Anmerkung des Herausgebers: Pharmaceutical Online freut sich, diesen vierteiligen Artikel der Branchenexpertin Barbara Henon von Arc Machines über das Orbitalschweißen von Bioprozessrohren präsentieren zu können. Dieser Artikel ist eine Adaption von Dr. Henons Präsentation auf der ASME-Konferenz Ende letzten Jahres.
Verhindern Sie den Verlust der Korrosionsbeständigkeit. Hochreines Wasser wie DI oder WFI ist ein sehr aggressives Ätzmittel für Edelstahl. Darüber hinaus wird WFI in pharmazeutischer Qualität bei hohen Temperaturen (80 °C) zyklisch betrieben, um die Sterilität aufrechtzuerhalten. Es gibt einen subtilen Unterschied zwischen einer ausreichenden Senkung der Temperatur, um für das Produkt tödliche lebende Organismen zu unterstützen, und einer ausreichenden Erhöhung der Temperatur, um die „Rouge“-Produktion zu fördern. Rouge ist ein brauner Film unterschiedlicher Zusammensetzung, der durch Korrosion von Komponenten des Edelstahl-Rohrleitungssystems verursacht wird. Schmutz und Eisenoxide können die Hauptbestandteile sein, jedoch in unterschiedlicher Form Eisen, Chrom und Nickel können ebenfalls vorhanden sein. Das Vorhandensein von Rouge ist für einige Produkte tödlich und kann zu weiterer Korrosion führen, obwohl sein Vorhandensein in anderen Systemen recht harmlos zu sein scheint.
Schweißen kann die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigen. Heiße Farbe entsteht durch oxidierendes Material, das sich beim Schweißen auf Schweißnähten und HAZs ablagert, ist besonders schädlich und wird mit der Bildung von Rouge in pharmazeutischen Wassersystemen in Verbindung gebracht. Die Bildung von Chromoxid kann zu heißer Farbe führen und eine chromarme Schicht zurücklassen, die anfällig für Korrosion ist. Heiße Farbe kann durch Beizen und Schleifen entfernt werden, wobei Metall von der Oberfläche, einschließlich der darunter liegenden chromarmen Schicht, entfernt und die Korrosionsbeständigkeit wiederhergestellt wird Beizen und Schleifen wirken sich jedoch nachteilig auf die Oberflächenbeschaffenheit aus. Die Passivierung des Rohrleitungssystems mit Salpetersäure oder Chelatbildnerformulierungen wird durchgeführt, um die nachteiligen Auswirkungen des Schweißens und der Fertigung zu überwinden, bevor das Rohrleitungssystem in Betrieb genommen wird. Die Schneckenelektronenanalyse zeigte, dass die Chelatpassivierung die Oberflächenänderungen in der Verteilung von Sauerstoff, Chrom, Eisen, Nickel und Mangan, die in der Schweiß- und Wärmeeinflusszone aufgetreten sind, in den Zustand vor dem Schweißen zurückversetzen kann. Allerdings nur Passivierung wirkt sich auf die äußere Oberflächenschicht aus und dringt nicht unter 50 Angström ein, während die thermische Färbung 1000 Angström oder mehr unter die Oberfläche reichen kann.
Um korrosionsbeständige Rohrleitungssysteme in der Nähe von ungeschweißten Substraten zu installieren, ist es daher wichtig, zu versuchen, schweiß- und herstellungsbedingte Schäden auf ein Maß zu begrenzen, das durch Passivierung im Wesentlichen behoben werden kann. Dies erfordert die Verwendung eines Spülgases mit minimalem Sauerstoffgehalt und die Zufuhr zum Innendurchmesser der Schweißverbindung ohne Kontamination durch Luftsauerstoff oder Feuchtigkeit. Eine genaue Kontrolle der Wärmezufuhr und die Vermeidung von Überhitzung während des Schweißens ist ebenfalls wichtig, um einen Verlust der Korrosionsbeständigkeit zu verhindern. Die Steuerung des Herstellungsprozesses, um wiederholbare und gleichbleibend hochwertige Schweißnähte zu erzielen, sowie der sorgfältige Umgang mit Edelstahlrohren und -komponenten während der Herstellung zur Vermeidung von Kontaminationen sind wesentliche Voraussetzungen für ein hochwertiges Rohrleitungssystem, das Korrosion widersteht und einen langfristig produktiven Betrieb bietet.
