संपादकीय टीप: फार्मास्युटिकल ऑनलाइनला आर्क मशीन्सच्या उद्योग तज्ञ बार्बरा हेनॉन यांचा, बायोप्रोसेस पाइपिंगच्या ऑर्बिटल वेल्डिंगवरील हा चार भागांचा लेख सादर करताना आनंद होत आहे. हा लेख गेल्या वर्षीच्या अखेरीस ASME परिषदेत डॉ. हेनॉन यांनी दिलेल्या सादरीकरणावरून रूपांतरित केला आहे.
क्षरण-प्रतिरोधकतेचे नुकसान टाळा. डीआय (DI) किंवा डब्ल्यूएफआय (WFI) सारखे उच्च शुद्धतेचे पाणी स्टेनलेस स्टीलसाठी एक अत्यंत तीव्र क्षरणकारक आहे. याव्यतिरिक्त, निर्जंतुकीकरण टिकवून ठेवण्यासाठी फार्मास्युटिकल ग्रेड डब्ल्यूएफआयला उच्च तापमानावर (८०°C) चक्रित केले जाते. उत्पादनासाठी घातक असलेल्या सजीवांना आधार देण्याइतके तापमान कमी करणे आणि "रूज" निर्मितीला चालना देण्याइतके तापमान वाढवणे, यामध्ये एक सूक्ष्म फरक आहे. रूज हा स्टेनलेस स्टील पाइपिंग सिस्टीमच्या घटकांच्या क्षरणामुळे तयार झालेला, विविध रचनेचा एक तपकिरी थर आहे. धूळ आणि लोह ऑक्साईड हे मुख्य घटक असू शकतात, परंतु लोह, क्रोमियम आणि निकेलची विविध रूपे देखील उपस्थित असू शकतात. रूजची उपस्थिती काही उत्पादनांसाठी घातक असते आणि त्याच्या उपस्थितीमुळे पुढील क्षरण होऊ शकते, जरी इतर प्रणालींमध्ये त्याची उपस्थिती बऱ्यापैकी सौम्य असल्याचे दिसून येते.
वेल्डिंगमुळे गंजरोधक क्षमतेवर प्रतिकूल परिणाम होऊ शकतो. वेल्डिंग दरम्यान वेल्ड्स आणि उष्णता प्रभावित क्षेत्रांवर (HAZs) जमा झालेल्या ऑक्सिडायझिंग पदार्थांमुळे 'हॉट कलर' (उष्ण रंग) येतो, जो विशेषतः हानिकारक असतो आणि औषधनिर्माण क्षेत्रातील जलप्रणालींमध्ये 'रूज' (rouge) तयार होण्याशी संबंधित असतो. क्रोमियम ऑक्साईड तयार झाल्यामुळे 'हॉट टिंट' (उष्ण छटा) येऊ शकते, ज्यामुळे क्रोमियम-विरहित थर मागे राहतो, जो गंजण्यास संवेदनशील असतो. 'हॉट कलर' हा पिक्लिंग आणि ग्राइंडिंगद्वारे दूर केला जाऊ शकतो, ज्यामध्ये पृष्ठभागावरील धातू, त्याखालील क्रोमियम-विरहित थरासह, काढून टाकला जातो आणि गंजरोधक क्षमता मूळ धातूच्या पातळीच्या जवळपास पुनर्संचयित केली जाते. तथापि, पिक्लिंग आणि ग्राइंडिंग हे पृष्ठभागाच्या फिनिशसाठी हानिकारक आहेत. पाईपिंग सिस्टीम सेवेत आणण्यापूर्वी वेल्डिंग आणि फॅब्रिकेशनचे प्रतिकूल परिणाम दूर करण्यासाठी नायट्रिक ऍसिड किंवा चिलेटिंग एजंट फॉर्म्युलेशनद्वारे पाईपिंग सिस्टीमचे पॅसिव्हेशन केले जाते. ऑगर इलेक्ट्रॉन विश्लेषणातून असे दिसून आले की, चिलेशन पॅसिव्हेशनमुळे वेल्ड आणि उष्णता प्रभावित क्षेत्रात ऑक्सिजन, क्रोमियम, लोह, निकेल आणि मॅंगनीजच्या वितरणात झालेले पृष्ठभागावरील बदल वेल्डिंगपूर्वीच्या स्थितीत पुनर्संचयित केले जाऊ शकतात. तथापि, पॅसिव्हेशन केवळ बाह्य पृष्ठभागाच्या थरावर परिणाम करते आणि 50 अँगस्ट्रॉमच्या खाली प्रवेश करत नाही, तर थर्मल कलरेशन पृष्ठभागाच्या खाली 1000 अँगस्ट्रॉम किंवा त्याहून अधिक पसरू शकते.
म्हणून, वेल्ड न केलेल्या पृष्ठभागाजवळ गंज-प्रतिरोधक पाइपिंग सिस्टीम बसवण्यासाठी, वेल्डिंग आणि निर्मितीमुळे होणारे नुकसान पॅसिव्हेशनद्वारे मोठ्या प्रमाणात भरून काढता येईल अशा पातळीपर्यंत मर्यादित ठेवण्याचा प्रयत्न करणे महत्त्वाचे आहे. यासाठी कमीत कमी ऑक्सिजन असलेल्या पर्ज गॅसचा वापर करणे आणि वातावरणातील ऑक्सिजन किंवा आर्द्रतेमुळे दूषित न होता तो वेल्ड केलेल्या सांध्याच्या आतील व्यासापर्यंत पोहोचवणे आवश्यक आहे. गंज-प्रतिरोधक क्षमता कमी होण्यापासून रोखण्यासाठी वेल्डिंग दरम्यान उष्णता पुरवठ्यावर अचूक नियंत्रण ठेवणे आणि अतिउष्णता टाळणे देखील महत्त्वाचे आहे. वारंवार आणि सातत्यपूर्ण उच्च-गुणवत्तेचे वेल्ड्स मिळवण्यासाठी उत्पादन प्रक्रियेवर नियंत्रण ठेवणे, तसेच दूषितीकरण टाळण्यासाठी उत्पादनादरम्यान स्टेनलेस स्टीलच्या पाईप्स आणि घटकांची काळजीपूर्वक हाताळणी करणे, या गंज-प्रतिरोधक आणि दीर्घकाळ उत्पादक सेवा देणाऱ्या उच्च-गुणवत्तेच्या पाइपिंग सिस्टीमसाठी आवश्यक गरजा आहेत.
