Napomena urednika: Pharmaceutical Online s ponosom predstavlja ovaj članak u četiri dijela o orbitalnom zavarivanju bioprocesnih cijevi, koji je napisala stručnjakinja Barbara Henon iz Arc Machines. Ovaj članak je adaptiran iz prezentacije dr. Henon na ASME konferenciji krajem prošle godine.
Spriječite gubitak otpornosti na koroziju. Voda visoke čistoće, poput deionizirane vode za insekticid (DE) ili vode za insekticid (WFI), vrlo je agresivno sredstvo za nagrizanje nehrđajućeg čelika. Osim toga, WFI farmaceutskog kvaliteta se ciklički obrađuje na visokoj temperaturi (80°C) kako bi se održala sterilnost. Postoji suptilna razlika između snižavanja temperature dovoljnog da podrži žive organizme smrtonosne za proizvod i podizanja temperature dovoljnog da podstakne stvaranje "rouge"-a. Rouge je smeđi film različitog sastava uzrokovan korozijom komponenti cjevovodnog sistema od nehrđajućeg čelika. Prljavština i željezni oksidi mogu biti glavne komponente, ali mogu biti prisutni i različiti oblici željeza, hroma i nikla. Prisustvo rouge-a je smrtonosno za neke proizvode i njegovo prisustvo može dovesti do daljnje korozije, iako se čini da je njegovo prisustvo u drugim sistemima prilično benigno.
Zavarivanje može negativno utjecati na otpornost na koroziju. Vruća boja je rezultat oksidirajućeg materijala koji se taloži na zavarima i ZUT-ovima tokom zavarivanja, posebno je štetna i povezana je sa stvaranjem crvenila u farmaceutskim sistemima vode. Stvaranje hrom oksida može uzrokovati vruću nijansu, ostavljajući za sobom sloj osiromašen hromom koji je podložan koroziji. Vruća boja se može ukloniti kiseljenjem i brušenjem, uklanjanjem metala s površine, uključujući i podložni sloj osiromašen hromom, i vraćanjem otpornosti na koroziju na nivoe bliske nivoima osnovnog metala. Međutim, kiseljenje i brušenje štetno utiču na završnu obradu površine. Pasivizacija cjevovodnog sistema azotnom kiselinom ili formulacijama helirajućih sredstava vrši se kako bi se prevazišli negativni efekti zavarivanja i izrade prije puštanja cjevovodnog sistema u upotrebu. Auger elektronska analiza pokazala je da helacijska pasivizacija može vratiti površinske promjene u distribuciji kisika, hroma, željeza, nikla i mangana koje su se dogodile u zavaru i zoni utjecaja topline u stanje prije zavarivanja. Međutim, pasivizacija utječe samo na vanjski površinski sloj i ne prodire ispod 50 angstrema, dok se termička obojenost može proširiti 1000 angstrema ili više ispod površine.
Stoga, kako bi se instalirali cjevovodni sistemi otporni na koroziju u blizini nezavarenih podloga, važno je pokušati ograničiti oštećenja izazvana zavarivanjem i izradom na nivoe koji se mogu značajno nadoknaditi pasivizacijom. To zahtijeva upotrebu plina za pročišćavanje s minimalnim sadržajem kisika i dovod do unutrašnjeg promjera zavarenog spoja bez kontaminacije atmosferskim kisikom ili vlagom. Precizna kontrola unosa topline i izbjegavanje pregrijavanja tokom zavarivanja također je važna kako bi se spriječio gubitak otpornosti na koroziju. Kontrola proizvodnog procesa radi postizanja ponovljivih i konzistentnih visokokvalitetnih zavara, kao i pažljivo rukovanje cijevima i komponentama od nehrđajućeg čelika tokom proizvodnje kako bi se spriječila kontaminacija, bitni su zahtjevi za visokokvalitetni cjevovodni sistem koji je otporan na koroziju i pruža dugoročnu produktivnu uslugu.