Materialien, die in hochreinen biopharmazeutischen Edelstahl-Rohrleitungssystemen verwendet werden, haben im letzten Jahrzehnt eine Entwicklung in Richtung einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit durchlaufen. Vor 1980 wurde vor allem Edelstahl 304 verwendet, da er relativ kostengünstig war und eine Verbesserung gegenüber dem zuvor verwendeten Kupfer darstellte. Tatsächlich sind rostfreie Stähle der Serie 300 relativ leicht zu bearbeiten, können ohne übermäßigen Verlust ihrer Korrosionsbeständigkeit schmelzgeschweißt werden und erfordern keine besonderen Vorwärm- und Nachwärmebehandlungen.
In jüngster Zeit ist die Verwendung von Edelstahl 316 in hochreinen Rohrleitungsanwendungen auf dem Vormarsch. Typ 316 hat eine ähnliche Zusammensetzung wie Typ 304, aber zusätzlich zu den Chrom- und Nickellegierungselementen, die beiden gemeinsam sind, enthält 316 etwa 2 % Molybdän, was die Korrosionsbeständigkeit von 316 deutlich verbessert. Die Typen 304L und 316L, auch als „L“-Qualitäten bezeichnet, haben einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt als Standardqualitäten (0,0 35 % gegenüber 0,08 %). Diese Reduzierung des Kohlenstoffgehalts soll die Menge an Karbidausfällungen reduzieren, die beim Schweißen auftreten können. Dabei handelt es sich um die Bildung von Chromkarbid, das die Korngrenzen des Chromgrundmetalls verarmt und es anfällig für Korrosion macht. Die Bildung von Chromkarbid, „Sensibilisierung“ genannt, ist zeit- und temperaturabhängig und stellt beim Handlöten ein größeres Problem dar. Wir haben gezeigt, dass das Orbitalschweißen von superaustenitischem Edelstahl AL -6XN bietet korrosionsbeständigere Schweißnähte als ähnliche von Hand ausgeführte Schweißnähte. Dies liegt daran, dass das Orbitalschweißen eine präzise Steuerung von Stromstärke, Pulsation und Timing ermöglicht, was zu einer geringeren und gleichmäßigeren Wärmezufuhr als beim manuellen Schweißen führt. Beim Orbitalschweißen in Kombination mit den „L“-Sorten 304 und 316 wird die Karbidausfällung als Faktor bei der Entwicklung von Korrosion in Rohrleitungssystemen praktisch eliminiert.
Wärme-zu-Wärme-Variation von rostfreiem Stahl. Obwohl Schweißparameter und andere Faktoren innerhalb ziemlich enger Toleranzen gehalten werden können, gibt es immer noch Unterschiede in der Wärmezufuhr, die zum Schweißen von rostfreiem Stahl von Hitze zu Hitze erforderlich ist. Eine Schmelzenummer ist die Chargennummer, die einer bestimmten Edelstahlschmelze im Werk zugewiesen wird. Die genaue chemische Zusammensetzung jeder Charge wird zusammen mit der Chargenidentifikation oder der Chargennummer im Werksprüfbericht (MTR) aufgezeichnet. Reines Eisen schmilzt bei 1538 °C (2800 °F), während legierte Metalle innerhalb eines Temperaturbereichs schmelzen. abhängig von der Art und Konzentration der einzelnen Legierungen oder Spurenelemente. Da keine zwei Chargen von Edelstahl genau die gleiche Konzentration jedes Elements enthalten, variieren die Schweißeigenschaften von Ofen zu Ofen.
SEM von 316L-Rohr-Orbitalschweißnähten an AOD-Rohr (oben) und EBR-Material (unten) zeigten einen signifikanten Unterschied in der Glätte der Schweißnaht.
