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

Feb 29, 2024

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 finales del año pasado por el Dr. Henon en una reunión de ASME.

Temas de preocupación en la tecnología de fabricación

Previniendo una 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 calidad farmacéutica circula a temperaturas elevadas (80 °C) para mantener la esterilidad. Existe una delgada línea entre bajar la temperatura lo suficiente como para sustentar organismos viables que serían fatales para el producto, y elevar la temperatura lo suficiente como para promover la producción de "rouge". Rouge es una película de color marrón de composición variable resultante de la corrosión de los componentes del sistema de tuberías de acero inoxidable. Es probable que los componentes principales sean suciedad y óxidos de hierro, 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 HAZ durante la soldadura, es particularmente dañino y ha sido implicado en la formación de colorete en los sistemas de agua farmacéuticos. 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 mediante decapado y esmerilado, lo que elimina el metal de la superficie, incluida la capa subyacente empobrecida en cromo, y restaura la resistencia a la corrosión hasta niveles cercanos al metal base. Sin embargo, el decapado y el esmerilado son perjudiciales para el acabado superficial. 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 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 sólo a la capa superficial 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 instalar un sistema de tuberías que se acerque a la resistencia a la corrosión del material base no soldado, es importante intentar limitar el daño producido por la soldadura y la fabricación a un nivel que pueda restaurarse esencialmente mediante pasivación. Esto implica utilizar gas de purga con un contenido mínimo de oxígeno y entregarlo al interior de la junta soldada sin contaminación por oxígeno atmosférico o humedad. También es importante controlar con precisión la entrada de calor durante la soldadura y evitar el calor excesivo para evitar la pérdida de resistencia a la corrosión. El control del proceso de fabricación para lograr soldaduras repetitivas y consistentes de alta calidad y el manejo cuidadoso de los tubos y componentes de acero inoxidable durante la fabricación para evitar la contaminación son requisitos esenciales para lograr un sistema de tuberías de alta calidad que resistirá la corrosión y brindará 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 representa 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 una pérdida excesiva de su resistencia a la corrosión y no requiere ningún tratamiento especial de precalentamiento ni poscalentamiento.

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 es similar en composición 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, llamados grados "L" , se desarrollaron con menos carbono (0,035 % frente a 0,08 %) que los grados estándar. Esta reducción en el contenido de carbono tenía como objetivo 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 realizaban manualmente. Hemos demostrado que la soldadura orbital de un acero inoxidable superaustenítico, AL-6XN, proporciona soldaduras significativamente más resistentes a la corrosión que soldaduras similares realizadas 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 menor y más 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 pueden mantenerse dentro de tolerancias bastante estrictas, todavía existen variaciones en el aporte de calor necesario para soldar diferentes calores de acero inoxidable. Un número de calor 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 de fábrica (MTR) junto con la identificación o número de calor del lote. Mientras que el hierro puro se funde a 1538°C (2800°F), los metales aleados se funden en un rango de temperaturas que depende del tipo y la concentración de cada aleación o elemento traza presente. Dado que no hay dos hornadas de acero inoxidable que contengan exactamente las mismas concentraciones de cada elemento, las características de soldadura variarán un poco de una hornada a otra.

Las SEM de soldaduras orbitales en tubos 316L realizadas en tubos 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 hornadas con un diámetro exterior y espesor de pared similares, algunas hornadas requerirán menos amperaje y otras requerirán más amperaje de lo habitual. 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, un nuevo calentamiento requerirá sólo ligeros cambios en el amperaje para llegar a un programa de soldadura satisfactorio.

La cuestión 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 procesos modernos de refinación de acero, como la descarburación con argón y oxígeno (AOD) y prácticas de fusión en doble vacío, 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 de aproximadamente el 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 tensión superficial del charco de soldadura que determina las características de flujo del charco de líquido.

A concentraciones de azufre muy bajas (0,001% - 0,003%), el charco de soldadura se vuelve muy ancho 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 tubos 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 rugoso que en materiales con contenido intermedio de 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 observado que, incluso con niveles intermedios de azufre en los aceros inoxidables 316 o 316L, es difícil satisfacer las demandas de sus clientes de semiconductores y biofarmacéuticos de una superficie interior lisa y sin picaduras. Es cada vez 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 "fibras" de sulfuro de manganeso (MnS) que se eliminan durante el electropulido y dejan huecos en el rango de 0,25 a 1,0 micrones.