गेल्या दशकात, उच्च-शुद्धता असलेल्या बायोफार्मास्युटिकल स्टेनलेस स्टील पाइपिंग सिस्टीममध्ये वापरल्या जाणाऱ्या सामग्रीमध्ये सुधारित गंज-प्रतिरोधकतेच्या दिशेने उत्क्रांती झाली आहे. १९८० पूर्वी वापरले जाणारे बहुतेक स्टेनलेस स्टील हे ३०४ स्टेनलेस स्टील होते, कारण ते तुलनेने स्वस्त होते आणि पूर्वी वापरल्या जाणाऱ्या तांब्यापेक्षा एक सुधारणा होती. खरे तर, ३०० सिरीजचे स्टेनलेस स्टील मशीनिंगसाठी तुलनेने सोपे असते, त्याच्या गंज-प्रतिरोधकतेत जास्त घट न होता त्याचे फ्यूजन वेल्डिंग करता येते आणि त्याला विशेष प्रीहीट व पोस्टहीट उपचारांची आवश्यकता नसते.
अलीकडे, उच्च-शुद्धता पाइपिंग अनुप्रयोगांमध्ये 316 स्टेनलेस स्टीलचा वापर वाढत आहे. प्रकार 316 रचनेमध्ये प्रकार 304 सारखाच आहे, परंतु दोन्हीमध्ये सामान्य असलेल्या क्रोमियम आणि निकेल मिश्रधातू घटकांव्यतिरिक्त, 316 मध्ये सुमारे 2% मॉलिब्डेनम असते, जे 316 चा गंज प्रतिरोध लक्षणीयरीत्या सुधारते. प्रकार 304L आणि 316L, ज्यांना "L" ग्रेड म्हटले जाते, त्यांमध्ये मानक ग्रेडपेक्षा कार्बनचे प्रमाण कमी असते (0.035% विरुद्ध 0.08%). कार्बनच्या प्रमाणात ही घट वेल्डिंगमुळे होऊ शकणाऱ्या कार्बाइड अवक्षेपणाचे प्रमाण कमी करण्याच्या उद्देशाने केली जाते. ही क्रोमियम कार्बाइडची निर्मिती आहे, जी क्रोमियम बेस मेटलच्या ग्रेन बाउंड्रीज कमी करते, ज्यामुळे ते गंजण्यास प्रवण होते. क्रोमियम कार्बाइडची निर्मिती, ज्याला "सेन्सिटायझेशन" म्हणतात, ही वेळ आणि तापमानावर अवलंबून असते आणि हाताने सोल्डरिंग करताना ही एक मोठी समस्या असते. आम्ही दाखवून दिले आहे की सुपर-ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील AL-6XN चे ऑर्बिटल वेल्डिंग अधिक गंज प्रतिरोधक क्षमता प्रदान करते. हाताने केलेल्या तत्सम वेल्डिंगच्या तुलनेत ऑर्बिटल वेल्डिंगमुळे अधिक प्रतिरोधक वेल्ड्स तयार होतात. याचे कारण असे की, ऑर्बिटल वेल्डिंगमध्ये अँपिअर, पल्सेशन आणि टायमिंगवर अचूक नियंत्रण ठेवता येते, ज्यामुळे मॅन्युअल वेल्डिंगच्या तुलनेत कमी आणि अधिक एकसमान उष्णता मिळते. “L” ग्रेड ३०४ आणि ३१६ च्या संयोगाने ऑर्बिटल वेल्डिंगमुळे पाइपिंग सिस्टीममध्ये गंज निर्माण होण्यामागे कार्बाइड अवक्षेपण हा घटक जवळजवळ नाहीसा होतो.
स्टेनलेस स्टीलमध्ये प्रत्येक हीटनुसार बदल. वेल्डिंग पॅरामीटर्स आणि इतर घटक बऱ्यापैकी अचूक मर्यादेत ठेवता येत असले तरी, प्रत्येक हीटमध्ये स्टेनलेस स्टील वेल्ड करण्यासाठी लागणाऱ्या उष्णतेमध्ये फरक असतो. हीट नंबर हा कारखान्यात एका विशिष्ट स्टेनलेस स्टीलच्या वितळलेल्या मिश्रणाला दिलेला लॉट नंबर असतो. प्रत्येक बॅचची अचूक रासायनिक रचना फॅक्टरी टेस्ट रिपोर्ट (MTR) वर बॅच ओळख किंवा हीट नंबरसह नोंदवली जाते. शुद्ध लोखंड १५३८°C (२८००°F) तापमानावर वितळते, तर मिश्रित धातू प्रत्येक मिश्रधातू किंवा सूक्ष्म मूलद्रव्याच्या प्रकार आणि प्रमाणानुसार वेगवेगळ्या तापमानाच्या श्रेणीत वितळतात. स्टेनलेस स्टीलच्या कोणत्याही दोन हीटमध्ये प्रत्येक मूलद्रव्याचे प्रमाण तंतोतंत सारखे नसल्यामुळे, वेल्डिंगची वैशिष्ट्ये प्रत्येक भट्टीनुसार बदलतात.
AOD पाईप (वर) आणि EBR मटेरियल (खाली) वरील 316L पाईप ऑर्बिटल वेल्ड्सच्या SEM मध्ये वेल्ड बीडच्या गुळगुळीतपणामध्ये लक्षणीय फरक दिसून आला.
जरी समान बाह्य व्यास (OD) आणि जाडी असलेल्या बहुतेक हीटसाठी एकच वेल्डिंग प्रक्रिया उपयुक्त असली तरी, काही हीटसाठी नेहमीपेक्षा कमी अँपिअरची, तर काहींसाठी जास्त अँपिअरची आवश्यकता असते. या कारणास्तव, संभाव्य समस्या टाळण्यासाठी कामाच्या ठिकाणी वेगवेगळ्या सामग्रीला उष्णता देण्यावर काळजीपूर्वक लक्ष ठेवणे आवश्यक आहे. बऱ्याचदा, समाधानकारक वेल्डिंग प्रक्रिया साध्य करण्यासाठी नवीन हीटला अँपिअरमध्ये फक्त थोडासा बदल पुरेसा असतो.
