Uwaga redaktora: Serwis Pharmaceutical Online z przyjemnością prezentuje czteroczęściowy artykuł na temat spawania orbitalnego rurociągów bioprocesowych, autorstwa ekspertki branżowej Barbary Henon z Arc Machines. Artykuł jest adaptacją prezentacji dr Henon wygłoszonej na konferencji ASME pod koniec ubiegłego roku.
Zapobiegaj utracie odporności na korozję. Woda o wysokiej czystości, taka jak DI lub WFI, jest bardzo agresywnym środkiem trawiącym dla stali nierdzewnej. Ponadto, farmaceutyczna jakość WFI jest poddawana cyklom w wysokiej temperaturze (80°C) w celu utrzymania sterylności. Istnieje subtelna różnica między obniżeniem temperatury na tyle, aby podtrzymać rozwój organizmów żywych zabójczych dla produktu, a podniesieniem temperatury na tyle, aby promować produkcję „różu”. Róż to brązowa powłoka o zmiennym składzie, powstająca w wyniku korozji elementów systemu rurociągów ze stali nierdzewnej. Głównymi składnikami mogą być brud i tlenki żelaza, ale mogą być również obecne różne formy żelaza, chromu i niklu. Obecność różu jest zabójcza dla niektórych produktów i może prowadzić do dalszej korozji, chociaż jej obecność w innych systemach wydaje się dość łagodna.
Spawanie może niekorzystnie wpłynąć na odporność na korozję. Gorący kolor jest wynikiem utleniającego materiału osadzającego się na spoinach i strefach HAZ podczas spawania, jest szczególnie szkodliwy i wiąże się z tworzeniem się rdzy w systemach wody farmaceutycznej. Tworzenie się tlenku chromu może powodować gorący odcień, pozostawiając warstwę zubożoną w chrom, która jest podatna na korozję. Gorący kolor można usunąć przez trawienie i szlifowanie, usuwając metal z powierzchni, w tym znajdującą się pod spodem warstwę zubożoną w chrom, i przywracając odporność na korozję do poziomów zbliżonych do poziomów metalu bazowego. Jednak trawienie i szlifowanie są szkodliwe dla wykończenia powierzchni. Pasywacja systemu rurociągowego za pomocą kwasu azotowego lub formulacji środków chelatujących jest wykonywana w celu przezwyciężenia niekorzystnych skutków spawania i wytwarzania przed oddaniem systemu rurociągowego do eksploatacji. Analiza elektronowa Auger wykazała, że ​​pasywacja chelatująca może przywrócić zmiany powierzchniowe w rozkładzie tlenu, chromu, żelaza, niklu i manganu, które wystąpiły w strefie spoiny i wpływu ciepła, do stanu sprzed spawania. Jednak Pasywacja wpływa jedynie na zewnętrzną warstwę powierzchniową i nie przenika poniżej 50 angstremów, natomiast barwienie termiczne może sięgać 1000 angstremów lub więcej pod powierzchnię.
W związku z tym, aby zainstalować odporne na korozję systemy rurowe w pobliżu niespawanych podłoży, ważne jest, aby ograniczyć uszkodzenia spowodowane spawaniem i obróbką do poziomu, który można w znacznym stopniu naprawić poprzez pasywację. Wymaga to użycia gazu czyszczącego o minimalnej zawartości tlenu i dostarczenia do wewnętrznej średnicy spoiny bez zanieczyszczenia tlenem atmosferycznym lub wilgocią. Dokładna kontrola dopływu ciepła i unikanie przegrzania podczas spawania są również ważne, aby zapobiec utracie odporności na korozję. Kontrola procesu produkcyjnego w celu uzyskania powtarzalnych i spójnych spoin wysokiej jakości, a także ostrożne obchodzenie się z rurami i komponentami ze stali nierdzewnej podczas produkcji w celu zapobiegania zanieczyszczeniom to podstawowe wymagania dla wysokiej jakości systemu rurowego, który jest odporny na korozję i zapewnia długotrwałą, produktywną pracę.
