Toimittajan huomautus: Pharmaceutical Online esittelee mielellään tämän neliosaisen artikkelin bioprosessiputkistojen orbitaalihitsauksesta. Artikkeli on kirjoittanut alan asiantuntija Barbara Henon Arc Machinesista. Artikkeli on mukautettu Dr. Henonin esityksestä ASME-konferenssissa viime vuoden lopulla.
Estä korroosionkestävyyden menetys. Erittäin puhdas vesi, kuten DI tai WFI, on erittäin aggressiivinen syövytysaine ruostumattomalle teräkselle. Lisäksi farmaseuttista laatua olevaa WFI:tä kierrätetään korkeassa lämpötilassa (80 °C) steriiliyden ylläpitämiseksi. Lämpötilan alentamisen ja tuotteelle tappavien elävien organismien tukemisen välillä on hienoinen ero sen välillä, nostetaanko lämpötilaa riittävästi "punaisen" tuotannon edistämiseksi. Rouge on koostumukseltaan vaihteleva ruskea kalvo, jonka aiheuttaa ruostumattomasta teräksestä valmistettujen putkistojärjestelmien osien korroosio. Lika ja rautaoksidit voivat olla pääkomponentteja, mutta läsnä voi olla myös erilaisia ​​raudan, kromin ja nikkelin muotoja. Rougen läsnäolo on tappavaa joillekin tuotteille ja sen läsnäolo voi johtaa lisäkorroosioon, vaikka sen läsnäolo muissa järjestelmissä näyttää olevan melko vaaratonta.
Hitsaus voi vaikuttaa haitallisesti korroosionkestävyyteen. Kuuma väri on seurausta hapettuvasta materiaalista, joka kerrostuu hitsauksiin ja HAZ-alueille hitsauksen aikana. Se on erityisen haitallista ja liittyy punavärin muodostumiseen lääketeollisuuden vesijärjestelmissä. Kromioksidin muodostuminen voi aiheuttaa kuuman sävyn, joka jättää jälkeensä kromiköyhän kerroksen, joka on altis korroosiolle. Kuuma väri voidaan poistaa peittaamalla ja hiomalla, jolloin metallia poistetaan pinnalta, mukaan lukien alla oleva kromiköyhä kerros, ja korroosionkestävyys palautetaan lähelle perusmetallin tasoa. Peittaus ja hiominen ovat kuitenkin haitallisia pinnan viimeistelylle. Putkistojärjestelmän passivointi typpihapolla tai kelaatinmuodostajilla tehdään hitsauksen ja valmistuksen haitallisten vaikutusten voittamiseksi ennen putkiston käyttöönottoa. Auger-elektronianalyysi osoitti, että kelaatiopassivointi voi palauttaa hitsauksessa ja lämpövaikutusalueella tapahtuneet hapen, kromin, raudan, nikkelin ja mangaanin jakautumisen muutokset hitsausta edeltävään tilaan. Passivointi vaikuttaa kuitenkin vain ulkopintakerrokseen eikä tunkeudu alle 50 Å:n, kun taas lämpövärjäytyminen voi ulottua 1000 Å:n tai enemmän pinnan alapuolelle. pinta.
Siksi korroosionkestävien putkijärjestelmien asentamiseksi lähelle hitsaamattomia alustoja on tärkeää pyrkiä rajoittamaan hitsauksen ja valmistuksen aiheuttamat vauriot tasoille, jotka voidaan olennaisesti korjata passivoinnin avulla. Tämä edellyttää mahdollisimman pienen happipitoisuuden omaavan puhdistuskaasun käyttöä ja sen toimittamista hitsausliitoksen sisähalkaisijaan ilman ilmakehän hapella tai kosteudella tapahtuvaa kontaminaatiota. Lämmöntuonnin tarkka hallinta ja ylikuumenemisen välttäminen hitsauksen aikana on myös tärkeää korroosionkestävyyden heikkenemisen estämiseksi. Valmistusprosessin hallinta toistettavien ja tasalaatuisten korkealaatuisten hitsien saavuttamiseksi sekä ruostumattomasta teräksestä valmistettujen putkien ja komponenttien huolellinen käsittely valmistuksen aikana kontaminaation estämiseksi ovat olennaisia ​​vaatimuksia korkealaatuiselle putkistojärjestelmälle, joka kestää korroosiota ja tarjoaa pitkäaikaisen tuottavan käyttökokemuksen.
