डुप्लेक्स पाइप वेल्डिंग में ऊष्मा इनपुट नियंत्रण: HAZ में सिग्मा चरण के कारण भंगुरता की रोकथाम

यदि आप डुप्लेक्स या सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील (DSS/SDSS) की वेल्डिंग करते हैं, तो आप एक संकरी रस्सी पर चल रहे हैं। यदि तापमान बहुत कम रखा जाए, तो अत्यधिक फेराइट और टूफनेस में कमी आ जाती है। यदि तापमान बहुत अधिक रखा जाए, तो डुप्लेक्स वेल्ड्स के लिए चुपचाप मारने वाला कारक: ऊष्मा प्रभावित क्षेत्र (HAZ) में सिग्मा (σ) चरण की भंगुरता।

सिग्मा चरण एक अंतरधात्विक यौगिक है जो वेल्ड्स को भंगुर बना देता है और संक्षारण प्रतिरोध को नष्ट कर देता है। यह आधार धातु में अनुचित ऊष्मा उपचार के दौरान बनता है, लेकिन वेल्डिंग में यह खराब वेल्डिंग प्रक्रिया का सीधा परिणाम है। गर्मी इनपुट नियंत्रण .

यह लेख डुप्लेक्स पाइप वेल्डिंग में सिग्मा के निर्माण को रोकने के लिए आपके ताप इनपुट को कैसे अनुकूलित करना है, इस पर एक तकनीकी गहन विश्लेषण प्रदान करता है, जिससे यांत्रिक अखंडता और पिटिंग प्रतिरोधकता सुनिश्चित होती है।

समस्या: एचएज़ेड में सिग्मा क्यों बनता है

सिग्मा चरण का अवक्षेपण तब होता है जब वेल्ड एचएज़ेड को लगभग 600°C और 950°C के बीच के तापमान के लिए बहुत लंबे समय तक उजागर किया जाता है । डुप्लेक्स सूक्ष्म संरचना में, सिग्मा मुख्य रूप से फेराइट/ऑस्टेनाइट अंतरापृष्ठों पर नाभिकित होता है। यह फेराइट (δ) को अवशोषित करके विकसित होता है, जो क्रोमियम और मॉलिब्डेनम से समृद्ध होता है—ये वही तत्व हैं जो डुप्लेक्स को संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करते हैं .

इसकी क्रियाविधि यूटेक्टॉइड है: δ → σ + γ₂ (द्वितीयक ऑस्टेनाइट) । जैसे-जैसे सिग्मा बनता है, यह आसपास के आधात्री से क्रोमियम और मॉलिब्डेनम को निकाल लेता है। एक बार अवक्षेपित हो जाने के बाद, सिग्मा को हटाने के लिए पूर्ण सॉल्यूशन ऐनीलिंग उपचार (1050–1100°C) की आवश्यकता होती है, जो बड़े पाइप स्पूल्स के लिए व्यावहारिक नहीं है । वेल्डित अवस्था में, सिग्मा एक कठोर, भंगुर चरण है जो आघात ताकत और पिटिंग प्रतिरोधकता दोनों को काफी कम कर देता है।

प्राथमिक परिवर्तनशील राशि: ऊष्मा इनपुट और शीतलन दर (t12/8)

जबकि रासायनिक संगठन महत्वपूर्ण है, तापीय चक्र ही इसकी प्रेरणा है। इसे मापने के लिए उद्योग मानक है 1200°C से 800°C तक शीतलन समय (t12/8) । यह सीमा ऑस्टेनाइट निर्माण और सिग्मा अवक्षेपण दोनों के लिए महत्वपूर्ण सीमा को शामिल करती है।

सिग्मा के निर्माण से बचने और फिर भी चरण संतुलन बनाए रखने के लिए, आपको आमतौर पर t12/8 की आवश्यकता होती है 8 से 15 सेकंड । यदि t12/8 लगभग 15 सेकंड से अधिक हो जाता है (जो उच्च ऊष्मा इनपुट के साथ होता है), तो आप सिग्मा निर्माण के जोखिम में होते हैं। .

