Забелешка на уредникот: Pharmaceutical Online со задоволство ја претставува оваа статија од четири дела за орбитално заварување на биопроцесни цевки од индустрискиот експерт Барбара Хенон од Arc Machines. Оваа статија е адаптирана од презентацијата на д-р Хенон на конференцијата ASME кон крајот на минатата година.
Спречете губење на отпорност на корозија. Водата со висока чистота, како што се DI или WFI, е многу агресивен гравир за нерѓосувачки челик. Дополнително, фармацевтската класа WFI се циклира на висока температура (80°C) за да се одржи стерилитет. Постои суптилна разлика помеѓу намалувањето на температурата доволно за поддршка на живите организми за да се поддржи производството на живи организми до доволно смртоносно за филмот. различен состав предизвикан од корозија на компонентите на системот за цевки од нерѓосувачки челик. Нечистотијата и железните оксиди може да бидат главните компоненти, но може да бидат присутни и различни форми на железо, хром и никел. Присуството на руж е смртоносно за некои производи и неговото присуство може да доведе до дополнителна корозија, иако неговото присуство во други системи се чини дека е прилично бенигно.
Заварувањето може негативно да влијае на отпорноста на корозија. Жешката боја е резултат на оксидирачки материјал депониран на заварите и HAZ за време на заварувањето, е особено штетен и е поврзан со формирањето на руж во фармацевтските системи за вода. метал од површината, вклучувајќи го и основниот слој осиромашен со хром, и враќање на отпорноста на корозија на нивоа блиску до нивоата на основните метали. Сепак, мариноването и мелењето се штетни за завршната обработка на површината. површинските промени во дистрибуцијата на кислород, хром, железо, никел и манган што настанале во зоната погодена од заварување и топлина до состојбата пред заварување. Сепак, пасивацијата влијае само на надворешниот површински слој и не продира под 50 ангстроми, додека термичкото обојување може да се прошири 1000 ангстроми под површината или повеќе.
Затоа, со цел да се инсталираат цевководни системи отпорни на корозија блиску до незаварени подлоги, важно е да се обиде да се ограничи оштетувањето предизвикано од заварување и изработка на нивоа што може значително да се повратат со пасивација. Ова бара употреба на гас за прочистување со минимална содржина на кислород и доставување до внатрешниот дијаметар на заварениот спој без да се избегне контаминација на млазот или контаминација на топлина. Прегревањето за време на заварувањето е исто така важно за да се спречи губење на отпорноста на корозија. Контролата на производствениот процес за да се постигнат повторливи и постојани висококвалитетни завари, како и внимателното ракување со цевките и компонентите од не'рѓосувачки челик за време на производството за да се спречи контаминација, се суштински барања за висококвалитетен цевководен систем кој обезбедува долготрајна услуга на корозија.
Материјалите што се користат во системите за цевки од биофармацевтски нерѓосувачки челик со висока чистота претрпеа еволуција кон подобрена отпорност на корозија во текот на изминатата деценија. Повеќето не'рѓосувачки челик што се користеа пред 1980 година беше нерѓосувачки челик 304 бидејќи беше релативно евтин и подобрување во однос на бакарот што се користеше претходно. Всушност, 300 серии од челик може да бидат релативно лесни за губење на машината. отпорност на розија и не бараат посебно загревање и посттермички третмани.
Неодамна, употребата на нерѓосувачки челик 316 во апликациите за цевки со висока чистота е во пораст. Типот 316 е сличен во составот на типот 304, но покрај елементите за легура на хром и никел кои се вообичаени за двата, 316 содржи околу 2% молибден, што значително ја подобрува отпорноста на 316's L и „316L“ и „316L“ оценките, имаат пониска содржина на јаглерод од стандардните оценки (0,035% наспроти 0,08%). Ова намалување на содржината на јаглерод е наменето да го намали количеството на врнежи од карбид што може да се случи поради заварување. Ова е формирање на хром карбид, кој ги исцрпува границите на зрната на хромот, што го прави формирањето на основен метал, наречено сензор на карбид, што го прави сензор на основен метал. зависи од времето и температурата и е поголем проблем при рачно лемење. Покажавме дека орбиталното заварување на супер-аустенитниот не'рѓосувачки челик AL-6XN обезбедува завари отпорни на корозија отколку слични завари направени со рака. 304 и 316 практично ги елиминираат врнежите од карбид како фактор во развојот на корозија во цевководните системи.
