Lưu ý của biên tập viên: Pharmaceutical Online hân hạnh giới thiệu bài viết gồm bốn phần về hàn quỹ đạo đường ống xử lý sinh học của chuyên gia trong ngành Barbara Henon của Arc Machines. Bài viết này được chuyển thể từ bài thuyết trình của Tiến sĩ Henon tại hội nghị ASME vào cuối năm ngoái.
Ngăn ngừa mất khả năng chống ăn mòn. Nước có độ tinh khiết cao như DI hoặc WFI là chất khắc rất mạnh đối với thép không gỉ. Ngoài ra, WFI cấp dược phẩm được tuần hoàn ở nhiệt độ cao (80 ° C) để duy trì tính vô trùng. Có một sự khác biệt tinh tế giữa việc hạ nhiệt độ đủ để hỗ trợ các sinh vật sống gây chết sản phẩm và tăng nhiệt độ đủ để thúc đẩy sản xuất "sơn mài". Sơn mài là một lớp màng màu nâu có thành phần khác nhau do sự ăn mòn của các thành phần hệ thống đường ống bằng thép không gỉ. Bụi bẩn và oxit sắt có thể là thành phần chính, nhưng nhiều dạng sắt, crom và niken cũng có thể có mặt. Sự hiện diện của sơn mài gây chết một số sản phẩm và sự hiện diện của nó có thể dẫn đến ăn mòn thêm, mặc dù sự hiện diện của nó trong các hệ thống khác có vẻ khá lành tính.
Hàn có thể ảnh hưởng xấu đến khả năng chống ăn mòn. Màu nóng là kết quả của vật liệu oxy hóa lắng đọng trên mối hàn và vùng HAZ trong quá trình hàn, đặc biệt có hại và liên quan đến sự hình thành màu đỏ trong hệ thống nước dược phẩm. Sự hình thành oxit crom có ​​thể gây ra màu nóng, để lại lớp crom cạn kiệt dễ bị ăn mòn. Màu nóng có thể được loại bỏ bằng cách ngâm và mài, loại bỏ kim loại khỏi bề mặt, bao gồm cả lớp crom cạn kiệt bên dưới và khôi phục khả năng chống ăn mòn đến mức gần với mức kim loại cơ bản. Tuy nhiên, ngâm và mài có hại cho bề mặt hoàn thiện. Thụ động hóa hệ thống đường ống bằng axit nitric hoặc các công thức tác nhân tạo phức được thực hiện để khắc phục các tác động bất lợi của quá trình hàn và chế tạo trước khi đưa hệ thống đường ống vào sử dụng. Phân tích điện tử Auger cho thấy thụ động hóa tạo phức có thể khôi phục các thay đổi bề mặt trong phân phối oxy, crom, sắt, niken và mangan xảy ra trong vùng hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt về trạng thái trước khi hàn. Tuy nhiên, thụ động hóa chỉ ảnh hưởng đến lớp bề mặt bên ngoài và không thâm nhập dưới 50 angstrom, trong khi màu nhiệt có thể kéo dài 1000 angstrom hoặc hơn bên dưới bề mặt.
Do đó, để lắp đặt hệ thống đường ống chống ăn mòn gần các bề mặt nền chưa hàn, điều quan trọng là phải cố gắng hạn chế hư hỏng do hàn và chế tạo ở mức có thể phục hồi đáng kể bằng cách thụ động hóa. Điều này đòi hỏi phải sử dụng khí thanh lọc có hàm lượng oxy tối thiểu và đưa vào đường kính bên trong của mối hàn mà không bị oxy hoặc hơi ẩm trong khí quyển làm nhiễm bẩn. Kiểm soát chính xác lượng nhiệt đầu vào và tránh quá nhiệt trong quá trình hàn cũng rất quan trọng để ngăn ngừa mất khả năng chống ăn mòn. Kiểm soát quy trình sản xuất để đạt được mối hàn chất lượng cao có thể lặp lại và đồng nhất, cũng như xử lý cẩn thận các ống và thành phần bằng thép không gỉ trong quá trình sản xuất để ngăn ngừa nhiễm bẩn là những yêu cầu thiết yếu đối với hệ thống đường ống chất lượng cao, chống ăn mòn và cung cấp dịch vụ hiệu quả lâu dài.