Korkean puhtauden biolääketieteellisissä ruostumattomasta teräksestä valmistetuissa putkistoissa käytetyt materiaalit ovat kehittyneet kohti parempaa korroosionkestävyyttä viimeisen vuosikymmenen aikana. Ennen vuotta 1980 käytetyistä ruostumattomista teräksistä suurin osa oli 304-terästä, koska se oli suhteellisen edullista ja parannusta aiemmin käytettyyn kupariin verrattuna. Itse asiassa 300-sarjan ruostumattomat teräkset ovat suhteellisen helppoja työstää, niitä voidaan hitsata hitsauksella ilman, että niiden korroosionkestävyys heikkenee kohtuuttomasti, eivätkä ne vaadi erityisiä esilämmitys- ja jälkilämpökäsittelyjä.
Viime aikoina 316-ruostumattoman teräksen käyttö erittäin puhtaissa putkistojen sovelluksissa on lisääntynyt. Tyyppi 316 on koostumukseltaan samanlainen kuin tyyppi 304, mutta molemmille yhteisten kromi- ja nikkeliseosten lisäksi 316 sisältää noin 2 % molybdeeniä, mikä parantaa merkittävästi 316:n korroosionkestävyyttä. Tyypeillä 304L ja 316L, joita kutsutaan "L"-laaduiksi, on alhaisempi hiilipitoisuus kuin vakiolaaduilla (0,035 % vs. 0,08 %). Tämän hiilipitoisuuden vähenemisen tarkoituksena on vähentää hitsauksessa mahdollisesti esiintyvän karbidisaostumisen määrää. Kyseessä on kromikarbidin muodostuminen, joka heikentää kromiperusmetallin raerajoja tehden siitä alttiin korroosiolle. Kromikarbidin muodostuminen, jota kutsutaan "herkistymiseksi", on ajasta ja lämpötilasta riippuvainen ja on suurempi ongelma käsin juotettaessa. Olemme osoittaneet, että superausteniittisen ruostumattoman teräksen AL-6XN orbitaalihitsaus tarjoaa korroosionkestävämpiä hitsejä kuin vastaavat käsin tehdyt hitsit. Tämä johtuu siitä, että orbitaalihitsaus tarjoaa tarkan virran, pulssin ja... ajoitus, mikä johtaa pienempään ja tasaisempaan lämmöntuontiin kuin käsinhitsauksessa. Orbitaalihitsaus yhdessä L-luokkien 304 ja 316 kanssa poistaa käytännössä karbidin saostumisen putkistojen korroosion kehittymiseen vaikuttavana tekijänä.
Ruostumattoman teräksen lämpötilojen vaihtelu. Vaikka hitsausparametrit ja muut tekijät voidaan pitää melko tiukoissa toleranssirajoissa, ruostumattoman teräksen hitsaukseen tarvittavassa lämmöntuonnissa on silti eroja eri lämpötilojen välillä. Lämpönumero on eränumero, joka on annettu tietylle ruostumattoman teräksen sulatteelle tehtaalla. Kunkin erän tarkka kemiallinen koostumus kirjataan tehtaan testiraporttiin (MTR) erätunnisteen tai lämpönumeron kanssa. Puhdas rauta sulaa 1538 °C:ssa (2800 °F), kun taas seosmetallit sulavat tietyllä lämpötila-alueella riippuen kunkin seoksen tai hivenaineen tyypistä ja pitoisuudesta. Koska kahdessa ruostumattoman teräksen lämpöluokassa ei ole täsmälleen samaa pitoisuutta kutakin alkuainetta, hitsausominaisuudet vaihtelevat uunista toiseen.
316L-putken orbitaalihitsausten SEM-kuvauksessa AOD-putkella (ylhäällä) ja EBR-materiaalilla (alhaalla) havaittiin merkittävä ero hitsauspalon sileydessä.
Vaikka yksi hitsausmenetelmä voi toimia useimmille lämpökäsittelyille, joilla on samanlainen ulkohalkaisija ja seinämän paksuus, jotkin lämpökäsittelyt vaativat pienemmän ja toiset suuremman virran kuin tyypillinen. Tästä syystä eri materiaalien kuumennusta työmaalla on seurattava huolellisesti mahdollisten ongelmien välttämiseksi. Usein uusi lämpökäsittely vaatii vain pienen muutoksen virranvoimakkuudessa tyydyttävän hitsausmenetelmän saavuttamiseksi.
