Consideraciones para la soldadura orbital en aplicaciones de tuberías de bioprocesos—Parte II

Nota del editor: Pharmaceutical Online se complace en presentar este artículo de cuatro partes sobre soldadura orbital para tuberías de bioprocesos escrito por la experta de la industria Barbara Henon de Arc Machines. Este artículo fue adaptado de una charla dada a fines del año pasado por el Dr. Henon en una reunión de ASME.

Problemas de preocupación en la tecnología de fabricación

Prevención de la pérdida de resistencia a la corrosión. El agua altamente purificada como DI o WFI es un corrosivo muy agresivo para el acero inoxidable. Además, el WFI de grado farmacéutico circula a temperaturas elevadas (80 °C) para mantener la esterilidad. Hay una línea muy fina entre bajar la temperatura lo suficiente para soportar organismos viables que serían fatales para el producto, y elevar la temperatura lo suficiente para promover la producción de "colorete". El colorete es una película pardusca de composición variable resultante de la corrosión de los componentes del sistema de tuberías de acero inoxidable. Es probable que la suciedad y los óxidos de hierro sean los componentes principales, pero también pueden estar presentes hierro, cromo y níquel en diversas formas. La presencia de colorete sería fatal para algunos productos y su presencia puede provocar una mayor corrosión, aunque su presencia en otros sistemas parece ser bastante benigna.

La soldadura puede tener un efecto perjudicial sobre la resistencia a la corrosión. El tinte térmico, que es el resultado del material oxidado precipitado sobre la soldadura y la ZAT durante la soldadura, es particularmente dañino y se ha relacionado con la formación de colorete en los sistemas de agua farmacéutica. La formación de óxidos de cromo, que contribuyen al tinte térmico, deja una capa subyacente empobrecida en cromo que es vulnerable a la corrosión. El tinte térmico se puede eliminar decapando y esmerilando, lo que elimina el metal de la superficie, incluida la capa subyacente empobrecida en cromo, y restaura la resistencia a la corrosión a niveles cercanos al metal base. Sin embargo, el decapado y el esmerilado son perjudiciales para el acabado de la superficie. La pasivación de los sistemas de tuberías con ácido nítrico o formulaciones quelantes se realiza para superar los efectos perjudiciales de la soldadura y la fabricación antes de que los sistemas de tuberías se pongan en servicio. El análisis de electrones Auger ha demostrado que la pasivación del quelante puede restaurar los cambios superficiales en la distribución de oxígeno, cromo, hierro, níquel y manganeso que ocurren a través de la soldadura y la zona afectada por el calor a la condición previa a la soldadura. Sin embargo, la pasivación afecta solo la capa de la superficie exterior y no penetra por debajo de 50 Å, mientras que el tinte térmico puede extenderse 1000 Å o más debajo de la superficie.

Por lo tanto, para tener un sistema de tuberías instalado que se acerque a la resistencia a la corrosión del material base sin soldar, es importante intentar limitar el daño producido por la soldadura y la fabricación a un nivel que pueda restaurarse esencialmente mediante la pasivación. Esto implica usar gas de purga con un contenido mínimo de oxígeno y entregarlo al DI de la unión soldada sin contaminación por oxígeno atmosférico o humedad. El control preciso de la entrada de calor durante la soldadura y evitar el calor excesivo también es importante para evitar la pérdida de resistencia a la corrosión. El control del proceso de fabricación para lograr soldaduras de alta calidad consistentes y repetibles, y el manejo cuidadoso de la tubería y los componentes de acero inoxidable durante la fabricación para evitar la contaminación son requisitos esenciales para lograr un sistema de tuberías de alta calidad que resista la corrosión y brinde un servicio productivo prolongado. vida.

La soldabilidad del acero inoxidable 316L

Los materiales utilizados para los sistemas de tuberías de acero inoxidable biofarmacéuticos de alta pureza han experimentado una evolución durante la última década hacia una mejor resistencia a la corrosión. La mayor parte del acero inoxidable utilizado antes de 1980 era acero inoxidable 304, ya que es relativamente económico y era una mejora con respecto al cobre utilizado anteriormente. De hecho, el acero inoxidable de la serie 300 es comparativamente fácil de mecanizar y puede soldarse por fusión sin pérdida excesiva de su resistencia a la corrosión y no requiere tratamiento especial de precalentamiento ni postcalentamiento.