Vật liệu được sử dụng trong hệ thống đường ống thép không gỉ dược phẩm sinh học có độ tinh khiết cao đã trải qua quá trình phát triển theo hướng cải thiện khả năng chống ăn mòn trong thập kỷ qua. Hầu hết thép không gỉ được sử dụng trước năm 1980 là thép không gỉ 304 vì nó tương đối rẻ và là cải tiến so với đồng được sử dụng trước đây. Trên thực tế, thép không gỉ dòng 300 tương đối dễ gia công, có thể hàn nóng chảy mà không làm giảm khả năng chống ăn mòn quá mức và không yêu cầu xử lý nhiệt trước và sau nhiệt đặc biệt.
Gần đây, việc sử dụng thép không gỉ 316 trong các ứng dụng đường ống có độ tinh khiết cao đang gia tăng. Loại 316 có thành phần tương tự như Loại 304, nhưng ngoài các nguyên tố hợp kim crom và niken chung cho cả hai, 316 còn chứa khoảng 2% molypden, giúp cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn của 316. Loại 304L và 316L, được gọi là loại "L", có hàm lượng carbon thấp hơn các loại tiêu chuẩn (0,035% so với 0,08%). Việc giảm hàm lượng carbon này nhằm mục đích giảm lượng kết tủa cacbua có thể xảy ra do hàn. Đây là sự hình thành crom cacbua, làm cạn kiệt ranh giới hạt của kim loại nền crom, khiến nó dễ bị ăn mòn. Sự hình thành crom cacbua, được gọi là "nhạy cảm", phụ thuộc vào thời gian và nhiệt độ và là một vấn đề lớn hơn khi hàn thủ công. Chúng tôi đã chỉ ra rằng hàn quỹ đạo của thép không gỉ siêu austenit AL-6XN tạo ra mối hàn chống ăn mòn tốt hơn so với các mối hàn tương tự được thực hiện thủ công. Điều này là do hàn quỹ đạo cung cấp khả năng kiểm soát chính xác cường độ dòng điện, xung động và thời gian, tạo ra lượng nhiệt đầu vào thấp hơn và đồng đều hơn so với hàn thủ công. Hàn quỹ đạo kết hợp với cấp “L” 304 và 316 về cơ bản loại bỏ được sự kết tủa cacbua là một yếu tố gây ra sự ăn mòn trong hệ thống đường ống.
Biến thiên nhiệt độ của thép không gỉ. Mặc dù các thông số hàn và các yếu tố khác có thể được giữ trong phạm vi dung sai khá chặt chẽ, nhưng vẫn có sự khác biệt về lượng nhiệt đầu vào cần thiết để hàn thép không gỉ từ nhiệt độ này sang nhiệt độ khác. Số nhiệt độ là số lô được chỉ định cho một loại thép không gỉ cụ thể tại nhà máy. Thành phần hóa học chính xác của từng lô được ghi lại trên Báo cáo thử nghiệm của nhà máy (MTR) cùng với mã lô hoặc số nhiệt độ. Sắt nguyên chất nóng chảy ở nhiệt độ 1538°C (2800°F), trong khi kim loại hợp kim nóng chảy trong phạm vi nhiệt độ, tùy thuộc vào loại và nồng độ của từng hợp kim hoặc nguyên tố vi lượng có mặt. Vì không có hai lần nung thép không gỉ nào chứa chính xác cùng nồng độ của từng nguyên tố, nên đặc tính hàn sẽ khác nhau tùy theo từng lò.
SEM mối hàn quỹ đạo ống 316L trên ống AOD (trên) và vật liệu EBR (dưới) cho thấy sự khác biệt đáng kể về độ mịn của mối hàn.
Trong khi một quy trình hàn duy nhất có thể áp dụng cho hầu hết các loại nhiệt có đường kính ngoài và độ dày thành tương tự, một số loại nhiệt cần ít ampe hơn và một số khác cần ampe cao hơn mức thông thường. Vì lý do này, việc gia nhiệt các vật liệu khác nhau tại công trường phải được theo dõi cẩn thận để tránh các vấn đề tiềm ẩn. Thông thường, nhiệt mới chỉ cần thay đổi nhỏ về ampe để đạt được quy trình hàn đạt yêu cầu.