एक 22% क्रोमियम डुप्लेक्स (जैसे 2205) के लिए, पाइप वेल्डिंग के लिए अनुशंसित ऊष्मा इनपुट आमतौर पर 0.5 kJ/mm से 2.5 kJ/mm 10-15 mm दीवार मोटाई के लिए होता है हालाँकि, हाल के अध्ययनों से पता चलता है कि ये सीमाएँ स्थिर नहीं हैं; ये दीवार की मोटाई और जोड़ की ज्यामिति के आधार पर बदलती हैं।

नए दृष्टिकोण: प्लेट की मोटाई नियमों को बदल देती है

हाल के शोध इस मान्यता को चुनौती देते हैं कि "उच्च ऊष्मा इनपुट हमेशा बुरा होता है।" डुप्लेक्स वेल्डिंग पर 2025 के एक अध्ययन में पता चला कि 10 मिमी से अधिक मोटाई की प्लेटों के लिए, ऊष्मा इनपुट की ऊपरी सीमा में काफी वृद्धि होती है .

• पतली-दीवार वाले पाइप (<10 मिमी) के लिए: ऊष्मा का धीमा विसरण गर्मी प्रभावित क्षेत्र (HAZ) को गर्म बनाए रखता है। जलने या अत्यधिक तापन से बचने के लिए मानक ऊष्मा इनपुट गणनाओं का उपयोग करना आवश्यक है।

• मोटी-दीवार वाले पाइप (>14 मिमी) के लिए: पाइप का द्रव्यमान एक विशाल ऊष्मा सिंक के रूप में कार्य करता है, जो ऊष्मा को तेज़ी से अवशोषित कर लेता है। इन मामलों में, उचित संलयन और ऑस्टेनाइट निर्माण प्राप्त करने के लिए उच्च ऊष्मा इनपुट की आवश्यकता होती है। अध्ययन में पुष्टि की गई कि 20 मिमी मोटाई की प्लेटों के साथ, 5 किलोजूल/मिमी और 7 किलोजूल/मिमी ऊष्मा इनपुट का उपयोग किया गया, जिससे HAZ में कोई सिगमा अवक्षेपण नहीं हुआ .

महत्वपूर्ण बातें: आपको ऊष्मा-इनपुट की गणना सामग्री की मोटाई के संबंध में करनी होगी। पाइप की मोटाई जितनी अधिक होगी, "सुरक्षित" ऊष्मा-इनपुट उतना ही अधिक हो सकता है, क्योंकि ठंडा होने की दर इतनी तेज़ बनी रहती है कि TTT वक्र के सिग्मा नोज़ से बचा जा सकता है।

सुपर ड्यूप्लेक्स चुनौती (25Cr ग्रेड)

जब सुपर ड्यूप्लेक्स ग्रेड (उदाहरण के लिए, 2507, ज़ेरॉन 100) की वेल्डिंग की जाती है, तो त्रुटि की सीमा कम हो जाती है। इन उच्च-मिश्रधातु वाली सामग्रियों में सिग्मा अवक्षेपण के लिए अधिक प्रेरण बल होता है।

• रूट पास की संवेदनशीलता: पाइप वेल्डिंग में, रूट पास विशेष रूप से संवेदनशील होता है। शोध सुझाव देता है कि रूट पास को एक उच्च ऊष्मा-इनपुट (1.0 kJ/mm से अधिक) के साथ किया जाना चाहिए, जबकि पहले कुछ अनुवर्ती पासों के मुकाबले। क्यों? रूट में कम ऊष्मा-इनपुट के कारण क्रोमियम नाइट्राइड्स का आंतरिक सतह पर अवक्षेपण हो सकता है, क्योंकि पुनः तापन का अभाव होता है। .

• उद्देश्य के अनुरूपता: जबकि विशिष्टताएँ अक्सर शून्य सिग्मा की मांग करती हैं, औद्योगिक वास्तविकता (विशेष रूप से यूके नॉर्थ सी परियोजनाओं में) दर्शाती है कि कम तापमान वाले HAZ (फ्यूजन लाइन से 2–5 मिमी) में सीमित सिग्मा कभी-कभी सहन किया जा सकता है। अध्ययनों में HAZ में सिग्मा के 2.5% आयतन भिन्न तक को स्वीकार किया गया है, बशर्ते CTOD (दरार शीर्ष खुलने का विस्थापन) भंगुरता परीक्षण और ASTM G48 संक्षारण परीक्षण पास कर लिए गए हों । हालाँकि, यह एक योग्यता सीमा है, उत्पादन लक्ष्य नहीं।

