Editörün Notu: Pharmaceutical Online, Arc Machines'den sektör uzmanı Barbara Henon'un biyoproses borularının orbital kaynaklanmasıyla ilgili dört bölümlük bu makaleyi sunmaktan mutluluk duymaktadır. Bu makale, Dr. Henon'un geçen yılın sonlarında ASME konferansında yaptığı sunumdan uyarlanmıştır.
Korozyon direncinin kaybını önleyin. DI veya WFI gibi yüksek saflıktaki su, paslanmaz çelik için çok agresif bir aşındırıcıdır. Ek olarak, farmasötik sınıf WFI, sterilliği korumak için yüksek sıcaklıkta (80 °C) döndürülür. Sıcaklığı, ürün için ölümcül olan canlı organizmaları destekleyecek kadar düşürmek ile "kırmızı" üretimini teşvik edecek kadar yükseltmek arasında ince bir fark vardır. Kırmızı, paslanmaz çelik boru sistemi bileşenlerinin korozyonu sonucu oluşan, farklı bileşime sahip kahverengi bir filmdir. Kir ve demir oksitler ana bileşenler olabilir, ancak çeşitli demir, krom ve nikel formları da mevcut olabilir. Kırmızının varlığı bazı ürünler için ölümcüldür ve varlığı daha fazla korozyona yol açabilir, ancak diğer sistemlerdeki varlığı oldukça zararsız görünmektedir.
Kaynak, korozyon direncini olumsuz etkileyebilir. Sıcak renk, kaynak sırasında kaynaklara ve HAZ'lara biriken oksitleyici malzemenin sonucudur, özellikle zararlıdır ve farmasötik su sistemlerinde kırmızılık oluşumuyla ilişkilidir. Krom oksit oluşumu, korozyona duyarlı krom-azaltılmış bir tabaka bırakarak sıcak bir renk tonuna neden olabilir. Sıcak renk, asitleme ve taşlama ile giderilebilir, metal yüzeyden, alttaki krom-azaltılmış tabaka dahil olmak üzere çıkarılır ve korozyon direnci temel metal seviyelerine yakın seviyelere geri döndürülür. Ancak, asitleme ve taşlama yüzey kalitesine zararlıdır. Boru sisteminin nitrik asit veya şelatlama maddesi formülasyonlarıyla pasifleştirilmesi, boru sistemi hizmete girmeden önce kaynak ve imalatın olumsuz etkilerinin üstesinden gelmek için yapılır. Burgu elektron analizi, şelatlama pasifleştirmesinin kaynak ve ısıdan etkilenen bölgede oluşan oksijen, krom, demir, nikel ve manganez dağılımındaki yüzey değişikliklerini kaynak öncesi duruma geri döndürebileceğini göstermiştir. Ancak, Pasivasyon sadece dış yüzey tabakasını etkiler ve 50 angstromun altına nüfuz etmez, buna karşın termal renklenme yüzeyin 1000 angstrom veya daha fazla altına kadar uzanabilir.
Bu nedenle, kaynaklanmamış alt tabakalara yakın korozyona dayanıklı boru sistemleri kurmak için, kaynak ve imalat kaynaklı hasarları pasifleştirme ile önemli ölçüde kurtarılabilecek seviyelere sınırlamaya çalışmak önemlidir. Bu, minimum oksijen içeriğine sahip bir temizleme gazının kullanılmasını ve atmosferik oksijen veya nemle kirlenmeden kaynaklı eklemin iç çapına iletilmesini gerektirir. Korozyon direncinin kaybını önlemek için, kaynak sırasında ısı girişinin doğru bir şekilde kontrol edilmesi ve aşırı ısınmanın önlenmesi de önemlidir. Tekrarlanabilir ve tutarlı yüksek kaliteli kaynaklar elde etmek için üretim sürecini kontrol etmek ve kirlenmeyi önlemek için üretim sırasında paslanmaz çelik boruların ve bileşenlerin dikkatli bir şekilde işlenmesi, korozyona dirençli ve uzun vadeli üretken hizmet sağlayan yüksek kaliteli bir boru sistemi için temel gerekliliklerdir.
