หมายเหตุบรรณาธิการ: Pharmaceutical Online มีความยินดีที่จะนำเสนอบทความสี่ส่วนนี้เกี่ยวกับการเชื่อมแบบวงโคจรของท่อกระบวนการทางชีวภาพโดย Barbara Henon ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมจาก Arc Machines บทความนี้ดัดแปลงมาจากการนำเสนอของ Dr. Henon ในการประชุม ASME เมื่อปลายปีที่แล้ว
ป้องกันการสูญเสียความต้านทานการกัดกร่อนน้ำที่มีความบริสุทธิ์สูง เช่น DI หรือ WFI เป็นสารกัดกัดที่รุนแรงมากสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม นอกจากนี้ WFI เกรดเภสัชกรรมยังถูกหมุนเวียนที่อุณหภูมิสูง (80°C) เพื่อรักษาความปลอดเชื้อ มีความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างการลดอุณหภูมิให้เพียงพอเพื่อรองรับสิ่งมีชีวิตที่เป็นอันตรายต่อผลิตภัณฑ์และการเพิ่มอุณหภูมิให้เพียงพอเพื่อส่งเสริมการผลิต "สีแดง" Rouge เป็นฟิล์มสีน้ำตาลที่มีองค์ประกอบหลากหลายซึ่งเกิดจากการกัดกร่อนของส่วนประกอบของระบบท่อเหล็กกล้าไร้สนิม สิ่งสกปรกและเหล็กออกไซด์อาจเป็นองค์ประกอบหลัก แต่อาจมีธาตุเหล็ก โครเมียม และนิเกิลในรูปแบบต่างๆ อยู่ด้วย การปรากฏตัวของสีแดงเป็นอันตรายต่อผลิตภัณฑ์บางชนิด และการมีอยู่ของมันอาจนำไปสู่การกัดกร่อนเพิ่มเติม แม้ว่าการมีอยู่ของมันในระบบอื่นๆ ดูเหมือนจะไม่เป็นพิษเป็นภัย
การเชื่อมอาจส่งผลเสียต่อความต้านทานการกัดกร่อน สีร้อนเป็นผลมาจากวัสดุออกซิไดซ์ที่สะสมอยู่บนรอยเชื่อมและ HAZs ระหว่างการเชื่อม ซึ่งส่งผลเสียอย่างยิ่ง และเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของสีแดงในระบบน้ำที่ใช้ในการผลิตยา การก่อตัวของโครเมียมออกไซด์สามารถทำให้เกิดสีอ่อนร้อน ทิ้งไว้เบื้องหลังชั้นที่พร่องโครเมียมซึ่งไวต่อการกัดกร่อนสีร้อนสามารถกำจัดออกได้โดยการดองและการเจียร ขจัดโลหะออกจากพื้นผิว รวมถึงชั้นที่พร่องโครเมียมด้านล่าง และ การฟื้นฟูความต้านทานการกัดกร่อนให้อยู่ในระดับที่ใกล้เคียงกับระดับโลหะพื้นฐาน อย่างไรก็ตาม การดองและการบดเป็นอันตรายต่อผิวสำเร็จ การพาสซีฟของระบบท่อด้วยกรดไนตริกหรือสูตรสารคีเลตทำขึ้นเพื่อเอาชนะผลเสียของการเชื่อมและการผลิตก่อนที่ระบบท่อจะถูกนำไปใช้ การวิเคราะห์ด้วยสว่านอิเล็กตรอนแสดงให้เห็นว่าการทำคีเลชั่นทู่สามารถคืนค่าการเปลี่ยนแปลงพื้นผิวในการกระจายของออกซิเจน โครเมียม เหล็ก นิกเกิล และแมงกานีสที่เกิดขึ้นในบริเวณรอยเชื่อมและโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนไปยัง สถานะก่อนการเชื่อม อย่างไรก็ตาม ทู่มีผลกับชั้นผิวด้านนอกเท่านั้น และไม่สามารถแทรกซึมได้ต่ำกว่า 50 อังสตรอม ในขณะที่การทำสีด้วยความร้อนสามารถขยายได้ 1,000 อังสตรอมหรือมากกว่านั้นใต้พื้นผิว
ดังนั้น ในการติดตั้งระบบท่อที่ทนต่อการกัดกร่อนใกล้กับพื้นผิวที่ไม่มีการเชื่อม สิ่งสำคัญคือต้องพยายามจำกัดความเสียหายที่เกิดจากการเชื่อมและการผลิตให้อยู่ในระดับที่สามารถกู้คืนได้อย่างมากโดยการทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน สิ่งนี้จำเป็นต้องใช้ก๊าซฉีดที่มีปริมาณออกซิเจนน้อยที่สุดและการจัดส่งไปยังเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของรอยเชื่อมโดยไม่มีการปนเปื้อนจากออกซิเจนในบรรยากาศหรือความชื้น การควบคุมที่ถูกต้องในการป้อนความร้อนและการหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไประหว่างการเชื่อมก็มีความสำคัญเช่นกันในการป้องกันการสูญเสียความต้านทานการกัดกร่อน การควบคุมกระบวนการผลิตเพื่อให้สามารถทำซ้ำได้ และรอยเชื่อมคุณภาพสูงที่สม่ำเสมอ ตลอดจนการจัดการท่อและส่วนประกอบเหล็กกล้าไร้สนิมอย่างระมัดระวังในระหว่างการผลิตเพื่อป้องกันการปนเปื้อน เป็นข้อกำหนดที่จำเป็นสำหรับระบบท่อคุณภาพสูงที่ทนทานต่อการกัดกร่อนและให้บริการที่มีประสิทธิผลในระยะยาว