Los fabricantes y proveedores de tubos electropulidos están impulsando el mercado hacia el uso de materiales con contenido ultra bajo de azufre para cumplir con sus requisitos de acabado superficial. Sin embargo, el problema no se limita a los tubos electropulidos, ya que en los tubos no electropulidos, las inclusiones se eliminan durante la pasivación del sistema de tuberías. Se ha demostrado que los huecos se pican preferentemente en áreas de superficie lisa. Por lo tanto, existen algunas razones válidas para la tendencia hacia materiales "limpios" y con menor contenido de 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 concentraciones de azufre muy bajas a accesorios, válvulas u otros tubos que tienen contenidos de azufre más altos presenta un problema de soldadura, ya que el arco se desviará hacia los tubos con bajo contenido de azufre. Cuando se produce la desviación 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 tubos con concentraciones de azufre coincidentes. En un caso extremo, un cordón de soldadura puede penetrar completamente el material con bajo contenido de azufre y dejar la unión soldada completamente sin fusionar en el interior (Fihey y Simeneau, 1982). En un intento por igualar el contenido de azufre de los accesorios con el de las tuberías, la División Carpenter Steel de Car-penter Technology Corporation en Pensilvania ha introducido un material de 316 barras 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 baja en azufre. Es mucho más fácil soldar dos hornadas de material con muy bajo contenido de azufre entre sí que soldar uno que tiene muy bajo contenido de azufre con otro que tiene 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 interior lisa del tubo electropulida. Si bien el acabado de la superficie y la capacidad de electropulido son importantes tanto para la industria de semiconductores como para las industrias biotecnológica y farmacéutica, SEMI, al redactar especificaciones para la industria de semiconductores, ha especificado que los tubos 316L para líneas de gas de proceso deben 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 un grado farmacéutico de tubería que limita el azufre a un rango de 0,005 a 0,017%. Esto debería dar como resultado menos dificultades de soldadura que el rango más bajo de azufre. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que incluso dentro de este rango limitado todavía es posible obtener una desviación del arco al soldar la tubería con menor contenido de azufre a la tubería o accesorios con mayor contenido de azufre, y los instaladores deben realizar un seguimiento cuidadoso de los calentamientos del material y verificar la compatibilidad de soldadura entre los calentamientos antes de realizar soldaduras de producción.

Otros oligoelementos. Se ha descubierto que oligoelementos como azufre, oxígeno, aluminio, silicio y manganeso afectan la penetración. Trazas 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 distintos 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 ZAC de soldadura. Estos depósitos de manganeso se han visto implicados 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 de manganeso ultrabajo 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 de 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. Pollard descubrió que la proporción entre aluminio y silicio en el metal base afecta la formación de escoria. Para evitar la formación de escorias indeseables en forma de parches, recomendó que el contenido de aluminio se mantuviera en 0,010% para un contenido de silicio de 0,5%. Sin embargo, se pueden formar escorias globulares en lugar de tipo parche cuando la relación aluminio/silicio está por encima de este nivel. Este tipo de escoria podría dejar picaduras después del electropulido, lo que sería inaceptable para aplicaciones de alta pureza. Las islas de escoria que se forman en el diámetro exterior de la soldadura pueden provocar una penetración no uniforme del cordón de soldadura del interior y pueden provocar una falta de penetración. Las islas de escoria que se forman en el cordón de soldadura interior pueden ser susceptibles a la corrosión.

Técnicas de soldadura de tubos por fusión

Soldadura de una sola pasada con pulsación. La soldadura de tubos 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 diámetro externo con espesores de pared de 0,083 pulg. y menos. Después de una purga previa cronometrada, se genera un arco. La penetración de la pared del tubo se logra durante un retraso cronometrado en el que está presente un arco, pero no tiene lugar la rotación. Después de este retraso de 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 la conexión, la corriente se reduce gradualmente en una pendiente descendente cronometrada.