Son on yılda yüksek saflıktaki biyofarmasötik paslanmaz çelik boru sistemlerinde kullanılan malzemeler, gelişmiş korozyon direncine doğru bir evrim geçirdi. 1980'den önce kullanılan paslanmaz çeliklerin çoğu, nispeten ucuz olması ve daha önce kullanılan bakırdan daha iyi olması nedeniyle 304 paslanmaz çelikti. Aslında, 300 serisi paslanmaz çelikler işlenmesi nispeten kolaydır, korozyon dirençlerinde aşırı kayıp olmadan füzyon kaynağı yapılabilir ve özel ön ısıtma ve son ısıtma işlemleri gerektirmez.
Son zamanlarda, yüksek saflıkta borulama uygulamalarında 316 paslanmaz çeliğin kullanımı artış göstermektedir. 316 tipi, 304 tipi ile bileşim olarak benzerdir, ancak her ikisinde de ortak olan krom ve nikel alaşım elementlerine ek olarak, 316 yaklaşık %2 molibden içerir ve bu da 316'nın korozyon direncini önemli ölçüde artırır. "L" sınıfları olarak adlandırılan 304L ve 316L tipleri, standart sınıflara göre daha düşük karbon içeriğine sahiptir (%0,035'e karşı %0,08). Karbon içeriğindeki bu azalma, kaynak nedeniyle oluşabilecek karbür çökelmesi miktarını azaltmayı amaçlamaktadır. Bu, krom baz metalinin tane sınırlarını tüketen ve onu korozyona karşı hassas hale getiren krom karbürün oluşumudur. "Hassaslaşma" olarak adlandırılan krom karbürün oluşumu, zamana ve sıcaklığa bağlıdır ve elle lehimleme sırasında daha büyük bir sorundur. Süper-austenitik Paslanmaz çelik AL-6XN, elle yapılan benzer kaynaklara kıyasla daha fazla korozyona dayanıklı kaynaklar sağlar. Bunun nedeni, yörüngesel kaynağın amper, titreşim ve zamanlamanın hassas bir şekilde kontrol edilmesini sağlaması ve bunun sonucunda manuel kaynaktan daha düşük ve daha düzgün bir ısı girişi elde edilmesidir. “L” kaliteleri 304 ve 316 ile birlikte yörüngesel kaynak, boru sistemlerinde korozyon gelişiminde bir faktör olan karbür çökelmesini neredeyse ortadan kaldırır.
Paslanmaz çeliğin ısıdan ısıya değişimi. Kaynak parametreleri ve diğer faktörler oldukça sıkı toleranslar içerisinde tutulabilmesine rağmen, paslanmaz çeliği ısıdan ısıya kaynaklamak için gereken ısı girdisinde hala farklılıklar vardır. Isı numarası, fabrikada belirli bir paslanmaz çelik eriyiğine atanan parti numarasıdır. Her partinin kesin kimyasal bileşimi, parti kimliği veya ısı numarası ile birlikte Fabrika Test Raporuna (MTR) kaydedilir. Saf demir 1538 °C'de (2800 °F) erirken, alaşımlı metaller, mevcut her alaşımın veya eser elementin türüne ve konsantrasyonuna bağlı olarak bir sıcaklık aralığında erir. Paslanmaz çeliğin iki ısısı her bir elementin tam olarak aynı konsantrasyonunu içermeyeceğinden, kaynak özellikleri fırından fırına değişecektir.
AOD boru (üstte) ve EBR malzeme (altta) üzerindeki 316L boru orbital kaynaklarının SEM'i, kaynak boncuğunun pürüzsüzlüğünde önemli bir fark olduğunu gösterdi.
Benzer dış çap ve duvar kalınlığına sahip çoğu ısıtma için tek bir kaynak prosedürü işe yarayabilirken, bazı ısıtmalar daha az amperaj gerektirirken, bazıları tipik olandan daha yüksek amperaj gerektirir. Bu nedenle, olası sorunları önlemek için şantiyede farklı malzemelerin ısıtılması dikkatlice takip edilmelidir. Genellikle, yeni ısıtma, tatmin edici bir kaynak prosedürü elde etmek için amperajda yalnızca küçük bir değişiklik gerektirir.