Vấn đề lưu huỳnh. Lưu huỳnh nguyên tố là tạp chất liên quan đến quặng sắt được loại bỏ phần lớn trong quá trình sản xuất thép. Thép không gỉ AISI loại 304 và 316 được chỉ định với hàm lượng lưu huỳnh tối đa là 0,030%. Với sự phát triển của các quy trình tinh luyện thép hiện đại, chẳng hạn như Khử cacbon bằng oxy Argon (AOD) và các phương pháp nấu chảy chân không kép như Nấu chảy cảm ứng chân không tiếp theo là Nấu chảy lại bằng hồ quang chân không (VIM + VAR), có thể sản xuất ra các loại thép rất đặc biệt theo những cách sau. thành phần hóa học của chúng. Người ta đã lưu ý rằng các tính chất của vũng hàn thay đổi khi hàm lượng lưu huỳnh trong thép xuống dưới khoảng 0,008%. Điều này là do tác động của lưu huỳnh và ở mức độ thấp hơn là các nguyên tố khác đối với hệ số nhiệt độ của sức căng bề mặt của vũng hàn, yếu tố quyết định đặc tính dòng chảy của vũng chất lỏng.
Ở nồng độ lưu huỳnh rất thấp (0,001% - 0,003%), độ thâm nhập của vũng hàn trở nên rất rộng so với các mối hàn tương tự được thực hiện trên các vật liệu có hàm lượng lưu huỳnh trung bình. Các mối hàn được thực hiện trên ống thép không gỉ có hàm lượng lưu huỳnh thấp sẽ có mối hàn rộng hơn, trong khi trên ống có thành dày hơn (0,065 inch hoặc 1,66 mm trở lên) sẽ có xu hướng tạo ra mối hàn lõm nhiều hơn. Khi dòng điện hàn đủ để tạo ra mối hàn thâm nhập hoàn toàn. Điều này làm cho các vật liệu có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp khó hàn hơn, đặc biệt là các thành dày hơn. Ở mức cao hơn của nồng độ lưu huỳnh trong thép không gỉ 304 hoặc 316, mối hàn có xu hướng ít chảy hơn về ngoại hình và thô hơn các vật liệu có lưu huỳnh trung bình. Do đó, để có thể hàn, hàm lượng lưu huỳnh lý tưởng sẽ nằm trong khoảng từ 0,005% đến 0,017%, theo quy định trong ASTM A270 S2 đối với ống chất lượng dược phẩm.
Các nhà sản xuất ống thép không gỉ đánh bóng điện phân đã nhận thấy rằng ngay cả hàm lượng lưu huỳnh vừa phải trong thép không gỉ 316 hoặc 316L cũng khiến họ khó đáp ứng được nhu cầu về bề mặt bên trong nhẵn, không có rỗ của khách hàng là các nhà bán dẫn và dược phẩm sinh học. Việc sử dụng kính hiển vi điện tử quét để xác minh độ nhẵn của bề mặt ống ngày càng phổ biến. Lưu huỳnh trong kim loại cơ bản đã được chứng minh là tạo thành các tạp chất phi kim loại hoặc "sợi" mangan sulfua (MnS) bị loại bỏ trong quá trình đánh bóng điện phân và để lại các lỗ rỗng trong phạm vi 0,25-1,0 micron.
Các nhà sản xuất và cung cấp ống đánh bóng điện đang thúc đẩy thị trường sử dụng vật liệu có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp để đáp ứng các yêu cầu về bề mặt hoàn thiện của họ. Tuy nhiên, vấn đề không chỉ giới hạn ở các ống đánh bóng điện, vì trong các ống không đánh bóng điện, các tạp chất sẽ bị loại bỏ trong quá trình thụ động hóa hệ thống đường ống. Các lỗ rỗng đã được chứng minh là dễ bị rỗ hơn các khu vực bề mặt nhẵn. Vì vậy, có một số lý do chính đáng cho xu hướng sử dụng vật liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp, “sạch hơn”.
