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Aug 10, 2023

Überlegungen zum Orbitalschweißen in Bioprozess-Rohrleitungsanwendungen

Anmerkung des Herausgebers: Pharmaceutical Online freut sich, diesen Vierteiler präsentieren zu können

Anmerkung des Herausgebers: Pharmaceutical Online freut sich, diesen vierteiligen Artikel über Orbitalschweißen für Bioprozessrohre von der Branchenexpertin Barbara Henon von Arc Machines präsentieren zu können. Dieser Artikel basiert auf einem Vortrag, den Dr. Henon Ende letzten Jahres auf einem ASME-Treffen gehalten hat.

InhaltSchweißpläne: Bestimmung programmierbarer Variablen, Impulszeiten, Kriterien für die Schweißnahtabnahme

Schweißpläne: Bestimmung programmierbarer Variablen

U/min. Das Schweißen von Rohrschmelzen in einem Durchgang erfolgt typischerweise mit einer Lichtbogengeschwindigkeit von 4–7 Zoll pro Minute (IPM). Die Fahrgeschwindigkeit in Zoll pro Minute muss in die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute (RPM) umgerechnet werden. Bei einem Rohr mit einem Außendurchmesser von 1 Zoll würde eine Bewegungsgeschwindigkeit von 5 Zoll also 1,6 U/min entsprechen.

Zeit pro Level. Die Lichtbogenzeit der Schweißung würde die Rotationsverzögerungszeit plus die Zeit für eine Umdrehung bei der angegebenen Drehzahl plus die zusätzliche Zeit umfassen, die erforderlich ist, um eine Strecke zurückzulegen, die der doppelten Rohrwanddicke entspricht, um die Schweißnaht herzustellen. Bei 1,6 U/min würde die Zeit, die für eine einmalige Umrundung der Röhre benötigt wird, 60 Sekunden geteilt durch 1,6 U/min oder 37,5 Sekunden betragen. Die Gesamtzeit von etwa 40 Sekunden wäre erforderlich, um die Schweißung abzuschließen. Die Gesamtzeit wird durch die Anzahl der Ebenen im Schweißprogramm dividiert, um die Zeit pro Ebene zu erhalten. Dies wären 10 Sekunden pro Stufe für eine 4-stufige Schweißnaht oder etwa 6,7 ​​Sekunden pro Stufe für eine 6-stufige Schweißnaht.

Schweißstrom für Edelstahl 316L. Bei einer Verfahrgeschwindigkeit von 5 IPM ist für die anfängliche (primäre) Stromstärke in der ersten Stufe etwa ein Ampere Schweißstrom pro 0,001 Zoll Wandstärke erforderlich. Beim Impulslichtbogenschweißen können alle anderen Schweißströme aus der Stromstärke der ersten Stufe abgeleitet werden. Der Hintergrundstrom würde etwa 30 % der Primärstromstärke für Stufe 1 betragen, während der Strom in der letzten Stufe etwa 80 % der ersten Stufe betragen würde. Dies ist auf einen Wärmestau im Rohr zurückzuführen, so dass am Ende der Schweißnaht etwa 20 % weniger Strom für die Durchdringung benötigt wird als am Anfang. Das Ausmaß der Stromreduzierung pro Stufe würde von der Anzahl der Stufen abhängen, wobei bei einer größeren Anzahl von Stufen eine allmählichere Reduzierung möglich wäre.

Rotationsverzögerung. Nachdem der Lichtbogen gezündet wurde, aber bevor die Rotation beginnt, wird der Lichtbogen an einer Stelle gehalten, um genügend Wärme für das Eindringen aufzubauen. Dies ist besonders wichtig für eine Single-Pass-Schweißung, bei der die fehlende Durchdringung zu Beginn der Schweißung zu einer mangelhaften Verbindung an der Verbindungsstelle führen kann.

Pulszeiten

Die Zeiten für den Primärimpuls und den Hintergrundimpuls steuern den Abstand zwischen den Schweißraupen. Längere Pulszeiten vergrößern den Perlenabstand. Beim Stufen- oder Synchronschweißen bestimmt der „niedrige“ oder „Hintergrund“-Impuls den Schweißraupenabstand, während die „hohe“ oder „primäre“ Impulszeit in Verbindung mit dem Schweißstrom zur Steuerung des Einbrandes verwendet werden kann. Bei dünnwandigen Rohren können Schweißungen ohne Impulsstrom erfolgen. Bei kleinen Röhren betragen die Impulszeiten normalerweise 0,1 bis 0,2 Sekunden oder weniger. Bei STEP-Schweißungen sind die Pulszeiten deutlich länger. Bei einer Impulslichtbogenschweißung sollten sich die Schweißnähte am Außendurchmesser um 60–80 % und am Innendurchmesser um mindestens 50 % überlappen.