Варијација од топлина до топлина на не'рѓосувачки челик. Иако параметрите на заварувањето и другите фактори може да се држат во рамките на прилично тесни толеранции, сепак постојат разлики во внесот на топлина потребен за заварување на нерѓосувачки челик од топлина до топлина. број на топлина. Чистото железо се топи на 1538°C (2800°F), додека легираните метали се топат во опсег на температури, во зависност од видот и концентрацијата на секоја присутна легура или микроелемент. Бидејќи нема две горештини од нерѓосувачки челик нема да ја содржат точно иста концентрација на секој елемент, карактеристиките на заварувањето ќе варираат од печка до печка.
SEM од 316L орбитални завари на цевки на AOD цевка (горе) и EBR материјал (долу) покажаа значителна разлика во мазноста на зрното на заварувањето.
Иако една процедура за заварување може да работи за повеќето грејачи со слична OD и дебелина на ѕидот, некои грејачи бараат помала струја, а некои бараат поголема јачина од типичната. Поради оваа причина, загревањето на различни материјали на работното место мора внимателно да се следи за да се избегнат потенцијални проблеми. Често, новата топлина бара само мала промена во јачината на струјата за да се постигне задоволителна процедура за заварување.
Sulfur problem.Elemental sulfur is an iron ore-related impurity that is largely removed during the steelmaking process.AISI Type 304 and 316 stainless steels are specified with a maximum sulfur content of 0.030%.With the development of modern steel refining processes, such as Argon Oxygen Decarburization (AOD) and dual vacuum melting practices such as Vacuum Induction Melting followed by Vacuum Arc Remelting (VIM+VAR), it has become possible to produce steels that are very special in the following ways.their chemical composition.It has been noted that the properties of the weld pool change when the sulfur content of the steel is below about 0.008%.This is due to the effect of sulfur and to a lesser extent other elements on the temperature coefficient of surface tension of the weld pool, which determines the flow characteristics of the liquid pool.
При многу ниски концентрации на сулфур (0,001% – 0,003%), пенетрацијата на локвата на заварувањето станува многу широка во споредба со слични завари направени на материјали со средна содржина на сулфур. Кокогаш, струјата на заварувањето е доволна за да се добие целосно пробиен завар. Ова ги прави материјалите со многу ниска содржина на сулфур потешки за заварување, особено со подебели ѕидови. На повисокиот крај на концентрацијата на сулфур во нерѓосувачки челик 304 или 316, зрното на заварот има тенденција да биде помалку течно во изгледот и погруб од средна содржина на сулфур, приближно идеална за содржината на сулфур од 0%. до 0,017%, како што е наведено во ASTM A270 S2 за цевки со фармацевтски квалитет.
Производителите на електрополирани цевки од нерѓосувачки челик забележале дека дури и умерените нивоа на сулфур во не'рѓосувачки челик 316 или 316L го отежнуваат задоволувањето на потребите на нивните полупроводнички и биофармацевтски клиенти за мазни внатрешни површини без јами. подмножества или „стрингери“ од манган сулфид (MnS) кои се отстрануваат при електрополирањето и оставаат празнини во опсег од 0,25-1,0 микрони.
Производителите и добавувачите на електрополирани цевки го водат пазарот кон употреба на материјали со ултра ниска содржина на сулфур за да ги задоволат нивните барања за завршна обработка на површината. Сепак, проблемот не е ограничен само на електрополираните цевки, бидејќи во неелектрополираните цевки, подмножествата се отстрануваат при пасивација на системот за цевки. материјали.
