Editörün Notu: Pharmaceutical Online, Arc Machines'ten sektör uzmanı Barbara Henon'un biyoproses borularının yörünge kaynağı üzerine yazdığı dört bölümlük bu makaleyi sunmaktan memnuniyet duyar. Bu makale, Dr. Henon'un geçen yılın sonlarında ASME konferansında yaptığı sunumdan uyarlanmıştır.
Korozyon direnci kaybını önleyin. Saf su (DI veya WFI gibi) paslanmaz çelik için çok agresif bir aşındırıcıdır. Ayrıca, farmasötik sınıf WFI, steriliteyi korumak için yüksek sıcaklıkta (80°C) döngüye sokulur. Ürüne ölümcül canlı organizmaları destekleyecek kadar sıcaklığı düşürmek ile "kırmızı tabaka" oluşumunu teşvik edecek kadar sıcaklığı yükseltmek arasında ince bir fark vardır. Kırmızı tabaka, paslanmaz çelik boru sistemi bileşenlerinin korozyonundan kaynaklanan, çeşitli bileşimlere sahip kahverengi bir filmdir. Kir ve demir oksitler ana bileşenler olabilir, ancak çeşitli demir, krom ve nikel formları da bulunabilir. Kırmızı tabakanın varlığı bazı ürünler için ölümcüldür ve varlığı daha fazla korozyona yol açabilir, ancak diğer sistemlerdeki varlığı oldukça zararsız görünmektedir.
Kaynak işlemi korozyon direncini olumsuz etkileyebilir. Kaynak sırasında kaynak ve ısıdan etkilenen bölgelerde biriken oksitleyici malzemenin sonucu oluşan sıcak renk, özellikle zararlıdır ve farmasötik su sistemlerinde pas oluşumuyla ilişkilidir. Krom oksit oluşumu, korozyona duyarlı, kromdan yoksun bir tabaka bırakarak sıcak bir renk tonuna neden olabilir. Sıcak renk, yüzeyden metalin (alttaki kromdan yoksun tabaka dahil) uzaklaştırılması ve korozyon direncinin ana metal seviyelerine yakın seviyelere getirilmesiyle giderilebilir. Bununla birlikte, asitleme ve taşlama yüzey kalitesine zarar verir. Boru sisteminin hizmete alınmadan önce kaynak ve imalatın olumsuz etkilerinin üstesinden gelmek için nitrik asit veya şelatlayıcı madde formülasyonları ile pasivasyon yapılır. Auger elektron analizi, şelatlama pasivasyonunun, kaynak ve ısıdan etkilenen bölgede meydana gelen oksijen, krom, demir, nikel ve manganez dağılımındaki yüzey değişikliklerini kaynak öncesi duruma geri getirebileceğini göstermiştir. Bununla birlikte, pasivasyon yalnızca Isı kaynaklı renklenme, yüzeyin dış katmanını etkiler ve 50 angstromun altına nüfuz etmezken, termal renklenme yüzeyin 1000 angstrom veya daha fazla altına kadar uzanabilir.
Bu nedenle, kaynak yapılmamış yüzeylere yakın korozyona dayanıklı boru sistemleri kurmak için, kaynak ve imalat kaynaklı hasarı, pasivasyon ile önemli ölçüde telafi edilebilecek seviyelere indirmek önemlidir. Bu, minimum oksijen içeriğine sahip bir temizleme gazının kullanılmasını ve atmosferik oksijen veya nem ile kirlenmeden kaynaklı bağlantının iç çapına iletilmesini gerektirir. Kaynak sırasında ısı girişinin doğru kontrolü ve aşırı ısınmanın önlenmesi de korozyon direncini kaybetmemek için önemlidir. Tekrarlanabilir ve tutarlı yüksek kaliteli kaynaklar elde etmek için imalat sürecinin kontrolü ve kirlenmeyi önlemek için imalat sırasında paslanmaz çelik boruların ve bileşenlerin dikkatli bir şekilde işlenmesi, korozyona dayanıklı ve uzun vadeli verimli hizmet sağlayan yüksek kaliteli bir boru sistemi için temel gereksinimlerdir.
