प्रश्न: हमने हाल ही में कुछ ऐसा काम शुरू किया है जिसमें कुछ पुर्जे मुख्य रूप से 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 और स्टेनलेस स्टील के बीच वेल्ड में दरारें आने की समस्या का सामना करना पड़ रहा है। बताया गया है कि हमारे पास फेराइट का स्तर कम है। क्या आप बता सकते हैं कि यह क्या है और इसे कैसे ठीक किया जा सकता है?
ए: यह एक अच्छा सवाल है। जी हां, हम आपको यह समझने में मदद कर सकते हैं कि कम फेराइट का क्या मतलब है और इसे कैसे रोका जा सकता है।
सबसे पहले, आइए स्टेनलेस स्टील (SS) की परिभाषा और वेल्ड किए गए जोड़ों में फेराइट के संबंध को समझते हैं। काले स्टील और मिश्र धातुओं में 50% से अधिक लोहा होता है। इसमें सभी कार्बन और स्टेनलेस स्टील के साथ-साथ कुछ अन्य समूह भी शामिल हैं। एल्युमीनियम, तांबा और टाइटेनियम में लोहा नहीं होता है, इसलिए ये अलौह मिश्र धातुओं के उत्कृष्ट उदाहरण हैं।
इस मिश्रधातु के मुख्य घटक कम से कम 90% लौह तत्व युक्त कार्बन स्टील और 70 से 80% लौह तत्व युक्त 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 में सहायक होते हैं और जंग (लौह ऑक्साइड) या रासायनिक संक्षारण जैसी ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं को रोकते हैं।
स्टेनलेस स्टील को मुख्य रूप से तीन समूहों में विभाजित किया गया है: ऑस्टेनिटिक, फेरिटिक और मार्टेन्सिटिक। इनका नाम कमरे के तापमान पर उनकी क्रिस्टलीय संरचना के आधार पर रखा गया है। एक अन्य सामान्य समूह डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील है, जो क्रिस्टलीय संरचना में फेराइट और ऑस्टेनाइट का संतुलन दर्शाता है।
ऑस्टेनिटिक ग्रेड, 300 सीरीज़, 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 बनाए रखने में मदद 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, रसायन, औषधि और क्रायोजेनिक उद्योगों में उपयोग किया जाता है। फेराइट निर्माण पर नियंत्रण निम्न तापमान पर उत्कृष्ट मजबूती 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 मुख्यतः फेरिटिक होती है। फेराइट के निर्माण को बढ़ावा देने के लिए, स्टील उत्पादन के दौरान क्रोमियम, सिलिकॉन, मोलिब्डेनम और नायोबियम जैसे स्टेबलाइजर का उपयोग किया जाता है। इस प्रकार के स्टेनलेस स्टील का उपयोग आमतौर पर ऑटोमोटिव एग्जॉस्ट सिस्टम और पावरट्रेन में किया जाता है और उच्च तापमान पर इनका उपयोग सीमित है। इसके कई सामान्य रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रकार हैं: 405, 409, 430 और 446।
मार्टेन्सिटिक ग्रेड, जिन्हें 400 सीरीज़ भी कहा जाता है, जैसे कि 403, 410 और 440, चुंबकीय होते हैं, इनमें 11.5% से 18% क्रोमियम होता है और इनकी क्रिस्टलीय संरचना मार्टेन्सिटिक 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।
स्टेनलेस स्टील की वेल्डिंग करते समय, सतह का प्रकार और उसके उपयोग के आधार पर उपयुक्त फिलर धातु का निर्धारण किया जाता है। यदि आप शील्डिंग गैस प्रक्रिया का उपयोग कर रहे हैं, तो वेल्डिंग से संबंधित कुछ समस्याओं से बचने के लिए 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। यदि यह मान इससे अधिक हो जाता है, तो कण सीमाओं पर कार्बन जमाव और क्रोमियम के साथ जुड़कर क्रोमियम कार्बाइड बनने का जोखिम बढ़ जाता है, जिससे स्टील का संक्षारण प्रतिरोध प्रभावी रूप से कम हो जाता है। यह तब स्पष्ट होता है जब स्टेनलेस स्टील वेल्ड के ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र (HAZ) में संक्षारण होता है। ग्रेड L स्टेनलेस स्टील के लिए एक अन्य महत्वपूर्ण बात यह है कि उच्च परिचालन तापमान पर इनकी तन्यता शक्ति सामान्य स्टेनलेस स्टील 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 में फेराइट की मात्रा के लिए एक विशिष्ट सीमा बताते हैं। जैसा कि पहले बताया गया है, कार्बन एक मजबूत ऑस्टेनिटिक स्टेबलाइजर है और इन्हीं कारणों से वेल्ड धातु में इसके मिश्रण को रोकना आवश्यक है।