Отклонување на лакот.Покрај подобрувањето на заварливоста на не'рѓосувачки челик, присуството на одреден сулфур, исто така, ја подобрува и способноста за обработка. Како резултат на тоа, производителите и производителите имаат тенденција да избираат материјали на повисокиот крај од специфицираниот опсег на содржина на сулфур. .Кога се јавува отклонување на лакот, пенетрацијата станува подлабоко на страната со ниска содржина на сулфур отколку на страната со висока содржина на сулфур, што е спротивно од она што се случува при заварување цевки со соодветни концентрации на сулфур. Во екстремни случаи, зрното на заварот може целосно да навлезе во материјалот со малку сулфур и да ја остави внатрешноста на заварот целосно да не се вклопи. поради содржината на сулфур во цевката, Carpenter Steel Division of Car-penter Technology Corporation од Пенсилванија воведе залиха со ниска содржина на сулфур (0,005% максимум) 316 бари (Тип 316L-SCQ) (VIM+VAR) за производство на фитинзи и други материјали кои се наменети за многу ниски цевки. многу полесно отколку заварување на материјал со многу малку сулфур на материјал со поголем сулфур.
Преминот кон употребата на цевки со ниска содржина на сулфур во голема мера се должи на потребата да се добијат мазни електрополирани внатрешни површини на цевки. Додека завршната обработка и електрополирањето на површината се важни и за полупроводничката индустрија и за биотехнолошката/фармацевтската индустрија, SEMI, при пишувањето на спецификациите за индустријата за полупроводници, наведе дека 316L gaslines performance0 за процесот мора да има ASTM, од друга страна, ја измени својата спецификација ASTM 270 за да вклучи цевки од фармацевтска класа што ја ограничува содржината на сулфур на опсег од 0,005 до 0,017%. Ова треба да резултира со помали потешкотии при заварувањето во споредба со сулфурите од помал опсег. s или фитинзи, и монтери треба внимателно да го следат загревањето на материјалот и да проверат пред изработката Компатибилноста на лемењето помеѓу загревањето. Производство на завари.
Утврдено е дека елементите во трагови, вклучувајќи сулфур, кислород, алуминиум, силициум и манган влијаат на пенетрацијата. Количините во трагови на алуминиум, силициум, калциум, титаниум и хром присутни во основниот метал како инклузии на оксид се поврзани со формирање на згура за време на заварувањето.
Ефектите на различните елементи се кумулативни, така што присуството на кислород може да неутрализира некои од ефектите на ниско ниво на сулфур. Високите нивоа на алуминиум може да се спротивстават на позитивниот ефект врз пенетрацијата на сулфурот. експериментирање со материјали со низок манган, па дури и со ултра низок манган 316L за да се спречи оваа загуба на отпорност на корозија.
Формирање згура. Островите од згура повремено се појавуваат на зрното од не'рѓосувачки челик за некои горештини. Ова е инхерентно материјално прашање, но понекогаш промените во параметрите на заварувањето може да го минимизираат тоа или промените во мешавината на аргон/водород може да го подобрат заварувањето. содржината на алуминиум на 0,010% и содржината на силициум на 0,5%. Меѓутоа, кога односот Al/Si е над ова ниво, може да се формира сферична згура наместо типот на плочата. Овој тип на згура може да остави јами по електрополирањето, што е неприфатливо за апликации со висока чистота. доволна пенетрација.Островите на згура кои се формираат на зрното за заварување ID може да бидат подложни на корозија.
Заварување со еднократна работа со пулсирање. d доцнење во кое е присутен лак, но не се јавува ротација. По ова ротационо доцнење, електродата се ротира околу заварениот спој додека заварот не се спои или преклопи со почетниот дел од заварот за време на последниот слој на заварување. Кога поврзувањето е завршено, струјата се намалува со временски пад.
Чекорен режим („синхронизирано“ заварување). За заварување со фузија на материјали со подебели ѕидови, обично поголеми од 0,083 инчи, изворот на енергија за заварување со фузија може да се користи во синхрон или чекор режим. тешките техники користат подолги импулсни времиња, од редот од 0,5 до 1,5 секунди, во споредба со десеттата или стотата секунда време на импулс за конвенционално заварување. Крајно толерантен и корисен за заварување на неправилни делови како што се фитинзи за цевки на цевки каде што може да има разлики во димензионалните толеранции, извесна неусогласеност или топлинска некомпатибилност на материјалот. Овој тип на заварување бара приближно двојно повеќе време на лачно заварување од вообичаеното заварување и е помалку погоден за апликации со ултра висока чистота (UHP) поради погрубата.
