Notă a editorului: Pharmaceutical Online are plăcerea să prezinte acest articol în patru părți despre sudarea orbitală a conductelor de bioprocese, realizat de experta în industrie Barbara Henon de la Arc Machines. Acest articol este adaptat după prezentarea Dr. Henon la conferința ASME de la sfârșitul anului trecut.
Preveniți pierderea rezistenței la coroziune. Apa de înaltă puritate, cum ar fi DI sau WFI, este un agent de coroziune foarte agresiv pentru oțelul inoxidabil. În plus, WFI de calitate farmaceutică este reciclată la temperatură ridicată (80°C) pentru a menține sterilitatea. Există o diferență subtilă între scăderea temperaturii suficient pentru a susține organisme vii letale pentru produs și creșterea temperaturii suficient pentru a promova producerea de „roșu”. Roșul este o peliculă maro cu compoziție variabilă cauzată de coroziunea componentelor sistemului de conducte din oțel inoxidabil. Murdăria și oxizii de fier pot fi componentele principale, dar pot fi prezente și diverse forme de fier, crom și nichel. Prezența roșului este letală pentru unele produse și poate duce la coroziune ulterioară, deși prezența sa în alte sisteme pare a fi destul de benignă.
Sudarea poate afecta negativ rezistența la coroziune. Culoarea fierbinte este rezultatul depunerii de material oxidant pe suduri și zone afectate termic în timpul sudării, este deosebit de dăunătoare și este asociată cu formarea de ruj în sistemele de apă farmaceutice. Formarea oxidului de crom poate provoca o nuanță fierbinte, lăsând în urmă un strat sărăcit în crom, care este susceptibil la coroziune. Culoarea fierbinte poate fi îndepărtată prin decapare și șlefuire, îndepărtând metalul de pe suprafață, inclusiv stratul sărăcit în crom subiacent, și restabilind rezistența la coroziune la niveluri apropiate de nivelurile metalului de bază. Cu toate acestea, decaparea și șlefuirea sunt dăunătoare finisajului suprafeței. Pasivizarea sistemului de conducte cu acid azotic sau formulări de agenți de chelare se face pentru a depăși efectele adverse ale sudării și fabricării înainte ca sistemul de conducte să fie pus în funcțiune. Analiza electronică Auger a arătat că pasivarea prin chelare ar putea restabili modificările de suprafață în distribuția oxigenului, cromului, fierului, nichelului și manganului care au avut loc în sudură și în zona afectată termic la starea pre-sudură. Cu toate acestea, pasivarea afectează doar stratul exterior al suprafeței și nu penetrează sub 50 angstromi, în timp ce colorarea termică se poate extinde. 1000 angstromi sau mai mult sub suprafață.
Prin urmare, pentru a instala sisteme de conducte rezistente la coroziune în apropierea substraturilor nesudate, este important să se încerce limitarea deteriorării induse de sudură și fabricație la niveluri care pot fi recuperate substanțial prin pasivare. Acest lucru necesită utilizarea unui gaz de purjare cu un conținut minim de oxigen și livrarea acestuia la diametrul interior al îmbinării sudate fără contaminare cu oxigen atmosferic sau umiditate. Controlul precis al aportului de căldură și evitarea supraîncălzirii în timpul sudării sunt, de asemenea, importante pentru a preveni pierderea rezistenței la coroziune. Controlul procesului de fabricație pentru a obține suduri repetabile și consistente de înaltă calitate, precum și manipularea atentă a țevilor și componentelor din oțel inoxidabil în timpul fabricației pentru a preveni contaminarea, sunt cerințe esențiale pentru un sistem de conducte de înaltă calitate care rezistă la coroziune și oferă servicii productive pe termen lung.
