Poznámka redaktora: Pharmaceutical Online s potešením predstavuje tento štvordielny článok o orbitálnom zváraní bioprocesných potrubí od odborníčky Barbary Henonovej zo spoločnosti Arc Machines. Tento článok je adaptáciou prezentácie Dr. Henonovej na konferencii ASME koncom minulého roka.
Zabráňte strate odolnosti proti korózii. Vysoko čistá voda, ako je deionizovaná voda alebo voda na inhaláciu (WFI), je veľmi agresívne leptadlo pre nehrdzavejúcu oceľ. Okrem toho sa voda na inhaláciu farmaceutickej kvality cyklicky upravuje pri vysokej teplote (80 °C), aby sa zachovala sterilita. Existuje jemný rozdiel medzi znížením teploty dostatočne na podporu živých organizmov smrteľných pre produkt a zvýšením teploty dostatočne na podporu tvorby „červenej“ vrstvy. Červená vrstva je hnedý film rôzneho zloženia spôsobený koróziou komponentov potrubného systému z nehrdzavejúcej ocele. Hlavnými zložkami môžu byť nečistoty a oxidy železa, ale môžu byť prítomné aj rôzne formy železa, chrómu a niklu. Prítomnosť červenej vrstvy je smrteľná pre niektoré produkty a jej prítomnosť môže viesť k ďalšej korózii, hoci jej prítomnosť v iných systémoch sa javí ako pomerne neškodná.
Zváranie môže nepriaznivo ovplyvniť odolnosť proti korózii. Horúce sfarbenie je výsledkom oxidačného materiálu usadeného na zvaroch a tepelne ovplyvnených zónach počas zvárania, je obzvlášť škodlivé a je spojené s tvorbou červeného sfarbenia vo farmaceutických vodných systémoch. Tvorba oxidu chrómu môže spôsobiť horúci odtieň a zanechať vrstvu ochudobnenú o chróm, ktorá je náchylná na koróziu. Horúce sfarbenie je možné odstrániť morením a brúsením, čím sa odstráni kov z povrchu vrátane podkladovej vrstvy ochudobnenej o chróm a obnovia sa odolnosť proti korózii na úrovne blízke úrovni základného kovu. Morenie a brúsenie však škodia povrchovej úprave. Pasivácia potrubného systému kyselinou dusičnou alebo chelatačnými činidlami sa vykonáva na prekonanie nepriaznivých účinkov zvárania a výroby pred uvedením potrubného systému do prevádzky. Augerova elektrónová analýza ukázala, že chelačná pasivácia by mohla obnoviť povrchové zmeny v rozložení kyslíka, chrómu, železa, niklu a mangánu, ku ktorým došlo vo zvare a tepelne ovplyvnenej zóne, do stavu pred zváraním. Pasivácia však ovplyvňuje iba vonkajšiu povrchovú vrstvu a nepreniká pod 50 Å, zatiaľ čo tepelné sfarbenie sa môže rozšíriť o 1000 Å. angstrômov alebo viac pod povrchom.
Preto je pri inštalácii potrubných systémov odolných voči korózii v blízkosti nezváraných podkladov dôležité pokúsiť sa obmedziť poškodenie spôsobené zváraním a výrobou na úrovne, ktoré možno v podstate odstrániť pasiváciou. To si vyžaduje použitie preplachovacieho plynu s minimálnym obsahom kyslíka a jeho dodávanie do vnútorného priemeru zvarového spoja bez kontaminácie atmosférickým kyslíkom alebo vlhkosťou. Presná kontrola prívodu tepla a zabránenie prehriatiu počas zvárania je tiež dôležitá na zabránenie straty odolnosti voči korózii. Riadenie výrobného procesu na dosiahnutie opakovateľných a konzistentných vysoko kvalitných zvarov, ako aj starostlivé zaobchádzanie s rúrami a komponentmi z nehrdzavejúcej ocele počas výroby, aby sa zabránilo kontaminácii, sú základnými požiadavkami na vysoko kvalitný potrubný systém, ktorý odoláva korózii a poskytuje dlhodobú produktívnu službu.