Kriterien für die Schweißnahtabnahme

Der ASME Bioprocess Equipment Standard (ASME BPE-97) wurde im November 1997 veröffentlicht. Zuvor wurden pharmazeutische Rohrleitungssysteme traditionell nach den 3A Sanitary Standards als Richtlinien für die Herstellung installiert. Schweißverfahren und -personal sind möglicherweise nach Abschnitt IX des Boiler and Pressure Vessel Code der American Society of Mechanical Engineers (ASME) zertifiziert und haben möglicherweise die im ASME B 31.3 Code for Pressure Piping aufgeführten Schweißkriterienrichtlinien befolgt Die Schweißnähte werden visuell dahingehend beurteilt, dass sie keinen Verbindungsmangel, keine Anzeichen von Oberflächenschlacke oder Porosität aufweisen, mit strengen Grenzwerten für unvollständige Durchdringung, Unterschnitt, Innenkonkavität (Ansaugung oder Rücksaugung) usw. Zur Einhaltung dieser Vorschriften ist eine Schweißnaht erforderlich Es muss ein Verfahren festgelegt und die Schweißnähte Biegetests unterzogen werden, um zu zeigen, dass die Verbindung duktil ist, sowie Zugtests, um zu zeigen, dass die Schweißkonstruktion die für das Material erforderliche Mindestzugfestigkeit aufweist. Möglicherweise ist auch eine Röntgenaufnahme erforderlich. Diese Tests wurden entwickelt, um die mechanische Integrität der Schweißnähte und die Fähigkeit des Schweißpersonals zur Herstellung der Schweißnähte zu bestimmen. Diese Vorschriften und Normen wurden für manuelles Schweißen geschrieben und es ist durchaus möglich, mithilfe manueller Schweißtechniken ein Rohrleitungssystem zu installieren, das diese Kriterien erfüllt. Das Schweißen nach diesen Vorschriften soll den sicheren Betrieb des geschweißten Systems gewährleisten, es wird jedoch wenig Rücksicht auf das kosmetische Erscheinungsbild und die Glätte der Schweißnähte genommen, die sich tatsächlich auf die Eignung des Rohrleitungssystems für biopharmazeutische Zwecke auswirken.

ASME BPE – 1997 wurde in Anerkennung der Einschränkungen bestehender Codes und Richtlinien für die Bioprozessindustrie entwickelt. Im Jahr 1989 richtete die ASME ein Hauptkomitee für Bioprozessausrüstung ein, um alle Aspekte der Herstellung und Installation von Bioprozessausrüstung zu untersuchen, die Anforderungen der Branche zu definieren und einen neuen Standard zu verfassen, der den besonderen Anforderungen der Bioprozessindustrie gerecht wird. Unterausschüsse für Design für Sterilität und Reinigbarkeit, Oberflächenbeschaffenheit, Materialverbindung, Abmessungen und Toleranzen, Gerätedichtungen und allgemeine Anforderungen wurden gebildet und trafen sich mehrmals im Jahr, bis der Standard fertiggestellt war. An Überarbeitungen und Ergänzungen wird noch gearbeitet.

Die Frage der Schweißnaht-Akzeptanzkriterien für Orbitalrohrschweißungen in Bioprozess-Rohrleitungssystemen wurde vom Unterausschuss für Materialverbindungen behandelt. Sie waren sich einig, dass biopharmazeutische Schweißnähte weiterhin die Anforderungen von ASME Abschnitt IX und B31.3 erfüllen müssen, aber zusätzliche Kriterien erfüllen müssen, die auf einer visuellen Bewertung basieren. Alle Schweißnähte sind am Außendurchmesser visuell zu prüfen, und die Anzahl der am Innendurchmesser zu prüfenden Schweißnähte ist zwischen Eigentümer und Auftragnehmer zu vereinbaren. Mindestens 20 % der Schweißnähte müssen nach dem Zufallsprinzip für die Innenprüfung ausgewählt werden, entweder durch direkte Sichtprüfung oder mittels Endoskop. Es wurde vereinbart, dass pharmazeutische Schweißnähte vollständig durchdrungen sein müssen, ohne dass es an der inneren Schweißnaht zu Verbindungsfehlern kommen darf. Darüber hinaus dürfen keine Anzeichen von Porosität, Schlacke oder Schlacke, übermäßiger Verfärbung aufgrund fehlender Spülung oder zu wenig Spülgas oder kontaminiertem Gas oder Lichtbogenschläge vorhanden sein. Der MJ-Unterausschuss legte Zeichnungen von Schweißnahtquerschnitten vor, die ein akzeptables Schweißnahtprofil und Grenzwerte für Konkavität, Verfärbung, Fehlausrichtung usw. definieren, die im Folgenden detailliert beschrieben werden.