Materiały stosowane w systemach rurowych ze stali nierdzewnej o wysokiej czystości do zastosowań biofarmaceutycznych przeszły w ciągu ostatniej dekady ewolucję w kierunku lepszej odporności na korozję. Większość stali nierdzewnej stosowanej przed 1980 rokiem to stal nierdzewna 304, ponieważ była stosunkowo niedroga i stanowiła ulepszenie w stosunku do miedzi stosowanej wcześniej. W rzeczywistości stale nierdzewne serii 300 są stosunkowo łatwe w obróbce mechanicznej, można je spawać bez nadmiernej utraty odporności na korozję i nie wymagają specjalnego podgrzewania wstępnego ani obróbki cieplnej po obróbce.
Ostatnio wzrosło zastosowanie stali nierdzewnej 316 w zastosowaniach rurowych o wysokiej czystości. Typ 316 ma podobny skład do typu 304, ale oprócz chromu i niklu, wspólnych dla obu, 316 zawiera około 2% molibdenu, co znacznie poprawia odporność na korozję 316. Typy 304L i 316L, określane jako gatunki „L”, mają niższą zawartość węgla niż gatunki standardowe (0,035% w porównaniu do 0,08%). To zmniejszenie zawartości węgla ma na celu zmniejszenie ilości wytrącania się węglika, które może wystąpić w wyniku spawania. Jest to tworzenie się węglika chromu, który zubaża granice ziaren chromowego metalu bazowego, czyniąc go podatnym na korozję. Tworzenie się węglika chromu, zwane „uczuleniem”, zależy od czasu i temperatury i stanowi większy problem podczas lutowania ręcznego. Wykazaliśmy, że spawanie orbitalne superaustenitycznej stali nierdzewnej AL-6XN zapewnia więcej odporne na korozję spoiny niż podobne spoiny wykonywane ręcznie. Dzieje się tak, ponieważ spawanie orbitalne umożliwia precyzyjną kontrolę natężenia prądu, pulsacji i czasu, co skutkuje niższym i bardziej równomiernym dopływem ciepła niż spawanie ręczne. Spawanie orbitalne w połączeniu ze stopami „L” 304 i 316 praktycznie eliminuje wytrącanie się węglika jako czynnik powodujący korozję w systemach rurociągowych.
Różnice w ilości ciepła do ciepła w stali nierdzewnej.Chociaż parametry spawania i inne czynniki można utrzymać w dość ścisłych tolerancjach, nadal występują różnice w ilości ciepła potrzebnego do spawania stali nierdzewnej od ciepła do ciepła.Numer wytopu to numer partii przypisany do konkretnego stopu stali nierdzewnej w fabryce.Dokładny skład chemiczny każdej partii jest zapisywany w raporcie z testów fabrycznych (MTR) wraz z identyfikatorem partii lub numerem wytopu.Czyste żelazo topi się w temperaturze 1538°C (2800°F), podczas gdy metale stopowe topią się w zakresie temperatur, w zależności od rodzaju i stężenia każdego stopu lub obecnego pierwiastka śladowego.Ponieważ żadne dwa wytopy stali nierdzewnej nie będą zawierały dokładnie takiego samego stężenia każdego pierwiastka, charakterystyka spawania będzie się różnić w zależności od pieca.
Badanie SEM orbitalnych spoin rur 316L na rurze AOD (góra) i rurze EBR (dół) wykazało znaczącą różnicę w gładkości ściegu spoiny.
Chociaż pojedyncza procedura spawania może sprawdzić się w przypadku większości procesów o podobnej średnicy zewnętrznej i grubości ścianek, niektóre procesy wymagają mniejszego, a niektóre większego natężenia prądu niż zwykle. Z tego powodu nagrzewanie różnych materiałów na placu budowy musi być dokładnie monitorowane, aby uniknąć potencjalnych problemów. Często do wykonania nowego procesu spawania wystarczy niewielka zmiana natężenia prądu.