Kükürt sorunu.Elemental kükürt, çelik yapım süreci sırasında büyük ölçüde uzaklaştırılan demir cevheri ile ilgili bir kirliliktir.AISI Tip 304 ve 316 paslanmaz çelikler maksimum %0,030 kükürt içeriği ile belirtilir.Argon Oksijen Dekarbürizasyonu (AOD) ve Vakum İndüksiyon Eritme ve ardından Vakum Ark Yeniden Eritme (VIM + VAR) gibi çift vakum eritme uygulamaları gibi modern çelik rafinasyon süreçlerinin geliştirilmesiyle, aşağıdaki şekillerde çok özel çelikler üretmek mümkün hale gelmiştir.kimyasal bileşimleri.Çelik kükürt içeriği yaklaşık %0,008'in altına düştüğünde kaynak havuzunun özelliklerinin değiştiği kaydedilmiştir.Bu, kükürtün ve daha az ölçüde diğer elementlerin, sıvı havuzunun akış özelliklerini belirleyen kaynak havuzunun yüzey geriliminin sıcaklık katsayısı üzerindeki etkisinden kaynaklanmaktadır.
Çok düşük kükürt konsantrasyonlarında (%0,001 - %0,003), kaynak havuzunun penetrasyonu, orta kükürt içerikli malzemeler üzerinde yapılan benzer kaynaklara kıyasla çok geniş hale gelir. Düşük kükürtlü paslanmaz çelik borularda yapılan kaynaklar daha geniş kaynaklara sahip olurken, daha kalın duvarlı borularda (0,065 inç veya 1,66 mm veya daha fazla) Gömme kaynak yapma eğilimi daha fazla olacaktır. Kaynak akımı tam olarak nüfuz etmiş bir kaynak üretmek için yeterli olduğunda. Bu, çok düşük kükürt içeriğine sahip malzemelerin, özellikle daha kalın duvarlı olanların kaynaklanmasını daha zor hale getirir. 304 veya 316 paslanmaz çelikteki kükürt konsantrasyonunun daha yüksek ucunda, kaynak boncuğu orta kükürtlü malzemelere göre görünüm olarak daha az akışkan ve daha pürüzlü olma eğilimindedir. Bu nedenle, kaynaklanabilirlik için ideal kükürt içeriği, farmasötik kalite borular için ASTM A270 S2'de belirtildiği gibi yaklaşık %0,005 ila %0,017 aralığında olacaktır.
Elektro-parlatılmış paslanmaz çelik boru üreticileri, 316 veya 316L paslanmaz çelikteki orta düzeydeki kükürt seviyelerinin bile, yarı iletken ve biyofarmasötik müşterilerinin pürüzsüz, çukursuz iç yüzey ihtiyaçlarını karşılamayı zorlaştırdığını fark ettiler. Tüp yüzey kaplamasının pürüzsüzlüğünü doğrulamak için taramalı elektron mikroskobunun kullanımı giderek yaygınlaşıyor. Temel metallerdeki kükürdün, elektro-parlatma sırasında giderilen ve 0,25-1,0 mikron aralığında boşluklar bırakan metalik olmayan kapanımlar veya manganez sülfür (MnS) "kirişleri" oluşturduğu gösterilmiştir.
Elektro-parlatılmış boru üreticileri ve tedarikçileri, yüzey kaplama gereksinimlerini karşılamak için piyasayı ultra düşük kükürtlü malzemelerin kullanımına doğru yönlendiriyor. Ancak sorun elektro-parlatılmış borularla sınırlı değil, elektro-parlatılmamış borularda da kapanımlar boru sisteminin pasifleştirilmesi sırasında gideriliyor. Boşlukların, pürüzsüz yüzey alanlarına göre çukurlaşmaya daha yatkın olduğu gösterilmiştir. Bu nedenle düşük kükürtlü, "daha temiz" malzemelere doğru eğilimin bazı geçerli nedenleri vardır.