Unvollständige Penetration

Der wahrscheinlich schwerwiegendste Schweißfehler wäre eine mangelnde Verschmelzung oder das Versäumnis, eine vollständige Durchdringung der Schweißnaht über den gesamten Umfang der Innenseite der Schweißverbindung zu erreichen. Abgesehen von Überlegungen zur Festigkeit der Schweißverbindung hinterlässt eine mangelhafte Verbindung bei Bioprozess-Rohrleitungen einen Spalt, in dem Bakterien den Reinigungsvorgängen entkommen und das System besiedeln könnten. Auch Spalten sind Stellen, an denen Spaltkorrosion beginnen kann. Unterschiede in der Mikroumgebung (Sauerstoff, Chloride, Metallionen, Wasserstoff) des Spalts und des Bereichs außerhalb des Spalts bilden eine Konzentrationszelle, wobei der Spalt anodisch wird und daher korrodiert.

Eine unvollständige Durchdringung der Schweißverbindung oder mangelnde Verschmelzung ist im Allgemeinen auf ein schlechtes Schweißprogramm zurückzuführen, bei dem während eines Teils des Schweißprozesses nicht genügend Wärme zugeführt wird. In diesem Fall kann der Zustand durch Erhöhen der Stromstärke oder des Schweißstroms behoben werden, der die für das Eindringen erforderliche Wärme liefert. Das Schweißprogramm erfordert möglicherweise eine zusätzliche Stromstärke für alle oder nur für einen einzelnen Teil oder eine einzelne Stufe des Schweißprogramms. Wenn ein Schweißplan für eine bestimmte Rohr- oder Rohrgröße oder eine Rohr-zu-Fitting-Schweißnaht ausgearbeitet wurde, sind die Schweißnähte im Allgemeinen konsistent, es sei denn, es kommt zu einer Änderung der Materialwärme.

Eine mangelhafte Verschmelzung kann dadurch entstehen, dass die Wolframelektrode nicht richtig auf die Schweißnaht ausgerichtet wird oder der Lichtbogen abgelenkt wird. Dieser Fehler wäre von außen an der Schweißnaht nicht erkennbar, sondern könnte nur durch eine visuelle Untersuchung des Schweißnahtinneren festgestellt werden. Diese Art von Defekt wäre das Ergebnis eines „Bedienungsfehlers“ und eine ordnungsgemäße Schulung des Schweißpersonals wäre die wirksamste Präventionsmaßnahme.

Konkavität (Überpenetration)

Bei einer autogenen Schweißung wird kein Füllmaterial hinzugefügt, sodass die Schweißoberfläche nicht konvex ist, es sei denn, es wird ein übermäßiger Spüldruck auf den Innendurchmesser ausgeübt. Die Schweißnaht schließt normalerweise bündig mit der Rohroberfläche ab, aber bei Materialien mit niedrigem Schwefelgehalt oder dickwandigen Materialien besteht eher die Tendenz, eine gewisse Oberflächenkonkavität zu zeigen, die als unerwünscht angesehen wird. Die äußere Schweißnaht wird normalerweise konkav, wenn übermäßige Hitze auf die Schweißnaht einwirkt. Der Hohlraum kann auf einen Bereich der Schweißnaht beschränkt sein oder die gesamte Schweißnaht ist möglicherweise zu heiß.

