Uwaga redaktora: Serwis Pharmaceutical Online z przyjemnością prezentuje czteroczęściowy artykuł na temat spawania orbitalnego rurociągów biotechnologicznych, autorstwa ekspertki branżowej Barbary Henon z Arc Machines. Artykuł ten 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 WFI jest poddawana cyklowi w wysokiej temperaturze (80°C) w celu utrzymania sterylności. Istnieje subtelna różnica między obniżeniem temperatury na tyle, aby podtrzymać żywe organizmy zabójcze dla produktu, a podniesieniem jej na tyle, aby promować powstawanie „róży”. Róż to brązowa warstwa o zmiennym składzie, powstająca w wyniku korozji elementów instalacji rurowych ze stali nierdzewnej. Głównymi składnikami mogą być brud i tlenki żelaza, ale mogą być również obecne różne formy żelaza, chromu i niklu. Obecność róży jest zabójcza dla niektórych produktów i może prowadzić do dalszej korozji, chociaż 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 wpływu ciepła podczas spawania, jest szczególnie szkodliwy i jest związany z powstawaniem rdzy w farmaceutycznych systemach wodnych. 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 leżącą pod spodem warstwę zubożoną w chrom, i przywracając odporność na korozję do poziomów zbliżonych do poziomów metalu bazowego. Jednakże trawienie i szlifowanie są szkodliwe dla wykończenia powierzchni. Pasywacja systemu rurociągów za pomocą kwasu azotowego lub formulacji środków chelatujących jest wykonywana w celu przezwyciężenia niekorzystnych skutków spawania i wytwarzania przed oddaniem systemu rurociągów do eksploatacji. Analiza elektronowa Auger wykazała, że ​​pasywacja chelatująca może przywrócić zmiany powierzchni w rozkładzie tlenu, chromu, żelaza, niklu i manganu, które wystąpiły w strefie spoiny i wpływu ciepła, do stanu sprzed spawania. Jednakże, Pasywacja wpływa jedynie na zewnętrzną warstwę powierzchniową i nie przenika poniżej 50 angstremów, podczas gdy 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, należy starać się ograniczyć uszkodzenia powstałe podczas spawania i produkcji do poziomu, który można w znacznym stopniu naprawić poprzez pasywację. Wymaga to stosowania gazu czyszczącego o minimalnej zawartości tlenu i dostarczania go do wewnętrznej średnicy spawanego złącza bez zanieczyszczenia tlenem atmosferycznym lub wilgocią. Dokładna kontrola ciepła dopływowego i unikanie przegrzania podczas spawania jest również ważne, aby zapobiec utracie odporności na korozję. Kontrola procesu produkcyjnego w celu uzyskania powtarzalnych i spójnych, wysokiej jakości spoin, a także ostrożne obchodzenie się z rurami i komponentami ze stali nierdzewnej podczas produkcji w celu zapobiegania zanieczyszczeniom, są podstawowymi wymaganiami dla wysokiej jakości systemu rurowego, który jest odporny na korozję i zapewnia długotrwałą, wydajną 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 spawaniu.
Ostatnio wzrosło zastosowanie stali nierdzewnej 316 w zastosowaniach rur 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 węglików, które mogą 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 stalami klasy „L” 304 i 316 praktycznie eliminuje wytrącanie się węglików, jako czynnik powodujący korozję w systemach rurowych.
Różnice w temperaturze między kolejnymi wytopami 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 wytopu do wytopu. Numer wytopu to numer partii przypisany konkretnemu wytopowi stali nierdzewnej w fabryce. Dokładny skład chemiczny każdej partii jest zapisywany w raporcie z badań 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 zależnym 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 cięć o podobnej średnicy zewnętrznej i grubości ścianki, niektóre cięcia wymagają mniejszego, a niektóre większego natężenia prądu niż zwykle. Z tego powodu należy dokładnie monitorować nagrzewanie różnych materiałów na miejscu pracy, aby uniknąć potencjalnych problemów. Często do wykonania nowego cięcia wystarczy niewielka zmiana natężenia prądu, aby uzyskać zadowalającą procedurę spawania.