Ark sapması.Paslanmaz çeliğin kaynaklanabilirliğini iyileştirmenin yanı sıra, bir miktar kükürtün varlığı işlenebilirliği de iyileştirir.Sonuç olarak, üreticiler ve imalatçılar belirtilen kükürt içeriği aralığının daha yüksek ucundaki malzemeleri seçme eğilimindedir.Çok düşük kükürt konsantrasyonlarına sahip boruları, daha yüksek kükürt içeriğine sahip bağlantı parçalarına, vanalara veya diğer borulara kaynaklamak, arkın düşük kükürt içeriğine sahip borulara doğru eğilimli olması nedeniyle kaynak sorunlarına yol açabilir.Ark sapması meydana geldiğinde, penetrasyon düşük kükürtlü tarafta yüksek kükürtlü tarafa göre daha derin olur; bu, eşleşen kükürt konsantrasyonlarına sahip boruların kaynaklanması sırasında olanın tam tersidir.Aşırı durumlarda, kaynak boncuğu düşük kükürtlü malzemeye tamamen nüfuz edebilir ve kaynağın iç kısmını tamamen kaynaşmamış halde bırakabilir (Fihey ve Simeneau, 1982).Bağlantı parçalarının kükürt içeriğini borunun kükürt içeriğiyle eşleştirmek için, Pennsylvania'daki Carpenter Technology Corporation'ın Carpenter Steel Bölümü düşük kükürtlü (%0,005 maks.) 316 çubuk stoğu (Tip 316L-SCQ) piyasaya sürdü. (VIM+VAR) ) düşük kükürtlü borulara kaynak yapılması amaçlanan bağlantı parçaları ve diğer bileşenlerin üretiminde kullanılır. İki çok düşük kükürtlü malzemeyi birbirine kaynaklamak, çok düşük kükürtlü bir malzemeyi daha yüksek kükürtlü bir malzemeye kaynak yapmaktan çok daha kolaydır.
Düşük kükürtlü boruların kullanımına geçiş, büyük ölçüde pürüzsüz elektro-parlatılmış iç boru yüzeyleri elde etme ihtiyacından kaynaklanmaktadır. Yüzey kalitesi ve elektro-parlatma hem yarı iletken endüstrisi hem de biyoteknoloji/ilaç endüstrisi için önemli olmakla birlikte, SEMI, yarı iletken endüstrisi spesifikasyonunu yazarken, proses gazı hatları için 316L borularının optimum performans için %0,004 kükürt kapağına sahip olması gerektiğini belirtmiştir. Yüzey uçları. Öte yandan ASTM, kükürt içeriğini %0,005 ila %0,017 aralığında sınırlayan farmasötik sınıf boruları içerecek şekilde ASTM 270 spesifikasyonunu değiştirmiştir. Bu, daha düşük aralıktaki kükürtlere kıyasla daha az kaynak zorluğuyla sonuçlanmalıdır. Ancak, bu sınırlı aralıkta bile, düşük kükürtlü boruları yüksek kükürtlü borulara veya bağlantı parçalarına kaynak yaparken ark sapmasının yine de meydana gelebileceği ve montajcıların malzemenin ısınmasını dikkatlice takip etmeleri ve üretimden önce kontrol etmeleri gerektiği unutulmamalıdır. Isıtma arasındaki lehim uyumluluğu. Kaynakların üretimi.
Diğer eser elementler. Kükürt, oksijen, alüminyum, silisyum ve manganez gibi eser elementlerin penetrasyonu etkilediği bulunmuştur. Kaynak sırasında cüruf oluşumu ile ilişkili olan, temel metalde oksit kapanımları şeklinde bulunan eser miktarda alüminyum, silisyum, kalsiyum, titanyum ve kromdur.
Çeşitli elementlerin etkileri kümülatiftir, bu nedenle oksijenin varlığı düşük kükürt etkilerinin bir kısmını telafi edebilir. Yüksek seviyelerde alüminyum, kükürt penetrasyonu üzerindeki olumlu etkiyi ortadan kaldırabilir. Manganez kaynak sıcaklığında buharlaşır ve kaynak ısısından etkilenen bölgede birikir. Bu manganez birikintileri korozyon direncinin kaybıyla ilişkilidir. (Bkz. Cohen, 1997). Yarı iletken endüstrisi şu anda bu korozyon direnci kaybını önlemek için düşük manganez ve hatta ultra düşük manganez 316L malzemelerle deneyler yapmaktadır.