Materijali koji se koriste u cjevovodnim sistemima od nehrđajućeg čelika visoke čistoće za biofarmaceutske proizvode prošli su evoluciju prema poboljšanoj otpornosti na koroziju u posljednjoj deceniji. Većina nehrđajućeg čelika koji se koristio prije 1980. godine bio je nehrđajući čelik 304 jer je bio relativno jeftin i predstavljao je poboljšanje u odnosu na bakar koji se ranije koristio. U stvari, nehrđajući čelici serije 300 relativno se lako obrađuju, mogu se zavarivati ​​topljenjem bez prevelikog gubitka otpornosti na koroziju i ne zahtijevaju posebne predgrijavajuće i naknadne termičke obrade.
U posljednje vrijeme, upotreba nehrđajućeg čelika 316 u cjevovodima visoke čistoće je u porastu. Tip 316 je sličan po sastavu tipu 304, ali pored legirajućih elemenata kroma i nikla koji su zajednički za oba, 316 sadrži oko 2% molibdena, što značajno poboljšava otpornost na koroziju tipa 316. Tipovi 304L i 316L, koji se nazivaju "L" klase, imaju niži sadržaj ugljika od standardnih klasa (0,035% u odnosu na 0,08%). Ovo smanjenje sadržaja ugljika ima za cilj smanjenje količine taloženja karbida koje se može pojaviti uslijed zavarivanja. Ovo je stvaranje hromovog karbida, koji iscrpljuje granice zrna osnovnog metala kroma, čineći ga podložnim koroziji. Stvaranje hromovog karbida, nazvano "senzibilizacija", zavisi od vremena i temperature i predstavlja veći problem pri ručnom lemljenju. Pokazali smo da orbitalno zavarivanje superaustenitnog nehrđajućeg čelika AL-6XN pruža zavare otpornije na koroziju od sličnih zavarivanja urađenih ručno. To je zato što orbitalno zavarivanje pruža preciznu kontrolu... amperaža, pulsiranje i vrijeme, što rezultira nižim i ravnomjernijim unosom topline nego kod ručnog zavarivanja. Orbitalno zavarivanje u kombinaciji s "L" klasama 304 i 316 praktično eliminira taloženje karbida kao faktor u razvoju korozije u cjevovodnim sistemima.
Varijacija od zagrijavanja do zagrijavanja nehrđajućeg čelika. Iako se parametri zavarivanja i drugi faktori mogu održavati unutar prilično strogih tolerancija, i dalje postoje razlike u unosu topline potrebnom za zavarivanje nehrđajućeg čelika od zagrijavanja do zagrijavanja. Broj zagrijavanja je broj serije dodijeljen određenoj talini nehrđajućeg čelika u tvornici. Tačan hemijski sastav svake serije bilježi se u Izvještaju o fabričkom ispitivanju (MTR) zajedno s identifikacijom serije ili brojem zagrijavanja. Čisto željezo se topi na 1538°C (2800°F), dok se legirani metali tope u rasponu temperatura, ovisno o vrsti i koncentraciji svake legure ili prisutnog elementa u tragovima. Budući da nijedna dva zagrijavanja nehrđajućeg čelika neće sadržavati potpuno istu koncentraciju svakog elementa, karakteristike zavarivanja će se razlikovati od peći do peći.
SEM orbitalnih zavara cijevi 316L na AOD cijevi (gore) i EBR materijalu (dolje) pokazao je značajnu razliku u glatkoći zavara.
Iako jedan postupak zavarivanja može biti učinkovit za većinu vrsta zavarivanja sa sličnim vanjskim promjerom i debljinom stijenke, neke vrste zavarivanja zahtijevaju manju, a neke veću amperažu od tipične. Iz tog razloga, zagrijavanje različitih materijala na gradilištu mora se pažljivo pratiti kako bi se izbjegli potencijalni problemi. Često je za novo zavarivanje potrebna samo mala promjena amperaže kako bi se postigao zadovoljavajući postupak zavarivanja.
