Nota do editor: Pharmaceutical Online ten o pracer de presentar este artigo de catro partes sobre a soldadura orbital de tubaxes de bioprocesos da experta na industria Barbara Henon de Arc Machines.Este artigo está adaptado da presentación do doutor Henon na conferencia ASME a finais do ano pasado.
Evitar a perda de resistencia á corrosión. A auga de alta pureza como DI ou WFI é un gravador moi agresivo para o aceiro inoxidable. Ademais, o WFI de calidade farmacéutica cíclase a altas temperaturas (80 °C) para manter a esterilidade. Hai unha diferenza sutil entre baixar a temperatura o suficiente como para soportar organismos vivos letais para o produto e aumentar a temperatura o suficientemente como para promover a produción de corrosión parda. compoñentes do sistema de tubaxes de aceiro.A sucidade e os óxidos de ferro poden ser os compoñentes principais, pero tamén poden estar presentes varias formas de ferro, cromo e níquel.A presenza de vermello é letal para algúns produtos e a súa presenza pode levar a unha maior corrosión, aínda que a súa presenza noutros sistemas parece ser bastante benigna.
A soldadura pode afectar negativamente á resistencia á corrosión. A cor quente é o resultado do material oxidante depositado nas soldaduras e HAZ durante a soldadura, é particularmente prexudicial e está asociada á formación de vermello nos sistemas de auga farmacéutica. A formación de óxido de cromo pode causar un tinte quente, deixando tras de si unha capa esgotada en cromo que é susceptible de eliminar a cor da superficie, que é susceptible á corrosión e á eliminación do metal. a capa subxacente esgotada en cromo e restaurando a resistencia á corrosión a niveis próximos aos niveis de metais base. Non obstante, o decapado e a moenda son prexudiciais para o acabado da superficie. A pasivación do sistema de tubaxes con ácido nítrico ou formulacións de axente quelante realízase para superar os efectos adversos da soldadura e fabricación antes de que o sistema de tubaxes se poña en servizo. , cromo, ferro, níquel e manganeso que se produciron na zona afectada pola soldadura e pola calor ata o estado previo á soldadura. Non obstante, a pasivación só afecta a capa superficial exterior e non penetra por debaixo de 50 angstroms, mentres que a coloración térmica pode estenderse 1000 angstroms ou máis por debaixo da superficie.
Polo tanto, para instalar sistemas de tubaxes resistentes á corrosión preto de substratos sen soldar, é importante intentar limitar os danos inducidos pola soldadura e a fabricación a niveis que poidan ser substancialmente recuperados por pasivación. Isto require o uso dun gas de purga cun contido mínimo de osíxeno e entrega ao diámetro interior da unión soldada sen contaminación pola humidade atmosférica ou sobre a entrada de osíxeno. para evitar a perda de resistencia á corrosión.O control do proceso de fabricación para conseguir soldaduras de alta calidade repetibles e consistentes, así como o manexo coidadoso dos tubos e compoñentes de aceiro inoxidable durante a fabricación para evitar a contaminación, son requisitos esenciais para un sistema de tubaxes de alta calidade que resista a corrosión e ofreza un servizo produtivo a longo prazo.
Os materiais utilizados nos sistemas de tubaxes de aceiro inoxidable biofarmacéuticos de alta pureza experimentaron unha evolución cara a unha mellora da resistencia á corrosión durante a última década. A maioría do aceiro inoxidable usado antes de 1980 era o aceiro inoxidable 304 porque era relativamente barato e era unha mellora con respecto ao cobre usado anteriormente. requiren tratamentos especiais de precalentamento e post-calentamento.