Während ein einzelner Schweißvorgang für die meisten Chargen mit ähnlichem Außendurchmesser und ähnlicher Wandstärke funktionieren kann, erfordern einige Chargen eine geringere Stromstärke und andere eine höhere Stromstärke als üblich. Aus diesem Grund muss die Erwärmung verschiedener Materialien auf der Baustelle sorgfältig überwacht werden, um potenzielle Probleme zu vermeiden. Oft erfordert eine neue Charge nur eine kleine Änderung der Stromstärke, um einen zufriedenstellenden Schweißvorgang zu erzielen.
Schwefelproblem.Elementarer Schwefel ist eine mit Eisenerz verbundene Verunreinigung, die während des Stahlherstellungsprozesses weitgehend entfernt wird.Edelstähle vom Typ AISI 304 und 316 sind mit einem maximalen Schwefelgehalt von 0,030 % spezifiziert.Mit der Entwicklung moderner Stahlveredelungsverfahren wie Argon-Sauerstoff-Entkohlung (AOD) und dualen Vakuumschmelzverfahren wie Vakuum-Induktionsschmelzen gefolgt von Vakuum-Lichtbogen-Umschmelzen (VIM+VAR) ist es möglich geworden, Stähle zu produzieren, die ganz besonders sind auf folgende Weise.ihre chemische Zusammensetzung.Es wurde festgestellt, dass sich die Eigenschaften des Schweißbades ändern, wenn der Schwefelgehalt des Stahls unter etwa 0,008 % liegt. Dies ist auf die Wirkung von Schwefel und in geringerem Maße auf andere Elemente auf den Temperaturkoeffizienten der Oberflächenspannung des Schweißbades zurückzuführen, der die Fließeigenschaften des Flüssigkeitsbades bestimmt.
Bei sehr niedrigen Schwefelkonzentrationen (0,001 % – 0,003 %) wird die Eindringtiefe der Schweißpfütze im Vergleich zu ähnlichen Schweißnähten an Materialien mit mittlerem Schwefelgehalt sehr groß. Schweißnähte an Edelstahlrohren mit niedrigem Schwefelgehalt weisen breitere Schweißnähte auf, während bei dickeren Wandrohren (0,065 Zoll oder 1,66 mm oder mehr) die Tendenz zum Aussparungsschweißen größer ist. Wenn der Schweißstrom ausreicht, um eine vollständig durchdrungene Schweißnaht zu erzeugen, wird dies schwieriger für Materialien mit sehr niedrigem Schwefelgehalt zum Schweißen, insbesondere bei dickeren Wänden. Am oberen Ende der Schwefelkonzentration in Edelstahl 304 oder 316 sieht die Schweißnaht tendenziell weniger flüssig aus und ist rauer als bei Materialien mit mittlerem Schwefelgehalt. Daher würde der ideale Schwefelgehalt für die Schweißbarkeit im Bereich von etwa 0,005 % bis 0,017 % liegen, wie in ASTM A270 S2 für Rohre in pharmazeutischer Qualität angegeben.
Hersteller von elektropolierten Edelstahlrohren haben festgestellt, dass selbst mäßige Schwefelgehalte in Edelstahl 316 oder 316L es schwierig machen, den Anforderungen ihrer Halbleiter- und Biopharmazeutikkunden nach glatten, grubenfreien Innenoberflächen gerecht zu werden. Der Einsatz von Rasterelektronenmikroskopie zur Überprüfung der Glätte der Rohroberfläche wird immer häufiger eingesetzt. Es hat sich gezeigt, dass Schwefel in unedlen Metallen nichtmetallische Einschlüsse oder Mangansulfid (MnS)-„Stränge“ bildet, die beim Elektropolieren entfernt werden und zurückbleiben Hohlräume im Bereich von 0,25–1,0 Mikrometern.
Hersteller und Lieferanten von elektropolierten Rohren treiben den Markt in Richtung der Verwendung von Materialien mit extrem niedrigem Schwefelgehalt, um ihre Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit zu erfüllen. Das Problem ist jedoch nicht auf elektropolierte Rohre beschränkt, da bei nicht elektropolierten Rohren die Einschlüsse während der Passivierung des Rohrleitungssystems entfernt werden. Es hat sich gezeigt, dass Hohlräume anfälliger für Lochfraß sind als glatte Oberflächenbereiche. Es gibt also einige triftige Gründe für den Trend zu schwefelarmen, „saubereren“ Materialien.