Rikkiongelma. Alkuainerikki on rautamalmiin liittyvä epäpuhtaus, joka poistetaan suurelta osin teräksenvalmistusprosessissa. AISI Type 304 ja 316 -ruostumattomien terästen enimmäisrikkipitoisuus on 0,030 %. Nykyaikaisten teräksenjalostusprosessien, kuten argonhappihiilenpoiston (AOD) ja kaksoistyhjiösulatusmenetelmien, kuten tyhjiöinduktiosulatuksen ja sitä seuraavan tyhjiökaarisulatuksen (VIM+VAR), kehittymisen myötä on tullut mahdolliseksi valmistaa teräksiä, jotka ovat hyvin erityisiä seuraavilla tavoilla: niiden kemiallinen koostumus. On havaittu, että hitsaussulan ominaisuudet muuttuvat, kun teräksen rikkipitoisuus on alle noin 0,008 %. Tämä johtuu rikin ja vähäisemmässä määrin muiden alkuaineiden vaikutuksesta hitsaussulan pintajännityksen lämpötilakertoimeen, joka määrittää nestesulan virtausominaisuudet.
Hyvin alhaisilla rikkipitoisuuksilla (0,001–0,003 %) hitsaussulan tunkeuma on hyvin leveä verrattuna vastaaviin keskirikkipitoisille materiaaleille tehtyihin hitseihin. Vähärikkisille ruostumattomille teräksille tehdyissä hitsissä on leveämmät hitsit, kun taas paksuseinäisissä putkissa (0,065 tuumaa eli 1,66 mm tai enemmän) on suurempi taipumus tehdä uppohitsauksia. Kun hitsausvirta on riittävä täysin tunkeutuneen hitsin tuottamiseen, tämä tekee erittäin vähärikkisten materiaalien hitsauksesta vaikeampaa, erityisesti paksuseinäisten. Rikkipitoisuuden yläpäässä 304- tai 316-ruostumattomassa teräksessä hitsauspalko on yleensä vähemmän juokseva ja karkeampi kuin keskirikkisille materiaaleille. Siksi hitsattavuuden kannalta ihanteellinen rikkipitoisuus olisi noin 0,005–0,017 %, kuten ASTM A270 S2 -standardissa farmaseuttisen laadun putkille on määritelty.
Sähkökiillotettujen ruostumattomien teräsputkien valmistajat ovat huomanneet, että jopa kohtuulliset rikkipitoisuudet 316- tai 316L-laaduisissa ruostumattomissa teräksissä vaikeuttavat puolijohde- ja biolääketeollisuuden asiakkaiden tarpeiden täyttämistä sileiden ja syöpymättömien sisäpintojen osalta. Pyyhkäisyelektronimikroskopian käyttö putken pinnan sileyden varmistamiseksi on yhä yleisempää. Perusmetallien rikin on osoitettu muodostavan ei-metallisia sulkeumia tai mangaanisulfidi (MnS) -"jänteitä", jotka poistuvat sähkökiillotuksen aikana ja jättävät 0,25–1,0 mikronin kokoisia tyhjiä kohtia.
Sähkökiillotettujen putkien valmistajat ja toimittajat ajavat markkinoita kohti erittäin vähärikkisten materiaalien käyttöä pinnanlaatuvaatimusten täyttämiseksi. Ongelma ei kuitenkaan rajoitu sähkökiillotettuihin putkiin, sillä ei-sähkökiillotetuissa putkissa sulkeumat poistetaan putkiston passivoinnin aikana. Tyhjien tilojen on osoitettu olevan alttiimpia pistekorroosiolle kuin sileiden pintojen. Vähärikkisten, "puhtaampien" materiaalien suosiolle on siis joitakin päteviä syitä.