Recentemente, o uso de aceiro inoxidable 316 en aplicacións de tubaxes de alta pureza foi en aumento. O tipo 316 ten unha composición similar ao tipo 304, pero ademais dos elementos de aleación de cromo e níquel comúns a ambos, o 316 contén preto de 2% de molibdeno, o que mellora significativamente a resistencia á corrosión do 316, como 316L e 316L. un contido de carbono menor que as calidades estándar (0,035% fronte ao 0,08%). Esta redución do contido de carbono ten como obxectivo reducir a cantidade de precipitación de carburo que pode producirse debido á soldadura. Trátase da formación de carburo de cromo, que esgota os límites de gran do metal base de cromo, facéndoo susceptible á corrosión. demostraron que a soldadura orbital de aceiro inoxidable super-austenítico AL-6XN proporciona soldaduras máis resistentes á corrosión que soldaduras similares feitas a man. Isto débese a que a soldadura orbital proporciona un control preciso do amperaje, pulsación e tempo, o que resulta nunha entrada de calor máis baixa e uniforme que a soldadura manual. ción en sistemas de canalización.
Variación de calor a calor do aceiro inoxidable. Aínda que os parámetros de soldadura e outros factores poden manterse dentro de tolerancias bastante estreitas, aínda hai diferenzas na entrada de calor necesaria para soldar o aceiro inoxidable de calor a calor. Un número de calor é o número de lote asignado a unha fusión específica de aceiro inoxidable na fábrica. a 1538 °C (2800 °F), mentres que os metais aliados se funden dentro dun intervalo de temperaturas, dependendo do tipo e concentración de cada aliaxe ou oligoelemento presente.Dado que non hai dúas calors de aceiro inoxidable que conterán exactamente a mesma concentración de cada elemento, as características de soldadura variarán de forno a forno.
SEM de soldaduras orbitais de tubos 316L en tubos AOD (arriba) e material EBR (inferior) mostraron unha diferenza significativa na suavidade do cordón de soldadura.
Aínda que un único procedemento de soldadura pode funcionar para a maioría das quenturas con diámetro exterior e espesor de parede similares, algunhas quen requiren menos amperaxe e outras requiren maior amperaxe do típico. Por este motivo, o quecemento de diferentes materiais no lugar de traballo debe ser coidadosamente controlado para evitar posibles problemas. Moitas veces, a nova calor require só un pequeno cambio de amperaxe para conseguir un procedemento de soldadura satisfactorio.
Problema de xofre. O xofre elemental é unha impureza relacionada co mineral de ferro que se elimina en gran parte durante o proceso de fabricación de aceiro. Os aceiros inoxidables AISI 304 e 316 especifícanse cun contido máximo de xofre do 0,030%. Co desenvolvemento de procesos modernos de refinación de aceiro, como a descarburación de osíxeno con argón (AOD) e a práctica de redución de melado ao baleiro, como a redución de melado ao baleiro e duplo ting (VIM+VAR), p
En concentracións de xofre moi baixas (0,001% - 0,003%), a penetración do charco de soldadura faise moi ampla en comparación con soldaduras similares feitas en materiais de contido medio en xofre. é suficiente para producir unha soldadura totalmente penetrada. Isto fai que os materiais con contido moi baixo de xofre sexan máis difíciles de soldar, especialmente con paredes máis grosas. No extremo máis alto da concentración de xofre no aceiro inoxidable 304 ou 316, o cordón de soldadura tende a ser menos fluído en aparencia e máis rugoso que os materiais de xofre medio. especificado en ASTM A270 S2 para tubos de calidade farmacéutica.
Os produtores de tubos de aceiro inoxidable electropulido notaron que incluso niveis moderados de xofre no aceiro inoxidable 316 ou 316L dificultan a satisfacción das necesidades dos seus clientes de semicondutores e biofarmacéuticos para superficies interiores lisas e sen fosas. O uso da microscopía electrónica de varrido para verificar a suavidade do acabado da superficie do tubo é cada vez máis común. tirantes” que se eliminan durante o electropulido e deixan ocos no intervalo de 0,25-1,0 micras.