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 charakteryzują się maksymalną zawartością siarki na poziomie 0,030%. Dzięki rozwojowi nowoczesnych procesów rafinacji stali, takich jak odwęglanie argonowo-tlenowe (AOD) i podwójne metody topienia próżniowego, takie jak indukcyjne topienie próżniowe, a następnie przetapianie łukiem próżniowym (VIM+VAR), możliwe stało się wytwarzanie stali o wyjątkowych cechach, takich jak ich skład chemiczny. Zauważono, że właściwości jeziorka spawalniczego zmieniają się, gdy zawartość siarki w stali spada poniżej około 0,008%. Wynika to z wpływu siarki i w mniejszym stopniu innych pierwiastków na współczynnik temperaturowy napięcia powierzchniowego jeziorka spawalniczego, który określa charakterystykę przepływu cieczy w jeziorku.
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 tworzenia spoin Spawanie wgłębne. Gdy prąd spawania jest wystarczający do wytworzenia spoiny z pełnym przetopem. To sprawia, że ​​materiały o bardzo niskiej zawartości siarki są trudniejsze do spawania, szczególnie przy grubszych ściankach. Przy wyższych stężeniach siarki w stali nierdzewnej 304 lub 316, ścieg spoiny ma tendencję do mniej płynnego wyglądu i jest bardziej chropowaty niż materiały o średniej zawartości siarki. Dlatego w celu spawalności idealna zawartość siarki powinna mieścić się w zakresie od około 0,005% do 0,017%, zgodnie z normą 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 wymagań klientów z branży półprzewodników i biofarmaceutycznej w zakresie gładkich powierzchni wewnętrznych bez wżerów. Coraz powszechniejsze jest stosowanie skaningowej mikroskopii elektronowej do weryfikacji gładkości powierzchni rur. Wykazano, że siarka w metalach nieszlachetnych tworzy wtrącenia niemetaliczne lub „podłużnice” siarczku manganu (MnS), które są usuwane podczas elektropolerowania i pozostawiają puste przestrzenie o wielkości od 0,25 do 1,0 mikrometra.
Producenci i dostawcy rur elektropolerowanych napędzają rynek w kierunku stosowania materiałów o bardzo niskiej zawartości siarki, aby spełnić wymagania dotyczące wykończenia powierzchni. Problem ten nie ogranicza się jednak wyłącznie 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 zatem uzasadnione powody, dla których dąży się do stosowania materiałów o niskiej zawartości siarki i „czystszych”.
Ugięcie łuku. Oprócz poprawy spawalności stali nierdzewnej, obecność pewnej ilości siarki poprawia również obrabialność. W rezultacie producenci mają tendencję do wybierania materiałów o wyższej zawartości siarki. Spawanie rur o bardzo niskim stężeniu siarki z kształtkami, zaworami lub innymi rurami o wyższej zawartości siarki może powodować problemy ze spawaniem, ponieważ łuk będzie skierowany w stronę rur o niskiej zawartości siarki. Gdy występuje ugięcie łuku, wtopienie staje się głębsze 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 ścieg spoiny może całkowicie przeniknąć materiał o niskiej zawartości siarki i pozostawić wnętrze spoiny całkowicie niestopione (Fihey i Simeneau, 1982). Aby dopasować zawartość siarki w kształtkach do zawartości siarki w rurze, Dział Stali Carpenter firmy Carpenter Technology Corporation Firma z Pensylwanii wprowadziła na rynek pręty 316 (typ 316L-SCQ) (VIM+VAR) o niskiej zawartości siarki (maks. 0,005%) przeznaczone do produkcji kształtek i innych elementów przeznaczonych do spawania 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 głównie 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 limit siarki 0,004% dla optymalnej wydajności. Powierzchnie końców. ASTM z drugiej strony 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 mniejszą liczbą trudności ze spawaniem w porównaniu z niższymi zakresami 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 kształtkami o wysokiej zawartości siarki, a instalatorzy powinni dokładnie śledzić nagrzewanie materiału i sprawdzać przed produkcją 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. Wysokie stężenie aluminium może neutralizować pozytywny wpływ na penetrację siarki. Mangan ulatnia się w temperaturze spawania i osadza się w strefie wpływu ciepła podczas spawania. Te osady manganu są związane ze spadkiem odporności na korozję (patrz Cohen, 1997). Branża półprzewodników eksperymentuje obecnie z materiałami 316L o niskiej, a nawet 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 natury materiałowej, 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%. Jednakże, gdy stosunek Al/Si jest powyżej tego poziomu, może utworzyć się żużel kulisty, a nie płytkowy. Ten rodzaj żużla może pozostawiać wżery po elektropolerowaniu, co jest niedopuszczalne w zastosowaniach 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.