Problem z siarką. Siarka elementarna to zanieczyszczenie pochodzące z rudy żelaza, które jest w dużej mierze usuwane w procesie produkcji stali. Stale nierdzewne AISI typu 304 i 316 mają maksymalną zawartość siarki 0,030%. Dzięki rozwojowi nowoczesnych procesów rafinacji stali, takich jak odwęglanie argonowo-tlenowe (AOD) i podwójne praktyki topienia próżniowego, takie jak indukcyjne topienie próżniowe, a następnie przetapianie łukiem próżniowym (VIM+VAR), możliwe stało się wytwarzanie stali, które są wyjątkowe pod następującymi względami. ich skład chemiczny. Zauważono, że właściwości jeziorka spawalniczego zmieniają się, gdy zawartość siarki w stali spada poniżej około 0,008%. Jest to spowodowane wpływem siarki i w mniejszym stopniu innych pierwiastków na współczynnik temperaturowy napięcia powierzchniowego jeziorka spawalniczego, który określa charakterystykę przepływu jeziorka cieczy.
Przy bardzo niskich stężeniach siarki (0,001% – 0,003%) penetracja jeziorka spawalniczego staje się bardzo szeroka w porównaniu do podobnych spoin wykonanych na materiałach o średniej zawartości siarki. Spoiny wykonane na rurach ze stali nierdzewnej o niskiej zawartości siarki będą miały szersze spoiny, podczas gdy na rurach o grubszych ściankach (0,065 cala lub 1,66 mm lub więcej) będzie większa tendencja do wykonywania spoin Spawanie wgłębne. Gdy prąd spawania jest wystarczający do wykonania spoiny z pełną penetracją. To sprawia, że ​​materiały o bardzo niskiej zawartości siarki są trudniejsze do spawania, szczególnie przy grubszych ściankach. Przy wyższym stężeniu siarki w stali nierdzewnej 304 lub 316 spoina ma tendencję do mniej płynnego wyglądu i jest bardziej szorstka niż materiały o średniej zawartości siarki. Dlatego też, w przypadku spawalności, idealna zawartość siarki mieściłaby się w zakresie od około 0,005% do 0,017%, zgodnie ze specyfikacją ASTM A270 S2 do rur o jakości farmaceutycznej.
Producenci elektropolerowanych rur ze stali nierdzewnej zauważyli, że nawet umiarkowane poziomy siarki w stali nierdzewnej 316 lub 316L utrudniają spełnienie potrzeb ich klientów z branży półprzewodników i biofarmaceutycznej w zakresie gładkich powierzchni wewnętrznych bez wżerów. Coraz powszechniejsze jest stosowanie skaningowej mikroskopii elektronowej w celu sprawdzenia gładkości powierzchni rur. Wykazano, że siarka w metalach nieszlachetnych tworzy wtrącenia niemetaliczne lub „nici” siarczku manganu (MnS), które są usuwane podczas elektropolerowania i pozostawiają puste przestrzenie o wielkości w zakresie 0,25–1,0 mikrona.
Producenci i dostawcy rur elektropolerowanych napędzają rynek w kierunku stosowania materiałów o bardzo niskiej zawartości siarki, aby spełnić swoje wymagania dotyczące wykończenia powierzchni. Problem ten nie ogranicza się jednak tylko do rur elektropolerowanych, ponieważ w przypadku rur nieelektropolerowanych wtrącenia są usuwane podczas pasywacji systemu rurowego. Wykazano, że pustki są bardziej podatne na wżery niż gładkie powierzchnie. Istnieją więc pewne ważne powody stojące za trendem w kierunku materiałów o niskiej zawartości siarki i „czystszych”.