Materiály používané vo vysoko čistých biofarmaceutických potrubných systémoch z nehrdzavejúcej ocele prešli v poslednom desaťročí vývojom smerom k zlepšenej odolnosti proti korózii. Väčšina nehrdzavejúcej ocele používanej pred rokom 1980 bola nehrdzavejúca oceľ 304, pretože bola relatívne lacná a predstavovala zlepšenie oproti predtým používanej meďi. V skutočnosti sa nehrdzavejúce ocele série 300 relatívne ľahko obrábajú, dajú sa zvárať tavením bez nadmernej straty odolnosti proti korózii a nevyžadujú špeciálne predhrievanie a následné tepelné úpravy.
V poslednej dobe sa zvyšuje používanie nehrdzavejúcej ocele 316 vo vysoko čistých potrubných aplikáciách. Typ 316 má podobné zloženie ako typ 304, ale okrem legujúcich prvkov chrómu a niklu, ktoré sú spoločné pre obe, obsahuje 316 približne 2 % molybdénu, čo výrazne zlepšuje odolnosť ocele 316 proti korózii. Typy 304L a 316L, označované ako triedy „L“, majú nižší obsah uhlíka ako štandardné triedy (0,035 % oproti 0,08 %). Toto zníženie obsahu uhlíka má za cieľ znížiť množstvo zrážania karbidov, ku ktorému môže dôjsť pri zváraní. Ide o tvorbu karbidu chrómu, ktorý narúša hranice zŕn základného kovu chrómu, čím ho robí náchylným na koróziu. Tvorba karbidu chrómu, nazývaná „senzibilizácia“, je závislá od času a teploty a predstavuje väčší problém pri ručnom spájkovaní. Ukázali sme, že orbitálne zváranie superaustenitickej nehrdzavejúcej ocele AL-6XN poskytuje zvary odolnejšie voči korózii ako podobné zvary vykonávané ručne. Je to preto, že orbitálne zváranie poskytuje presnú kontrolu... prúd, pulzácia a načasovanie, čo vedie k nižšiemu a rovnomernejšiemu prívodu tepla ako pri ručnom zváraní. Orbitálne zváranie v kombinácii s oceľovými prvkami „L“ 304 a 316 prakticky eliminuje precipitáciu karbidov ako faktor prispievajúci k rozvoju korózie v potrubných systémoch.
Zmena tepelného výkonu nehrdzavejúcej ocele. Hoci parametre zvárania a ďalšie faktory je možné udržiavať v pomerne úzkych toleranciách, stále existujú rozdiely v tepelnom príkone potrebnom na zváranie nehrdzavejúcej ocele medzi jednotlivými tepelnými podmienkami. Číslo tepelnej várky je číslo šarže priradené konkrétnej tavenine nehrdzavejúcej ocele v továrni. Presné chemické zloženie každej šarže sa zaznamenáva v protokole o skúške z výroby (MTR) spolu s identifikáciou šarže alebo číslom tepelnej várky. Čisté železo sa taví pri 1538 °C (2800 °F), zatiaľ čo legované kovy sa tavia v rozmedzí teplôt v závislosti od typu a koncentrácie každej zliatiny alebo stopového prvku. Keďže žiadne dve tepelné várky nehrdzavejúcej ocele neobsahujú presne rovnakú koncentráciu každého prvku, charakteristiky zvárania sa budú líšiť od pece k peci.
SEM orbitálnych zvarov rúrok 316L na rúrke AOD (hore) a materiáli EBR (dole) ukázal významný rozdiel v hladkosti zvarovej húsenice.
Aj keď jeden zvárací postup môže fungovať pre väčšinu tavb s podobným vonkajším priemerom a hrúbkou steny, niektoré tavby vyžadujú menšiu a niektoré vyššiu prúdovú intenzitu ako je typické. Z tohto dôvodu je potrebné starostlivo sledovať ohrev rôznych materiálov na stavenisku, aby sa predišlo potenciálnym problémom. Často nová tavba vyžaduje len malú zmenu prúdovej intenzity na dosiahnutie uspokojivého zváracieho postupu.
