लेजर वेल्डिंग में नाइट्रोजन शुद्धता को प्रभावित करने वाले कौन से कारक हैं?

परिचय

लेजर वेल्डिंग आधुनिक निर्माण में एक क्रांतिकारी तकनीक के रूप में उभरी है, जो अपनी सटीकता, उच्च-गति वाले संचालन और न्यूनतम ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र के लिए प्रसिद्ध है। इस प्रक्रिया में, नाइट्रोजन एक शिल्डिंग गैस के रूप में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। वेल्ड पूल के ऑक्सीकरण को रोकने, छिद्रता को कम करने और वेल्ड की समग्र गुणवत्ता में सुधार के लिए उच्च-शुद्धि वाली नाइट्रोजन आवश्यक होती है। हालांकि, वांछित नाइट्रोजन शुद्धि को प्राप्त करना और बनाए रखना कई कारकों से प्रभावित होता है, जिन्हें हम इस लेख में विस्तार से जांचेंगे।

1. नाइट्रोजन का स्रोत

1.1 वायुमंडलीय उत्पादन

लेजर वेल्डिंग में अक्सर उपयोग किए जाने वाले नाइट्रोजन का उत्पादन वायु से किया जाता है। वायु में लगभग 78% नाइट्रोजन के साथ-साथ ऑक्सीजन, आर्गन और अन्य गैसों की अति लघु मात्रा होती है। वायु से नाइट्रोजन प्राप्त करने के लिए, दबाव स्विंग अधिशोषण (पीएसए) या झिल्ली अलगाव जैसी विधियों का उपयोग किया जाता है। पीएसए में, वायु को संपीडित किया जाता है और अधिशोषक सामग्री (आमतौर पर जियोलाइट्स) के एक बिस्तर से गुजारा जाता है। ये सामग्री नाइट्रोजन की तुलना में ऑक्सीजन और अन्य अशुद्धियों के लिए अधिक आकर्षण रखती हैं। परिणामस्वरूप, नाइट्रोजन गैस अलग हो जाती है और एकत्रित कर ली जाती है। हालांकि, उच्च-शुद्धता वाली नाइट्रोजन के उत्पादन में पीएसए प्रणालियों की दक्षता अधिशोषक की गुणवत्ता, संचालन दबाव और तापमान, और आने वाली वायु की प्रवाह दर जैसे कारकों पर निर्भर करती है। यदि समय के साथ अधिशोषक संतृप्त या नष्ट हो जाता है, तो नाइट्रोजन की शुद्धता में कमी हो सकती है। उदाहरण के लिए, यदि पीएसए इकाई का उचित ढंग से रखरखाव नहीं किया जाता है और अधिशोषक को पुनर्जीवित नहीं किया जाता है, तो ऑक्सीजन और अन्य प्रदूषकों के छनने की शुरुआत हो सकती है, जिससे वांछित 99.99% (या कुछ मामलों में इससे अधिक) से नाइट्रोजन की शुद्धता कम हो जाती है।

दूसरी ओर, झिल्ली पृथक्करण एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली का उपयोग करता है। जब संपीड़ित वायु इस झिल्ली से गुजरती है, तो छोटे आणविक आकार वाली गैसें (जैसे ऑक्सीजन) नाइट्रोजन की तुलना में झिल्ली से अधिक आसानी से पारगमित हो जाती हैं। फिर नाइट्रोजन से समृद्ध स्ट्रीम को एकत्र कर लिया जाता है। लेकिन झिल्ली की अखंडता और झिल्ली के समाने दबाव अंतर जैसे कारक शुद्धता को प्रभावित कर सकते हैं। क्षतिग्रस्त झिल्ली अधिक प्रदूषकों को पारित होने दे सकती है, जिससे नाइट्रोजन की शुद्धता कम हो जाती है।