Ugięcie łuku. Oprócz poprawy spawalności stali nierdzewnej, obecność pewnej ilości siarki poprawia również obrabialność. W rezultacie producenci i wytwórcy mają tendencję do wybierania materiałów o wyższej zawartości siarki. Spawanie rur o bardzo niskim stężeniu siarki do złączek, zaworów lub innych rur o wyższej zawartości siarki może powodować problemy ze spawaniem, ponieważ łuk będzie skierowany w stronę rur o niskiej zawartości siarki. Gdy występuje ugięcie łuku, penetracja staje się głębsza po stronie o niskiej zawartości siarki niż po stronie o wysokiej zawartości siarki, co jest odwrotnością tego, co dzieje się podczas spawania rur o dopasowanych stężeniach siarki. W skrajnych przypadkach spoina może całkowicie przeniknąć przez materiał o niskiej zawartości siarki i pozostawić wnętrze spoiny całkowicie niestopione (Fihey i Simeneau, 1982). Aby dopasować zawartość siarki w złączkach do zawartości siarki w rurze, Dział Stali Carpenter firmy Carpenter Technology Corporation Firma z Pensylwanii wprowadziła na rynek pręt 316 o niskiej zawartości siarki (maks. 0,005%) (typ 316L-SCQ) (VIM+VAR) przeznaczony do produkcji kształtek i innych elementów przeznaczonych do spawania do rur o niskiej zawartości siarki. Spawanie dwóch materiałów o bardzo niskiej zawartości siarki ze sobą jest znacznie łatwiejsze niż spawanie materiału o bardzo niskiej zawartości siarki z materiałem o wyższej zawartości siarki.
Przejście na stosowanie rur o niskiej zawartości siarki wynika w dużej mierze z konieczności uzyskania gładkich elektropolerowanych powierzchni wewnętrznych rur. Podczas gdy wykończenie powierzchni i elektropolerowanie są ważne zarówno dla przemysłu półprzewodnikowego, jak i biotechnologicznego/farmaceutycznego, SEMI, opracowując specyfikację przemysłu półprzewodnikowego, określiło, że rury 316L do linii gazów procesowych muszą mieć ograniczenie zawartości siarki na poziomie 0,004% w celu zapewnienia optymalnej wydajności Powierzchnia końców. Z drugiej strony ASTM zmodyfikowało swoją specyfikację ASTM 270, aby uwzględnić rury klasy farmaceutycznej, które ograniczają zawartość siarki do zakresu od 0,005 do 0,017%. Powinno to skutkować mniejszymi trudnościami ze spawaniem w porównaniu z niższym zakresem zawartości siarki. Należy jednak zauważyć, że nawet w tym ograniczonym zakresie może nadal wystąpić ugięcie łuku podczas spawania rur o niskiej zawartości siarki z rurami lub złączkami o wysokiej zawartości siarki, a instalatorzy powinni dokładnie śledzić nagrzewanie materiału i przed wykonaniem sprawdzić kompatybilność lutowania między nagrzewaniem. Produkcja spoiny.
inne pierwiastki śladowe. Stwierdzono, że pierwiastki śladowe, takie jak siarka, tlen, aluminium, krzem i mangan, mają wpływ na penetrację. Śladowe ilości aluminium, krzemu, wapnia, tytanu i chromu obecne w metalu bazowym w postaci wtrąceń tlenkowych są związane z tworzeniem się żużla podczas spawania.
Efekty działania różnych pierwiastków kumulują się, więc obecność tlenu może zniwelować niektóre efekty niskiej zawartości siarki. Wysoki poziom aluminium może przeciwdziałać pozytywnemu wpływowi na penetrację siarki. Mangan ulatnia się w temperaturze spawania i osadza się w strefie wpływu ciepła spawania. Te osady manganu są związane ze stratą odporności na korozję. (Patrz Cohen, 1997). Przemysł półprzewodników eksperymentuje obecnie z materiałami 316L o niskiej zawartości manganu, a nawet o bardzo niskiej zawartości manganu, aby zapobiec tej utracie odporności na korozję.