Problém so sírou. Elementárna síra je nečistota súvisiaca so železnou rudou, ktorá sa počas procesu výroby ocele do značnej miery odstraňuje. Nerezové ocele AISI typu 304 a 316 sú špecifikované s maximálnym obsahom síry 0,030 %. S rozvojom moderných procesov rafinácie ocele, ako je argónovo-kyslíkové oduhličenie (AOD) a postupy duálneho vákuového tavenia, ako je vákuové indukčné tavenie s následným vákuovým oblúkovým pretavovaním (VIM+VAR), je možné vyrábať ocele, ktoré sú veľmi špeciálne v nasledujúcich ohľadoch. ich chemickým zložením. Bolo zistené, že vlastnosti zvarového kúpeľa sa menia, keď je obsah síry v oceli pod približne 0,008 %. Je to spôsobené vplyvom síry a v menšej miere iných prvkov na teplotný koeficient povrchového napätia zvarového kúpeľa, ktorý určuje charakteristiky toku kvapalného kúpeľa.
Pri veľmi nízkych koncentráciách síry (0,001 % – 0,003 %) sa penetrácia zvarovej kaluže stáva veľmi širokou v porovnaní s podobnými zvarmi vykonanými na materiáloch so stredným obsahom síry. Zvary vykonané na rúrkach z nehrdzavejúcej ocele s nízkym obsahom síry budú mať širšie zvary, zatiaľ čo na rúrkach s hrubšou stenou (0,065 palca alebo 1,66 mm alebo viac) bude väčšia tendencia k tvorbe zvarov. Zváranie zahĺbením. Keď je zvárací prúd dostatočný na vytvorenie úplne prevareného zvaru. To sťažuje zváranie materiálov s veľmi nízkym obsahom síry, najmä pri hrubších stenách. Pri vyššej koncentrácii síry v nehrdzavejúcej oceli 304 alebo 316 má zvarová húsenica tendenciu byť menej tekutá a drsnejšia ako materiály so stredným obsahom síry. Preto by ideálny obsah síry pre zvariteľnosť mal byť v rozmedzí približne 0,005 % až 0,017 %, ako je špecifikované v norme ASTM A270 S2 pre rúrky farmaceutickej kvality.
Výrobcovia elektrolyticky leštených rúr z nehrdzavejúcej ocele si všimli, že aj mierne hladiny síry v nehrdzavejúcej oceli 316 alebo 316L sťažujú uspokojenie potrieb ich zákazníkov z oblasti polovodičov a biofarmaceutických výrobkov, pokiaľ ide o hladké vnútorné povrchy bez jamiek. Použitie skenovacej elektrónovej mikroskopie na overenie hladkosti povrchovej úpravy rúr je čoraz bežnejšie. Ukázalo sa, že síra v základných kovoch tvorí nekovové inklúzie alebo „vlákna“ sulfidu mangánu (MnS), ktoré sa počas elektrolytického leštenia odstraňujú a zanechávajú dutiny v rozsahu 0,25 – 1,0 mikrónu.
Výrobcovia a dodávatelia elektrolyticky leštených rúrok smerujú trh k používaniu materiálov s ultranízkym obsahom síry, aby splnili svoje požiadavky na povrchovú úpravu. Problém sa však neobmedzuje len na elektrolyticky leštené rúrky, pretože v neelektrolyticky leštených rúrkach sa inklúzie odstraňujú počas pasivácie potrubného systému. Ukázalo sa, že dutiny sú náchylnejšie na jamkovú tvorbu ako hladké povrchy. Existuje teda niekoľko platných dôvodov pre trend smerom k materiálom s nízkym obsahom síry a „čistejším“.
