Напомена уредника: Пхармацеутицал Онлине са задовољством представља овај чланак од четири дела о орбиталном заваривању биопроцесних цеви од стране стручњака за индустрију Барбаре Хенон из Арц Мацхинес. Овај чланак је адаптиран из презентације др Хенона на АСМЕ конференцији крајем прошле године.
Спречите губитак отпорности на корозију. Вода високе чистоће као што је ДИ или ВФИ је веома агресивно нагризајуће средство за нерђајући челик. Поред тога, фармацеутски квалитет ВФИ се кружи на високој температури (80°Ц) да би се одржала стерилност. Постоји суптилна разлика између снижавања температуре довољно да подрже живе организме који су довољно смртоносни за производ и стварање смеђег филма за стварање смеђег филма. корозија компоненти система цевовода од нерђајућег челика. Прљавштина и оксиди гвожђа могу бити главне компоненте, али могу бити присутни и различити облици гвожђа, хрома и никла. Присуство руменила је смртоносно за неке производе и његово присуство може довести до даље корозије, иако се чини да је његово присуство у другим системима прилично бенигно.
Заваривање може негативно да утиче на отпорност на корозију. Врућа боја је резултат оксидационог материјала таложеног на завареним спојевима и ХАЗ током заваривања, посебно је штетна и повезана је са стварањем руменила у системима за фармацеутску воду. Формирање оксида хрома може да изазове врућу нијансу, остављајући иза себе слој осиромашен хромом који може да се уклони са површине метала који је поново осетљив на кормо. , укључујући основни слој осиромашен хромом, и враћање отпорности на корозију на нивое близу нивоа обичних метала. Међутим, кисељење и млевење су штетни за завршну обраду површине. Пасивација система цевовода са азотном киселином или формулацијама хелатног агенса се врши да би се превазишли штетни ефекти заваривања и производње пре него што се систем дистрибуције електромотора врати у функцију. кисеоник, хром, гвожђе, никл и манган који су се појавили у зони завара и топлотном утицају до стања пре заваривања. Међутим, пасивација утиче само на спољашњи површински слој и не продире испод 50 ангстрема, док се термичка обојеност може проширити 1000 ангстрема или више испод површине.
Због тога, да би се уградили системи цевовода отпорних на корозију близу незаварених подлога, важно је покушати ограничити оштећења изазвана заваривањем и производњом на нивое који се могу значајно повратити пасивизацијом. Ово захтева употребу гаса за прочишћавање са минималним садржајем кисеоника и испоруку до унутрашњег пречника завареног споја без контаминације атмосферском атмосферском топлотом и избегавањем контаминације атмосферске топлоте. динг је такође важан за спречавање губитка отпорности на корозију. Контрола производног процеса како би се постигли поновљиви и доследни висококвалитетни завари, као и пажљиво руковање цевима и компонентама од нерђајућег челика током производње како би се спречила контаминација, основни су захтеви за висококвалитетни систем цевовода који је отпоран на корозију и пружа дугорочну продуктивну услугу.
Материјали који се користе у биофармацеутским системима од нерђајућег челика високе чистоће прошли су еволуцију у правцу побољшане отпорности на корозију током протекле деценије. Већина нерђајућег челика који се користио пре 1980. био је нерђајући челик 304 јер је био релативно јефтин и побољшање у односу на бакар који се раније користио. њихова отпорност на корозију и не захтевају посебне предгрејане и накнадне термичке третмане.
Недавно је употреба нерђајућег челика 316 у цевоводима високе чистоће била у порасту. Тип 316 је сличан по саставу типу 304, али поред елемената легуре хрома и никла који су заједнички за оба, 316 садржи око 2% молибдена, што значајно побољшава отпорност на 316′иТ4Лпе као што се односи на 316′иЛ. ” класе, имају нижи садржај угљеника од стандардних класа (0,035% наспрам 0,08%). Ово смањење садржаја угљеника има за циљ да смањи количину таложења карбида до којег може доћи услед заваривања. Ово је формирање хром карбида, који исцрпљује границе зрна основног метала хрома, чинећи га зависним од хрома. и представља већи проблем приликом ручног лемљења. Показали смо да орбитално заваривање супер-аустенитног нерђајућег челика АЛ-6КСН обезбеђује заваре који су отпорнији на корозију од сличних заварива који се раде ручно. То је зато што орбитално заваривање обезбеђује прецизну контролу ампераже, пулсирања и времена, што резултира нижим и уједначенијим уносом топлоте и Орбиталним заваривањем са виртуелним заваривањем од 36Л виртуелног степена40. елиминише таложење карбида као фактора развоја корозије у системима цевовода.