Valokaaren taipuma. Ruostumattoman teräksen hitsattavuuden parantamisen lisäksi rikin läsnäolo parantaa myös lastuttavuutta. Tämän seurauksena valmistajat ja valmistajat valitsevat yleensä materiaaleja määritellyn rikkipitoisuusalueen yläpäästä. Hyvin alhaisen rikkipitoisuuden omaavien putkien hitsaus liittimiin, venttiileihin tai muihin korkeamman rikkipitoisuuden omaaviin putkiin voi aiheuttaa hitsausongelmia, koska valokaari on taipuvainen kohti alhaisen rikkipitoisuuden omaavia putkia. Kun valokaaren taipuma tapahtuu, tunkeuma syvenee alhaisen rikkipitoisuuden puolella kuin korkean rikkipitoisuuden puolella, mikä on päinvastoin kuin hitsattaessa putkia, joilla on vastaavat rikkipitoisuudet. Äärimmäisissä tapauksissa hitsauspalko voi tunkeutua kokonaan alhaisen rikkipitoisuuden omaavaan materiaaliin ja jättää hitsin sisäpuolen täysin sulamattomaksi (Fihey ja Simeneau, 1982). Jotta liittimien rikkipitoisuus vastaisi putken rikkipitoisuutta, Carpenter Technology Corporationin Carpenter Steel Division of Pennsylvania on ottanut käyttöön alhaisen rikkipitoisuuden (enintään 0,005 %) 316-tangon materiaalin (tyyppi 316L-SCQ) (VIM+VAR) ) putkien valmistukseen. liittimet ja muut komponentit, jotka on tarkoitettu hitsattavaksi vähärikkisiin putkiin. Kahden erittäin vähärikkisen materiaalin hitsaaminen toisiinsa on paljon helpompaa kuin erittäin vähärikkisen materiaalin hitsaaminen korkeampirikkiseen materiaaliin.
Siirtyminen vähärikkisten putkien käyttöön johtuu suurelta osin tarpeesta saada sileät sähkökiillotetut sisäputkien pinnat. Vaikka pinnan viimeistely ja sähkökiillotus ovat tärkeitä sekä puolijohdeteollisuudelle että biotekniikka-/lääketeollisuudelle, SEMI määritteli puolijohdeteollisuuden spesifikaatiota kirjoittaessaan, että prosessikaasulinjojen 316L-putkien rikkipitoisuuden on oltava 0,004 % optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi. ASTM puolestaan ​​muokkasi ASTM 270 -spesifikaatiotaan siten, että se sisältää lääkelaatuisia putkia, jotka rajoittavat rikkipitoisuuden 0,005–0,017 %:n välille. Tämän pitäisi johtaa vähemmän hitsausvaikeuksiin verrattuna alemman rikkipitoisuuden putkiin. On kuitenkin huomattava, että jopa tällä rajoitetulla alueella valokaaren taipumaa voi silti esiintyä hitsattaessa vähärikkisiä putkia korkean rikkipitoisuuden putkiin tai liittimiin, ja asentajien on seurattava huolellisesti materiaalin kuumenemista ja tarkistettava ennen valmistusta juotosten yhteensopivuus kuumennusten välillä. Hitsausliitosten valmistus.
muita hivenaineita. Hivenaineiden, kuten rikin, hapen, alumiinin, piin ja mangaanin, on havaittu vaikuttavan tunkeutumaan. Perusmetallissa oksidisulkeumien muodossa esiintyvät pienet määrät alumiinia, piitä, kalsiumia, titaania ja kromia liittyvät kuonan muodostumiseen hitsauksen aikana.
Eri alkuaineiden vaikutukset ovat kumulatiivisia, joten hapen läsnäolo voi kumota osan alhaisen rikkipitoisuuden vaikutuksista. Korkea alumiinipitoisuus voi kumota rikin tunkeutumiseen kohdistuvan positiivisen vaikutuksen. Mangaani haihtuu hitsauslämpötilassa ja kerrostuu hitsauksen lämpövaikutusalueelle. Nämä mangaanikerrostumat liittyvät korroosionkestävyyden heikkenemiseen. (Katso Cohen, 1997). Puolijohdeteollisuus kokeilee parhaillaan vähän mangaania ja jopa erittäin vähän mangaania sisältäviä 316L-materiaaleja estääkseen tämän korroosionkestävyyden menetyksen.