Konkavitäten können in der Regel überwunden werden, indem der Schweißstrom für den jeweiligen Teil der Schweißverbindung reduziert wird, an dem das Problem auftritt. Bei dickwandigem oder schwefelarmem Material kann eine leichte Konkavität unvermeidbar sein. Die zulässige Außenkonkavität für die neue BPE-Norm beträgt maximal 10 % der Wandstärke für den gesamten Schweißnahtumfang oder 15 %, wenn die Konkavität auf 25 % des Umfangs begrenzt ist. Eine 10-prozentige Konkavität bei pharmazeutischen Schläuchen mit einer Wandstärke von 0,065 Zoll würde als eine Vertiefung der Schweißnaht von 0,0065 Zoll in Bezug auf die äußeren Schlauchoberflächen gemessen werden.

Übermäßiges Eindringen der inneren Schweißraupe

Eine übermäßige Eindringung der inneren Schweißnaht (Innenwölbung) ist auf 10 % der Nennwandstärke begrenzt. Eine Innenkonvexität tritt normalerweise gleichzeitig mit einer Außenkonkavität auf und ist auch das Ergebnis übermäßiger Hitzeeinwirkung auf die Schweißnaht. Dies kann behoben werden, indem die Stromstärke für den Teil der Schweißnaht reduziert wird, der eine übermäßige Eindringung aufweist. Während einige Eigentümer oder Auftragnehmer eine breite innere Schweißnaht vorschreiben, um die Möglichkeit eines Mangels an Eindringfehlern in der Schweißnaht zu minimieren, möchten andere, dass die innere Schweißnaht so dünn wie möglich ist und dennoch vollständig verschmolzen ist. Wenn alle Schweißnähte im System mit einem Endoskop überprüft werden können, kann dies ein akzeptables Risiko darstellen. Andernfalls ist es viel sicherer, einen etwas breiteren Wulst und vielleicht eine gewisse Außenkonkavität zu akzeptieren.

Verfärbung oder „Hitzetönung“

Der BPE-97-Standard besagt, dass Verfärbungen auf allen Produktkontaktflächen minimiert werden sollten. Die ID-Schweißnaht sollte frei von Farbe sein, in der HAZ kann jedoch eine helle Strohfarbe oder eine schwache blaue Farbe zulässig sein. Die endgültige Festlegung der Farbmenge bleibt der Vereinbarung zwischen Eigentümer und Auftragnehmer überlassen. Dies ist ein kontroverses Thema. Die Halbleiterindustrie fordert seit langem farbfreie Schweißnähte und der ISPE Baseline Guide verlangt ebenfalls verfärbungsfreie Schweißnähte. Verfärbungen oder „Hitzefärbungen“ sind unerwünscht, da sie mit einem Verlust der Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl einhergehen. Eine Spülung mit inertem Argongas sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite der Schweißnaht mit Schweißgas guter Qualität vor, während und nach der Schweißung dient zur Verhinderung von Oxidation. Wenn das Rohrinnere nicht gespült wird, wird der verschweißte Bereich schwarz oder „zuckerig“. Wenn eine schlechte Spülung oder eine Spülung mit unzureichender Zeit durchgeführt wird, kommt es zu Verfärbungen, die von tiefem Blau über Braun, Hellbraun, Stroh, Hellblau bis Grau reichen.

Die Verfärbung verringert die Korrosionsbeständigkeit, da die Oxidation die passive Außenfläche des Stahls beschädigt und die Oxidation des Chroms in der Oberflächenschicht das Chrom um die Korngrenzen herum, die Schutz vor Korrosion bieten, verarmt. Perfekt reines Argongas (1 bis 2 ppm O2 oder weniger) und eine perfekt saubere Schweißnaht sollten eine Schweißnaht ohne sichtbare Oxidationsspuren ergeben. Wenn die Schweißnaht und die Wärmeeinflusszone frei von Oxidation sind, können Sie davon ausgehen, dass das Spülsystem effektiv war und die Reinheit und Durchflussraten des Argons ideal waren.