วัสดุที่ใช้ในระบบท่อสเตนเลสสตีลชีวเวชภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงได้ผ่านการพัฒนาให้มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีขึ้นในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา สเตนเลสสตีลส่วนใหญ่ที่ใช้ก่อนปี 1980 คือสเตนเลสสตีล 304 เนื่องจากมีราคาไม่แพงนักและมีการปรับปรุงให้ดีขึ้นกว่าทองแดงที่ใช้ก่อนหน้านี้ อันที่จริง สเตนเลสสตีลซีรีส์ 300 นั้นค่อนข้างง่ายต่อการตัดเฉือน สามารถเชื่อมแบบฟิวชันได้โดยไม่สูญเสียความต้านทานการกัดกร่อนเกินควร และไม่จำเป็นต้องอุ่นเครื่องและหลังการให้ความร้อนแบบพิเศษ
เมื่อเร็ว ๆ นี้ การใช้เหล็กกล้าไร้สนิม 316 ในการใช้งานท่อที่มีความบริสุทธิ์สูงเพิ่มขึ้น ประเภท 316 มีองค์ประกอบคล้ายกับประเภท 304 แต่นอกเหนือจากองค์ประกอบโลหะผสมโครเมียมและนิกเกิลทั่วไปแล้ว 316 มีโมลิบดีนัมประมาณ 2% ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของ 316 ได้อย่างมีนัยสำคัญ ประเภท 304L และ 316L เรียกว่าเกรด "L" มีปริมาณคาร์บอนต่ำกว่าเกรดมาตรฐาน ( 0.035% เทียบกับ 0.08%) การลดปริมาณคาร์บอนนี้มีจุดประสงค์เพื่อลดปริมาณการตกตะกอนของคาร์ไบด์ที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจากการเชื่อม นี่คือการก่อตัวของโครเมียมคาร์ไบด์ ซึ่งทำให้ขอบเขตของเกรนของโลหะฐานโครเมียมลดลง ทำให้เกิดการกัดกร่อนได้ง่าย การก่อตัวของโครเมียมคาร์ไบด์ที่เรียกว่า "การแพ้" ขึ้นอยู่กับเวลาและอุณหภูมิ และเป็นปัญหาที่ใหญ่กว่าเมื่อทำการบัดกรีด้วยมือ เราได้แสดงให้เห็นว่าการเชื่อมแบบโคจรของซุปเปอร์ออสเทน เหล็กกล้าไร้สนิม itic AL-6XN ให้การเชื่อมที่ทนทานต่อการกัดกร่อนมากกว่าการเชื่อมแบบเดียวกันที่ทำด้วยมือ ทั้งนี้เนื่องจากการเชื่อมแบบวงโคจรให้การควบคุมแอมแปร์ การเต้นของจังหวะ และจังหวะเวลาอย่างแม่นยำ ทำให้ได้รับความร้อนที่ป้อนเข้าต่ำกว่าและสม่ำเสมอกว่าการเชื่อมแบบแมนนวล การเชื่อมแบบวงโคจรร่วมกับเกรด "L" 304 และ 316 ช่วยลดการตกตะกอนของคาร์ไบด์ซึ่งเป็นปัจจัยในการพัฒนาการกัดกร่อนในระบบท่อ
การเปลี่ยนแปลงความร้อนต่อความร้อนของเหล็กกล้าไร้สนิม แม้ว่าพารามิเตอร์การเชื่อมและปัจจัยอื่น ๆ สามารถรักษาให้อยู่ในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่ค่อนข้างเข้มงวด แต่ก็ยังมีความแตกต่างในการป้อนความร้อนที่จำเป็นในการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมจากความร้อนสู่ความร้อน หมายเลขความร้อนคือหมายเลขล็อตที่กำหนดให้กับเหล็กกล้าไร้สนิมเฉพาะที่ละลายที่โรงงาน องค์ประกอบทางเคมีที่แน่นอนของแต่ละแบทช์จะถูกบันทึกไว้ในรายงานการทดสอบโรงงาน (MTR) พร้อมกับการระบุแบทช์หรือหมายเลขความร้อน เหล็กบริสุทธิ์จะหลอมละลายที่ 1538°C (2800°F) ในขณะที่โลหะเจือหลอมเหลวในช่วง อุณหภูมิขึ้นอยู่กับชนิดและความเข้มข้นของโลหะผสมหรือธาตุแต่ละชนิดที่มีอยู่ เนื่องจากไม่มีความร้อนสองครั้งของเหล็กกล้าไร้สนิมจะมีความเข้มข้นเท่ากันของแต่ละธาตุ ลักษณะการเชื่อมจะแตกต่างกันไปในแต่ละเตา
SEM ของรอยเชื่อมวงโคจรท่อ 316L บนท่อ AOD (ด้านบน) และวัสดุ EBR (ด้านล่าง) แสดงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในความเรียบของรอยเชื่อม
ในขณะที่ขั้นตอนการเชื่อมแบบเดียวอาจใช้ได้กับความร้อนส่วนใหญ่ที่มี OD และความหนาของผนังใกล้เคียงกัน ความร้อนบางอย่างต้องใช้แอมแปร์น้อยกว่าและบางอย่างต้องใช้แอมแปร์สูงกว่าปกติ ด้วยเหตุนี้ การให้ความร้อนของวัสดุต่างๆ บนไซต์งานจึงต้องติดตามอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาที่อาจเกิดขึ้น บ่อยครั้ง ความร้อนใหม่ต้องการการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในแอมแปร์เพื่อให้ได้ขั้นตอนการเชื่อมที่น่าพอใจ
ปัญหากำมะถันธาตุกำมะถันเป็นสิ่งเจือปนที่เกี่ยวข้องกับแร่เหล็กซึ่งส่วนใหญ่จะถูกกำจัดออกในระหว่างกระบวนการผลิตเหล็ก เหล็กกล้าไร้สนิมประเภท AISI Type 304 และ 316 ระบุว่ามีปริมาณกำมะถันสูงสุด 0.030% ด้วยการพัฒนากระบวนการกลั่นเหล็กที่ทันสมัย ​​เช่น Argon Oxygen Decarburization (AOD) และแนวทางปฏิบัติในการหลอมแบบสุญญากาศคู่ เช่น การหลอมแบบเหนี่ยวนำด้วยสุญญากาศ ตามด้วยการหลอมโลหะด้วยสุญญากาศ (VIM+VAR) เป็นไปได้ที่จะผลิตเหล็กที่มีความพิเศษมากด้วยวิธีต่อไปนี้ องค์ประกอบทางเคมีของเหล็ก มีข้อสังเกตว่าคุณสมบัติของบ่อเชื่อมจะเปลี่ยนไปเมื่อปริมาณกำมะถันในเหล็กต่ำกว่าประมาณ 0.008% นี่เป็นเพราะผลกระทบของกำมะถันและองค์ประกอบอื่นๆ ในระดับที่น้อยกว่าต่อค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของแรงตึงผิวของบ่อเชื่อม ซึ่งเป็นตัวกำหนดลักษณะการไหลของบ่อของเหลว
ที่ความเข้มข้นของกำมะถันต่ำมาก (0.001% – 0.003%) การแทรกซึมของแอ่งเชื่อมจะกว้างมากเมื่อเทียบกับรอยเชื่อมที่คล้ายกันซึ่งทำบนวัสดุที่มีกำมะถันปานกลาง รอยเชื่อมที่ทำกับท่อเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีกำมะถันต่ำจะมีรอยเชื่อมที่กว้างกว่า ในขณะที่ท่อที่มีผนังหนากว่า (0.065 นิ้ว หรือ 1.66 มม. หรือมากกว่า) จะมีแนวโน้มมากขึ้นที่จะทำให้เกิดรอยเชื่อมแบบฝัง รอยเชื่อมที่แทรกซึมเข้าไปเต็มที่ ซึ่งทำให้วัสดุที่มีปริมาณกำมะถันต่ำมากเชื่อมได้ยากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับผนังที่หนาขึ้น ที่จุดสิ้นสุดของความเข้มข้นของกำมะถันในเหล็กกล้าไร้สนิม 304 หรือ 316 ที่สูงกว่า รอยเชื่อมมีแนวโน้มที่จะมีลักษณะเป็นของเหลวน้อยกว่าและหยาบกว่าวัสดุกำมะถันปานกลาง ดังนั้น สำหรับความสามารถในการเชื่อม ปริมาณกำมะถันในอุดมคติจะอยู่ในช่วงประมาณ 0.005% ถึง 0.017% ตามที่ระบุไว้ใน ASTM A27 0 S2 สำหรับท่อคุณภาพยา
ผู้ผลิตท่อเหล็กกล้าไร้สนิมขัดเงาด้วยไฟฟ้าได้สังเกตเห็นว่าแม้ระดับกำมะถันปานกลางในเหล็กกล้าไร้สนิม 316 หรือ 316L ก็ยังทำให้ยากต่อการตอบสนองความต้องการของลูกค้าเซมิคอนดักเตอร์และชีวเวชภัณฑ์ที่ต้องการพื้นผิวภายในที่เรียบและปราศจากหลุม การใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดเพื่อตรวจสอบความเรียบของพื้นผิวท่อพบได้บ่อยมากขึ้น กำมะถันในโลหะพื้นฐานได้รับการพิสูจน์แล้วว่าก่อให้เกิดการรวมตัวที่ไม่ใช่โลหะหรือแมงกานีสซัลไฟด์ (MnS) “สตริงเกอร์” ” ที่ถูกขจัดออกระหว่างการขัดผิวด้วยไฟฟ้าและทิ้งช่องว่างไว้ในช่วง 0.25-1.0 ไมครอน
ผู้ผลิตและซัพพลายเออร์ของท่อขัดเงาด้วยไฟฟ้ากำลังผลักดันตลาดไปสู่การใช้วัสดุที่มีกำมะถันต่ำเป็นพิเศษเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านการตกแต่งพื้นผิว อย่างไรก็ตาม ปัญหาไม่ได้จำกัดอยู่แค่ท่อขัดเงาด้วยไฟฟ้า เนื่องจากในท่อที่ไม่ใช้ไฟฟ้าขัดเงา สิ่งเจือปนจะถูกลบออกระหว่างการทำพาสซีฟของระบบท่อ ช่องว่างแสดงให้เห็นว่ามีแนวโน้มที่จะเกิดรูพรุนมากกว่าพื้นที่ผิวเรียบ ดังนั้นจึงมีเหตุผลที่ถูกต้องบางประการสำหรับแนวโน้มไปสู่วัสดุที่มีกำมะถันต่ำและ "สะอาดกว่า"