Os fabricantes e provedores de tubos electropulidos están impulsando o mercado ao uso de materiais con baixo contido de xofre para satisfacer os seus requisitos de acabado de superficie. Non obstante, o problema non se limita aos tubos electropulidos, xa que nos tubos non electropulidos as inclusións elimínanse durante a pasivación do sistema de tubaxes.
Deflexión do arco. Ademais de mellorar a soldabilidade do aceiro inoxidable, a presenza dalgún xofre tamén mellora a maquinabilidade. Como resultado, os fabricantes e fabricantes tenden a elixir materiais no extremo superior do intervalo de contido de xofre especificado. Os tubos de soldadura con concentracións moi baixas de xofre a accesorios, válvulas ou outros tubos con maior contido en xofre poden crear problemas de soldadura porque a penetración do arco se producirá baixo contido de xofre. s máis profundo no lado de baixo contido de xofre que no lado de alto contido en xofre, o que é o contrario do que ocorre cando se soldan tubos con concentracións de xofre coincidentes. En casos extremos, o cordón de soldadura pode penetrar completamente no material de baixo contido de xofre e deixar o interior da soldadura completamente sen fundir (Fihey e Simeneau, 1982). Technology Corporation of Pennsylvania introduciu un stock de 316 bares de baixo contido en xofre (0,005 % máx.) (Tipo 316L-SCQ) (VIM+VAR) ) para a fabricación de accesorios e outros compoñentes destinados a ser soldados a tubos de baixo contido de xofre.
O cambio cara ao uso de tubos con baixo contido de xofre débese en gran parte á necesidade de obter superficies de tubos interiores electropulidas lisas. Aínda que o acabado superficial e o electropulido son importantes tanto para a industria de semicondutores como para a industria biotecnolóxica/farmacéutica, SEMI, ao escribir a especificación da industria de semicondutores, especificou que os tubos de 316L para liñas de gas de proceso deben ter un rendemento óptimo de 0,004% para o seu rendemento óptimo. Especificación TM 270 para incluír tubos de grao farmacéutico que limita o contido de xofre a un intervalo de 0,005 a 0,017%. Isto debería producir menos dificultades de soldeo en comparación cos xofres de rango inferior. Non obstante, hai que ter en conta que, mesmo dentro deste intervalo limitado, a desviación do arco aínda pode ocorrer cando se soldan tubos de xofre ou tubos de xofre de alto nivel de xofre. material e comprobar antes da fabricación Compatibilidade de soldadura entre quecemento.Producción de soldaduras.
outros oligoelementos.Os oligoelementos que inclúen xofre, osíxeno, aluminio, silicio e manganeso afectan á penetración.As cantidades traza de aluminio, silicio, calcio, titanio e cromo presentes no metal base xa que as inclusións de óxido están asociadas á formación de escorias durante a soldadura.
Os efectos dos distintos elementos son acumulativos, polo que a presenza de osíxeno pode compensar algúns dos baixos efectos de xofre.Os niveis altos de aluminio poden contrarrestar o efecto positivo sobre a penetración do xofre.O manganeso volatilízase á temperatura de soldadura e depósitos na zona afectada pola calor da soldadura.Estes depósitos de manganeso están asociados á perda de resistencia á corrosión. materiais de manganeso 316L ultra baixos para evitar esta perda de resistencia á corrosión.
Formación de escoria. Ocasionalmente aparecen illas de escoria na perla de aceiro inoxidable para algunhas quenturas. Este é inherentemente un problema material, pero ás veces os cambios nos parámetros de soldadura poden minimizar isto, ou os cambios na mestura de argón/hidróxeno poden mellorar a soldadura. 0,010% e o contido de silicio no 0,5%. Non obstante, cando a relación Al/Si está por riba deste nivel, pode formarse escoria esférica en lugar do tipo de placa. Este tipo de escoura pode deixar pozos despois do electropulido, o que é inaceptable para aplicacións de alta pureza. no cordón de soldadura ID pode ser susceptible á corrosión.