Vychýlenie oblúka. Okrem zlepšenia zvariteľnosti nehrdzavejúcej ocele prítomnosť určitého množstva síry zlepšuje aj obrobiteľnosť. V dôsledku toho majú výrobcovia tendenciu vyberať si materiály na hornej hranici špecifikovaného rozsahu obsahu síry. Zváranie rúrok s veľmi nízkou koncentráciou síry s tvarovkami, ventilmi alebo inými rúrkami s vyšším obsahom síry môže spôsobiť problémy so zváraním, pretože oblúk bude vychýlený smerom k rúrkam s nízkym obsahom síry. Keď dôjde k vychýleniu oblúka, prienik sa na strane s nízkym obsahom síry stáva hlbším ako na strane s vysokým obsahom síry, čo je opak toho, čo sa deje pri zváraní rúrok so zodpovedajúcimi koncentráciami síry. V extrémnych prípadoch môže zvarová húsenica úplne preniknúť materiálom s nízkym obsahom síry a nechať vnútro zvaru úplne neroztavené (Fihey a Simeneau, 1982). Aby sa obsah síry v tvarovkách zhodoval s obsahom síry v rúre, divízia Carpenter Steel spoločnosti Carpenter Technology Corporation of Pennsylvania zaviedla nízkosirný (max. 0,005 %) tyčový materiál s tvrdosťou 316L (typ 316L-SCQ) (VIM+VAR) na výrobu tvaroviek a... iné komponenty určené na zváranie k rúrkam s nízkym obsahom síry. Zváranie dvoch materiálov s veľmi nízkym obsahom síry je oveľa jednoduchšie ako zváranie materiálu s veľmi nízkym obsahom síry s materiálom s vyšším obsahom síry.
Prechod na používanie rúrok s nízkym obsahom síry je do značnej miery spôsobený potrebou dosiahnuť hladké elektrolyticky leštené vnútorné povrchy rúrok. Zatiaľ čo povrchová úprava a elektrolytické leštenie sú dôležité pre polovodičový priemysel aj pre biotechnologický/farmaceutický priemysel, spoločnosť SEMI pri písaní špecifikácie pre polovodičový priemysel stanovila, že rúrky 316L pre potrubia procesných plynov musia mať pre optimálny výkon povrchové konce s obsahom síry 0,004 %. Spoločnosť ASTM na druhej strane upravila svoju špecifikáciu ASTM 270 tak, aby zahŕňala rúrky farmaceutickej kvality, ktoré obmedzujú obsah síry na rozsah 0,005 až 0,017 %. To by malo viesť k menším ťažkostiam so zváraním v porovnaní s nižšími obsahmi síry. Treba však poznamenať, že aj v tomto obmedzenom rozsahu môže dôjsť k vychýleniu oblúka pri zváraní rúrok s nízkym obsahom síry na rúrky alebo tvarovky s vysokým obsahom síry a inštalatéri by mali starostlivo sledovať ohrev materiálu a pred výrobou skontrolovať kompatibilitu spájky medzi ohrevmi. Výroba zvarov.
iné stopové prvky. Zistilo sa, že stopové prvky vrátane síry, kyslíka, hliníka, kremíka a mangánu ovplyvňujú penetráciu. Stopové množstvá hliníka, kremíka, vápnika, titánu a chrómu prítomné v základnom kove ako oxidové inklúzie sú spojené s tvorbou trosky počas zvárania.
Účinky rôznych prvkov sú kumulatívne, takže prítomnosť kyslíka môže kompenzovať niektoré účinky nízkeho obsahu síry. Vysoké hladiny hliníka môžu pôsobiť proti pozitívnemu účinku na prenikanie síry. Mangán sa pri teplote zvárania odparuje a usadzuje sa v tepelne ovplyvnenej zóne zvárania. Tieto usadeniny mangánu sú spojené so stratou odolnosti voči korózii. (Pozri Cohen, 1997). Polovodičový priemysel v súčasnosti experimentuje s materiálmi 316L s nízkym a dokonca aj ultranízkym obsahom mangánu, aby sa zabránilo tejto strate odolnosti voči korózii.
