संपादक की टिप्पणी: फार्मास्युटिकल ऑनलाइन, आर्क मशीन्स की उद्योग विशेषज्ञ बारबरा हेनॉन द्वारा लिखित बायोप्रोसेस पाइपिंग की ऑर्बिटल वेल्डिंग पर इस चार-भाग वाले लेख को प्रस्तुत करते हुए प्रसन्न है। यह लेख डॉ. हेनॉन द्वारा पिछले वर्ष के अंत में एएसएमई सम्मेलन में दिए गए प्रस्तुतीकरण से रूपांतरित किया गया है।
संक्षारण प्रतिरोध में कमी को रोकें। उच्च शुद्धता वाला पानी, जैसे कि डीआई या डब्ल्यूएफआई, स्टेनलेस स्टील के लिए एक बहुत ही आक्रामक संक्षारक होता है। इसके अतिरिक्त, फार्मास्युटिकल ग्रेड डब्ल्यूएफआई को रोगाणुहीनता बनाए रखने के लिए उच्च तापमान (80°C) पर संसाधित किया जाता है। उत्पाद के लिए घातक जीवित जीवों को पनपने के लिए पर्याप्त तापमान कम करने और "रॉज" के उत्पादन को बढ़ावा देने के लिए पर्याप्त तापमान बढ़ाने में सूक्ष्म अंतर होता है। रूज स्टेनलेस स्टील पाइपिंग सिस्टम के घटकों के संक्षारण के कारण बनने वाली विभिन्न संरचना वाली एक भूरी परत होती है। गंदगी और लौह ऑक्साइड इसके मुख्य घटक हो सकते हैं, लेकिन लौह, क्रोमियम और निकल के विभिन्न रूप भी मौजूद हो सकते हैं। रूज की उपस्थिति कुछ उत्पादों के लिए घातक होती है और इसकी उपस्थिति आगे संक्षारण का कारण बन सकती है, हालांकि अन्य प्रणालियों में इसकी उपस्थिति अपेक्षाकृत हानिरहित प्रतीत होती है।
वेल्डिंग संक्षारण प्रतिरोध को प्रतिकूल रूप से प्रभावित कर सकती है। वेल्डिंग के दौरान वेल्ड और हीट अफेक्टेड ज़ोन (HAZ) पर ऑक्सीकरण सामग्री जमा होने के परिणामस्वरूप हॉट कलर उत्पन्न होता है, जो विशेष रूप से हानिकारक होता है और फार्मास्युटिकल जल प्रणालियों में रूज के निर्माण से जुड़ा होता है। क्रोमियम ऑक्साइड के निर्माण से हॉट टिंट उत्पन्न हो सकता है, जिससे क्रोमियम-क्षीण परत बन जाती है जो संक्षारण के प्रति संवेदनशील होती है। हॉट कलर को पिकलिंग और ग्राइंडिंग द्वारा हटाया जा सकता है, जिससे सतह से धातु, जिसमें अंतर्निहित क्रोमियम-क्षीण परत भी शामिल है, हट जाती है और संक्षारण प्रतिरोध को बेस मेटल के स्तर के करीब बहाल किया जा सकता है। हालांकि, पिकलिंग और ग्राइंडिंग सतह की फिनिश के लिए हानिकारक हैं। पाइपिंग सिस्टम को सेवा में लाने से पहले वेल्डिंग और फैब्रिकेशन के प्रतिकूल प्रभावों को दूर करने के लिए नाइट्रिक एसिड या चेलेटिंग एजेंट फॉर्मूलेशन के साथ पाइपिंग सिस्टम का पैसिवेशन किया जाता है। ऑगर इलेक्ट्रॉन विश्लेषण से पता चला कि चेलेशन पैसिवेशन वेल्ड और हीट अफेक्टेड ज़ोन में ऑक्सीजन, क्रोमियम, आयरन, निकेल और मैंगनीज के वितरण में हुए सतही परिवर्तनों को वेल्डिंग-पूर्व स्थिति में बहाल कर सकता है। हालांकि, पैसिवेशन यह केवल बाहरी सतह की परत को प्रभावित करता है और 50 एंगस्ट्रॉम से नीचे प्रवेश नहीं करता है, जबकि थर्मल रंगाई सतह के नीचे 1000 एंगस्ट्रॉम या उससे अधिक तक फैल सकती है।
इसलिए, बिना वेल्ड किए गए सतहों के निकट संक्षारण-प्रतिरोधी पाइपिंग सिस्टम स्थापित करने के लिए, वेल्डिंग और निर्माण के दौरान होने वाले नुकसान को उस स्तर तक सीमित करना महत्वपूर्ण है जिसे पैसिवेशन द्वारा काफी हद तक ठीक किया जा सके। इसके लिए न्यूनतम ऑक्सीजन सामग्री वाली पर्ज गैस का उपयोग और वायुमंडलीय ऑक्सीजन या नमी से संदूषण के बिना वेल्डेड जोड़ के आंतरिक व्यास तक गैस की आपूर्ति आवश्यक है। संक्षारण प्रतिरोध में कमी को रोकने के लिए वेल्डिंग के दौरान ऊष्मा इनपुट का सटीक नियंत्रण और अतिपरास से बचाव भी महत्वपूर्ण है। उच्च गुणवत्ता वाले वेल्ड प्राप्त करने के लिए निर्माण प्रक्रिया को नियंत्रित करना, साथ ही संदूषण को रोकने के लिए निर्माण के दौरान स्टेनलेस स्टील पाइप और घटकों का सावधानीपूर्वक प्रबंधन, संक्षारण-प्रतिरोधी और दीर्घकालिक उत्पादक सेवा प्रदान करने वाले उच्च गुणवत्ता वाले पाइपिंग सिस्टम के लिए आवश्यक शर्तें हैं।