Manchmal kann es schwierig sein, beim Schweißen alle Oxidationsspuren zu beseitigen. Dies erfordert eine erneute Bewertung des Spülsystems. Es dürfen keine Luftlecks vorhanden sein und die zum Transport des Gases aus der Flasche oder dem Dewar-Gefäß verwendeten Leitungen sollten für die Atmosphäre völlig undurchlässig sein. Am besten eignet sich geschweißter Edelstahl, aber auch Poly Flo (Polyethylen-Kunststoff) ist akzeptabel. Spüldämme, Endkappen, Diffusoren usw. müssen sorgfältig berücksichtigt werden. Eine hochreine Argonquelle und spezielle Filter oder Reiniger wie Nanochem oder Gatekeeper, die Spuren von Feuchtigkeit, Sauerstoff und anderen Verunreinigungen aus dem Schweißgas entfernen, können bei der Beseitigung von Verfärbungen aufgrund von Oxidation wirksam sein. Der Schlauch selbst kann an der Innenfläche Feuchtigkeit speichern, die beim Schweißen zu Verfärbungen führen kann. Manchmal können durch Erhitzen oder Backen des Schlauchs Spuren von Verfärbungen beseitigt werden. Ein zuverlässiger Sauerstoffanalysator, der im niedrigen ppm-Bereich genau misst, kann zur Überprüfung der Spülbedingungen verwendet werden. Der ultimative Test ist jedoch die Farbe oder das Fehlen derselben auf oder neben der inneren Schweißraupe, wenn sie mit hellem Fluoreszenzlicht untersucht wird. Die Technologie steht zur Verfügung, um routinemäßig farbfreie Schweißnähte zu erzielen. Es bleibt dem Endanwender überlassen, zu entscheiden, ob der zusätzliche Aufwand für eine völlig oxidationsfreie Schweißnaht für seinen speziellen Anwendungsfall gerechtfertigt ist.

Spülung während des Heftschweißens fehlgeschlagen

ASME BPE - 97 besagt lediglich, dass alle Heftschweißnähte vollständig verbraucht sein müssen. Heftschweißungen sind kleine Punktschweißungen, die normalerweise mit dem manuellen GTAW-Verfahren ausgeführt werden, aber auch mit einer Orbitalschweißmaschine durchgeführt werden können. Das Heften erfolgt vor dem Schweißen, um die Teile zum Schweißen zusammenzuhalten. Die sicherste Methode zur Durchführung einer Heftschweißung besteht darin, den Innendurchmesser der Schweißverbindung auf die gleiche Weise zu reinigen, wie dies bei der gesamten Schweißnaht der Fall ist. Oxidation an oder in der Nähe der Schweißverbindung könnte zu Karbidausfällungen führen oder auf andere Weise Korrosion auslösen. Darüber hinaus verläuft der Schweißlichtbogen geradlinig und verbraucht eine gut gereinigte Schweißnaht, kann aber um eine nicht gereinigte Schweißnaht herum abgelenkt werden, was zu einem Mangel an Schweißnaht am Innendurchmesser der Schweißnaht führen kann. Es ist außerdem wichtig, den Schweißbereich vor dem Schweißen sorgfältig zu reinigen und beim Umgang mit sauberen Rohren Handschuhe zu tragen, da Öl oder Schmutz auf den Händen eine Kohlenstoffquelle darstellt, die zur Karbidausfällung beitragen kann.

Die Innenfläche eines Edelstahlrohrs zeigt das Erscheinungsbild von gereinigten und nicht gereinigten Klebestellen. Das mittlere Foto zeigt eine Abweichung der Orbitalschweißnaht um ungespülte Heftnähte.

Möglicherweise zögern die Installateure, das Geld für Gas oder eine andere Spüleinrichtung für den manuellen Brennerbetrieb zum Spülen von Anschlüssen auszugeben. Irgendwie haben sie das Gefühl, dass der (Hand-)Schweißer, wenn er geschickt ist, die Heftnägel so klein halten kann, dass sie leicht verbraucht werden. Selbst wenn die Klebestellen klein sind und nicht bis zum Innendurchmesser des Rohrs vordringen, bleibt dennoch etwas Oxidation in der Schweißnaht zurück. Daher ist es besser, auf der sicheren Seite zu sein und zusätzliche Anstrengungen zu unternehmen, um für eine Spülung zu sorgen.

ID-Konkavität

Die Innenkonkavität ist durch BPE - 97 auf 10 % der Wandstärke begrenzt, die Wandstärke darf dadurch jedoch nicht unter die vorgesehene Mindeststärke sinken. Bei dickwandigem Material kann es zu einer Innenkonkavität kommen, weil die Schwerkraft auf die geschmolzene Schweißpfütze in der 6-Uhr-Position einwirkt. Bei Schmelzschweißungen von dünnwandigen Rohrinnendurchmessern kann eine Konkavität entstehen, wenn die innere Schweißnaht durch das Spülgas übermäßig unter Druck gesetzt wird, was dazu führt, dass sich das geschmolzene Metall der Schweißnaht nach außen bewegt. Es ist möglich, den Druck mit einem Magnehelic-Manometer zu messen. Spülgas aus dem Innendurchmesser des Rohrs wird durch das Gerät geleitet und wenn der gemessene Druck 1/2 Zoll Wassersäule übersteigt, kommt es zu einer messbaren Verschiebung der Schweißnaht, was zu einer Konkavität der inneren Schweißnaht führt. In extremen Fällen kann übermäßiger Druck zu einem Ausbruch führen, bei dem das flüssige Metall austritt und mit dem Wolfram in Kontakt kommt. Dadurch wird der Lichtbogen kurzgeschlossen, das Wolfram verunreinigt, ein Loch in der Schweißnaht entsteht und in der Regel der Schweißkopf beschädigt.