Más recientemente, ha habido una tendencia al alza en el uso de acero inoxidable 316 en aplicaciones de tuberías de alta pureza. El tipo 316 tiene una composición similar al tipo 304, pero además de los elementos de aleación de cromo y níquel comunes a ambos, el 316 contiene aproximadamente un 2 % de molibdeno, lo que mejora significativamente la resistencia a la corrosión del 316. Los tipos 304L y 316L, denominados grados "L". , se desarrollaron con menos carbono (0,035 % en comparación con 0,08 %) que los grados estándar. Esta reducción en el contenido de carbono pretendía reducir la cantidad de precipitación de carburo que podría ocurrir como resultado de la soldadura. Esta es la formación de carburo de cromo, que agota los límites de grano del metal base de cromo y lo deja vulnerable al ataque corrosivo. La formación de carburos de cromo, llamada "sensibilización", depende del tiempo y la temperatura y era un problema mucho mayor cuando las soldaduras se hacían manualmente. Hemos demostrado que la soldadura orbital de un acero inoxidable súper austenítico, AL-6XN, proporciona soldaduras significativamente más resistentes a la corrosión que soldaduras similares hechas manualmente. Esto se debe a que la soldadura orbital proporciona un control preciso del amperaje, la pulsación y el tiempo, lo que da como resultado una entrada de calor mucho más baja y uniforme que la soldadura manual. La soldadura orbital en combinación con el uso de los grados "L" de 304 y 316 prácticamente ha eliminado la precipitación de carburo como factor en el desarrollo de la corrosión en los sistemas de tuberías.

Variación calor a calor en aceros inoxidables. Aunque los parámetros de soldadura y otros factores se pueden mantener dentro de tolerancias bastante estrictas, aún existen variaciones en la entrada de calor requerida para soldar diferentes calores de acero inoxidable. Un número de colada es el número de lote asignado a una fundición particular de acero inoxidable en el molino. La composición química exacta de cada lote se registra en un informe de prueba del molino (MTR) junto con la identificación o el número de colada del lote. Mientras que el hierro puro se derrite a 1538 °C (2800 °F), los metales aleados se derriten en un rango de temperaturas que dependen del tipo y la concentración de cada aleación o elemento traza presente. Dado que no hay dos coladas de acero inoxidable que contengan exactamente las mismas concentraciones de cada elemento, las características de soldadura variarán un poco de una colada a otra.

Los SEM de soldaduras orbitales en tubería 316L realizadas en tubería AOD (arriba) y material EBR (abajo) muestran diferencias considerables en la suavidad del cordón de soldadura.

Cifras: Cortesía de Valex Corp.

Si bien un solo programa de soldadura puede funcionar para la mayoría de las coladas de un diámetro exterior y espesor de pared similares, algunas coladas requerirán menos amperaje y otras requerirán más amperaje de lo normal. Por esta razón, se debe realizar un seguimiento cuidadoso de las diferentes temperaturas de los materiales en un lugar de trabajo para evitar posibles problemas. Por lo general, una nueva colada requerirá solo ligeros cambios en el amperaje para llegar a un programa de soldadura satisfactorio.

El problema del azufre. El azufre elemental es una impureza asociada con el mineral de hierro y se elimina en gran medida durante el proceso de fabricación del acero. Los aceros inoxidables AISI tipo 304 y 316 tienen un contenido máximo de azufre especificado de 0,030%. Con el desarrollo de los procesos modernos de refinación del acero, como la descarburación con oxígeno y argón (AOD) y las prácticas de fusión al vacío doble, como la fusión por inducción al vacío seguida de la refundición por arco al vacío (VIM+VAR), se ha hecho posible producir aceros que son muy específicos en sus composiciones químicas. Se ha observado que cuando el contenido de azufre del acero cae por debajo del 0,008%, las propiedades del charco de soldadura cambian. Esto se ha atribuido al efecto que tiene el azufre, y en menor grado otros elementos, sobre el coeficiente de temperatura de la tensión superficial del baño de soldadura que determina las características de flujo del baño de líquido.