Yüksek saflıkta biyofarmasötik paslanmaz çelik boru sistemlerinde kullanılan malzemeler, son on yılda korozyon direncinde iyileşme yönünde bir evrim geçirmiştir. 1980'den önce kullanılan paslanmaz çeliğin çoğu, nispeten ucuz olması ve daha önce kullanılan bakıra göre bir gelişme sağlaması nedeniyle 304 paslanmaz çelikti. Aslında, 300 serisi paslanmaz çelikler nispeten kolay işlenebilir, korozyon direncinde aşırı kayıp olmadan kaynaklanabilir ve özel ön ısıtma ve son ısıtma işlemlerine ihtiyaç duymazlar.
Son zamanlarda, yüksek saflıkta boru uygulamalarında 316 paslanmaz çeliğin kullanımı artmaktadır. 316 tipi, bileşim olarak 304 tipine benzer, ancak her ikisinde de ortak olan krom ve nikel alaşım elementlerine ek olarak, 316 yaklaşık %2 molibden içerir; bu da 316'nın korozyon direncini önemli ölçüde artırır. "L" kaliteleri olarak adlandırılan 304L ve 316L tipleri, standart kalitelerden daha düşük karbon içeriğine sahiptir (%0,035'e karşı %0,08). Karbon içeriğindeki bu azalma, kaynaklama nedeniyle oluşabilecek karbür çökelmesinin miktarını azaltmayı amaçlamaktadır. Bu, krom karbürün oluşumudur ve krom ana metalin tane sınırlarını tüketerek korozyona karşı hassas hale getirir. "Duyarlılık" olarak adlandırılan krom karbür oluşumu, zamana ve sıcaklığa bağlıdır ve elle lehimleme yapıldığında daha büyük bir sorundur. Süper-östenitik paslanmaz çeliğin orbital kaynağının AL-6XN, elle yapılan benzer kaynaklara göre daha korozyona dayanıklı kaynaklar sağlar. Bunun nedeni, yörünge kaynağının akım, titreşim ve zamanlama üzerinde hassas kontrol sağlaması ve bu sayede manuel kaynağa göre daha düşük ve daha homojen bir ısı girdisi elde edilmesidir. Yörünge kaynağı, “L” sınıfı 304 ve 316 ile birlikte kullanıldığında, boru sistemlerinde korozyon gelişiminde karbür çökelmesinin bir faktör olmasını neredeyse tamamen ortadan kaldırır.
Paslanmaz çeliğin farklı üretim partileri arasında kaynak parametreleri ve diğer faktörler oldukça dar toleranslar içinde tutulabilse de, paslanmaz çeliği kaynaklamak için gereken ısı girdisinde yine de farklılıklar vardır. Bir üretim partisi numarası, fabrikada belirli bir paslanmaz çelik eriyiğine atanan parti numarasıdır. Her partinin tam kimyasal bileşimi, parti tanımlaması veya üretim partisi numarasıyla birlikte Fabrika Test Raporu'nda (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. İki paslanmaz çelik üretim partisinin her bir elementin konsantrasyonu tam olarak aynı olmayacağından, kaynak özellikleri fırından fırına değişecektir.
AOD boru (üstte) ve EBR malzeme (altta) üzerindeki 316L boru yörünge kaynaklarının SEM görüntüleri, kaynak dikişinin düzgünlüğünde önemli bir fark olduğunu gösterdi.
Benzer dış çap ve duvar kalınlığına sahip çoğu ısıl işlem için tek bir kaynak prosedürü işe yarasa da, bazı ısıl işlemler tipik olandan daha düşük, bazıları ise daha yüksek amperaj gerektirir. Bu nedenle, şantiyede farklı malzemelerin ısıtılması, olası sorunlardan kaçınmak için dikkatlice takip edilmelidir. Genellikle, yeni bir ısıl işlem için tatmin edici bir kaynak prosedürü elde etmek için amperajda sadece küçük bir değişiklik yeterlidir.