Soldadura dun só paso con pulsación. A soldadura automática estándar de tubos orbitais é unha soldadura dunha soa pasada con corrente pulsada e rotación continua a velocidade constante. Esta técnica é adecuada para tubos con diámetros exteriores de 1/8 "a aproximadamente 7" e grosores de paredes de 0,083" e inferiores. está presente pero non se produce rotación. Despois deste atraso de rotación, o electrodo xira ao redor da unión de soldadura ata que a soldadura se une ou se solapa coa parte inicial da soldadura durante a última capa de soldadura. Cando a conexión está completa, a corrente diminúe nunha caída temporizada.
Modo escalonado (soldadura "sincronizada"). Para a soldadura por fusión de materiais de parede máis grosa, normalmente superior a 0,083 polgadas, a fonte de enerxía de soldadura por fusión pódese usar en modo síncrono ou escalonado. No modo síncrono ou escalonado, o pulso de corrente de soldadura está sincronizado coa carreira, polo que o rotor está estacionario para os pulsos de corrente máis baixos e durante as técnicas de penetración de intensidade máis altas. Orde de 0,5 a 1,5 segundos, en comparación co tempo de pulso décimo ou centésima de segundo para a soldadura convencional. Esta técnica pode soldar eficazmente tubos de parede delgada de calibre 40 de 0,154" ou 6" de espesor con 0,154" ou 6" de espesor de parede. Este tipo de soldadura require aproximadamente o dobre do tempo de arco que a soldadura convencional e é menos axeitado para aplicacións de ultra-alta pureza (UHP) debido á costura máis ampla e rugosa.
Variables programables. A xeración actual de fontes de enerxía de soldadura está baseada en microprocesadores e almacenan programas que especifican valores numéricos para os parámetros de soldadura para un diámetro específico (OD) e espesor da parede do tubo a soldar, incluíndo o tempo de purga, a corrente de soldadura, a velocidade de desprazamento (RPM), o número de capas e o tempo por capa, o tempo de pulso, os parámetros engadidos para o tempo de filtración, o tempo de pulso, etc. incluirá a velocidade de alimentación do fío, a amplitude da oscilación do facho e o tempo de permanencia, AVC (control da tensión de arco para proporcionar un espazo de arco constante) e pendente ascendente. Para realizar a soldadura por fusión, instale o cabezal de soldadura co electrodo e as abrazadeiras apropiadas no tubo e recorde o programa ou programa de soldadura da memoria da fonte de enerxía.
Variables non programables. Para obter unha boa calidade de soldadura de forma consistente, os parámetros de soldadura deben controlarse coidadosamente. Isto conséguese a través da precisión da fonte de enerxía de soldadura e do programa de soldadura, que é un conxunto de instrucións introducidas na fonte de enerxía, que consiste en parámetros de soldadura, para soldar un tamaño específico de tubo ou tubo. Tamén debe existir un conxunto de estándares de soldadura e inspección efectivos. sistema de control de calidade para garantir que a soldadura cumpre os estándares acordados. Non obstante, tamén deben controlarse coidadosamente certos factores e procedementos distintos dos parámetros de soldadura. Estes factores inclúen o uso de bos equipos de preparación dos extremos, boas prácticas de limpeza e manipulación, boas tolerancias dimensionais dos tubos ou outras pezas que se están soldando, o tipo e tamaño de volframio consistentes, os gases inertes altamente purificados e as variacións de temperatura elevadas do material.
Os requisitos de preparación para a soldadura de extremos de tubos son máis críticos para a soldadura orbital que para a manual. As unións soldadas para a soldadura de tubos orbitais adoitan ser unións a tope cadradas. Para conseguir a repetibilidade desexada na soldadura orbital, requírese unha preparación dos extremos precisa, consistente e mecanizada. Dado que a corrente de soldadura depende do espesor da parede, os extremos deben ser diferentes, o diámetro exterior ou o diámetro interior da fresa, o que debe ser diferente da parede. espesores.