Lichtbogenablenkung. Zusätzlich zur Verbesserung der Schweißbarkeit von Edelstahl verbessert das Vorhandensein von etwas Schwefel auch die Bearbeitbarkeit. Aus diesem Grund tendieren Hersteller und Hersteller dazu, Materialien am oberen Ende des angegebenen Schwefelgehaltsbereichs zu wählen. Das Schweißen von Rohren mit sehr niedrigen Schwefelkonzentrationen an Armaturen, Ventile oder andere Rohre mit höherem Schwefelgehalt kann zu Schweißproblemen führen, da der Lichtbogen auf Rohre mit niedrigem Schwefelgehalt ausgerichtet wird. Bei der Lichtbogenablenkung wird die Eindringtiefe auf der Seite mit niedrigem Schwefelgehalt tiefer als auf der Seite mit hohem Schwefelgehalt Dies ist das Gegenteil von dem, was beim Schweißen von Rohren mit entsprechenden Schwefelkonzentrationen geschieht. In extremen Fällen kann die Schweißraupe das schwefelarme Material vollständig durchdringen und das Innere der Schweißnaht völlig ungeschmolzen lassen (Fihey und Simeneau, 1982). Um den Schwefelgehalt der Fittings an den Schwefelgehalt des Rohrs anzupassen, hat die Carpenter Steel Division der Carpenter Technology Corporation aus Pennsylvania ein 316-Stab-Material mit niedrigem Schwefelgehalt (max. 0,005 %) (Typ 316L) eingeführt. SCQ) (VIM+VAR) ) für die Herstellung von Armaturen und anderen Komponenten, die an Rohre mit niedrigem Schwefelgehalt geschweißt werden sollen. Das Zusammenschweißen zweier Materialien mit sehr niedrigem Schwefelgehalt ist viel einfacher als das Schweißen eines Materials mit sehr niedrigem Schwefelgehalt an ein Material mit höherem Schwefelgehalt.
Die Umstellung auf die Verwendung von Rohren mit niedrigem Schwefelgehalt ist größtenteils auf die Notwendigkeit zurückzuführen, glatte elektropolierte Innenrohroberflächen zu erhalten. Während Oberflächenbeschaffenheit und Elektropolieren sowohl für die Halbleiterindustrie als auch für die Biotechnologie-/Pharmaindustrie wichtig sind, hat SEMI bei der Erstellung der Spezifikation für die Halbleiterindustrie festgelegt, dass 316L-Rohre für Prozessgasleitungen für eine optimale Leistung eine Schwefelkappe von 0,004 % haben müssen Schwefelgehalt auf einen Bereich von 0,005 bis 0,017 % einstellen. Dies sollte zu weniger Schweißschwierigkeiten im Vergleich zu Schwefel mit niedrigerem Bereich führen. Es ist jedoch zu beachten, dass selbst innerhalb dieses begrenzten Bereichs beim Schweißen von Rohren mit niedrigem Schwefelgehalt an Rohre oder Formstücke mit hohem Schwefelgehalt immer noch eine Lichtbogenablenkung auftreten kann, und Installateure sollten die Erwärmung des Materials sorgfältig überwachen und vor der Herstellung die Lötkompatibilität zwischen den Erwärmungen überprüfen.Herstellung von Schweißnähten.
andere Spurenelemente. Es wurde festgestellt, dass Spurenelemente wie Schwefel, Sauerstoff, Aluminium, Silizium und Mangan die Penetration beeinflussen. Spuren von Aluminium, Silizium, Kalzium, Titan und Chrom im Grundmetall als Oxideinschlüsse stehen im Zusammenhang mit der Schlackenbildung beim Schweißen.