A concentraciones de azufre muy bajas (0,001% - 0,003%), el charco de soldadura se vuelve muy amplio con respecto a la profundidad de penetración en comparación con una soldadura similar realizada en materiales con niveles intermedios de azufre. Una soldadura realizada en un tubo de acero inoxidable con bajo contenido de azufre tendrá un cordón de soldadura más ancho, y en un tubo de paredes más gruesas (0,065 pulgadas o 1,66 mm o más), habrá una mayor tendencia a tener una soldadura cóncava en el extremo. afuera cuando la corriente de soldadura es suficiente para producir una soldadura completamente penetrada. Esto hace que el material con muy bajo contenido de azufre sea más difícil de soldar, especialmente con paredes de tubo más gruesas. En el extremo superior de la concentración de azufre para los aceros inoxidables 304 o 316, el cordón de soldadura tiende a tener una apariencia menos fluida y algo más áspera que en los materiales intermedios en azufre. Por lo tanto, para la soldabilidad, el contenido de azufre ideal oscilaría entre aproximadamente 0,005 % y 0,017 %, como se especifica en ASTM A270 S2 para tubos de calidad farmacéutica.

Los productores de tubos de acero inoxidable electropulido han notado que, incluso con niveles intermedios de azufre en los aceros inoxidables 316 o 316L, es difícil satisfacer las demandas de sus clientes biofarmacéuticos y semiconductores de una superficie interior lisa y sin picaduras. Cada vez es más común verificar la suavidad del acabado de la superficie del tubo con un microscopio electrónico de barrido. Se ha demostrado que el azufre en el metal base forma inclusiones no metálicas o "filamentos" de sulfuro de manganeso (MnS) que se eliminan durante el electropulido y dejan vacíos en el rango de 0,25 a 1,0 micras.

Los fabricantes y proveedores de tubería electropulida están impulsando el mercado hacia el uso de materiales con contenido ultrabajo de azufre para cumplir con sus requisitos de acabado superficial. Sin embargo, el problema no se limita a la tubería electropulida, ya que en la tubería no electropulida, las inclusiones se eliminan durante la pasivación del sistema de tuberías. Se ha demostrado que los huecos se pican preferentemente a las áreas superficiales lisas. Por lo tanto, hay algunas razones válidas para la tendencia hacia un material "limpio" con menos azufre.

Deflexión del arco. Además de mejorar la soldabilidad del acero inoxidable, la presencia de algo de azufre también aumenta la maquinabilidad. Por lo tanto, los fabricantes tienden a seleccionar materiales en el extremo superior del rango de azufre especificado. La soldadura de tubos con muy bajas concentraciones de azufre a accesorios, válvulas u otros tubos que tienen un mayor contenido de azufre presenta un problema de soldadura, ya que el arco se desviará hacia los tubos con bajo contenido de azufre. Cuando ocurre la deflexión del arco, la penetración se vuelve más profunda en el lado con bajo contenido de azufre en comparación con el lado con mayor contenido de azufre, que es lo contrario de lo que sucede cuando se sueldan tuberías con concentraciones de azufre equivalentes. En un caso extremo, un cordón de soldadura puede penetrar completamente el material con bajo contenido de azufre y dejar la junta de soldadura completamente sin fusionar por dentro (Fihey y Simeneau, 1982). En un intento de hacer coincidir el contenido de azufre de los accesorios con el de la tubería, Carpenter Steel Division de Car-penter Technology Corporation en Pensilvania ha introducido un material de barra 316 con bajo contenido de azufre (0,005 % máx.) (Tipo 316L-SCQ) (VIM+VAR ) para la fabricación de accesorios y otros componentes destinados a ser soldados a la tubería de bajo contenido de azufre. Es mucho más fácil soldar entre sí dos calores de material con muy bajo contenido de azufre que soldar uno con muy bajo contenido de azufre a otro con más contenido de azufre.

El cambio hacia el uso de tubos con bajo contenido de azufre se debe en gran medida a la necesidad de lograr una superficie lisa del tubo interior electropulida. Si bien el acabado superficial y la electropulibilidad son importantes tanto para la industria de semiconductores como para las industrias biotecnológica/farmacéutica, SEMI, al redactar especificaciones para la industria de semiconductores, ha especificado que la tubería 316L para líneas de gas de proceso debe tener un límite superior de 0,004 % de azufre para una superficie óptima. finalizar. Por otro lado, la ASTM ha modificado su especificación ASTM 270 al incluir una tubería de grado farmacéutico que limita el azufre a un rango de 0.005 a 0.017%. Esto debería resultar en menos dificultades de soldadura que el rango más bajo de azufre. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que, incluso dentro de este rango limitado, aún es posible obtener una desviación del arco cuando se suelda la tubería con menos azufre a la tubería o los accesorios con mayor contenido de azufre, y los instaladores deben realizar un seguimiento cuidadoso de las temperaturas del material y verificar la compatibilidad de la soldadura entre las temperaturas antes de realizar la soldadura. soldaduras de producción.