Kuonan muodostuminen. Kuonasaarekkeita esiintyy toisinaan ruostumattomasta teräksestä tehdyssä hitsauspalossa joissakin lämpökäsittelyissä. Tämä on luonnostaan ​​materiaalikysymys, mutta joskus hitsausparametrien muutokset voivat minimoida tämän, tai argon/vety-seoksen muutokset voivat parantaa hitsausta. Pollard havaitsi, että alumiinin ja piin suhde perusmetallissa vaikuttaa kuonan muodostumiseen. Ei-toivotun plakkimaisen kuonan muodostumisen estämiseksi hän suosittelee alumiinipitoisuuden pitämistä 0,010 %:ssa ja piipitoisuuden 0,5 %:ssa. Kuitenkin, kun Al/Si-suhde on tätä tasoa suurempi, plakkimaisen kuonan sijaan voi muodostua pallomaista kuonaa. Tämän tyyppinen kuona voi jättää kuoppia sähkökiillotuksen jälkeen, mikä ei ole hyväksyttävää erittäin puhtaissa sovelluksissa. Hitsauksen ulkopinnalle muodostuvat kuonasaarekkeet voivat aiheuttaa sisähalkaisijan epätasaisen tunkeutumisen ja johtaa riittämättömään tunkeutumaan. Sisähalkaisijalle muodostuvat kuonasaarekkeet voivat olla alttiita korroosiolle.
Yksittäishitsaus pulsaatiolla. Tavallinen automaattinen orbitaaliputkihitsaus on yksittäinen hitsaus pulssivirralla ja jatkuvalla vakionopeudella. Tämä tekniikka sopii putkille, joiden ulkohalkaisija on 1/8″ - noin 7″ ja seinämän paksuus 0,083″ tai alle. Ajastetun esipuhdistuksen jälkeen tapahtuu valokaari. Putken seinämän läpäisy tapahtuu ajastetun viiveen aikana, jonka aikana valokaari on läsnä, mutta pyörimistä ei tapahdu. Tämän pyörimisviiveen jälkeen elektrodi pyörii hitsausliitoksen ympäri, kunnes hitsi liittyy tai menee päällekkäin hitsausliitoksen alkuosan kanssa viimeisen hitsauskerroksen aikana. Kun liitos on valmis, virta laskee ajastetun laskun muodossa.
Askeltila ("synkronoitu" hitsaus). Paksuseinäisten materiaalien, tyypillisesti yli 0,083 tuuman, fuusiohitsauksessa fuusiohitsausvirtalähdettä voidaan käyttää synkronisessa tai askeltilassa. Synkronisessa tai askeltilassa hitsausvirtapulssi synkronoidaan iskun kanssa, joten roottori on paikallaan maksimaalisen tunkeutumisen saavuttamiseksi suurten virtapulssien aikana ja liikkuu pienten virtapulssien aikana. Synkronisissa tekniikoissa käytetään pidempiä pulssiaikoja, luokkaa 0,5–1,5 sekuntia, verrattuna perinteisen hitsauksen kymmenes- tai sadasosasekunnin pulssiaikaan. Tällä tekniikalla voidaan tehokkaasti hitsata 0,154 tuuman tai 6 tuuman paksuisia 40 gaugen 40 ohutseinäisiä putkia, joiden seinämän paksuus on 0,154 tuuman tai 6 tuuman paksuisia. Porrastettu tekniikka tuottaa leveämmän hitsin, mikä tekee siitä vikasietoisen ja hyödyllisen epäsäännöllisten osien, kuten putkiliittimien, hitsauksessa putkiin, joissa voi olla eroja mittatoleransseissa, jonkin verran kohdistusvirheitä tai materiaalin lämpöyhteensopimattomuutta. Tämän tyyppinen hitsaus vaatii noin kaksinkertaisen kaariajan perinteiseen hitsaukseen verrattuna ja sopii vähemmän erittäin puhtaisiin (UHP) sovelluksiin johtuen... leveämpi, karkeampi sauma.
Ohjelmoitavat muuttujat. Nykyiset hitsausvirtalähteet ovat mikroprosessoripohjaisia ​​ja tallentavat ohjelmia, jotka määrittävät hitsausparametrien numeeriset arvot hitsattavan putken tietylle halkaisijalle (OD) ja seinämän paksuudelle, mukaan lukien puhdistusaika, hitsausvirta, kuljetusnopeus (RPM) , kerrosten lukumäärä ja aika kerrosta kohden, pulssiaika, laskuaika jne. Lisäainelangalla tehtävissä orbitaalisissa putkihitsauksissa ohjelmaparametreihin kuuluvat langansyöttönopeus, polttimen värähtelyn amplitudi ja viipymäaika, AVC (valokaarijännitteen säätö vakion valokaaren raon varmistamiseksi) ja nousuvirta. Fuusiohitsauksen suorittamiseksi asenna hitsauspää sopivalla elektrodilla ja putkikiinnikkeillä putkeen ja hae hitsausaikataulu tai -ohjelma virtalähteen muistista. Hitsaussekvenssi aloitetaan painamalla painiketta tai kalvopaneelin näppäintä, ja hitsaus jatkuu ilman käyttäjän toimia.
