स्टील और निकल तथा निकल मिश्र धातु की वेल्डिंग, अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

परिचय

रासायनिक और पेट्रोलियम उपकरणों के निर्माण के दौरान, महंगे निकल की बचत करने के लिए, अक्सर स्टील को निकल और मिश्र धातुओं से वेल्ड किया जाता है।

वेल्डिंग की मुख्य समस्याएं

वेल्डिंग करते समय, वेल्ड के मुख्य घटक लोहा और निकल होते हैं, जो अनंत परस्पर विलेयता रखते हैं और अंतर्धात्विक यौगिक नहीं बनाते हैं। सामान्यतः, वेल्ड में निकल की मात्रा अपेक्षाकृत अधिक होती है, इसलिए वेल्ड किए गए जोड़ के संलयन क्षेत्र में कोई विसरण परत नहीं बनती है। वेल्डिंग की मुख्य समस्या वेल्ड में छिद्र और गर्म दरारें उत्पन्न होने की प्रवृत्ति है।

1. सरंध्रता

स्टील, निकल और इसके मिश्र धातुओं की वेल्डिंग करते समय, वेल्ड में सरंध्रता के निर्माण को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक ऑक्सीजन, निकल और अन्य मिश्रधातु तत्व होते हैं।

① ऑक्सीजन का प्रभाव। वेल्डिंग करते समय, तरल धातु में अधिक ऑक्सीजन घुल सकती है, और उच्च तापमान पर ऑक्सीजन और निकल के ऑक्सीकरण से NiO का निर्माण होता है। NiO, तरल धातु में मौजूद हाइड्रोजन और कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करके जल वाष्प और कार्बन मोनोऑक्साइड उत्पन्न कर सकता है। पिघले हुए पूल के जमने के दौरान, ये वाष्प और कार्बन मोनोऑक्साइड बाद में निकल नहीं पाते, जिससे वेल्ड में छिद्र बन जाते हैं। शुद्ध निकल और Q235-A सबमर्ज्ड आर्क वेल्डिंग में, यदि नाइट्रोजन और हाइड्रोजन की मात्रा में कोई खास बदलाव नहीं होता है, तो वेल्ड में ऑक्सीजन की मात्रा जितनी अधिक होगी, वेल्ड में छिद्रों की संख्या उतनी ही अधिक होगी।

2. निकल का प्रभाव। लोहे-निकल वेल्डिंग में, लोहे और निकल में ऑक्सीजन की घुलनशीलता भिन्न होती है। तरल निकल में ऑक्सीजन की घुलनशीलता तरल लोहे की तुलना में अधिक होती है, जबकि ठोस निकल में ऑक्सीजन की घुलनशीलता ठोस लोहे की तुलना में कम होती है। इसलिए, निकल क्रिस्टलीकरण में अचानक परिवर्तन होने पर ऑक्सीजन की घुलनशीलता लोहे क्रिस्टलीकरण में अचानक परिवर्तन होने की तुलना में अधिक स्पष्ट होती है। अतः, जब निकल की मात्रा 15% से 30% होती है, तो वेल्डिंग में सरंध्रता की प्रवृत्ति कम होती है, और जब निकल की मात्रा 60% से 90% तक अधिक होती है, तो सरंध्रता की प्रवृत्ति और भी बढ़ जाती है। घुलित स्टील की मात्रा में कमी आना निश्चित है, जिससे सरंध्रता बनने की प्रवृत्ति और भी बढ़ जाती है।

③ अन्य मिश्रधातु तत्वों का प्रभाव। जब लोहे-निकल वेल्ड में मैंगनीज, क्रोमियम, मोलिब्डेनम, एल्युमीनियम, टाइटेनियम और अन्य मिश्रधातु तत्व मौजूद होते हैं या इनके अनुरूप मिश्रधातु का मिश्रण होता है, तो वेल्ड की छिद्ररोधी क्षमता में सुधार हो सकता है। इसका कारण यह है कि मैंगनीज, टाइटेनियम और एल्युमीनियम आदि ऑक्सीजन को अवशोषित करने का काम करते हैं, जबकि क्रोमियम और मोलिब्डेनम ठोस धातु में वेल्ड की घुलनशीलता को बढ़ाते हैं। इसलिए निकल और 1Cr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टील की वेल्ड की छिद्ररोधी क्षमता निकल और Q235-A स्टील की वेल्ड की तुलना में अधिक होती है। एल्युमीनियम और टाइटेनियम नाइट्रोजन को स्थिर यौगिकों में भी बांध सकते हैं, जिससे वेल्ड की छिद्ररोधी क्षमता में सुधार होता है।