उच्च शुद्धता वाले बायोफार्मास्युटिकल स्टेनलेस स्टील पाइपिंग सिस्टम में उपयोग होने वाली सामग्रियों में पिछले दशक में बेहतर संक्षारण प्रतिरोध की दिशा में विकास हुआ है। 1980 से पहले उपयोग किया जाने वाला अधिकांश स्टेनलेस स्टील 304 स्टेनलेस स्टील था क्योंकि यह अपेक्षाकृत सस्ता था और पहले उपयोग किए जाने वाले तांबे की तुलना में बेहतर था। वास्तव में, 300 श्रृंखला के स्टेनलेस स्टील को मशीनिंग करना अपेक्षाकृत आसान है, संक्षारण प्रतिरोध में अत्यधिक कमी के बिना फ्यूजन वेल्डिंग की जा सकती है, और इसके लिए विशेष प्रीहीट और पोस्ट हीट ट्रीटमेंट की आवश्यकता नहीं होती है।
हाल ही में, उच्च शुद्धता वाले पाइपिंग अनुप्रयोगों में 316 स्टेनलेस स्टील का उपयोग बढ़ रहा है। टाइप 316 संरचना में टाइप 304 के समान है, लेकिन दोनों में पाए जाने वाले क्रोमियम और निकेल मिश्रधातु तत्वों के अतिरिक्त, 316 में लगभग 2% मोलिब्डेनम होता है, जो 316 के संक्षारण प्रतिरोध को काफी हद तक बढ़ाता है। टाइप 304L और 316L, जिन्हें "L" ग्रेड कहा जाता है, में मानक ग्रेड की तुलना में कार्बन की मात्रा कम होती है (0.035% बनाम 0.08%)। कार्बन की मात्रा में यह कमी वेल्डिंग के कारण होने वाले कार्बाइड अवक्षेपण की मात्रा को कम करने के लिए की जाती है। यह क्रोमियम कार्बाइड का निर्माण है, जो क्रोमियम बेस मेटल की कण सीमाओं को नष्ट कर देता है, जिससे यह संक्षारण के प्रति संवेदनशील हो जाता है। क्रोमियम कार्बाइड का निर्माण, जिसे "संवेदीकरण" कहा जाता है, समय और तापमान पर निर्भर करता है और हाथ से सोल्डरिंग करते समय यह एक बड़ी समस्या बन जाता है। हमने दिखाया है कि सुपर-ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील AL-6XN की कक्षीय वेल्डिंग हाथ से की गई समान वेल्डिंग की तुलना में ऑर्बिटल वेल्डिंग अधिक संक्षारण प्रतिरोधी वेल्डिंग प्रदान करती है। इसका कारण यह है कि ऑर्बिटल वेल्डिंग में एम्पेरेज, पल्सेशन और टाइमिंग पर सटीक नियंत्रण होता है, जिसके परिणामस्वरूप मैनुअल वेल्डिंग की तुलना में कम और अधिक समान ऊष्मा इनपुट प्राप्त होता है। ऑर्बिटल वेल्डिंग, "एल" ग्रेड 304 और 316 के साथ मिलकर, पाइपिंग सिस्टम में संक्षारण के विकास में कार्बाइड अवक्षेपण के कारक को लगभग समाप्त कर देती है।
स्टेनलेस स्टील की वेल्डिंग प्रक्रिया में तापमान में अंतर होता है। हालांकि वेल्डिंग मापदंडों और अन्य कारकों को काफी सटीक सीमा के भीतर रखा जा सकता है, फिर भी स्टेनलेस स्टील की वेल्डिंग के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा में प्रत्येक प्रक्रिया में अंतर होता है। ऊष्मा संख्या कारखाने में किसी विशिष्ट स्टेनलेस स्टील के पिघले हुए पदार्थ को दिया गया लॉट नंबर होता है। प्रत्येक बैच की सटीक रासायनिक संरचना फैक्ट्री टेस्ट रिपोर्ट (MTR) में बैच पहचान या ऊष्मा संख्या के साथ दर्ज की जाती है। शुद्ध लोहा 1538°C (2800°F) पर पिघलता है, जबकि मिश्रित धातुएँ तापमान की एक सीमा के भीतर पिघलती हैं, जो प्रत्येक मिश्र धातु या सूक्ष्म तत्व के प्रकार और सांद्रता पर निर्भर करती है। चूंकि स्टेनलेस स्टील के किसी भी दो बैच में प्रत्येक तत्व की सांद्रता बिल्कुल समान नहीं होती है, इसलिए वेल्डिंग की विशेषताएं प्रत्येक भट्टी में भिन्न होती हैं।
AOD पाइप (ऊपर) और EBR सामग्री (नीचे) पर 316L पाइप के ऑर्बिटल वेल्ड के SEM ने वेल्ड बीड की चिकनाई में महत्वपूर्ण अंतर दिखाया।
हालांकि समान बाहरी व्यास और दीवार की मोटाई वाले अधिकांश पदार्थों के लिए एक ही वेल्डिंग प्रक्रिया कारगर हो सकती है, लेकिन कुछ पदार्थों के लिए सामान्य से कम एम्पीयर की आवश्यकता होती है और कुछ के लिए अधिक। इसी कारण, कार्यस्थल पर विभिन्न पदार्थों को गर्म करने की प्रक्रिया पर सावधानीपूर्वक नज़र रखना आवश्यक है ताकि संभावित समस्याओं से बचा जा सके। अक्सर, संतोषजनक वेल्डिंग प्रक्रिया प्राप्त करने के लिए नए पदार्थ को गर्म करने में केवल एम्पीयर में थोड़ा सा बदलाव ही पर्याप्त होता है।