Os extremos dos tubos deben encaixar no cabezal de soldadura para que non haxa un espazo perceptible entre os extremos da unión a tope cadrada. Aínda que se poden realizar unións soldadas con pequenos espazos, a calidade da soldadura pode verse afectada negativamente. Canto maior sexa o espazo, máis probable é que haxa un problema. Unha mala montaxe pode producir un fallo completo da soldadura. Os tornos de preparación de extremos como os fabricados por Protem, Wachs e outros, adoitan usarse para facer soldaduras orbitais de extremo liso axeitados para o mecanizado. As serras de corte, as serras para metales, as serras de cinta e as cortatubos non son adecuadas para este fin.
Ademais dos parámetros de soldadura que introducen a potencia para soldar, hai outras variables que poden ter un efecto profundo na soldadura, pero non forman parte do procedemento de soldadura real. Isto inclúe o tipo e tamaño do wolframio, o tipo e pureza do gas utilizado para protexer o arco e purgar o interior da unión de soldadura, o caudal de gas utilizado para a configuración e a fonte de información relevante, o caudal de gas utilizado para a purga e a fonte de información que se usa para a purga e a fonte de información relevante. variables non programables” e rexistralas no programa de soldadura.Por exemplo, o tipo de gas considérase unha variable esencial na especificación do procedemento de soldadura (WPS) para os procedementos de soldadura para cumprir co Código de caldeiras e recipientes a presión da sección IX da ASME. Os cambios no tipo de gas ou nas porcentaxes de mestura de gases, ou a eliminación da purga de ID requiren a revalidación do procedemento de soldadura.
gas de soldadura.O aceiro inoxidable é resistente á oxidación do osíxeno atmosférico a temperatura ambiente.Cando se quenta ata o seu punto de fusión (1530 °C ou 2800 °F para o ferro puro) oxidase facilmente. O argón inerte úsase máis habitualmente como gas protector e para purgar as xuntas soldadas internas mediante o proceso. -decoloración inducida que se produce na soldadura ou preto da soldadura. Se o gas de purga non é da máis alta calidade ou se o sistema de purga non está completamente libre de fugas, polo que unha pequena cantidade de aire se filtra ao sistema de purga, a oxidación pode ser verde azulado ou azulado. Por suposto, ningunha limpeza producirá unha superficie negra crujiente denominada comunmente como "suministros de soldadura". 96-99,997% puro, dependendo do provedor, e contén 5-7 ppm de osíxeno e outras impurezas, incluíndo H2O, O2, CO2, hidrocarburos, etc., para un total de 40 ppm como máximo.Argón de alta pureza nun cilindro ou argón líquido nun Dewar pode ser de 99,9190% de impurezas puras ou totais, cun total de 99,919% de impurezas. Os purificadores de gas como Nanochem ou Gatekeeper pódense usar durante a purga para reducir os niveis de contaminación ao rango de partes por billón (ppb).
composición mixta. As mesturas de gas como o 75 % de helio/25 % de argón e o 95 % de argón/5 % de hidróxeno pódense usar como gases protectores para aplicacións especiais. As dúas mesturas produciron soldaduras máis quentes que as realizadas baixo a mesma configuración do programa que o argón. As mesturas de helio son especialmente adecuadas para a máxima penetración mediante soldadura por fusión en aceiro carbono. Aplicacións HP. As mesturas de hidróxeno teñen varias vantaxes, pero tamén algunhas desvantaxes graves. A vantaxe é que produce un charco máis húmido e unha superficie de soldadura máis lisa, o que é ideal para implementar sistemas de entrega de gas a ultra alta presión cunha superficie interior tan lisa como sexa posible. Este efecto é óptimo cun contido de hidróxeno de aproximadamente 5 %. Algúns usan unha mestura de argón/hidróxeno 95/5 % como purga de ID para mellorar o aspecto do cordón de soldadura interno.