Kükürt problemi. Elementel kükürt, çelik üretim sürecinde büyük ölçüde uzaklaştırılan, demir cevheriyle ilgili bir safsızlıktır. AISI Tip 304 ve 316 paslanmaz çelikler, maksimum %0,030 kükürt içeriğiyle belirtilmiştir. Argon Oksijen Dekarbürizasyonu (AOD) ve Vakum İndüksiyon Ergitme ve ardından Vakum Ark Yeniden Ergitme (VIM+VAR) gibi çift vakum ergitme uygulamaları gibi modern çelik arıtma süreçlerinin geliştirilmesiyle, aşağıdaki yönlerden çok özel çelikler üretmek mümkün hale gelmiştir: kimyasal bileşimleri. Çeliğin kükürt içeriği yaklaşık %0,008'in altına düştüğünde kaynak havuzunun özelliklerinin değiştiği gözlemlenmiştir. 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 içeriğine sahip malzemelerde yapılan benzer kaynaklara kıyasla çok daha geniş olur. Düşük kükürtlü paslanmaz çelik borularda yapılan kaynaklar daha geniş olurken, daha kalın duvarlı borularda (0,065 inç veya 1,66 mm veya daha fazla) kaynak yapma eğilimi daha fazla olur. Kaynak akımı, tam penetrasyonlu bir kaynak oluşturmak için yeterli olduğunda, bu durum çok düşük kükürt içeriğine sahip malzemelerin, özellikle daha kalın duvarlı olanların, kaynaklanmasını daha zor hale getirir. 304 veya 316 paslanmaz çelikte kükürt konsantrasyonunun üst ucunda, kaynak dikişi görünüm olarak daha az akışkan ve orta kükürtlü malzemelere göre daha pürüzlü olma eğilimindedir. Bu nedenle, kaynaklanabilirlik için ideal kükürt içeriği, farmasötik kalitede borular için ASTM A270 S2'de belirtildiği gibi yaklaşık %0,005 ila %0,017 aralığında olmalıdır.
Elektropolize paslanmaz çelik boru üreticileri, 316 veya 316L paslanmaz çelikteki orta düzeydeki kükürtün bile, yarı iletken ve biyofarmasötik müşterilerinin pürüzsüz, çukursuz iç yüzey gereksinimlerini karşılamayı zorlaştırdığını fark etmişlerdir. Boru yüzeyinin pürüzsüzlüğünü doğrulamak için taramalı elektron mikroskobu kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. Baz metallerdeki kükürtün, elektropolize sırasında uzaklaştırılan ve 0,25-1,0 mikron aralığında boşluklar bırakan metalik olmayan kalıntılar veya manganez sülfür (MnS) "şeritleri" oluşturduğu gösterilmiştir.
Elektropolize boru üreticileri ve tedarikçileri, yüzey kalitesi gereksinimlerini karşılamak için piyasayı ultra düşük kükürtlü malzemelerin kullanımına doğru yönlendiriyor. Ancak sorun sadece elektropolize borularla sınırlı değil; elektropolize edilmemiş borularda da boru sisteminin pasivasyonu sırasında yabancı maddeler uzaklaştırılıyor. Boşlukların, pürüzsüz yüzey alanlarına göre çukurlaşmaya daha yatkın olduğu gösterilmiştir. Dolayısıyla, düşük kükürtlü, "daha temiz" malzemelere doğru eğilim için bazı geçerli nedenler 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 üst ucundaki malzemeleri seçme eğilimindedir. Çok düşük kükürt konsantrasyonuna sahip boruların, daha yüksek kükürt içeriğine sahip bağlantı parçalarına, vanalara veya diğer borulara kaynaklanması, arkın düşük kükürt içeriğine sahip boruya doğru kayması 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 kaynaklanmasında olanın tam tersidir. Aşırı durumlarda, kaynak dikişi düşük kükürtlü malzemeye tamamen nüfuz edebilir ve kaynağın iç kısmını tamamen kaynaşmamış 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 sürmüştür. (VIM+VAR) düşük kükürtlü borulara kaynak yapılması amaçlanan bağlantı parçaları ve diğer bileşenlerin imalatı için. İki çok düşük kükürtlü malzemeyi birbirine kaynaklamak, çok düşük kükürtlü bir malzemeyi daha yüksek kükürtlü bir malzemeye kaynaklamaktan çok daha kolaydır.
