Opomba urednika: Pharmaceutical Online z veseljem predstavlja ta štiridelni članek o orbitalnem varjenju bioprocesnih cevi, ki ga je napisala strokovnjakinja za industrijo Barbara Henon iz podjetja Arc Machines. Ta članek je prirejen po predstavitvi dr. Henon na konferenci ASME konec lanskega leta.
Preprečite izgubo odpornosti proti koroziji. Visoko čista voda, kot je deionizirana voda ali voda za injekcije, je zelo agresivno jedkalno sredstvo za nerjaveče jeklo. Poleg tega se voda za injekcije farmacevtske kakovosti ciklično obdela pri visoki temperaturi (80 °C), da se ohrani sterilnost. Obstaja subtilna razlika med znižanjem temperature, ki zadostuje za podporo živim organizmom, smrtonosnim za izdelek, in zvišanjem temperature, ki zadostuje za spodbujanje nastajanja "rdečine". Rdečina je rjav film različne sestave, ki ga povzroči korozija komponent cevovodnega sistema iz nerjavečega jekla. Glavne sestavine so lahko umazanija in železovi oksidi, prisotne pa so lahko tudi različne oblike železa, kroma in niklja. Prisotnost rdeče barve je smrtonosna za nekatere izdelke in lahko povzroči nadaljnjo korozijo, čeprav se zdi, da je njena prisotnost v drugih sistemih dokaj neškodljiva.
Varjenje lahko negativno vpliva na odpornost proti koroziji. Vroča barva je posledica oksidirajočega materiala, ki se med varjenjem odlaga na zvare in območja z visokim vplivom toplote, je še posebej škodljiva in je povezana z nastankom rdečice v farmacevtskih vodnih sistemih. Nastanek kromovega oksida lahko povzroči vroč odtenek, ki za seboj pusti plast, osiromašeno s kromom, ki je dovzetna za korozijo. Vročo barvo je mogoče odstraniti z dekapiranjem in brušenjem, s čimer se kovina odstrani s površine, vključno s spodnjo plastjo, osiromašeno s kromom, in se odpornost proti koroziji obnovi na ravni blizu ravni osnovne kovine. Vendar pa dekapiranje in brušenje škodujeta površinski obdelavi. Pasivacija cevovodnega sistema z dušikovo kislino ali formulacijami kelatnih sredstev se izvaja za premagovanje negativnih učinkov varjenja in izdelave, preden se cevovodni sistem da v uporabo. Analiza z Augerjevimi elektroni je pokazala, da lahko kelacijska pasivizacija povrne površinske spremembe v porazdelitvi kisika, kroma, železa, niklja in mangana, ki so se pojavile v varjenju in območju toplotnega vpliva, v stanje pred varjenjem. Vendar pa pasivizacija vpliva le na zunanjo površinsko plast in ne prodre pod 50 angstromov, medtem ko se toplotna obarvanost lahko razširi 1000 angstromov ali več pod površino.
Zato je za namestitev korozijsko odpornih cevovodnih sistemov v bližini nevarjenih podlag pomembno poskušati omejiti poškodbe, ki jih povzroči varjenje in izdelava, na ravni, ki jih je mogoče v veliki meri odpraviti s pasivizacijo. To zahteva uporabo čistilnega plina z minimalno vsebnostjo kisika in dovajanje do notranjega premera varjenega spoja brez kontaminacije z atmosferskim kisikom ali vlago. Natančen nadzor dovoda toplote in preprečevanje pregrevanja med varjenjem sta prav tako pomembna za preprečevanje izgube korozijske odpornosti. Nadzor proizvodnega procesa za doseganje ponovljivih in doslednih visokokakovostnih zvarov ter skrbno ravnanje s cevmi in komponentami iz nerjavečega jekla med proizvodnjo za preprečevanje kontaminacije so bistvene zahteve za visokokakovosten cevovodni sistem, ki je odporen proti koroziji in zagotavlja dolgoročno produktivno delovanje.
Materiali, ki se uporabljajo v visoko čistih biofarmacevtskih cevnih sistemih iz nerjavečega jekla, so se v zadnjem desetletju razvili v smeri izboljšane odpornosti proti koroziji. Večina nerjavečega jekla, ki se je uporabljalo pred letom 1980, je bilo nerjavno jeklo 304, ker je bilo relativno poceni in je predstavljalo izboljšavo v primerjavi z bakrom, ki se je uporabljal prej. Pravzaprav so nerjavna jekla serije 300 relativno enostavna za strojno obdelavo, jih je mogoče variti s taljenjem brez nepotrebne izgube odpornosti proti koroziji in ne zahtevajo posebnega predgrevanja in naknadne toplotne obdelave.