Die Auswirkungen der verschiedenen Elemente sind kumulativ, sodass das Vorhandensein von Sauerstoff einige der niedrigen Schwefelffekte ausgleichen kann. Hochwertige Aluminiumspiegel können der positiven Wirkung auf die Schwefeldurchdringung entgegenwirken. Ganese und sogar ultra-niedrige Mangan 316L-Materialien, um diesen Verlust der Korrosionsbeständigkeit zu verhindern.
Schlackenbildung. Bei einigen Schmelzen treten gelegentlich Schlackeninseln auf der Edelstahlraupe auf. Dies ist von Natur aus ein Materialproblem, aber manchmal können Änderungen der Schweißparameter dies minimieren oder Änderungen im Argon/Wasserstoff-Gemisch können die Schweißung verbessern. Pollard hat herausgefunden, dass das Verhältnis von Aluminium zu Silizium im Grundmetall die Schlackenbildung beeinflusst. Um die Bildung unerwünschter Schlacke vom Plaque-Typ zu verhindern, empfiehlt er, den Aluminiumgehalt bei 0,010 % und den Siliziumgehalt bei 0,5 % zu halten. Wenn jedoch Al/Si Liegt das Verhältnis über diesem Wert, kann es zur Bildung von kugelförmiger Schlacke anstelle von Plaque kommen. Diese Art von Schlacke kann nach dem Elektropolieren Grübchen hinterlassen, was für hochreine Anwendungen nicht akzeptabel ist. Schlackeninseln, die sich am Außendurchmesser der Schweißnaht bilden, können zu einer ungleichmäßigen Durchdringung des Innendurchgangs führen und zu einer unzureichenden Durchdringung führen. Die Schlackeninseln, die sich an der Innenschweißraupe bilden, können anfällig für Korrosion sein.
Einzeldurchgangsschweißen mit Pulsation. Das standardmäßige automatische Orbitalrohrschweißen ist ein Einzeldurchgangsschweißen mit gepulstem Strom und kontinuierlicher Rotation mit konstanter Geschwindigkeit. Diese Technik eignet sich für Rohre mit Außendurchmessern von 1/8″ bis etwa 7″ und Wandstärken von 0,083″ und darunter. Nach einer zeitgesteuerten Vorspülung kommt es zu Lichtbogenbildung. Das Eindringen in die Rohrwand erfolgt während einer zeitgesteuerten Verzögerung, in der Lichtbogenbildung vorhanden ist, aber keine Rotation auftritt. Nach dieser Rotationsverzögerung dreht sich die Elektrode um die Schweißverbindung, bis die Schweißnaht den Anfangsabschnitt der Schweißnaht während der letzten Schweißschicht verbindet oder überlappt. Wenn die Verbindung abgeschlossen ist, lässt der Strom in einem zeitgesteuerten Abfall nach.
Schrittmodus („synchronisiertes“ Schweißen). Zum Schmelzschweißen dickwandiger Materialien, typischerweise größer als 0,083 Zoll, kann die Schmelzschweißstromquelle im Synchron- oder Schrittmodus verwendet werden. Im Synchron- oder Schrittmodus ist der Schweißstromimpuls mit dem Hub synchronisiert, sodass der Rotor für eine maximale Eindringung bei Hochstromimpulsen stationär ist und sich bei Niedrigstromimpulsen bewegt. Bei Synchrontechniken werden längere Impulszeiten in der Größenordnung von 0,5 bis 1,5 Sekunden im Vergleich zum Zehntel oder Hundertstel verwendet eine zweite Impulszeit für herkömmliches Schweißen. Mit dieser Technik können 0,154″ oder 6″ dicke 40 Gauge 40 dünnwandige Rohre mit 0,154″ oder 6″ Wandstärke effektiv geschweißt werden. Die Stufentechnik erzeugt eine breitere Schweißnaht, wodurch sie fehlertolerant und hilfreich beim Schweißen unregelmäßiger Teile wie Rohrverbindungsstücke an Rohre ist, bei denen es Unterschiede in den Maßtoleranzen, einige Fehlausrichtungen oder thermische Inkompatibilitäten des Materials geben kann. Diese Art des Schweißens erfordert ungefähr die doppelte Lichtbogenzeit als herkömmliches Schweißen und ist kürzer Aufgrund der breiteren, raueren Naht für Ultrahochreinheitsanwendungen (UHP) geeignet.