Ei-ohjelmoitavat muuttujat. Jotta hitsauslaatu olisi tasaisen hyvä, hitsausparametreja on valvottava huolellisesti. Tämä saavutetaan hitsausvirtalähteen ja hitsausohjelman tarkkuudella. Hitsausohjelma on virtalähteeseen syötettyjen ohjeiden joukko, joka koostuu hitsausparametreista tietyn kokoisen putken tai putken hitsausta varten. Tarvitaan myös tehokas joukko hitsausstandardeja, joissa määritellään hitsauksen hyväksymiskriteerit ja jonkinlainen hitsauksen tarkastus- ja laadunvalvontajärjestelmä sen varmistamiseksi, että hitsaus täyttää sovitut standardit. Tiettyjä muita tekijöitä ja menettelyjä kuin hitsausparametreja on kuitenkin myös valvottava huolellisesti. Näihin tekijöihin kuuluvat hyvien päätyvalmistelulaitteiden käyttö, hyvät puhdistus- ja käsittelytavat, putkien tai muiden hitsattavien osien hyvät mittatoleranssit, yhdenmukainen volframin tyyppi ja koko, erittäin puhdistetut inertit kaasut ja materiaalivaihteluiden huomioiminen huolellisesti. - korkea lämpötila.
Putken päiden hitsauksen valmisteluvaatimukset ovat orbitaalihitsauksessa tärkeämpiä kuin käsinhitsauksessa. Orbitaalihitsauksessa hitsatut liitokset ovat yleensä neliömäisiä päittäisliitoksia. Orbitaalihitsauksessa halutun toistettavuuden saavuttamiseksi tarvitaan tarkkaa, yhdenmukaista ja koneistettua päiden esikäsittelyä. Koska hitsausvirta riippuu seinämän paksuudesta, päiden on oltava neliömäisiä, eikä niissä saa olla purseita tai viisteitä ulko- tai sisähalkaisijalla (OD tai ID), jotka johtaisivat erilaisiin seinämänpaksuuksiin.
Putken päiden on sovittava yhteen hitsauspäässä siten, ettei neliömäisen puskuliitoksen päiden väliin jää havaittavaa rakoa. Vaikka hitsausliitoksia voidaan tehdä pienillä raoilla, hitsauksen laatu voi heikentyä. Mitä suurempi rako, sitä todennäköisemmin on ongelma. Huono kokoonpano voi johtaa juottamisen täydelliseen epäonnistumiseen. George Fischerin ja muiden valmistamia putkisahoja, jotka leikkaavat putken ja työstävät putken päitä samalla työstövaiheella, tai kannettavia päiden esikäsittelysorveja, kuten Protemin, Wachsin ja muiden valmistamia, käytetään usein sileiden, koneistukseen soveltuvien orbitaalihitsausten tekemiseen. Katkaisusahat, rautasahat, vannesahat ja putkileikkurit eivät sovellu tähän tarkoitukseen.
Hitsaustehoa syöttävien hitsausparametrien lisäksi on olemassa muita muuttujia, joilla voi olla merkittävä vaikutus hitsaukseen, mutta ne eivät ole osa varsinaista hitsausprosessia. Näitä ovat volframin tyyppi ja koko, valokaaren suojaamiseen ja hitsausliitoksen sisäpuolen puhdistamiseen käytetyn kaasun tyyppi ja puhtaus, puhdistamiseen käytetyn kaasun virtausnopeus, käytetyn pään tyyppi ja virtalähde, liitoksen kokoonpano ja kaikki muut asiaankuuluvat tiedot. Kutsumme näitä "ei-ohjelmoitaviksi" muuttujiksi ja tallennamme ne hitsausaikatauluun. Esimerkiksi kaasun tyyppiä pidetään olennaisena muuttujana hitsausmenetelmäspesifikaatiossa (WPS), jotta hitsausmenetelmät täyttävät ASME Section IX Boiler and Pressure Vessel Code -säännöstön vaatimukset. Kaasutyypin tai kaasuseoksen prosenttiosuuksien muutokset tai sisähalkaisijan puhdistamisen poistaminen edellyttävät hitsausprosessin uudelleenvalidointia.