Độ lệch hồ quang. Ngoài việc cải thiện khả năng hàn của thép không gỉ, sự hiện diện của một số lưu huỳnh cũng cải thiện khả năng gia công. Do đó, các nhà sản xuất và chế tạo có xu hướng chọn vật liệu ở mức cao hơn của phạm vi hàm lượng lưu huỳnh được chỉ định. Hàn ống có nồng độ lưu huỳnh rất thấp vào phụ kiện, van hoặc ống khác có hàm lượng lưu huỳnh cao hơn có thể tạo ra các vấn đề hàn vì hồ quang sẽ bị lệch về phía ống có hàm lượng lưu huỳnh thấp. Khi độ lệch hồ quang xảy ra, độ thâm nhập trở nên sâu hơn ở phía có hàm lượng lưu huỳnh thấp so với phía có hàm lượng lưu huỳnh cao, điều này ngược lại với những gì xảy ra khi hàn ống có nồng độ lưu huỳnh phù hợp. Trong những trường hợp cực đoan, mối hàn có thể xuyên hoàn toàn vào vật liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp và khiến bên trong mối hàn hoàn toàn không nóng chảy (Fihey và Simeneau, 1982). Để phù hợp với hàm lượng lưu huỳnh của phụ kiện với hàm lượng lưu huỳnh của ống, Bộ phận thép Carpenter của Tập đoàn công nghệ Carpenter Pennsylvania đã giới thiệu thanh thép 316 có hàm lượng lưu huỳnh thấp (tối đa 0,005%) (Loại 316L-SCQ) (VIM + VAR) ) để sản xuất phụ kiện và các thành phần khác dùng để hàn vào ống có hàm lượng lưu huỳnh thấp. Hàn hai vật liệu có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp với nhau dễ hơn nhiều so với hàn một vật liệu có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp với một vật liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao hơn.
Sự chuyển dịch sang sử dụng ống có hàm lượng lưu huỳnh thấp phần lớn là do nhu cầu phải có bề mặt ống bên trong được đánh bóng điện hóa nhẵn. Mặc dù bề mặt hoàn thiện và đánh bóng điện hóa rất quan trọng đối với cả ngành công nghiệp bán dẫn và ngành công nghiệp công nghệ sinh học/dược phẩm, nhưng SEMI, khi viết thông số kỹ thuật cho ngành công nghiệp bán dẫn, đã chỉ định rằng ống 316L cho đường ống khí quy trình phải có nắp lưu huỳnh 0,004% để có hiệu suất tối ưu cho các đầu bề mặt. Mặt khác, ASTM đã sửa đổi thông số kỹ thuật ASTM 270 của họ để bao gồm ống cấp dược phẩm giới hạn hàm lượng lưu huỳnh trong phạm vi từ 0,005 đến 0,017%. Điều này sẽ giúp giảm khó khăn khi hàn so với lưu huỳnh có phạm vi thấp hơn. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng ngay cả trong phạm vi hạn chế này, độ lệch hồ quang vẫn có thể xảy ra khi hàn ống có hàm lượng lưu huỳnh thấp vào ống hoặc phụ kiện có hàm lượng lưu huỳnh cao và người lắp đặt nên theo dõi cẩn thận quá trình gia nhiệt vật liệu và kiểm tra khả năng tương thích của chất hàn giữa các lần gia nhiệt trước khi chế tạo. Sản xuất mối hàn.
các nguyên tố vi lượng khác. Các nguyên tố vi lượng bao gồm lưu huỳnh, oxy, nhôm, silic và mangan được phát hiện có ảnh hưởng đến khả năng thâm nhập. Lượng nhỏ nhôm, silic, canxi, titan và crom có ​​trong kim loại cơ bản dưới dạng tạp chất oxit có liên quan đến sự hình thành xỉ trong quá trình hàn.
Tác động của các nguyên tố khác nhau là tích lũy, do đó sự hiện diện của oxy có thể bù đắp một số tác động của lưu huỳnh thấp. Nồng độ nhôm cao có thể chống lại tác động tích cực đối với sự thâm nhập của lưu huỳnh. Mangan bay hơi ở nhiệt độ hàn và lắng đọng trong vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt hàn. Các cặn mangan này có liên quan đến việc mất khả năng chống ăn mòn. (Xem Cohen, 1997). Ngành công nghiệp bán dẫn hiện đang thử nghiệm các vật liệu 316L có hàm lượng mangan thấp và thậm chí là mangan cực thấp để ngăn ngừa tình trạng mất khả năng chống ăn mòn này.