Düşük kükürtlü boruların kullanımına geçiş büyük ölçüde pürüzsüz elektroparlatılmış iç boru yüzeyleri elde etme ihtiyacından kaynaklanmaktadır. Yüzey kalitesi ve elektroparlatma hem yarı iletken endüstrisi hem de biyoteknoloji/ilaç endüstrisi için önemli olsa da, SEMI, yarı iletken endüstrisi spesifikasyonunu yazarken, proses gaz hatları için 316L boruların optimum performans için %0,004 kükürt sınırına sahip olması gerektiğini belirtmiştir. Öte yandan ASTM, kükürt içeriğini %0,005 ila %0,017 aralığıyla sınırlayan farmasötik sınıf boruları içerecek şekilde ASTM 270 spesifikasyonunu değiştirmiştir. Bu, daha düşük aralıktaki kükürtlere kıyasla daha az kaynak zorluğuna yol açmalıdır. Bununla birlikte, bu sınırlı aralıkta bile, düşük kükürtlü boruları yüksek kükürtlü borulara veya bağlantı parçalarına kaynak yaparken ark sapmasının hala meydana gelebileceği ve montajcıların malzemenin ısıtılmasını dikkatlice izlemesi ve imalattan önce ısıtma ve kaynak üretimi arasında lehim uyumluluğunu kontrol etmesi gerektiği unutulmamalıdır.
Diğer iz elementler. Kükürt, oksijen, alüminyum, silisyum ve manganez dahil olmak üzere iz elementlerin penetrasyonu etkilediği bulunmuştur. Ana metalde oksit kalıntıları olarak bulunan eser miktardaki alüminyum, silisyum, kalsiyum, titanyum ve krom, kaynak sırasında cüruf oluşumuyla ilişkilidir.
Çeşitli elementlerin etkileri kümülatiftir, bu nedenle oksijenin varlığı düşük kükürt etkilerinin bir kısmını dengeleyebilir. Yüksek alüminyum seviyeleri, kükürt penetrasyonu üzerindeki olumlu etkiyi ortadan kaldırabilir. Manganez, kaynak sıcaklığında buharlaşır ve kaynak ısısından etkilenen bölgede birikir. Bu manganez birikintileri, korozyon direnci kaybıyla ilişkilidir (Bkz. Cohen, 1997). Yarı iletken endüstrisi, bu korozyon direnci kaybını önlemek için şu anda düşük manganezli ve hatta ultra düşük manganezli 316L malzemelerle deneyler yapmaktadır.
Cüruf oluşumu. Bazı kaynak işlemlerinde paslanmaz çelik kaynak dikişinde zaman zaman cüruf adacıkları oluşabilir. Bu, özünde malzeme ile ilgili bir sorundur, ancak bazen kaynak parametrelerindeki değişiklikler bunu en aza indirebilir veya argon/hidrojen karışımındaki değişiklikler kaynağı iyileştirebilir. Pollard, ana metaldeki alüminyum/silisyum oranının cüruf oluşumunu etkilediğini bulmuştur. İstenmeyen plak tipi cüruf oluşumunu önlemek için, alüminyum içeriğini %0,010 ve silisyum içeriğini %0,5'te tutmayı önermektedir. Bununla birlikte, Al/Si oranı bu seviyenin üzerinde olduğunda, plak tipi yerine küresel cüruf oluşabilir. Bu tip cüruf, elektroparlatmadan sonra çukurlar bırakabilir ki bu, yüksek saflıktaki uygulamalar için kabul edilemez. Kaynağın dış yüzeyinde oluşan cüruf adacıkları, iç yüzey geçişinin düzensiz penetrasyonuna neden olabilir ve yetersiz penetrasyona yol açabilir. İç kaynak dikişinde oluşan cüruf adacıkları korozyona karşı hassas olabilir.
