Noot van de redactie: Pharmaceutical Online presenteert met genoegen dit vierdelige artikel over orbitaal lassen van bioprocesleidingen, geschreven door branche-expert Barbara Henon van Arc Machines. Dit artikel is een bewerking van de presentatie die Dr. Henon eind vorig jaar gaf op de ASME-conferentie.
Voorkom verlies van corrosiebestendigheid. Hoogzuiver water, zoals gedemineraliseerd water (DI) of gedemineraliseerd water (WFI), is een zeer agressief etsmiddel voor roestvrij staal. Bovendien wordt gedemineraliseerd water van farmaceutische kwaliteit op hoge temperatuur (80 °C) behandeld om de steriliteit te behouden. Er is een subtiel verschil tussen het verlagen van de temperatuur tot een niveau waarop levende organismen kunnen gedijen die dodelijk zijn voor het product, en het verhogen van de temperatuur tot een niveau waarop de vorming van corrosieaanslag ("rouge") wordt bevorderd. Corrosieaanslag is een bruine film met een variabele samenstelling, veroorzaakt door corrosie van roestvrijstalen leidingcomponenten. Vuil en ijzeroxiden kunnen de belangrijkste componenten zijn, maar ook verschillende vormen van ijzer, chroom en nikkel kunnen aanwezig zijn. De aanwezigheid van corrosieaanslag is dodelijk voor sommige producten en kan leiden tot verdere corrosie, hoewel de aanwezigheid ervan in andere systemen relatief onschadelijk lijkt te zijn.
Lassen kan de corrosiebestendigheid negatief beïnvloeden. Een warme verkleuring, veroorzaakt door oxiderend materiaal dat tijdens het lassen op de lasnaden en in de warmtebeïnvloede zone (HAZ) wordt afgezet, is bijzonder schadelijk en wordt geassocieerd met de vorming van roest in farmaceutische watersystemen. De vorming van chroomoxide kan een warme verkleuring veroorzaken, waarbij een chroomarme laag achterblijft die gevoelig is voor corrosie. Deze warme verkleuring kan worden verwijderd door beitsen en slijpen, waarbij metaal van het oppervlak wordt verwijderd, inclusief de onderliggende chroomarme laag, waardoor de corrosiebestendigheid wordt hersteld tot een niveau dat dicht bij dat van het basismetaal ligt. Beitsen en slijpen zijn echter nadelig voor de oppervlakteafwerking. Passivering van het leidingsysteem met salpeterzuur of chelerende middelen wordt uitgevoerd om de nadelige effecten van lassen en fabricage te compenseren voordat het leidingsysteem in gebruik wordt genomen. Auger-elektronenanalyse toonde aan dat chelatiepassivering de veranderingen in de verdeling van zuurstof, chroom, ijzer, nikkel en mangaan die in de las en de warmtebeïnvloede zone zijn opgetreden, kan herstellen naar de toestand van vóór het lassen. Passivering heeft echter alleen invloed op de buitenste oppervlaktelaag. en dringt niet door tot onder de 50 angstrom, terwijl thermische kleuring tot 1000 angstrom of meer onder het oppervlak kan doordringen.
Om corrosiebestendige leidingsystemen in de buurt van ongelaste ondergronden te installeren, is het daarom belangrijk om de schade door lassen en fabricage te beperken tot een niveau dat grotendeels kan worden hersteld door passivering. Dit vereist het gebruik van een spoelgas met een minimaal zuurstofgehalte en toevoer naar de binnendiameter van de lasverbinding zonder verontreiniging door atmosferische zuurstof of vocht. Nauwkeurige controle van de warmte-inbreng en het voorkomen van oververhitting tijdens het lassen is 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 fabricage om verontreiniging te voorkomen, zijn essentiële vereisten voor een hoogwaardig leidingsysteem dat bestand is tegen corrosie en een lange levensduur garandeert.