Tvorba trosky. Na zvare z nehrdzavejúcej ocele sa pri niektorých tavbách občas objavia ostrovčeky trosky. Ide o inherentný problém s materiálom, ale niekedy ho môžu minimalizovať zmeny parametrov zvárania alebo zmeny v zmesi argónu a vodíka môžu zlepšiť zvar. Pollard zistil, že pomer hliníka a kremíka v základnom kove ovplyvňuje tvorbu trosky. Aby sa zabránilo tvorbe nežiaducej trosky plakového typu, odporúča udržiavať obsah hliníka na 0,010 % a obsah kremíka na 0,5 %. Ak je však pomer Al/Si nad touto úrovňou, môže sa tvoriť skôr guľovitá troska ako plakový typ. Tento typ trosky môže po elektrolytickom leštení zanechávať jamky, čo je neprijateľné pre aplikácie s vysokou čistotou. Ostrovky trosky, ktoré sa tvoria na vonkajšom priemere zvaru, môžu spôsobiť nerovnomerné prenikanie vnútorného švu a môžu viesť k nedostatočnému prenikaniu. Ostrovky trosky, ktoré sa tvoria na vnútrozemskom zvare, môžu byť náchylné na koróziu.
Jednovrstvové zvarenie s pulzáciou. Štandardné automatické orbitálne zváranie rúrok je jednovrstvové zvarenie s pulzným prúdom a kontinuálnou konštantnou rýchlosťou otáčania. Táto technika je vhodná pre rúry s vonkajším priemerom od 1/8″ do približne 7″ a hrúbkou steny 0,083″ a menej. Po časovo obmedzenom predbežnom preplachovaní dochádza k oblúku. Prevarenie steny rúrky sa dosiahne počas časového oneskorenia, počas ktorého je prítomný oblúk, ale nedochádza k otáčaniu. Po tomto rotačnom oneskorení sa elektróda otáča okolo zvarového spoja, kým sa zvar nespojí alebo neprekryje počiatočnú časť zvaru počas poslednej vrstvy zvárania. Po dokončení spojenia prúd časovo obmedzene klesá.
Krokový režim („synchronizované“ zváranie). Na tavné zváranie hrubších stenov, typicky väčších ako 0,083 palca, je možné zdroj energie na tavné zváranie použiť v synchrónnom alebo krokovom režime. V synchrónnom alebo krokovom režime je impulz zváracieho prúdu synchronizovaný so zdvihom, takže rotor je nehybný pre maximálnu penetráciu počas impulzov vysokého prúdu a pohybuje sa počas impulzov nízkeho prúdu. Synchrónne techniky používajú dlhšie časy impulzov, rádovo 0,5 až 1,5 sekundy, v porovnaní s desatinou alebo stotinou sekundy času impulzu pri konvenčnom zváraní. Táto technika dokáže efektívne zvárať rúry s tenkou stenou kalibru 40 s hrúbkou 0,154″ alebo 6″ a hrúbkou steny 0,154″ alebo 6″. Stupňovitá technika vytvára širší zvar, vďaka čomu je odolný voči chybám a užitočný na zváranie nepravidelných častí, ako sú napríklad tvarovky potrubí, k rúram, kde môžu existovať rozdiely v rozmerových toleranciách, určité nesúososť alebo tepelná nekompatibilita materiálu. Tento typ zvárania vyžaduje približne dvojnásobný čas oblúka ako konvenčné zváranie a je menej vhodný pre aplikácie s ultra vysokou čistotou (UHP) kvôli širšej a drsnejšej časti. šev.
Programovateľné premenné. Súčasná generácia zváracích zdrojov je založená na mikroprocesoroch a ukladá programy, ktoré určujú číselné hodnoty parametrov zvárania pre konkrétny priemer (OD) a hrúbku steny zváranej rúry vrátane času preplachovania, zváracieho prúdu, rýchlosti posuvu (RPM), počtu vrstiev a času na vrstvu, času impulzu, času klesajúceho prúdu atď. Pri orbitálnych zvaroch rúrok s pridaným prídavným drôtom budú programové parametre zahŕňať rýchlosť podávania drôtu, amplitúdu kmitania horáka a čas zotrvania, AVC (riadenie oblúkového napätia na zabezpečenie konštantnej medzery oblúka) a stúpanie. Na vykonanie tavného zvárania nainštalujte zváraciu hlavu s vhodnou elektródou a vložkami potrubných svoriek na rúru a vyvolajte zvárací plán alebo program z pamäte zdroja energie. Zváracia sekvencia sa spustí stlačením tlačidla alebo klávesu na membránovom paneli a zváranie pokračuje bez zásahu obsluhy.