Programmierbare Variablen. Die aktuelle Generation von Schweißstromquellen basiert auf Mikroprozessoren und speichert Programme, die numerische Werte für Schweißparameter für einen bestimmten Durchmesser (OD) und eine Wandstärke des zu schweißenden Rohrs angeben, einschließlich Spülzeit, Schweißstrom, Verfahrgeschwindigkeit (U/min), Anzahl der Schichten und Zeit pro Schicht, Impulszeit, Abwärtszeit usw. Bei Orbitalrohrschweißungen mit hinzugefügtem Zusatzdraht umfassen die Programmparameter Drahtvorschubgeschwindigkeit, Brenneroszillationsamplitude und Verweilzeit sowie AVC (Lichtbogenspannungsregelung zur Bereitstellung eines konstanten Lichtbogens). Um das Schmelzschweißen durchzuführen, installieren Sie den Schweißkopf mit den entsprechenden Elektroden- und Rohrklemmeneinsätzen am Rohr und rufen Sie den Schweißplan oder das Schweißprogramm aus dem Speicher der Stromquelle ab. Die Schweißsequenz wird durch Drücken einer Taste oder einer Membrantastentaste eingeleitet und das Schweißen wird ohne Eingreifen des Bedieners fortgesetzt.
Nicht programmierbare Variablen. Um eine gleichbleibend gute Schweißqualität zu erzielen, müssen die Schweißparameter sorgfältig kontrolliert werden. Dies wird durch die Genauigkeit der Schweißstromquelle und des Schweißprogramms erreicht, bei dem es sich um eine Reihe von in die Stromquelle eingegebenen Anweisungen handelt, die aus Schweißparametern bestehen, um eine bestimmte Rohr- oder Rohrgröße zu schweißen Gute Endvorbereitungsausrüstung, gute Reinigungs- und Handhabungspraktiken, gute Maßtoleranzen von Rohren oder anderen zu schweißenden Teilen, einheitliche Wolframart und -größe, hochreine Inertgase und sorgfältige Beachtung von Materialschwankungen. – hohe Temperatur.
Die Vorbereitungsanforderungen für das Rohrendenschweißen sind beim Orbitalschweißen kritischer als beim Handschweißen. Schweißverbindungen für das Orbitalrohrschweißen sind normalerweise quadratische Stumpfverbindungen. Um die beim Orbitalschweißen gewünschte Wiederholbarkeit zu erreichen, ist eine präzise, ​​gleichmäßige, maschinell bearbeitete Endvorbereitung erforderlich. Da der Schweißstrom von der Wandstärke abhängt, müssen die Enden quadratisch sein und dürfen keine Grate oder Abschrägungen am Außen- oder Innendurchmesser (OD oder ID) aufweisen, was zu unterschiedlichen Wandstärken führen würde.
Die Rohrenden müssen im Schweißkopf so zusammenpassen, dass zwischen den Enden der quadratischen Stoßverbindung kein merklicher Spalt entsteht. Obwohl Schweißverbindungen mit kleinen Abständen hergestellt werden können, kann sich die Schweißqualität negativ auswirken um orbitale Schweißnähte an glatten Enden herzustellen, die für die Bearbeitung geeignet sind. Kappsägen, Bügelsägen, Bandsägen und Rohrschneider sind für diesen Zweck nicht geeignet.
Zusätzlich zu den Schweißparametern, die die Energie zum Schweißen aufbringen, gibt es noch andere Variablen, die einen tiefgreifenden Einfluss auf das Schweißen haben können, aber nicht Teil des eigentlichen Schweißvorgangs sind. Dazu gehören die Art und Größe des Wolframs, die Art und Reinheit des Gases, das zur Abschirmung des Lichtbogens und zum Spülen des Inneren der Schweißverbindung verwendet wird, die zum Spülen verwendete Gasströmungsrate, der Typ des verwendeten Kopfs und der verwendeten Stromquelle, die Konfiguration der Verbindung und alle anderen relevanten Informationen. Wir nennen diese „nicht programmierbaren“ Variablen und zeichnen sie im Schweißplan auf. Beispielsweise den Typ Die Menge an Gas gilt in der Schweißverfahrensspezifikation (WPS) als wesentliche Variable für Schweißverfahren zur Einhaltung des ASME Abschnitt IX Kessel- und Druckbehältercodes. Änderungen der Gasart oder der Gasmischungsprozentsätze oder die Abschaffung der ID-Spülung erfordern eine erneute Validierung des Schweißverfahrens.