Problem sa sumporom. Elementarni sumpor je nečistoća povezana sa željeznom rudom koja se uglavnom uklanja tokom procesa proizvodnje čelika. Nehrđajući čelici AISI tipa 304 i 316 specificirani su s maksimalnim sadržajem sumpora od 0,030%. Razvojem modernih procesa rafiniranja čelika, kao što je dekarburizacija argonom i kisikom (AOD) i dvostrukih vakuumskih praksi topljenja, kao što je vakuumsko indukcijsko topljenje nakon čega slijedi vakuumsko elektrolučno ponovno topljenje (VIM+VAR), postalo je moguće proizvesti čelike koji su vrlo posebni na sljedeće načine. njihov hemijski sastav. Primijećeno je da se svojstva zavarivačke kupke mijenjaju kada je sadržaj sumpora u čeliku ispod oko 0,008%. To je zbog utjecaja sumpora i u manjoj mjeri drugih elemenata na temperaturni koeficijent površinske napetosti zavarivačke kupke, koji određuje karakteristike toka tekuće kupke.
Pri vrlo niskim koncentracijama sumpora (0,001% – 0,003%), prodiranje zavarne lokve postaje vrlo široko u poređenju sa sličnim zavarima napravljenim na materijalima sa srednjim sadržajem sumpora. Zavarivanja napravljena na cijevima od nehrđajućeg čelika sa niskim sadržajem sumpora imat će šire zavare, dok će na cijevima sa debljim stijenkama (0,065 inča ili 1,66 mm ili više) postojati veća tendencija stvaranja zavara. Zavarivanje udubljenjima. Kada je struja zavarivanja dovoljna za stvaranje potpuno prodiranog zavara. To otežava zavarivanje materijala sa vrlo niskim sadržajem sumpora, posebno sa debljim stijenkama. Na višem kraju koncentracije sumpora u nehrđajućem čeliku 304 ili 316, zavar ima tendenciju da bude manje tečnog izgleda i hrapavijeg je izgleda od materijala sa srednjim sadržajem sumpora. Stoga bi, za zavarljivost, idealan sadržaj sumpora bio u rasponu od približno 0,005% do 0,017%, kako je navedeno u ASTM A270 S2 za cijevi farmaceutskog kvaliteta.
Proizvođači elektropoliranih cijevi od nehrđajućeg čelika primijetili su da čak i umjereni nivoi sumpora u nehrđajućem čeliku 316 ili 316L otežavaju zadovoljavanje potreba njihovih kupaca u sektoru poluprovodnika i biofarmaceutike za glatkim unutrašnjim površinama bez rupica. Upotreba skenirajuće elektronske mikroskopije za provjeru glatkoće završne obrade površine cijevi sve je češća. Pokazalo se da sumpor u osnovnim metalima formira nemetalne inkluzije ili "nizove" mangan sulfida (MnS) koji se uklanjaju tokom elektropoliranja i ostavljaju praznine u rasponu od 0,25-1,0 mikrona.
Proizvođači i dobavljači elektropoliranih cijevi usmjeravaju tržište prema upotrebi materijala s ultra niskim sadržajem sumpora kako bi ispunili svoje zahtjeve za završnu obradu površine. Međutim, problem nije ograničen samo na elektropolirane cijevi, jer se kod neelektropoliranih cijevi inkluzije uklanjaju tokom pasivizacije cjevovodnog sistema. Pokazalo se da su šupljine sklonije tačkastom stvaranju nego glatke površine. Dakle, postoje neki valjani razlozi za trend prema materijalima s niskim sadržajem sumpora i "čistijim" materijalima.