V zadnjem času se je povečala uporaba nerjavečega jekla 316 v cevovodih visoke čistosti. Tip 316 je po sestavi podoben tipu 304, vendar poleg kromovih in nikljevih legirnih elementov, ki so skupni obema, vsebuje 316 približno 2 % molibdena, kar znatno izboljša odpornost proti koroziji jekla 316. Tipa 304L in 316L, imenovana razreda "L", imata nižjo vsebnost ogljika kot standardni razredi (0,035 % v primerjavi z 0,08 %). To zmanjšanje vsebnosti ogljika je namenjeno zmanjšanju količine izločanja karbida, ki lahko nastane zaradi varjenja. Gre za nastanek kromovega karbida, ki izčrpa meje zrn osnovne kovine kroma, zaradi česar je dovzetna za korozijo. Nastanek kromovega karbida, imenovan "senzibilizacija", je odvisen od časa in temperature ter je večji problem pri ročnem spajkanju. Pokazali smo, da orbitalno varjenje superavstenitnega nerjavečega jekla AL-6XN zagotavlja bolj korozijsko odporne zvare kot podobni ročno izdelani zvari. To je zato, ker orbitalno varjenje zagotavlja natančen nadzor nad ... amperaža, pulzacija in čas, kar ima za posledico nižji in bolj enakomeren vnos toplote kot ročno varjenje. Orbitalno varjenje v kombinaciji z jeklenima razredoma "L" 304 in 316 praktično odpravlja izločanje karbida kot dejavnik razvoja korozije v cevovodnih sistemih.
Sprememba toplote nerjavečega jekla od toplote do toplote. Čeprav je mogoče varilne parametre in druge dejavnike ohranjati v dokaj strogih tolerancah, še vedno obstajajo razlike v vnosu toplote, potrebnem za varjenje nerjavečega jekla od toplote do toplote. Številka toplote je številka serije, dodeljena določeni talini nerjavečega jekla v tovarni. Natančna kemična sestava vsake serije je zabeležena v poročilu o tovarniškem preskusu (MTR) skupaj z identifikacijo serije ali številko toplote. Čisto železo se tali pri 1538 °C (2800 °F), medtem ko se legirane kovine talijo v razponu temperatur, odvisno od vrste in koncentracije vsake prisotne zlitine ali elementa v sledovih. Ker nobeni dve toploti nerjavečega jekla ne bosta vsebovali popolnoma enake koncentracije vsakega elementa, se bodo varilne lastnosti razlikovale od peči do peči.
SEM orbitalnih zvarov cevi 316L na AOD cevi (zgoraj) in EBR materialu (spodaj) je pokazal pomembno razliko v gladkosti zvarnega roba.
Čeprav lahko en sam postopek varjenja deluje za večino tavin s podobnim zunanjim premerom in debelino stene, nekatere tavitve zahtevajo manjšo amperažo, nekatere pa višjo amperažo kot običajno. Zaradi tega je treba segrevanje različnih materialov na gradbišču skrbno spremljati, da se izognemo morebitnim težavam. Pogosto nova tavina zahteva le majhno spremembo amperaže, da se doseže zadovoljiv postopek varjenja.
Problem z žveplom. Elementarno žveplo je nečistoča, povezana z železovo rudo, ki se med postopkom izdelave jekla v veliki meri odstrani. Nerjavna jekla AISI tipa 304 in 316 so specificirana z največjo vsebnostjo žvepla 0,030 %. Z razvojem sodobnih postopkov rafiniranja jekla, kot sta razogljičenje z argonom in kisikom (AOD) in dvojni vakuumski postopki taljenja, kot je vakuumsko indukcijsko taljenje, ki mu sledi vakuumsko obločno pretaljevanje (VIM+VAR), je postalo mogoče proizvajati jekla, ki so zelo posebna na naslednje načine. njihova kemična sestava. Ugotovljeno je bilo, da se lastnosti varilne kadi spremenijo, ko je vsebnost žvepla v jeklu pod približno 0,008 %. To je posledica vpliva žvepla in v manjši meri drugih elementov na temperaturni koeficient površinske napetosti varilne kadi, ki določa značilnosti pretoka tekoče kadi.