Materialele utilizate în sistemele de conducte din oțel inoxidabil biofarmaceutic de înaltă puritate au evoluat în direcția îmbunătățirii rezistenței la coroziune în ultimul deceniu. Majoritatea oțelurilor inoxidabile utilizate înainte de 1980 erau oțelul inoxidabil 304, deoarece erau relativ ieftine și reprezentau o îmbunătățire față de cuprul utilizat anterior. De fapt, oțelurile inoxidabile din seria 300 sunt relativ ușor de prelucrat, pot fi sudate prin fuziune fără pierderi excesive ale rezistenței la coroziune și nu necesită tratamente speciale de preîncălzire și post-termice.
Recent, utilizarea oțelului inoxidabil 316 în aplicațiile de conducte de înaltă puritate a fost în creștere. Tipul 316 are o compoziție similară cu tipul 304, dar pe lângă elementele de aliere cu crom și nichel comune ambelor tipuri, 316 conține aproximativ 2% molibden, ceea ce îmbunătățește semnificativ rezistența la coroziune a oțelului 316. Tipurile 304L și 316L, denumite clasele „L”, au un conținut de carbon mai mic decât clasele standard (0,035% față de 0,08%). Această reducere a conținutului de carbon are scopul de a reduce cantitatea de precipitare a carburilor care poate apărea din cauza sudării. Aceasta este formarea carburii de crom, care epuizează limitele granulelor metalului de bază crom, făcându-l susceptibil la coroziune. Formarea carburii de crom, numită „sensibilizare”, depinde de timp și temperatură și este o problemă mai mare la lipirea manuală. Am demonstrat că sudarea orbitală a oțelului inoxidabil super-austenitic AL-6XN oferă suduri mai rezistente la coroziune decât sudurile similare realizate manual. Acest lucru se datorează faptului că sudarea orbitală oferă un control precis al... amperaj, pulsații și temporizare, rezultând un aport de căldură mai mic și mai uniform decât sudarea manuală. Sudarea orbitală în combinație cu clasele „L” 304 și 316 elimină practic precipitarea carburilor ca factor în dezvoltarea coroziunii în sistemele de conducte.
Variația de la o coardă la alta a oțelului inoxidabil. Deși parametrii de sudare și alți factori pot fi menținuți în toleranțe destul de stricte, există totuși diferențe în ceea ce privește aportul de căldură necesar pentru sudarea oțelului inoxidabil de la o coardă la alta. Un număr de coardă este numărul lotului atribuit unei anumite topituri de oțel inoxidabil în fabrică. Compoziția chimică exactă a fiecărui lot este înregistrată în Raportul de testare din fabrică (MTR), împreună cu identificarea lotului sau numărul coardei. Fierul pur se topește la 1538°C (2800°F), în timp ce metalele aliate se topesc într-un interval de temperaturi, în funcție de tipul și concentrația fiecărui aliaj sau oligoelement prezent. Deoarece nicio coardă de oțel inoxidabil nu va conține exact aceeași concentrație a fiecărui element, caracteristicile sudării vor varia de la un cuptor la altul.
SEM-ul sudurilor orbitale ale țevilor 316L pe țeavă AOD (sus) și material EBR (jos) a arătat o diferență semnificativă în ceea ce privește netezimea cordonului de sudură.
Deși o singură procedură de sudare poate funcționa pentru majoritatea încălzirilor cu diametru exterior și grosime a peretelui similare, unele încălziri necesită un amperaj mai mic, iar altele necesită un amperaj mai mare decât în ​​mod obișnuit. Din acest motiv, încălzirea diferitelor materiale la șantier trebuie urmărită cu atenție pentru a evita potențialele probleme. Adesea, o nouă încălzire necesită doar o mică modificare a amperajului pentru a realiza o procedură de sudare satisfăcătoare.