Варијација нерђајућег челика од топлоте до загревања. Иако се параметри заваривања и други фактори могу држати у оквиру прилично строгих толеранција, и даље постоје разлике у уложеној топлоти потребној за заваривање нерђајућег челика од топлоте до топлоте. Грејни број је број серије који се додељује специфичном топљењу нерђајућег челика у фабрици. Тачан запис о хемијском саставу серије или извештају о топлоти М серије је заједно са бројем П за идентификацију топлоте. гвожђе се топи на 1538°Ц (2800°Ф), док се легирани метали топе у распону температура, у зависности од врсте и концентрације сваке легуре или елемента у траговима. Пошто ниједна топлота нерђајућег челика неће садржати потпуно исту концентрацију сваког елемента, карактеристике заваривања ће варирати од пећи до пећи.
СЕМ орбиталних завара цеви од 316Л на АОД цеви (горе) и ЕБР материјалу (доле) показао је значајну разлику у глаткоћи зрна шава.
Док једна процедура заваривања може да функционише за већину топлота са сличним спољашњим делом и дебљином зида, неке топлоте захтевају мању амперажу, а неке већу амперажу од уобичајене. Из тог разлога, загревање различитих материјала на градилишту мора бити пажљиво праћено како би се избегли потенцијални проблеми. Често, нова топлота захтева само малу промену струје да би се постигао задовољавајући поступак заваривања.
Проблем са сумпором. Елементарни сумпор је нечистоћа везана за руду гвожђа која се у великој мери уклања током процеса производње челика. Нерђајући челици АИСИ типа 304 и 316 су специфицирани са максималним садржајем сумпора од 0,030%. Са развојем савремених процеса рафинације челика, као што је Аргон Окиген Децарбуризатион (АОД) пратећи праксу декарбонизације са кисеоником (АОД). Вакуумско лучно претапање (ВИМ+ВАР), постало је могуће производити челике који су веома посебни на следеће начине.њихов хемијски састав.Примећено је да се својства завареног базена мењају када је садржај сумпора у челику испод око 0,008%.То је због утицаја сумпора и у мањој мери других елемената који одређују температурни коефицијент течности базена на коефицијент течности базена тен.
При веома ниским концентрацијама сумпора (0,001% – 0,003%), пенетрација у завареној лужини постаје веома широка у поређењу са сличним завареним шавовима направљеним на материјалима са средњим садржајем сумпора. Заварови направљени на цевима од нерђајућег челика са ниским садржајем сумпора ће имати шире шавове, док ће на цеви са дебљим зидом (0,065 инча или више инча или више) бити заваривање веће од 1,6 мм. струја заваривања је довољна да се добије потпуно пробијени завар. Ово чини материјале са веома ниским садржајем сумпора тежим за заваривање, посебно са дебљим зидовима. На вишем крају концентрације сумпора у нерђајућем челику 304 или 316, перла заваривања има тенденцију да буде мање флуидна по изгледу и грубља од средњег садржаја сумпора. Према томе, идеалан опсег сумпорних материјала би био око 000. .017%, као што је наведено у АСТМ А270 С2 за цеви фармацеутског квалитета.
Произвођачи електрополираних цеви од нерђајућег челика приметили су да чак и умерени нивои сумпора у нерђајућем челику 316 или 316Л отежавају задовољавање потреба њихових полупроводничких и биофармацеутских купаца за глатким унутрашњим површинама без удубљења. Употреба скенирајуће електронске микроскопије за проверу глаткоће површине која није од метала се показала у повећању глаткоће површине цеви која није месна. укључци или „стрингери“ од манган сулфида (МнС) који се уклањају током електрополирања и остављају празнине у опсегу од 0,25-1,0 микрона.