Cüruf oluşumu. Cüruf adacıkları bazen bazı ısıtmalarda paslanmaz çelik boncuklarda görülür. Bu, doğası gereği bir malzeme sorunudur, ancak bazen kaynak parametrelerindeki değişiklikler bunu en aza indirebilir veya argon/hidrojen karışımındaki değişiklikler kaynak kalitesini iyileştirebilir. Pollard, temel metaldeki alüminyum/silisyum oranının cüruf oluşumunu etkilediğini bulmuştur. İstenmeyen plak tipi cüruf oluşumunu önlemek için alüminyum içeriğinin %0,010 ve silisyum içeriğinin %0,5 olarak tutulmasını önermektedir. Ancak Al/Si oranı bu seviyenin üzerinde olduğunda plak tipi cüruf yerine küresel cüruf oluşabilir. Bu tip cüruf, elektro-parlatmadan sonra çukurlar bırakabilir ve bu durum yüksek saflıktaki uygulamalar için kabul edilemezdir. Kaynağın dış çapında oluşan cüruf adacıkları, iç çap geçişinin eşit olmayan penetrasyonuna neden olabilir ve yetersiz penetrasyona yol açabilir. İç çap kaynak boncuğunda oluşan cüruf adacıkları korozyona karşı hassas olabilir.
Titreşimli tek geçişli kaynak. Standart otomatik orbital boru kaynağı, darbeli akım ve sürekli sabit hızlı dönüş ile tek geçişli bir kaynaktır. Bu teknik, dış çapı 1/8″ ila yaklaşık 7″ ve duvar kalınlığı 0,083″ ve altı olan borular için uygundur. Zamanlanmış bir ön temizlemeden sonra ark oluşur. Boru duvarının penetrasyonu, arkın mevcut olduğu ancak dönüşün olmadığı zamanlı bir gecikme sırasında gerçekleştirilir. Bu dönme gecikmesinden sonra, kaynak son kaynak katmanı sırasında kaynağın ilk kısmına katılana veya onu örtene kadar elektrot kaynak ekleminin etrafında döner. Bağlantı tamamlandığında, akım zamanlı bir düşüşle azalır.
Adım modu ("senkronize" kaynak). Genellikle 0,083 inçten daha kalın duvarlı malzemelerin füzyon kaynağı için, füzyon kaynak güç kaynağı senkron veya adım modunda kullanılabilir. Senkron veya adım modunda, kaynak akımı darbesi strokla senkronize edilir, böylece rotor yüksek akım darbeleri sırasında maksimum penetrasyon için sabittir ve düşük akım darbeleri sırasında hareket eder. Senkron teknikler, geleneksel kaynak için saniyenin onda biri veya yüzde biri olan darbe süresine kıyasla, 0,5 ila 1,5 saniye mertebesinde daha uzun darbe süreleri kullanır. Bu teknik, 0,154" veya 6" kalınlığındaki 40 göstergeli 40 ince duvarlı boruyu 0,154" veya 6" duvar kalınlığına sahip etkili bir şekilde kaynaklayabilir. Adımlı teknik, daha geniş bir kaynak üretir, bu da onu hata toleranslı hale getirir ve boyut toleranslarında farklılıklar, bazı yanlış hizalamalar veya Malzeme termal uyumsuzluğu olabilecek borulara boru bağlantı parçaları gibi düzensiz parçaları kaynaklamak için yararlı hale getirir. Bu tür kaynak, geleneksel kaynağın yaklaşık iki katı ark süresi gerektirir ve daha geniş, daha pürüzlü dikiş nedeniyle ultra yüksek saflıktaki (UHP) uygulamalar için daha az uygundur.
Programlanabilir değişkenler. Mevcut nesil kaynak güç kaynakları mikroişlemci tabanlıdır ve kaynaklanacak borunun belirli bir çapı (OD) ve et kalınlığı için temizleme süresi, kaynak akımı, hareket hızı (RPM), katman sayısı ve katman başına süre, darbe süresi, iniş süresi vb. dahil olmak üzere kaynak parametreleri için sayısal değerleri belirten programları depolar. Dolgu teli eklenmiş orbital boru kaynakları için program parametreleri arasında tel besleme hızı, torç salınım genliği ve bekleme süresi, AVC (sabit ark boşluğu sağlamak için ark voltaj kontrolü) ve yukarı eğim yer alır. Eritme kaynağı yapmak için kaynak kafasını uygun elektrot ve boru kelepçesi ek parçalarıyla boruya takın ve kaynak programını veya programını güç kaynağı belleğinden geri çağırın. Kaynak sırası bir düğmeye veya membran panel tuşuna basılarak başlatılır ve kaynak operatörün müdahalesi olmadan devam eder.
