प्रश्न: हमने हाल ही में कुछ ऐसा काम शुरू किया है जिसमें कुछ पुर्जे मुख्य रूप से ग्रेड 304 स्टेनलेस स्टील से बने होते हैं, जिन्हें आपस में और माइल्ड स्टील से वेल्ड किया जाता है। हमें 1.25 इंच तक की मोटाई वाले स्टेनलेस स्टील से स्टेनलेस स्टील वेल्ड में दरारें आने की समस्या का सामना करना पड़ा है। यह बताया गया है कि हमारे पास फेराइट की मात्रा कम है। क्या आप बता सकते हैं कि यह क्या है और इसे कैसे ठीक किया जा सकता है?
ए: यह एक अच्छा प्रश्न है। जी हां, हम आपको यह समझने में मदद कर सकते हैं कि कम फेराइट की मात्रा का क्या मतलब है और इसे कैसे रोका जा सकता है।
सबसे पहले, आइए स्टेनलेस स्टील (एसएस) की परिभाषा और वेल्डेड जोड़ों में फेराइट के संबंध की समीक्षा करें। काले स्टील और मिश्र धातुओं में 50% से अधिक लोहा होता है। इसमें सभी कार्बन और स्टेनलेस स्टील और अन्य परिभाषित समूह शामिल हैं। एल्युमीनियम, तांबा और टाइटेनियम में लोहा नहीं होता है, इसलिए वे अलौह मिश्र धातुओं के उत्कृष्ट उदाहरण हैं।
इस मिश्रधातु के मुख्य घटक कम से कम 90% लोहे वाला कार्बन स्टील और 70 से 80% लोहे वाला स्टेनलेस स्टील हैं। स्टेनलेस स्टील कहलाने के लिए इसमें कम से कम 11.5% क्रोमियम मिलाना आवश्यक है। इस न्यूनतम सीमा से अधिक क्रोमियम स्तर स्टील की सतहों पर क्रोमियम ऑक्साइड की परत बनने को बढ़ावा देते हैं और जंग (लौह ऑक्साइड) या रासायनिक आक्रमण से होने वाले क्षरण जैसे ऑक्सीकरण को रोकते हैं।
स्टेनलेस स्टील को मुख्य रूप से तीन समूहों में विभाजित किया गया है: ऑस्टेनाइट, फेराइट और मार्टेन्साइट। इनका नाम कमरे के तापमान पर इनकी क्रिस्टलीय संरचना के आधार पर रखा गया है। एक अन्य सामान्य समूह डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील है, जो क्रिस्टलीय संरचना में फेराइट और ऑस्टेनाइट के बीच संतुलन दर्शाता है।
ऑस्टेनिटिक ग्रेड, 300 श्रृंखला, में 16% से 30% क्रोमियम और 8% से 40% निकेल होता है, जिससे मुख्य रूप से ऑस्टेनिटिक क्रिस्टल संरचना बनती है। ऑस्टेनाइट-फेराइट अनुपात को बढ़ावा देने के लिए, इस्पात निर्माण प्रक्रिया के दौरान निकेल, कार्बन, मैंगनीज और नाइट्रोजन जैसे स्टेबलाइजर मिलाए जाते हैं। कुछ सामान्य ग्रेड 304, 316 और 347 हैं। यह उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करता है; मुख्य रूप से खाद्य, रासायनिक सेवा, फार्मास्युटिकल और क्रायोजेनिक अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है। फेराइट निर्माण पर नियंत्रण उत्कृष्ट निम्न तापमान कठोरता प्रदान करता है।
फेरिटिक स्टेनलेस स्टील 400 श्रेणी का एक पूर्णतः चुंबकीय पदार्थ है, जिसमें 11.5% से 30% तक क्रोमियम होता है और इसकी क्रिस्टलीय संरचना में फेरिटिक तत्व प्रमुख होते हैं। फेराइट के निर्माण को बढ़ावा देने के लिए, स्टील उत्पादन के दौरान क्रोमियम, सिलिकॉन, मोलिब्डेनम और नाइओबियम जैसे स्टेबलाइजर का उपयोग किया जाता है। इस प्रकार के स्टेनलेस स्टील का उपयोग आमतौर पर ऑटोमोबाइल एग्जॉस्ट सिस्टम और पावर प्लांट में किया जाता है और उच्च तापमान पर इनका उपयोग सीमित है। आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले कुछ प्रकार 405, 409, 430 और 446 हैं।