सल्फर की समस्या। तत्वीय सल्फर लौह अयस्क से संबंधित एक अशुद्धि है जिसे इस्पात निर्माण प्रक्रिया के दौरान काफी हद तक हटा दिया जाता है। एआईएसआई टाइप 304 और 316 स्टेनलेस स्टील में सल्फर की अधिकतम मात्रा 0.030% निर्धारित की गई है। आर्गन ऑक्सीजन डीकार्ब्यूराइजेशन (एओडी) और वैक्यूम इंडक्शन मेल्टिंग के बाद वैक्यूम आर्क रीमेल्टिंग (वीआईएम+वीएआर) जैसी दोहरी वैक्यूम मेल्टिंग प्रक्रियाओं जैसे आधुनिक इस्पात शोधन प्रक्रियाओं के विकास के साथ, निम्नलिखित तरीकों से विशेष इस्पात का उत्पादन संभव हो गया है: उनकी रासायनिक संरचना। यह देखा गया है कि जब इस्पात में सल्फर की मात्रा लगभग 0.008% से कम होती है तो वेल्ड पूल के गुण बदल जाते हैं। ऐसा सल्फर और कुछ हद तक अन्य तत्वों के वेल्ड पूल के सतही तनाव के तापमान गुणांक पर प्रभाव के कारण होता है, जो तरल पूल के प्रवाह गुणों को निर्धारित करता है।
बहुत कम सल्फर सांद्रता (0.001% – 0.003%) पर, मध्यम सल्फर सामग्री वाले पदार्थों पर किए गए समान वेल्ड की तुलना में वेल्ड पूल का प्रवेश बहुत चौड़ा हो जाता है। कम सल्फर वाले स्टेनलेस स्टील पाइप पर किए गए वेल्ड चौड़े होंगे, जबकि मोटी दीवार वाले पाइप (0.065 इंच, या 1.66 मिमी या अधिक) पर वेल्ड रिसेस वेल्डिंग होने की अधिक संभावना होती है। जब वेल्डिंग करंट पूरी तरह से प्रवेश करने के लिए पर्याप्त होता है, तो इससे बहुत कम सल्फर सामग्री वाले पदार्थों, विशेष रूप से मोटी दीवारों वाले पदार्थों को वेल्ड करना अधिक कठिन हो जाता है। 304 या 316 स्टेनलेस स्टील में सल्फर सांद्रता के उच्च स्तर पर, वेल्ड बीड मध्यम सल्फर सामग्री की तुलना में कम तरल और अधिक खुरदरा दिखाई देता है। इसलिए, वेल्ड करने की क्षमता के लिए, आदर्श सल्फर सामग्री लगभग 0.005% से 0.017% की सीमा में होगी, जैसा कि फार्मास्युटिकल गुणवत्ता वाली ट्यूबिंग के लिए ASTM A270 S2 में निर्दिष्ट है।
इलेक्ट्रोपॉलिश किए गए स्टेनलेस स्टील पाइप के उत्पादकों ने पाया है कि 316 या 316L स्टेनलेस स्टील में सल्फर की मध्यम मात्रा भी उनके सेमीकंडक्टर और बायोफार्मास्युटिकल ग्राहकों की चिकनी, गड्ढों से रहित आंतरिक सतहों की आवश्यकताओं को पूरा करना मुश्किल बना देती है। ट्यूब की सतह की चिकनाई की पुष्टि के लिए स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग तेजी से आम होता जा रहा है। यह देखा गया है कि बेस धातुओं में सल्फर गैर-धात्विक समावेशन या मैंगनीज सल्फाइड (MnS) "स्ट्रिंगर" बनाता है जो इलेक्ट्रोपॉलिशिंग के दौरान हटा दिए जाते हैं और 0.25-1.0 माइक्रोन रेंज में रिक्त स्थान छोड़ देते हैं।
इलेक्ट्रोपॉलिश्ड ट्यूबों के निर्माता और आपूर्तिकर्ता अपनी सतह की गुणवत्ता संबंधी आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए बाज़ार को अति-सल्फर-युक्त सामग्रियों के उपयोग की ओर अग्रसर कर रहे हैं। हालांकि, समस्या केवल इलेक्ट्रोपॉलिश्ड ट्यूबों तक ही सीमित नहीं है, क्योंकि गैर-इलेक्ट्रोपॉलिश्ड ट्यूबों में पाइपिंग प्रणाली के पैसिवेशन के दौरान अशुद्धियाँ हटा दी जाती हैं। यह देखा गया है कि चिकनी सतहों की तुलना में रिक्त स्थान गड्ढों के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। इसलिए, कम सल्फर वाली, "स्वच्छ" सामग्रियों की ओर इस रुझान के कुछ ठोस कारण हैं।