Eine Konkavität der inneren Schweißnaht, auch „Suck Back“ genannt, ist ein Mangel. Wenn es schwerwiegend ist, kann der Effekt einem Mangel an Fusionsdefekten ähneln, d. h. es ist schwer zu reinigen, beeinträchtigt die Entwässerbarkeit und bietet einen Versteckraum für das Wachstum von Bakterien. Die Möglichkeit, die Schweißraupe durch Druckbeaufschlagung zu verdrängen, wurde in einigen Anwendungen genutzt, um eine glattere Oberfläche zu erzielen, als dies sonst der Fall wäre. Dies lässt sich nur schwer genau steuern, da sich der Innendruck während des Schweißens ändert. Die Verwendung dieser Technik würde sicherlich die Kosten für die Installation erhöhen.

Schweißnahtmäander (Doglegging)

Beim Schweißnahtmäandern oder Lichtbogenwandern gelingt es der Schweißnaht nicht, sich in einem geraden Weg um die Schweißnaht fortzusetzen, sondern sich unregelmäßig von einer Seite zur anderen zu bewegen. Wenn diese Unregelmäßigkeit übermäßig groß ist, kann dies zu einer mangelnden Verschmelzung führen, was einen schwerwiegenden Defekt darstellt. Die Mäanderbildung kann durch beschädigtes Wolfram, durch einen zu hohen Argonfluss in den Schweißkopf, der den Lichtbogen herumbläst, oder durch Schmutz, Fett oder andere Verunreinigungen auf der Metalloberfläche der Schweißverbindung oder durch verunreinigtes Gas verursacht werden. Der Lichtbogen kann um ungeklärte Schweißnähte herum umleiten. Es kann in der Regel durch einen Wolframwechsel oder durch eine bessere Reinigung der Schweißnaht behoben werden. Die extremsten Beispiele für Lichtbogenwanderung wurden bei der Verwendung von Argon/Wasserstoff-Schutzgasmischungen beobachtet, die häufig verunreinigt sind und dazu neigen, einen Lichtbogen weniger effektiv zu unterstützen als reines Argon.

Porosität

Unter Porosität versteht man Hohlräume oder Hohlräume, die durch beim Schweißen entstehende Gasblasen entstehen. Porosität tritt bei Drahtvorschubanwendungen häufiger auf als beim Schmelzschweißen. Beim Schmelzschweißen wird es typischerweise durch Verunreinigungen im Grundmetall oder durch Verunreinigungen auf der Metalloberfläche verursacht. Feuchtigkeit an den Rohren oder im Spülgas ist eine häufige Ursache für Porosität. Porosität kann normalerweise durch gute Reinigungsverfahren und die Verwendung von Spülgas bekannter Reinheit verhindert werden.

Schlechte Passform

Die richtige Endvorbereitung ist entscheidend für den Erfolg des Orbitalschweißens. Die Rohrenden müssen gerade und ohne Abschrägung geschnitten werden. GF-Sägen von George Fischer werden häufig verwendet, da sie die Enden in einem Arbeitsgang schneiden und richten können. Tragbare Drehmaschinen wie die von Tri Tool, Wachs oder Protem können eine maschinelle Endvorbereitung ermöglichen, erfordern jedoch, dass die Rohre zuerst geschnitten werden. Nach der Endpräparation verbleibende Grate müssen entfernt werden, ohne dass eine Fase zurückbleibt, die sich auf die Wandstärke auswirkt. Die Schlauchenden müssen ohne Lücke im Schweißkopf zusammenpassen. Die häufigste Ursache für ein Loch in der Schweißnaht ist eine schlechte Passung.