Tworzenie się żużla. Czasami na ściegu ze stali nierdzewnej pojawiają się wyspy żużla w przypadku niektórych nagrzewań. Jest to problem materiałowy, ale czasami zmiany parametrów spawania mogą go zminimalizować, a zmiany w mieszance argonu/wodoru mogą poprawić spoinę. Pollard odkrył, że stosunek aluminium do krzemu w metalu bazowym wpływa na tworzenie się żużla. Aby zapobiec tworzeniu się niepożądanego żużla w postaci płytek, zaleca utrzymanie zawartości aluminium na poziomie 0,010% i zawartości krzemu na poziomie 0,5%. Jednak gdy stosunek Al/Si jest wyższy niż ten poziom, może tworzyć się żużel kulisty, a nie płytkowy. Ten rodzaj żużla może pozostawiać wżery po elektropolerowaniu, co jest niedopuszczalne w przypadku zastosowań o wysokiej czystości. Wyspy żużla, które tworzą się na zewnętrznej stronie spoiny, mogą powodować nierównomierną penetrację warstwy wewnętrznej i mogą skutkować niewystarczającą penetracją. Wyspy żużla, które tworzą się na wewnętrznej stronie spoiny, mogą być podatne na korozję.
Jednowarstwowe spawanie z pulsacją. Standardowe automatyczne spawanie orbitalne rur to spawanie jednowarstwowe z prądem pulsującym i ciągłą, stałą prędkością obrotową. Ta technika jest odpowiednia dla rur o średnicy zewnętrznej od 1/8″ do około 7″ i grubości ścianki 0,083″ i mniejszej. Po wstępnym oczyszczaniu z określonym czasem następuje łuk elektryczny. Penetracja ścianki rury następuje podczas opóźnienia czasowego, w którym występuje łuk elektryczny, ale nie występuje obrót. Po tym opóźnieniu obrotowym elektroda obraca się wokół spoiny, aż spoina połączy się lub nałoży na początkową część spoiny podczas ostatniej warstwy spawania. Po zakończeniu połączenia prąd zmniejsza się w określonym czasie.
Tryb krokowy (spawanie „synchronizowane”). Do spawania grubszych materiałów, zwykle większych niż 0,083 cala, źródło zasilania spawania może być używane w trybie synchronicznym lub krokowym. W trybie synchronicznym lub krokowym impuls prądu spawania jest zsynchronizowany z skokiem, dzięki czemu wirnik jest nieruchomy, aby uzyskać maksymalną penetrację podczas impulsów wysokiego prądu i porusza się podczas impulsów niskiego prądu. Techniki synchroniczne wykorzystują dłuższe czasy impulsów, rzędu 0,5 do 1,5 sekundy, w porównaniu do dziesiątej lub setnej sekundy czasu impulsu w przypadku spawania konwencjonalnego. Ta technika może skutecznie spawać rury o grubości 0,154″ lub 6″ i grubości ścianki 40 mm 40 o grubości ścianki 0,154″ lub 6″. Technika krokowa wytwarza szerszą spoinę, dzięki czemu jest odporna na błędy i pomocna przy spawaniu nieregularnych części, takich jak złączki rurowe do rur, w których mogą występować różnice w tolerancjach wymiarowych, pewne odchylenia lub niezgodność termiczna materiału. Ten typ spawania wymaga łuku o około dwukrotnie większej mocy. krótszym czasie spawania konwencjonalnego i mniej odpowiedni do zastosowań wymagających ultra wysokiej czystości (UHP) ze względu na szerszą i bardziej szorstką spoinę.
Programowalne zmienne. Obecna generacja źródeł prądu spawalniczego opiera się na mikroprocesorach i przechowuje programy, które określają wartości liczbowe parametrów spawania dla określonej średnicy (OD) i grubości ścianki spawanej rury, w tym czas płukania, prąd spawania, prędkość przesuwu (RPM), liczbę warstw i czas na warstwę, czas pulsu, czas opadania itp. W przypadku orbitalnych spoin rur z dodanym drutem spawalniczym parametry programu będą obejmować prędkość podawania drutu, amplitudę oscylacji palnika i czas przebywania, AVC (kontrolę napięcia łuku w celu zapewnienia stałej przerwy łukowej) i nachylenie. Aby wykonać spawanie, zamontuj głowicę spawalniczą z odpowiednią elektrodą i wkładkami zaciskowymi na rurze i wywołaj harmonogram spawania lub program z pamięci źródła prądu. Sekwencja spawania jest inicjowana przez naciśnięcie przycisku lub klawisza na panelu membranowym, a spawanie jest kontynuowane bez interwencji operatora.