फेराइट संख्या शेफ़लर चार्ट और WRC-1992 चार्ट से प्राप्त की जाती है, जो निकल और क्रोमियम समतुल्य सूत्रों का उपयोग करके मान की गणना करते हैं, जिसे चार्ट पर प्लॉट करने पर एक मानकीकृत संख्या प्राप्त होती है। 0 से 7 के बीच की फेराइट संख्या वेल्ड धातु में मौजूद फेरिटिक क्रिस्टल संरचना के आयतन प्रतिशत को दर्शाती है, हालांकि, उच्च प्रतिशत पर, फेराइट संख्या अधिक तेज़ी 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 उच्च तापमान प्रक्रियाओं जैसे कि ऊष्मा उपचार से जुड़े चरण परिवर्तनों से नहीं गुजरता 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 वेल्डिंग को उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध प्रदान कर सकती है, लेकिन वेल्डिंग के दौरान इनमें गर्म दरारें पड़ने की संभावना बहुत अधिक होती है। सामान्य उपयोग के लिए, फेराइट की संख्या 5 से 10 के बीच होनी चाहिए, लेकिन कुछ अनुप्रयोगों में इससे कम या अधिक मान की आवश्यकता हो सकती है। कार्यस्थल पर फेराइट संकेतक की सहायता से फेराइट की आसानी से जाँच की जा सकती है।
आपने बताया कि आपको दरारें और कम फेराइट्स की समस्या आ रही है, इसलिए आपको अपने फिलर मेटल की बारीकी से जांच करनी चाहिए और सुनिश्चित करना चाहिए कि उसमें पर्याप्त फेराइट्स बन रहे हैं - लगभग 8 फेराइट्स पर्याप्त होंगे। साथ ही, यदि आप फ्लक्स-कोर्ड आर्क वेल्डिंग (FCAW) का उपयोग कर रहे हैं, तो इन फिलर मेटल्स में आमतौर पर 100% कार्बन डाइऑक्साइड या 75% आर्गन और 25% CO2 के मिश्रण वाली शील्ड गैस का उपयोग किया जाता है, जिससे वेल्ड मेटल कार्बन को अवशोषित कर सकता है। आप मेटल आर्क वेल्डिंग (GMAW) प्रक्रिया पर स्विच कर सकते हैं और कार्बन जमाव की संभावना को कम करने के लिए 98% आर्गन/2% ऑक्सीजन मिश्रण का उपयोग कर सकते हैं।
स्टेनलेस स्टील और कार्बन स्टील की वेल्डिंग करते समय, E309L फिलर सामग्री का उपयोग करना आवश्यक है। यह फिलर धातु विशेष रूप से असमान धातुओं की वेल्डिंग के लिए बनाई गई है, जिससे वेल्ड में कार्बन स्टील के घुलने के बाद एक निश्चित मात्रा में फेराइट बनता है। चूंकि कार्बन स्टील कुछ कार्बन अवशोषित करता है, इसलिए कार्बन द्वारा ऑस्टेनाइट बनाने की प्रवृत्ति को रोकने के लिए फिलर धातु में फेराइट स्टेबलाइजर मिलाए जाते हैं। इससे वेल्डिंग के दौरान थर्मल क्रैकिंग को रोकने में मदद मिलती है।
निष्कर्षतः, यदि आप ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील वेल्ड में गर्म दरारों की मरम्मत करना चाहते हैं, तो पर्याप्त फेराइट फिलर धातु की जांच करें और वेल्डिंग की अच्छी प्रक्रियाओं का पालन करें। ऊष्मा का प्रवाह 50 kJ/in से कम रखें, वेल्डिंग के बीच का तापमान मध्यम से कम रखें और सोल्डरिंग से पहले सोल्डर जोड़ों की सफाई सुनिश्चित करें। वेल्ड पर फेराइट की मात्रा की जांच के लिए उपयुक्त गेज का उपयोग करें, जिसका लक्ष्य 5-10 होना चाहिए।
वेल्डर, जिसका पूर्व नाम प्रैक्टिकल वेल्डिंग टुडे था, उन वास्तविक लोगों का प्रतिनिधित्व करता है जो हमारे द्वारा प्रतिदिन उपयोग किए जाने वाले और काम में लाए जाने वाले 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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