स्टेनलेस स्टील की वेल्डिंग के लिए फिलर मेटल का चयन कैसे करें

वेनझोउ तियान्यु इलेक्ट्रॉनिक कंपनी लिमिटेड का यह लेख बताता है कि स्टेनलेस स्टील की वेल्डिंग के लिए फिलर धातुओं का चयन करते समय किन बातों का ध्यान रखना चाहिए।

स्टेनलेस स्टील की वे खूबियाँ जो इसे इतना आकर्षक बनाती हैं - जैसे कि इसके यांत्रिक गुणों को अपनी आवश्यकतानुसार ढालने की क्षमता और जंग व ऑक्सीकरण के प्रति प्रतिरोधक क्षमता - वेल्डिंग के लिए उपयुक्त फिलर धातु का चयन करने की जटिलता को भी बढ़ा देती हैं। किसी भी आधार सामग्री के संयोजन के लिए, लागत संबंधी मुद्दों, सेवा स्थितियों, वांछित यांत्रिक गुणों और वेल्डिंग से संबंधित कई अन्य कारकों के आधार पर, कई प्रकार के इलेक्ट्रोड उपयुक्त हो सकते हैं।

यह लेख विषय की जटिलता को समझने के लिए आवश्यक तकनीकी पृष्ठभूमि प्रदान करता है और फिर फिलर मेटल आपूर्तिकर्ताओं से पूछे जाने वाले कुछ सबसे आम प्रश्नों के उत्तर देता है। यह उपयुक्त स्टेनलेस स्टील फिलर मेटल के चयन के लिए सामान्य दिशानिर्देश स्थापित करता है और फिर उन दिशानिर्देशों के सभी अपवादों की व्याख्या करता है! यह लेख वेल्डिंग प्रक्रियाओं को कवर नहीं करता है, क्योंकि यह एक अलग लेख का विषय है।

चार श्रेणीयाँ, अनेक मिश्रधातु तत्व

स्टेनलेस स्टील की चार मुख्य श्रेणियां हैं:

austenitic
martensitic
फेरिटिक
दोहरा

इन नामों का व्युत्पन्न इस्पात की क्रिस्टलीय संरचना से हुआ है जो सामान्यतः कमरे के तापमान पर पाई जाती है। जब निम्न-कार्बन इस्पात को 912 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर गर्म किया जाता है, तो इस्पात के परमाणु कमरे के तापमान पर फेराइट नामक संरचना से पुनर्व्यवस्थित होकर ऑस्टेनाइट नामक क्रिस्टलीय संरचना में परिवर्तित हो जाते हैं। ठंडा होने पर, परमाणु अपनी मूल संरचना, फेराइट में वापस आ जाते हैं। उच्च तापमान वाली संरचना, ऑस्टेनाइट, गैर-चुंबकीय, लचीली होती है और कमरे के तापमान पर मौजूद फेराइट की तुलना में इसकी शक्ति कम और तन्यता अधिक होती है।

जब इस्पात में 16% से अधिक क्रोमियम मिलाया जाता है, तो कमरे के तापमान पर क्रिस्टलीय संरचना, फेराइट, स्थिर हो जाती है और इस्पात सभी तापमानों पर फेराइट अवस्था में बना रहता है। इसलिए इस मिश्र धातु को फेराइटिक स्टेनलेस स्टील कहा जाता है। जब इस्पात में 17% से अधिक क्रोमियम और 7% निकेल मिलाया जाता है, तो इस्पात की उच्च-तापमान क्रिस्टलीय संरचना, ऑस्टेनाइट, स्थिर हो जाती है और यह निम्नतम तापमान से लेकर लगभग गलनांक तक सभी तापमानों पर बनी रहती है।

ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील को आमतौर पर 'क्रोम-निकल' प्रकार कहा जाता है, और मार्टेन्सिटिक और फेरिटिक स्टील को आमतौर पर 'स्ट्रेट क्रोम' प्रकार कहा जाता है। स्टेनलेस स्टील और वेल्ड मेटल में उपयोग किए जाने वाले कुछ मिश्रधातु तत्व ऑस्टेनाइट स्टेबलाइजर के रूप में कार्य करते हैं, जबकि अन्य फेराइट स्टेबलाइजर के रूप में। सबसे महत्वपूर्ण ऑस्टेनाइट स्टेबलाइजर निकल, कार्बन, मैंगनीज और नाइट्रोजन हैं। फेराइट स्टेबलाइजर क्रोमियम, सिलिकॉन, मोलिब्डेनम और नाइओबियम हैं। मिश्रधातु तत्वों का संतुलन वेल्ड मेटल में फेराइट की मात्रा को नियंत्रित करता है।

