verbruikbare elektrode. De eigenschappen worden verbeterd door 2% van bepaalde zeldzame aardoxiden toe te voegen, zoals ceria, lanthaanoxide of thoriumoxide, om het starten van de boog en de boogstabiliteit te verbeteren. Zuiver wolfraam wordt zelden gebruikt bij GTAW vanwege de superieure eigenschappen van ceriumwolfraam, met name voor orbitale GTAW-toepassingen. Thoriumwolfraam wordt minder gebruikt dan vroeger omdat het enigszins radioactief is.
Elektroden met een gepolijste afwerking zijn gelijkmatiger van formaat. Een glad oppervlak verdient altijd de voorkeur boven een ruw of inconsistent oppervlak, omdat consistentie in de elektrodegeometrie van cruciaal belang is voor consistente, uniforme lasresultaten. Elektronen die uit de punt komen (DCEN) brengen warmte over van de wolfraampunt naar de las. Een fijnere punt zorgt ervoor dat de stroomdichtheid zeer hoog kan blijven, maar kan resulteren in een kortere levensduur van het wolfraam. Voor orbitaal lassen is het belangrijk om de elektrodepunt mechanisch te slijpen om de herhaalbaarheid van de wolfraamgeometrie en de herhaalbaarheid van de las te garanderen. De stompe punt dwingt de boog van de las naar dezelfde plek op het wolfraam. De diameter van de punt bepaalt de vorm van de boog en de hoeveelheid penetratie bij een bepaalde stroomsterkte. De taps toelopende hoek beïnvloedt de stroom-/spanningskarakteristieken van de boog en moet worden gespecificeerd en gecontroleerd. De lengte van het wolfraam is belangrijk omdat een bekende lengte van het wolfraam kan worden gebruikt om de boogspleet in te stellen. De boogspleet voor een specifieke stroomwaarde bepaalt de spanning en dus het vermogen dat op de las wordt toegepast.
De elektrodegrootte en de diameter van de punt worden geselecteerd op basis van de intensiteit van de lasstroom. Als de stroomsterkte te hoog is voor de elektrode of de punt, kan er metaal uit de punt verloren gaan en kan het gebruik van elektroden met een te grote puntdiameter voor de stroomsterkte leiden tot boogdrift. We specificeren elektrode- en puntdiameters op basis van de wanddikte van de lasverbinding en gebruiken een diameter van 0,0625 inch voor bijna alles tot een wanddikte van 0,093 inch, tenzij het gebruik is ontworpen voor gebruik met elektroden met een diameter van 0,040 inch voor het lassen van kleine precisiecomponenten. Voor herhaalbaarheid van het lasproces moeten het type wolfraam en de afwerking, lengte, tapsheidshoek, diameter, puntdiameter en boogspleet allemaal worden gespecificeerd en gecontroleerd. Voor buislastoepassingen wordt altijd ceriumwolfraam aanbevolen omdat dit type een veel langere levensduur heeft dan andere typen en uitstekende boogontstekingseigenschappen heeft. Ceriumwolfraam is niet-radioactief.
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met Barbara Henon, Technical Publications Manager, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Telefoon: 818-896-9556. Fax: 818-890-3724.