आर्क विक्षेपण। स्टेनलेस स्टील की वेल्डिंग क्षमता में सुधार के साथ-साथ, कुछ सल्फर की उपस्थिति मशीनिंग क्षमता को भी बेहतर बनाती है। परिणामस्वरूप, निर्माता निर्दिष्ट सल्फर सामग्री सीमा के उच्चतर सिरे पर सामग्री का चयन करते हैं। बहुत कम सल्फर सांद्रता वाली ट्यूबिंग को उच्च सल्फर सामग्री वाले फिटिंग, वाल्व या अन्य ट्यूबिंग से वेल्ड करने पर वेल्डिंग संबंधी समस्याएं उत्पन्न हो सकती हैं क्योंकि आर्क कम सल्फर सामग्री वाली ट्यूबिंग की ओर झुक जाएगा। आर्क विक्षेपण होने पर, प्रवेश उच्च सल्फर वाली तरफ की तुलना में कम सल्फर वाली तरफ अधिक गहरा हो जाता है, जो समान सल्फर सांद्रता वाले पाइपों को वेल्ड करने पर होने वाली स्थिति के विपरीत है। चरम मामलों में, वेल्ड बीड कम सल्फर वाली सामग्री को पूरी तरह से भेद सकता है और वेल्ड के अंदरूनी हिस्से को पूरी तरह से असंलग्न छोड़ सकता है (फिहे और सिमेन्यू, 1982)। फिटिंग की सल्फर सामग्री को पाइप की सल्फर सामग्री से मिलाने के लिए, पेनसिल्वेनिया के कारपेंटर टेक्नोलॉजी कॉर्पोरेशन के कारपेंटर स्टील डिवीजन ने कम सल्फर (अधिकतम 0.005%) वाला 316 बार स्टॉक (टाइप) पेश किया है। 316L-SCQ) (VIM+VAR) ) कम सल्फर वाले पाइपों से वेल्ड किए जाने वाले फिटिंग और अन्य घटकों के निर्माण के लिए। दो बहुत कम सल्फर वाली सामग्रियों को आपस में वेल्ड करना, एक बहुत कम सल्फर वाली सामग्री को उच्च सल्फर वाली सामग्री से वेल्ड करने की तुलना में कहीं अधिक आसान है।
कम सल्फर वाली ट्यूबों के उपयोग की ओर बदलाव मुख्य रूप से चिकनी इलेक्ट्रोपॉलिश की हुई आंतरिक ट्यूब सतहों की आवश्यकता के कारण हुआ है। सतह की फिनिशिंग और इलेक्ट्रोपॉलिशिंग सेमीकंडक्टर उद्योग और बायोटेक/फार्मास्युटिकल उद्योग दोनों के लिए महत्वपूर्ण हैं। सेमीकंडक्टर उद्योग विनिर्देश लिखते समय, SEMI ने निर्दिष्ट किया कि प्रक्रिया गैस लाइनों के लिए 316L ट्यूबिंग में इष्टतम प्रदर्शन के लिए 0.004% सल्फर की सीमा होनी चाहिए। दूसरी ओर, ASTM ने अपने ASTM 270 विनिर्देश को संशोधित करके फार्मास्युटिकल-ग्रेड ट्यूबिंग को शामिल किया है जो सल्फर की मात्रा को 0.005 से 0.017% तक सीमित करता है। इससे कम सल्फर वाली ट्यूबों की तुलना में वेल्डिंग में कम कठिनाइयाँ आनी चाहिए। हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इस सीमित सीमा के भीतर भी, कम सल्फर वाली पाइपों को उच्च सल्फर वाली पाइपों या फिटिंग से वेल्डिंग करते समय आर्क डिफ्लेक्शन हो सकता है, और इंस्टॉलर को सामग्री के गर्म होने पर सावधानीपूर्वक नज़र रखनी चाहिए और निर्माण से पहले सोल्डर की अनुकूलता की जांच करनी चाहिए।
अन्य सूक्ष्म तत्व। सल्फर, ऑक्सीजन, एल्युमीनियम, सिलिकॉन और मैंगनीज सहित सूक्ष्म तत्वों का प्रवेश पर प्रभाव पाया गया है। आधार धातु में ऑक्साइड समावेशन के रूप में मौजूद एल्युमीनियम, सिलिकॉन, कैल्शियम, टाइटेनियम और क्रोमियम की सूक्ष्म मात्रा वेल्डिंग के दौरान स्लैग निर्माण से जुड़ी होती है।
विभिन्न तत्वों का प्रभाव संचयी होता है, इसलिए ऑक्सीजन की उपस्थिति कम सल्फर के कुछ प्रभावों को संतुलित कर सकती है। एल्युमीनियम की उच्च मात्रा सल्फर प्रवेश पर सकारात्मक प्रभाव को कम कर सकती है। वेल्डिंग तापमान पर मैंगनीज वाष्पीकृत होकर वेल्डिंग ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र में जमा हो जाता है। ये मैंगनीज जमाव संक्षारण प्रतिरोध में कमी से संबंधित हैं (कोहेन, 1997 देखें)। संक्षारण प्रतिरोध में इस कमी को रोकने के लिए अर्धचालक उद्योग वर्तमान में कम मैंगनीज और यहां तक ​​कि अति-कम मैंगनीज वाले 316L पदार्थों पर प्रयोग कर रहा है।
स्लैग निर्माण। कुछ वेल्डिंग प्रक्रियाओं में स्टेनलेस स्टील बीड पर कभी-कभी स्लैग के द्वीप दिखाई देते हैं। यह मूल रूप से सामग्री से संबंधित समस्या है, लेकिन कभी-कभी वेल्डिंग मापदंडों में बदलाव से इसे कम किया जा सकता है, या आर्गन/हाइड्रोजन मिश्रण में बदलाव से वेल्ड की गुणवत्ता में सुधार किया जा सकता है। पोलार्ड ने पाया कि आधार धातु में एल्यूमीनियम और सिलिकॉन का अनुपात स्लैग निर्माण को प्रभावित करता है। अवांछित पट्टिका-प्रकार के स्लैग के निर्माण को रोकने के लिए, वे एल्यूमीनियम की मात्रा 0.010% और सिलिकॉन की मात्रा 0.5% रखने की सलाह देते हैं। हालांकि, जब Al/Si अनुपात इस स्तर से ऊपर होता है, तो पट्टिका प्रकार के स्लैग के बजाय गोलाकार स्लैग बन सकता है। इस प्रकार का स्लैग इलेक्ट्रोपॉलिशिंग के बाद गड्ढे छोड़ सकता है, जो उच्च शुद्धता वाले अनुप्रयोगों के लिए अस्वीकार्य है। वेल्ड के बाहरी सतह (OD) पर बनने वाले स्लैग द्वीप आंतरिक सतह (ID) पास के असमान प्रवेश का कारण बन सकते हैं और अपर्याप्त प्रवेश का परिणाम हो सकते हैं। आंतरिक सतह (ID) वेल्ड बीड पर बनने वाले स्लैग द्वीप संक्षारण के प्रति संवेदनशील हो सकते हैं।