Problema sulfului. Sulful elementar este o impuritate legată de minereul de fier, care este îndepărtată în mare parte în timpul procesului de fabricare a oțelului. Oțelurile inoxidabile AISI tip 304 și 316 sunt specificate cu un conținut maxim de sulf de 0,030%. Odată cu dezvoltarea proceselor moderne de rafinare a oțelului, cum ar fi decarburarea cu argon și oxigen (AOD) și practicile de topire duală în vid, cum ar fi topirea prin inducție în vid urmată de retopirea cu arc în vid (VIM + VAR), a devenit posibilă producerea de oțeluri care sunt foarte speciale în următoarele moduri: compoziția lor chimică. S-a observat că proprietățile băii de sudură se schimbă atunci când conținutul de sulf al oțelului este sub aproximativ 0,008%. Acest lucru se datorează efectului sulfului și, într-o măsură mai mică, al altor elemente asupra coeficientului de temperatură al tensiunii superficiale a băii de sudură, care determină caracteristicile de curgere ale băii de lichid.
La concentrații foarte scăzute de sulf (0,001% – 0,003%), penetrarea băii de sudură devine foarte largă în comparație cu sudurile similare realizate pe materiale cu conținut mediu de sulf. Sudurile realizate pe țevi din oțel inoxidabil cu conținut scăzut de sulf vor avea suduri mai late, în timp ce pe țevi cu pereți mai groși (0,065 inci sau 1,66 mm sau mai mult) va exista o tendință mai mare de a realiza suduri. Sudare în adâncime. Atunci când curentul de sudare este suficient pentru a produce o sudură complet penetrată, acest lucru face ca materialele cu conținut foarte scăzut de sulf să fie mai dificil de sudat, în special cu pereți mai groși. La limita superioară a concentrației de sulf din oțelul inoxidabil 304 sau 316, cordonul de sudură tinde să aibă un aspect mai puțin fluid și mai rugos decât materialele cu conținut mediu de sulf. Prin urmare, pentru sudabilitate, conținutul ideal de sulf ar fi în intervalul de aproximativ 0,005% până la 0,017%, așa cum este specificat în ASTM A270 S2 pentru tuburile de calitate farmaceutică.
Producătorii de țevi din oțel inoxidabil electrolustruite au observat că până și niveluri moderate de sulf în oțelul inoxidabil 316 sau 316L fac dificilă satisfacerea nevoilor clienților lor din industria semiconductorilor și a biofarmaceuticilor pentru suprafețe interioare netede și fără gropițe. Utilizarea microscopiei electronice cu scanare pentru a verifica netezimea finisajului suprafeței tubului este din ce în ce mai frecventă. S-a demonstrat că sulful din metalele de bază formează incluziuni nemetalice sau „stringeri” de sulfură de mangan (MnS) care sunt îndepărtate în timpul electrolustruirii și lasă goluri în intervalul 0,25-1,0 microni.
Producătorii și furnizorii de tuburi electroliticate împing piața către utilizarea materialelor cu conținut ultra-scăzut de sulf pentru a îndeplini cerințele de finisare a suprafeței. Cu toate acestea, problema nu se limitează la tuburile electroliticate, deoarece în tuburile neelectroliticate incluziunile sunt îndepărtate în timpul pasivării sistemului de conducte. S-a demonstrat că golurile sunt mai predispuse la coroziuni decât zonele cu suprafețe netede. Prin urmare, există câteva motive întemeiate pentru tendința către materiale cu conținut scăzut de sulf, „mai curate”.