Darbe akımıyla tek geçişli kaynak. Standart otomatik orbital boru kaynağı, darbe akımı ve sürekli sabit hızda dönüş ile yapılan tek geçişli bir kaynaktır. Bu teknik, dış çapları 1/8″ ile yaklaşık 7″ arasında ve duvar kalınlıkları 0,083″ ve altında olan borular için uygundur. Zamanlı bir ön temizlemeden sonra ark oluşur. Boru duvarının delinmesi, arkın mevcut olduğu ancak dönüşün gerçekleşmediği zamanlı bir gecikme sırasında sağlanır. Bu dönme gecikmesinden sonra, elektrot, kaynak birleşene veya son kaynak katmanı sırasında kaynağın ilk kısmıyla örtüşene kadar kaynak eklemi etrafında döner. Bağlantı tamamlandığında, akım zamanlı bir düşüşle azalır.
Kademeli mod (“senkronize” kaynak). Genellikle 0,083 inçten daha kalın duvarlı malzemelerin füzyon kaynağı için, füzyon kaynak güç kaynağı senkron veya kademeli modda kullanılabilir. Senkron veya kademeli modda, kaynak akımı darbesi strok ile senkronize edilir, böylece rotor yüksek akım darbeleri sırasında maksimum penetrasyon için sabit kalır 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 inç veya 6 inç kalınlığında 40 gauge 40 ince duvarlı boruyu 0,154 inç veya 6 inç duvar kalınlığıyla etkili bir şekilde kaynaklayabilir. Kademeli teknik daha geniş bir kaynak üretir, bu da onu hataya dayanıklı hale getirir ve boyut toleranslarında farklılıklar, bazı yanlış hizalamalar veya malzeme termal uyumsuzluğu olabileceği boru bağlantı parçaları gibi düzensiz parçaların borulara kaynaklanmasında yardımcı olur. Bu kaynak türü, geleneksel kaynağa göre yaklaşık iki kat daha fazla ark süresi gerektirir ve daha az maliyetlidir. Daha geniş ve pürüzlü dikişi sayesinde ultra yüksek saflıkta (UHP) uygulamalar için uygundur.
Programlanabilir değişkenler. Günümüz kaynak güç kaynakları mikroişlemci tabanlıdır ve kaynak yapılacak borunun belirli bir çapı (OD) ve duvar kalınlığı için kaynak parametrelerinin sayısal değerlerini belirten programları saklar; bunlar arasında temizleme süresi, kaynak akımı, ilerleme hızı (RPM), katman sayısı ve katman başına süre, darbe süresi, aşağı doğru süre vb. bulunur. Dolgu teli eklenmiş yörünge boru kaynakları için program parametreleri arasında tel besleme hızı, kaynak torcu salınım genliği ve bekleme süresi, AVC (sabit ark aralığı sağlamak için ark voltajı kontrolü) ve yukarı doğru eğim yer alır. Füzyon kaynağı yapmak için, uygun elektrot ve boru kelepçe ek parçalarıyla kaynak başlığını boruya takın ve güç kaynağı hafızasından kaynak programını veya programını geri çağırın. Kaynak dizisi bir düğmeye veya membran panel tuşuna basılarak başlatılır ve kaynak operatör müdahalesi olmadan devam eder.