मार्टेन्सिटिक ग्रेड, जिन्हें 400 श्रृंखलाओं जैसे 403, 410 और 440 से भी पहचाना जाता है, चुंबकीय होते हैं, इनमें 11.5% से 18% क्रोमियम होता है और इनकी क्रिस्टलीय संरचना मार्टेन्साइट होती है। इस संयोजन में सोने की मात्रा सबसे कम होती है, जिससे इनका उत्पादन सबसे सस्ता होता है। ये कुछ हद तक संक्षारण प्रतिरोधक क्षमता और उत्कृष्ट मजबूती प्रदान करते हैं और आमतौर पर खाने-पीने के बर्तनों, दंत चिकित्सा और शल्य चिकित्सा उपकरणों, खाना पकाने के बर्तनों और कुछ प्रकार के औजारों में उपयोग किए जाते हैं।
जब आप स्टेनलेस स्टील की वेल्डिंग करते हैं, तो सब्सट्रेट का प्रकार और उसका उपयोग यह निर्धारित करेगा कि किस फिलर मेटल का उपयोग करना उपयुक्त है। यदि आप गैस शील्डिंग प्रक्रिया का उपयोग करते हैं, तो वेल्डिंग से संबंधित कुछ समस्याओं को रोकने के लिए आपको शील्डिंग गैस मिश्रण पर विशेष ध्यान देने की आवश्यकता हो सकती है।
304 स्टील को आपस में सोल्डर करने के लिए आपको E308/308L इलेक्ट्रोड की आवश्यकता होगी। "L" का अर्थ है कम कार्बन, जो अंतरकणीय संक्षारण को रोकने में सहायक होता है। इन इलेक्ट्रोडों में कार्बन की मात्रा 0.03% से कम होती है; इससे अधिक होने पर कार्बन के कण सीमाओं पर अवक्षेपित होने और क्रोमियम के साथ मिलकर क्रोमियम कार्बाइड बनाने का जोखिम बढ़ जाता है, जिससे स्टील का संक्षारण प्रतिरोध प्रभावी रूप से कम हो जाता है। यह तब स्पष्ट हो जाता है जब SS वेल्डेड जोड़ों के ऊष्मा प्रभावित क्षेत्र (HAZ) में संक्षारण होता है। L ग्रेड SS के लिए एक अन्य विचारणीय बात यह है कि उच्च सेवा तापमान पर इनकी तन्यता शक्ति सीधे SS ग्रेड की तुलना में कम होती है।
चूंकि 304 स्टेनलेस स्टील का एक ऑस्टेनिटिक प्रकार है, इसलिए वेल्ड धातु में अधिकांश ऑस्टेनाइट मौजूद होगा। हालांकि, इलेक्ट्रोड में मोलिब्डेनम जैसा फेराइट स्टेबलाइजर होता है, जो वेल्ड धातु में फेराइट के निर्माण को बढ़ावा देता है। निर्माता आमतौर पर वेल्ड धातु के लिए फेराइट की मात्रा की एक विशिष्ट सीमा बताते हैं। जैसा कि पहले बताया गया है, कार्बन एक मजबूत ऑस्टेनिटिक स्टेबलाइजर है, और इन्हीं कारणों से वेल्ड धातु में इसे मिलाने से रोकना महत्वपूर्ण है।
फेराइट संख्याएँ शेफ़लर आरेख और डब्ल्यूआरसी-1992 आरेख से प्राप्त की जाती हैं, जो मान की गणना के लिए निकेल और क्रोमियम समतुल्य सूत्रों का उपयोग करते हैं, जिन्हें आरेख पर प्लॉट करने पर एक मानकीकृत संख्या प्राप्त होती है। 0 और 7 के बीच की फेराइट संख्या वेल्ड धातु में मौजूद फेराइट क्रिस्टल संरचना के आयतन प्रतिशत के अनुरूप होती है; हालाँकि, उच्च प्रतिशत पर, फेराइट संख्या तेजी से बढ़ती है। ध्यान रखें कि स्टेनलेस स्टील में फेराइट, कार्बन स्टील फेराइट के समान नहीं है, बल्कि डेल्टा फेराइट नामक एक अवस्था है। ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में उच्च तापमान प्रक्रियाओं जैसे कि ऊष्मा उपचार से संबंधित कोई अवस्था परिवर्तन नहीं होता है।
