Soldadura Orbital

En que consiste

La soldadura orbital, que utiliza el proceso GTAW, se usa en la industria biofarmacéutica para sistemas de tuberías que tienen contacto directo o indirecto con el producto aunque también se puede usar para otros sistemas menos críticos. Estos incluyen WFI (agua para inyección), vapor limpio y líneas de productos. También se usa para conectar tanques y recipientes a los sistemas de tuberías, en la construcción de equipos y para conectar equipos de bioprocesos montados en skids.

Los diámetros de tubo típicos para aplicaciones biofarmacéuticas son de 1 a 4 pulgadas de diámetro externo, aunque también los hay más pequeños.

Las fuentes de alimentación están controladas por microprocesador. Los parámetros de soldadura controlados por la fuente de alimentación incluyen corrientes de soldadura primarias y de fondo, tiempos de pulso, velocidad de desplazamiento del rotor (RPM), tiempos de nivel, retraso de rotación y tiempos de purga. Estos se registran en un programa de soldadura para cada tamaño y espesor de pared del tubo o tubería y se almacenan en la memoria de la fuente de alimentación. Se pueden retirar fácilmente para soldar y los horarios se pueden modificar para diferentes calores de materiales o para soldaduras de tubo a accesorio y los cambios almacenados en la memoria según sea necesario.

Las impresiones de la fuente de alimentación pueden incluir el número de identificación de soldadura, el nombre del operador y los números de serie de la fuente de alimentación y el cabezal de soldadura. Esta información se puede usar junto con el registro de soldadura como parte del paquete de documentación.

 

Límitaciones

Es importante comprender las limitaciones de una fuente de alimentación de soldadura orbital en la supervisión del rendimiento. Cuando una fuente de alimentación de soldadura indica que todos los parámetros se han realizado según lo programado, significa que la fuente de alimentación ejecutó las instrucciones programadas. El arco continuó moviéndose alrededor de la unión, y el amperaje no se desvió significativamente del valor programado.

Si la fuente de alimentación falla por alguna razón al ejecutar todas las variables del programa, le indica al operador de soldadura o persona de control de calidad (QC) que algo podría estar mal. Por ejemplo, la fuente de alimentación puede fallar al entregar el amperaje programado si está enchufado a un circuito compartido por otro equipo que funciona al mismo tiempo, o se podría desencadenar una falla de gas debido a un flujo de gas insuficiente para el cabezal de soldadura que se está utilizando.

Sin embargo, incluso si la fuente de alimentación funciona dentro de límites aceptables, la soldadura aún podría estar defectuosa. Cualquier número de factores puede dar como resultado una soldadura inaceptable sin ser detectada por la fuente de alimentación. Por ejemplo, el operador podría ingresar al programa de soldadura incorrecto o cargar el material o el calor o el tamaño del material incorrecto en el cabezal de soldadura.

La variación de colada a colada en el acero inoxidable es tal que un cambio de colada puede requerir que el operador programe un cambio en la corriente de soldadura para lograr la cantidad correcta de penetración. Debido a que el amperaje es aproximadamente proporcional al grosor de la pared, cargar material con un grosor de pared incorrecto en el cabezal de soldadura podría producir una junta de soldadura con penetración excesiva o insuficiente. Cargar el diámetro incorrecto para el programa de soldadura puede hacer que el electrodo en el calor de soldadura viaje demasiado o no lo suficientemente lejos.

La falla también puede ocurrir si, por ejemplo, un operador de soldadura con poca visión o trabajando en un área con poca luz no logra alinear el electrodo a la junta de soldadura. Esto puede crear una soldadura perfectamente penetrada que pierde la unión, con toda la penetración que ocurre en un lado de la unión de soldadura.

La purga de ID incorrecta es otra situación que la fuente de alimentación podría no detectar. La velocidad de flujo excesiva o insuficiente, así como el gas de purga de baja calidad con cantidades excesivas de humedad u oxígeno, pueden causar una decoloración inaceptable de la zona de soldadura y afectada por el calor (HAZ). Una fuente de alimentación puede detectar el flujo de gas al cabezal de soldadura, pero es necesario un analizador de oxígeno conectado a la salida del tubo para determinar cuándo es seguro iniciar el arco. Si bien una fuente de alimentación puede indicar condiciones de falla obvias, tales como un suministro insuficiente de gas al cabezal de soldadura o la extracción del electrodo en el conjunto de soldadura, no puede garantizar que se haya realizado una buena soldadura.