Programlanabilir olmayan değişkenler. Sürekli olarak iyi kaynak kalitesi elde etmek için kaynak parametreleri dikkatlice kontrol edilmelidir. Bu, kaynak güç kaynağının ve kaynak programının doğruluğu ile sağlanır; kaynak programı, belirli bir boru veya boru parçasının kaynaklanması için kaynak parametrelerinden oluşan ve güç kaynağına girilen bir dizi talimattır. Ayrıca, kaynak kabul kriterlerini belirten etkili bir kaynak standartları seti ve kaynağın kabul edilen standartlara uygun olmasını sağlamak için bazı kaynak muayene ve kalite kontrol sistemleri de olmalıdır. Bununla birlikte, kaynak parametrelerinin dışında belirli faktörler ve prosedürler de dikkatlice kontrol edilmelidir. Bu faktörler arasında iyi uç hazırlama ekipmanının kullanımı, iyi temizlik ve taşıma uygulamaları, kaynak yapılan boru veya diğer parçaların iyi boyutsal toleransları, tutarlı tungsten tipi ve boyutu, yüksek saflıkta inert gazlar ve malzeme varyasyonlarına dikkat edilmesi yer alır. - yüksek sıcaklık.
Boru uçlarının kaynaklanması için gereken hazırlık şartları, manuel kaynak yöntemine göre orbital kaynak yönteminde daha kritiktir. Orbital boru kaynağında kaynaklı birleştirmeler genellikle kare alın kaynaklarıdır. Orbital kaynakta istenen tekrarlanabilirliği elde etmek için hassas, tutarlı ve işlenmiş uç hazırlığı gereklidir. Kaynak akımı duvar kalınlığına bağlı olduğundan, uçlar dış veya iç çaplarında (OD veya ID) çapak veya eğim olmaması koşuluyla kare olmalıdır; aksi takdirde farklı duvar kalınlıkları oluşabilir.
Boru uçları, kare alın kaynağının uçları arasında fark edilebilir bir boşluk kalmayacak şekilde kaynak başlığına tam oturmalıdır. Küçük boşluklu kaynaklı bağlantılar yapılabilse de, kaynak kalitesi olumsuz etkilenebilir. Boşluk ne kadar büyükse, sorun çıkma olasılığı o kadar yüksektir. Kötü montaj, lehimlemenin tamamen başarısız olmasına neden olabilir. Boruyu kesen ve boru uçlarını aynı işlemde düzleştiren George Fischer ve diğerleri tarafından üretilen boru testereleri veya Protem, Wachs ve diğerleri tarafından üretilen taşınabilir uç hazırlama tornaları, genellikle işleme için uygun düzgün uçlu orbital kaynaklar yapmak için kullanılır. Kesme testereleri, demir testereleri, şerit testereler ve boru kesiciler bu amaç için uygun değildir.
Kaynak işlemine güç sağlayan kaynak parametrelerine ek olarak, kaynak üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilecek ancak kaynak prosedürünün bir parçası olmayan başka değişkenler de vardır. Bunlar arasında tungstenin türü ve boyutu, arkı korumak ve kaynak ekleminin içini temizlemek için kullanılan gazın türü ve saflığı, temizleme için kullanılan gaz akış hızı, kullanılan kaynak başlığı ve güç kaynağının türü, eklemin konfigürasyonu ve diğer ilgili bilgiler yer alır. Bunlara "programlanabilir olmayan" değişkenler diyoruz ve bunları kaynak programına kaydediyoruz. Örneğin, gaz türü, ASME Bölüm IX Kazan ve Basınçlı Kaplar Koduna uygun kaynak prosedürleri için Kaynak Prosedürü Spesifikasyonunda (WPS) temel bir değişken olarak kabul edilir. Gaz türünde veya gaz karışımı yüzdelerinde değişiklikler veya iç yüzey temizlemesinin ortadan kaldırılması, kaynak prosedürünün yeniden doğrulanmasını gerektirir.
