Considérations relatives au soudage orbital dans les applications de tuyauterie de bioprocédés - Partie II

Feb 29, 2024

Note de l'éditeur : Pharmaceutical Online a le plaisir de présenter cet article en quatre parties sur le soudage orbital pour les tuyauteries de bioprocédés rédigé par l'experte du secteur Barbara Henon d'Arc Machines. Cet article a été adapté d'une conférence donnée à la fin de l'année dernière par le Dr Hénon lors d'une réunion de l'ASME.

Questions préoccupantes dans la technologie de fabrication

Prévenir une perte de résistance à la corrosion. L'eau hautement purifiée telle que DI ou WFI est un corrodant très agressif pour l'acier inoxydable. De plus, le WFI de qualité pharmaceutique circule à des températures élevées (80 °C) pour maintenir la stérilité. Il y a une frontière ténue entre abaisser la température suffisamment bas pour soutenir des organismes viables qui seraient mortels pour le produit, et augmenter la température suffisamment haut pour favoriser la production de « rouge ». Le Rouge est un film brunâtre de composition variable résultant de la corrosion des composants du système de tuyauterie en acier inoxydable. La saleté et les oxydes de fer sont probablement les principaux composants, mais le fer, le chrome et le nickel sous diverses formes peuvent également être présents. La présence de rouge serait fatale à certains produits et sa présence pourrait entraîner une corrosion accrue, bien que sa présence dans d'autres systèmes semble assez bénigne.

Le soudage peut avoir un effet néfaste sur la résistance à la corrosion. La teinte thermique, qui résulte du matériau oxydé précipité sur la soudure et de la ZAT pendant le soudage, est particulièrement nocive et a été impliquée dans la formation de rouge dans les systèmes d'eau pharmaceutiques. La formation d'oxydes de chrome, qui contribuent à la teinte thermique, laisse une couche sous-jacente appauvrie en chrome et vulnérable à la corrosion. La teinte thermique peut être éliminée par décapage et meulage, ce qui élimine le métal de la surface, y compris la couche sous-jacente appauvrie en chrome, et rétablit la résistance à la corrosion à un niveau proche du métal de base. Cependant, le décapage et le meulage nuisent à l’état de surface. La passivation des systèmes de tuyauterie avec de l'acide nitrique ou des formulations chélatrices est effectuée pour surmonter les effets néfastes du soudage et de la fabrication avant la mise en service des systèmes de tuyauterie. L'analyse électronique Auger a montré que la passivation chélatrice peut restaurer les changements de surface dans la distribution de l'oxygène, du chrome, du fer, du nickel et du manganèse qui se produisent à travers la soudure et la zone affectée thermiquement à l'état de pré-soudage. Cependant, la passivation n'affecte que la couche superficielle externe et ne pénètre pas en dessous de 50 Å, tandis que la teinte thermique peut s'étendre jusqu'à 1 000 Å ou plus sous la surface.

Ainsi, afin d'installer un système de tuyauterie qui se rapproche de la résistance à la corrosion du matériau de base non soudé, il est important de tenter de limiter les dommages produits par le soudage et la fabrication à un niveau qui peut être essentiellement restauré par passivation. Cela implique l'utilisation d'un gaz de purge avec une teneur minimale en oxygène et sa distribution jusqu'au diamètre intérieur du joint de soudure sans contamination par l'oxygène atmosphérique ou l'humidité. Un contrôle précis de l’apport de chaleur pendant le soudage et l’évitement d’une chaleur excessive sont également importants pour éviter la perte de résistance à la corrosion. Le contrôle du processus de fabrication afin d'obtenir des soudures de haute qualité constantes et reproductibles, et une manipulation soigneuse des tubes et composants en acier inoxydable pendant la fabrication pour éviter toute contamination sont des exigences essentielles pour obtenir un système de tuyauterie de haute qualité qui résistera à la corrosion et fournira un service productif à long terme. vie.

La soudabilité de l'acier inoxydable 316L

Les matériaux utilisés pour les systèmes de tuyauterie en acier inoxydable biopharmaceutique de haute pureté ont évolué au cours de la dernière décennie vers une meilleure résistance à la corrosion. La plupart de l'acier inoxydable utilisé avant 1980 était de l'acier inoxydable 304 car il est relativement peu coûteux et constitue une amélioration par rapport au cuivre utilisé précédemment. En fait, l'acier inoxydable de la série 300 est relativement facile à usiner et peut être soudé par fusion sans perte excessive de sa résistance à la corrosion et ne nécessite aucun traitement spécial de préchauffage ou de post-chauffage.