Modo Paso a Paso (soldaduras "Sincro"). Para la soldadura por fusión de materiales de paredes más pesadas, generalmente con espesores de pared superiores a 0,083 pulgadas, las fuentes de alimentación para soldadura por fusión se pueden utilizar en modo sincronizado o por pasos. En el modo sincronizado o por pasos, la pulsación de la corriente de soldadura se sincroniza con el recorrido de modo que el rotor esté estacionario durante el pulso de corriente alta para lograr la máxima penetración y se mueva durante el pulso de corriente baja. La técnica de sincronización 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 para 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 el tubo y el accesorio, cierta desalineación o incompatibilidad de calores de materiales. Este tipo de soldadura requiere aproximadamente el doble de tiempo de arco que una soldadura convencional y, debido al cordón de soldadura más ancho y algo más rugoso, es menos adecuada para aplicaciones de pureza ultra alta (UHP).

Parámetros de soldadura/Programas de soldadura

Variables programables. La generación actual de fuentes de alimentación para soldadura está basada en microprocesadores y almacena programas que especifican valores numéricos de los parámetros de soldadura para un diámetro (OD) específico y un 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 del alambre, la amplitud de oscilación de la antorcha y los tiempos de permanencia, AVC (arco). control de voltaje para proporcionar una separación de arco constante) y pendiente ascendente. Para realizar una soldadura por fusión, se monta en el tubo el cabezal de soldadura, con los insertos de abrazadera de tubo y electrodo adecuados instalados, y se recupera el cronograma o programa de soldadura 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 intervención del operador.

Variables no programables. Para obtener una buena calidad de soldadura constante, 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 la soldadura y algún sistema para la inspección y el control de calidad de la soldadura para garantizar que las soldaduras cumplan con los criterios acordados. Sin embargo, también se deben controlar cuidadosamente ciertos factores y procedimientos distintos de los parámetros de soldadura. Estos factores incluyen el uso de un buen equipo de preparación de extremos, buenas prácticas de limpieza y manipulación, buenas tolerancias dimensionales de la tubería u otros componentes que se van a soldar, tipo y dimensiones consistentes de tungsteno, gas inerte altamente purificado y atención cuidadosa a los cambios de ma. -Calefacción material.

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 junta soldada para la soldadura de tubos orbitales suele ser una junta a tope cuadrada. Se necesita una preparación de extremos mecanizada, precisa y consistente para lograr la repetibilidad que se espera de la soldadura orbital. El extremo debe estar escuadrado sin rebabas ni bisel en el diámetro exterior o interior (diámetro exterior o interior), lo que causaría una diferencia en el espesor de la pared, ya que las corrientes de soldadura se basan en el espesor de la pared.

Los extremos de los tubos deben encajar entre sí en el cabezal de soldadura de modo que no quede ningún 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 será que haya un problema. Un mal ajuste puede provocar que la soldadura no se realice por completo. Para hacer extremos mecanizados lisos adecuados para soldadura orbital. Para este fin no son adecuadas las sierras tronzadoras, sierras para metales, sierras de cinta y cortatubos.

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 en la soldadura y, sin embargo, no forman parte del programa de soldadura real. Estos incluyen el tipo y las dimensiones de tungsteno, el tipo y la pureza del gas utilizado para proteger el arco y para purgar el interior de la junta soldada, los caudales de gas utilizados para la purga, el tipo de cabezal de soldadura y fuente de alimentación utilizados, la configuración de la junta, y cualquier otra información relevante. A estas las llamamos variables "no programables" y las registramos en la hoja del programa 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 según 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 el hierro puro) está muy sujeto a oxidación. El gas inerte argón se utiliza más comúnmente como gas de protección, así como para purgar la junta de soldadura interior con el proceso orbital GTAW. La pureza del gas con respecto al oxígeno y la humedad determina la cantidad de decoloración debida a la oxidación que aparece sobre o cerca de la soldadura después de soldar. La oxidación puede ser de un color té claro o de un azul tenue si el gas de purga no es de la más alta calidad o si el sistema de purga no está completamente libre de fugas, por lo que se filtran pequeñas cantidades de aire al sistema de purga. La ausencia de purga, por supuesto, da como resultado una superficie negra y crujiente comúnmente conocida como "azucarada". El argón apto para soldadura que se suministra en cilindros tiene una pureza del 99,996-99,997% dependiendo del proveedor con 5-7 ppm de oxígeno y otras impurezas, que incluirían H20, 02, C02, hidrocarburos, etc., para un total de 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: Se pueden usar purificadores de gas como Nanochem o Gatekeeper durante la purga para reducir los niveles de contaminantes al rango bajo de partes por billón (ppb).