Fehlausrichtung oder „High-Low“

Durch BPE -1997 ist die Fehlausrichtung von Schweißverbindungen auf 15 % der Wanddicke begrenzt. Eine Fehlausrichtung der Rohre oder anderer zu schweißender Komponenten führt zu einem Grat auf der Innenseite der Schweißnaht, der die Entwässerung des Rohrleitungssystems beeinträchtigen kann. Eine solche Flüssigkeitsansammlung würde die Rostbildung begünstigen und könnte zur Korrosion des gesamten Systems führen. Dies kann auch dazu führen, dass das System nicht ordnungsgemäß gereinigt wird und sich Bakterien vermehren, was zu einer weiteren Kontamination führt.

Eine Fehlausrichtung kann durch Bedienerfehler beim Beladen des Schweißkopfes oder durch abgenutzte Rohrklemmeneinsätze oder Spannzangen verursacht werden, die die Komponenten im Schweißkopf halten. Dies kann durch Unachtsamkeit beim Heften oder durch Beschädigung des Schlauchs oder anderer Komponenten beim Transport oder bei der Handhabung verursacht werden. Dieser High-Low-Zustand tritt häufiger auf, wenn die an die Rohre geschweißten Fittings unterschiedliche Maßtoleranzen aufweisen. Wenn das Rohr oder die Verschraubung unrund ist, der Außendurchmesser oder die Wandstärke unterschiedlich ist, führt dies zu einer gewissen Fehlausrichtung. Bitte beachten Sie, dass die Toleranzen für Rohre andere sind als für Rohre. Eine Fehlausrichtung ist manchmal ein Problem, wenn versucht wird, Rohrverbindungsstücke mit geringen Toleranzen an Rohre mit engeren Toleranzen zu schweißen. Es gibt einige Kontroversen darüber, wie groß der Grat sein muss, damit sich Flüssigkeit ansammelt und ein Problem verursacht. Sowohl die Maßtoleranzen von Rohren und Formstücken als auch das Ausmaß der Abweichungen, die in der fertigen Schweißnaht vorhanden sein können, ohne die Entwässerbarkeit des Rohrleitungssystems zu beeinträchtigen, wurden von den BPE-Unterausschüssen aktiv berücksichtigt. Der Unterausschuss für Materialverbindungen hat mit Endbenutzern zusammengearbeitet, um die Menge an Graten auf dem Innendurchmesser des Rohrs zu bewerten, die die Entwässerbarkeit beeinträchtigen würden, und hat festgestellt, dass das Vorhandensein eines Grats weniger Auswirkungen als erwartet hatte.

Glätte der Schweißnaht

Schweißnähte zum Verbinden von Prozessrohren für Bioprozessanwendungen müssen nicht nur die oben genannten Kriterien erfüllen, sondern um eine maximale Reinigungsfähigkeit zu erreichen, müssen sie auch außergewöhnlich glatt an der inneren Schweißnaht sein. Denn auf einer rauen Oberfläche können Bakterien besser haften als auf einer glatten. Das Kriterium einer glatten inneren Schweißoberfläche lässt sich beim manuellen Schweißen nur sehr schwer mit einem gewissen Maß an Wiederholgenauigkeit erreichen, mit Orbitalschweißtechniken werden jedoch üblicherweise gleichbleibend gute und sehr glatte Schweißnähte erzielt. Es sollte erwähnt werden, dass die Glätte der Schweißnaht in gewissem Maße von der Qualität des zu schweißenden Materials abhängt. Valex Corp. hat mit elektronenstrahlveredeltem 316L-Material für High-End-Halbleiteranwendungen experimentiert. Dieser Stahl wird unter sehr hohem Vakuum und ohne Zugabe von Schrottmaterial verarbeitet. Bei diesem Material treten keine Schlackeninseln und bei Standard-Spülgasreinheiten keine Verfärbungen auf. Es gibt keine nichtmetallischen Einschlüsse und die Schweißnaht ist auch bei sehr hohen Vergrößerungen außergewöhnlich glatt.

Um die vorherigen Teile dieses Artikels anzuzeigen, folgen Sie diesen Links:

I. Überlegungen zum Orbitalschweißen in Bioprozess-RohrleitungsanwendungenII. Überlegungen zum Orbitalschweißen in Bioprozess-Rohrleitungsanwendungen

Für weitere Informationen: Barbara Henon, Managerin, Technical Publications, Arc Machines Inc., 10280 Glenoaks Blvd., Pacoima, CA 91331. Tel.: 818-896-9556. Fax: 818-890-3724.

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