Otros oligoelementos. Se ha descubierto que los oligoelementos, incluidos el azufre, el oxígeno, el aluminio, el silicio y el manganeso, afectan la penetración. Pequeñas cantidades de aluminio, silicio, calcio, titanio y cromo que están presentes como inclusiones de óxido en el metal base se han asociado con la formación de escoria durante la soldadura.

Los efectos de los diversos elementos son acumulativos, por lo que la presencia de oxígeno puede compensar algunos de los efectos del bajo contenido de azufre. Los efectos positivos sobre la penetración del azufre pueden compensarse con altos niveles de aluminio. El manganeso se volatiliza a las temperaturas de soldadura y se deposita en la ZAT de soldadura. Estos depósitos de manganeso se han implicado en una pérdida de resistencia a la corrosión. (Ver Cohen, 1997). La industria de los semiconductores está experimentando actualmente con materiales 316L con bajo contenido de manganeso e incluso con contenido ultrabajo de manganeso para evitar esta pérdida de resistencia a la corrosión.

Formación de escoria. Ocasionalmente aparecen islas de escoria a lo largo del cordón de soldadura de algunas coladas de acero inoxidable. Esto es esencialmente un problema material, pero a veces un cambio en los parámetros de soldadura puede minimizar la condición, o un cambio a una mezcla de gas argón/hidrógeno puede mejorar la soldadura. Pol-lard encontró que la proporción de aluminio a silicio en el metal base afecta la formación de escoria. Para evitar la formación de escorias tipo parche indeseables, recomendó que el contenido de aluminio se mantuviera en 0,010 % para un contenido de silicio de 0,5 %. Sin embargo, pueden formarse escorias globulares en lugar del tipo parche cuando la relación aluminio/silicio está por encima de este nivel. Este tipo de escoria podría dejar hoyos después del electropulido que serían inaceptables para aplicaciones de alta pureza. Las islas de escoria que se forman en el diámetro exterior de la soldadura pueden dar lugar a una penetración no uniforme del cordón de soldadura del diámetro interior y pueden provocar una falta de penetración. Las islas de escoria que se forman en el cordón de soldadura del DI pueden ser susceptibles a la corrosión.

Técnicas de soldadura de tubos por fusión

Soldadura de un solo paso con pulsación. La soldadura de tubo orbital automática estándar es una soldadura de un solo paso con corriente pulsada y rotación continua a velocidad constante. Esta técnica es adecuada para tubos de 1/8 pulg. a aproximadamente 7 pulg. DE con espesores de pared de 0,083 pulg. y menos. Después de una purga previa cronometrada, se inicia un arco. La penetración de la pared del tubo se logra durante un tiempo de retardo en el que está presente un arco, pero no se produce la rotación. Después de este retraso en la rotación, el electrodo gira alrededor de la unión soldada hasta que, durante el último nivel de la soldadura, la soldadura se une o se superpone a la parte inicial de la soldadura. Cuando se completa el enlace, la corriente se reduce gradualmente en una pendiente descendente cronometrada.

Modo escalonado (soldaduras "Synchro"). Para la soldadura por fusión de materiales de paredes más gruesas, generalmente con espesores de pared superiores a 0,083 pulgadas, las fuentes de alimentación para soldadura por fusión se pueden usar en el modo sincronizado o escalonado. En el modo sincronizado o por pasos, la pulsación de la corriente de soldadura se sincroniza con el recorrido, de modo que el rotor permanece estacionario durante el pulso de alta corriente para lograr la máxima penetración y se mueve durante el pulso de baja corriente. La técnica sincronizada utiliza tiempos de pulso mucho más largos, del orden de 0,5 a 1,5 segundos, en comparación con los tiempos de pulso de décimas o centésimas de segundo de las soldaduras convencionales. Esta técnica es eficaz para soldar tuberías de paredes delgadas de hasta aproximadamente 2 pulgadas, cédula 40, que tiene un espesor de pared de 0,154 pulgadas, o 6 pulgadas, cédula 5. La técnica escalonada produce un cordón de soldadura más ancho, lo que la hace indulgente y ayuda para soldar piezas irregulares como accesorios a tubos donde puede haber alguna diferencia en las tolerancias dimensionales entre la tubería y el accesorio, alguna desalineación o incompatibilidad de calores del material. Este tipo de soldadura requiere aproximadamente el doble de tiempo de arco que una soldadura convencional y, debido a que el cordón de soldadura es más ancho y algo más rugoso, es menos adecuado para aplicaciones de ultra alta pureza (UHP).