การโก่งตัวของอาร์กนอกจากจะปรับปรุงความสามารถในการเชื่อมของเหล็กกล้าไร้สนิมแล้ว การมีกำมะถันบางชนิดยังช่วยเพิ่มความสามารถในการขึ้นรูปด้วย ด้วยเหตุนี้ ผู้ผลิตจึงมักเลือกวัสดุที่ปลายสุดของช่วงปริมาณกำมะถันที่ระบุ การเชื่อมท่อที่มีความเข้มข้นของกำมะถันต่ำมากไปยังข้อต่อ วาล์ว หรือท่ออื่นๆ ที่มีปริมาณกำมะถันสูงสามารถสร้างปัญหาในการเชื่อมได้ เนื่องจากส่วนโค้งจะเอนเอียงไปทางท่อที่มีปริมาณกำมะถันต่ำ เมื่อเกิดอาร์คโก่งตัว เกิดขึ้น การแทรกซึมจะลึกลงไปในด้านที่มีกำมะถันต่ำมากกว่าด้านที่มีกำมะถันสูง ซึ่งตรงกันข้ามกับสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อเชื่อมท่อที่มีความเข้มข้นของกำมะถันตรงกัน ในกรณีที่รุนแรง รอยเชื่อมสามารถแทรกซึมวัสดุที่มีกำมะถันต่ำได้อย่างสมบูรณ์ และปล่อยให้ภายในของรอยเชื่อมไม่ถูกหลอมละลาย (Fihey and Simeneau, 1982) เพื่อให้ปริมาณกำมะถันในส่วนควบแน่นกับปริมาณกำมะถันในท่อ แผนกเหล็กกล้าของช่างไม้ Car-penter Technology Corporation of Pennsylvania ได้เปิดตัวสต็อกบาร์ที่มีกำมะถันต่ำ (สูงสุด 0.005%) 316 บาร์ (ประเภท 316L-SCQ) (VIM+VAR) ) สำหรับการผลิตอุปกรณ์และส่วนประกอบอื่นๆ ที่ต้องการเชื่อมกับท่อที่มีกำมะถันต่ำ การเชื่อมวัสดุที่มีกำมะถันต่ำมากสองชนิดเข้าด้วยกันนั้นง่ายกว่าการเชื่อมวัสดุที่มีกำมะถันต่ำมากกับวัสดุที่มีกำมะถันสูงกว่ามาก
การเปลี่ยนมาใช้ท่อกำมะถันต่ำมีสาเหตุหลักมาจากความต้องการพื้นผิวท่อด้านในที่ขัดเงาด้วยไฟฟ้าที่เรียบ ในขณะที่การตกแต่งพื้นผิวและการขัดผิวด้วยไฟฟ้ามีความสำคัญต่อทั้งอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพ/เภสัชกรรม SEMI เมื่อเขียนข้อมูลจำเพาะของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ระบุว่าท่อ 316L สำหรับท่อก๊าซในกระบวนการต้องมีฝากำมะถัน 0.004% เพื่อประสิทธิภาพสูงสุด ปลายพื้นผิว ASTM ดัดแปลง ข้อกำหนด ASTM 270 ของพวกเขาเพื่อรวมท่อเกรดเภสัชกรรมที่จำกัดปริมาณกำมะถันไว้ที่ช่วง 0.005 ถึง 0.017% ซึ่งจะส่งผลให้เกิดปัญหาในการเชื่อมน้อยกว่าเมื่อเทียบกับกำมะถันที่มีช่วงต่ำกว่า อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าแม้ในช่วงที่จำกัดนี้ การโก่งตัวของส่วนโค้งอาจยังคงเกิดขึ้นเมื่อเชื่อมท่อที่มีกำมะถันต่ำกับท่อหรือข้อต่อที่มีกำมะถันสูง และผู้ติดตั้งควรติดตามความร้อนของวัสดุอย่างระมัดระวังและตรวจสอบก่อนการผลิต ความเข้ากันได้ของประสานระหว่าง เครื่องทำความร้อน การผลิตรอยเชื่อม
ธาตุอื่นๆ ธาตุอื่นๆ ได้แก่ กำมะถัน ออกซิเจน อะลูมิเนียม ซิลิคอน และแมงกานีส มีผลต่อการแทรกซึม ปริมาณธาตุอะลูมิเนียม ซิลิกอน แคลเซียม ไททาเนียม และโครเมียมที่มีอยู่ในโลหะฐานเนื่องจากการรวมตัวของออกไซด์เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของตะกรันระหว่างการเชื่อม
ผลกระทบขององค์ประกอบต่างๆ จะสะสม ดังนั้นการมีออกซิเจนสามารถชดเชยผลกระทบของกำมะถันต่ำบางส่วนได้ อะลูมิเนียมในปริมาณสูงสามารถต่อต้านผลบวกต่อการแทรกซึมของกำมะถัน แมงกานีสระเหยที่อุณหภูมิการเชื่อมและการสะสมตัวในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนในการเชื่อม การสะสมตัวของแมงกานีสเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการสูญเสียความต้านทานการกัดกร่อน (ดู Cohen, 1997) อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์กำลังทดลองกับแมงกานีสต่ำและแม้แต่แมงกานีสต่ำพิเศษ 31 วัสดุ 6L เพื่อป้องกันการสูญเสียความต้านทานการกัดกร่อน