Sự hình thành xỉ. Thỉnh thoảng các đảo xỉ xuất hiện trên hạt thép không gỉ trong một số lần gia nhiệt. Về bản chất, đây là vấn đề về vật liệu, nhưng đôi khi những thay đổi trong các thông số hàn có thể giảm thiểu vấn đề này hoặc những thay đổi trong hỗn hợp argon/hydro có thể cải thiện mối hàn. Pollard phát hiện ra rằng tỷ lệ nhôm so với silic trong kim loại cơ bản ảnh hưởng đến sự hình thành xỉ. Để ngăn ngừa sự hình thành xỉ dạng mảng không mong muốn, ông khuyến nghị nên giữ hàm lượng nhôm ở mức 0,010% và hàm lượng silic ở mức 0,5%. Tuy nhiên, khi tỷ lệ Al/Si cao hơn mức này, xỉ hình cầu có thể hình thành thay vì dạng mảng. Loại xỉ này có thể để lại các vết rỗ sau khi đánh bóng điện, điều này không thể chấp nhận được đối với các ứng dụng có độ tinh khiết cao. Các đảo xỉ hình thành trên OD của mối hàn có thể khiến đường ID thâm nhập không đều và có thể dẫn đến độ thâm nhập không đủ. Các đảo xỉ hình thành trên đường ID của mối hàn có thể dễ bị ăn mòn.
Hàn một lần với xung động. Hàn ống quỹ đạo tự động tiêu chuẩn là mối hàn một lần với dòng điện xung và tốc độ quay liên tục không đổi. Kỹ thuật này phù hợp với ống có đường kính ngoài từ 1/8″ đến khoảng 7″ và độ dày thành ống từ 0,083″ trở xuống. Sau khi làm sạch trước theo thời gian, hồ quang sẽ xuất hiện. Sự thâm nhập vào thành ống được thực hiện trong thời gian trễ theo thời gian trong đó có hồ quang nhưng không xảy ra hiện tượng quay. Sau thời gian trễ quay này, điện cực sẽ quay quanh mối hàn cho đến khi mối hàn nối hoặc chồng lên phần ban đầu của mối hàn trong lớp hàn cuối cùng. Khi kết nối hoàn tất, dòng điện sẽ giảm dần theo thời gian giảm.
Chế độ từng bước (hàn đồng bộ). Đối với hàn nóng chảy các vật liệu có thành dày hơn, thường lớn hơn 0,083 inch, nguồn điện hàn nóng chảy có thể được sử dụng ở chế độ đồng bộ hoặc từng bước. Ở chế độ đồng bộ hoặc từng bước, xung dòng điện hàn được đồng bộ với hành trình, do đó rôto đứng yên để có độ xuyên thấu tối đa trong các xung dòng điện cao và di chuyển trong các xung dòng điện thấp. Các kỹ thuật đồng bộ sử dụng thời gian xung dài hơn, theo thứ tự từ 0,5 đến 1,5 giây, so với thời gian xung một phần mười hoặc một phần trăm giây đối với hàn thông thường. Kỹ thuật này có thể hàn hiệu quả ống thành mỏng 40 gauge 40 dày 0,154″ hoặc 6″ có độ dày thành 0,154″ hoặc 6″. Kỹ thuật từng bước tạo ra mối hàn rộng hơn, giúp nó có khả năng chịu lỗi và hữu ích để hàn các bộ phận không đều như phụ kiện ống vào ống, nơi có thể có sự khác biệt về dung sai kích thước, một số sai lệch hoặc không tương thích nhiệt của vật liệu. Kiểu hàn này yêu cầu thời gian hồ quang gấp khoảng hai lần so với hàn thông thường và ít phù hợp hơn với ứng dụng có độ tinh khiết cực cao (UHP) do đường nối rộng hơn và thô hơn.
Các biến có thể lập trình. Thế hệ nguồn điện hàn hiện tại dựa trên bộ vi xử lý và lưu trữ các chương trình chỉ định các giá trị số cho các thông số hàn cho đường kính (OD) và độ dày thành cụ thể của ống cần hàn, bao gồm thời gian thanh lọc, dòng điện hàn, tốc độ di chuyển (RPM)), số lớp và thời gian cho mỗi lớp, thời gian xung, thời gian xuống dốc, v.v. Đối với các mối hàn ống quỹ đạo có thêm dây hàn, các thông số chương trình sẽ bao gồm tốc độ cấp dây, biên độ dao động của mỏ hàn và thời gian dừng, AVC (điều khiển điện áp hồ quang để cung cấp khoảng cách hồ quang không đổi) và độ dốc lên. Để thực hiện hàn nóng chảy, hãy lắp đầu hàn có điện cực thích hợp và chèn kẹp ống vào ống và gọi lại lịch trình hàn hoặc chương trình từ bộ nhớ nguồn điện. Trình tự hàn được bắt đầu bằng cách nhấn nút hoặc phím trên bảng màng và quá trình hàn tiếp tục mà không cần sự can thiệp của người vận hành.