Parámetros de soldadura/programas de soldadura

Variables programables. La generación actual de fuentes de alimentación para soldadura están basadas en microprocesadores y almacenan programas que especifican valores numéricos de parámetros de soldadura para un diámetro específico (OD) y espesor de pared del tubo a soldar, incluidos tiempos de purga, corrientes de soldadura, velocidad de desplazamiento (RPM), número de niveles y tiempo para cada nivel, tiempos de pulsación, tiempo de pendiente descendente, etc. Para soldaduras de tuberías orbitales con adición de alambre de relleno, los parámetros del programa incluirían la velocidad de alimentación de alambre, la amplitud de oscilación de la antorcha y los tiempos de permanencia, AVC (arco control de voltaje para proporcionar un espacio de arco constante) y pendiente ascendente. Para realizar una soldadura por fusión, el cabezal de soldadura, con los insertos de abrazadera de tubo y el electrodo adecuados instalados, se monta en el tubo y el programa o programa de soldadura se llama desde la memoria de la fuente de alimentación. La secuencia de soldadura se inicia presionando un botón o una tecla del panel de membrana y la soldadura continúa sin la intervención del operador.

Variables no programables. Para obtener una calidad de soldadura consistentemente buena, los parámetros de soldadura deben controlarse cuidadosamente. Esto se logra mediante la precisión de la fuente de alimentación de soldadura y el programa de soldadura, que es el conjunto de instrucciones ingresadas en la fuente de alimentación que consta de parámetros de soldadura para soldar un tamaño particular de tubo o tubería. También debe haber un conjunto de estándares de soldadura vigentes que especifiquen los criterios de aceptación de soldaduras y algún sistema para la inspección de soldaduras y control de calidad para asegurar que las soldaduras cumplan con los criterios acordados. Sin embargo, ciertos factores y procedimientos distintos de los parámetros de soldadura también deben controlarse cuidadosamente. Estos factores incluyen el uso de un buen equipo de preparación de extremos, buenas prácticas de limpieza y manejo, buenas tolerancias dimensionales de la tubería u otros componentes que se sueldan, tipo y dimensiones de tungsteno consistentes, gas inerte altamente purificado y atención cuidadosa a los cambios de ma. -calores materiales.

Los requisitos para la preparación de los extremos de los tubos para la soldadura son mucho más críticos para la soldadura orbital que para la soldadura manual. La unión soldada para la soldadura de tubos orbitales suele ser una unión a tope cuadrada. Se necesita una preparación final mecanizada precisa y uniforme para lograr la repetibilidad que se espera de la soldadura orbital. El extremo debe ser cuadrado, sin rebabas ni biseles en el DE o el DI (diámetro exterior o interior), lo que causaría una diferencia en el grosor de la pared, ya que las corrientes de soldadura se basan en el grosor de la pared.

Los extremos de la tubería deben encajar juntos en el cabezal de soldadura de modo que no quede un espacio visible entre los dos extremos de la junta a tope cuadrada. Aunque es posible completar una unión soldada con un espacio pequeño, la calidad de la soldadura puede verse afectada negativamente. Cuanto mayor sea la brecha, más probable es que haya un problema. Un ajuste deficiente puede resultar en una falla total al realizar la soldadura. Las sierras para tubos fabricadas por George Fischer y otros, que cortan los tubos y enfrentan los extremos de los tubos en la misma operación, o los tornos portátiles para la preparación de extremos, como los fabricados por Protem, Wachs y otros, se usan comúnmente para hacer extremos mecanizados lisos adecuados para soldadura orbital. Las sierras tronzadoras, las sierras para metales, las sierras de cinta y los cortatubos no son adecuados para este propósito.