Kaynak gazı. Paslanmaz çelik, oda sıcaklığında atmosferik oksijen oksidasyonuna karşı dirençlidir. Erime noktasına (saf demir için 1530°C veya 2800°F) ısıtıldığında kolayca oksitlenir. İnert argon, en yaygın olarak koruyucu gaz olarak ve orbital GTAW işlemiyle iç kaynaklı bağlantıların temizlenmesi için kullanılır. Gazın oksijen ve neme göre saflığı, kaynak sonrası kaynak üzerinde veya yakınında oluşan oksidasyon kaynaklı renk değişiminin miktarını belirler. Temizleme gazı en yüksek kalitede değilse veya temizleme sistemi tamamen sızdırmaz değilse ve sisteme az miktarda hava sızarsa, oksidasyon açık turkuaz veya mavimsi olabilir. Elbette, hiçbir temizlik yapılmadığında genellikle "tatlandırılmış" olarak adlandırılan kabuklu siyah yüzey oluşacaktır. Silindirlerde tedarik edilen kaynak sınıfı argon, tedarikçiye bağlı olarak %99,996-99,997 saflıktadır ve 5-7 ppm oksijen ve H2O, O2, CO2 dahil olmak üzere diğer safsızlıkları içerir. Hidrokarbonlar vb. dahil olmak üzere toplamda maksimum 40 ppm saflıkta olabilir. Silindir içindeki yüksek saflıkta argon veya Dewar kabındaki sıvı argon %99,999 saflıkta veya toplam 10 ppm safsızlık içerebilir ve maksimum 2 ppm oksijen içerebilir. NOT: Nanochem veya Gatekeeper gibi gaz arıtıcıları, arındırma sırasında kirlilik seviyelerini milyarda bir (ppb) aralığına düşürmek için 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, aynı program ayarlarıyla argon kullanılarak yapılan kaynaklara göre daha sıcak kaynaklar üretti. Helyum karışımları, özellikle karbon çeliğinde füzyon kaynağı ile maksimum penetrasyon için uygundur. Bir yarı iletken endüstrisi danışmanı, UHP uygulamaları için koruyucu gaz olarak argon/hidrojen karışımlarının kullanılmasını savunmaktadır. Hidrojen karışımlarının çeşitli avantajları olduğu gibi bazı ciddi dezavantajları da vardır. Avantajı, daha ıslak bir kaynak havuzu ve daha pürüzsüz bir kaynak yüzeyi üretmesidir; bu da mümkün olduğunca pürüzsüz bir iç yüzeye sahip ultra yüksek basınçlı gaz dağıtım sistemlerinin uygulanması için idealdir. Hidrojenin varlığı indirgeyici bir atmosfer sağlar, bu nedenle gaz karışımında eser miktarda oksijen varsa, ortaya çıkan kaynak, saf argondaki benzer bir oksijen konsantrasyonuna göre daha temiz ve daha az renk bozulmasıyla görünecektir. Bu etki, yaklaşık %5 hidrojen içeriğinde en iyisidir. Bazıları, görünümü iyileştirmek için %95/%5 argon/hidrojen karışımını iç yüzey temizliği olarak kullanır. İç kaynak dikişinin.
Hidrojen karışımı koruyucu gaz olarak kullanıldığında kaynak dikişi daha dardır; ancak paslanmaz çeliğin kükürt içeriği çok düşük olduğundan, aynı akım ayarında saf argonla yapılan kaynak işlemine göre kaynakta daha fazla ısı üretir. Argon/hidrojen karışımlarının önemli bir dezavantajı, arkın saf argona göre çok daha az kararlı olması ve arkın kayma eğilimi göstermesidir; bu kayma, kaynak hatasına neden olacak kadar şiddetli olabilir. Farklı bir karışım gaz kaynağı kullanıldığında ark kayması ortadan kalkabilir, bu da kirlenme veya yetersiz karıştırmadan kaynaklanabileceğini düşündürmektedir. Ark tarafından üretilen ısı hidrojen konsantrasyonuna göre değiştiğinden, tekrarlanabilir kaynaklar elde etmek için sabit bir konsantrasyon şarttır ve önceden karıştırılmış şişelenmiş gazlarda farklılıklar vardır. Bir diğer dezavantaj ise, hidrojen karışımı kullanıldığında tungstenin ömrünün büyük ölçüde kısalmasıdır. Karışım gazından kaynaklanan tungsten bozulmasının nedeni belirlenmemiş olsa da, arkın daha zor olduğu ve tungstenin bir veya iki kaynaktan sonra değiştirilmesi gerekebileceği bildirilmiştir. Argon/hidrojen karışımları karbon çeliği veya paslanmaz çeliği kaynaklamak için kullanılamaz. titanyum.