Произвођачи и добављачи електрополираних цеви усмеравају тржиште ка коришћењу материјала са ултра-ниским садржајем сумпора како би испунили своје захтеве за завршну обраду површине. Међутим, проблем није ограничен само на електрополиране цеви, јер се у неелектрополираним цевима инклузије уклањају током пасивизације цевоводног система. Показало се да су празнине више склоне рупавости, јер су неке површине мање склоне глатким површинама него што је то случај. материјала.
Отклон лука. Поред побољшања заварљивости нерђајућег челика, присуство неког сумпора такође побољшава обрадивост. Као резултат тога, произвођачи и произвођачи имају тенденцију да бирају материјале на вишем крају специфицираног опсега садржаја сумпора. Цеви за заваривање са веома ниском концентрацијом сумпора до фитинга, вентила или других цеви са већим садржајем сумпора могу створити проблеме са ниским садржајем сумпора у цевима. Када дође до отклона лука, пенетрација постаје дубља на страни са ниским садржајем сумпора него на страни са високим садржајем сумпора, што је супротно од онога што се дешава када се заварују цеви са одговарајућом концентрацијом сумпора. У екстремним случајевима, зрно вара може у потпуности да продре у материјал са ниским садржајем сумпора и остави унутрашњост шава у потпуности нестопљеном (Фихеи и 198 се поклапају са садржајем шава у складу са 198). садржај сумпора у цеви, одељење Царпентер Стеел компаније Цар-пентер Тецхнологи Цорпоратион из Пенсилваније увело је залихе са ниским садржајем сумпора (0,005% мак) од 316 бара (Тип 316Л-СЦК) (ВИМ+ВАР)) за производњу фитинга и других компоненти намењених за заваривање за заваривање две цеви са ниским садржајем сумпора је много лакше заваривање две цеви са веома ниским садржајем сумпора. материјала на виши сумпор.
Прелазак на употребу цеви са ниским садржајем сумпора је у великој мери последица потребе за добијањем глатких електрополираних унутрашњих површина цеви. Док су завршна обрада површине и електрополирање важни и за индустрију полупроводника и за биотехнолошку/фармацеутску индустрију, СЕМИ је, када је писао спецификацију за полупроводничку индустрију, прецизирао да цев од 316Л мора имати цев од 316Л за површинске перформансе од 40% суфура. АСТМ је, с друге стране, модификовао своју АСТМ 270 спецификацију тако да укључује цеви фармацеутског квалитета које ограничавају садржај сумпора на опсег од 0,005 до 0,017%. Ово би требало да резултира мањим потешкоћама у заваривању у поређењу са сумпорима нижег опсега. Међутим, треба напоменути да чак и унутар овог ограниченог опсега може да се деси да се лук и даље одвоји од сумпора у цеви и да се цев одвоји од сумпора на ниском или високом нивоу. инсталатери треба да пажљиво прате загревање материјала и провере пре производње компатибилност лемљења између загревања.Израда заварених спојева.
други елементи у траговима. Утврђено је да елементи у траговима укључујући сумпор, кисеоник, алуминијум, силицијум и манган утичу на пенетрацију. Количине алуминијума, силицијума, калцијума, титанијума и хрома у траговима присутне у основном металу као инклузије оксида су повезане са формирањем шљаке током заваривања.
Ефекти различитих елемената су кумулативни, тако да присуство кисеоника може да надокнади неке од ефеката ниске вредности сумпора. Високи нивои алуминијума могу да се супротставе позитивном ефекту на продирање сумпора. Манган се испарава на температури заваривања и таложи се у зони заваривања топлотним утицајем. Ове наслаге мангана су повезане са губитком отпорности на корозију, тренутно ниском корозионом отпорношћу на човека. гана, па чак и материјала 316Л са ултра ниским садржајем мангана како би се спречио овај губитак отпорности на корозију.