ऑस्टेनिटिक ग्रेड के स्टेनलेस स्टील को उन ग्रेड की तुलना में अधिक आसानी से और संतोषजनक ढंग से वेल्ड किया जा सकता है जिनमें 5% से कम निकेल होता है। ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में बने वेल्ड जोड़ वेल्डिंग के बाद मजबूत, लचीले और टिकाऊ होते हैं। इन्हें आमतौर पर वेल्डिंग से पहले या बाद में किसी प्रकार के ताप उपचार की आवश्यकता नहीं होती है। वेल्ड किए जाने वाले स्टेनलेस स्टील में लगभग 80% ऑस्टेनिटिक ग्रेड के होते हैं, और यह परिचयात्मक लेख मुख्य रूप से इन्हीं पर केंद्रित है।

तालिका 1: स्टेनलेस स्टील के प्रकार और उनमें क्रोमियम और निकेल की मात्रा।

tstart{c,80%}

thead{प्रकार|% क्रोमियम|% निकेल|प्रकार}

tdata{ऑस्टेनिटिक|16 - 30%|8 - 40%|200, 300}

tdata{मार्टेन्सिटिक|11 - 18%|0 - 5%|403, 410, 416, 420}

tdata{फेरिटिक|11 - 30%|0 - 4%|405, 409, 430, 422, 446}

tdata{डुप्लेक्स|18 - 28%|4 - 8%|2205}

झुकाव होना{}

सही स्टेनलेस फिलर मेटल का चुनाव कैसे करें

यदि दोनों प्लेटों में आधार सामग्री समान है, तो मूल मार्गदर्शक सिद्धांत यह हुआ करता था, 'आधार सामग्री का मिलान करके शुरुआत करें।' यह कुछ मामलों में कारगर साबित होता है; टाइप 310 या 316 को जोड़ने के लिए, संबंधित फिलर टाइप चुनें।

भिन्न-भिन्न सामग्रियों को जोड़ने के लिए, इस मार्गदर्शक सिद्धांत का पालन करें: 'अधिक मिश्रित सामग्री के अनुरूप भराव सामग्री का चयन करें।' 304 को 316 से जोड़ने के लिए, 316 भराव सामग्री का चयन करें।

दुर्भाग्यवश, 'मैच नियम' में इतने अपवाद हैं कि बेहतर सिद्धांत यह है कि फिलर मेटल चयन तालिका से परामर्श लें। उदाहरण के लिए, टाइप 304 सबसे आम स्टेनलेस स्टील आधार सामग्री है, लेकिन कोई भी टाइप 304 इलेक्ट्रोड प्रदान नहीं करता है।

टाइप 304 इलेक्ट्रोड के बिना टाइप 304 स्टेनलेस स्टील को कैसे वेल्ड करें

टाइप 304 स्टेनलेस स्टील को वेल्ड करने के लिए, टाइप 308 फिलर का उपयोग करें, क्योंकि टाइप 308 में मौजूद अतिरिक्त मिश्रधातु तत्व वेल्ड क्षेत्र को बेहतर ढंग से स्थिर करेंगे।

हालांकि, 308L भी एक स्वीकार्य फिलर है। किसी भी प्रकार के बाद 'L' चिह्न कम कार्बन सामग्री को दर्शाता है। टाइप 3XXL स्टेनलेस स्टील में कार्बन की मात्रा 0.03% या उससे कम होती है, जबकि मानक टाइप 3XX स्टेनलेस स्टील में अधिकतम कार्बन सामग्री 0.08% हो सकती है।

क्योंकि टाइप एल फिलर नॉन-एल उत्पाद के समान श्रेणी में आता है, इसलिए निर्माता टाइप एल फिलर का उपयोग करने पर गंभीरता से विचार कर सकते हैं, क्योंकि कम कार्बन सामग्री अंतरकणीय संक्षारण संबंधी समस्याओं के जोखिम को कम करती है। वास्तव में, लेखकों का तर्क है कि यदि निर्माता अपनी प्रक्रियाओं को अद्यतन कर लें तो टाइप एल फिलर का उपयोग और भी व्यापक रूप से किया जाएगा।