La supervisión del rendimiento mediante una fuente de alimentación puede ser útil en aplicaciones como la soldadura orbital de líneas de gas de proceso de semiconductores que normalmente no se inspeccionan en la identificación. Esta industria se basa en frecuentes pruebas de cupones de soldadura. Las soldaduras de cupones se realizan en lugar de inspección porque la mayoría de los tubos tienen un diámetro pequeño (0.25 a 0.50 pulgadas de diámetro externo), y es difícil inspeccionar la identificación sin dañar la superficie electropulida.

El monitoreo del desempeño es menos importante para industrias como la industria biofarmacéutica, para las cuales se requiere una inspección boroscópica en al menos el 20 por ciento de las soldaduras seleccionadas al azar de cada sistema por separado. La supervisión del rendimiento no puede reemplazar la inspección de soldadura ni garantizar una buena soldadura. Ninguna máquina de soldar puede detectar y registrar inequívocamente la calidad de una soldadura en particular.

Sin embargo, algunas fuentes de alimentación de soldadura orbital pueden proporcionar un registro detallado de cada soldadura, de modo que si surge un problema, se simplifica el rastreo de la causa raíz del problema. La capacidad de la fuente de alimentación para descargar información de soldadura directamente a una computadora portátil puede eliminar la necesidad de volver a ingresar los datos de soldadura manualmente y simplifica el proceso de documentación de la soldadura.

Tecnología de purga de alta pureza

La soldadura orbital en la industria de semiconductores se usa ampliamente para soldar líneas de gas de proceso para la fabricación de dispositivos semiconductores y circuitos integrados. La tubería utilizada en esa industria es tubería 316L, electropulida a un acabado superficial de 10 Ra o mejor. La purga para la soldadura se realiza con argón o una mezcla de argón / hidrógeno, purificada a un nivel bajo (ppb), para que no haya signos visibles de oxidación en la superficie interna después de la soldadura.

Aunque la tecnología de purga de alta pureza ha sido la norma para la industria de semiconductores, la industria farmacéutica ha sido tradicionalmente más indulgente en sus especificaciones de soldadura. Una oxidación de color pajizo claro en la zona afectada por el calor (HAZ) de las soldaduras en tubos de acero inoxidable es generalmente aceptable. Sin embargo, se ha demostrado que el tinte térmico excesivo u oxidación reduce la resistencia a la corrosión del acero inoxidable  y se ha implicado en la formación de colorete en los sistemas de tuberías farmacéuticas. El colorete consiste en productos de corrosión que circulan a través de un sistema de tuberías, donde puede causar poco daño o puede promover más corrosión y contaminación del producto. Se descubrió que los potenciales de picadura de los tubos de acero inoxidable disminuyeron abruptamente cuando el contenido de oxígeno del gas de purga excedió de 100 ppm. La  oxidación de color paja ocurre a niveles de oxígeno de aproximadamente 25 ppm. Aunque puede producirse cierta pérdida de resistencia a la corrosión con la soldadura, estudios recientes han demostrado que esta pérdida se puede minimizar al soldar con gas argón purificado a <0.1 ppm de oxígeno. Aunque los efectos del tinte de calor profundo no pueden revertirse mediante pasivación, la evidencia sugiere que la pasivación quelante puede revertir todos o la mayoría de los cambios en los elementos de la superficie a través de la soldadura y HAZ cuando se usa gas purificado para la purga.

Las técnicas de purga de alta pureza requieren una fuente ultra limpia de gas de purga, y esta debe ser entregada a la superficie interna de la unión de soldadura sin recoger cantidades significativas de oxígeno o humedad atmosférica a medida que viaja a través del sistema de entrega de purga. Se puede utiliza un diafragma de acero inoxidable en el regulador de argón, porque los diafragmas de neopreno estándar son algo permeables al oxígeno. Del mismo modo, se necesitan mangueras de baja permeabilidad y tapones de purga herméticos para mantener los bajos niveles de oxígeno y humedad en el gas de purga. Estos procedimientos pueden parecer extremos para una instalación farmacéutica, pero si pueden evitar la aparición de rouge en el sistema, valdrá la pena el esfuerzo.

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