Формирање шљаке. Острва шљаке се повремено појављују на кугли од нерђајућег челика за неке топлоте. Ово је инхерентно проблем са материјалом, али понекад промене у параметрима заваривања могу ово да минимизирају, или промене у мешавини аргон/водоник могу побољшати завар. Поллард је открио да однос алуминијума и силицијума у ​​основном металу утиче на формирање шљаке, да би се спречило формирање шљаке при одржавању шљаке. 0,010% и садржај силицијума од 0,5%. Међутим, када је однос Ал/Си изнад овог нивоа, може се формирати сферна шљака, а не тип плака. Ова врста шљаке може оставити јаме након електрополирања, што је неприхватљиво за апликације високе чистоће. Острва шљаке која се формирају на спољној страни шава могу довести до продирања шљаке у ИД шава и продирања шљаке. тај облик на ИД завару може бити подложан корозији.
Једноструки завар са пулсирањем.Стандардно аутоматско орбитално заваривање цеви је завар у једном пролазу са импулсном струјом и континуираном константном ротацијом.Ова техника је погодна за цеви са спољним пречником од 1/8″ до приближно 7″ и дебљином зида од 0,083″ и ниже.Након временског периода пре-пражњења, долази до пречишћавања зида. који је присутан, али не долази до ротације. После овог кашњења ротације, електрода се ротира око завареног споја све док се завар не споји или преклопи са почетним делом завара током последњег слоја заваривања. Када је веза завршена, струја се смањује у временском паду.
Корак режим („синхронизовано“ заваривање). За фузионо заваривање материјала са дебљим зидовима, обично већег од 0,083 инча, извор напајања фузионог заваривања се може користити у синхроном или степенастом режиму. У синхроном или степенастом режиму, пулс технике заваривања је синхронизован са ударом, тако да је пулсни ротор стационаран током ниске пулсне струје. дуже време импулса, реда величине 0,5 до 1,5 секунди, у поређењу са десетим или стотим делом секунде за конвенционално заваривање. Ова техника може ефикасно заварити цев од 0,154″ или 6″ дебљине 40 калибра 40 са танким зидом од 0,154″ или 6″ са 0,154″ или 6″ цевом са већом дебљином зида и помаже нам да направимо већу дебљину зида. динг неправилних делова као што су цевни спојеви на цевима где могу постојати разлике у толеранцијама димензија, нека неусклађеност или термичка некомпатибилност материјала. Овај тип заваривања захтева приближно двоструко дуже време лука од конвенционалног заваривања и мање је погодан за апликације ултра-високе чистоће (УХП) због ширег, грубљег шава.
Програмабилне варијабле. Тренутна генерација извора напајања за заваривање је базирана на микропроцесору и складишти програме који специфицирају нумеричке вредности параметара заваривања за одређени пречник (ОД) и дебљину зида цеви која се завари, укључујући време пражњења, струју заваривања, брзину кретања (РПМ)), број слојева и време по слоју, време пулсирања, време заваривања, време заваривања, време довода жице, итд. , амплитуда осциловања горионика и време задржавања, АВЦ (контрола напона лука за обезбеђење константног размака лука) и нагиб. Да бисте извршили заваривање фузијом, инсталирајте главу за заваривање са одговарајућим уметцима електроде и стезаљки цеви на цев и позовите распоред или програм заваривања из меморије извора напајања.
Непрограмабилне варијабле. Да би се постигао константно добар квалитет заваривања, параметри заваривања морају бити пажљиво контролисани. Ово се постиже прецизношћу извора напајања за заваривање и програма заваривања, који представља скуп инструкција унетих у извор напајања, који се састоји од параметара заваривања, за заваривање одређене величине цеви или заваривања, и стандарда заваривања, такође морају бити наведени критеријуми заваривања, такође морају бити наведени критеријуми за заваривање. Систем контроле јона и квалитета како би се осигурало да заваривање испуњава договорене стандарде. Међутим, одређени фактори и поступци, осим параметара заваривања, такође морају бити пажљиво контролисани. Ови фактори укључују употребу добре опреме за припрему краја, добре праксе чишћења и руковања, добре толеранције димензија цеви или других делова који се заварују, конзистентан тип и отпорност на волфрам, пажња на високу температуру и велику пажњу материјала.