De materialen die worden gebruikt in hoogwaardige roestvrijstalen pijpleidingsystemen voor biofarmaceutische toepassingen hebben de afgelopen tien jaar een evolutie doorgemaakt richting verbeterde corrosiebestendigheid. Het meeste roestvrij staal dat vóór 1980 werd gebruikt, was roestvrij staal van de 304-serie, omdat dit relatief goedkoop was en een verbetering ten opzichte van het koper dat daarvoor werd gebruikt. Roestvrij staal van de 300-serie is relatief gemakkelijk te bewerken, kan worden gelast zonder noemenswaardig verlies van corrosiebestendigheid en vereist geen speciale voor- en nabewerkingen.
Het gebruik van roestvrij staal 316 in hoogzuivere leidingtoepassingen is de laatste tijd toegenomen. Type 316 is qua samenstelling vergelijkbaar met type 304, maar naast de legeringselementen chroom en nikkel die beide gemeen hebben, bevat 316 ongeveer 2% molybdeen, wat de corrosiebestendigheid van 316 aanzienlijk verbetert. De typen 304L en 316L, aangeduid als "L"-kwaliteiten, hebben een lager koolstofgehalte dan standaardkwaliteiten (0,035% versus 0,08%). Deze verlaging van het koolstofgehalte is bedoeld om de hoeveelheid carbideprecipitatie te verminderen die kan optreden als gevolg van lassen. 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 afhankelijk van tijd en temperatuur en vormt een groter probleem bij handmatig solderen. We hebben aangetoond dat orbitaal lassen van superaustenitisch roestvrij staal AL-6XN een betere corrosiebestendigheid biedt. Orbitaal lassen levert betere resultaten op dan vergelijkbare lassen die met de hand worden gemaakt. Dit komt doordat orbitaal lassen een nauwkeurige controle biedt over stroomsterkte, pulsatie en timing, wat resulteert in een lagere en gelijkmatigere warmte-inbreng dan bij handmatig lassen. Orbitaal lassen in combinatie met L-kwaliteiten 304 en 316 elimineert vrijwel volledig de vorming van carbiden als factor in de ontwikkeling van corrosie in leidingsystemen.
Variatie van roestvrij staal van batch tot batch. Hoewel lasparameters en andere factoren binnen vrij nauwe toleranties kunnen worden gehouden, zijn er toch verschillen in de warmte-inbreng die nodig is om roestvrij staal te lassen, afhankelijk van de batch. Een batchnummer is het lotnummer dat in de fabriek aan een specifieke roestvrijstaalsmelt wordt toegekend. De exacte chemische samenstelling van elke batch wordt samen met de batchidentificatie of het batchnummer vastgelegd op het fabriekstestrapport (MTR). Zuiver ijzer smelt bij 1538 °C (2800 °F), terwijl gelegeerde metalen smelten binnen een temperatuurbereik, afhankelijk van het type en de concentratie van elk legeringselement of sporenelement. Omdat geen twee batches roestvrij staal exact dezelfde concentratie van elk element bevatten, zullen de laseigenschappen van oven tot oven variëren.
SEM-beelden van orbitale lasnaden van 316L-buizen op AOD-buizen (boven) en EBR-materiaal (onder) lieten een significant verschil zien in de gladheid van de lasrups.
Hoewel één lasprocedure voor de meeste materialen met een vergelijkbare buitendiameter en wanddikte geschikt is, vereisen sommige materialen een lagere stroomsterkte en andere een hogere stroomsterkte dan gebruikelijk. Daarom moet het verwarmen van verschillende materialen op de werklocatie nauwlettend in de gaten worden gehouden om potentiële problemen te voorkomen. Vaak is bij een nieuw materiaal slechts een kleine aanpassing van de stroomsterkte nodig om een ​​bevredigende lasprocedure te bereiken.