स्पंदन के साथ एकल-रन वेल्डिंग। मानक स्वचालित ऑर्बिटल ट्यूब वेल्डिंग एक एकल पास वेल्डिंग है जिसमें स्पंदित धारा और निरंतर स्थिर गति से घूर्णन होता है। यह तकनीक 1/8″ से लगभग 7″ बाहरी व्यास और 0.083″ या उससे कम मोटाई वाली पाइपों के लिए उपयुक्त है। निर्धारित समय के बाद प्री-पर्ज के बाद आर्क उत्पन्न होता है। ट्यूब की दीवार में प्रवेश एक निश्चित समय अंतराल के दौरान होता है, जिसमें आर्क तो मौजूद होता है लेकिन कोई घूर्णन नहीं होता है। इस घूर्णीय विलंब के बाद, इलेक्ट्रोड वेल्ड जोड़ के चारों ओर तब तक घूमता है जब तक कि वेल्डिंग की अंतिम परत के दौरान वेल्ड, वेल्ड के प्रारंभिक भाग से जुड़ या ओवरलैप न हो जाए। जब ​​कनेक्शन पूरा हो जाता है, तो धारा एक निश्चित समय अंतराल में धीरे-धीरे कम हो जाती है।
स्टेप मोड ("सिंक्रनाइज़्ड" वेल्डिंग)। 0.083 इंच से अधिक मोटी दीवारों वाली सामग्रियों की फ्यूजन वेल्डिंग के लिए, फ्यूजन वेल्डिंग पावर सोर्स को सिंक्रोनस या स्टेप मोड में उपयोग किया जा सकता है। सिंक्रोनस या स्टेप मोड में, वेल्डिंग करंट पल्स स्ट्रोक के साथ सिंक्रोनाइज़्ड होती है, इसलिए उच्च करंट पल्स के दौरान अधिकतम पैठ के लिए रोटर स्थिर रहता है और कम करंट पल्स के दौरान गतिमान रहता है। सिंक्रोनस तकनीक में पारंपरिक वेल्डिंग के लिए दसवें या सौवें सेकंड के पल्स समय की तुलना में 0.5 से 1.5 सेकंड तक का लंबा पल्स समय उपयोग किया जाता है। यह तकनीक 0.154″ या 6″ मोटी 40 गेज 40 पतली दीवार वाली पाइप को 0.154″ या 6″ दीवार की मोटाई के साथ प्रभावी ढंग से वेल्ड कर सकती है। स्टेप्ड तकनीक एक व्यापक वेल्ड उत्पन्न करती है, जिससे यह दोष-सहिष्णु हो जाती है और अनियमित भागों जैसे पाइप फिटिंग को पाइप से वेल्ड करने में सहायक होती है, जहां आयामी सहनशीलता में अंतर, कुछ गलत संरेखण या सामग्री की थर्मल असंगति हो सकती है। इस प्रकार की वेल्डिंग में पारंपरिक वेल्डिंग की तुलना में लगभग दोगुना आर्क समय लगता है। और चौड़ी, खुरदरी परत के कारण यह अति-उच्च शुद्धता (यूएचपी) अनुप्रयोगों के लिए कम उपयुक्त है।
प्रोग्राम करने योग्य चर। वेल्डिंग पावर सोर्स की वर्तमान पीढ़ी माइक्रोप्रोसेसर-आधारित है और इसमें प्रोग्राम संग्रहीत होते हैं जो वेल्ड किए जाने वाले पाइप के विशिष्ट व्यास (OD) और दीवार की मोटाई के लिए वेल्डिंग मापदंडों के संख्यात्मक मान निर्दिष्ट करते हैं, जिनमें पर्ज समय, वेल्डिंग करंट, ट्रैवल स्पीड (RPM), परतों की संख्या और प्रति परत समय, पल्स समय, डाउनहिल समय आदि शामिल हैं। फिलर तार के साथ ऑर्बिटल ट्यूब वेल्ड के लिए, प्रोग्राम मापदंडों में वायर फीड स्पीड, टॉर्च ऑसिलेशन एम्प्लीट्यूड और ड्वेल टाइम, AVC (स्थिर आर्क गैप प्रदान करने के लिए आर्क वोल्टेज नियंत्रण) और अपस्लोप शामिल होंगे। फ्यूजन वेल्डिंग करने के लिए, उपयुक्त इलेक्ट्रोड और पाइप क्लैंप इंसर्ट के साथ वेल्डिंग हेड को पाइप पर स्थापित करें और पावर सोर्स मेमोरी से वेल्डिंग शेड्यूल या प्रोग्राम को रिकॉल करें। वेल्डिंग अनुक्रम एक बटन या मेम्ब्रेन पैनल कुंजी दबाकर शुरू किया जाता है और ऑपरेटर के हस्तक्षेप के बिना वेल्डिंग जारी रहती है।