सल्फरची समस्या. मूलद्रव्यीय सल्फर ही लोहखनिजाशी संबंधित एक अशुद्धी आहे, जी पोलाद निर्मिती प्रक्रियेदरम्यान मोठ्या प्रमाणात काढून टाकली जाते. AISI प्रकार 304 आणि 316 स्टेनलेस स्टीलमध्ये सल्फरचे कमाल प्रमाण 0.030% निर्दिष्ट केलेले आहे. आर्गॉन ऑक्सिजन डीकार्बरायझेशन (AOD) सारख्या आधुनिक पोलाद शुद्धीकरण प्रक्रिया आणि व्हॅक्यूम इंडक्शन मेल्टिंगनंतर व्हॅक्यूम आर्क रिमेल्टिंग (VIM+VAR) सारख्या दुहेरी व्हॅक्यूम मेल्टिंग पद्धतींच्या विकासामुळे, खालील बाबींमध्ये अत्यंत विशेष असलेले पोलाद तयार करणे शक्य झाले आहे. त्यांच्या रासायनिक रचनेमुळे, असे दिसून आले आहे की जेव्हा स्टीलमध्ये सल्फरचे प्रमाण सुमारे 0.008% पेक्षा कमी असते, तेव्हा वेल्ड पूलचे गुणधर्म बदलतात. हे सल्फर आणि काही प्रमाणात इतर मूलद्रव्यांच्या वेल्ड पूलच्या पृष्ठताण तापमान गुणांकावरील परिणामामुळे होते, जो द्रव पूलची प्रवाही वैशिष्ट्ये निर्धारित करतो.
अतिशय कमी सल्फर सांद्रतेवर (०.००१% – ०.००३%), मध्यम सल्फर असलेल्या पदार्थांवर केलेल्या तत्सम वेल्डच्या तुलनेत वेल्ड पडलचा (वेल्डिंगनंतर तयार होणारा द्रव) प्रवेश खूप रुंद होतो. कमी सल्फर असलेल्या स्टेनलेस स्टील पाईपवर केलेले वेल्ड अधिक रुंद असतात, तर जाड भिंतीच्या पाईपवर (०.०६५ इंच, किंवा १.६६ मिमी किंवा अधिक) वेल्डमध्ये रिसेस वेल्डिंग (खोलगट वेल्डिंग) होण्याची अधिक प्रवृत्ती असते. जेव्हा वेल्डिंग करंट पूर्णपणे प्रवेश करणारा वेल्ड तयार करण्यासाठी पुरेसा असतो, तेव्हा हे घडते. यामुळे अतिशय कमी सल्फर असलेल्या पदार्थांना वेल्ड करणे अधिक कठीण होते, विशेषतः जाड भिंती असलेल्या पदार्थांना. ३०४ किंवा ३१६ स्टेनलेस स्टीलमध्ये सल्फरच्या उच्च सांद्रतेवर, वेल्ड बीड (वेल्डिंगनंतर तयार होणारा द्रव) मध्यम सल्फर असलेल्या पदार्थांच्या तुलनेत कमी प्रवाही आणि अधिक खडबडीत दिसतो. म्हणून, वेल्डिंगच्या योग्यतेसाठी, फार्मास्युटिकल दर्जाच्या ट्यूबिंगसाठी ASTM A270 S2 मध्ये नमूद केल्यानुसार, आदर्श सल्फरचे प्रमाण अंदाजे ०.००५% ते ०.०१७% च्या दरम्यान असावे.
इलेक्ट्रोपॉलिश केलेल्या स्टेनलेस स्टील पाईपच्या उत्पादकांच्या असे लक्षात आले आहे की, 316 किंवा 316L स्टेनलेस स्टीलमध्ये सल्फरचे प्रमाण अगदी कमी असले तरी, त्यांच्या सेमीकंडक्टर आणि बायोफार्मास्युटिकल ग्राहकांच्या गुळगुळीत, खड्डेविरहित आतील पृष्ठभागाच्या गरजा पूर्ण करणे कठीण होते. ट्यूबच्या पृष्ठभागाच्या गुळगुळीतपणाची पडताळणी करण्यासाठी स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपीचा वापर अधिकाधिक सामान्य होत आहे. असे दिसून आले आहे की, मूळ धातूंमधील सल्फरमुळे अधातू समावेश किंवा मॅंगनीज सल्फाइड (MnS) चे "स्ट्रिंगर्स" तयार होतात, जे इलेक्ट्रोपॉलिशिंग दरम्यान काढून टाकले जातात आणि 0.25-1.0 मायक्रॉनच्या श्रेणीत पोकळ्या निर्माण करतात.
इलेक्ट्रोपॉलिश केलेल्या ट्यूब्सचे उत्पादक आणि पुरवठादार त्यांच्या पृष्ठभागाच्या फिनिशच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी बाजाराला अत्यंत कमी सल्फर असलेल्या सामग्रीच्या वापराकडे नेत आहेत. तथापि, ही समस्या केवळ इलेक्ट्रोपॉलिश केलेल्या ट्यूब्सपुरती मर्यादित नाही, कारण नॉन-इलेक्ट्रोपॉलिश केलेल्या ट्यूब्समध्ये पाइपिंग सिस्टीमच्या पॅसिव्हेशन दरम्यान अशुद्ध घटक काढून टाकले जातात. असे दिसून आले आहे की गुळगुळीत पृष्ठभागांच्या तुलनेत पोकळ्यांवर खड्डे पडण्याची शक्यता जास्त असते. त्यामुळे कमी-सल्फर, "स्वच्छ" सामग्रीच्या वापराकडे कल वाढण्यामागे काही योग्य कारणे आहेत.