Zwavelprobleem. Elementaire zwavel is een onzuiverheid die in ijzererts voorkomt en grotendeels wordt verwijderd tijdens het staalproductieproces. Roestvrij staal van de typen AISI 304 en 316 heeft een maximaal zwavelgehalte van 0,030%. Dankzij de ontwikkeling van moderne staalraffinageprocessen, zoals argon-zuurstofontkoling (AOD) en dubbele vacuümsmelttechnieken zoals vacuüminductiesmelten gevolgd door vacuümbooghersmelten (VIM+VAR), is het mogelijk geworden om staal te produceren dat op de volgende manieren zeer bijzonder is: de chemische samenstelling. Er is vastgesteld dat de eigenschappen van het smeltbad 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 smeltbad, die de vloei-eigenschappen van het vloeibare smeltbad bepaalt.
Bij zeer lage zwavelconcentraties (0,001% – 0,003%) wordt de indringing van het smeltbad veel breder in vergelijking met soortgelijke lassen op materialen met een gemiddeld zwavelgehalte. Lassen op roestvrijstalen buizen met een laag zwavelgehalte zullen bredere lassen opleveren, terwijl er bij buizen met een dikkere wand (0,065 inch, of 1,66 mm of meer) een grotere neiging is tot teruglassen. Dit maakt het lassen van materialen met een zeer laag zwavelgehalte, vooral met dikkere wanden, lastiger. Bij hogere zwavelconcentraties in roestvrij staal 304 of 316 is de lasrups doorgaans minder vloeibaar en ruwer dan bij materialen met een gemiddeld zwavelgehalte. Daarom is voor een goede lasbaarheid het ideale zwavelgehalte ongeveer 0,005% tot 0,017%, zoals gespecificeerd in ASTM A270 S2. Slangen van farmaceutische kwaliteit.
Producenten van elektrolytisch gepolijste roestvrijstalen buizen hebben vastgesteld dat zelfs matige hoeveelheden zwavel in 316 of 316L roestvrij staal het moeilijk maken om te voldoen aan de eisen van hun klanten in de halfgeleider- en biofarmaceutische industrie voor gladde, putvrije binnenoppervlakken. Het gebruik van scanningelektronenmicroscopie om de gladheid van de buisoppervlakte te controleren, wordt steeds gebruikelijker. Het is aangetoond dat zwavel in basismetalen niet-metallische insluitingen of mangaansulfide (MnS) "strengen" 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 de oppervlakteafwerking te voldoen. Het probleem beperkt zich echter niet tot elektrolytisch gepolijste buizen, aangezien in niet-elektrolytisch gepolijste buizen de insluitingen tijdens de passivering van het leidingsysteem worden verwijderd. Holtes blijken gevoeliger te zijn voor putcorrosie dan gladde oppervlakken. Er zijn dus goede redenen voor de trend naar materialen met een laag zwavelgehalte en een "schonere" uitstraling.
Boogafbuiging. Naast het verbeteren van de lasbaarheid van roestvrij staal, verbetert de aanwezigheid van een bepaalde hoeveelheid zwavel ook de bewerkbaarheid. Als gevolg hiervan kiezen fabrikanten en producenten vaak voor materialen met een hoger zwavelgehalte binnen het gespecificeerde bereik. 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 dan naar de buis met een laag zwavelgehalte wordt getrokken. Wanneer boogafbuiging optreedt, wordt de penetratie dieper aan de zijde met een laag zwavelgehalte dan aan de zijde met een hoog zwavelgehalte, wat het tegenovergestelde is van wat er gebeurt bij het lassen van buizen met overeenkomende zwavelconcentraties. In extreme gevallen kan de lasrups het materiaal met een laag zwavelgehalte volledig doorboren en de binnenkant van de las volledig ongesmolten achterlaten (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 in Pennsylvania een