Además de los parámetros de soldadura que se ingresan en la fuente de alimentación para realizar una soldadura, existen otras variables que pueden tener un efecto profundo sobre la soldadura y, sin embargo, no forman parte del programa de soldadura real. Estos incluyen el tipo y las dimensiones del tungsteno, el tipo y la pureza del gas utilizado para proteger el arco y para purgar el interior de la unión soldada, los caudales de gas utilizados para la purga, el tipo de cabezal de soldadura y fuente de alimentación utilizada, la configuración de la unión, y cualquier otra información relevante. Las llamamos variables "no programables" y las registramos en la hoja de programación de soldadura. Por ejemplo, el tipo de gas se considera una variable esencial para la especificación del procedimiento de soldadura (WPS) realizada para calificar un procedimiento de soldadura para ASME Sección IX del Código de calderas y recipientes a presión. Un cambio en el tipo de gas o un cambio en el porcentaje de una mezcla de gases, o la eliminación de una purga de ID requiere que se recalifique el procedimiento de soldadura.

Gas de soldadura. El acero inoxidable es resistente a la oxidación por el oxígeno atmosférico a temperatura ambiente. Cuando se calienta hasta el punto de fusión (1530 °C o 2800 °F para hierro puro), está muy sujeto a la oxidación. El gas argón inerte se usa más comúnmente como gas de protección, así como para purgar la junta de soldadura interior con el proceso GTAW orbital. La pureza del gas con respecto al oxígeno y la humedad determina la cantidad de decoloración debido a la oxidación que aparece en o cerca de la soldadura después de soldar. La oxidación puede tener un color té claro o un azul tenue si el gas de purga no es de la mejor calidad o si el sistema de purga no está completamente libre de fugas, de modo que se filtran pequeñas cantidades de aire en el sistema de purga. La ausencia de cualquier purga, por supuesto, da como resultado una superficie negra con costra comúnmente conocida como "azucarada". El argón de grado de soldadura que se suministra en cilindros tiene una pureza de 99.996-99.997% dependiendo del proveedor con 5-7 ppm de oxígeno y otras impurezas, que incluirían H2O, O2, C02, hidrocarburos, etc., totalizando 40 ppm como un máximo. El argón de alta pureza en cilindros o el argón líquido en dewars puede tener una pureza del 99,999 % o un total de 10 ppm de impurezas con un máximo de 2 ppm de oxígeno. Nota: Los purificadores de gas como Nanochem o Gatekeeper se pueden usar durante la purga para reducir los niveles de contaminantes al rango bajo de partes por billón (ppb).

Gases mixtos. Las mezclas de gases como 75 % helio/25 % argón y 95 % argón/5 % hidrógeno se pueden utilizar como gases de protección para aplicaciones especiales. Ambas mezclas producen una soldadura más caliente que una realizada con la misma configuración de programa que con argón. La mezcla de helio es especialmente útil para lograr la máxima penetración con soldaduras por fusión en acero al carbono. Un consultor de la industria de semiconductores ha promovido el uso de la mezcla de argón/hidrógeno como gas de protección para aplicaciones UHP. La mezcla de hidrógeno ofrece varias ventajas pero también algunas serias desventajas. Las ventajas son que produce un charco más húmedo y una superficie de soldadura más suave, lo cual es deseable para lograr un sistema de suministro de gas UHP con una superficie interna tan suave como sea posible. La presencia de hidrógeno proporciona una atmósfera reductora, de modo que si el oxígeno está presente en cantidades mínimas en la mezcla de gases, la soldadura resultante aparece más limpia con menos decoloración que con una concentración de oxígeno similar en argón puro. Este efecto es óptimo con aproximadamente un 5% de hidrógeno. Algunos han utilizado una mezcla de 95/5 % de argón/hidrógeno como purga del interior para mejorar la apariencia del cordón de soldadura interior.