Zmienne nieprogramowalne. Aby uzyskać stale dobrą jakość spoiny, parametry spawania muszą być starannie kontrolowane. Uzyskuje się to dzięki dokładności źródła zasilania spawalniczego i programu spawania, który jest zestawem instrukcji wprowadzonych do źródła zasilania, składającym się z parametrów spawania, w celu spawania rury lub przewodu o określonym rozmiarze. Musi również istnieć skuteczny zestaw norm spawalniczych, określający kryteria akceptacji spawania oraz pewien system inspekcji i kontroli jakości spawania, aby zapewnić, że spawanie spełnia uzgodnione normy. Jednak pewne czynniki i procedury inne niż parametry spawania muszą być również starannie kontrolowane. Czynniki te obejmują stosowanie dobrego sprzętu do przygotowania końców, dobre praktyki czyszczenia i obsługi, dobre tolerancje wymiarowe rur lub innych spawanych części, spójny typ i rozmiar wolframu, wysoce oczyszczone gazy obojętne i staranną uwagę na zmiany materiałowe. - wysoka temperatura.
Wymagania dotyczące przygotowania końców rur do spawania orbitalnego są ważniejsze niż w przypadku spawania ręcznego. Spoiny spawane w przypadku spawania orbitalnego rur są zazwyczaj kwadratowymi spoinami czołowymi. Aby uzyskać powtarzalność wymaganą w spawaniu orbitalnym, wymagane jest precyzyjne, spójne i obrobione maszynowo przygotowanie końców. Ponieważ prąd spawania zależy od grubości ścianki, końce muszą być kwadratowe, bez zadziorów lub faz na średnicy zewnętrznej lub wewnętrznej (OD lub ID), ponieważ skutkowałoby to różnymi grubościami ścianek.
Końce rur muszą pasować do siebie w głowicy spawalniczej tak, aby nie było zauważalnej szczeliny między końcami kwadratowego złącza czołowego. Chociaż możliwe jest wykonanie połączeń spawanych z małymi szczelinami, jakość spoiny może ulec pogorszeniu. Im większa szczelina, tym większe prawdopodobieństwo wystąpienia problemu. Niewłaściwy montaż może skutkować całkowitym niepowodzeniem lutowania. Piły do ​​rur produkowane przez George'a Fischera i innych, które przecinają rurę i obrabiają końce rury w tej samej operacji, lub przenośne tokarki do przygotowywania końców, takie jak produkowane przez Protem, Wachs i innych, są często używane do wykonywania gładkich spoin orbitalnych nadających się do obróbki skrawaniem. Piły tarczowe, piły do ​​metalu, piły taśmowe i przecinaki do rur nie nadają się do tego celu.
Oprócz parametrów spawania, które wprowadzają moc do spawania, istnieją inne zmienne, które mogą mieć głęboki wpływ na spawanie, ale nie są częścią rzeczywistej procedury spawania. Należą do nich rodzaj i rozmiar wolframu, rodzaj i czystość gazu używanego do osłony łuku i oczyszczania wnętrza spoiny, natężenie przepływu gazu używane do oczyszczania, rodzaj głowicy i źródła zasilania, konfiguracja złącza i wszelkie inne istotne informacje. Nazywamy te zmienne „nieprogramowalnymi” i rejestrujemy je w harmonogramie spawania. Na przykład rodzaj gazu jest uważany za istotną zmienną w Specyfikacji Procedury Spawania (WPS) dla procedur spawalniczych, aby były zgodne z sekcją IX Kodeksu Kotłów i Zbiorników Ciśnieniowych ASME. Zmiany rodzaju gazu lub procentowej mieszanki gazu lub wyeliminowanie oczyszczania ID wymagają ponownej walidacji procedury spawania.