Các biến không thể lập trình. Để có được chất lượng mối hàn tốt một cách đồng nhất, các thông số hàn phải được kiểm soát cẩn thận. Điều này đạt được thông qua độ chính xác của nguồn điện hàn và chương trình hàn, là một tập hợp các hướng dẫn được nhập vào nguồn điện, bao gồm các thông số hàn, để hàn một kích thước ống hoặc đường ống cụ thể. Cũng phải có một bộ tiêu chuẩn hàn hiệu quả, chỉ định các tiêu chí chấp nhận hàn và một số hệ thống kiểm tra và kiểm soát chất lượng hàn để đảm bảo rằng quá trình hàn đáp ứng các tiêu chuẩn đã thỏa thuận. Tuy nhiên, một số yếu tố và quy trình khác ngoài các thông số hàn cũng phải được kiểm soát cẩn thận. Các yếu tố này bao gồm việc sử dụng thiết bị chuẩn bị đầu cuối tốt, thực hành vệ sinh và xử lý tốt, dung sai kích thước tốt của ống hoặc các bộ phận khác được hàn, loại và kích thước vonfram nhất quán, khí trơ có độ tinh khiết cao và chú ý cẩn thận đến các biến thể vật liệu. - nhiệt độ cao.
Yêu cầu chuẩn bị cho hàn đầu ống quan trọng hơn đối với hàn quỹ đạo so với hàn thủ công. Các mối hàn để hàn ống quỹ đạo thường là mối hàn đối đầu vuông. Để đạt được khả năng lặp lại mong muốn trong hàn quỹ đạo, cần phải chuẩn bị đầu ống chính xác, nhất quán và được gia công. Vì dòng điện hàn phụ thuộc vào độ dày thành ống nên các đầu phải vuông góc, không có gờ hoặc vát trên OD hoặc ID (OD hoặc ID), điều này sẽ dẫn đến độ dày thành ống khác nhau.
Các đầu ống phải khít với nhau trong đầu hàn sao cho không có khe hở đáng kể nào giữa các đầu của mối ghép vuông. Mặc dù có thể thực hiện được các mối hàn có khe hở nhỏ, nhưng chất lượng mối hàn có thể bị ảnh hưởng xấu. Khe hở càng lớn thì khả năng xảy ra sự cố càng cao. Lắp ráp kém có thể dẫn đến hỏng hoàn toàn mối hàn. Cưa ống do George Fischer và những người khác sản xuất, có thể cắt ống và đối mặt với các đầu ống trong cùng một thao tác hoặc máy tiện chuẩn bị đầu di động như máy do Protem, Wachs và những người khác sản xuất, thường được sử dụng để tạo mối hàn quỹ đạo đầu nhẵn phù hợp để gia công. Cưa cắt, cưa sắt, cưa lọng và máy cắt ống không phù hợp cho mục đích này.
Ngoài các thông số hàn cung cấp công suất hàn, còn có các biến số khác có thể ảnh hưởng sâu sắc đến quá trình hàn, nhưng chúng không phải là một phần của quy trình hàn thực tế. Điều này bao gồm loại và kích thước vonfram, loại và độ tinh khiết của khí được sử dụng để bảo vệ hồ quang và làm sạch bên trong mối hàn, lưu lượng khí được sử dụng để làm sạch, loại đầu và nguồn điện được sử dụng, cấu hình của mối hàn và bất kỳ thông tin liên quan nào khác. Chúng tôi gọi đây là các biến số "không thể lập trình" và ghi lại chúng vào lịch trình hàn. Ví dụ, loại khí được coi là biến số thiết yếu trong Đặc điểm kỹ thuật quy trình hàn (WPS) để các quy trình hàn tuân thủ theo Quy định về nồi hơi và bình chịu áp suất ASME Mục IX. Những thay đổi về tỷ lệ phần trăm loại khí hoặc hỗn hợp khí hoặc việc loại bỏ quá trình làm sạch ID đòi hỏi phải xác nhận lại quy trình hàn.