आर्क डिफ्लेक्शन (Arc deflection). स्टेनलेस स्टीलची वेल्डिंग क्षमता सुधारण्याव्यतिरिक्त, काही प्रमाणात सल्फरच्या उपस्थितीमुळे मशिनिंग क्षमता देखील सुधारते. परिणामी, उत्पादक आणि निर्माते निर्दिष्ट सल्फर सामग्रीच्या श्रेणीतील उच्च स्तरावरील सामग्री निवडण्याकडे कल ठेवतात. खूप कमी सल्फर सांद्रता असलेल्या ट्यूबिंगला जास्त सल्फर सामग्री असलेल्या फिटिंग्ज, व्हॉल्व्ह किंवा इतर ट्यूबिंगशी वेल्डिंग केल्यास वेल्डिंगच्या समस्या निर्माण होऊ शकतात, कारण आर्क कमी सल्फर सामग्री असलेल्या ट्यूबिंगकडे झुकलेला असतो. जेव्हा आर्क डिफ्लेक्शन होते, तेव्हा जास्त सल्फर असलेल्या बाजूपेक्षा कमी-सल्फर असलेल्या बाजूला वेल्डिंग अधिक खोलवर जाते, जे समान सल्फर सांद्रता असलेल्या पाईप्सचे वेल्डिंग करताना घडणाऱ्या गोष्टींच्या उलट आहे. अत्यंत गंभीर प्रकरणांमध्ये, वेल्ड बीड कमी-सल्फर सामग्रीमध्ये पूर्णपणे प्रवेश करू शकतो आणि वेल्डचा आतील भाग पूर्णपणे न वितळलेला सोडू शकतो (फिहे आणि सिमेन्यू, १९८२). फिटिंग्जमधील सल्फर सामग्री पाईपमधील सल्फर सामग्रीशी जुळवण्यासाठी, पेनसिल्व्हेनियाच्या कारपेंटर टेक्नॉलॉजी कॉर्पोरेशनच्या कारपेंटर स्टील डिव्हिजनने कमी सल्फर सामग्री असलेले साहित्य सादर केले आहे. कमी सल्फर असलेल्या पाईप्सना वेल्ड करण्यासाठी असलेल्या फिटिंग्ज आणि इतर घटकांच्या निर्मितीसाठी सल्फर (कमाल ०.००५%) ३१६ बार स्टॉक (प्रकार ३१६एल-एससीक्यू) (व्हीआयएम+व्हीएआर) वापरला जातो. एका जास्त सल्फर असलेल्या पदार्थाला एका खूप कमी सल्फर असलेल्या पदार्थाशी वेल्ड करण्यापेक्षा, दोन खूप कमी सल्फर असलेल्या पदार्थांना एकमेकांना वेल्ड करणे खूप सोपे असते.
कमी-गंधक असलेल्या ट्यूब्सच्या वापराकडे झालेला बदल हा मुख्यत्वे ट्यूबच्या आतील पृष्ठभाग गुळगुळीत आणि इलेक्ट्रोपॉलिश करण्याची गरज असल्यामुळे आहे. पृष्ठभागाची फिनिशिंग आणि इलेक्ट्रोपॉलिशिंग हे सेमीकंडक्टर उद्योग आणि बायोटेक/फार्मास्युटिकल उद्योग या दोन्हींसाठी महत्त्वाचे असले तरी, सेमीकंडक्टर उद्योगाचे स्पेसिफिकेशन लिहिताना, SEMI ने नमूद केले की प्रक्रिया गॅस लाईन्ससाठी वापरल्या जाणाऱ्या 316L ट्यूबिंगमध्ये सर्वोत्तम कामगिरीसाठी 0.004% गंधकाची मर्यादा असणे आवश्यक आहे. दुसरीकडे, ASTM ने त्यांच्या ASTM 270 स्पेसिफिकेशनमध्ये बदल करून फार्मास्युटिकल-ग्रेड ट्यूबिंगचा समावेश केला आहे, जे गंधकाचे प्रमाण 0.005 ते 0.017% पर्यंत मर्यादित करते. यामुळे कमी श्रेणीतील गंधकाच्या तुलनेत वेल्डिंगमधील अडचणी कमी झाल्या पाहिजेत. तथापि, हे लक्षात घेतले पाहिजे की या मर्यादित श्रेणीतही, कमी-गंधक पाईप्सना जास्त-गंधक पाईप्स किंवा फिटिंग्जसोबत वेल्डिंग करताना आर्क डिफ्लेक्शन होऊ शकते, आणि इन्स्टॉलर्सनी मटेरियलच्या तापण्यावर काळजीपूर्वक लक्ष ठेवावे आणि फॅब्रिकेशनपूर्वी सोल्डरची सुसंगतता तपासावी. वेल्ड्स.
इतर सूक्ष्म मूलद्रव्ये. सल्फर, ऑक्सिजन, ॲल्युमिनियम, सिलिकॉन आणि मँगनीज यांसारख्या सूक्ष्म मूलद्रव्यांचा वेधनावर परिणाम होत असल्याचे आढळून आले आहे. मूळ धातूमध्ये ऑक्साईडच्या स्वरूपात असलेले ॲल्युमिनियम, सिलिकॉन, कॅल्शियम, टायटॅनियम आणि क्रोमियम यांचे सूक्ष्म प्रमाण वेल्डिंग दरम्यान स्लग निर्मितीशी संबंधित असते.
विविध घटकांचे परिणाम संचयी असतात, त्यामुळे ऑक्सिजनची उपस्थिती कमी सल्फरच्या काही परिणामांना निष्प्रभ करू शकते. ॲल्युमिनियमची उच्च पातळी सल्फरच्या प्रवेशावरील सकारात्मक परिणामास निष्प्रभ करू शकते. वेल्डिंगच्या तापमानाला मॅंगनीजचे बाष्पीभवन होते आणि ते वेल्डिंगच्या उष्णतेने प्रभावित क्षेत्रात जमा होते. मॅंगनीजच्या या संचयामुळे क्षरण-प्रतिरोधक क्षमता कमी होते. (कोहेन, १९९७ पहा). क्षरण-प्रतिरोधक क्षमतेची ही घट टाळण्यासाठी सेमीकंडक्टर उद्योग सध्या कमी मॅंगनीज आणि अगदी अति-कमी मॅंगनीज असलेल्या ३१६एल सामग्रीवर प्रयोग करत आहे.