Spawanie jednowarstwowe 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 występuje łuk elektryczny.Penetracja ścianki rury następuje podczas określonego czasu opóźnienia, 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 stopniowo.
Tryb krokowy (spawanie „synchronizowane”). Do spawania materiałów o grubszych ściankach, zwykle powyżej 0,083 cala, źródło prądu 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, co zapewnia 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 z czasem impulsu wynoszącym dziesiąte lub setne sekundy w przypadku spawania konwencjonalnego. Ta technika umożliwia efektywne spawanie rur cienkościennych o grubości 0,154″ lub 6″ i grubości ścianki 40 gauge 40 0,154″ lub 6″. Technika krokowa wytwarza szerszą spoinę, dzięki czemu jest odporna na błędy i pomocna przy spawaniu nieregularnych części, takich jak kształtki rurowe, w których mogą występować różnice w tolerancjach wymiarowych, pewne odchylenia lub niezgodność termiczna materiału. Ten rodzaj spawania wymaga około dwukrotnie dłuższego łuku krótszy czas spawania konwencjonalnego i mniej nadaje się 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 konkretnej średnicy (OD) i grubości ścianki spawanej rury, w tym czas przedmuchu, prąd spawania, prędkość przesuwu (obr./min), liczbę warstw i czas na warstwę, czas pulsu, czas opadania itp. W przypadku orbitalnych spawów rur z dodanym drutem spawalniczym parametry programu będą obejmować prędkość podawania drutu, amplitudę oscylacji palnika i czas postoju, AVC (kontrolę napięcia łuku w celu zapewnienia stałej przerwy łukowej) i narastanie prądu. Aby wykonać spawanie, zainstaluj 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 ingerencji operatora.
Zmienne nieprogramowalne. Aby uzyskać stale dobrą jakość spoiny, parametry spawania muszą być starannie kontrolowane. Uzyskuje się to dzięki dokładności źródła prądu spawania i programu spawania, który jest zbiorem instrukcji wprowadzonych do źródła prądu, składającym się z parametrów spawania, służących do spawania rur o określonym rozmiarze. Musi również istnieć skuteczny zestaw norm spawalniczych, określający kryteria akceptacji spawania oraz system inspekcji i kontroli jakości spawania, aby zapewnić, że spawanie spełnia uzgodnione normy. Jednak pewne czynniki i procedury inne niż parametry spawania również muszą być starannie kontrolowane. Czynniki te obejmują stosowanie dobrego sprzętu do przygotowania końców, dobre praktyki czyszczenia i obsługi, dobre tolerancje wymiarowe rur lub innych spawanych części, stały 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 bardziej krytyczne niż w przypadku spawania ręcznego. Złącza spawane do orbitalnego spawania rur są zazwyczaj złączami czołowymi kwadratowymi. Aby osiągnąć pożądaną powtarzalność 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 zróżnicowaniem grubości 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 spowodować całkowite niepowodzenie lutowania. Piły do ​​rur produkowane przez George'a Fischera i innych, które przecinają rurę i obrabiają jej końce 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 obcinaki 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 przedmuchu wnętrza spoiny, natężenie przepływu gazu używanego do przedmuchu, rodzaj użytej głowicy i źródła zasilania, konfiguracja złącza i wszelkie inne istotne informacje. Nazywamy je zmiennymi „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 Naczyń Ciśnieniowych ASME. Zmiany rodzaju gazu lub procentowej mieszanki gazu lub wyeliminowanie przedmuchu 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 przepłukiwania wewnętrznych spoin w procesie orbitalnego spawania metodą GTAW. Czystość gazu w stosunku do tlenu i wilgoci decyduje o ilości przebarwień wywołanych utlenianiem, które występują na spoinie lub w jej pobliżu po spawaniu. Jeśli gaz przepłukiwania nie jest najwyższej jakości lub jeśli układ przepłukiwania nie jest całkowicie szczelny, tak że niewielka ilość powietrza przedostaje się do układu przepłukiwania, utlenianie może mieć jasnozielony lub niebieskawy kolor. Oczywiście, brak czyszczenia spowoduje powstanie czarnej, chrupiącej powierzchni, powszechnie określanej jako „słodka”. Argon spawalniczy 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., 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 maksymalnie 2 ppm tlenu. UWAGA: W celu zmniejszenia poziomu zanieczyszczeń do zakresu części na miliard (ppb) podczas oczyszczania można stosować oczyszczacze gazu, takie jak Nanochem lub Gatekeeper.