अपरिवर्तनीय चर। लगातार अच्छी वेल्ड गुणवत्ता प्राप्त करने के लिए, वेल्डिंग मापदंडों को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाना चाहिए। यह वेल्डिंग पावर स्रोत और वेल्डिंग प्रोग्राम की सटीकता के माध्यम से प्राप्त किया जाता है, जो पावर स्रोत में दर्ज किए गए निर्देशों का एक समूह है, जिसमें एक विशिष्ट आकार के पाइप या पाइप की वेल्डिंग के लिए वेल्डिंग मापदंड शामिल होते हैं। वेल्डिंग स्वीकृति मानदंडों को निर्दिष्ट करने वाले प्रभावी वेल्डिंग मानकों का एक समूह और वेल्डिंग निरीक्षण और गुणवत्ता नियंत्रण प्रणाली भी होनी चाहिए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि वेल्डिंग सहमत मानकों को पूरा करती है। हालांकि, वेल्डिंग मापदंडों के अलावा कुछ अन्य कारकों और प्रक्रियाओं को भी सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाना चाहिए। इन कारकों में अच्छे एंड प्रिपरेशन उपकरण का उपयोग, अच्छी सफाई और हैंडलिंग प्रथाएं, वेल्ड किए जा रहे ट्यूबिंग या अन्य भागों की अच्छी आयामी सहनशीलता, सुसंगत टंगस्टन प्रकार और आकार, अत्यधिक शुद्ध अक्रिय गैसें और सामग्री भिन्नताओं पर सावधानीपूर्वक ध्यान देना शामिल है। - उच्च तापमान।
पाइप के सिरों की वेल्डिंग के लिए तैयारी संबंधी आवश्यकताएँ मैनुअल वेल्डिंग की तुलना में ऑर्बिटल वेल्डिंग में अधिक महत्वपूर्ण होती हैं। ऑर्बिटल पाइप वेल्डिंग के लिए वेल्डेड जोड़ आमतौर पर वर्गाकार बट जोड़ होते हैं। ऑर्बिटल वेल्डिंग में वांछित दोहराव प्राप्त करने के लिए, सटीक, सुसंगत और मशीनीकृत सिरे की तैयारी आवश्यक है। चूंकि वेल्डिंग करंट दीवार की मोटाई पर निर्भर करता है, इसलिए सिरे वर्गाकार होने चाहिए और बाहरी या आंतरिक भाग (OD या ID) पर कोई बर्र या बेवल नहीं होना चाहिए, जिससे दीवार की मोटाई में भिन्नता आ सकती है।
पाइप के सिरे वेल्ड हेड में इस प्रकार फिट होने चाहिए कि वर्गाकार बट जॉइंट के सिरों के बीच कोई स्पष्ट अंतर न रहे। हालांकि छोटे अंतर वाले वेल्डेड जॉइंट बनाए जा सकते हैं, लेकिन इससे वेल्ड की गुणवत्ता पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ सकता है। अंतर जितना बड़ा होगा, समस्या होने की संभावना उतनी ही अधिक होगी। गलत तरीके से जोड़ने पर सोल्डरिंग पूरी तरह से विफल हो सकती है। जॉर्ज फिशर और अन्य कंपनियों द्वारा निर्मित पाइप आरी, जो एक ही प्रक्रिया में पाइप को काटती और उसके सिरों को समतल करती हैं, या प्रोटम, वैक्स और अन्य कंपनियों द्वारा निर्मित पोर्टेबल एंड प्रिपरेशन लेथ, अक्सर मशीनिंग के लिए उपयुक्त चिकने एंड ऑर्बिटल वेल्ड बनाने के लिए उपयोग की जाती हैं। चॉप आरी, हैकसॉ, बैंड आरी और ट्यूबिंग कटर इस कार्य के लिए उपयुक्त नहीं हैं।
वेल्डिंग के लिए आवश्यक शक्ति प्रदान करने वाले वेल्डिंग मापदंडों के अतिरिक्त, ऐसे अन्य चर भी होते हैं जो वेल्डिंग पर गहरा प्रभाव डाल सकते हैं, लेकिन वे वास्तविक वेल्डिंग प्रक्रिया का हिस्सा नहीं होते हैं। इनमें टंगस्टन का प्रकार और आकार, आर्क को ढकने और वेल्ड जोड़ के अंदरूनी भाग को शुद्ध करने के लिए उपयोग की जाने वाली गैस का प्रकार और शुद्धता, शुद्धिकरण के लिए उपयोग की जाने वाली गैस प्रवाह दर, उपयोग किए जाने वाले हेड और पावर स्रोत का प्रकार, जोड़ का विन्यास और कोई अन्य प्रासंगिक जानकारी शामिल है। हम इन्हें "गैर-प्रोग्रामेबल" चर कहते हैं और इन्हें वेल्डिंग शेड्यूल पर दर्ज करते हैं। उदाहरण के लिए, एएसएमई सेक्शन IX बॉयलर और प्रेशर वेसल कोड के अनुरूप वेल्डिंग प्रक्रियाओं के लिए वेल्डिंग प्रक्रिया विनिर्देश (डब्ल्यूपीएस) में गैस के प्रकार को एक आवश्यक चर माना जाता है। गैस के प्रकार या गैस मिश्रण प्रतिशत में परिवर्तन, या आईडी शुद्धिकरण को समाप्त करने पर वेल्डिंग प्रक्रिया का पुनः सत्यापन आवश्यक हो जाता है।