Програмабилни променливи. Тековната генерација на извори на енергија за заварување се базирани на микропроцесори и складираат програми кои специфицираат нумерички вредности за параметрите на заварување за специфичен дијаметар (OD) и дебелина на ѕидот на цевката што треба да се заварува, вклучувајќи време на прочистување, струја на заварување, брзина на патување (RPM), број на слоеви и време за пополнување на жица или време по жица со додадено време, пулс. параметрите ќе вклучуваат брзина на напојување на жица, амплитуда на осцилација на факелот и време на задржување, AVC (контрола на напонот на лакот за да се обезбеди постојан јаз во лак) и нагорнина. заварувањето продолжува без интервенција на операторот.
Непрограмабилни променливи. За да се добие постојано добар квалитет на заварот, мора внимателно да се контролираат параметрите на заварувањето. инспекција на заварување и систем за контрола на квалитетот за да се осигура дека заварувањето ги исполнува договорените стандарди. Меѓутоа, одредени фактори и процедури, освен параметрите за заварување, исто така мора внимателно да се контролираат. Овие фактори вклучуваат употреба на добра опрема за подготовка на крајот, добри практики за чистење и ракување, добри димензионални толеранции на цевки или други делови што се заваруваат, конзистентно внимание со висока температура на волфрам и големина.
Барањата за подготовка за заварување на крајот на цевките се покритични за орбиталното заварување отколку рачното. Заварените споеви за заварување на орбиталните цевки обично се спојки со четврт формат. За да се постигне посакуваната повторливост при орбиталното заварување, потребна е прецизна, конзистентна, машинска подготовка на крајот. .
Краевите на цевките мора да се вклопат заедно во главата на заварот, така што нема забележлив јаз меѓу краевите на квадратниот задник спој. Иако може да се постигнат заварени споеви со мали празнини, квалитетот на заварот може да биде негативно. оперативни или преносливи стругови за подготовка на краевите како оние направени од Protem, Wachs и други, кои често се користат за правење орбитални завари со мазни краеви погодни за обработка.
Покрај параметрите за заварување кои ја внесуваат моќноста за заварување, постојат и други променливи кои можат да имаат големо влијание врз заварувањето, но тие не се дел од вистинската процедура за заварување. Ова ги вклучува типот и големината на волфрамот, видот и чистотата на гасот што се користи за заштита на лакот и чистење на внатрешноста на спојот, изворот на протекување на гасот и другиот тип на струја што се користи, информации. Ги нарекуваме овие „непрограмабилни“ променливи и ги запишуваме на распоредот за заварување. На пример, типот на гас се смета за суштинска променлива во Спецификацијата за процедурата за заварување (WPS) за процедурите за заварување да се усогласат со ASME Дел IX Кодекс на котел и сад под притисок. Промените во типот на гасот или процентот на промена на смесата за гас бараат повторно проценување на процентот на валидност на гасот.
гас за заварување.Не'рѓосувачкиот челик е отпорен на атмосферска кислородна оксидација на собна температура. Кога се загрева до неговата точка на топење (1530°C или 2800°F за чисто железо) лесно се оксидира. Инертниот аргон најчесто се користи како заштитен гас и за прочистување на внатрешниот процес на заварени споеви. структурата ја одредува количината на промена на бојата предизвикана од оксидација што се јавува на или во близина на заварот по заварувањето. лежи во цилиндрите е 99,996-99,997% чист, во зависност од добавувачот, и содржи 5-7 ppm кислород и други нечистотии, вклучувајќи H2O, O2, CO2, јаглеводороди, итн., за вкупно 40 ppm максимум. Аргон со висока чистота во цилиндар 9% нечист или 9% течност може да биде 9% де urities, со максимум 2 ppm кислород. ЗАБЕЛЕШКА: Прочистувачите на гас, како што се Nanochem или Gatekeeper, може да се користат за време на чистењето за да се намалат нивоата на контаминација до опсегот на делови на милијарда (ppb).