Neprogramovateľné premenné. Na dosiahnutie konzistentne dobrej kvality zvaru je potrebné starostlivo kontrolovať parametre zvárania. To sa dosahuje presnosťou zdroja zváracieho prúdu a zváracieho programu, čo je súbor pokynov zadaných do zdroja prúdu, pozostávajúcich z parametrov zvárania, na zváranie rúry alebo potrubia špecifickej veľkosti. Musí existovať aj účinný súbor noriem zvárania, ktoré špecifikujú kritériá prijatia zvárania a určitý systém kontroly a riadenia kvality zvárania, aby sa zabezpečilo, že zváranie spĺňa dohodnuté normy. Musia sa však starostlivo kontrolovať aj určité faktory a postupy okrem parametrov zvárania. Medzi tieto faktory patrí používanie dobrého zariadenia na prípravu koncov, dobré postupy čistenia a manipulácie, dobré rozmerové tolerancie rúrok alebo iných zváraných častí, konzistentný typ a veľkosť volfrámu, vysoko čistené inertné plyny a starostlivá pozornosť venovaná variáciám materiálu. - vysoká teplota.
Požiadavky na prípravu zvárania koncov rúr sú pri orbitálnom zváraní kritickejšie ako pri ručnom zváraní. Zvarové spoje pri orbitálnom zváraní rúr sú zvyčajne štvorcové tupé spoje. Na dosiahnutie požadovanej opakovateľnosti pri orbitálnom zváraní je potrebná presná, konzistentná a opracovaná príprava koncov. Keďže zvárací prúd závisí od hrúbky steny, konce musia byť štvorcové, bez otrepov alebo skosení na vonkajšom alebo vnútornom priemere (vonkajšom alebo vnútornom priemere), čo by viedlo k rôznym hrúbkam steny.
Konce rúrok musia do seba zapadať v zváracej hlave tak, aby medzi koncami štvorcového tupého spoja nebola žiadna viditeľná medzera. Hoci je možné dosiahnuť zvarové spoje s malými medzerami, kvalita zvaru môže byť nepriaznivo ovplyvnená. Čím väčšia je medzera, tým je pravdepodobnejšie, že sa vyskytne problém. Zlá montáž môže viesť k úplnému zlyhaniu spájkovania. Píly na rúrky vyrobené spoločnosťou George Fischer a ďalšími, ktoré režú rúrku a opracúvajú konce rúrok v tej istej operácii, alebo prenosné sústruhy na prípravu koncov, ako sú tie od spoločností Protem, Wachs a ďalších, sa často používajú na vytváranie hladkých orbitálnych zvarov vhodných na obrábanie. Sekacie píly, píly na kov, pásové píly a rezačky rúrok nie sú na tento účel vhodné.
Okrem parametrov zvárania, ktoré privádzajú energiu do zvárania, existujú aj ďalšie premenné, ktoré môžu mať výrazný vplyv na zváranie, ale nie sú súčasťou samotného postupu zvárania. Patria sem typ a veľkosť volfrámu, typ a čistota plynu použitého na ochranu oblúka a preplachovanie vnútra zvarového spoja, prietok plynu použitý na preplachovanie, typ použitej hlavy a zdroja energie, konfigurácia spoja a akékoľvek ďalšie relevantné informácie. Tieto premenné nazývame „neprogramovateľné“ a zaznamenávame ich do plánu zvárania. Napríklad typ plynu sa považuje za základnú premennú v špecifikácii postupu zvárania (WPS), aby postupy zvárania spĺňali normu ASME Section IX pre kotly a tlakové nádoby. Zmeny v percentách typu plynu alebo zmesi plynov alebo zrušenie preplachovania vnútra zvaru vyžadujú opätovnú validáciu postupu zvárania.