TIG işleminin ayırt edici özelliklerinden biri, elektrot tüketmemesidir. Tungsten, herhangi bir metalin en yüksek erime noktasına (6098°F; 3370°C) sahiptir ve iyi bir elektron yayıcıdır, bu da onu tüketilmeyen bir elektrot olarak kullanım için özellikle uygun hale getirir. Ark başlatmayı ve ark kararlılığını iyileştirmek için seryum oksit, lantan oksit veya toryum oksit gibi bazı nadir toprak oksitlerinin %2 oranında eklenmesiyle özellikleri geliştirilir. Saf tungsten, özellikle yörünge GTAW uygulamaları için seryum tungstenin üstün özellikleri nedeniyle GTAW'da nadiren kullanılır. Toryum tungsten, biraz radyoaktif oldukları için geçmişe göre daha az kullanılır.
Parlatılmış yüzeye sahip elektrotlar, boyut olarak daha homojendir. Pürüzsüz bir yüzey, her zaman pürüzlü veya tutarsız bir yüzeye tercih edilir, çünkü elektrot geometrisindeki tutarlılık, tutarlı ve düzgün kaynak sonuçları için kritiktir. Uçtan yayılan elektronlar (DCEN), ısıyı tungsten ucundan kaynağa aktarır. Daha ince bir uç, akım yoğunluğunun çok yüksek tutulmasına olanak tanır, ancak tungsten ömrünün kısalmasına neden olabilir. Orbital kaynak için, tungsten geometrisinin ve kaynak tekrarlanabilirliğinin sağlanması için elektrot ucunun mekanik olarak taşlanması önemlidir. Künt uç, arkı kaynaktan tungsten üzerindeki aynı noktaya zorlar. Uç çapı, arkın şeklini ve belirli bir akımda penetrasyon miktarını kontrol eder. Konik açı, arkın akım/voltaj özelliklerini etkiler ve belirtilmeli ve kontrol edilmelidir. Tungstenin uzunluğu önemlidir çünkü bilinen bir tungsten uzunluğu, ark aralığını ayarlamak için kullanılabilir. Belirli bir akım değeri için ark aralığı, voltajı ve dolayısıyla kaynağa uygulanan gücü belirler.
Elektrot boyutu ve uç çapı, kaynak akımının şiddetine göre seçilir. Akım elektrot veya ucu için çok yüksekse, uçtan metal kaybı olabilir ve akım için çok büyük uç çapına sahip elektrotlar kullanmak ark kaymasına neden olabilir. Elektrot ve uç çaplarını kaynak bağlantısının duvar kalınlığına göre belirleriz ve küçük hassas bileşenlerin kaynaklanması için 0,040 inç çaplı elektrotlarla kullanılmak üzere tasarlanmadığı sürece, 0,093 inç duvar kalınlığına kadar neredeyse her şey için 0,0625 inç çap kullanırız. Kaynak işleminin tekrarlanabilirliği için, tungsten tipi ve yüzey işlemi, uzunluk, konik açı, çap, uç çapı ve ark aralığının tümü belirtilmeli ve kontrol edilmelidir. Boru kaynak uygulamaları için, diğer tiplere göre çok daha uzun hizmet ömrüne sahip ve mükemmel ark ateşleme özelliklerine sahip olduğu için her zaman seryum tungsten önerilir. Seryum tungsten radyoaktif değildir.
Daha fazla bilgi için lütfen Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331 adresindeki Teknik Yayınlar Müdürü Barbara Henon ile iletişime geçin. Telefon: 818-896-9556. Faks: 818-890-3724.