जीएमएडब्ल्यू प्रक्रिया का उपयोग करने वाले फैब्रिकेटर टाइप 3XXSi फिलर का उपयोग करने पर भी विचार कर सकते हैं, क्योंकि सिलिकॉन मिलाने से वेल्ड की सतह चिकनी हो जाती है। यदि वेल्ड का ऊपरी भाग ऊंचा या खुरदरा हो, या फिललेट या लैप जॉइंट के किनारों पर वेल्ड पूल ठीक से न जुड़े, तो Si टाइप जीएमएडब्ल्यू इलेक्ट्रोड का उपयोग करने से वेल्ड बीड चिकनी हो जाती है और बेहतर फ्यूजन को बढ़ावा मिलता है।

यदि कार्बाइड अवक्षेपण एक चिंता का विषय है, तो टाइप 347 फिलर पर विचार करें, जिसमें थोड़ी मात्रा में नायोबियम होता है।

स्टेनलेस स्टील को कार्बन स्टील से वेल्ड कैसे करें

यह स्थिति उन अनुप्रयोगों में उत्पन्न होती है जहाँ लागत कम करने के लिए संरचना के एक भाग को कार्बन स्टील संरचनात्मक तत्व से जोड़कर संक्षारण-प्रतिरोधी बाहरी सतह की आवश्यकता होती है। जब मिश्रधातु रहित आधार सामग्री को मिश्रधातु युक्त आधार सामग्री से जोड़ा जाता है, तो अधिक मिश्रधातु युक्त भराव का उपयोग करें ताकि वेल्ड धातु में मिश्रधातु का मिश्रण संतुलित हो जाए या स्टेनलेस आधार धातु की तुलना में अधिक मिश्रधातु युक्त हो।

कार्बन स्टील को टाइप 304 या 316 से जोड़ने के लिए, साथ ही भिन्न-भिन्न स्टेनलेस स्टील को जोड़ने के लिए, अधिकांश अनुप्रयोगों में टाइप 309L इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जा सकता है। यदि उच्च क्रोमियम सामग्री की आवश्यकता हो, तो टाइप 312 इलेक्ट्रोड का उपयोग करें।

एक चेतावनी के तौर पर, ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की विस्तार दर कार्बन स्टील की तुलना में लगभग 50 प्रतिशत अधिक होती है। जोड़ करते समय, विस्तार की इन भिन्न दरों के कारण आंतरिक तनाव उत्पन्न हो सकता है, जब तक कि उचित इलेक्ट्रोड और वेल्डिंग प्रक्रिया का उपयोग न किया जाए।

वेल्ड की तैयारी और सफाई की सही प्रक्रियाओं का पालन करें।

अन्य धातुओं की तरह, सबसे पहले तेल, ग्रीस, निशान और गंदगी को क्लोरीन रहित विलायक से साफ करें। इसके बाद, स्टेनलेस स्टील की वेल्डिंग की तैयारी का प्राथमिक नियम है 'जंग से बचने के लिए कार्बन स्टील से संदूषण से बचें'। कुछ कंपनियां क्रॉस-संदूषण को रोकने के लिए अपने 'स्टेनलेस स्टील वर्कशॉप' और 'कार्बन स्टील वर्कशॉप' के लिए अलग-अलग इमारतों का उपयोग करती हैं।

वेल्डिंग के लिए किनारों को तैयार करते समय ग्राइंडिंग व्हील और स्टेनलेस ब्रश को 'केवल स्टेनलेस' के रूप में चिह्नित करें। कुछ प्रक्रियाओं में जोड़ से दो इंच पीछे तक सफाई करना आवश्यक होता है। जोड़ की तैयारी भी अधिक महत्वपूर्ण है, क्योंकि इलेक्ट्रोड के संचालन में होने वाली अनियमितताओं को ठीक करना कार्बन स्टील की तुलना में अधिक कठिन होता है।

जंग से बचाव के लिए वेल्डिंग के बाद सफाई की सही प्रक्रिया का पालन करें।

सबसे पहले, याद रखें कि स्टेनलेस स्टील को स्टेनलेस क्या बनाता है: क्रोमियम और ऑक्सीजन की प्रतिक्रिया से सामग्री की सतह पर क्रोमियम ऑक्साइड की एक सुरक्षात्मक परत बनती है। स्टेनलेस में जंग कार्बाइड अवक्षेपण (नीचे देखें) और वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान वेल्ड धातु को इतना गर्म करने के कारण लगता है कि वेल्ड की सतह पर फेरिटिक ऑक्साइड बन सकता है। वेल्डिंग के बाद, एक बिल्कुल सही वेल्ड भी 24 घंटे से कम समय में ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र की सीमाओं पर जंग के निशान दिखा सकता है।