nieuwe methode geïntroduceerd. Staafmateriaal van 316 met een laag zwavelgehalte (max. 0,005%) (Type 316L-SCQ) (VIM+VAR) voor de vervaardiging van fittingen en andere componenten die bestemd zijn om aan leidingen met een laag zwavelgehalte te worden gelast. Het lassen van twee materialen met een zeer laag zwavelgehalte aan elkaar is veel gemakkelijker 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 noodzaak om gladde, elektrolytisch gepolijste binnenoppervlakken te verkrijgen. Hoewel oppervlakteafwerking en elektrolytisch polijsten belangrijk zijn voor zowel de halfgeleiderindustrie als de biotechnologische/farmaceutische industrie, heeft SEMI bij het opstellen van de specificatie voor de halfgeleiderindustrie bepaald dat 316L-buizen voor procesgasleidingen een zwavelgehalte van maximaal 0,004% moeten hebben voor optimale prestaties. ASTM heeft daarentegen de ASTM 270-specificatie aangepast om farmaceutische buizen op te nemen, waarbij het zwavelgehalte beperkt is tot een bereik van 0,005 tot 0,017%. Dit zou moeten resulteren in minder lasproblemen in vergelijking met lagere zwavelgehaltes. Het is echter belangrijk om te weten dat zelfs binnen dit beperkte bereik boogafbuiging nog steeds kan optreden bij het lassen van buizen met een laag zwavelgehalte aan buizen of fittingen met een hoog zwavelgehalte. Installateurs moeten daarom de verwarming van het materiaal nauwlettend in de gaten houden en vóór de fabricage de soldeercompatibiliteit tussen de verhitte materialen controleren.
Andere sporenelementen. Sporenelementen zoals zwavel, zuurstof, aluminium, silicium en mangaan blijken de penetratie te beïnvloeden. Sporen van aluminium, silicium, calcium, titanium en chroom die als oxide-insluitingen in het basismetaal aanwezig zijn, worden in verband gebracht met slakvorming tijdens het lassen.
De effecten van de verschillende elementen zijn cumulatief, waardoor de aanwezigheid van zuurstof een deel van de effecten van een laag zwavelgehalte kan compenseren. Hoge aluminiumgehaltes kunnen het positieve effect op de zwavelpenetratie tegengaan. Mangaan verdampt bij lastemperatuur en slaat neer in de door de laswarmte beïnvloede zone. Deze mangaanafzettingen worden geassocieerd met een verlies aan corrosiebestendigheid (zie Cohen, 1997). De halfgeleiderindustrie experimenteert momenteel met 316L-materialen met een laag en zelfs ultralaag mangaangehalte om dit verlies aan corrosiebestendigheid te voorkomen.
Slakvorming. Bij sommige lasprocessen kunnen er slakeilandjes op de roestvrijstalen lasrups verschijnen. Dit is inherent een materiaalprobleem, maar soms kunnen aanpassingen in de lasparameters dit minimaliseren, of kan een verandering in het argon/waterstofmengsel de las verbeteren. Pollard ontdekte dat de verhouding tussen aluminium en silicium in het basismetaal de slakvorming beïnvloedt. Om de vorming van ongewenste plaatvormige slakken te voorkomen, adviseert hij het aluminiumgehalte op 0,010% en het siliciumgehalte op 0,5% te houden. Wanneer de Al/Si-verhouding echter hoger is dan dit niveau, kan er bolvormige slak ontstaan ​​in plaats van plaatvormige slak. Dit type slak kan na elektropolijsten putjes achterlaten, wat onacceptabel is voor toepassingen met een hoge zuiverheid. Slakeilandjes die zich aan de buitenzijde van de las vormen, kunnen een ongelijkmatige penetratie van de binnenzijde veroorzaken en leiden tot onvoldoende penetratie. De slakeilandjes die zich aan de binnenzijde van de lasrups vormen, kunnen gevoelig zijn voor corrosie.