gaz spawalniczy. Stal nierdzewna jest odporna na utlenianie tlenem atmosferycznym w temperaturze pokojowej. Po podgrzaniu do temperatury topnienia (1530°C lub 2800°F dla czystego żelaza) łatwo ulega utlenieniu. Argon obojętny jest najczęściej stosowany jako gaz osłonowy i do oczyszczania wewnętrznych spoin w procesie orbitalnego spawania metodą GTAW. Czystość gazu w stosunku do tlenu i wilgoci determinuje ilość odbarwień wywołanych utlenianiem, które występują na spoinie lub w jej pobliżu po spawaniu. Jeśli gaz oczyszczający nie jest najwyższej jakości lub jeśli układ oczyszczania nie jest całkowicie szczelny, tak że niewielka ilość powietrza przedostaje się do układu oczyszczania, utlenianie może mieć jasnozielony lub niebieskawy kolor. Oczywiście, brak czyszczenia spowoduje powstanie czarnej, skorupiastej powierzchni, powszechnie określanej jako „słodka”. Argon klasy spawalniczej dostarczany w butlach ma czystość 99,996-99,997%, w zależności od dostawcy, i zawiera 5-7 ppm tlenu i innych zanieczyszczeń, w tym H2O, O2, CO2, węglowodory itp., łącznie maksymalnie 40 ppm. Wysokiej czystości argon w cylindrze lub ciekły argon w naczyniu Dewara może mieć czystość 99,999% lub zawierać 10 ppm zanieczyszczeń, przy maksymalnej zawartości tlenu wynoszącej 2 ppm. UWAGA: Podczas oczyszczania można stosować oczyszczacze gazu, takie jak Nanochem lub Gatekeeper, w celu zmniejszenia poziomu zanieczyszczeń do zakresu części na miliard (ppb).
mieszany skład. Mieszaniny gazów, takie jak 75% helu/25% argonu i 95% argonu/5% wodoru, mogą być używane jako gazy osłonowe do specjalnych zastosowań. Obie mieszanki dawały cieplejsze spoiny niż te wykonane przy tych samych ustawieniach programu co argon. Mieszaniny helu są szczególnie odpowiednie do maksymalnej penetracji przy spawaniu stali węglowej. Konsultant przemysłu półprzewodników opowiada się za stosowaniem mieszanek argonu/wodoru jako gazów osłonowych do zastosowań UHP. Mieszaniny wodoru mają kilka zalet, ale także poważne wady. Zaletą jest to, że wytwarzają wilgotniejszą kałużę i gładszą powierzchnię spoiny, co jest idealne do wdrażania systemów dostarczania gazu o bardzo wysokim ciśnieniu z możliwie gładką powierzchnią wewnętrzną. Obecność wodoru zapewnia atmosferę redukującą, więc jeśli w mieszance gazów znajdują się ślady tlenu, powstały spoina będzie wyglądać czyściej i będzie miała mniej przebarwień niż podobne stężenie tlenu w czystym argonie. Ten efekt jest optymalny przy zawartości wodoru około 5%. Niektórzy używają mieszanki 95/5% mieszanka argonu i wodoru jako środek czyszczący do spoiny wewnętrznej w celu poprawy wyglądu wewnętrznej spoiny.
Spoina spawalnicza z użyciem mieszanki wodoru jako gazu osłonowego jest węższa, z tym wyjątkiem, że stal nierdzewna ma bardzo niską zawartość siarki i generuje więcej ciepła w spoinie niż to samo ustawienie prądu z niemieszanym argonem. Istotną wadą mieszanek argonu i wodoru jest to, że łuk jest znacznie mniej stabilny niż czysty argon i istnieje tendencja do dryftu łuku, na tyle poważnego, że może powodować nieprawidłowe łączenie. Dryft łuku może zniknąć, gdy zostanie użyte inne źródło gazu mieszanego, co sugeruje, że może być spowodowany zanieczyszczeniem lub słabym mieszaniem. Ponieważ ciepło generowane przez łuk zmienia się w zależności od stężenia wodoru, stałe stężenie jest niezbędne do uzyskania powtarzalnych spoin, a istnieją różnice w przypadku wstępnie zmieszanego gazu butlowego. Inną wadą jest to, że żywotność wolframu ulega znacznemu skróceniu, gdy stosowana jest mieszanka wodoru. Chociaż przyczyna pogorszenia jakości wolframu z gazu mieszanego nie została ustalona, ​​zgłaszano, że łuk jest trudniejszy, a wolfram może wymagać wymiany po jednym lub dwóch spoinach. Argon/wodór Mieszanin nie można stosować do spawania stali węglowej i tytanu.