स्लॅगची निर्मिती. काही हीटमध्ये स्टेनलेस स्टीलच्या बीडवर अधूनमधून स्लॅगचे ठिपके दिसतात. ही मुळात मटेरियलची समस्या आहे, परंतु कधीकधी वेल्डिंग पॅरामीटर्समध्ये बदल करून हे कमी केले जाऊ शकते, किंवा आर्गॉन/हायड्रोजन मिश्रणात बदल करून वेल्ड सुधारला जाऊ शकतो. पोलार्ड यांना असे आढळले की बेस मेटलमधील ॲल्युमिनियम आणि सिलिकॉनचे प्रमाण स्लॅगच्या निर्मितीवर परिणाम करते. नको असलेल्या प्लाक-प्रकारच्या स्लॅगची निर्मिती टाळण्यासाठी, ते ॲल्युमिनियमचे प्रमाण ०.०१०% आणि सिलिकॉनचे प्रमाण ०.५% ठेवण्याची शिफारस करतात. तथापि, जेव्हा Al/Si प्रमाण या पातळीपेक्षा जास्त असते, तेव्हा प्लाक प्रकाराऐवजी गोलाकार स्लॅग तयार होऊ शकतो. या प्रकारचा स्लॅग इलेक्ट्रोपॉलिशिंगनंतर खड्डे सोडू शकतो, जे उच्च-शुद्धतेच्या ॲप्लिकेशन्ससाठी अस्वीकार्य आहे. वेल्डच्या बाहेरील बाजूस (OD) तयार होणारे स्लॅगचे ठिपके आतील बाजूस (ID) असमान प्रवेशास कारणीभूत ठरू शकतात आणि अपुरा प्रवेश होऊ शकतो. आतील वेल्ड बीडवर तयार होणारे स्लॅगचे ठिपके गंजण्यास प्रवण असू शकतात.
स्पंदनयुक्त एक-फेरी वेल्ड. मानक स्वयंचलित ऑर्बिटल ट्यूब वेल्डिंग हे स्पंदित प्रवाह आणि सतत स्थिर गतीने होणाऱ्या रोटेशनसह एक-फेरी वेल्ड आहे. हे तंत्र १/८" ते अंदाजे ७" बाह्य व्यास आणि ०.०८३" व त्यापेक्षा कमी जाडीच्या भिंती असलेल्या पाईपसाठी योग्य आहे. ठराविक वेळेच्या पूर्व-शुद्धीकरणानंतर, आर्किंग होते. ट्यूबच्या भिंतीमध्ये प्रवेश एका ठराविक वेळेच्या विलंबादरम्यान केला जातो, ज्यामध्ये आर्किंग असते परंतु रोटेशन होत नाही. या रोटेशनल विलंबानंतर, वेल्डिंगच्या शेवटच्या थरादरम्यान वेल्ड जोडेपर्यंत किंवा वेल्डच्या सुरुवातीच्या भागावर आच्छादित होईपर्यंत इलेक्ट्रोड वेल्ड जॉइंटभोवती फिरतो. जेव्हा कनेक्शन पूर्ण होते, तेव्हा ठराविक वेळेच्या अंतराने प्रवाह हळूहळू कमी होतो.
स्टेप मोड (“सिंक्रोनाइज्ड” वेल्डिंग). साधारणपणे ०.०८३ इंचापेक्षा जास्त जाडीच्या भिंती असलेल्या साहित्याच्या फ्यूजन वेल्डिंगसाठी, फ्यूजन वेल्डिंग पॉवर सोर्स सिंक्रोनस किंवा स्टेप मोडमध्ये वापरला जाऊ शकतो. सिंक्रोनस किंवा स्टेप मोडमध्ये, वेल्डिंग करंट पल्स स्ट्रोकसोबत सिंक्रोनाइझ केलेला असतो, त्यामुळे जास्त करंट पल्स दरम्यान जास्तीत जास्त प्रवेशासाठी रोटर स्थिर राहतो आणि कमी करंट पल्स दरम्यान फिरतो. पारंपरिक वेल्डिंगच्या दशांश किंवा शतांश सेकंदाच्या पल्स वेळेच्या तुलनेत, सिंक्रोनस तंत्रात ०.५ ते १.५ सेकंदांच्या श्रेणीतील जास्त पल्स वेळ वापरला जातो. हे तंत्र ०.१५४″ किंवा ६″ जाडीच्या भिंती असलेल्या ४० गेज ४० थिन वॉल पाईपला प्रभावीपणे वेल्ड करू शकते. स्टेप तंत्रामुळे अधिक रुंद वेल्ड तयार होतो, ज्यामुळे ते दोष-सहिष्णु बनते आणि पाईप फिटिंग्जसारख्या अनियमित भागांना पाईप्सशी जोडण्यासाठी उपयुक्त ठरते, जिथे आयामी सहनशीलतेमध्ये फरक, काही चुकीचे संरेखन किंवा साहित्याची औष्णिक विसंगती असू शकते. या प्रकारच्या वेल्डिंगसाठी आवश्यक आहे पारंपारिक वेल्डिंगच्या तुलनेत आर्क टाइम अंदाजे दुप्पट असतो आणि रुंद व खडबडीत सीममुळे अल्ट्रा-हाय-प्युरिटी (UHP) ॲप्लिकेशन्ससाठी कमी उपयुक्त आहे.
प्रोग्राम करण्यायोग्य व्हेरिएबल्स. सध्याच्या पिढीतील वेल्डिंग पॉवर सोर्सेस मायक्रोप्रोसेसर-आधारित आहेत आणि वेल्ड करायच्या पाईपच्या विशिष्ट व्यासासाठी (OD) आणि भिंतीच्या जाडीसाठी वेल्डिंग पॅरामीटर्सची संख्यात्मक मूल्ये निर्दिष्ट करणारे प्रोग्राम्स साठवतात, ज्यात पर्ज टाइम, वेल्डिंग करंट, ट्रॅव्हल स्पीड (RPM), लेयर्सची संख्या आणि प्रति लेयर वेळ, पल्स टाइम, डाउनहिल टाइम इत्यादींचा समावेश आहे. फिलर वायर जोडलेल्या ऑर्बिटल ट्यूब वेल्ड्ससाठी, प्रोग्राम पॅरामीटर्समध्ये वायर फीड स्पीड, टॉर्च ऑसिलेशन अॅम्प्लिट्यूड आणि ड्वेल टाइम, AVC (स्थिर आर्क गॅप प्रदान करण्यासाठी आर्क व्होल्टेज नियंत्रण) आणि अपस्लोप यांचा समावेश असेल. फ्यूजन वेल्डिंग करण्यासाठी, योग्य इलेक्ट्रोड आणि पाईप क्लॅम्प इन्सर्टसह वेल्डिंग हेड पाईपवर स्थापित करा आणि पॉवर सोर्सच्या मेमरीमधून वेल्डिंग शेड्यूल किंवा प्रोग्राम आठवा. बटण किंवा मेम्ब्रेन पॅनल की दाबून वेल्डिंग क्रम सुरू केला जातो आणि ऑपरेटरच्या हस्तक्षेपाशिवाय वेल्डिंग चालू राहते.