การก่อตัวของตะกรัน ตะกรันเกาะบางครั้งปรากฏบนลูกปัดสแตนเลสสำหรับความร้อน ซึ่งโดยเนื้อแท้แล้วเป็นปัญหาเกี่ยวกับวัสดุ แต่บางครั้งการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์การเชื่อมสามารถลดสิ่งนี้ได้ หรือการเปลี่ยนแปลงในส่วนผสมของอาร์กอน/ไฮโดรเจนสามารถปรับปรุงการเชื่อมได้ พอลลาร์ดพบว่าอัตราส่วนของอลูมิเนียมต่อซิลิกอนในโลหะพื้นฐานส่งผลต่อการก่อตัวของตะกรัน เพื่อป้องกันการก่อตัวของตะกรันประเภทคราบพลัคที่ไม่ต้องการ เขาแนะนำให้รักษาปริมาณอลูมิเนียมไว้ที่ 0.010% และปริมาณซิลิคอนที่ 0.5% วิธีการ เมื่ออัตราส่วน Al/Si สูงกว่าระดับนี้ ตะกรันทรงกลมอาจก่อตัวแทนที่จะเป็นประเภทคราบพลัค ตะกรันประเภทนี้สามารถทิ้งหลุมไว้หลังจากการขัดผิวด้วยไฟฟ้า ซึ่งไม่เป็นที่ยอมรับสำหรับการใช้งานที่มีความบริสุทธิ์สูง ตะกรันที่เกาะบน OD ของรอยเชื่อมอาจทำให้ ID pass ทะลุได้ไม่เท่ากัน และอาจส่งผลให้การเจาะทะลุไม่เพียงพอ ตะกรันที่เกาะบน ID เชื่อม bead อาจไวต่อการกัดกร่อน
การเชื่อมแบบรอบเดียวพร้อมการเต้นเป็นจังหวะ การเชื่อมท่อวงโคจรอัตโนมัติแบบมาตรฐานเป็นการเชื่อมแบบผ่านครั้งเดียวด้วยกระแสพัลส์และการหมุนด้วยความเร็วคงที่อย่างต่อเนื่อง เทคนิคนี้เหมาะสำหรับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกตั้งแต่ 1/8″ ถึงประมาณ 7″ และความหนาของผนัง 0.083″ และต่ำกว่า หลังจากการล้างก่อนกำหนดเวลาตามกำหนดเวลา จะเกิดอาร์คขึ้น การเจาะผนังท่อทำได้ในช่วงหน่วงเวลาซึ่งมีการอาร์กอยู่ แต่ไม่มีการหมุนเกิดขึ้น หลังจากการหน่วงเวลาการหมุนนี้ อิเล็กโทรดจะหมุน รอบรอยเชื่อมจนกว่ารอยเชื่อมจะเชื่อมหรือทับส่วนเริ่มต้นของรอยเชื่อมระหว่างชั้นสุดท้ายของการเชื่อม เมื่อการเชื่อมต่อเสร็จสิ้น กระแสไฟจะลดลงตามเวลาที่กำหนด
โหมดขั้นตอน ("การเชื่อมแบบซิงโครไนซ์") สำหรับการเชื่อมแบบฟิวชันของวัสดุที่มีผนังหนา โดยทั่วไปจะมากกว่า 0.083 นิ้ว แหล่งพลังงานการเชื่อมแบบฟิวชันสามารถใช้ในโหมดซิงโครนัสหรือโหมดสเต็ป ในโหมดซิงโครนัสหรือโหมดสเต็ป พัลส์กระแสเชื่อมจะซิงโครไนซ์กับจังหวะ ดังนั้นโรเตอร์จึงอยู่นิ่งเพื่อการแทรกซึมสูงสุดระหว่างพัลส์กระแสสูงและเคลื่อนที่ระหว่างพัลส์กระแสต่ำ เทคนิคซิงโครนัสใช้เวลาพัลส์นานกว่า 0.5 ถึง 1.5 วินาที เปรียบเทียบ ถึงหนึ่งในสิบหรือหนึ่งในร้อยของเวลาพัลส์วินาทีสำหรับการเชื่อมแบบทั่วไป เทคนิคนี้สามารถเชื่อมท่อผนังบางขนาด 0.154 นิ้วหรือ 6 นิ้วหนา 40 เกจ 40 ที่มีความหนาของผนัง 0.154 นิ้วหรือ 6 นิ้วได้อย่างมีประสิทธิภาพ เทคนิคแบบขั้นบันไดทำให้เกิดการเชื่อมที่กว้างขึ้น ทำให้ทนทานต่อความเสียหายและเป็นประโยชน์สำหรับการเชื่อมชิ้นส่วนที่ไม่สม่ำเสมอ เช่น ข้อต่อท่อเข้ากับท่อ ซึ่งอาจมีความแตกต่างในด้านความคลาดเคลื่อนของมิติ การเชื่อมแบบธรรมดาและไม่เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความบริสุทธิ์สูงพิเศษ (UHP) เนื่องจากตะเข็บที่กว้างและหยาบกว่า
ตัวแปรที่ตั้งโปรแกรมได้แหล่งพลังงานการเชื่อมรุ่นปัจจุบันใช้ไมโครโปรเซสเซอร์และโปรแกรมจัดเก็บที่ระบุค่าตัวเลขสำหรับพารามิเตอร์การเชื่อมสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางเฉพาะ (OD) และความหนาของผนังท่อที่จะเชื่อม รวมถึงเวลาในการล้าง กระแสเชื่อม ความเร็วเคลื่อนที่ (RPM) ) จำนวนเลเยอร์และเวลาต่อชั้น เวลาพัลส์ เวลาดาวน์ฮิลล์ ฯลฯ สำหรับการเชื่อมท่อแบบวงโคจรที่เพิ่มลวดฟิลเลอร์ พารามิเตอร์โปรแกรมจะรวมถึงความเร็วการป้อนลวด แอมพลิจูดการสั่นของคบเพลิง และเวลาที่อยู่อาศัย A VC (การควบคุมแรงดันอาร์คเพื่อให้ช่องว่างของอาร์คคงที่) และอัพสโลป ในการเชื่อมแบบฟิวชั่น ให้ติดตั้งหัวเชื่อมด้วยอิเล็กโทรดและแคลมป์ยึดท่อที่เหมาะสมบนท่อ และเรียกกำหนดการเชื่อมหรือโปรแกรมจากหน่วยความจำแหล่งพลังงาน ลำดับการเชื่อมเริ่มต้นโดยการกดปุ่มหรือแป้นแผงเมมเบรน และการเชื่อมจะดำเนินต่อไปโดยไม่มีการแทรกแซงของผู้ปฏิบัติงาน