शुद्ध क्रोमियम ऑक्साइड की नई परत के सही ढंग से बनने के लिए, स्टेनलेस स्टील को वेल्डिंग के बाद पॉलिशिंग, पिकलिंग, ग्राइंडिंग या ब्रशिंग द्वारा साफ करना आवश्यक है। ध्यान रहे, इस काम के लिए विशेष रूप से निर्मित ग्राइंडर और ब्रश का ही प्रयोग करें।

स्टेनलेस स्टील वेल्डिंग तार चुंबकीय क्यों होता है?

पूर्णतः ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील गैर-चुंबकीय होता है। हालांकि, वेल्डिंग तापमान के कारण सूक्ष्म संरचना में अपेक्षाकृत बड़े दाने बन जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप वेल्ड में दरार पड़ने की संभावना बढ़ जाती है। गर्म दरारों के प्रति संवेदनशीलता को कम करने के लिए, इलेक्ट्रोड निर्माता फेराइट सहित मिश्रधातु तत्व मिलाते हैं। फेराइट चरण के कारण ऑस्टेनिटिक दाने बहुत महीन हो जाते हैं, जिससे वेल्ड दरार-प्रतिरोधी बन जाता है।

ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस फिलर के स्पूल पर चुंबक नहीं चिपकता, लेकिन चुंबक पकड़ने वाले व्यक्ति को उसमें मौजूद फेराइट के कारण हल्का खिंचाव महसूस हो सकता है। दुर्भाग्यवश, इससे कुछ उपयोगकर्ताओं को लगता है कि उनके उत्पाद पर गलत लेबल लगा है या वे गलत फिलर धातु का उपयोग कर रहे हैं (विशेषकर यदि उन्होंने तार की टोकरी से लेबल फाड़ दिया हो)।

इलेक्ट्रोड में फेराइट की सही मात्रा उपयोग के तापमान पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, बहुत अधिक फेराइट होने से कम तापमान पर वेल्ड की मजबूती कम हो जाती है। इसलिए, एलएनजी पाइपिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले टाइप 308 फिलर में फेराइट संख्या 3 से 6 के बीच होती है, जबकि मानक टाइप 308 फिलर में यह संख्या 8 होती है। संक्षेप में, फिलर धातुएँ देखने में एक जैसी लग सकती हैं, लेकिन उनकी संरचना में छोटे-छोटे अंतर भी महत्वपूर्ण होते हैं।

क्या डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील को वेल्ड करने का कोई आसान तरीका है?

सामान्यतः, डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील की सूक्ष्म संरचना में लगभग 50% फेराइट और 50% ऑस्टेनाइट होते हैं। सरल शब्दों में कहें तो, फेराइट उच्च शक्ति और तनाव संक्षारण दरारों के प्रति कुछ प्रतिरोध प्रदान करता है, जबकि ऑस्टेनाइट अच्छी कठोरता प्रदान करता है। इन दोनों चरणों के संयोजन से डुप्लेक्स स्टील को उनके आकर्षक गुण प्राप्त होते हैं। डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील की एक विस्तृत श्रृंखला उपलब्ध है, जिनमें सबसे आम टाइप 2205 है; इसमें 22% क्रोमियम, 5% निकेल, 3% मोलिब्डेनम और 0.15% नाइट्रोजन होता है।

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील की वेल्डिंग करते समय, समस्या तब उत्पन्न हो सकती है जब वेल्ड धातु में फेराइट की मात्रा अधिक हो (आर्क से निकलने वाली ऊष्मा के कारण परमाणु फेराइट मैट्रिक्स में व्यवस्थित हो जाते हैं)। इसकी भरपाई के लिए, फिलर धातुओं को ऑस्टेनिटिक संरचना को बढ़ावा देने की आवश्यकता होती है, जिनमें मिश्रधातु की मात्रा अधिक होती है, आमतौर पर आधार धातु की तुलना में 2 से 4% अधिक निकेल होता है। उदाहरण के लिए, टाइप 2205 की वेल्डिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले फ्लक्स-कोर्ड तार में 8.85% निकेल हो सकता है।