khí hàn. Thép không gỉ có khả năng chống oxy hóa oxy trong khí quyển ở nhiệt độ phòng. Khi được nung nóng đến điểm nóng chảy (1530 ° C hoặc 2800 ° F đối với sắt nguyên chất), nó dễ bị oxy hóa. Argon trơ thường được sử dụng làm khí bảo vệ và để làm sạch các mối hàn bên trong thông qua quy trình GTAW quỹ đạo. Độ tinh khiết của khí so với oxy và độ ẩm quyết định lượng đổi màu do oxy hóa xảy ra trên hoặc gần mối hàn sau khi hàn. Nếu khí làm sạch không phải là loại khí có chất lượng cao nhất hoặc nếu hệ thống làm sạch không bị rò rỉ hoàn toàn đến mức một lượng nhỏ không khí rò rỉ vào hệ thống làm sạch, quá trình oxy hóa có thể có màu xanh nhạt hoặc xanh lam. Tất nhiên, không làm sạch sẽ dẫn đến bề mặt đen đóng vảy thường được gọi là "ngọt". Argon cấp hàn được cung cấp trong các bình có độ tinh khiết 99,996-99,997%, tùy thuộc vào nhà cung cấp và chứa 5-7 ppm oxy và các tạp chất khác, bao gồm H2O, O2, CO2, hydrocarbon, v.v., tổng cộng tối đa 40 ppm. Argon có độ tinh khiết cao trong bình hoặc argon lỏng trong Dewar có thể tinh khiết 99,999% hoặc tổng tạp chất là 10 ppm, với tối đa 2 ppm oxy. LƯU Ý: Có thể sử dụng các máy lọc khí như Nanochem hoặc Gatekeeper trong quá trình thanh lọc để giảm mức độ ô nhiễm xuống phạm vi phần tỷ (ppb).
thành phần hỗn hợp. Các hỗn hợp khí như 75% heli/25% argon và 95% argon/5% hydro có thể được sử dụng làm khí bảo vệ cho các ứng dụng đặc biệt. Hai hỗn hợp tạo ra mối hàn nóng hơn so với các mối hàn được thực hiện trong cùng cài đặt chương trình như argon. Các hỗn hợp heli đặc biệt thích hợp để thâm nhập tối đa bằng hàn nóng chảy trên thép cacbon. Một cố vấn ngành công nghiệp bán dẫn ủng hộ việc sử dụng hỗn hợp argon/hydro làm khí bảo vệ cho các ứng dụng UHP. Các hỗn hợp hydro có một số ưu điểm, nhưng cũng có một số nhược điểm nghiêm trọng. Ưu điểm là nó tạo ra vũng nước ướt hơn và bề mặt mối hàn mịn hơn, lý tưởng để triển khai các hệ thống cung cấp khí áp suất cực cao với bề mặt bên trong càng mịn càng tốt. Sự hiện diện của hydro tạo ra bầu không khí khử, vì vậy nếu có dấu vết oxy trong hỗn hợp khí, mối hàn tạo ra sẽ sạch hơn với ít bị đổi màu hơn so với nồng độ oxy tương tự trong argon nguyên chất. Hiệu ứng này là tối ưu ở hàm lượng hydro khoảng 5%. Một số người sử dụng hỗn hợp argon/hydro 95/5% làm chất tẩy ID để cải thiện vẻ ngoài của mối hàn bên trong.
Mối hàn sử dụng hỗn hợp hydro làm khí bảo vệ hẹp hơn, ngoại trừ thép không gỉ có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp và tạo ra nhiều nhiệt hơn trong mối hàn so với cùng cài đặt dòng điện với argon không trộn. Một nhược điểm đáng kể của hỗn hợp argon/hydro là hồ quang kém ổn định hơn nhiều so với argon nguyên chất và có xu hướng hồ quang trôi, đủ nghiêm trọng để gây ra sự trộn lẫn. Trôi hồ quang có thể biến mất khi sử dụng nguồn khí hỗn hợp khác, cho thấy rằng nó có thể do nhiễm bẩn hoặc trộn kém. Vì nhiệt sinh ra bởi hồ quang thay đổi theo nồng độ hydro, nên nồng độ không đổi là điều cần thiết để đạt được mối hàn có thể lặp lại và có sự khác biệt trong khí đóng chai trộn sẵn. Một nhược điểm khác là tuổi thọ của vonfram bị rút ngắn đáng kể khi sử dụng hỗn hợp hydro. Mặc dù lý do khiến vonfram bị suy giảm từ khí hỗn hợp vẫn chưa được xác định, nhưng có báo cáo rằng hồ quang khó hơn và có thể cần phải thay vonfram sau một hoặc hai lần hàn. Không thể sử dụng hỗn hợp argon/hydro để hàn thép cacbon hoặc titan.