ตัวแปรที่ไม่สามารถตั้งโปรแกรมได้ เพื่อให้ได้คุณภาพการเชื่อมที่ดีอย่างสม่ำเสมอ พารามิเตอร์การเชื่อมจะต้องได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวัง สิ่งนี้เกิดขึ้นได้จากความแม่นยำของแหล่งพลังงานในการเชื่อมและโปรแกรมการเชื่อม ซึ่งเป็นชุดคำสั่งที่ป้อนเข้าไปในแหล่งพลังงาน ซึ่งประกอบด้วยพารามิเตอร์การเชื่อมสำหรับการเชื่อมท่อหรือท่อที่มีขนาดเฉพาะ นอกจากนี้ยังต้องมีชุดมาตรฐานการเชื่อมที่มีประสิทธิภาพ ระบุเกณฑ์การยอมรับการเชื่อม และระบบการตรวจสอบการเชื่อมและการควบคุมคุณภาพบางอย่างเพื่อให้แน่ใจว่าการเชื่อมเป็นไปตามมาตรฐานที่ตกลงกันไว้ อย่างไรก็ตาม ปัจจัยและขั้นตอนบางอย่างนอกเหนือจากพารามิเตอร์การเชื่อมจะต้องได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังเช่นกัน สิ่งเหล่านี้ ปัจจัยต่างๆ ได้แก่ การใช้อุปกรณ์เตรียมปลายที่ดี การทำความสะอาดและการจัดการที่ดี ความคลาดเคลื่อนทางมิติที่ดีของท่อหรือชิ้นส่วนอื่นๆ ที่กำลังเชื่อม ชนิดและขนาดของทังสเตนที่สม่ำเสมอ ก๊าซเฉื่อยบริสุทธิ์สูง และการเอาใจใส่อย่างระมัดระวังต่อการเปลี่ยนแปลงของวัสดุ- อุณหภูมิสูง
ข้อกำหนดในการเตรียมการสำหรับการเชื่อมปลายท่อมีความสำคัญต่อการเชื่อมแบบวงโคจรมากกว่าการเชื่อมแบบแมนนวล รอยเชื่อมสำหรับการเชื่อมท่อแบบวงโคจรมักจะเป็นข้อต่อแบบก้นเหลี่ยม เพื่อให้ได้ความสามารถในการทำซ้ำที่ต้องการในการเชื่อมแบบวงโคจร จำเป็นต้องมีการเตรียมปลายเครื่องจักรที่แม่นยำและสม่ำเสมอ เนื่องจากกระแสเชื่อมขึ้นอยู่กับความหนาของผนัง ปลายต้องเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสโดยไม่มีเสี้ยนหรือมุมเอียงบน OD หรือ ID (OD หรือ ID) ซึ่งจะส่งผลให้ความหนาของผนังแตกต่างกัน
ปลายท่อต้องแนบชิดกันในหัวเชื่อม เพื่อไม่ให้มีช่องว่างที่เห็นได้ชัดเจนระหว่างปลายของข้อต่อก้นเหลี่ยม แม้ว่าการเชื่อมรอยต่อที่มีช่องว่างเล็กๆ จะสามารถทำได้ แต่คุณภาพการเชื่อมอาจได้รับผลกระทบในทางลบ ยิ่งช่องว่างมากเท่าไร โอกาสที่จะเกิดปัญหามากขึ้น การประกอบที่ไม่ดีอาจทำให้การบัดกรีล้มเหลวโดยสิ้นเชิง เลื่อยท่อที่ผลิตโดย George Fischer และบริษัทอื่นๆ ที่ตัดท่อและหันเข้าหาปลายท่อในการทำงานเดียวกัน หรือเครื่องกลึงเตรียมปลายแบบพกพาแบบที่ผลิตโดย Protem Wachs และอื่นๆ มักใช้ทำรอยเชื่อมแบบวงรอบปลายเรียบซึ่งเหมาะสำหรับการตัดเฉือน เลื่อยตัด เลื่อยตัดโลหะ เลื่อยสายพาน และเครื่องตัดท่อไม่เหมาะสำหรับจุดประสงค์นี้
นอกเหนือจากพารามิเตอร์การเชื่อมที่ป้อนพลังงานให้กับการเชื่อมแล้ว ยังมีตัวแปรอื่นๆ ที่อาจมีผลอย่างลึกซึ้งต่อการเชื่อม แต่ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการเชื่อมจริง ซึ่งรวมถึงชนิดและขนาดของทังสเตน ชนิดและความบริสุทธิ์ของก๊าซที่ใช้ป้องกันส่วนโค้งและระบายด้านในของรอยเชื่อม อัตราการไหลของก๊าซที่ใช้ในการไล่ ประเภทของหัวและแหล่งพลังงานที่ใช้ การกำหนดค่าของรอยต่อ และข้อมูลที่เกี่ยวข้องอื่นๆ เราเรียกตัวแปรและบันทึกเหล่านี้ว่า "ไม่สามารถตั้งโปรแกรมได้" ในตารางการเชื่อม ตัวอย่างเช่น ประเภทของก๊าซถือเป็นตัวแปรสำคัญในข้อกำหนดขั้นตอนการเชื่อม (WPS) สำหรับขั้นตอนการเชื่อมเพื่อให้สอดคล้องกับ ASME Section IX Boiler and Pressure Vessel Code การเปลี่ยนแปลงประเภทก๊าซหรือเปอร์เซ็นต์ส่วนผสมของก๊าซ หรือการกำจัด ID purging จำเป็นต้องมีการตรวจสอบความถูกต้องของขั้นตอนการเชื่อมอีกครั้ง