Pri zelo nizkih koncentracijah žvepla (0,001 % – 0,003 %) postane penetracija varilne luže zelo široka v primerjavi s podobnimi varjenji, narejenimi na materialih s srednjo vsebnostjo žvepla. Varjenje na ceveh iz nerjavečega jekla z nizko vsebnostjo žvepla bo imelo širše varje, medtem ko bo pri ceveh z debelejšimi stenami (0,065 palca oziroma 1,66 mm ali več) večja nagnjenost k nastanku zvarov. Varjenje vdolbin. Ko je varilni tok zadosten za popolnoma penetriran zvar, je zaradi tega materiale z zelo nizko vsebnostjo žvepla težje variti, zlasti pri debelejših stenah. Pri višji koncentraciji žvepla v nerjavnem jeklu 304 ali 316 je varilna kroglica manj tekočega videza in bolj hrapava kot pri materialih s srednjo vsebnostjo žvepla. Zato bi bila idealna vsebnost žvepla za varljivost v območju od približno 0,005 % do 0,017 %, kot je določeno v standardu ASTM A270 S2 za cevi farmacevtske kakovosti.
Proizvajalci elektropoliranih cevi iz nerjavečega jekla so opazili, da že zmerne ravni žvepla v nerjavnem jeklu 316 ali 316L otežujejo izpolnjevanje potreb njihovih strank iz polprevodnikov in biofarmacevtskih izdelkov po gladkih notranjih površinah brez jamic. Uporaba vrstične elektronske mikroskopije za preverjanje gladkosti površine cevi je vse pogostejša. Dokazano je, da žveplo v osnovnih kovinah tvori nekovinske vključke ali "strune" manganovega sulfida (MnS), ki se med elektropoliranjem odstranijo in pustijo praznine v območju 0,25–1,0 mikrona.
Proizvajalci in dobavitelji elektropoliranih cevi usmerjajo trg k uporabi materialov z izjemno nizko vsebnostjo žvepla, da bi izpolnili svoje zahteve glede površinske obdelave. Vendar pa težava ni omejena le na elektropolirane cevi, saj se pri neelektropoliranih ceveh vključki odstranijo med pasivizacijo cevovodnega sistema. Izkazalo se je, da so praznine bolj nagnjene k jamkanju kot gladke površine. Torej obstaja nekaj tehtnih razlogov za trend k materialom z nizko vsebnostjo žvepla, "čistejšim".
Odklon loka. Poleg izboljšanja varivosti nerjavnega jekla prisotnost nekaj žvepla izboljša tudi obdelovalnost. Posledično proizvajalci in izdelovalci običajno izbirajo materiale na višjem koncu določenega območja vsebnosti žvepla. Varjenje cevi z zelo nizko koncentracijo žvepla na fitinge, ventile ali druge cevi z višjo vsebnostjo žvepla lahko povzroči težave pri varjenju, ker bo oblok usmerjen proti cevem z nizko vsebnostjo žvepla. Ko pride do odklona loka, postane penetracija na strani z nizko vsebnostjo žvepla globlja kot na strani z visoko vsebnostjo žvepla, kar je ravno nasprotno od tega, kar se zgodi pri varjenju cevi z ustreznimi koncentracijami žvepla. V skrajnih primerih lahko varilni žig popolnoma prodre v material z nizko vsebnostjo žvepla in pusti notranjost zvara popolnoma neraztopljeno (Fihey in Simeneau, 1982). Da bi se vsebnost žvepla v fitingih ujemala z vsebnostjo žvepla v cevi, je oddelek Carpenter Steel korporacije Carpenter Technology Corporation iz Pennsylvanije uvedel nizko vsebnost žvepla (največ 0,005 %) 316 barov (tip 316L-SCQ) (VIM+VAR) za izdelavo fitingov in ... druge komponente, namenjene varjenju na cevi z nizko vsebnostjo žvepla. Varjenje dveh materialov z zelo nizko vsebnostjo žvepla je veliko lažje kot varjenje materiala z zelo nizko vsebnostjo žvepla na material z višjo vsebnostjo žvepla.