Skretanje luka. Pored poboljšanja zavarljivosti nehrđajućeg čelika, prisustvo određene količine sumpora također poboljšava obradivost. Kao rezultat toga, proizvođači i proizvođači imaju tendenciju da biraju materijale na višem kraju specificiranog raspona sadržaja sumpora. Zavarivanje cijevi s vrlo niskim koncentracijama sumpora na spojnice, ventile ili druge cijevi s višim sadržajem sumpora može stvoriti probleme pri zavarivanju jer će luk biti pristran prema cijevima s niskim sadržajem sumpora. Kada dođe do skretanja luka, prodiranje postaje dublje na strani s niskim sadržajem sumpora nego na strani s visokim sadržajem sumpora, što je suprotno od onoga što se događa pri zavarivanju cijevi s odgovarajućim koncentracijama sumpora. U ekstremnim slučajevima, zavareni spoj može potpuno prodrijeti u materijal s niskim sadržajem sumpora i ostaviti unutrašnjost zavara potpuno nezatopljenom (Fihey i Simeneau, 1982). Kako bi se sadržaj sumpora u spojnicama uskladio sa sadržajem sumpora u cijevi, Carpenter Steel Division kompanije Carpenter Technology Corporation of Pennsylvania uveo je materijal od 316 bara s niskim sadržajem sumpora (maksimalno 0,005%) (tip 316L-SCQ) (VIM+VAR) za proizvodnju spojnica i... druge komponente namijenjene za zavarivanje na cijevi s niskim sadržajem sumpora. Zavarivanje dva materijala s vrlo niskim sadržajem sumpora jedan na drugi mnogo je lakše nego zavarivanje materijala s vrlo niskim sadržajem sumpora na materijal s višim sadržajem sumpora.
Prelazak na upotrebu cijevi s niskim udjelom sumpora uglavnom je posljedica potrebe za postizanjem glatkih elektropoliranih unutrašnjih površina cijevi. Dok su završna obrada površine i elektropoliranje važni i za poluprovodničku industriju i za biotehnološku/farmaceutsku industriju, SEMI je, prilikom pisanja specifikacije za poluprovodničku industriju, naveo da cijevi od čelika 316L za procesne plinske vodove moraju imati ograničenje od 0,004% sumpora za optimalne performanse na krajevima površine. ASTM je, s druge strane, modificirao svoju specifikaciju ASTM 270 kako bi uključio cijevi farmaceutske kvalitete koje ograničavaju sadržaj sumpora na raspon od 0,005 do 0,017%. To bi trebalo rezultirati manjim poteškoćama pri zavarivanju u usporedbi sa sumporom nižeg raspona. Međutim, treba napomenuti da čak i unutar ovog ograničenog raspona, otklon luka može doći pri zavarivanju cijevi s niskim udjelom sumpora na cijevi ili spojnice s visokim udjelom sumpora, te da instalateri trebaju pažljivo pratiti zagrijavanje materijala i provjeriti prije izrade kompatibilnost lemljenja između zagrijavanja. Proizvodnja zavara.
ostali elementi u tragovima. Utvrđeno je da elementi u tragovima, uključujući sumpor, kisik, aluminij, silicij i mangan, utječu na penetraciju. Tragovi aluminija, silicija, kalcija, titana i kroma prisutni u osnovnom metalu kao oksidne inkluzije povezani su sa stvaranjem troske tokom zavarivanja.
Efekti različitih elemenata su kumulativni, tako da prisustvo kiseonika može neutralizirati neke od efekata niskog sadržaja sumpora. Visoki nivoi aluminija mogu neutralizirati pozitivan efekat na prodiranje sumpora. Mangan isparava na temperaturi zavarivanja i taloži se u zoni zavarivanja pod uticajem toplote. Ovi depoziti mangana povezani su sa gubitkom otpornosti na koroziju. (Vidi Cohen, 1997). Industrija poluprovodnika trenutno eksperimentiše sa materijalima 316L sa niskim, pa čak i ultra niskim sadržajem mangana kako bi spriječila ovaj gubitak otpornosti na koroziju.