Gases mixtos. Se pueden utilizar mezclas de gases como 75 % de helio/25 % de argón y 95 % de argón/5 % de hidrógeno 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 protector para aplicaciones UHP. La mezcla de hidrógeno ofrece varias ventajas pero también algunas desventajas importantes. 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 interior lo más suave posible. La presencia de hidrógeno proporciona una atmósfera reductora, de modo que si hay trazas de oxígeno en la mezcla de gases, la soldadura resultante parece más limpia y con menos decoloración que con una concentración similar de oxígeno 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 de ID para mejorar la apariencia del cordón de soldadura interno.

El cordón de soldadura con la mezcla de hidrógeno utilizada como gas protector es más estrecho, excepto con calores de acero inoxidable que contienen azufre muy bajos, 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 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 oscilación del arco puede desaparecer cuando se utiliza 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 envasado premezclado. Otra desventaja es que la vida del tungsteno es considerablemente más corta cuando se utiliza una mezcla de hidrógeno. Aunque no se ha determinado la causa del deterioro del tungsteno con el gas mezclado, se ha informado que el inicio del arco es más difícil y es posible que sea necesario reemplazar el tungsteno después de sólo una o dos soldaduras. Las mezclas de argón/hidrógeno no se pueden utilizar para soldar acero al carbono ni 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 cualquier metal (6098°F; 3370°C) y es un buen emisor de electrones, lo que lo hace especialmente adecuado como 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 inicio y la estabilidad del arco. El tungsteno puro rara vez se utiliza para GTAW porque los tungstenos ceriados tienen propiedades superiores, especialmente para aplicaciones de GTAW orbitales. Los tungstenos toriados se utilizan 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 liso a un acabado rugoso 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 calor desde la punta de tungsteno a la soldadura. Una punta más fina permite mantener la densidad de corriente a un nivel muy alto, pero puede dar como resultado una vida útil más corta del tungsteno. Para la soldadura orbital, es muy importante que la punta del electrodo esté rectificada mecánicamente para asegurar la repetibilidad de la geometría del tungsteno y, por tanto, de las soldaduras. Una punta roma obliga al arco a originarse en el mismo lugar del tungsteno de una soldadura a otra. El diámetro de la punta controla la forma del arco y la cantidad de penetración en una corriente particular. El ángulo cónico afecta las características de corriente/voltaje del arco y debe especificarse y controlarse. La longitud del tungsteno es importante porque se puede utilizar tungsteno de longitud conocida para establecer la separación del arco. La separación del arco en un valor de corriente particular determina el voltaje y, por tanto, la potencia aplicada a la soldadura.

El tamaño del electrodo y el diámetro de su punta se eligen en función del amperaje de soldadura. Si la corriente es demasiado alta para el electrodo o su punta, se 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 del electrodo y de la punta según el espesor de la pared de la junta soldada y utilizamos un diámetro de 0,0625 para prácticamente todo lo que tenga una pared de menos de 0,093 pulgadas, excepto cuando utilizamos los minicabezales (modelo 9-500 y modelo 9-250), que fueron diseñados para ser Se utiliza con electrodos de 0,040 pulgadas de diámetro para soldar piezas pequeñas y delicadas. Para la repetibilidad del proceso de soldadura, se deben especificar y controlar el tipo y acabado de tungsteno, 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 presenta una vida útil sustancialmente más larga que otros tipos y tiene excelentes características de encendido 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 de Publicaciones técnicas, Arc Machines, Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Tel: 818-896-9556. Fax: 818-890-3724.

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