Prehod na uporabo cevi z nizko vsebnostjo žvepla je v veliki meri posledica potrebe po gladkih elektropoliranih notranjih površinah cevi. Čeprav sta površinska obdelava in elektropoliranje pomembna tako za polprevodniško industrijo kot za biotehnološko/farmacevtsko industrijo, je SEMI pri pisanju specifikacije za polprevodniško industrijo določil, da morajo imeti cevi 316L za procesne plinske cevovode za optimalno delovanje površinskih koncev pokrovček z 0,004 % žvepla. ASTM pa je svojo specifikacijo ASTM 270 spremenil tako, da vključuje cevi farmacevtske kakovosti, ki omejujejo vsebnost žvepla na območje od 0,005 do 0,017 %. To bi moralo povzročiti manj težav pri varjenju v primerjavi z žveplom z nižjim razponom. Vendar je treba opozoriti, da lahko tudi v tem omejenem območju pride do odklona loka pri varjenju cevi z nizko vsebnostjo žvepla na cevi ali fitinge z visoko vsebnostjo žvepla, monterji pa morajo skrbno spremljati segrevanje materiala in pred izdelavo preveriti združljivost spajkalnika med segrevanjem. Izdelava zvarov.
drugi elementi v sledovih. Ugotovljeno je bilo, da elementi v sledovih, vključno z žveplom, kisikom, aluminijem, silicijem in manganom, vplivajo na penetracijo. Sledi aluminija, silicija, kalcija, titana in kroma, prisotne v osnovni kovini kot oksidni vključki, so povezane z nastajanjem žlindre med varjenjem.
Učinki različnih elementov so kumulativni, zato lahko prisotnost kisika izravna nekatere učinke nizke vsebnosti žvepla. Visoke ravni aluminija lahko izničijo pozitiven učinek na prodiranje žvepla. Mangan pri temperaturi varjenja hlapno izhlapi in se odlaga v območju varjenja, ki ga je prizadela toplota. Te manganove usedline so povezane z izgubo korozijske odpornosti. (Glej Cohen, 1997). Polprevodniška industrija trenutno eksperimentira z materiali 316L z nizko in celo ultra nizko vsebnostjo mangana, da bi preprečila to izgubo korozijske odpornosti.
Nastanek žlindre. Pri nekaterih segrevanjih se na nerjavnem jeklu občasno pojavijo žlindrini otoki. To je že samo po sebi težava z materialom, vendar lahko včasih spremembe varilnih parametrov to zmanjšajo ali pa spremembe mešanice argona in vodika izboljšajo zvar. Pollard je ugotovil, da razmerje med aluminijem in silicijem v osnovni kovini vpliva na nastanek žlindre. Da bi preprečili nastanek neželene žlindre v obliki plakov, priporoča, da se vsebnost aluminija ohranja pri 0,010 %, vsebnost silicija pa pri 0,5 %. Vendar pa se lahko, ko je razmerje Al/Si nad to ravnjo, namesto plakov tvori sferična žlindra. Ta vrsta žlindre lahko po elektropoliranju pusti jamice, kar je nesprejemljivo za uporabo z visoko čistostjo. Žlindrini otoki, ki nastanejo na zunanjem premeru zvara, lahko povzročijo neenakomerno penetracijo notranjega prehoda in posledično nezadostno penetracijo. Žlindrini otoki, ki nastanejo na notranjem varu, so lahko dovzetni za korozijo.
Enoslojno varjenje s pulziranjem. Standardno avtomatsko orbitalno varjenje cevi je enoslojno varjenje s pulzirajočim tokom in neprekinjenim vrtenjem s konstantno hitrostjo. Ta tehnika je primerna za cevi z zunanjim premerom od 1/8″ do približno 7″ in debelino stene 0,083″ ali manj. Po časovno omejenem predpihovanju pride do obloka. Preboj stene cevi se doseže med časovno omejenim zamikom, v katerem je oblok prisoten, vendar ne pride do vrtenja. Po tem zamiku vrtenja se elektroda vrti okoli varjenega spoja, dokler se var ne združi ali prekrije z začetnim delom varjenja med zadnjim slojem varjenja. Ko je povezava končana, se tok časovno zmanjša.