ก๊าซเชื่อม เหล็กกล้าไร้สนิมทนต่อการเกิดออกซิเดชันของออกซิเจนในบรรยากาศที่อุณหภูมิห้อง เมื่อได้รับความร้อนจนถึงจุดหลอมเหลว (1530°C หรือ 2800°F สำหรับเหล็กบริสุทธิ์) จะถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย อาร์กอนเฉื่อยมักถูกใช้เป็นก๊าซป้องกันและสำหรับกำจัดรอยเชื่อมภายในผ่านกระบวนการ GTAW แบบโคจร ความบริสุทธิ์ของก๊าซเทียบกับออกซิเจนและความชื้นจะเป็นตัวกำหนดปริมาณการเปลี่ยนสีที่เกิดจากการออกซิเดชันที่เกิดขึ้นบนหรือใกล้กับรอยเชื่อมหลังการเชื่อม หาก ก๊าซล้างไม่ได้คุณภาพสูงสุดหรือหากระบบการไล่ออกไม่ได้ปราศจากการรั่วไหลอย่างสมบูรณ์ เช่น มีอากาศรั่วเข้าไปในระบบไล่อากาศจำนวนเล็กน้อย ออกซิเดชันอาจเป็นสีน้าตาลอ่อนหรือสีน้ำเงิน แน่นอนว่าการไม่ทำความสะอาดจะส่งผลให้พื้นผิวสีดำแข็ง ซึ่งเรียกกันทั่วไปว่า "ทำให้หวาน" อาร์กอนเกรดเชื่อมที่บรรจุในกระบอกสูบมีความบริสุทธิ์ 99.996-99.997% ขึ้นอยู่กับซัพพลายเออร์ และมีออกซิเจน 5-7 ppm และสิ่งเจือปนอื่น ๆ รวมถึง H2O, O2, CO2, ไฮโดรคาร์บอน ฯลฯ รวมสูงสุด 40 ppm อาร์กอนที่มีความบริสุทธิ์สูงในกระบอกสูบหรืออาร์กอนเหลวใน Dewar สามารถบริสุทธิ์ได้ 99.999% หรือสิ่งเจือปนทั้งหมด 10 ppm โดยมีออกซิเจนสูงสุด 2 ppm หมายเหตุ: สามารถใช้เครื่องกรองก๊าซ เช่น Nanochem หรือ Gatekeeper ในระหว่างการไล่อากาศเพื่อลดระดับการปนเปื้อนให้อยู่ในช่วงส่วนต่อพันล้าน (ppb)
องค์ประกอบผสม ก๊าซผสม เช่น ฮีเลียม 75%/อาร์กอน 25% และอาร์กอน 95%/ไฮโดรเจน 5% สามารถใช้เป็นก๊าซป้องกันสำหรับการใช้งานพิเศษ สารผสมทั้งสองนี้ทำให้เกิดรอยเชื่อมที่ร้อนกว่าที่ทำภายใต้การตั้งค่าโปรแกรมเดียวกันกับอาร์กอน ส่วนผสมของฮีเลียมเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการแทรกซึมสูงสุดโดยการเชื่อมฟิวชันบนเหล็กกล้าคาร์บอน ที่ปรึกษาอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์สนับสนุนการใช้ของผสมอาร์กอน/ไฮโดรเจนเป็นก๊าซป้องกันสำหรับการใช้งาน UHP ส่วนผสมของไฮโดรเจนมีข้อดีหลายประการ แต่ก็มีข้อเสียที่ร้ายแรงบางประการเช่นกัน ข้อดีคือทำให้เกิดแอ่งน้ำที่เปียกชื้นและพื้นผิวเชื่อมที่เรียบขึ้น ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการติดตั้งระบบส่งก๊าซแรงดันสูงพิเศษโดยให้พื้นผิวด้านในเรียบที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ การมีไฮโดรเจนทำให้บรรยากาศลดลง ดังนั้นหากมีออกซิเจนเล็กน้อยอยู่ในส่วนผสมของก๊าซ รอยเชื่อมที่ได้จะดูสะอาดขึ้นโดยมีการเปลี่ยนสีน้อยกว่าความเข้มข้นของออกซิเจนที่ใกล้เคียงกันในอาร์กอนบริสุทธิ์ ผลกระทบนี้เหมาะสมที่สุดที่ปริมาณไฮโดรเจนประมาณ 5% บางคนใช้ 95 /ส่วนผสมของอาร์กอน/ไฮโดรเจน 5% เป็นการล้าง ID เพื่อปรับปรุงรูปลักษณ์ของรอยเชื่อมภายใน
เม็ดเชื่อมที่ใช้ส่วนผสมของไฮโดรเจนเป็นก๊าซป้องกันจะแคบกว่า ยกเว้นว่าเหล็กกล้าไร้สนิมมีปริมาณกำมะถันต่ำมากและสร้างความร้อนในรอยเชื่อมมากกว่าการตั้งค่าปัจจุบันแบบเดียวกันกับอาร์กอนที่ไม่ได้ผสม ข้อเสียที่สำคัญของส่วนผสมของอาร์กอน/ไฮโดรเจนคือ อาร์กมีความเสถียรน้อยกว่าอาร์กอนบริสุทธิ์มาก และมีแนวโน้มที่อาร์กจะลอย รุนแรงพอที่จะทำให้เกิดการหลอมเหลว อาร์กลอยอาจหายไปเมื่อใช้แหล่งก๊าซผสมที่แตกต่างกัน ซึ่งบ่งชี้ว่าอาจเกิดจาก การปนเปื้อนหรือการผสมที่ไม่ดี เนื่องจากความร้อนที่เกิดจากส่วนโค้งจะแปรผันตามความเข้มข้นของไฮโดรเจน ความเข้มข้นคงที่จึงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้เกิดการเชื่อมซ้ำได้ และมีความแตกต่างในก๊าซบรรจุขวดที่ผสมไว้ล่วงหน้า ข้อเสียอีกประการหนึ่งคืออายุการใช้งานของทังสเตนจะสั้นลงอย่างมากเมื่อใช้ส่วนผสมของไฮโดรเจน แม้ว่าสาเหตุของการเสื่อมสภาพของทังสเตนจากก๊าซผสมนั้นยังไม่ได้ระบุ แต่ก็มีรายงานว่าส่วนโค้งนั้นยากขึ้นและอาจต้องเปลี่ยนทังสเตนหลังจากหนึ่งหรือสองครั้ง การเชื่อม สารผสมอาร์กอน/ไฮโดรเจนไม่สามารถใช้เชื่อมเหล็กกล้าคาร์บอนหรือไททาเนียมได้