Programlanamayan değişkenler. Sürekli olarak iyi kaynak kalitesi elde etmek için, kaynak parametreleri dikkatlice kontrol edilmelidir. Bu, kaynak güç kaynağının doğruluğu ve kaynak programı ile sağlanır. Bu, belirli bir boru veya boru boyutunu kaynaklamak için güç kaynağına girilen bir dizi talimattır. Ayrıca, kaynak kabul kriterlerini ve kaynağın kabul edilen standartları karşıladığından emin olmak için bazı kaynak muayene ve kalite kontrol sistemlerini belirten etkili bir kaynak standartları seti olmalıdır. Bununla birlikte, kaynak parametreleri dışındaki belirli faktörler ve prosedürler de dikkatlice kontrol edilmelidir. Bu faktörler arasında iyi uç hazırlama ekipmanının kullanımı, iyi temizlik ve kullanım uygulamaları, kaynak yapılan boru veya diğer parçaların iyi boyut toleransları, tutarlı tungsten tipi ve boyutu, son derece saflaştırılmış inert gazlar ve malzeme değişikliklerine dikkat edilmesi yer alır. - yüksek sıcaklık.
Boru ucu kaynaklama için hazırlık gereksinimleri, elle kaynaklamadan ziyade orbital kaynaklama için daha kritiktir. Orbital boru kaynaklama için kaynaklı bağlantılar genellikle kare alın bağlantılarıdır. Orbital kaynakta istenen tekrarlanabilirliği elde etmek için hassas, tutarlı, işlenmiş uç hazırlığı gereklidir. Kaynak akımı duvar kalınlığına bağlı olduğundan, uçlar OD veya ID'de (OD veya ID) çapak veya eğim olmadan kare olmalıdır, aksi takdirde farklı duvar kalınlıkları oluşur.
Boru uçları, kare uç birleştirmesinin uçları arasında fark edilir bir boşluk kalmayacak şekilde kaynak kafasında birbirine uymalıdır. Küçük boşluklu kaynaklı birleştirmeler yapılabilmesine rağmen, kaynak kalitesi olumsuz etkilenebilir. Boşluk ne kadar büyükse, sorun olma olasılığı o kadar yüksektir. Kötü montaj, lehimlemenin tamamen başarısız olmasına neden olabilir. George Fischer ve diğerleri tarafından üretilen, boruyu kesen ve aynı işlemde boru uçlarını yüzleştiren boru testereleri veya Protem, Wachs ve diğerleri tarafından üretilen taşınabilir uç hazırlama torna tezgahları, genellikle işleme için uygun pürüzsüz uç yörünge kaynakları yapmak için kullanılır. Kesme testereleri, demir testereleri, şerit testereler ve boru kesiciler bu amaç için uygun değildir.
Kaynak için güç girdisi sağlayan kaynak parametrelerine ek olarak, kaynak üzerinde derin bir etkiye sahip olabilecek ancak gerçek kaynak prosedürünün bir parçası olmayan başka değişkenler de vardır. Bunlara tungsten türü ve boyutu, arkı korumak ve kaynak bağlantısının içini temizlemek için kullanılan gazın türü ve saflığı, temizleme için kullanılan gaz akış hızı, kullanılan kafa ve güç kaynağı türü, bağlantının konfigürasyonu ve diğer ilgili bilgiler dahildir. Bunlara "programlanamayan" değişkenler diyoruz ve bunları kaynak programına kaydediyoruz. Örneğin, gaz türü, kaynak prosedürlerinin ASME Bölüm IX Kazan ve Basınçlı Kaplar Kodu ile uyumlu olması için Kaynak Prosedürü Spesifikasyonunda (WPS) temel bir değişken olarak kabul edilir. Gaz türünde veya gaz karışım yüzdelerinde değişiklikler veya ID temizlemenin ortadan kaldırılması, kaynak prosedürünün yeniden onaylanmasını gerektirir.