Korakni način ("sinhrono" varjenje). Za taljenje varjenja debelejših stenskih materialov, običajno večjih od 0,083 palca (0,083 palca), se lahko vir napajanja za taljenje varjenja uporablja v sinhronem ali koračnem načinu. V sinhronem ali koračnem načinu je impulz varilnega toka sinhroniziran z gibom, zato je rotor mirujoč za maksimalno penetracijo med impulzi visokega toka in se premika med impulzi nizkega toka. Sinhrone tehnike uporabljajo daljše čase impulzov, reda velikosti od 0,5 do 1,5 sekunde, v primerjavi z desetinko ali stotinko sekunde časa impulza pri konvencionalnem varjenju. Ta tehnika lahko učinkovito vari cev s tanko steno kalibra 40 debeline 0,154″ ali 6″ in debeline stene 0,154″ ali 6″. Stopničasta tehnika ustvari širši zvar, zaradi česar je odporen na napake in uporaben za varjenje nepravilnih delov, kot so cevni fitingi, na cevi, kjer lahko pride do razlik v dimenzijskih tolerancah, nekaj neusklajenosti ali toplotne nezdružljivosti materiala. Ta vrsta varjenja zahteva približno dvakrat daljši čas obloka kot konvencionalno varjenje in je manj primerna za aplikacije ultra visoke čistosti (UHP) zaradi širše in bolj grobe površine. šiv.
Programabilne spremenljivke. Trenutna generacija varilnih virov napajanja temelji na mikroprocesorjih in shranjuje programe, ki določajo numerične vrednosti varilnih parametrov za določen premer (OD) in debelino stene cevi, ki jo je treba variti, vključno s časom prepihovanja, varilnim tokom, hitrostjo premikanja (RPM), številom plasti in časom na plast, časom impulza, časom spuščanja itd. Pri orbitalnih varjenjih cevi z dodano polnilno žico bodo programski parametri vključevali hitrost podajanja žice, amplitudo nihanja gorilnika in čas zadrževanja, AVC (krmiljenje napetosti obloka za zagotavljanje konstantne reže obloka) in naklon. Za izvedbo taljenja namestite varilno glavo z ustrezno elektrodo in vložki za cevi na cev ter prikličite urnik ali program varjenja iz pomnilnika vira napajanja. Zaporedje varjenja se sproži s pritiskom na gumb ali tipko na membranski plošči in varjenje se nadaljuje brez posredovanja operaterja.
Neprogramabilne spremenljivke. Za doseganje dosledno dobre kakovosti varjenja je treba varilne parametre skrbno nadzorovati. To se doseže z natančnostjo varilnega vira in varilnega programa, ki je niz navodil, vnesenih v vir napajanja, ki ga sestavljajo varilni parametri za varjenje določene velikosti cevi ali cevovoda. Obstajati mora tudi učinkovit niz varilnih standardov, ki določajo merila sprejemljivosti varjenja, in nekaj sistema za inšpekcijo in nadzor kakovosti varjenja, da se zagotovi, da varjenje izpolnjuje dogovorjene standarde. Vendar pa je treba poleg varilnih parametrov skrbno nadzorovati tudi nekatere dejavnike in postopke. Ti dejavniki vključujejo uporabo dobre opreme za pripravo koncev, dobre prakse čiščenja in ravnanja, dobre dimenzijske tolerance cevi ali drugih delov, ki se varijo, dosledno vrsto in velikost volframa, visoko prečiščene inertne pline in skrbno pozornost do sprememb materiala. - visoka temperatura.
Zahteve glede priprave varjenja koncev cevi so pri orbitalnem varjenju kritičnejše kot pri ročnem varjenju. Varjeni spoji za orbitalno varjenje cevi so običajno kvadratni čelni spoji. Za doseganje želene ponovljivosti pri orbitalnem varjenju je potrebna natančna, dosledna in strojno obdelana priprava koncev. Ker je varilni tok odvisen od debeline stene, morajo biti konci kvadratni, brez zarez ali poševnin na zunanjem ali notranjem premeru (zunanjem ali notranjem premeru), kar bi povzročilo različne debeline sten.
Konca cevi se morata v varilni glavi prilegati tako, da med konci kvadratnega čelnega spoja ni opazne reže. Čeprav je mogoče doseči varjene spoje z majhnimi režami, je lahko kakovost varjenja negativno prizadeta. Večja kot je reža, večja je verjetnost, da bo prišlo do težave. Slaba montaža lahko povzroči popolno odpoved spajkanja. Žage za cevi proizvajalca George Fischer in drugih, ki režejo cev in obrnejo konce cevi v istem postopku, ali prenosne stružnice za pripravo koncev, kot so tiste proizvajalcev Protem, Wachs in drugi, se pogosto uporabljajo za izdelavo gladkih orbitalnih zvarov na koncih, primernih za strojno obdelavo. Žage za rezanje, žage za kovino, tračne žage in rezalniki cevi niso primerni za ta namen.