प्रोग्राम न करता येणारे घटक. वेल्डची गुणवत्ता सातत्याने चांगली मिळवण्यासाठी, वेल्डिंग पॅरामीटर्स काळजीपूर्वक नियंत्रित करणे आवश्यक आहे. हे वेल्डिंग पॉवर सोर्स आणि वेल्डिंग प्रोग्रामच्या अचूकतेद्वारे साध्य केले जाते. वेल्डिंग प्रोग्राम म्हणजे पॉवर सोर्समध्ये प्रविष्ट केलेल्या सूचनांचा एक संच असतो, ज्यामध्ये विशिष्ट आकाराच्या पाईप किंवा नळीच्या वेल्डिंगसाठी वेल्डिंग पॅरामीटर्स समाविष्ट असतात. वेल्डिंग मान्य मानकांनुसार आहे याची खात्री करण्यासाठी, वेल्डिंग स्वीकृती निकष निर्दिष्ट करणारे प्रभावी वेल्डिंग मानकांचा संच आणि काही वेल्डिंग तपासणी व गुणवत्ता नियंत्रण प्रणाली असणे देखील आवश्यक आहे. तथापि, वेल्डिंग पॅरामीटर्स व्यतिरिक्त इतर काही घटक आणि प्रक्रिया देखील काळजीपूर्वक नियंत्रित करणे आवश्यक आहे. या घटकांमध्ये चांगल्या एंड प्रिपरेशन उपकरणांचा वापर, चांगली स्वच्छता आणि हाताळणी पद्धती, वेल्ड केल्या जाणाऱ्या ट्यूबिंग किंवा इतर भागांची चांगली डायमेंशनल टॉलरन्स, टंगस्टनचा प्रकार आणि आकारात सुसंगतता, अत्यंत शुद्ध निष्क्रिय वायू आणि मटेरियलमधील बदलांकडे काळजीपूर्वक लक्ष देणे यांचा समावेश होतो. - उच्च तापमान.
मॅन्युअल वेल्डिंगच्या तुलनेत ऑर्बिटल वेल्डिंगमध्ये पाईपच्या टोकाच्या वेल्डिंगसाठीची तयारीची आवश्यकता अधिक महत्त्वाची असते. ऑर्बिटल पाईप वेल्डिंगसाठी वेल्ड केलेले सांधे सहसा स्क्वेअर बट जॉइंट्स असतात. ऑर्बिटल वेल्डिंगमध्ये अपेक्षित असलेली पुनरावृत्तीक्षमता मिळवण्यासाठी, अचूक, सुसंगत आणि मशीनद्वारे तयार केलेली टोकाची तयारी आवश्यक असते. वेल्डिंग करंट भिंतीच्या जाडीवर अवलंबून असल्यामुळे, टोके चौरस असणे आवश्यक आहे आणि त्यांच्या बाह्य (OD) किंवा अंतर्गत (ID) बाजूस कोणतेही बर्स किंवा बेव्हल्स नसावेत, ज्यामुळे भिंतीची जाडी वेगवेगळी होऊ शकते.
पाईपची टोके वेल्ड हेडमध्ये अशा प्रकारे जुळली पाहिजेत की स्क्वेअर बट जॉइंटच्या टोकांमध्ये कोणतीही लक्षणीय फट दिसू नये. जरी लहान फटी असलेले वेल्डेड जॉइंट्स तयार करता येत असले तरी, वेल्डच्या गुणवत्तेवर प्रतिकूल परिणाम होऊ शकतो. फट जितकी मोठी असेल, तितकी समस्या असण्याची शक्यता जास्त असते. खराब जोडणीमुळे सोल्डरिंग पूर्णपणे अयशस्वी होऊ शकते. जॉर्ज फिशर आणि इतरांनी बनवलेले पाईप सॉ, जे एकाच ऑपरेशनमध्ये पाईप कापतात आणि पाईपची टोके फेस करतात, किंवा प्रोटेम, वॉक्स आणि इतरांनी बनवलेले पोर्टेबल एंड प्रिपरेशन लेथ्स, यांचा उपयोग अनेकदा मशिनिंगसाठी योग्य असे गुळगुळीत एंड ऑर्बिटल वेल्ड्स बनवण्यासाठी केला जातो. चॉप सॉ, हॅकसॉ, बँड सॉ आणि ट्यूबिंग कटर या कामासाठी योग्य नाहीत.
वेल्डिंगसाठी शक्ती पुरवणाऱ्या वेल्डिंग पॅरामीटर्स व्यतिरिक्त, असे इतर घटक आहेत जे वेल्डिंगवर मोठा परिणाम करू शकतात, परंतु ते प्रत्यक्ष वेल्डिंग प्रक्रियेचा भाग नसतात. यामध्ये टंगस्टनचा प्रकार आणि आकार, आर्कला शील्ड करण्यासाठी आणि वेल्ड जॉइंटच्या आतील भाग शुद्ध करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या वायूचा प्रकार आणि शुद्धता, शुद्धीकरणासाठी वापरलेला वायू प्रवाह दर, वापरलेल्या हेड आणि पॉवर सोर्सचा प्रकार, जॉइंटची रचना आणि इतर कोणतीही संबंधित माहिती यांचा समावेश होतो. आपण यांना "नॉन-प्रोग्रामेबल" घटक म्हणतो आणि त्यांची नोंद वेल्डिंग शेड्यूलवर करतो. उदाहरणार्थ, ASME सेक्शन IX बॉयलर आणि प्रेशर वेसल कोडचे पालन करण्यासाठी वेल्डिंग प्रक्रिया स्पेसिफिकेशन (WPS) मध्ये वायूचा प्रकार हा एक आवश्यक घटक मानला जातो. वायूच्या प्रकारात किंवा वायू मिश्रणाच्या टक्केवारीत बदल, किंवा ID पर्जिंग काढून टाकल्यास वेल्डिंग प्रक्रियेचे पुनर्मूल्यांकन करणे आवश्यक असते.