वेल्डिंग के बाद वांछित फेराइट की मात्रा 25 से 55% तक हो सकती है (लेकिन इससे अधिक भी हो सकती है)। ध्यान दें कि शीतलन दर इतनी धीमी होनी चाहिए कि ऑस्टेनाइट का पुनर्निर्माण हो सके, लेकिन इतनी धीमी भी नहीं कि अंतरधात्विक चरण बन जाएं, और न ही इतनी तेज़ कि ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र में अतिरिक्त फेराइट बन जाए। वेल्ड प्रक्रिया और चयनित फिलर धातु के लिए निर्माता द्वारा अनुशंसित प्रक्रियाओं का पालन करें।

स्टेनलेस स्टील की वेल्डिंग करते समय मापदंडों का समायोजन

स्टेनलेस स्टील की वेल्डिंग करते समय, जो फैब्रिकेटर लगातार पैरामीटर (वोल्टेज, एम्पेरेज, आर्क लेंथ, इंडक्टेंस, पल्स विड्थ आदि) को एडजस्ट करते रहते हैं, उनके लिए समस्या का मुख्य कारण फिलर मेटल की असंगत संरचना होती है। मिश्रधातु तत्वों के महत्व को देखते हुए, रासायनिक संरचना में बैच-दर-बैच भिन्नता वेल्ड के प्रदर्शन पर स्पष्ट प्रभाव डाल सकती है, जैसे कि खराब वेट आउट या स्लैग रिलीज में कठिनाई। इलेक्ट्रोड के व्यास, सतह की सफाई, कास्ट और हेलिक्स में भिन्नता भी GMAW और FCAW अनुप्रयोगों में प्रदर्शन को प्रभावित करती है।

ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में कार्बाइड अवक्षेपण को नियंत्रित करना

426-871 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, 0.02% से अधिक कार्बन की मात्रा ऑस्टेनिटिक संरचना की कण सीमाओं में स्थानांतरित हो जाती है, जहाँ यह क्रोमियम के साथ प्रतिक्रिया करके क्रोमियम कार्बाइड बनाती है। यदि क्रोमियम कार्बन से बंध जाता है, तो यह संक्षारण प्रतिरोध के लिए उपलब्ध नहीं होता है। संक्षारक वातावरण के संपर्क में आने पर, अंतरकणीय संक्षारण होता है, जिससे कण सीमाएं नष्ट होने लगती हैं।

कार्बाइड अवक्षेपण को नियंत्रित करने के लिए, कम कार्बन वाले इलेक्ट्रोडों से वेल्डिंग करके कार्बन की मात्रा को यथासंभव कम (अधिकतम 0.04%) रखें। कार्बन को नायोबियम (जिसे पहले कोलंबियम कहा जाता था) और टाइटेनियम द्वारा भी बांधा जा सकता है, जिनकी कार्बन के प्रति क्रोमियम की तुलना में अधिक प्रबल आत्मीयता होती है। टाइप 347 इलेक्ट्रोड इसी उद्देश्य के लिए बनाए जाते हैं।

फिलर मेटल के चयन पर चर्चा की तैयारी कैसे करें

कम से कम, वेल्ड किए गए हिस्से के अंतिम उपयोग के बारे में जानकारी एकत्र करें, जिसमें सेवा वातावरण (विशेष रूप से परिचालन तापमान, संक्षारक तत्वों के संपर्क में आना और अपेक्षित संक्षारण प्रतिरोध का स्तर) और वांछित सेवा जीवन शामिल हैं। परिचालन स्थितियों में आवश्यक यांत्रिक गुणों की जानकारी बहुत सहायक होती है, जिसमें मजबूती, कठोरता, तन्यता और थकान शामिल हैं।

अधिकांश प्रमुख इलेक्ट्रोड निर्माता फिलर मेटल के चयन के लिए मार्गदर्शिकाएँ उपलब्ध कराते हैं, और लेखक इस बात पर विशेष बल देते हैं: फिलर मेटल अनुप्रयोग मार्गदर्शिका देखें या निर्माता के तकनीकी विशेषज्ञों से संपर्क करें। वे सही स्टेनलेस स्टील इलेक्ट्रोड चुनने में आपकी सहायता के लिए उपलब्ध हैं।

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