Stvaranje troske. Otoci troske se povremeno pojavljuju na perli nehrđajućeg čelika tokom nekih zagrijavanja. Ovo je inherentno problem materijala, ali ponekad promjene parametara zavarivanja mogu to smanjiti ili promjene u smjesi argona i vodika mogu poboljšati zavar. Pollard je otkrio da omjer aluminija i silicija u osnovnom metalu utječe na stvaranje troske. Kako bi se spriječilo stvaranje neželjene troske plakovitog tipa, preporučuje održavanje sadržaja aluminija na 0,010%, a sadržaja silicija na 0,5%. Međutim, kada je omjer Al/Si iznad ovog nivoa, može se formirati sferna troska, a ne plakovitog tipa. Ova vrsta troske može ostaviti rupe nakon elektropoliranja, što je neprihvatljivo za primjene visoke čistoće. Otoci troske koji se formiraju na vanjskom promjeru zavara mogu uzrokovati neravnomjerno prodiranje unutarnjeg prolaza i mogu rezultirati nedovoljnim prodiranjem. Otoci troske koji se formiraju na unutarnjem zavaru mogu biti podložni koroziji.
Jednostruko zavarivanje s pulsiranjem. Standardno automatsko orbitalno zavarivanje cijevi je jednostruko zavarivanje s pulsirajućom strujom i kontinuiranom konstantnom brzinom rotacije. Ova tehnika je pogodna za cijevi vanjskog promjera od 1/8″ do približno 7″ i debljine stijenke od 0,083″ i manje. Nakon vremenski određenog predpročišćavanja, dolazi do električnog luka. Prodiranje stijenke cijevi postiže se tokom vremenskog kašnjenja u kojem je prisutan električni luk, ali ne dolazi do rotacije. Nakon ovog rotacijskog kašnjenja, elektroda rotira oko zavarenog spoja dok se zavar ne spoji ili ne preklopi s početnim dijelom zavara tokom posljednjeg sloja zavarivanja. Kada je spoj završen, struja se smanjuje u vremenski određenom padu.
Stepenasti način rada („sinhronizovano“ zavarivanje). Za zavarivanje fuzijom materijala debljih stijenki, obično većih od 0,083 inča, izvor napajanja za zavarivanje fuzijom može se koristiti u sinhronom ili stepenastom načinu rada. U sinhronom ili stepenastom načinu rada, impuls struje zavarivanja je sinhronizovan sa hodom, tako da je rotor nepomičan radi maksimalne penetracije tokom impulsa visoke struje, a kreće se tokom impulsa niske struje. Sinhrone tehnike koriste duža vremena impulsa, reda veličine od 0,5 do 1,5 sekundi, u poređenju sa desetinom ili stotinom sekunde vremena impulsa za konvencionalno zavarivanje. Ova tehnika može efikasno zavariti cijevi tankih stijenki kalibra 40 debljine 0,154″ ili 6″ sa debljinom stijenke od 0,154″ ili 6″. Stepenasta tehnika proizvodi širi zavar, što ga čini otpornim na greške i korisnim za zavarivanje nepravilnih dijelova kao što su spojnice za cijevi gdje mogu postojati razlike u dimenzijskim tolerancijama, neka neusklađenost ili termička nekompatibilnost materijala. Ova vrsta zavarivanja zahtijeva približno dvostruko duže vrijeme luka od konvencionalnog zavarivanja i manje je pogodna za primjene ultra visoke čistoće (UHP) zbog šireg, hrapavijeg... šav.