Schweißgas.Edelstahl ist bei Raumtemperatur beständig gegen Luftsauerstoffoxidation. Wenn er auf seinen Schmelzpunkt (1530 °C oder 2800 °F für reines Eisen) erhitzt wird, oxidiert er leicht. Inertes Argon wird am häufigsten als Schutzgas und zum Spülen interner Schweißverbindungen durch das orbitale GTAW-Verfahren verwendet. Die Reinheit des Gases im Verhältnis zu Sauerstoff und Feuchtigkeit bestimmt das Ausmaß der durch Oxidation verursachten Verfärbung, die nach dem Schweißen an oder in der Nähe der Schweißnaht auftritt. Wenn das Spülgas nicht vorhanden ist von höchster Qualität oder wenn das Spülsystem nicht völlig leckagefrei ist, so dass eine kleine Menge Luft in das Spülsystem eindringt, kann die Oxidation leicht blaugrün oder bläulich sein. Selbstverständlich führt keine Reinigung zu einer krustigen schwarzen Oberfläche, die gemeinhin als „gesüßt“ bezeichnet wird. Das in Flaschen gelieferte Schweißargon ist je nach Lieferant zu 99,996–99,997 % rein und enthält 5–7 ppm Sauerstoff und andere Verunreinigungen, einschließlich H2O, O2, CO2 , Kohlenwasserstoffe usw., insgesamt maximal 40 ppm. Hochreines Argon in einer Flasche oder flüssiges Argon in einem Dewar-Gefäß kann 99,999 % rein sein oder 10 ppm Gesamtverunreinigungen aufweisen, mit einem Maximum von 2 ppm Sauerstoff. HINWEIS: Gasreiniger wie Nanochem oder Gatekeeper können während der Spülung verwendet werden, um die Kontaminationswerte auf den Bereich von Teilen pro Milliarde (ppb) zu reduzieren.
gemischte Zusammensetzung. Gasmischungen wie 75 % Helium/25 % Argon und 95 % Argon/5 % Wasserstoff können als Schutzgase für spezielle Anwendungen verwendet werden. Die beiden Mischungen erzeugten heißere Schweißnähte als solche, die mit den gleichen Programmeinstellungen wie Argon hergestellt wurden Der Vorteil besteht darin, dass eine feuchtere Schweißnaht und eine glattere Schweißoberfläche entsteht, was sich ideal für die Implementierung von Ultrahochdruck-Gaszufuhrsystemen mit möglichst glatter Innenfläche eignet. Das Vorhandensein von Wasserstoff sorgt für eine reduzierende Atmosphäre. Wenn also Spuren von Sauerstoff in der Gasmischung vorhanden sind, sieht die resultierende Schweißnaht sauberer und weniger verfärbt aus als bei einer ähnlichen Sauerstoffkonzentration in reinem Argon. Dieser Effekt ist bei etwa 5 % Wasserstoffgehalt optimal. Einige verwenden eine 95/5 % Argon/Wasserstoff-Mischung als ID-Spülung, um das Aussehen der inneren Schweißnaht zu verbessern .
Die Schweißkügelchen unter Verwendung eines Wasserstoffmischs als Abschirmgas ist enger, außer dass der Edelstahl einen sehr geringen Schwefelgehalt aufweist und mehr Wärme in der Schweißnaht erzeugt als die gleiche aktuelle Umgebung mit ungemischtem Argon. Ein signifikanter Nachteil von Argon/Wasserstoffmischung besteht Wird verwendet, was darauf hindeutet, dass es durch Kontamination oder schlechte Mischung verursacht werden kann. Da die durch den Bogen erzeugte Wärme mit der Wasserstoffkonzentration variiert, ist eine konstante Konzentration wichtig, um wiederholbare Schweißnähte zu erreichen, und es gibt Unterschiede in vorgemischter Flaschengas. Ein weiterer Nachteil. Dass der Bogen schwieriger ist und der Wolfram nach ein oder zwei Schweißnähten ersetzt werden muss.