Poleg varilnih parametrov, ki vnašajo moč za varjenje, obstajajo tudi druge spremenljivke, ki lahko močno vplivajo na varjenje, vendar niso del dejanskega varilnega postopka. To vključuje vrsto in velikost volframa, vrsto in čistost plina, ki se uporablja za zaščito obloka in prepihovanje notranjosti varjenega spoja, pretok plina, ki se uporablja za prepihovanje, vrsto glave in uporabljenega vira napajanja, konfiguracijo spoja in vse druge pomembne informacije. Te spremenljivke imenujemo "neprogramabilne" in jih zabeležimo v varilnem urniku. Na primer, vrsta plina se v specifikaciji varilnega postopka (WPS) šteje za bistveno spremenljivko, da so varilni postopki skladni s kodeksom ASME Section IX za kotle in tlačne posode. Spremembe vrste plina ali odstotkov mešanice plinov ali odprava prepihovanja notranjega dela zahtevajo ponovno validacijo varilnega postopka.
varilni plin. Nerjaveče jeklo je pri sobni temperaturi odporno na oksidacijo z atmosferskim kisikom. Ko se segreje na tališče (1530 °C ali 2800 °F za čisto železo), zlahka oksidira. Inertni argon se najpogosteje uporablja kot zaščitni plin in za čiščenje notranjih varjenih spojev z orbitalnim postopkom GTAW. Čistost plina glede na kisik in vlago določa količino oksidacijsko povzročene razbarvanja, ki se pojavi na ali blizu varjenja po varjenju. Če čistilni plin ni najvišje kakovosti ali če sistem za čiščenje ni popolnoma neprepusten, tako da v sistem za čiščenje uhaja majhna količina zraka, je lahko oksidacija svetlo modrozelena ali modrikasta. Seveda brez čiščenja ne bo prišlo do skorjaste črne površine, ki se običajno imenuje "sladkana". Argon za varjenje, dobavljen v jeklenkah, je čist 99,996–99,997 %, odvisno od dobavitelja, in vsebuje 5–7 ppm kisika in drugih nečistoč, vključno s H2O, O2, CO2, ogljikovodiki itd., kar je skupno največ 40 ppm. Visoko čist argon. v jeklenki ali tekoči argon v Dewarjevi posodi je lahko 99,999 % čist ali vsebuje 10 ppm skupnih nečistoč, z največ 2 ppm kisika. OPOMBA: Med čiščenjem se lahko uporabijo čistilniki plinov, kot sta Nanochem ali Gatekeeper, za zmanjšanje ravni kontaminacije na območje delcev na milijardo (ppb).
Mešana sestava. Plinske mešanice, kot so 75 % helija/25 % argona in 95 % argona/5 % vodika, se lahko uporabljajo kot zaščitni plini za posebne aplikacije. Ti dve mešanici sta ustvarili bolj vroče varove kot tisti, ki so bili narejeni z enakimi nastavitvami programa kot argon. Helijeve mešanice so še posebej primerne za maksimalno penetracijo s talilnim varjenjem ogljikovega jekla. Svetovalec za polprevodniško industrijo priporoča uporabo mešanic argona/vodika kot zaščitnih plinov za ultra visokotlačne aplikacije. Vodikove mešanice imajo več prednosti, a tudi nekaj resnih slabosti. Prednost je, da ustvarijo bolj vlažno lužo in gladko površino varjenja, kar je idealno za uporabo sistemov za dovajanje plina pod ultra visokim tlakom z čim bolj gladko notranjo površino. Prisotnost vodika zagotavlja redukcijsko atmosfero, zato bo nastali var, če so v plinski mešanici prisotne sledi kisika, videti čistejši z manj razbarvanja kot podobna koncentracija kisika v čistem argonu. Ta učinek je optimalen pri približno 5 % vsebnosti vodika. Nekateri uporabljajo mešanico argona/vodika 95/5 % kot notranji prepih za izboljšanje videza notranjega varilnega zvara.