Programabilne varijable. Trenutna generacija izvora napajanja za zavarivanje zasnovana je na mikroprocesorima i pohranjuje programe koji određuju numeričke vrijednosti parametara zavarivanja za određeni promjer (OD) i debljinu stijenke cijevi koja se zavaruje, uključujući vrijeme pročišćavanja, struju zavarivanja, brzinu kretanja (RPM), broj slojeva i vrijeme po sloju, vrijeme pulsiranja, vrijeme spuštanja itd. Za orbitalno zavarivanje cijevi s dodatkom dodatne žice, parametri programa uključivat će brzinu dodavanja žice, amplitudu oscilacija gorionika i vrijeme zadržavanja, AVC (kontrola napona luka za osiguravanje konstantnog luka) i uzlazni nagib. Za izvođenje zavarivanja topljenjem, instalirajte glavu za zavarivanje s odgovarajućom elektrodom i umetcima za stezanje cijevi na cijev i pozovite raspored ili program zavarivanja iz memorije izvora napajanja. Slijed zavarivanja pokreće se pritiskom na dugme ili tipku na membranskoj ploči i zavarivanje se nastavlja bez intervencije operatera.
Neprogramabilne varijable. Da bi se postigla konzistentno dobra kvaliteta zavara, parametri zavarivanja moraju se pažljivo kontrolirati. To se postiže tačnošću izvora napajanja za zavarivanje i programa zavarivanja, koji je skup instrukcija unesenih u izvor napajanja, a sastoji se od parametara zavarivanja, za zavarivanje određene veličine cijevi ili cijevi. Također mora postojati efikasan skup standarda zavarivanja, koji specificira kriterije prihvatljivosti zavarivanja i određeni sistem inspekcije i kontrole kvaliteta zavarivanja kako bi se osiguralo da zavarivanje ispunjava dogovorene standarde. Međutim, određeni faktori i postupci osim parametara zavarivanja također moraju biti pažljivo kontrolirani. Ovi faktori uključuju upotrebu dobre opreme za pripremu krajeva, dobre prakse čišćenja i rukovanja, dobre dimenzijske tolerancije cijevi ili drugih dijelova koji se zavaruju, konzistentnu vrstu i veličinu volframa, visoko pročišćene inertne plinove i pažljivu pažnju na varijacije materijala. - visoka temperatura.
Zahtjevi za pripremu za zavarivanje krajeva cijevi su kritičniji za orbitalno zavarivanje nego za ručno zavarivanje. Zavareni spojevi za orbitalno zavarivanje cijevi su obično kvadratni sučeoni spojevi. Da bi se postigla željena ponovljivost kod orbitalnog zavarivanja, potrebna je precizna, konzistentna i mašinski obrađena priprema krajeva. Budući da struja zavarivanja zavisi od debljine stijenke, krajevi moraju biti kvadratni, bez neravnina ili zakošenja na vanjskom ili unutarnjem promjeru (vanjskom ili unutarnjem promjeru), što bi rezultiralo različitim debljinama stijenke.
Krajevi cijevi moraju se spajati u glavi za zavarivanje tako da ne postoji primjetan razmak između krajeva kvadratnog sučeonog spoja. Iako se mogu postići zavareni spojevi s malim razmacima, kvalitet zavara može biti negativno pogođen. Što je razmak veći, veća je vjerovatnoća da će doći do problema. Loša montaža može rezultirati potpunim neuspjehom lemljenja. Pile za cijevi proizvođača George Fischer i drugi koje režu cijev i obrađuju krajeve cijevi u istoj operaciji, ili prenosivi tokarski strojevi za pripremu krajeva poput onih proizvođača Protem, Wachs i drugi, često se koriste za izradu glatkih orbitalnih zavara na krajevima pogodnih za obradu. Pile za cijepanje, ručne pile, tračne pile i rezači cijevi nisu prikladni za ovu svrhu.