2. तापीय दरार

वेल्ड में स्टील, निकल और इसके मिश्र धातुओं में थर्मल क्रैकिंग का मुख्य कारण यह है कि उच्च निकल वाले वेल्ड में डेंड्रिटिक संरचना के कारण, मोटे कणों के किनारों पर कम गलनांक वाले कई सह-क्रिस्टल केंद्रित हो जाते हैं, जिससे कणों के बीच का जुड़ाव कमजोर हो जाता है और वेल्ड धातु की दरार प्रतिरोधक क्षमता कम हो जाती है। इसके अलावा, वेल्ड धातु में निकल की मात्रा बहुत अधिक होने से थर्मल क्रैकिंग उत्पन्न होती है, जिसका आयरन-निकल वेल्ड पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। ऑक्सीजन, सल्फर, फास्फोरस और अन्य अशुद्धियाँ भी वेल्ड की थर्मल क्रैकिंग प्रवृत्ति पर काफी प्रभाव डालती हैं।

ऑक्सीजन-मुक्त फ्लक्स का उपयोग करने पर, वेल्ड में ऑक्सीजन, सल्फर, फास्फोरस और अन्य हानिकारक अशुद्धियों की मात्रा में कमी आती है, विशेष रूप से ऑक्सीजन की मात्रा में गिरावट आती है, जिससे दरारें पड़ने की संभावना काफी कम हो जाती है। पिघले हुए पूल के क्रिस्टलीकरण के कारण, ऑक्सीजन और निकेल मिलकर Ni + NiO यूटेक्टिक यौगिक बना सकते हैं, जिसका यूटेक्टिक तापमान 1438 ℃ होता है, और ऑक्सीजन सल्फर के हानिकारक प्रभावों को भी बढ़ा सकता है। इसलिए, वेल्ड में ऑक्सीजन की मात्रा अधिक होने पर, थर्मल क्रैकिंग की प्रवृत्ति अधिक होती है।

Mn, Cr, Mo, Ti, Nb और अन्य मिश्रधातु तत्व वेल्ड धातु की दरार प्रतिरोधकता को बढ़ा सकते हैं। Mn, Cr, Mo, Ti, Nb रूपांतरकारी कारक हैं, जो वेल्ड की संरचना को परिष्कृत कर सकते हैं और इसके क्रिस्टलीकरण की दिशा को बाधित कर सकते हैं। Al और Ti भी प्रबल ऑक्सीकरण रोधी कारक हैं, जो वेल्ड में ऑक्सीजन की मात्रा को कम कर सकते हैं। Mn, S के साथ दुर्दम्य यौगिक, MnS बना सकता है, जिससे सल्फर के हानिकारक प्रभाव कम हो जाते हैं।

वेल्ड किए गए जोड़ों के यांत्रिक गुण

आयरन-निकल वेल्डिंग जोड़ों के यांत्रिक गुण फिल मेटल सामग्री और वेल्डिंग मापदंडों से संबंधित होते हैं। शुद्ध निकल और निम्न कार्बन स्टील की वेल्डिंग करते समय, जब वेल्ड में निकल की मात्रा 30% से कम होती है, तो वेल्ड के तेजी से ठंडा होने पर, वेल्ड में मार्टेन्साइट संरचना दिखाई देती है, जिससे जोड़ की प्लास्टिसिटी और कठोरता में तेजी से गिरावट आती है। इसलिए, जोड़ की बेहतर प्लास्टिसिटी और कठोरता प्राप्त करने के लिए, आयरन-निकल वेल्ड में निकल की मात्रा 30% से अधिक होनी चाहिए।