Deformarea arcului. Pe lângă îmbunătățirea sudabilității oțelului inoxidabil, prezența unei cantități de sulf îmbunătățește și prelucrabilitatea. Drept urmare, producătorii tind să aleagă materiale situate la capătul superior al intervalului de conținut de sulf specificat. Sudarea țevilor cu concentrații foarte scăzute de sulf la fitinguri, valve sau alte țevi cu conținut mai mare de sulf poate crea probleme de sudare, deoarece arcul va fi îndreptat spre țevile cu conținut scăzut de sulf. Când are loc deformarea arcului, penetrarea devine mai profundă pe partea cu conținut scăzut de sulf decât pe partea cu conținut ridicat de sulf, ceea ce este opusul a ceea ce se întâmplă la sudarea țevilor cu concentrații de sulf corespunzătoare. În cazuri extreme, cordonul de sudură poate penetra complet materialul cu conținut scăzut de sulf și poate lăsa interiorul sudurii complet nefuzionat (Fihey și Simeneau, 1982). Pentru a potrivi conținutul de sulf al fitingurilor cu conținutul de sulf al țevii, Divizia Carpenter Steel a Carpenter Technology Corporation din Pennsylvania a introdus un material cu conținut scăzut de sulf (0,005% max) de 316 bari (Tip 316L-SCQ) (VIM+VAR)) pentru fabricarea... a fitingurilor și a altor componente destinate a fi sudate la țevi cu conținut scăzut de sulf. Sudarea a două materiale cu conținut foarte scăzut de sulf între ele este mult mai ușoară decât sudarea unui material cu conținut foarte scăzut de sulf la unul cu conținut ridicat de sulf.
Trecerea la utilizarea tuburilor cu conținut scăzut de sulf se datorează în mare măsură necesității de a obține suprafețe interioare netede, electrolustruite. Deși finisajul suprafeței și electrolustruirea sunt importante atât pentru industria semiconductorilor, cât și pentru industria biotehnologică/farmaceutică, SEMI, atunci când a redactat specificația industriei semiconductorilor, a specificat că tuburile 316L pentru liniile de gaz de proces trebuie să aibă un capac de sulf de 0,004% pentru performanțe optime la capete de suprafață. ASTM, pe de altă parte, și-a modificat specificația ASTM 270 pentru a include tuburi de calitate farmaceutică care limitează conținutul de sulf la un interval de la 0,005 la 0,017%. Acest lucru ar trebui să ducă la mai puține dificultăți de sudare în comparație cu sulfurile din intervalul inferior. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că, chiar și în acest interval limitat, poate apărea deviere a arcului la sudarea țevilor cu conținut scăzut de sulf la țevi sau fitinguri cu conținut ridicat de sulf, iar instalatorii ar trebui să urmărească cu atenție încălzirea materialului și să verifice înainte de fabricație compatibilitatea lipiturii între încălziri. Producerea sudurilor.
alte oligoelemente. S-a constatat că oligoelementele, inclusiv sulful, oxigenul, aluminiul, siliciul și manganul, afectează penetrarea. Urmele de aluminiu, siliciu, calciu, titan și crom prezente în metalul de bază ca incluziuni de oxid sunt asociate cu formarea zgurii în timpul sudării.
Efectele diferitelor elemente sunt cumulative, astfel încât prezența oxigenului poate compensa unele dintre efectele conținutului scăzut de sulf. Nivelurile ridicate de aluminiu pot contracara efectul pozitiv asupra penetrării sulfului. Manganul se volatilizează la temperatura de sudare și se depune în zona afectată de căldură a sudurii. Aceste depozite de mangan sunt asociate cu pierderea rezistenței la coroziune (vezi Cohen, 1997). Industria semiconductorilor experimentează în prezent cu materiale 316L cu conținut scăzut de mangan și chiar ultra-scăzut de mangan pentru a preveni această pierdere a rezistenței la coroziune.