फेराइट का निर्माण वांछनीय है क्योंकि यह ऑस्टेनाइट से अधिक तन्य होता है, लेकिन इसे नियंत्रित करना आवश्यक है। कुछ अनुप्रयोगों में कम फेराइट मात्रा से उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध वाले वेल्ड प्राप्त किए जा सकते हैं, लेकिन वेल्डिंग के दौरान इनमें गर्म दरारें पड़ने की संभावना बहुत अधिक होती है। सामान्य उपयोग की स्थितियों के लिए, फेराइट मात्रा 5 से 10 के बीच होनी चाहिए, लेकिन कुछ अनुप्रयोगों के लिए इससे कम या अधिक मान की आवश्यकता हो सकती है। फेराइट संकेतक का उपयोग करके कार्यस्थल पर फेराइट की आसानी से जाँच की जा सकती है।
आपने बताया कि आपको दरारें पड़ने की समस्या है और फेराइट की मात्रा कम है, इसलिए आपको अपने फिलर मेटल की बारीकी से जांच करनी चाहिए और सुनिश्चित करना चाहिए कि उसमें पर्याप्त फेराइट की मात्रा हो – लगभग 8 फेराइट की मात्रा मददगार साबित होगी। साथ ही, यदि आप फ्लक्स कोर्ड आर्क वेल्डिंग (FCAW) का उपयोग कर रहे हैं, तो इन फिलर मेटल्स में आमतौर पर 100% कार्बन डाइऑक्साइड शील्डिंग गैस या 75% आर्गन/25% CO2 का मिश्रण होता है, जिससे वेल्ड मेटल में कार्बन का अवशोषण हो सकता है। आप गैस मेटल आर्क वेल्डिंग (GMAW) प्रक्रिया पर स्विच करके 98% आर्गन/2% ऑक्सीजन के मिश्रण का उपयोग करके कार्बन अवशोषण की संभावना को कम कर सकते हैं।
स्टेनलेस स्टील को कार्बन स्टील से वेल्ड करने के लिए E309L फिलर सामग्री का उपयोग करना आवश्यक है। यह फिलर धातु विशेष रूप से भिन्न धातुओं को वेल्ड करने के लिए उपयोग की जाती है और वेल्ड में कार्बन स्टील के घुलने के बाद एक निश्चित मात्रा में फेराइट का निर्माण करती है। चूंकि कार्बन स्टील में कुछ कार्बन अवशोषित हो जाता है, इसलिए कार्बन द्वारा ऑस्टेनाइट बनाने की प्रवृत्ति को रोकने के लिए फिलर धातु में फेराइट स्टेबलाइजर मिलाए जाते हैं। इससे वेल्डिंग में थर्मल क्रैकिंग को रोकने में मदद मिलती है।
संक्षेप में, यदि आप ऑस्टेनिटिक एसएस वेल्डेड जोड़ों पर गर्म दरारों को खत्म करना चाहते हैं, तो पर्याप्त फेराइट फिलर धातु की जांच करें और वेल्डिंग की अच्छी प्रक्रियाओं का पालन करें। ऊष्मा का प्रवाह 50 kJ/इंच से कम रखें, इंटरपास तापमान को मध्यम से कम बनाए रखें, और सुनिश्चित करें कि सोल्डरिंग से पहले सोल्डर जोड़ किसी भी संदूषण से मुक्त हों। वेल्डेड जोड़ पर फेराइट की मात्रा की जांच करने के लिए उपयुक्त गेज का उपयोग करें, जिसका लक्ष्य 5 से 10 होना चाहिए।
वेल्डर, जिसका पूर्व नाम प्रैक्टिकल वेल्डिंग टुडे था, उन वास्तविक लोगों को प्रदर्शित करता है जो हमारे द्वारा प्रतिदिन उपयोग किए जाने वाले और जिनके साथ हम काम करते हैं उन उत्पादों का निर्माण करते हैं। यह पत्रिका उत्तरी अमेरिका में वेल्डिंग समुदाय की 20 वर्षों से अधिक समय से सेवा कर रही है।
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