Mieszany skład. Mieszaniny gazów, takie jak 75% helu/25% argonu i 95% argonu/5% wodoru, mogą być stosowane jako gazy osłonowe w zastosowaniach specjalnych. Obie mieszanki dają cieplejsze spoiny niż te wykonane przy tych samych ustawieniach programu, co argon. Mieszaniny helu są szczególnie odpowiednie do maksymalnego przetopu podczas spawania stali węglowej. Konsultant z branży półprzewodników zaleca stosowanie mieszanek argonu/wodoru jako gazów osłonowych w zastosowaniach UHP. Mieszaniny wodoru mają kilka zalet, ale również poważne wady. Zaletą jest to, że wytwarzają bardziej wilgotne jeziorko i gładszą powierzchnię spoiny, co jest idealne do wdrażania systemów dostarczania gazu pod bardzo wysokim ciśnieniem z możliwie gładką powierzchnią wewnętrzną. Obecność wodoru zapewnia atmosferę redukującą, więc jeśli w mieszance gazów znajdują się śladowe ilości tlenu, powstała spoina będzie wyglądać czystsza i mniej przebarwiona niż przy podobnym stężeniu 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 ID w celu poprawienia wyglądu wewnętrznej spoiny.
Spoina spawana z użyciem mieszanki wodoru jako gazu osłonowego jest węższa, z tą różnicą, że stal nierdzewna ma bardzo niską zawartość siarki i generuje więcej ciepła w spoinie niż przy tym samym ustawieniu prądu z niemieszanym argonem. Istotną wadą mieszanek argon/wodór jest to, że łuk jest znacznie mniej stabilny niż czysty argon i ma tendencję do dryftu łuku, na tyle poważnego, że może powodować nieprawidłowe topienie. Dryft łuku może zaniknąć, gdy używane jest 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 w przypadku wstępnie zmieszanego gazu butlowego występują różnice. 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, ​​odnotowano, że łuk jest trudniejszy w użyciu i 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 (3370°C; 6098°F) i jest dobrym emiterem elektronów, co czyni go szczególnie odpowiednim do stosowania jako elektroda nietopliwa. Jego właściwości poprawia się poprzez dodanie 2% tlenków niektórych pierwiastków 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, zwłaszcza 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 chropowatej lub niejednolitej powierzchni, ponieważ spójność geometrii elektrody ma kluczowe znaczenie dla 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 to 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 stożka wpływa na charakterystykę prądowo-napięciową łuku i musi być określony i kontrolowany. Długość wolframu jest ważna, 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 zgodnie z natężeniem 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 dla prądu może spowodować dryft łuku. Średnice elektrod i końcówek określamy na podstawie grubości ścianki złącza spawanego i stosujemy średnicę 0,0625 dla prawie wszystkich grubości ścianki do 0,093″, chyba że urządzenie jest zaprojektowane do stosowania z elektrodami o średnicy 0,040″ do spawania małych precyzyjnych elementów. 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.