Formarea zgurii. Insulele de zgură apar ocazional pe cordonul de oțel inoxidabil pentru anumite treceri. Aceasta este în mod inerent o problemă legată de material, dar uneori modificările parametrilor de sudare pot minimiza acest lucru, sau modificările amestecului de argon/hidrogen pot îmbunătăți sudura. Pollard a descoperit că raportul dintre aluminiu și siliciu din metalul de bază afectează formarea zgurii. Pentru a preveni formarea zgurii de tip placă nedorită, el recomandă menținerea conținutului de aluminiu la 0,010% și a conținutului de siliciu la 0,5%. Cu toate acestea, atunci când raportul Al/Si este peste acest nivel, se poate forma zgură sferică în loc de cea de tip placă. Acest tip de zgură poate lăsa gropițe după electrolustruire, ceea ce este inacceptabil pentru aplicațiile de înaltă puritate. Insulele de zgură care se formează pe diametrul exterior al sudurii pot provoca o penetrare inegală a trecerii interiorului și pot duce la o penetrare insuficientă. Insulele de zgură care se formează pe cordonul de sudură interior pot fi susceptibile la coroziune.
Sudură cu o singură trecere cu pulsații. Sudarea orbitală automată standard a tuburilor este o sudură cu o singură trecere cu curent pulsat și rotație continuă cu viteză constantă. Această tehnică este potrivită pentru țevi cu diametre exterioare de la 1/8″ la aproximativ 7″ și grosimi ale peretelui de 0,083″ și mai mici. După o pre-purjare temporizată, are loc formarea arcului electric. Penetrarea peretelui tubului se realizează în timpul unei întârzieri temporizate în care este prezentă formarea arcului electric, dar nu are loc rotația. După această întârziere la rotație, electrodul se rotește în jurul îmbinării sudate până când sudura se unește sau se suprapune peste porțiunea inițială a sudurii în timpul ultimului strat de sudare. Când conexiunea este completă, curentul se diminuează treptat.
Mod în trepte (sudare „sincronizată”). Pentru sudarea prin fuziune a materialelor cu pereți mai groși, de obicei mai mari de 0,083 inch, sursa de alimentare pentru sudarea prin fuziune poate fi utilizată în mod sincron sau în trepte. În modul sincron sau în trepte, impulsul curentului de sudură este sincronizat cu cursa, astfel încât rotorul este staționar pentru o penetrare maximă în timpul impulsurilor de curent mare și se mișcă în timpul impulsurilor de curent mic. Tehnicile sincrone utilizează timpi de impuls mai lungi, de ordinul a 0,5 până la 1,5 secunde, comparativ cu timpul de impuls de zecime sau sutime de secundă pentru sudarea convențională. Această tehnică poate suda eficient țevi cu pereți subțiri de calibru 40 cu grosimea de 0,154″ sau 6″ și grosimea peretelui de 0,154″ sau 6″. Tehnica în trepte produce o sudură mai largă, ceea ce o face tolerantă la erori și utilă pentru sudarea pieselor neregulate, cum ar fi fitingurile de țevi, la țevi unde pot exista diferențe de toleranțe dimensionale, unele nealinieri sau incompatibilitate termică a materialelor. Acest tip de sudare necesită aproximativ dublul timpului de arc față de sudarea convențională și este mai puțin potrivit pentru aplicații de puritate ultra-înaltă (UHP) datorită cusăturii mai late și mai rugoase.
Variabile programabile. Generația actuală de surse de alimentare pentru sudură se bazează pe microprocesoare și stochează programe care specifică valori numerice pentru parametrii de sudură pentru un anumit diametru (OD) și grosimea peretelui țevii care urmează să fie sudată, inclusiv timpul de purjare, curentul de sudare, viteza de deplasare (RPM)), numărul de straturi și timpul pe strat, timpul de impuls, timpul de coborâre etc. Pentru sudurile orbitale ale tuburilor cu sârmă de adaos, parametrii programului vor include viteza de alimentare a sârmei, amplitudinea oscilației torței și timpul de staționare, AVC (controlul tensiunii arcului pentru a asigura un spațiu constant între arcuri) și panta ascendentă. Pentru a efectua sudarea prin fuziune, instalați capul de sudură cu electrodul și inserțiile de clemă pentru țevi corespunzătoare pe țeavă și rechemați programul sau programul de sudură din memoria sursei de alimentare. Secvența de sudare este inițiată prin apăsarea unui buton sau a unei taste de pe panoul cu membrană, iar sudarea continuă fără intervenția operatorului.