Enkellaags lassen met pulsatie. Standaard automatisch orbitaal buislassen is een enkellaags lasproces met gepulseerde stroom en continue rotatie met constante snelheid. Deze techniek is geschikt voor buizen met een buitendiameter van 1/8″ tot ongeveer 7″ en wanddiktes van 0,083″ en minder. Na een getimede voorspoeling vindt boogvorming plaats. De buiswand wordt gepenetreerd tijdens een getimede vertraging waarin boogvorming aanwezig is, maar geen rotatie plaatsvindt. Na deze rotatievertraging roteert de elektrode rond de lasnaad totdat de las aansluit op of overlapt met het eerste deel van de las tijdens de laatste laslaag. Wanneer de verbinding voltooid is, neemt de stroomsterkte getimed af.
Stapmodus (“gesynchroniseerd” lassen). Voor het smeltlassen van dikkere materialen, doorgaans dikker dan 0,083 inch, kan de smeltlasbron in synchrone of stapmodus worden gebruikt. In de synchrone of stapmodus is de lasstroompuls gesynchroniseerd met de slag, waardoor 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 tiende of honderdste van een seconde pulstijd bij conventioneel lassen. Deze techniek kan effectief dunwandige buizen van 0,154″ of 6″ dik (40 gauge) 40 lassen. De staptechniek 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 uitlijningsfout of thermische incompatibiliteit van het materiaal kunnen zijn. Dit type lassen vereist ongeveer twee keer de boogtijd van conventioneel lassen. is minder geschikt voor toepassingen met ultrahoge zuiverheid (UHP) vanwege de bredere, ruwere naad.
Programmeerbare variabelen. De huidige generatie lasapparaten is gebaseerd op microprocessoren en slaat programma's op die numerieke waarden specificeren voor lasparameters voor een specifieke diameter (OD) en wanddikte van de te lassen buis, waaronder spoeltijd, lasstroom, lassnelheid (RPM), aantal lagen en tijd per laag, pulstijd, afremtijd, enz. Voor orbitale buislassen met toevoegdraad omvatten de programmaparameters de draadaanvoersnelheid, de amplitude van de toortsoscillatie en de verblijftijd, AVC (boogspanningsregeling voor een constante boogafstand) en de opwaartse helling. Om smeltlassen uit te voeren, plaatst u de laskop met de juiste elektrode en buisklemmen op de buis en roept u het lasschema of programma op uit het geheugen van het lasapparaat. De lassequentie wordt gestart door op een knop of toets op het membraanpaneel 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 en die bestaan ​​uit lasparameters voor het lassen van een specifieke pijpdiameter of buis. Er moet ook een effectieve set lasnormen zijn, die acceptatiecriteria voor lassen specificeren, en een systeem voor lasinspectie en kwaliteitscontrole om ervoor te zorgen dat het lassen aan de overeengekomen normen voldoet. Bepaalde factoren en procedures, naast 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 hanteringspraktijken, goede maattoleranties van buizen of andere te lassen onderdelen, consistent wolfraamtype en -grootte, sterk gezuiverde inerte gassen en zorgvuldige aandacht voor materiaalvariaties. - hoge temperatuur.
De voorbereidingseisen voor het lassen van pijpeinden zijn bij orbitaal lassen kritischer dan bij handmatig lassen. Lasverbindingen bij orbitaal pijplassen zijn meestal haakse stompe verbindingen. Om de gewenste herhaalbaarheid bij orbitaal lassen te bereiken, is een nauwkeurige, consistente en machinaal bewerkte eindvoorbereiding vereist. Omdat de lasstroom afhankelijk is van de wanddikte, moeten de uiteinden haaks zijn, zonder bramen of afschuiningen aan de buiten- of binnenzijde (OD of ID), die zouden resulteren in verschillende wanddiktes.
De uiteinden van de pijp moeten in de laskop zo op elkaar aansluiten dat er geen merkbare opening is tussen de uiteinden van de vierkante stompe lasverbinding. Hoewel lasverbindingen met kleine openingen mogelijk zijn, kan de laskwaliteit hierdoor negatief worden beïnvloed. Hoe groter de opening, hoe groter de kans op problemen. Een slechte montage kan leiden tot een volledige mislukking van de lasverbinding. Pijpzagen van bijvoorbeeld George Fischer, die de pijp zagen en de uiteinden in één bewerking afvlakken, of draagbare eindbewerkingsdraaibanken zoals die van Protem, Wachs en anderen, worden vaak gebruikt om gladde, orbitale lasverbindingen te maken die geschikt zijn voor nabewerking. Afkortzagen, handzagen, lintzagen en buissnijders zijn hiervoor niet geschikt.