Захтеви за припрему за заваривање крајева цеви су критичнији за орбитално заваривање него за ручно заваривање. Заварени спојеви за орбитално заваривање цеви су обично квадратни чеони спојеви. Да би се постигла поновљивост жељена при орбиталном заваривању, потребна је прецизна, конзистентна, машински обрађена припрема краја. Пошто струја заваривања зависи од дебљине зида, крајеви морају да буду различити од дебљине или ИД дебљине зида (ИД или ИД ОД) .
Крајеви цеви морају да се уклапају заједно у главу заваривања тако да не постоји приметан зазор између крајева квадратног чеоног споја. Иако се могу постићи заварени спојеви са малим размацима, то може негативно утицати на квалитет шава. Што је већи зазор, већа је вероватноћа да ће постојати проблем. Лоша монтажа може довести до потпуног квара лемљења пиле и исте операције на којој се лемљење цеви Ђорђе Фипе. или преносиви стругови за припрему крајева попут оних које производе Протем, Вацхс и други, који се често користе за прављење глатких крајњих орбиталних завара погодних за машинску обраду. Тестере за сечење, ножне тестере, трачне тестере и резачи цеви нису погодни за ову сврху.
Поред параметара заваривања који уносе снагу за заваривање, постоје и друге варијабле које могу имати дубок утицај на заваривање, али оне нису део стварног поступка заваривања. Ово укључује врсту и величину волфрама, врсту и чистоћу гаса који се користи за заштиту лука и прочишћавање унутрашњости завареног споја, информације о протоку гаса, врсту информација о глави која се користи за прочишћавање и било који други извор снаге који се користи за испирање. н-програмабилне” променљиве и забележите их у распореду заваривања. На пример, врста гаса се сматра битном варијаблом у спецификацији поступка заваривања (ВПС) за процедуре заваривања како би се ускладили са АСМЕ Одељак ИКС кодом за котлове и посуде под притиском. Промене у врсти гаса или процентима мешавине гаса, или елиминисање ИД процедуре прочишћавања захтевају поновну валидацију поступка заваривања.
гас за заваривање.Нерђајући челик је отпоран на атмосферску оксидацију кисеоника на собној температури.Када се загреје до тачке топљења (1530°Ц или 2800°Ф за чисто гвожђе) лако се оксидира.Инертни аргон се најчешће користи као заштитни гас и за прочишћавање унутрашњих заварених спојева релативна количина кисеоника заварених спојева ГТА је процесом или. Промена боје изазвана оксидацијом која се јавља на или у близини шава након заваривања. Ако гас за прочишћавање није највишег квалитета или ако систем за прочишћавање није потпуно без цурења, тако да мала количина ваздуха пропушта у систем за прочишћавање, оксидација може бити светлоплава или плавичаста. Наравно, никакво чишћење неће довести до тога да скорену црну површину обично називамо „црном површином која се обично назива“. с је 99,996-99,997% чистоће, у зависности од добављача, и садржи 5-7 ппм кисеоника и других нечистоћа, укључујући Х2О, О2, ЦО2, угљоводонике, итд., за укупно 40 ппм максимално. Аргон високе чистоће у цилиндру или Девар течни аргон може бити 19% чист или 9% течног аргона. , са максимално 2 ппм кисеоника. НАПОМЕНА: Пречистачи гаса као што су Наноцхем или Гатекеепер се могу користити током пречишћавања да би се нивои контаминације смањили на опсег делова на милијарду (ппб).
мешовити састав. Гасне мешавине као што су 75% хелијума/25% аргона и 95% аргона/5% водоника могу се користити као заштитни гасови за специјалне примене. Две мешавине су дале топлије заваре од оних урађених под истим програмским подешавањима као аргон. Мешавине хелијума су посебно погодне за максималну пенетрацију фузионом мешавином фузионог челика. као заштитни гасови за УХП примене. Мешавине водоника имају неколико предности, али и неке озбиљне недостатке. Предност је у томе што ствара влажнију локвицу и глаткију површину завара, што је идеално за имплементацију система за довод гаса ултра високог притиска са што је могуће глађом унутрашњом површином. Присуство водоника обезбеђује редукцију атмосфере, тако да ће се у траговима гасне мешавине кисеоника видети мање боје. чисти аргон.Овај ефекат је оптималан при око 5% садржаја водоника. Неки користе мешавину 95/5% аргон/водоник као ИД прочишћавање да би побољшали изглед унутрашњег завара.