hitsauskaasu. Ruostumaton teräs kestää ilmakehän hapen hapettumista huoneenlämmössä. Kun se kuumennetaan sulamispisteeseensä (1530 °C tai 2800 °F puhtaalle raudalle), se hapettuu helposti. Inerttiä argonia käytetään yleisimmin suojakaasuna ja sisäisten hitsausliitosten puhdistukseen orbitaalisella GTAW-prosessilla. Kaasun puhtaus suhteessa happeen ja kosteuteen määrää hapettumisen aiheuttaman värjäytymisen määrän hitsauksessa tai sen lähellä hitsauksen jälkeen. Jos puhdistuskaasu ei ole korkealaatuista tai jos puhdistusjärjestelmä ei ole täysin vuotamaton, niin että pieni määrä ilmaa vuotaa puhdistusjärjestelmään, hapettuminen voi olla vaalean sinertävää tai sinertävää. Puhdistamatta jättäminen ei tietenkään johda kuoreiseen mustaan ​​pintaan, jota yleisesti kutsutaan "makeutetuksi". Hitsauslaatuinen argoni pulloissa on 99,996–99,997 % puhdasta toimittajasta riippuen ja sisältää 5–7 ppm happea ja muita epäpuhtauksia, kuten H2O:ta, O2:ta, CO2:ta, hiilivetyjä jne., yhteensä enintään 40 ppm. Erittäin puhdasta argonia Dewar-säiliössä olevan sylinterin tai nestemäisen argonin puhdas koostumus voi olla 99,999 % tai epäpuhtauksien kokonaismäärä voi olla 10 ppm ja happipitoisuuden enintään 2 ppm. HUOMAUTUS: Puhdistuksen aikana voidaan käyttää kaasunpuhdistimia, kuten Nanochem tai Gatekeeper, kontaminaatiotasojen vähentämiseksi miljardisosa-alueelle (ppb).
sekoitettu koostumus. Kaasuseoksia, kuten 75 % heliumia/25 % argonia ja 95 % argonia/5 % vetyä, voidaan käyttää suojakaasuina erikoissovelluksissa. Nämä kaksi seosta tuottivat kuumempia hitsejä kuin samoilla ohjelma-asetuksilla tehdyt hitsit. Heliumseokset sopivat erityisen hyvin hiiliteräksen sulahitsauksessa saavutettavaan maksimaaliseen tunkeutumaan. Puolijohdeteollisuuden konsultti suosittelee argon/vetyseosten käyttöä suojakaasuina erittäin korkeapainesovelluksissa. Vetyseoksilla on useita etuja, mutta myös joitakin vakavia haittoja. Etuna on, että ne tuottavat märämmän sulan ja tasaisemman hitsauspinnan, mikä on ihanteellista erittäin korkeapaineisten kaasunjakelujärjestelmien toteuttamiseen, joissa on mahdollisimman sileä sisäpinta. Vedyn läsnäolo luo pelkistävän ilmakehän, joten jos kaasuseoksessa on pieniä määriä happea, tuloksena oleva hitsi näyttää puhtaammalta ja siinä on vähemmän värjäytymistä kuin vastaavassa happipitoisuudessa puhtaassa argonissa. Tämä vaikutus on optimaalinen noin 5 %:n vetypitoisuudella. Jotkut käyttävät 95/5 % argon/vetyseosta tunnisteena sisäisen hitsauspalon ulkonäön parantamiseksi.
Vetyseosta suojakaasuna käytettäessä hitsauspalko on kapeampi, paitsi että ruostumattoman teräksen rikkipitoisuus on hyvin alhainen ja se tuottaa hitsissä enemmän lämpöä kuin samalla virralla sekoittamattomalla argonilla. Argon/vetyseosten merkittävä haittapuoli on, että valokaari on paljon epävakaampi kuin puhdas argon, ja valokaarilla on taipumus ajautua, mikä on niin vakavaa, että se aiheuttaa väärinfuusion. Valokaaren ajautuminen voi kadota, kun käytetään eri seoskaasulähdettä, mikä viittaa siihen, että sen voi aiheuttaa kontaminaatio tai huono sekoitus. Koska valokaaren tuottama lämpö vaihtelee vetypitoisuuden mukaan, vakiopitoisuus on välttämätön toistettavien hitsien saavuttamiseksi, ja esisekoitettujen pullotettujen kaasujen välillä on eroja. Toinen haittapuoli on, että volframin käyttöikä lyhenee huomattavasti, kun käytetään vetyseosta. Vaikka volframin heikkenemisen syytä seoskaasusta ei ole selvitetty, on raportoitu, että valokaari on vaikeampi ja volframi on ehkä vaihdettava yhden tai kahden hitsauksen jälkeen. Argon/vetyseoksia ei voida käyttää hiiliteräksen tai titaanin hitsaukseen.