Một đặc điểm nổi bật của quy trình TIG là nó không tiêu thụ điện cực. Vonfram có điểm nóng chảy cao nhất trong số bất kỳ kim loại nào (6098°F; 3370°C) và là chất phát electron tốt, khiến nó đặc biệt thích hợp để sử dụng làm điện cực không tiêu thụ. Các tính chất của nó được cải thiện bằng cách thêm 2% một số oxit đất hiếm như ceria, lanthanum oxide hoặc thorium oxide để cải thiện khả năng bắt đầu hồ quang và độ ổn định của hồ quang. Vonfram nguyên chất hiếm khi được sử dụng trong GTAW do các tính chất vượt trội của xeri vonfram, đặc biệt là đối với các ứng dụng GTAW quỹ đạo. Thori vonfram được sử dụng ít hơn trước đây vì chúng có tính phóng xạ.
Điện cực được đánh bóng có kích thước đồng đều hơn. Bề mặt nhẵn luôn được ưa chuộng hơn bề mặt nhám hoặc không đồng nhất, vì tính đồng nhất trong hình dạng điện cực rất quan trọng đối với kết quả hàn đồng nhất, nhất quán. Các electron phát ra từ đầu (DCEN) truyền nhiệt từ đầu vonfram đến mối hàn. Đầu mịn hơn cho phép mật độ dòng điện được duy trì ở mức rất cao, nhưng có thể làm giảm tuổi thọ của vonfram. Đối với hàn quỹ đạo, điều quan trọng là phải mài cơ học đầu điện cực để đảm bảo khả năng lặp lại hình dạng vonfram và khả năng lặp lại mối hàn. Đầu cùn buộc hồ quang từ mối hàn đến cùng một điểm trên vonfram. Đường kính đầu kiểm soát hình dạng của hồ quang và lượng thâm nhập ở một dòng điện cụ thể. Góc côn ảnh hưởng đến đặc tính dòng điện/điện áp của hồ quang và phải được chỉ định và kiểm soát. Chiều dài của vonfram rất quan trọng vì có thể sử dụng chiều dài vonfram đã biết để thiết lập khe hở hồ quang. Khe hở hồ quang cho một giá trị dòng điện cụ thể xác định điện áp và do đó xác định công suất được áp dụng cho mối hàn.
Kích thước điện cực và đường kính đầu của nó được lựa chọn theo cường độ dòng điện hàn. Nếu dòng điện quá cao đối với điện cực hoặc đầu của nó, nó có thể bị mất kim loại từ đầu và việc sử dụng điện cực có đường kính đầu quá lớn so với dòng điện có thể gây ra trôi hồ quang. Chúng tôi chỉ định đường kính điện cực và đầu theo độ dày thành của mối hàn và sử dụng đường kính 0,0625 cho hầu hết mọi thứ có độ dày thành lên đến 0,093", trừ khi mục đích sử dụng được thiết kế để sử dụng với điện cực đường kính 0,040" để hàn các Linh kiện có độ chính xác nhỏ. Để có thể lặp lại quy trình hàn, loại vonfram và lớp hoàn thiện, chiều dài, góc côn, đường kính, đường kính đầu và khe hở hồ quang đều phải được chỉ định và kiểm soát. Đối với các ứng dụng hàn ống, xeri vonfram luôn được khuyến khích vì loại này có tuổi thọ cao hơn nhiều so với các loại khác và có đặc tính đánh lửa hồ quang tuyệt vời. Xeri vonfram không phóng xạ.
Để biết thêm thông tin, vui lòng liên hệ với Barbara Henon, Trưởng phòng Xuất bản Kỹ thuật, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Điện thoại: 818-896-9556. Fax: 818-890-3724.