Зрно заваривања које користи мешавину водоника као заштитног гаса је уже, осим што нерђајући челик има веома низак садржај сумпора и генерише више топлоте у шаву од исте тренутне поставке са непомешаним аргоном. Значајан недостатак мешавине аргон/водоник је то што је лук далеко мање стабилан од чистог течног аргона, и да постоји довољна отпорност на заваривање аргона да се осуши. Однос може нестати када се користи другачији извор мешаног гаса, што сугерише да може бити узроковано контаминацијом или лошим мешањем. Пошто топлота коју ствара лук варира са концентрацијом водоника, константна концентрација је неопходна за постизање поновљивих заварених спојева, а постоје и разлике у претходно мешаном гасу у боцама. Други недостатак је што је кратак век трајања мешавине тунгстена у боцама кратак век трајања. стен из мешаног гаса није одређен, пријављено је да је лук тежи и да ће можда бити потребно заменити волфрам након једног или два завара. Мешавине аргон/водоник не могу се користити за заваривање угљеничног челика или титанијума.
Карактеристична карактеристика ТИГ процеса је у томе што не троши електроде. Волфрам има највишу тачку топљења од свих метала (6098°Ф; 3370°Ц) и добар је емитер електрона, што га чини посебно погодним за употребу као електрода која се не троши. Његова својства се побољшавају додавањем 2% одређених оксида ретких ланаца или оксида ретких земаља или побољшавају оксид ретких земаља. рц стартовање и стабилност лука. Чисти волфрам се ретко користи у ГТАВ-у због супериорних својстава церијум волфрама, посебно за орбиталне ГТАВ апликације. Торијум волфрам се користи мање него у прошлости јер су донекле радиоактивни.
Електроде са полираном завршном обрадом су уједначеније величине. Глатка површина је увек пожељнија од храпаве или неконзистентне површине, пошто је конзистентност геометрије електроде критична за конзистентне, уједначене резултате заваривања. Електрони емитовани из врха (ДЦЕН) преносе топлоту од волфрамовог врха ка завареном шаву. Финији врх омогућава да се струја задржи на веома високој густини заваривања, али може да се задржи за крајњи век трајања заваривања. Важно је механички брусити врх електроде како би се осигурала поновљивост геометрије волфрама и поновљивост завара. Туп врх тера лук из завара на исту тачку на волфраму. Пречник врха контролише облик лука и количину пенетрације при одређеној струји. Угао конуса утиче на струјне/напонске карактеристике струје/напона јер је важна контролна дужина туфрамовог лука и мора се користити за контролу дужине тунгстена. подесити размак лука. Лучни размак за одређену струјну вредност одређује напон, а тиме и снагу примењену на завар.
Величина електроде и пречник њеног врха се бирају у складу са интензитетом струје заваривања. Ако је струја превисока за електроду или њен врх, може да изгуби метал са врха, а коришћење електрода са пречником врха који је превелик за струју може да изазове померање лука. Пречнике електроде и врха одређујемо према дебљини зида завареног споја и користимо 0.09″ пречник зида без дебљине до 0.09″. дизајнирани да се користе са електродама пречника 0,040″ за заваривање компонената мале прецизности. За поновљивост процеса заваривања, тип волфрама и завршна обрада, дужина, угао конуса, пречник, пречник врха и зазор лука морају се све специфицирати и контролисати. За примене заваривања цеви, церијум волфрам се увек препоручује јер овај тип има много дужи радни век од других врста и има много дужи радни век од других врста и има много дужи радни век. .
За више информација контактирајте Барбару Хенон, менаџера за техничке публикације, Арц Мацхинес, Инц., 10280 Гленоакс Блвд., Пацоима, ЦА 91331. Телефон: 818-896-9556.Факс: 818-890-3724.