Naast de lasparameters die de benodigde energie voor het lassen leveren, zijn er andere variabelen die een grote invloed kunnen hebben op het lasproces, maar die geen deel uitmaken van de eigenlijke lasprocedure. Dit omvat het type en de grootte van de wolfraamelektrode, het type en de zuiverheid van het gas dat wordt gebruikt om de boog te beschermen en de binnenkant van de lasnaad te spoelen, de gasstroom die wordt gebruikt voor het spoelen, het type kop en stroombron, de configuratie van de lasnaad en alle andere relevante informatie. We noemen deze "niet-programmeerbare" variabelen en registreren ze in het lasschema. Het type gas wordt bijvoorbeeld beschouwd als een essentiële variabele in de lasprocedurespecificatie (WPS) voor lasprocedures die moeten voldoen aan de ASME Section IX Boiler and Pressure Vessel Code. Wijzigingen in het gastype of de gasmengselverhoudingen, of het weglaten van het spoelen van de binnenkant van de lasnaad, vereisen een hervalidatie van de lasprocedure.
Lasgas. Roestvast staal is bij kamertemperatuur bestand tegen oxidatie door atmosferische zuurstof. Wanneer het tot zijn smeltpunt wordt verhit (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 tijdens het orbitale GTAW-proces. De zuiverheid van het gas ten opzichte van zuurstof en vocht bepaalt de hoeveelheid oxidatieverkleuring die na het lassen op of nabij de las optreedt. Als het spoelgas niet van de hoogste kwaliteit is of als het spoelsysteem niet volledig lekvrij is, waardoor een kleine hoeveelheid lucht in het spoelsysteem lekt, kan de oxidatie lichtgroen of blauwachtig zijn. Uiteraard zal geen enkele reiniging resulteren in het korstige zwarte oppervlak dat gewoonlijk "verzoet" wordt genoemd. Lasgas met argon 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 en koolwaterstoffen. enz., voor een totaal van maximaal 40 ppm. Hoogzuiver argon in een cilinder of vloeibaar argon in een Dewar kan 99,999% zuiver zijn of 10 ppm aan totale onzuiverheden bevatten, met een maximum van 2 ppm zuurstof. OPMERKING: Gaszuiveraars zoals Nanochem of Gatekeeper kunnen tijdens het spoelen worden gebruikt om de verontreinigingsniveaus te verlagen tot het bereik van delen per miljard (ppb).
Gemengde samenstelling. Gasmengsels zoals 75% helium/25% argon en 95% argon/5% waterstof kunnen worden gebruikt als beschermgas voor speciale toepassingen. De twee mengsels produceerden hetere lassen dan lassen die met dezelfde programma-instellingen als argon werden gemaakt. Heliummengsels zijn bijzonder geschikt voor maximale penetratie bij smeltlassen van koolstofstaal. Een consultant uit de halfgeleiderindustrie bepleit het gebruik van argon/waterstofmengsels als beschermgas voor UHP-toepassingen. Waterstofmengsels hebben verschillende voordelen, maar ook enkele serieuze nadelen. Het voordeel is dat het een natter smeltbad en een gladder lasoppervlak produceert, wat ideaal is voor de implementatie van ultra-hogedruk gastoevoersystemen met een zo glad mogelijk binnenoppervlak. De aanwezigheid van waterstof zorgt voor een reducerende atmosfeer, dus als er sporen van 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 binnenspoeling om de las te verbeteren. het uiterlijk van de interne lasrups.