Variabile neprogramabile. Pentru a obține o calitate constantă a sudurii, parametrii de sudare trebuie controlați cu atenție. Acest lucru se realizează prin precizia sursei de alimentare pentru sudură și a programului de sudare, care este un set de instrucțiuni introduse în sursa de alimentare, constând în parametri de sudare, pentru sudarea unei anumite dimensiuni de țeavă sau conductă. De asemenea, trebuie să existe un set eficient de standarde de sudare, care să specifice criteriile de acceptare a sudării și un sistem de inspecție și control al calității sudării pentru a se asigura că sudarea respectă standardele convenite. Cu toate acestea, anumiți factori și proceduri, altele decât parametrii de sudare, trebuie, de asemenea, controlați cu atenție. Acești factori includ utilizarea unor echipamente bune de pregătire a capetelor, practici bune de curățare și manipulare, toleranțe dimensionale bune ale tuburilor sau altor piese sudate, tip și dimensiune consistentă a tungstenului, gaze inerte înalt purificate și o atenție deosebită la variațiile materialului. - temperatură ridicată.
Cerințele de pregătire pentru sudarea capetelor de țeavă sunt mai importante pentru sudarea orbitală decât pentru sudarea manuală. Îmbinările sudate pentru sudarea orbitală a țevilor sunt de obicei îmbinări cap la cap pătrate. Pentru a obține repetabilitatea dorită în sudarea orbitală, este necesară o pregătire precisă, consecventă și prelucrată a capetelor. Deoarece curentul de sudare depinde de grosimea peretelui, capetele trebuie să fie pătrate, fără bavuri sau teșituri pe diametrul exterior sau interior (OD sau ID), ceea ce ar duce la grosimi diferite ale peretelui.
Capetele țevilor trebuie să se potrivească în capul de sudură, astfel încât să nu existe un spațiu vizibil între capetele îmbinării pătrate. Deși se pot realiza îmbinări sudate cu goluri mici, calitatea sudurii poate fi afectată negativ. Cu cât spațiul este mai mare, cu atât este mai probabil să existe o problemă. Asamblarea defectuoasă poate duce la o defecțiune completă a lipirii. Fierăstraie pentru țevi fabricate de George Fischer și alții, care taie țeava și așchiază capetele țevii în aceeași operațiune, sau strunguri portabile de pregătire a capetelor, cum ar fi cele fabricate de Protem, Wachs și alții, sunt adesea folosite pentru a realiza suduri orbitale cu capete netede, potrivite pentru prelucrare. Fierăstraie circulare, fierăstraie metalice, fierăstraie cu bandă și tăietoare de tuburi nu sunt potrivite pentru acest scop.
Pe lângă parametrii de sudare care furnizează putere pentru sudură, există și alte variabile care pot avea un efect profund asupra sudării, dar acestea nu fac parte din procedura de sudare propriu-zisă. Acestea includ tipul și dimensiunea tungstenului, tipul și puritatea gazului utilizat pentru a proteja arcul și a purja interiorul îmbinării sudate, debitul de gaz utilizat pentru purjare, tipul de cap și sursă de alimentare utilizate, configurația îmbinării și orice alte informații relevante. Numim aceste variabile „neprogramabile” și le înregistrăm în programul de sudare. De exemplu, tipul de gaz este considerat o variabilă esențială în Specificația Procedurii de Sudare (WPS) pentru ca procedurile de sudare să respecte Codul ASME Secțiunea IX pentru Cazane și Recipiente sub Presiune. Modificările tipului de gaz sau ale procentelor de amestec de gaze sau eliminarea purjării interiorului necesită revalidarea procedurii de sudare.