वेल्डिंग गॅस. स्टेनलेस स्टील सामान्य तापमानात वातावरणातील ऑक्सिजन ऑक्सिडेशनला प्रतिरोधक असते. जेव्हा ते त्याच्या वितळणबिंदूपर्यंत (शुद्ध लोखंडासाठी १५३०°C किंवा २८००°F) गरम केले जाते, तेव्हा त्याचे सहज ऑक्सिडेशन होते. ऑर्बिटल GTAW प्रक्रियेद्वारे अंतर्गत वेल्डेड सांधे शुद्ध करण्यासाठी आणि शिल्डिंग गॅस म्हणून निष्क्रिय आर्गॉनचा सर्वाधिक वापर केला जातो. ऑक्सिजन आणि आर्द्रतेच्या तुलनेत वायूची शुद्धता, वेल्डिंगनंतर वेल्डवर किंवा त्याच्या जवळ होणाऱ्या ऑक्सिडेशन-प्रेरित विवर्णतेचे प्रमाण ठरवते. जर पर्ज गॅस उच्च दर्जाचा नसेल किंवा पर्ज प्रणाली पूर्णपणे गळतीमुक्त नसेल, ज्यामुळे पर्ज प्रणालीमध्ये थोडी हवा शिरते, तर ऑक्सिडेशन फिकट निळसर किंवा निळसर रंगाचे असू शकते. अर्थात, कोणतीही स्वच्छता न केल्यास सामान्यतः "स्वीटन्ड" म्हणून ओळखला जाणारा खडबडीत काळा पृष्ठभाग तयार होणार नाही. सिलेंडरमध्ये पुरवला जाणारा वेल्डिंग ग्रेड आर्गॉन पुरवठादारानुसार ९९.९९६-९९.९९७% शुद्ध असतो आणि त्यात ५-७ पीपीएम ऑक्सिजन आणि H2O, O2, यांसारख्या इतर अशुद्धी असतात. CO2, हायड्रोकार्बन्स, इत्यादी, एकूण कमाल ४० पीपीएम पर्यंत. सिलेंडरमधील उच्च-शुद्धतेचा आर्गॉन किंवा डेवारमधील द्रव आर्गॉन ९९.९९९% शुद्ध किंवा १० पीपीएम एकूण अशुद्धता असलेला असू शकतो, ज्यामध्ये कमाल २ पीपीएम ऑक्सिजन असतो. टीप: शुद्धीकरण प्रक्रियेदरम्यान दूषिततेची पातळी पार्ट्स पर बिलियन (ppb) श्रेणीपर्यंत कमी करण्यासाठी नॅनोकेम किंवा गेटकीपर सारखे गॅस प्युरिफायर वापरले जाऊ शकतात.
मिश्रित रचना. ७५% हेलियम/२५% आर्गॉन आणि ९५% आर्गॉन/५% हायड्रोजन यांसारखी वायू मिश्रणे विशेष उपयोगांसाठी शिल्डिंग गॅस म्हणून वापरली जाऊ शकतात. आर्गॉनच्या समान प्रोग्राम सेटिंग्ज अंतर्गत केलेल्या वेल्ड्सपेक्षा या दोन मिश्रणांमुळे अधिक उष्ण वेल्ड्स तयार झाले. कार्बन स्टीलवर फ्यूजन वेल्डिंगद्वारे जास्तीत जास्त वेध घेण्यासाठी हेलियम मिश्रणे विशेषतः योग्य आहेत. सेमीकंडक्टर उद्योगातील एक सल्लागार UHP (अल्ट्रा-हाय प्रेशर) अनुप्रयोगांसाठी शिल्डिंग गॅस म्हणून आर्गॉन/हायड्रोजन मिश्रणांच्या वापराची शिफारस करतात. हायड्रोजन मिश्रणांचे अनेक फायदे आहेत, परंतु काही गंभीर तोटे देखील आहेत. याचा फायदा असा आहे की यामुळे अधिक ओला पडल (wheat puddle) आणि गुळगुळीत वेल्ड पृष्ठभाग तयार होतो, जे शक्य तितक्या गुळगुळीत अंतर्गत पृष्ठभागासह अल्ट्रा-हाय प्रेशर गॅस डिलिव्हरी सिस्टीम लागू करण्यासाठी आदर्श आहे. हायड्रोजनच्या उपस्थितीमुळे एक रिड्यूसिंग वातावरण तयार होते, त्यामुळे जर वायू मिश्रणात ऑक्सिजनचे अंश असतील, तर शुद्ध आर्गॉनमधील समान ऑक्सिजन एकाग्रतेच्या तुलनेत परिणामी वेल्ड कमी रंगहीनतेसह अधिक स्वच्छ दिसेल. हा परिणाम सुमारे ५% हायड्रोजनच्या प्रमाणात सर्वोत्तम असतो. काहीजण ९५/५% आर्गॉन/हायड्रोजन मिश्रण वापरतात. आतील वेल्ड बीडचे स्वरूप सुधारण्यासाठी ID पर्ज म्हणून.
शिल्डिंग गॅस म्हणून हायड्रोजन मिश्रणाचा वापर केल्यास वेल्ड बीड अरुंद होतो, परंतु स्टेनलेस स्टीलमध्ये सल्फरचे प्रमाण खूप कमी असते आणि त्यामुळे अमिश्रित आर्गॉनच्या तुलनेत वेल्डमध्ये जास्त उष्णता निर्माण होते. आर्गॉन/हायड्रोजन मिश्रणाचा एक महत्त्वाचा तोटा म्हणजे, शुद्ध आर्गॉनच्या तुलनेत आर्क खूप कमी स्थिर असतो आणि आर्क भरकटण्याची प्रवृत्ती असते, जी मिसफ्यूजनला कारणीभूत ठरू शकते. वेगळ्या मिश्रित वायूचा स्रोत वापरल्यास आर्क भरकटणे नाहीसे होऊ शकते, यावरून असे सूचित होते की हे दूषितीकरण किंवा अयोग्य मिश्रणामुळे होत असावे. आर्कद्वारे निर्माण होणारी उष्णता हायड्रोजनच्या सांद्रतेनुसार बदलत असल्यामुळे, पुन्हा पुन्हा वेल्ड मिळवण्यासाठी एक स्थिर सांद्रता आवश्यक असते आणि पूर्व-मिश्रित बाटलीबंद वायूमध्ये फरक असतो. आणखी एक तोटा म्हणजे हायड्रोजन मिश्रणाचा वापर केल्यास टंगस्टनचे आयुष्य खूप कमी होते. मिश्रित वायूमुळे टंगस्टन खराब होण्याचे कारण अद्याप निश्चित झालेले नसले तरी, असे नोंदवले गेले आहे की आर्क अधिक कठीण होतो आणि एक किंवा दोन वेल्डनंतर टंगस्टन बदलण्याची आवश्यकता भासू शकते. आर्गॉन/हायड्रोजन मिश्रणाचा वापर केला जाऊ शकत नाही. कार्बन स्टील किंवा टायटॅनियम वेल्ड करणे.