Zvarna kroglica z mešanico vodika kot zaščitnim plinom je ožja, le da ima nerjaveče jeklo zelo nizko vsebnost žvepla in ustvari več toplote v varu kot enaka nastavitev toka z nemešanim argonom. Pomembna pomanjkljivost mešanic argona/vodika je, da je oblok veliko manj stabilen kot čisti argon in obstaja nagnjenost k odnašanju obloka, ki je dovolj hudo, da povzroči napačno taljenje. Odnašanje obloka lahko izgine, ko se uporabi drug vir mešanega plina, kar kaže na to, da ga lahko povzroči kontaminacija ali slabo mešanje. Ker se toplota, ki jo ustvari oblok, spreminja glede na koncentracijo vodika, je za doseganje ponovljivih zvarov bistvena konstantna koncentracija, obstajajo pa razlike tudi pri predhodno mešanem plinu v jeklenkah. Druga pomanjkljivost je, da se življenjska doba volframa močno skrajša pri uporabi mešanice vodika. Čeprav vzrok za poslabšanje volframa zaradi mešanega plina ni bil ugotovljen, so poročali, da je oblok težje varljiv in da bo volfram morda treba zamenjati po enem ali dveh varjenjih. Mešanic argona/vodika ni mogoče uporabiti za varjenje ogljikovega jekla ali titana.
Posebnost postopka TIG je, da ne porablja elektrod. Volfram ima najvišje tališče od vseh kovin (6098 °F; 3370 °C) in je dober oddajnik elektronov, zaradi česar je še posebej primeren za uporabo kot netaljiva elektroda. Njegove lastnosti se izboljšajo z dodatkom 2 % nekaterih redkozemeljskih oksidov, kot so cerij, lantanov oksid ali torijev oksid, za izboljšanje vžiga in stabilnosti obloka. Čisti volfram se pri GTAW redko uporablja zaradi boljših lastnosti cerijevega volframa, zlasti za orbitalne aplikacije GTAW. Torijev volfram se uporablja manj kot v preteklosti, ker je nekoliko radioaktiven.
Elektrode s polirano površino so bolj enakomerne velikosti. Gladka površina je vedno boljša od hrapave ali neenakomerne površine, saj je doslednost geometrije elektrode ključnega pomena za dosledne in enakomerne rezultate varjenja. Elektroni, ki jih oddaja konica (DCEN), prenašajo toploto z volframove konice na zvar. Tanjša konica omogoča zelo visoko gostoto toka, vendar lahko povzroči krajšo življenjsko dobo volframa. Pri orbitalnem varjenju je pomembno mehansko brušenje konice elektrode, da se zagotovi ponovljivost geometrije volframa in ponovljivost zvara. Topa konica potisne lok iz zvara na isto mesto na volframu. Premer konice nadzoruje obliko loka in količino penetracije pri določenem toku. Kot zožitve vpliva na tokovno/napetostne karakteristike loka in ga je treba določiti in nadzorovati. Dolžina volframa je pomembna, ker se lahko znana dolžina volframa uporabi za nastavitev obločne reže. Obločna reža za določeno vrednost toka določa napetost in s tem moč, ki se dovaja v zvar.
Velikost elektrode in premer njene konice se izbereta glede na jakost varilnega toka. Če je tok za elektrodo ali njeno konico previsok, lahko pride do izgube kovine s konice, uporaba elektrod s premerom konice, ki je prevelik za tok, pa lahko povzroči zanašanje obloka. Premere elektrod in konic določimo glede na debelino stene varjenega spoja in za skoraj vse do debeline stene 0,093″ uporabimo premer 0,0625″, razen če je uporaba zasnovana za uporabo z elektrodami s premerom 0,040″ za varjenje majhnih preciznih komponent. Za ponovljivost varilnega postopka je treba določiti in nadzorovati vrsto in površinsko obdelavo volframa, dolžino, kot zožitve, premer, premer konice in obločno režo. Za varjenje cevi se vedno priporoča cerijev volfram, ker ima ta vrsta veliko daljšo življenjsko dobo kot druge vrste in odlične lastnosti vžiga obloka. Cerijev volfram ni radioaktiven.
Za več informacij se obrnite na Barbaro Henon, vodjo tehničnih publikacij, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Telefon: 818-896-9556. Faks: 818-890-3724.