Gaz de sudură. Oțelul inoxidabil este rezistent la oxidarea cu oxigen atmosferic la temperatura camerei. Când este încălzit până la punctul său de topire (1530°C sau 2800°F pentru fier pur), se oxidează ușor. Argonul inert este cel mai frecvent utilizat ca gaz de protecție și pentru purjarea îmbinărilor sudate interne prin procesul GTAW orbital. Puritatea gazului în raport cu oxigenul și umiditatea determină cantitatea de decolorare indusă de oxidare care apare pe sau în apropierea sudurii după sudare. Dacă gazul de purjare nu este de cea mai înaltă calitate sau dacă sistemul de purjare nu este complet lipsit de scurgeri, astfel încât o cantitate mică de aer se scurge în sistemul de purjare, oxidarea poate fi de culoare turcoaz deschis sau albăstruie. Desigur, nicio curățare nu va duce la suprafața neagră și crustoasă, denumită în mod obișnuit „îndulcită”. Argonul de calitate superioară pentru sudură furnizat în butelii are o puritate de 99,996-99,997%, în funcție de furnizor, și conține 5-7 ppm de oxigen și alte impurități, inclusiv H2O, O2, CO2, hidrocarburi etc., pentru un total de 40 ppm. un maxim. Argonul de înaltă puritate într-un cilindru sau argonul lichid într-un Dewar poate avea o puritate de 99,999% sau 10 ppm impurități totale, cu un conținut maxim de 2 ppm oxigen. NOTĂ: În timpul purjării se pot utiliza purificatoare de gaze, cum ar fi Nanochem sau Gatekeeper, pentru a reduce nivelurile de contaminare la intervalul de părți per miliard (ppb).
compoziție mixtă. Amestecurile de gaze, cum ar fi 75% heliu/25% argon și 95% argon/5% hidrogen, pot fi utilizate ca gaze de protecție pentru aplicații speciale. Cele două amestecuri au produs suduri mai fierbinți decât cele realizate cu aceleași setări de program ca și argonul. Amestecurile de heliu sunt deosebit de potrivite pentru penetrarea maximă prin sudarea prin fuziune pe oțel carbon. Un consultant din industria semiconductorilor recomandă utilizarea amestecurilor de argon/hidrogen ca gaze de protecție pentru aplicații UHP. Amestecurile de hidrogen au mai multe avantaje, dar și unele dezavantaje serioase. Avantajul este că produce o baltă mai umedă și o suprafață de sudură mai netedă, ceea ce este ideal pentru implementarea sistemelor de alimentare cu gaz la presiune ultra-înaltă cu o suprafață interioară cât mai netedă posibil. Prezența hidrogenului oferă o atmosferă reducătoare, astfel încât, dacă în amestecul de gaze sunt prezente urme de oxigen, sudura rezultată va arăta mai curată, cu o decolorare mai mică decât o concentrație similară de oxigen în argon pur. Acest efect este optim la un conținut de hidrogen de aproximativ 5%. Unii folosesc un amestec de 95/5% argon/hidrogen ca purjare ID pentru a îmbunătăți aspectul cordonului de sudură intern.
Cordonul de sudură care utilizează un amestec de hidrogen ca gaz de protecție este mai îngust, cu excepția faptului că oțelul inoxidabil are un conținut foarte scăzut de sulf și generează mai multă căldură în sudură decât aceeași setare de curent cu argon neamestecat. Un dezavantaj semnificativ al amestecurilor de argon/hidrogen este că arcul este mult mai puțin stabil decât argonul pur și există o tendință ca arcul să derive, suficient de severă pentru a provoca fuziune necorespunzătoare. Deriva arcului poate dispărea atunci când se utilizează o altă sursă de gaz mixt, ceea ce sugerează că poate fi cauzată de contaminare sau amestecare deficitară. Deoarece căldura generată de arc variază în funcție de concentrația de hidrogen, o concentrație constantă este esențială pentru a obține suduri repetabile și există diferențe în ceea ce privește gazul îmbuteliat preamestecat. Un alt dezavantaj este că durata de viață a tungstenului este mult scurtată atunci când se utilizează un amestec de hidrogen. Deși motivul deteriorării tungstenului din gazul mixt nu a fost determinat, s-a raportat că arcul este mai dificil și că tungstenul poate necesita înlocuire după una sau două suduri. Amestecurile de argon/hidrogen nu pot fi utilizate pentru a suda oțelul carbon sau titanul.