O cordón de soldadura que utiliza unha mestura de hidróxeno como gas de protección é máis estreito, excepto que o aceiro inoxidable ten un contido moi baixo de xofre e xera máis calor na soldadura que a mesma configuración actual con argón sen mestura. Unha desvantaxe significativa das mesturas de argón/hidróxeno é que o arco é moito menos estable que o argón puro, e hai unha tendencia a que a mestura de argón errática se produza. utilízase unha fonte de gas ed, o que suxire que pode ser causada pola contaminación ou unha mala mestura. Debido a que a calor xerada polo arco varía coa concentración de hidróxeno, unha concentración constante é esencial para conseguir soldaduras repetibles, e hai diferenzas no gas embotellado premesturado. Outra desvantaxe é que a vida útil do wolframio acurta moito cando a mestura de hidróxeno non se determinou. informouse de que o arco é máis difícil e é posible que o volframio teña que ser substituído despois dunha ou dúas soldaduras. Non se poden usar mesturas de argón/hidróxeno para soldar aceiro carbono ou titanio.
Unha característica distintiva do proceso TIG é que non consume electrodos. O volframio ten o punto de fusión máis alto de calquera metal (6098 °F; 3370 °C) e é un bo emisor de electróns, polo que é especialmente adecuado para o seu uso como electrodo non consumible. As súas propiedades mellóranse engadindo un 2% de certos óxidos de terras raras, como o óxido de arco ou o óxido de lantano, como o óxido de arco ou o óxido de arco de inicio. O volframio puro raramente se usa en GTAW debido ás propiedades superiores do volframio cerio, especialmente para aplicacións GTAW orbitais. O wolframio de torio úsase menos que no pasado porque son algo radioactivos.
Os electrodos cun acabado pulido teñen un tamaño máis uniforme. Unha superficie lisa é sempre preferible a unha superficie rugosa ou inconsistente, xa que a consistencia na xeometría do electrodo é fundamental para obter resultados de soldadura uniformes e uniformes. Os electróns emitidos pola punta (DCEN) transfiren calor desde a punta de wolframio á soldadura. Unha punta máis fina permite que a densidade de corrente se manteña moi alta, pero pode ter un tempo de vida máis curto. nd a punta do electrodo para garantir a repetibilidade da xeometría de wolframio e a repetibilidade da soldadura. A punta roma forza o arco dende a soldadura ata o mesmo punto do tungsteno. O diámetro da punta controla a forma do arco e a cantidade de penetración nunha determinada corrente. O ángulo de conicidade afecta ás características de corrente/tensión do arco e debe especificarse e controlarse. para un valor de corrente específico determina a tensión e, polo tanto, a potencia aplicada á soldadura.
O tamaño do eléctrodo e o seu diámetro da punta elíxense segundo a intensidade da corrente de soldadura. Se a corrente é demasiado alta para o eléctrodo ou a súa punta, pode perder metal da punta, e o uso de electrodos cun diámetro de punta demasiado grande para a corrente pode provocar deriva do arco. Especificamos os diámetros de electrodos e puntas polo espesor da parede da unión de soldadura e usamos un espesor de parede de ata 0,30″062 de case todo. a non ser que o uso estea deseñado para usarse con electrodos de 0,040″ de diámetro para soldar compoñentes de pequena precisión. Para a repetibilidade do proceso de soldadura, o tipo e acabado de wolframio, a lonxitude, o ángulo de conicidade, o diámetro, o diámetro da punta e o espazo de arco deben especificarse e controlarse. non radioactivo.
Para obter máis información, póñase en contacto con Barbara Henon, Technical Publications Manager, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Teléfono: 818-896-9556.Fax: 818-890-3724.