zvárací plyn. Nerezová oceľ je odolná voči oxidácii atmosférickým kyslíkom pri izbovej teplote. Keď sa zahreje na bod topenia (1530 °C alebo 2800 °F pre čisté železo), ľahko oxiduje. Inertný argón sa najčastejšie používa ako ochranný plyn a na čistenie vnútorných zvarových spojov orbitálnym procesom GTAW. Čistota plynu v pomere k kyslíku a vlhkosti určuje množstvo oxidačne vyvolaného zafarbenia, ktoré sa vyskytuje na zvare alebo v jeho blízkosti po zváraní. Ak preplachovací plyn nie je najvyššej kvality alebo ak preplachovací systém nie je úplne bez únikov, takže do preplachovacieho systému uniká malé množstvo vzduchu, oxidácia môže byť svetlozelená alebo modrastá. Samozrejme, žiadne čistenie nebude mať za následok chrumkavý čierny povrch, ktorý sa bežne označuje ako „sladený“. Zvárací argón dodávaný vo fľašiach má čistotu 99,996 – 99,997 % v závislosti od dodávateľa a obsahuje 5 – 7 ppm kyslíka a iných nečistôt vrátane H2O, O2, CO2, uhľovodíkov atď., maximálne 40 ppm. Vysoko čistý argón. vo valci alebo kvapalný argón v Dewarovej nádobe môže mať čistotu 99,999 % alebo 10 ppm celkových nečistôt s maximálnym obsahom 2 ppm kyslíka. POZNÁMKA: Počas preplachovania sa môžu použiť čističky plynov, ako napríklad Nanochem alebo Gatekeeper, na zníženie úrovne kontaminácie na úroveň častíc na miliardu (ppb).
zmiešané zloženie. Zmesi plynov, ako napríklad 75 % hélia/25 % argónu a 95 % argónu/5 % vodíka, sa môžu použiť ako ochranné plyny pre špeciálne aplikácie. Tieto dve zmesi vytvorili teplejšie zvary ako tie, ktoré sa robili s rovnakými nastaveniami programu ako argón. Zmesi hélia sú obzvlášť vhodné na maximálnu penetráciu tavným zváraním uhlíkovej ocele. Konzultant v oblasti polovodičového priemyslu odporúča použitie zmesí argónu a vodíka ako ochranných plynov pre aplikácie UHP. Zmesi vodíka majú niekoľko výhod, ale aj niektoré vážne nevýhody. Výhodou je, že vytvárajú vlhkejšiu kalužu a hladší povrch zvaru, čo je ideálne na implementáciu systémov dodávania plynu s ultravysokým tlakom s čo najhladším vnútorným povrchom. Prítomnosť vodíka poskytuje redukčnú atmosféru, takže ak sú v zmesi plynov prítomné stopy kyslíka, výsledný zvar bude vyzerať čistejšie s menším zafarbením ako podobná koncentrácia kyslíka v čistom argóne. Tento efekt je optimálny pri obsahu vodíka približne 5 %. Niektorí používajú zmes argónu a vodíka 95/5 % ako vnútorný preplach na zlepšenie vzhľadu vnútorného zvaru.
Zvarová húsenica s použitím vodíkovej zmesi ako ochranného plynu je užšia, s výnimkou toho, že nehrdzavejúca oceľ má veľmi nízky obsah síry a generuje viac tepla vo zvare ako rovnaké nastavenie prúdu s nezmiešaným argónom. Významnou nevýhodou zmesí argónu a vodíka je, že oblúk je oveľa menej stabilný ako čistý argón a existuje tendencia k driftu oblúka, ktorý je dostatočne silný na to, aby spôsobil nesprávne spojenie. Drift oblúka môže zmiznúť pri použití iného zdroja zmesi plynu, čo naznačuje, že môže byť spôsobený kontamináciou alebo zlým miešaním. Pretože teplo generované oblúkom sa mení s koncentráciou vodíka, na dosiahnutie opakovateľných zvarov je nevyhnutná konštantná koncentrácia a existujú rozdiely v predmiešanom plyne vo fľašiach. Ďalšou nevýhodou je, že životnosť volfrámu sa výrazne skracuje pri použití vodíkovej zmesi. Hoci dôvod zhoršenia stavu volfrámu zo zmesi plynu nebol stanovený, uvádza sa, že oblúk je náročnejší a volfrám môže byť potrebné vymeniť po jednom alebo dvoch zvaroch. Zmesi argónu a vodíka nemožno použiť na zváranie uhlíkovej ocele alebo titánu.