वेल्डिंग गैस। स्टेनलेस स्टील कमरे के तापमान पर वायुमंडलीय ऑक्सीजन ऑक्सीकरण के प्रति प्रतिरोधी होता है। जब इसे इसके गलनांक (शुद्ध लोहे के लिए 1530°C या 2800°F) तक गर्म किया जाता है, तो यह आसानी से ऑक्सीकृत हो जाता है। निष्क्रिय आर्गन का उपयोग आमतौर पर शील्डिंग गैस के रूप में और ऑर्बिटल GTAW प्रक्रिया के माध्यम से आंतरिक वेल्डेड जोड़ों को शुद्ध करने के लिए किया जाता है। ऑक्सीजन और नमी के सापेक्ष गैस की शुद्धता वेल्डिंग के बाद वेल्ड पर या उसके आसपास होने वाले ऑक्सीकरण-प्रेरित रंग परिवर्तन की मात्रा निर्धारित करती है। यदि शुद्धिकरण गैस उच्चतम गुणवत्ता की नहीं है या यदि शुद्धिकरण प्रणाली पूरी तरह से रिसाव रहित नहीं है, जिससे थोड़ी मात्रा में हवा शुद्धिकरण प्रणाली में रिस जाती है, तो ऑक्सीकरण हल्का नीला या नीलापन लिए हुए हो सकता है। बेशक, बिना सफाई के, एक पपड़ीदार काली सतह बन जाएगी जिसे आमतौर पर "स्वीटेंड" कहा जाता है। सिलेंडरों में आपूर्ति की जाने वाली वेल्डिंग ग्रेड आर्गन आपूर्तिकर्ता के आधार पर 99.996-99.997% शुद्ध होती है और इसमें 5-7 पीपीएम ऑक्सीजन और अन्य अशुद्धियाँ होती हैं, जिनमें H2O, O2, CO2 शामिल हैं। हाइड्रोकार्बन आदि की कुल मात्रा अधिकतम 40 पीपीएम तक हो सकती है। सिलेंडर में उच्च-शुद्धता वाला आर्गन या ड्यूअर में तरल आर्गन 99.999% शुद्ध हो सकता है या इसमें कुल अशुद्धियाँ 10 पीपीएम तक हो सकती हैं, जिसमें ऑक्सीजन की मात्रा अधिकतम 2 पीपीएम तक हो सकती है। नोट: नैनोकेम या गेटकीपर जैसे गैस शोधक का उपयोग शुद्धिकरण के दौरान संदूषण स्तर को पार्ट्स प्रति बिलियन (पीपीबी) सीमा तक कम करने के लिए किया जा सकता है।
मिश्रित संरचना। 75% हीलियम/25% आर्गन और 95% आर्गन/5% हाइड्रोजन जैसे गैस मिश्रणों का उपयोग विशेष अनुप्रयोगों के लिए परिरक्षण गैसों के रूप में किया जा सकता है। इन दोनों मिश्रणों से आर्गन के समान प्रोग्राम सेटिंग्स के तहत किए गए वेल्ड की तुलना में अधिक गर्म वेल्ड प्राप्त होते हैं। हीलियम मिश्रण कार्बन स्टील पर संलयन वेल्डिंग द्वारा अधिकतम प्रवेश के लिए विशेष रूप से उपयुक्त हैं। एक सेमीकंडक्टर उद्योग सलाहकार अल्ट्रा-हाई प्रेशर (यूएचपी) अनुप्रयोगों के लिए परिरक्षण गैसों के रूप में आर्गन/हाइड्रोजन मिश्रणों के उपयोग की वकालत करता है। हाइड्रोजन मिश्रणों के कई फायदे हैं, लेकिन कुछ गंभीर नुकसान भी हैं। इसका फायदा यह है कि यह एक गीला पूल और एक चिकनी वेल्ड सतह उत्पन्न करता है, जो यथासंभव चिकनी आंतरिक सतह के साथ अल्ट्रा-हाई प्रेशर गैस वितरण प्रणालियों को लागू करने के लिए आदर्श है। हाइड्रोजन की उपस्थिति एक अपचायक वातावरण प्रदान करती है, इसलिए यदि गैस मिश्रण में ऑक्सीजन की थोड़ी मात्रा मौजूद है, तो परिणामी वेल्ड शुद्ध आर्गन में समान ऑक्सीजन सांद्रता की तुलना में कम रंग परिवर्तन के साथ अधिक साफ दिखाई देगा। यह प्रभाव लगभग 5% हाइड्रोजन सामग्री पर इष्टतम होता है। कुछ लोग 95%/5% आर्गन/हाइड्रोजन मिश्रण का उपयोग करते हैं। आंतरिक वेल्ड बीड की दिखावट को बेहतर बनाने के लिए आईडी पर्ज के रूप में।
हाइड्रोजन मिश्रण को शील्डिंग गैस के रूप में उपयोग करने पर वेल्ड बीड संकरा होता है, सिवाय इसके कि स्टेनलेस स्टील में सल्फर की मात्रा बहुत कम होती है और यह बिना मिश्रित आर्गन के समान करंट सेटिंग की तुलना में वेल्ड में अधिक गर्मी उत्पन्न करता है। आर्गन/हाइड्रोजन मिश्रण का एक महत्वपूर्ण नुकसान यह है कि आर्क शुद्ध आर्गन की तुलना में बहुत कम स्थिर होता है, और आर्क के ड्रिफ्ट होने की प्रवृत्ति होती है, जो मिसफ्यूजन का कारण बनने के लिए पर्याप्त गंभीर हो सकती है। जब किसी भिन्न मिश्रित गैस स्रोत का उपयोग किया जाता है तो आर्क ड्रिफ्ट गायब हो सकता है, जिससे पता चलता है कि यह संदूषण या खराब मिश्रण के कारण हो सकता है। चूंकि आर्क द्वारा उत्पन्न गर्मी हाइड्रोजन सांद्रता के साथ बदलती रहती है, इसलिए दोहराने योग्य वेल्ड प्राप्त करने के लिए एक स्थिर सांद्रता आवश्यक है, और पहले से मिश्रित बोतलबंद गैस में अंतर होते हैं। एक अन्य नुकसान यह है कि हाइड्रोजन मिश्रण का उपयोग करने पर टंगस्टन का जीवनकाल बहुत कम हो जाता है। हालांकि मिश्रित गैस से टंगस्टन के खराब होने का कारण अभी तक निर्धारित नहीं किया गया है, लेकिन यह बताया गया है कि आर्क बनाना अधिक कठिन होता है और एक या दो वेल्ड के बाद टंगस्टन को बदलने की आवश्यकता हो सकती है। आर्गन/हाइड्रोजन कार्बन स्टील या टाइटेनियम की वेल्डिंग के लिए मिश्रण का उपयोग नहीं किया जा सकता है।