Pored parametara zavarivanja koji unose snagu za zavarivanje, postoje i druge varijable koje mogu imati značajan uticaj na zavarivanje, ali nisu dio samog postupka zavarivanja. To uključuje vrstu i veličinu volframa, vrstu i čistoću gasa koji se koristi za zaštitu luka i pročišćavanje unutrašnjosti zavarenog spoja, brzinu protoka gasa koja se koristi za pročišćavanje, vrstu glave i korištenog izvora napajanja, konfiguraciju spoja i sve druge relevantne informacije. Ove varijable nazivamo "neprogramabilnim" i bilježimo ih u rasporedu zavarivanja. Na primjer, vrsta gasa se smatra bitnom varijablom u Specifikaciji postupka zavarivanja (WPS) kako bi postupci zavarivanja bili u skladu sa ASME Odjeljkom IX Kodeksa za kotlove i posude pod pritiskom. Promjene u vrsti gasa ili procentima mješavine gasova ili ukidanje pročišćavanja unutrašnjeg ugla zahtijevaju ponovnu validaciju postupka zavarivanja.
plin za zavarivanje. Nehrđajući čelik je otporan na oksidaciju atmosferskim kisikom na sobnoj temperaturi. Kada se zagrije do tačke topljenja (1530°C ili 2800°F za čisto željezo), lako oksidira. Inertni argon se najčešće koristi kao zaštitni plin i za čišćenje unutrašnjih zavarenih spojeva putem orbitalnog GTAW procesa. Čistoća plina u odnosu na kisik i vlagu određuje količinu promjene boje izazvane oksidacijom koja se javlja na ili blizu zavara nakon zavarivanja. Ako plin za čišćenje nije najvišeg kvaliteta ili ako sistem za čišćenje nije potpuno nepropusni, tako da mala količina zraka propušta u sistem za čišćenje, oksidacija može biti svijetlozelena ili plavkasta. Naravno, nikakvo čišćenje neće rezultirati hrskavom crnom površinom koja se obično naziva "zaslađena". Argon za zavarivanje koji se isporučuje u bocama je čist 99,996-99,997%, ovisno o dobavljaču, i sadrži 5-7 ppm kisika i drugih nečistoća, uključujući H2O, O2, CO2, ugljikovodike itd., ukupno maksimalno 40 ppm. Argon visoke čistoće u cilindru ili tečni argon u Dewarovoj posudi može biti 99,999% čist ili 10 ppm ukupnih nečistoća, s maksimalno 2 ppm kisika. NAPOMENA: Pročišćivači plina kao što su Nanochem ili Gatekeeper mogu se koristiti tokom pročišćavanja kako bi se smanjili nivoi kontaminacije na raspon dijelova na milijardu (ppb).
Mješoviti sastav. Smjese plinova kao što su 75% helija/25% argona i 95% argona/5% vodika mogu se koristiti kao zaštitni plinovi za posebne primjene. Dvije smjese proizvele su toplije zavare od onih urađenih pod istim postavkama programa kao argon. Smjese helija su posebno pogodne za maksimalno prodiranje fuzijskim zavarivanjem ugljičnog čelika. Konsultant iz industrije poluvodiča zagovara upotrebu smjesa argona/vodika kao zaštitnih plinova za UHP primjene. Smjese vodika imaju nekoliko prednosti, ali i neke ozbiljne nedostatke. Prednost je što stvaraju vlažniju lokvu i glatkiju površinu zavara, što je idealno za implementaciju sistema za dovod plina ultra visokog pritiska sa što glatkijom unutrašnjom površinom. Prisustvo vodika osigurava redukcijsku atmosferu, tako da ako su tragovi kisika prisutni u smjesi plinova, rezultirajući zavar će izgledati čistije s manje promjene boje nego slična koncentracija kisika u čistom argonu. Ovaj učinak je optimalan pri sadržaju vodika od oko 5%. Neki koriste smjesu argona/vodika 95/5% kao pročišćavanje unutrašnjeg zavara kako bi poboljšali izgled unutrašnjeg zavara.