TIG-prosessin erottuva piirre on, että se ei kuluta elektrodeja. Volframilla on kaikista metalleista korkein sulamispiste (3370 °C) ja se on hyvä elektronien emitteri, mikä tekee siitä erityisen sopivan käytettäväksi ei-kuluvana elektrodina. Sen ominaisuuksia parannetaan lisäämällä 2 % tiettyjä harvinaisten maametallien oksideja, kuten ceriumoksidia, lantaanioksidia tai toriumoksidia, valokaaren sytytyksen ja valokaaren vakauden parantamiseksi. Puhdasta volframia käytetään harvoin GTAW-hitsauksessa ceriumvolframin ylivoimaisten ominaisuuksien vuoksi, erityisesti orbitaalisissa GTAW-sovelluksissa. Toriumvolframia käytetään vähemmän kuin ennen, koska ne ovat jonkin verran radioaktiivisia.
Kiillotetut elektrodit ovat kooltaan tasaisempia. Sileä pinta on aina parempi kuin karkea tai epätasainen pinta, koska elektrodin geometrian yhdenmukaisuus on ratkaisevan tärkeää tasaisten ja tasaisten hitsaustulosten saavuttamiseksi. Kärjestä (DCEN) lähtevät elektronit siirtävät lämpöä volframikärjestä hitsiin. Hienompi kärki mahdollistaa virrantiheyden pitämisen erittäin korkeana, mutta se voi johtaa lyhyempään volframin käyttöikään. Orbitaalihitsauksessa on tärkeää hioa elektrodin kärki mekaanisesti volframigeometrian toistettavuuden ja hitsin toistettavuuden varmistamiseksi. Tylppä kärki pakottaa valokaaren hitsistä samaan kohtaan volframia. Kärjen halkaisija ohjaa valokaaren muotoa ja tunkeutumismäärää tietyllä virralla. Kartiokulma vaikuttaa valokaaren virta-/jänniteominaisuuksiin, ja se on määriteltävä ja säädettävä. Volframin pituus on tärkeä, koska tunnettua volframin pituutta voidaan käyttää valokaaren raon asettamiseen. Tietyn virta-arvon valokaaren raon arvo määrittää jännitteen ja siten hitsiin syötettävän tehon.
Elektrodin koko ja kärjen halkaisija valitaan hitsausvirran voimakkuuden mukaan. Jos virta on liian suuri elektrodille tai sen kärjelle, kärjestä voi irrota metallia, ja liian suuren kärjen halkaisijan omaavien elektrodien käyttö voi aiheuttaa valokaaren ajautumisen. Elektrodin ja kärjen halkaisijat määritetään hitsausliitoksen seinämän paksuuden mukaan ja käytämme halkaisijaa 0,0625 lähes kaikelle 0,093 tuuman seinämän paksuuteen asti, ellei käyttöä ole suunniteltu käytettäväksi 0,040 tuuman halkaisijan omaavien elektrodien kanssa pienten tarkkuuskomponenttien hitsaukseen. Hitsausprosessin toistettavuuden varmistamiseksi volframin tyyppi ja viimeistely, pituus, kartiokulma, halkaisija, kärjen halkaisija ja valokaaren rako on kaikki määritettävä ja valvottava. Putkien hitsaussovelluksissa ceriumvolframia suositellaan aina, koska tällä tyypillä on paljon pidempi käyttöikä kuin muilla tyypeillä ja sillä on erinomaiset valokaaren sytytysominaisuudet. Ceriumvolframi ei ole radioaktiivinen.
Lisätietoja antaa Barbara Henon, teknisten julkaisujen päällikkö, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Puhelin: 818-896-9556. Faksi: 818-890-3724.