O caracteristică distinctivă a procesului TIG este că nu consumă electrozi. Wolframul are cel mai ridicat punct de topire dintre toate metalele (3370°C) și este un bun emițător de electroni, ceea ce îl face deosebit de potrivit pentru utilizarea ca electrod neconsumabil. Proprietățile sale sunt îmbunătățite prin adăugarea a 2% din anumiți oxizi de pământuri rare, cum ar fi ceria, oxidul de lantan sau oxidul de toriu, pentru a îmbunătăți amorsarea arcului și stabilitatea arcului. Wolframul pur este rar utilizat în GTAW datorită proprietăților superioare ale tungstenului ceriu, în special pentru aplicațiile GTAW orbitale. Wolframul toriu este utilizat mai puțin decât în ​​trecut, deoarece este oarecum radioactiv.
Electrozii cu finisaj lustruit au dimensiuni mai uniforme. O suprafață netedă este întotdeauna preferabilă unei suprafețe rugoase sau inconsistente, deoarece consecvența geometriei electrodului este esențială pentru rezultate uniforme și consistente ale sudării. Electronii emiși de vârf (DCEN) transferă căldura de la vârful de tungsten la sudură. Un vârf mai fin permite menținerea densității de curent foarte ridicate, dar poate duce la o durată de viață mai scurtă a tungstenului. Pentru sudarea orbitală, este important să se șlefuiască mecanic vârful electrodului pentru a asigura repetabilitatea geometriei tungstenului și repetabilitatea sudurii. Vârful bont forțează arcul de la sudură în același punct pe tungsten. Diametrul vârfului controlează forma arcului și cantitatea de penetrare la un anumit curent. Unghiul conicității afectează caracteristicile curentului/tensiune ale arcului și trebuie specificat și controlat. Lungimea tungstenului este importantă deoarece o lungime cunoscută a tungstenului poate fi utilizată pentru a seta distanța dintre arc. Distanța dintre arc pentru o anumită valoare a curentului determină tensiunea și, prin urmare, puterea aplicată sudurii.
Dimensiunea electrodului și diametrul vârfului acestuia sunt selectate în funcție de intensitatea curentului de sudură. Dacă curentul este prea mare pentru electrod sau vârful acestuia, acesta poate pierde metal din vârf, iar utilizarea electrozilor cu un diametru al vârfului prea mare pentru curent poate provoca deriva arcului. Specificăm diametrele electrodului și vârfului în funcție de grosimea peretelui îmbinării sudate și folosim un diametru de 0,0625 pentru aproape orice până la o grosime a peretelui de 0,093″, cu excepția cazului în care utilizarea este concepută pentru a fi utilizată cu electrozi cu diametrul de 0,040″ pentru sudarea componentelor de precizie mici. Pentru repetabilitatea procesului de sudare, tipul și finisajul de tungsten, lungimea, unghiul conicității, diametrul, diametrul vârfului și spațiul dintre electrozi trebuie specificate și controlate. Pentru aplicațiile de sudare a tuburilor, tungstenul ceriu este întotdeauna recomandat, deoarece acest tip are o durată de viață mult mai lungă decât alte tipuri și are caracteristici excelente de aprindere a arcului. Tungstenul ceriu este neradioactiv.
Pentru mai multe informații, vă rugăm să o contactați pe Barbara Henon, Manager Publicații Tehnice, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Telefon: 818-896-9556. Fax: 818-890-3724.