Charakteristickým znakom procesu TIG je, že nespotrebováva elektródy. Volfrám má najvyššiu teplotu topenia zo všetkých kovov (6098 °F; 3370 °C) a je dobrým emitorom elektrónov, vďaka čomu je obzvlášť vhodný na použitie ako netaviteľná elektróda. Jeho vlastnosti sa zlepšujú pridaním 2 % určitých oxidov vzácnych zemín, ako je cérium, oxid lantánu alebo oxid tória, aby sa zlepšilo zapaľovanie a stabilita oblúka. Čistý volfrám sa pri GTAW používa zriedkavo kvôli vynikajúcim vlastnostiam cérium-volfrámu, najmä pri orbitálnych GTAW aplikáciách. Tórium-volfrám sa používa menej ako v minulosti, pretože je do istej miery rádioaktívny.
Elektródy s lešteným povrchom majú rovnomernejšiu veľkosť. Hladký povrch je vždy vhodnejší ako drsný alebo nekonzistentný povrch, pretože konzistentnosť geometrie elektródy je rozhodujúca pre konzistentné a rovnomerné výsledky zvárania. Elektróny emitované z hrotu (DCEN) prenášajú teplo z volfrámového hrotu na zvar. Jemnejší hrot umožňuje udržiavať veľmi vysokú hustotu prúdu, ale môže viesť ku kratšej životnosti volfrámu. Pri orbitálnom zváraní je dôležité mechanicky brúsiť hrot elektródy, aby sa zabezpečila opakovateľnosť geometrie volfrámu a opakovateľnosť zvaru. Tupý hrot tlačí oblúk zo zvaru na rovnaké miesto na volfráme. Priemer hrotu riadi tvar oblúka a množstvo prevarenia pri konkrétnom prúde. Uhol zúženia ovplyvňuje charakteristiky prúdu/napätia oblúka a musí byť špecifikovaný a kontrolovaný. Dĺžka volfrámu je dôležitá, pretože známa dĺžka volfrámu sa môže použiť na nastavenie medzery oblúka. Medzera oblúka pre konkrétnu hodnotu prúdu určuje napätie a tým aj výkon aplikovaný na zvar.
Veľkosť elektródy a priemer jej hrotu sa volia podľa intenzity zváracieho prúdu. Ak je prúd pre elektródu alebo jej hrot príliš vysoký, môže dôjsť k strate kovu z hrotu a použitie elektród s priemerom hrotu, ktorý je príliš veľký na daný prúd, môže spôsobiť drift oblúka. Priemery elektródy a hrotu špecifikujeme podľa hrúbky steny zvarového spoja a pre takmer všetko až do hrúbky steny 0,093″ používame priemer 0,0625″, pokiaľ nie je použitie určené na použitie s elektródami s priemerom 0,040″ na zváranie malých presných súčiastok. Pre opakovateľnosť zváracieho procesu je potrebné špecifikovať a kontrolovať typ a povrchovú úpravu volfrámu, dĺžku, uhol zúženia, priemer, priemer hrotu a medzeru oblúka. Pre aplikácie zvárania rúrok sa vždy odporúča cér-volfrám, pretože tento typ má oveľa dlhšiu životnosť ako iné typy a má vynikajúce vlastnosti zapálenia oblúka. Cér-volfrám nie je rádioaktívny.
Viac informácií získate od Barbary Henonovej, manažérky technických publikácií, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Telefón: 818-896-9556. Fax: 818-890-3724.