Zavar koji koristi mješavinu vodika kao zaštitni plin je uži, osim što nehrđajući čelik ima vrlo nizak sadržaj sumpora i generira više topline u zavaru nego ista postavka struje s nemiješanim argonom. Značajan nedostatak mješavina argona/vodika je taj što je luk daleko manje stabilan od čistog argona i postoji tendencija da luk pomiče smjer, dovoljno ozbiljna da uzrokuje pogrešno spajanje. Pomicanje luka može nestati kada se koristi drugačiji izvor miješanog plina, što sugerira da ga može uzrokovati kontaminacija ili loše miješanje. Budući da toplina koju generira luk varira s koncentracijom vodika, konstantna koncentracija je neophodna za postizanje ponovljivih zavara, a postoje razlike u prethodno miješanom plinu u bocama. Drugi nedostatak je taj što se vijek trajanja volframa znatno skraćuje kada se koristi mješavina vodika. Iako razlog propadanja volframa iz miješanog plina nije utvrđen, prijavljeno je da je luk teži i da će volfram možda trebati zamijeniti nakon jednog ili dva zavara. Mješavine argona/vodika ne mogu se koristiti za zavarivanje ugljičnog čelika ili titana.
Karakteristična karakteristika TIG procesa je da ne troši elektrode. Volfram ima najvišu tačku topljenja od svih metala (6098°F; 3370°C) i dobar je emiter elektrona, što ga čini posebno pogodnim za upotrebu kao netrošljiva elektroda. Njegova svojstva se poboljšavaju dodavanjem 2% određenih rijetkih zemnih oksida kao što su cerij, lantan oksid ili torijum oksid kako bi se poboljšalo paljenje luka i stabilnost luka. Čisti volfram se rijetko koristi u GTAW zavarivanju zbog superiornih svojstava cerijum volframa, posebno za orbitalne GTAW primjene. Torijum volfram se koristi manje nego u prošlosti jer je donekle radioaktivan.
Elektrode sa poliranom završnom obradom su ujednačenije veličine. Glatka površina je uvijek poželjnija od hrapave ili nekonzistentne površine, jer je konzistentnost geometrije elektrode ključna za konzistentne i ujednačene rezultate zavarivanja. Elektroni emitovani iz vrha (DCEN) prenose toplotu sa vrha volframa na zavar. Finiji vrh omogućava održavanje vrlo visoke gustine struje, ali može rezultirati kraćim vijekom trajanja volframa. Za orbitalno zavarivanje važno je mehanički izbrusiti vrh elektrode kako bi se osigurala ponovljivost geometrije volframa i ponovljivost zavara. Tupi vrh prisiljava luk sa zavara na isto mjesto na volframu. Prečnik vrha kontroliše oblik luka i količinu prodiranja pri određenoj struji. Ugao konusa utiče na karakteristike struje/napona luka i mora se specificirati i kontrolisati. Dužina volframa je važna jer se poznata dužina volframa može koristiti za podešavanje zazora luka. Zazor luka za određenu vrijednost struje određuje napon, a time i snagu koja se primjenjuje na zavar.
Veličina elektrode i prečnik njenog vrha biraju se prema intenzitetu struje zavarivanja. Ako je struja previsoka za elektrodu ili njen vrh, može doći do gubitka metala s vrha, a korištenje elektroda s prečnikom vrha koji je prevelik za struju može uzrokovati pomicanje luka. Prečnike elektroda i vrha određujemo prema debljini stijenke zavarenog spoja i koristimo prečnik od 0,0625 za gotovo sve do debljine stijenke od 0,093″, osim ako upotreba nije namijenjena za upotrebu s elektrodama prečnika 0,040″ za zavarivanje malih preciznih komponenti. Za ponovljivost procesa zavarivanja, moraju se specificirati i kontrolirati vrsta i završna obrada volframa, dužina, ugao konusa, prečnik, prečnik vrha i električni razmak. Za primjene u zavarivanju cijevi, uvijek se preporučuje cerij volfram jer ova vrsta ima mnogo duži vijek trajanja od drugih vrsta i ima odlične karakteristike paljenja luka. Cerij volfram nije radioaktivan.
Za više informacija, molimo kontaktirajte Barbaru Henon, menadžericu za tehničke publikacije, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Telefon: 818-896-9556. Faks: 818-890-3724.