Мешавините на гас како што се 75% хелиум/25% аргон и 95% аргон/5% водород може да се користат како заштитни гасови за посебни примени. Двете мешавини создадоа потопли заварувања од оние направени под истите програмски поставки како аргонот. Мешавините на хелиум се особено погодни за максимална пенетрација со заварување со спојување со заварување со фузија на јаглерод-консултантска мешавина на јаглероден челик. отпуштачки гасови за UHP апликации. Водородните мешавини имаат неколку предности, но и некои сериозни недостатоци. Предноста е што создава повлажна локва и помазна површина за заварување, што е идеално за имплементација на системи за испорака на гас со ултра висок притисок со мазна внатрешна површина. Концентрација на кислород во чист аргон. Овој ефект е оптимален при околу 5% содржина на водород. Некои користат мешавина од 95/5% аргон/водород како прочистување за идентификација за да го подобрат изгледот на внатрешното заварување.
Зрната на заварот што користи мешавина од водород како заштитен гас е потесна, освен што не'рѓосувачкиот челик има многу ниска содржина на сулфур и генерира повеќе топлина во заварот отколку истата струја со неизмешан аргон. Значаен недостаток на мешавините аргон/водород е тоа што лакот е многу помалку стабилен од чистиот аргон, а може да има доволно силен тенденции за исчезнување. се користи различен мешан извор на гас, што укажува на тоа дека може да биде предизвикано од контаминација или лошо мешање. Бидејќи топлината што се создава од лакот варира во зависност од концентрацијата на водородот, константна концентрација е од суштинско значење за да се постигнат повторливи завари, а има разлики во претходно измешаниот флаширан гас. Друг недостаток е тоа што животниот век на волфрамот е значително скратен за време на употребата на волфрам поради смесата од водород. Едниот гас не е одреден, пријавено е дека лакот е потежок и дека волфрамот можеби ќе треба да се замени по едно или две завари. Мешавините на аргон/водород не можат да се користат за заварување јаглероден челик или титаниум.
Карактеристична карактеристика на процесот TIG е тоа што не троши електроди. Волфрамот има највисока точка на топење од кој било метал (6098°F; 3370°C) и е добар емитер на електрони, што го прави особено погоден за употреба како електрода што не се троши. Неговите својства се подобруваат со додавање на 2% од одредени оксиди од ретки земји, како што се оксидите на ретката земја, како што се оксидите на ретката земја. и стабилност на лакот. Чистиот волфрам ретко се користи во GTAW поради супериорните својства на цериум волфрам, особено за орбитални GTAW апликации. Ториумскиот волфрам се користи помалку отколку во минатото, бидејќи тие се донекаде радиоактивни.
Електродите со полиран финиш се поеднакви по големина. Секогаш се претпочита мазна површина отколку груба или неконзистентна површина, бидејќи конзистентноста во геометријата на електродата е критична за конзистентни, униформни резултати на заварување. Електроните што се емитуваат од врвот (DCEN) ја пренесуваат топлината од врвот на волфрам до заварот. важно е механички да се меле врвот на електродата за да се обезбеди повторливост на геометријата на волфрам и повторливост на заварот. Тапиот врв го присилува лакот од заварот до истото место на волфрамот. Дијаметарот на врвот го контролира обликот на лакот и количината на пенетрација на одредена струја. Заострениот агол влијае на должината и напонот на карактеристиките на контролата на струјата/напонот мора да бидат познати на карактеристиките на струјата/напонот. ngsten може да се користи за поставување на јазот на лакот. Јазот на лакот за одредена вредност на струјата го одредува напонот, а со тоа и моќноста што се применува на заварот.
Големината на електродата и нејзиниот дијаметар на врвот се избираат според интензитетот на струјата на заварување. Ако струјата е превисока за електродата или нејзиниот врв, може да изгуби метал од врвот, а користењето електроди со преголем дијаметар на врвот за струјата може да предизвика лизгање на лакот. Ги одредуваме дијаметрите на електродата и врвот според дебелината на ѕидот на спојот на заварувањето и користиме 0,09″ до дебелината на заварувањето и користиме од 0,09″ до дебелиот ѕид. да се користи со електроди со дијаметар од 0,040" за заварување компоненти со мала прецизност. За повторливост на процесот на заварување, мора да се специфицираат и контролираат типот и завршницата на волфрам, должината, конусниот агол, дијаметарот, дијаметарот на врвот и празнината на лакот. д.
За повеќе информации, ве молиме контактирајте со Барбара Хенон, менаџер за технички публикации, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Телефон: 818-896-9556. Факс: 818-890-3724.