ลักษณะเด่นของกระบวนการ TIG คือไม่ใช้อิเล็กโทรด ทังสเตนมีจุดหลอมเหลวสูงที่สุดในบรรดาโลหะใดๆ (6098°F; 3370°C) และเป็นตัวปล่อยอิเล็กตรอนที่ดี ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้เป็นอิเล็กโทรดที่ไม่สิ้นเปลือง คุณสมบัติของมันได้รับการปรับปรุงโดยการเพิ่ม 2% ของออกไซด์ของธาตุหายากบางชนิด เช่น เซียเรีย แลนทานัมออกไซด์ หรือทอเรียมออกไซด์ เพื่อปรับปรุงการเริ่มอาร์คและความเสถียรของอาร์ก ทังสเตนบริสุทธิ์ สิบไม่ค่อยได้ใช้ใน GTAW เนื่องจากคุณสมบัติที่เหนือกว่าของซีเรียมทังสเตน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งาน GTAW แบบวงโคจร ทอเรียมทังสเตนถูกใช้น้อยกว่าในอดีตเนื่องจากค่อนข้างมีกัมมันตภาพรังสี
อิเล็กโทรดที่มีการขัดเงาจะมีขนาดที่สม่ำเสมอกว่า พื้นผิวที่เรียบมักจะดีกว่าพื้นผิวที่ขรุขระหรือไม่สม่ำเสมอ เนื่องจากความสม่ำเสมอในรูปทรงของอิเล็กโทรดมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อผลการเชื่อมที่สม่ำเสมอและสม่ำเสมอ อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากปลายทังสเตน (DCEN) จะถ่ายเทความร้อนจากปลายทังสเตนไปยังรอยเชื่อม ปลายที่ละเอียดกว่าช่วยให้คงความหนาแน่นกระแสไว้สูงมาก แต่อาจส่งผลให้อายุการใช้งานของทังสเตนสั้นลง สำหรับการเชื่อมแบบวงโคจร สิ่งสำคัญคือต้องบดปลายอิเล็กโทรดด้วยกลไกเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถทำซ้ำได้ของ รูปทรงเรขาคณิตของทังสเตนและความสามารถในการทำซ้ำของรอยเชื่อม ปลายทู่จะบังคับส่วนโค้งจากรอยเชื่อมไปยังจุดเดียวกันบนทังสเตน เส้นผ่านศูนย์กลางของปลายจะควบคุมรูปร่างของส่วนโค้งและปริมาณการเจาะที่กระแสเฉพาะ มุมเทเปอร์จะส่งผลต่อลักษณะกระแส/แรงดันของส่วนโค้ง และต้องมีการระบุและควบคุม ความยาวของทังสเตนมีความสำคัญเนื่องจากความยาวของทังสเตนที่ทราบสามารถใช้เพื่อกำหนดช่องว่างส่วนโค้งได้ ช่องว่างส่วนโค้งสำหรับค่าปัจจุบันที่เฉพาะเจาะจง กำหนดแรงดันไฟฟ้าและพลังงานที่ใช้กับรอยเชื่อม
ขนาดอิเล็กโทรดและเส้นผ่านศูนย์กลางปลายจะถูกเลือกตามความเข้มของกระแสเชื่อม หากกระแสเชื่อมสูงเกินไปสำหรับอิเล็กโทรดหรือปลาย อิเล็กโทรดอาจสูญเสียเนื้อโลหะจากปลาย และการใช้อิเล็กโทรดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางปลายที่ใหญ่เกินไปสำหรับกระแสเชื่อม เราระบุเส้นผ่านศูนย์กลางของอิเล็กโทรดและปลายด้วยความหนาของผนังของรอยเชื่อม และใช้เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.0625 สำหรับความหนาของผนังเกือบทุกอย่างจนถึง 0.093″ เว้นแต่การใช้งานจะได้รับการออกแบบมาให้ใช้กับอิเล็กโทรดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.040″ สำหรับการเชื่อมที่มีความแม่นยำขนาดเล็ก ส่วนประกอบ สำหรับความสามารถในการทำซ้ำของกระบวนการเชื่อม จะต้องระบุและควบคุมประเภทและผิวสำเร็จของทังสเตน ความยาว มุมเทเปอร์ เส้นผ่านศูนย์กลาง เส้นผ่านศูนย์กลางปลาย และช่องว่างส่วนโค้ง สำหรับการใช้งานเชื่อมท่อ แนะนำให้ใช้ซีเรียมทังสเตนเสมอ เนื่องจากประเภทนี้มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าประเภทอื่นมาก และมีลักษณะการจุดระเบิดด้วยอาร์คที่ยอดเยี่ยม ทังสเตนซีเรียมไม่มีกัมมันตภาพรังสี
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม กรุณาติดต่อ Barbara Henon, Technical Publications Manager, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331 โทรศัพท์: 818-896-9556.แฟกซ์: 818-890-3724