kaynak gazı.Paslanmaz çelik, oda sıcaklığında atmosferik oksijen oksidasyonuna karşı dirençlidir. Erime noktasına (saf demir için 1530°C veya 2800°F) kadar ısıtıldığında kolayca oksitlenir.Etkisiz argon, genellikle bir koruyucu gaz olarak ve orbital GTAW işlemiyle iç kaynaklı eklemleri temizlemek için kullanılır.Gazın oksijene ve neme göre saflığı, kaynaktan sonra kaynak üzerinde veya yakınında oluşan oksidasyon kaynaklı renk bozulmasının miktarını belirler.Temizleme gazı en yüksek kalitede değilse veya temizleme sistemi tamamen sızdırmaz değilse ve temizleme sistemine az miktarda hava sızarsa, oksidasyon açık turkuaz veya mavimsi olabilir.Elbette, hiçbir temizlik, genellikle "tatlandırılmış" olarak adlandırılan kabuklu siyah bir yüzeyle sonuçlanmayacaktır.Silindirlerde tedarik edilen kaynak sınıfı argon, tedarikçiye bağlı olarak %99,996-99,997 saflıktadır ve 5-7 ppm oksijen ve H2O, O2 dahil diğer safsızlıklar içerir. CO2, hidrokarbonlar, vb., toplamda en fazla 40 ppm. Bir silindirdeki yüksek saflıktaki argon veya bir Dewar'daki sıvı argon, %99,999 saflıkta veya 10 ppm toplam kirlilikte, en fazla 2 ppm oksijen içerebilir. NOT: Nanochem veya Gatekeeper gibi gaz arıtıcılar, kirlilik seviyelerini milyarda bir (ppb) aralığına düşürmek için temizleme sırasında kullanılabilir.
karışık bileşim. %75 helyum/ %25 argon ve %95 argon/ %5 hidrojen gibi gaz karışımları özel uygulamalar için koruyucu gaz olarak kullanılabilir. Bu iki karışım, argonla aynı program ayarları altında yapılanlardan daha sıcak kaynaklar üretti. Helyum karışımları, karbon çeliği üzerinde füzyon kaynağı ile maksimum penetrasyon için özellikle uygundur. Bir yarı iletken endüstrisi danışmanı, UHP uygulamaları için koruyucu gaz olarak argon/hidrojen karışımlarının kullanılmasını savunuyor. Hidrojen karışımlarının birkaç avantajı vardır, ancak bazı ciddi dezavantajları da vardır. Avantajı, daha ıslak bir su birikintisi ve daha pürüzsüz bir kaynak yüzeyi üretmesidir; bu, mümkün olduğunca pürüzsüz bir iç yüzeye sahip ultra yüksek basınçlı gaz dağıtım sistemlerini uygulamak için idealdir. Hidrojenin varlığı indirgeyici bir atmosfer sağlar, bu nedenle gaz karışımında oksijen izleri varsa, ortaya çıkan kaynak, saf argondaki benzer bir oksijen konsantrasyonundan daha az renk bozulmasıyla daha temiz görünecektir. Bu etki, yaklaşık %5 hidrojen içeriğinde optimumdur. Bazıları, ID temizleme olarak %95/5 argon/hidrojen karışımı kullanır İç kaynak boncuğunun görünümünü iyileştirmek.
Koruyucu gaz olarak hidrojen karışımı kullanan kaynak boncuğu daha dardır, ancak paslanmaz çelik çok düşük bir kükürt içeriğine sahiptir ve karıştırılmamış argonla aynı akım ayarından daha fazla ısı üretir. Argon/hidrojen karışımlarının önemli bir dezavantajı, arkın saf argondan çok daha az kararlı olması ve arkın yanlış kaynaşmaya neden olacak kadar şiddetli bir şekilde sürüklenme eğilimi olmasıdır. Ark sürüklenmesi, farklı bir karışık gaz kaynağı kullanıldığında ortadan kalkabilir, bu da bunun kirlenme veya kötü karıştırmadan kaynaklanabileceğini düşündürmektedir. Ark tarafından üretilen ısı hidrojen konsantrasyonuna göre değiştiğinden, tekrarlanabilir kaynaklar elde etmek için sabit bir konsantrasyon esastır ve önceden karıştırılmış şişelenmiş gazda farklılıklar vardır. Başka bir dezavantaj, hidrojen karışımı kullanıldığında tungstenin ömrünün büyük ölçüde kısalmasıdır. Karışık gazdan gelen tungstenin bozulmasının nedeni belirlenememiş olsa da, arkın daha zor olduğu ve tungstenin bir veya iki kaynaktan sonra değiştirilmesi gerekebileceği bildirilmiştir. Argon/hidrojen karışımları kaynak yapmak için kullanılamaz karbon çeliği veya titanyum.