Cechą charakterystyczną procesu TIG jest to, że nie zużywa on elektrod. Wolfram ma najwyższą temperaturę topnienia spośród wszystkich metali (6098°F; 3370°C) i jest dobrym emiterem elektronów, co czyni go szczególnie przydatnym do stosowania jako elektroda nietopliwa. Jego właściwości poprawia się przez dodanie 2% niektórych tlenków ziem rzadkich, takich jak tlenek ceru, tlenek lantanu lub tlenek toru, w celu poprawy zapłonu łuku i jego stabilności. Czysty wolfram jest rzadko używany w metodzie GTAW ze względu na lepsze właściwości wolframu cerowego, szczególnie w zastosowaniach orbitalnego GTAW. Wolfram torowy jest używany rzadziej niż w przeszłości, ponieważ jest w pewnym stopniu radioaktywny.
Elektrody o polerowanym wykończeniu mają bardziej jednolity rozmiar. Gładka powierzchnia jest zawsze lepsza od szorstkiej lub nierównej powierzchni, ponieważ spójność geometrii elektrody ma kluczowe znaczenie dla uzyskania spójnych, jednolitych wyników spawania. Elektrony emitowane z końcówki (DCEN) przenoszą ciepło z końcówki wolframowej do spoiny. Cieńsza końcówka pozwala na utrzymanie bardzo wysokiej gęstości prądu, ale może skutkować krótszą żywotnością wolframu. W przypadku spawania orbitalnego ważne jest mechaniczne szlifowanie końcówki elektrody w celu zapewnienia powtarzalności geometrii wolframu i powtarzalności spawania. Tępa końcówka wymusza łuk ze spoiny w to samo miejsce na wolframie. Średnica końcówki kontroluje kształt łuku i stopień penetracji przy określonym natężeniu prądu. Kąt stożkowy wpływa na charakterystykę prądowo-napięciową łuku i musi być określony i kontrolowany. Długość wolframu ma znaczenie, ponieważ znana długość wolframu może być użyta do ustawienia przerwy łukowej. Przerwa łukowa dla określonej wartości prądu określa napięcie, a tym samym moc przyłożoną do spoiny.
Rozmiar elektrody i średnica jej końcówki są dobierane w zależności od natężenia prądu spawania. Jeśli prąd jest zbyt wysoki dla elektrody lub jej końcówki, może dojść do utraty metalu z końcówki, a użycie elektrod o średnicy końcówki zbyt dużej w stosunku do prądu może spowodować dryf łuku. Średnice elektrod i końcówek określamy na podstawie grubości ścianki spoiny i stosujemy średnicę 0,0625 dla prawie wszystkich grubości ścianki do 0,093″, chyba że zastosowanie jest zaprojektowane do stosowania z elektrodami o średnicy 0,040″ do spawania małych precyzyjnych komponentów. Aby zapewnić powtarzalność procesu spawania, należy określić i kontrolować rodzaj i wykończenie wolframu, długość, kąt stożka, średnicę, średnicę końcówki i przerwę łukową. Do spawania rur zawsze zaleca się wolfram cerowy, ponieważ ten typ ma znacznie dłuższą żywotność niż inne typy i doskonałe właściwości zajarzania łuku. Wolfram cerowy jest nieradioaktywny.
Aby uzyskać więcej informacji, prosimy o kontakt z Barbarą Henon, kierownikiem działu publikacji technicznych w Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Telefon: 818-896-9556. Faks: 818-890-3724.