TIG प्रक्रियेचे एक वैशिष्ट्य म्हणजे त्यात इलेक्ट्रोड वापरले जात नाहीत. कोणत्याही धातूपेक्षा टंगस्टनचा वितळणांक सर्वाधिक (6098°F; 3370°C) आहे आणि तो एक चांगला इलेक्ट्रॉन उत्सर्जक आहे, ज्यामुळे तो न वापरल्या जाणाऱ्या इलेक्ट्रोड म्हणून वापरण्यासाठी विशेषतः योग्य ठरतो. आर्क सुरू होणे आणि आर्कची स्थिरता सुधारण्यासाठी, सेरिया, लँथेनम ऑक्साईड किंवा थोरियम ऑक्साईड यांसारख्या विशिष्ट दुर्मिळ मृदा ऑक्साईडचे २% प्रमाण त्यात मिसळून त्याचे गुणधर्म सुधारले जातात. सेरियम टंगस्टनच्या उत्कृष्ट गुणधर्मांमुळे, विशेषतः ऑर्बिटल GTAW अनुप्रयोगांसाठी, शुद्ध टंगस्टनचा वापर GTAW मध्ये क्वचितच केला जातो. थोरियम टंगस्टनचा वापर पूर्वीपेक्षा कमी झाला आहे कारण ते काही प्रमाणात किरणोत्सर्गी असतात.
पॉलिश केलेले इलेक्ट्रोड आकाराने अधिक एकसमान असतात. खडबडीत किंवा विसंगत पृष्ठभागापेक्षा गुळगुळीत पृष्ठभाग नेहमीच श्रेयस्कर असतो, कारण सातत्यपूर्ण आणि एकसमान वेल्डिंग परिणामांसाठी इलेक्ट्रोडच्या भूमितीमधील सुसंगतता अत्यंत महत्त्वाची असते. टोकातून उत्सर्जित होणारे इलेक्ट्रॉन (DCEN) टंगस्टनच्या टोकापासून वेल्डपर्यंत उष्णता हस्तांतरित करतात. अधिक बारीक टोकामुळे करंट डेन्सिटी खूप जास्त ठेवता येते, परंतु त्यामुळे टंगस्टनचे आयुष्य कमी होऊ शकते. ऑर्बिटल वेल्डिंगसाठी, टंगस्टनच्या भूमितीची पुनरावृत्तीक्षमता आणि वेल्डची पुनरावृत्तीक्षमता सुनिश्चित करण्यासाठी इलेक्ट्रोडचे टोक यांत्रिकरित्या ग्राइंड करणे महत्त्वाचे आहे. बोथट टोक वेल्डमधील आर्कला टंगस्टनवरील एकाच जागेवर ढकलते. टोकाचा व्यास आर्कचा आकार आणि विशिष्ट करंटवर होणारे वेधन नियंत्रित करतो. टेपर अँगल आर्कच्या करंट/व्होल्टेज वैशिष्ट्यांवर परिणाम करतो आणि तो निर्दिष्ट व नियंत्रित करणे आवश्यक आहे. टंगस्टनची लांबी महत्त्वाची आहे कारण आर्क गॅप सेट करण्यासाठी टंगस्टनची ज्ञात लांबी वापरली जाऊ शकते. विशिष्ट करंट मूल्यासाठी आर्क गॅप व्होल्टेज आणि त्यामुळे वेल्डला लागू होणारी पॉवर निश्चित करते.
इलेक्ट्रोडचा आकार आणि त्याच्या टोकाचा व्यास वेल्डिंग करंटच्या तीव्रतेनुसार निवडला जातो. जर करंट इलेक्ट्रोड किंवा त्याच्या टोकासाठी खूप जास्त असेल, तर टोकातून धातू गळू शकतो, आणि करंटसाठी खूप जास्त व्यासाचे टोक असलेले इलेक्ट्रोड वापरल्याने आर्क ड्रिफ्ट होऊ शकतो. आम्ही वेल्ड जॉइंटच्या भिंतीच्या जाडीनुसार इलेक्ट्रोड आणि टोकाचा व्यास निश्चित करतो आणि ०.०९३″ भिंतीच्या जाडीपर्यंतच्या जवळजवळ प्रत्येक गोष्टीसाठी ०.०६२५ व्यासाचा वापर करतो, मात्र लहान अचूक घटकांच्या वेल्डिंगसाठी ०.०४०″ व्यासाचे इलेक्ट्रोड वापरण्याची रचना केलेली नसते. वेल्डिंग प्रक्रियेच्या पुनरावृत्तीक्षमतेसाठी, टंगस्टनचा प्रकार आणि फिनिश, लांबी, टेपर कोन, व्यास, टोकाचा व्यास आणि आर्क गॅप हे सर्व निर्दिष्ट आणि नियंत्रित करणे आवश्यक आहे. ट्यूब वेल्डिंग ॲप्लिकेशन्ससाठी, सेरियम टंगस्टनची नेहमी शिफारस केली जाते कारण या प्रकाराचे सेवा आयुष्य इतर प्रकारांपेक्षा खूप जास्त असते आणि त्यात उत्कृष्ट आर्क इग्निशन वैशिष्ट्ये असतात. सेरियम टंगस्टन अ-किरणोत्सर्गी आहे.
अधिक माहितीसाठी, कृपया बार्बरा हेनॉन, टेक्निकल पब्लिकेशन्स मॅनेजर, आर्क मशीन्स, इंक., 10280 ग्लेनोक्स बुलेवर्ड, पॅकोइमा, सीए 91331 यांच्याशी संपर्क साधा. फोन: 818-896-9556. फॅक्स: 818-890-3724.