TIG प्रक्रिया की एक विशिष्ट विशेषता यह है कि इसमें इलेक्ट्रोड का उपयोग नहीं होता है। टंगस्टन का गलनांक किसी भी धातु में सबसे अधिक (6098°F; 3370°C) होता है और यह एक अच्छा इलेक्ट्रॉन उत्सर्जक है, जो इसे गैर-उपभोज्य इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाता है। आर्क आरंभ करने और आर्क स्थिरता को बेहतर बनाने के लिए इसमें 2% सेरिया, लैंथनम ऑक्साइड या थोरियम ऑक्साइड जैसे कुछ दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड मिलाने से इसके गुणों में सुधार होता है। शुद्ध टंगस्टन का उपयोग GTAW में शायद ही कभी किया जाता है क्योंकि सेरियम टंगस्टन के गुण बेहतर होते हैं, विशेष रूप से कक्षीय GTAW अनुप्रयोगों के लिए। थोरियम टंगस्टन का उपयोग पहले की तुलना में कम होता जा रहा है क्योंकि यह कुछ हद तक रेडियोधर्मी होता है।
पॉलिश की हुई सतह वाले इलेक्ट्रोड आकार में अधिक एकसमान होते हैं। एक चिकनी सतह हमेशा खुरदरी या असमान सतह से बेहतर होती है, क्योंकि एकसमान और सुसंगत वेल्डिंग परिणामों के लिए इलेक्ट्रोड ज्यामिति में एकरूपता महत्वपूर्ण है। टिप से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन (DCEN) टंगस्टन टिप से वेल्ड तक ऊष्मा स्थानांतरित करते हैं। एक महीन टिप से करंट घनत्व को बहुत अधिक रखा जा सकता है, लेकिन इससे टंगस्टन का जीवनकाल कम हो सकता है। ऑर्बिटल वेल्डिंग के लिए, टंगस्टन ज्यामिति और वेल्ड की पुनरावृत्ति सुनिश्चित करने के लिए इलेक्ट्रोड टिप को यांत्रिक रूप से पीसना महत्वपूर्ण है। कुंद टिप आर्क को वेल्ड से टंगस्टन पर एक ही स्थान पर केंद्रित करती है। टिप का व्यास आर्क के आकार और एक निश्चित करंट पर प्रवेश की मात्रा को नियंत्रित करता है। टेपर कोण आर्क के करंट/वोल्टेज गुणों को प्रभावित करता है और इसे निर्दिष्ट और नियंत्रित किया जाना चाहिए। टंगस्टन की लंबाई महत्वपूर्ण है क्योंकि आर्क गैप को सेट करने के लिए टंगस्टन की एक ज्ञात लंबाई का उपयोग किया जा सकता है। एक विशिष्ट करंट मान के लिए आर्क गैप वोल्टेज और इस प्रकार वेल्ड पर लगाई गई शक्ति को निर्धारित करता है। वेल्ड।
वेल्डिंग करंट की तीव्रता के अनुसार इलेक्ट्रोड का आकार और उसके सिरे का व्यास चुना जाता है। यदि करंट इलेक्ट्रोड या उसके सिरे के लिए बहुत अधिक हो, तो सिरे से धातु का रिसाव हो सकता है, और करंट के लिए बहुत बड़े सिरे वाले इलेक्ट्रोड का उपयोग करने से आर्क ड्रिफ्ट हो सकता है। हम वेल्ड जोड़ की दीवार की मोटाई के आधार पर इलेक्ट्रोड और सिरे के व्यास को निर्धारित करते हैं और 0.093 इंच तक की दीवार की मोटाई के लिए लगभग सभी प्रकार के लिए 0.0625 इंच व्यास का उपयोग करते हैं, सिवाय उन मामलों के जहां छोटे सटीक घटकों की वेल्डिंग के लिए 0.040 इंच व्यास के इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाना हो। वेल्डिंग प्रक्रिया की पुनरावृत्ति के लिए, टंगस्टन का प्रकार और फिनिश, लंबाई, टेपर कोण, व्यास, सिरे का व्यास और आर्क गैप सभी को निर्दिष्ट और नियंत्रित किया जाना चाहिए। ट्यूब वेल्डिंग अनुप्रयोगों के लिए, सेरियम टंगस्टन की हमेशा अनुशंसा की जाती है क्योंकि इस प्रकार का सेवा जीवन अन्य प्रकारों की तुलना में बहुत लंबा होता है और इसमें उत्कृष्ट आर्क इग्निशन गुण होते हैं। सेरियम टंगस्टन रेडियोधर्मी नहीं होता है।
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