De lasrups bij gebruik van een waterstofmengsel als beschermgas is smaller, behalve dat roestvrij staal een zeer laag zwavelgehalte heeft en meer warmte genereert tijdens het lassen dan bij dezelfde stroomsterkte met ongemengd argon. Een belangrijk nadeel van argon/waterstofmengsels is dat de boog veel minder stabiel is dan bij puur argon, en dat de boog de neiging heeft om te verschuiven, wat ernstig genoeg kan zijn om onvolledige fusie te veroorzaken. Boogverschuiving kan verdwijnen bij gebruik van een ander menggas, wat suggereert dat het veroorzaakt kan worden door verontreiniging of een slechte menging. Omdat de door de boog gegenereerde warmte varieert met de waterstofconcentratie, is een constante concentratie essentieel voor het verkrijgen van herhaalbare lassen, en er zijn verschillen in voorgemengd gas in flessen. Een ander nadeel is dat de levensduur van wolfraam aanzienlijk wordt verkort bij gebruik van een waterstofmengsel. Hoewel de reden voor de verslechtering van wolfraam door het menggas nog niet is vastgesteld, is gemeld dat de boog moeilijker te ontsteken is en dat het wolfraam na één of twee lassen mogelijk vervangen moet worden. Argon/waterstofmengsels kunnen niet kan worden gebruikt voor het lassen van koolstofstaal of titanium.
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 ervan worden verbeterd door 2% van bepaalde zeldzame-aardoxiden zoals ceriumoxide, lanthaanoxide of thoriumoxide toe te voegen om de boogontsteking en 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 hebben een meer uniforme afmeting. Een glad oppervlak heeft altijd de voorkeur boven een ruw of onregelmatig oppervlak, omdat consistentie in de elektrodegeometrie cruciaal is voor consistente, uniforme lasresultaten. Elektronen die van de punt worden uitgezonden (DCEN) dragen warmte over van de wolfraampunt naar de las. Een fijnere punt maakt het mogelijk om de stroomdichtheid zeer hoog te houden, maar kan resulteren in een kortere levensduur van de wolfraamelektrode. Bij orbitaal lassen is het belangrijk om de elektrodepunt mechanisch te slijpen om herhaalbaarheid van de wolfraamgeometrie en de lasherhaalbaarheid te garanderen. De stompe punt dwingt de boog van de las naar dezelfde plek op de wolfraamelektrode. De puntdiameter bepaalt de vorm van de boog en de mate van indringing bij een bepaalde stroomsterkte. De conische hoek beïnvloedt de stroom/spanningskarakteristieken van de boog en moet worden gespecificeerd en gecontroleerd. De lengte van de wolfraamelektrode is belangrijk omdat een bekende lengte wolfraamelektrode kan worden gebruikt om de boogafstand in te stellen. De boogafstand voor een specifieke stroomwaarde bepaalt de spanning en dus het vermogen dat op de las wordt toegepast.
De elektrodeafmetingen en de diameter van de punt worden gekozen op basis van de lasstroomsterkte. Als de stroom te hoog is voor de elektrode of de punt, kan er metaal van de punt afslijten. Het gebruik van elektroden met een te grote puntdiameter kan boogafwijkingen veroorzaken. We specificeren de elektrode- en puntdiameters op basis van de wanddikte van de lasverbinding en gebruiken een diameter van 0,0625 inch voor vrijwel alles tot een wanddikte van 0,093 inch, tenzij de toepassing is ontworpen voor het lassen van kleine precisieonderdelen met elektroden met een diameter van 0,040 inch. Voor een herhaalbaarheid van het lasproces moeten het wolfraamtype en de afwerking, de lengte, de conische hoek, de diameter, de puntdiameter en de boogafstand allemaal worden gespecificeerd en gecontroleerd. Voor buislassen wordt altijd ceriumwolfraam aanbevolen, omdat dit type een veel langere levensduur heeft dan andere typen en uitstekende boogontstekingseigenschappen bezit. 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.