TIG işleminin ayırt edici bir özelliği elektrot tüketmemesidir. Tungsten, tüm metaller arasında en yüksek erime noktasına sahiptir (6098 °F; 3370 °C) ve iyi bir elektron yayıcıdır, bu da onu tüketilmeyen bir elektrot olarak kullanılmaya özellikle uygun hale getirir. Ark başlatmayı ve ark kararlılığını iyileştirmek için seryum, lantan oksit veya toryum oksit gibi belirli nadir toprak oksitlerinin %2'si eklenerek özellikleri iyileştirilir. Saf tungsten, özellikle orbital GTAW uygulamaları için seryum tungstenin üstün özellikleri nedeniyle GTAW'de nadiren kullanılır. Toryum tungsten, bir miktar radyoaktif olduğu için geçmişe göre daha az kullanılır.
Cilalı yüzeyli elektrotlar boyut olarak daha düzgündür. Pürüzsüz bir yüzey, pürüzlü veya tutarsız bir yüzeye her zaman tercih edilir, çünkü elektrot geometrisindeki tutarlılık, tutarlı ve düzgün kaynak sonuçları için kritik öneme sahiptir. Uçtan yayılan elektronlar (DCEN), ısıyı tungsten uçtan kaynağa aktarır. Daha ince bir uç, akım yoğunluğunun çok yüksek tutulmasını sağlar, ancak daha kısa bir tungsten ömrüne neden olabilir. Yörüngesel kaynak için, tungsten geometrisinin ve kaynak tekrarlanabilirliğinin tekrarlanabilirliğini sağlamak için elektrot ucunu mekanik olarak taşlamak önemlidir. Kör uç, arkı kaynaktan tungsten üzerindeki aynı noktaya zorlar. Uç çapı, arkın şeklini ve belirli bir akımdaki penetrasyon miktarını kontrol eder. Konik açı, arkın akım/voltaj özelliklerini etkiler ve belirtilmeli ve kontrol edilmelidir. Tungstenin uzunluğu önemlidir, çünkü ark boşluğunu ayarlamak için bilinen bir tungsten uzunluğu kullanılabilir. Belirli bir akım değeri için ark boşluğu, voltajı ve dolayısıyla kaynak için uygulanan gücü belirler.
Elektrot boyutu ve uç çapı kaynak akımı yoğunluğuna göre seçilir. Akım elektrot veya ucu için çok yüksekse, uçtan metal kaybedebilir ve akım için çok büyük uç çapına sahip elektrotlar kullanmak ark kaymasına neden olabilir. Elektrot ve uç çaplarını kaynak bağlantısının duvar kalınlığına göre belirliyoruz ve 0,093 inç duvar kalınlığına kadar hemen hemen her şey için 0,0625 çap kullanıyoruz; ancak küçük hassas bileşenlerin kaynaklanması için 0,040 inç çaplı elektrotlarla kullanılmak üzere tasarlanmamıştır. Kaynak işleminin tekrarlanabilirliği için tungsten tipi ve bitişi, uzunluğu, konik açısı, çapı, uç çapı ve ark boşluğunun tümü belirtilmeli ve kontrol edilmelidir. Boru kaynak uygulamaları için seryum tungsten her zaman önerilir çünkü bu tip diğer tiplere göre çok daha uzun bir hizmet ömrüne sahiptir ve mükemmel ark tutuşma özelliklerine sahiptir. Seryum tungsten radyoaktif değildir.
Daha fazla bilgi için lütfen Arc Machines, Inc. Teknik Yayınlar Müdürü Barbara Henon, 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331 ile iletişime geçin. Telefon: 818-896-9556. Faks: 818-890-3724.