Ein besonderes Merkmal des WIG-Verfahrens ist, dass es keine Elektroden verbraucht. Wolfram hat den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle (6098 °F; 3370 °C) und ist ein guter Elektronenemitter, wodurch es sich besonders für die Verwendung als nicht verbrauchbare Elektrode eignet. Seine Eigenschaften werden durch die Zugabe von 2 % bestimmter Seltenerdoxide wie Ceroxid, Lanthanoxid oder Thoriumoxid verbessert, um den Lichtbogenstart und die Lichtbogenstabilität zu verbessern. Reines Wolfram wird beim GTAW selten verwendet aufgrund der überlegenen Eigenschaften von Cerwolfram, insbesondere für orbitale GTAW-Anwendungen. Thoriumwolfram wird weniger als in der Vergangenheit verwendet, da es etwas radioaktiv ist.
Elektroden mit polierter Oberfläche haben eine gleichmäßigere Größe. Eine glatte Oberfläche ist immer einer rauen oder inkonsistenten Oberfläche vorzuziehen, da die Konsistenz der Elektrodengeometrie für konsistente, gleichmäßige Schweißergebnisse entscheidend ist. Von der Spitze emittierte Elektronen (DCEN) übertragen Wärme von der Wolframspitze auf die Schweißnaht. Eine feinere Spitze ermöglicht es, die Stromdichte sehr hoch zu halten, kann jedoch zu einer kürzeren Wolframlebensdauer führen. Beim Orbitalschweißen ist es wichtig, die Elektrodenspitze mechanisch zu schleifen, um die Wiederholbarkeit der Wolframgeometrie und der Schweißnaht sicherzustellen Wiederholbarkeit. Die stumpfe Spitze zwingt den Lichtbogen von der Schweißnaht zur gleichen Stelle auf dem Wolfram. Der Spitzendurchmesser steuert die Form des Lichtbogens und das Ausmaß der Eindringung bei einem bestimmten Strom. Der Verjüngungswinkel beeinflusst die Strom-/Spannungseigenschaften des Lichtbogens und muss spezifiziert und kontrolliert werden. Die Länge des Wolframs ist wichtig, da eine bekannte Länge des Wolframs zum Einstellen der Lichtbogenstrecke verwendet werden kann. Die Lichtbogenstrecke für einen bestimmten Stromwert bestimmt die Spannung und damit die an die Schweißnaht angelegte Leistung.
Die Elektrodengröße und ihr Spitzendurchmesser werden entsprechend der Schweißstromstärke ausgewählt. Wenn der Strom für die Elektrode oder ihre Spitze zu hoch ist, kann es zu Metallverlusten an der Spitze kommen, und die Verwendung von Elektroden mit einem für den Strom zu großen Spitzendurchmesser kann zu Lichtbogendrift führen. Wir geben die Elektroden- und Spitzendurchmesser anhand der Wandstärke der Schweißverbindung an und verwenden für fast alles bis zu einer Wandstärke von 0,093″ den Durchmesser 0,0625, es sei denn, die Verwendung ist für die Verwendung mit Elektroden mit 0,040″ Durchmesser zum Schweißen vorgesehen kleine Präzisionskomponenten. Für die Wiederholbarkeit des Schweißprozesses müssen Wolframtyp und -oberfläche, Länge, Kegelwinkel, Durchmesser, Spitzendurchmesser und Lichtbogenspalt spezifiziert und kontrolliert werden. Für Rohrschweißanwendungen wird immer Cerwolfram empfohlen, da dieser Typ eine viel längere Lebensdauer als andere Typen hat und hervorragende Lichtbogenzündeigenschaften aufweist. Cerwolfram ist nicht radioaktiv.
Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Barbara Henon, Technical Publications Manager, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Telefon: 818-896-9556. Fax: 818-890-3724.