El cordón de soldadura con la mezcla de hidrógeno utilizada como gas de protección es más estrecho, excepto con calores de acero inoxidable que contienen muy poco azufre, y se produce más calor en la soldadura que con los mismos ajustes de amperaje con argón sin mezclar. Una desventaja notable de la mezcla de argón/hidrógeno es que el arco es considerablemente menos estable que con el argón puro, y existe una tendencia a que el arco se desvíe, lo que puede ser lo suficientemente grave como para provocar una falta de fusión. La desviación del arco puede desaparecer cuando se usa una fuente diferente de gas mezclado, lo que sugiere que puede deberse a contaminación o mezcla deficiente. Dado que la cantidad de calor producido por el arco varía con la concentración de hidrógeno, una concentración constante es esencial para lograr soldaduras repetibles y existe variabilidad en el gas embotellado premezclado. Otra desventaja es que la vida del tungsteno es considerablemente más corta cuando se usa una mezcla de hidrógeno. Aunque no se ha determinado la causa del deterioro del tungsteno con la mezcla de gases, se ha informado que el encendido del arco es más difícil y es posible que sea necesario reemplazar el tungsteno después de solo una o dos soldaduras. Las mezclas de argón/hidrógeno no se pueden utilizar para soldar acero al carbono o titanio.

Importancia de la longitud y la geometría del tungsteno

Una característica importante del proceso TIG es que el electrodo no se consume. El tungsteno tiene el punto de fusión más alto de todos los metales (6098 °F; 3370 °C) y es un buen emisor de electrones, lo que lo hace especialmente adecuado para un electrodo no consumible. Sus propiedades se mejoran mediante la adición de un 2% de ciertos óxidos de tierras raras, como ceria, lanthana o thoria, mejorando el cebado y la estabilidad del arco. El tungsteno puro rara vez se usa para GTAW porque los tungstenos ceriados tienen propiedades superiores, especialmente para aplicaciones de GTAW orbitales. Los tungstenos toriados se usan con menos frecuencia que en el pasado porque son algo radiactivos.

Los electrodos con acabado esmerilado son dimensionalmente más uniformes. Siempre es preferible un acabado suave a un acabado áspero o inconsistente, ya que la consistencia en la geometría del electrodo es esencial para obtener resultados de soldadura uniformes y consistentes. Los electrones emitidos por la punta (DCEN) transfieren el calor de la punta de tungsteno a la soldadura. Una punta más fina permite mantener la densidad de corriente a un nivel muy alto, pero puede resultar en una vida útil más corta del tungsteno. Para la soldadura orbital, es muy importante que la punta del electrodo esté rectificada a máquina para asegurar la repetibilidad de la geometría de tungsteno y, por lo tanto, de las soldaduras. Una punta roma obliga al arco a originarse en el mismo lugar del tungsteno de soldadura a soldadura. El diámetro de la punta controla la forma del arco y la cantidad de penetración en una corriente particular. El ángulo de inclinación afecta las características de corriente/voltaje del arco y debe especificarse y controlarse. La longitud de tungsteno es importante porque se puede usar tungsteno de longitud conocida para establecer la separación del arco. El espacio de arco en un valor de corriente particular determina el voltaje y, por lo tanto, la potencia aplicada a la soldadura.

El tamaño del electrodo y su diámetro de punta se eligen en función del amperaje de soldadura. Si la corriente es demasiado alta para el electrodo o su punta, puede perder metal de la punta, mientras que el uso de un electrodo con un diámetro de punta demasiado grande para la corriente puede hacer que el arco se desvíe. Especificamos los diámetros de los electrodos y las puntas por el espesor de la pared de la unión soldada y utilizamos un diámetro de 0,0625 para prácticamente todo lo que esté por debajo de una pared de 0,093 pulg., excepto cuando se utilizan los minicabezales (Modelo 9-500 y Modelo 9-250) que fueron diseñados para ser se utiliza con electrodos de 0,040 pulg. de diámetro para soldar piezas pequeñas y delicadas. Para la repetibilidad del proceso de soldadura, se debe especificar y controlar el tipo de tungsteno y el acabado, la longitud, el ángulo de conicidad, el diámetro, el diámetro de la punta y la separación del arco. Para aplicaciones de soldadura de tubos, siempre se recomienda el tungsteno ceriado, ya que este tipo exhibe una vida útil sustancialmente más larga que otros tipos y tiene excelentes características de ignición del arco. El tungsteno ceriado no es radiactivo.

Para ver las entregas anteriores de este artículo, siga estos enlaces:

I. Consideraciones para la soldadura orbital en aplicaciones de tuberías de bioprocesos

Para obtener más información: Barbara Henon, gerente, Publicaciones técnicas, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Tel: 818-896-9556. Fax: 818-890-3724.

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