वेल्डिंग इंजीनियर के लिए व्यावहारिक दिशानिर्देश

डुप्लेक्स पाइप वेल्ड्स में सिग्मा चरण को रोकने के लिए सामान्य "कम ऊष्मा" नियमों से आगे बढ़ें। इन नियंत्रणों को लागू करें:

1. इंटरपैस तापमान का प्रबंधन

सिग्मा संचयी होता है। जैसे-जैसे आप पैसेज जोड़ते हैं, पिछले पैसेज का HAZ पुनः खतरनाक क्षेत्र (700–900°C) में गर्म किया जाता है। इंटरपैस तापमान को कड़ाई से सीमित करें। सुपर डुप्लेक्स (25% Cr) के लिए, अधिकतम इंटरपैस तापमान सामान्यतः 150°C  है। मानक 22% Cr डुप्लेक्स के लिए, 200°C आमतौर पर अधिकतम सीमा होती है .

2. "कई छोटे पैसेज" के फंदे से बचें

यह विरोधाभासी लग सकता है, लेकिन कम ऊष्मा-इनपुट के कई छोटे पासों का उपयोग करना कुछ बड़े पासों की तुलना में अधिक खतरनाक हो सकता है। प्रत्येक छोटा पास पिछले HAZ को पुनः गर्म करता है, जिससे सामग्री प्रभावी रूप से आयुवृद्ध हो जाती है और सिग्मा तथा चाई (χ) चरणों का अवक्षेपण होता है .

• रणनीति: एक वेल्डिंग क्रम का उपयोग करें जो HAZ के किसी विशिष्ट क्षेत्र पर तापीय चक्रों की संख्या को न्यूनतम करे।

3. फेराइट संख्याओं का संतुलन

सिग्मा फेराइट में अधिक सुगमता से बनता है। यदि आपके HAZ में फेराइट सामग्री 70–75% से अधिक है, तो सिग्मा अवक्षेपण का जोखिम आकाश-चुम्बी हो जाता है, क्योंकि आपके पास रूपांतरण के लिए अधिक अस्थिर फेराइट उपलब्ध होता है।

• सुनिश्चित करें कि आपकी शील्डिंग गैस और फिलर धातुएँ पर्याप्त ऑस्टेनाइट पुनर्गठन को बढ़ावा देती हैं। निकल-आधारित फिलर सहायक होते हैं, लेकिन सावधान रहें: उच्च निकल सामग्री सिग्मा निर्माण तापमान सीमा को विस्तृत कर देती है .

4. प्रभावी ऊष्मा इनपुट की गणना करें

केवल 'अनुभव' पर निर्भर न रहें। सूत्र का उपयोग करें:

$$\text{ऊष्मा इनपुट (kJ/mm)}=\frac{\text{वोल्टेज (V)}\times \text{वर्तमान (A)}\times 60}{\text{यात्रा गति (mm/min)}\times 1000}$$

GTAW (TIG) प्रक्रियाओं के लिए, तापीय दक्षता गुणांक (η) को ध्यान में रखना याद रखें, जो TIG के लिए आमतौर पर लगभग 0.6 होता है .

निष्कर्ष

सिगमा चरण का भंगुरीकरण एक रोकथाम योग्य विफलता मोड है। यह एक संकेत है कि वेल्ड पर बहुत अधिक समय तक अत्यधिक ऊष्मा का प्रभाव पड़ा—या तो समग्र रूप से (पतली पाइप में उच्च ऊष्मा इनपुट) या स्थानीय रूप से (छोटे पैसों से बार-बार पुनर्गर्मण)।

डुप्लेक्स पाइप की आधुनिक वेल्डिंग के लिए "डब्ल्यूपीएस का अनुसरण करना" से अधिक, इसकी समझ की आवश्यकता होती है तापीय इतिहास । t12/8 शीतन समय को नियंत्रित करके, अंतर-पैस अवधि की सीमाओं का पालन करके, और वास्तविक पाइप की दीवार की मोटाई के अनुसार ऊष्मा इनपुट को समायोजित करके, आप ऐसी एचएज़ेड़ सूक्ष्म संरचनाएँ उत्पन्न कर सकते हैं जिनमें सिगमा चरण नहीं होता, जो टूटने के प्रति प्रतिरोधी हों और संक्षारण प्रतिरोधी भी हों।