1.2 तरल नाइट्रोजन

तरल नाइट्रोजन लेजर वेल्डिंग के लिए नाइट्रोजन का एक अन्य स्रोत है। इसे क्रायोजेनिक टैंकों में संग्रहित किया जाता है और उपयोग से पहले वाष्पित कर दिया जाता है। तरल नाइट्रोजन में सामान्यतः बहुत अधिक शुद्धता होती है, अक्सर 99.999% से भी अधिक। हालांकि, वाष्पीकरण प्रक्रिया के दौरान, संदूषण का खतरा रहता है। यदि वाष्पीकरण उपकरण साफ नहीं है या यदि डिलीवरी प्रणाली में रिसाव है, तो पर्यावरण से नमी या अन्य गैसें नाइट्रोजन के साथ मिल सकती हैं, जिससे इसकी शुद्धता कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, यदि क्रायोजेनिक टैंक पर इन्सुलेशन क्षतिग्रस्त है, तो गर्म हवा अंदर प्रवेश कर सकती है, जिससे नमी संघनित हो सकती है और वाष्पित होते समय नाइट्रोजन को संदूषित कर सकती है।

2. सामग्री के आधार पर शुद्धता आवश्यकताएं

2.1 स्टेनलेस स्टील वेल्डिंग

जब स्टेनलेस स्टील की लेजर वेल्डिंग करते हैं, तो उच्च नाइट्रोजन शुद्धता बहुत महत्वपूर्ण होती है। स्टेनलेस स्टील में क्रोमियम होता है, जो सतह पर एक सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत बनाता है। वेल्डिंग के दौरान, यदि नाइट्रोजन की शुद्धता अपर्याप्त है, तो ऑक्सीजन पिघली धातु के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है, जिससे इस सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत के निर्माण में बाधा उत्पन्न होती है। इससे वेल्डेड जॉइंट के संक्षारण प्रतिरोध में कमी आ सकती है। उच्च गुणवत्ता वाले स्टेनलेस स्टील लेजर वेल्डिंग के लिए, अक्सर 99.995% या उच्च नाइट्रोजन शुद्धता स्तर की अनुशंसा की जाती है। इस शुद्धता से थोड़ा भी विचलन वेल्ड सतह पर दृश्यमान ऑक्सीकरण का कारण बन सकता है, जो केवल दिखने में बुरा लगता है, बल्कि वेल्डेड घटक के लंबे समय तक प्रदर्शन को भी प्रभावित करता है।

2.2 एल्युमिनियम और इसके मिश्र धातुएं

एल्युमिनियम और इसके मिश्र धातुएं ऑक्सीजन के प्रति अत्यधिक सक्रिय होते हैं। इन सामग्रियों के लेजर वेल्डिंग में, नाइट्रोजन पिघले हुए पूल के ऑक्सीकरण को रोकने के लिए एक ढाल के रूप में कार्य करता है। हालांकि, विभिन्न एल्युमिनियम मिश्र धातुएं नाइट्रोजन शुद्धता के प्रति अलग-अलग संवेदनशीलता रख सकते हैं। उदाहरण के लिए, एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले कुछ उच्च-शक्ति वाले एल्युमिनियम मिश्र धातुओं को अक्सर 99.999% की सीमा में अत्यंत शुद्ध नाइट्रोजन की आवश्यकता होती है। कम शुद्धता वाली नाइट्रोजन वेल्ड में अशुद्धियों को पेश कर सकती है, जिससे छिद्रता का निर्माण हो सकता है या जोड़ की यांत्रिक शक्ति कम हो सकती है। इसके विपरीत, कम महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले कुछ सामान्य एल्युमिनियम मिश्र धातुओं के लिए, लगभग 99.99% की थोड़ी कम नाइट्रोजन शुद्धता स्वीकार्य हो सकती है, लेकिन फिर भी कोई महत्वपूर्ण विचलन वेल्ड दोषों का कारण बन सकता है।

3. उपकरण से संबंधित कारक

3.1 गैस वितरण प्रणाली

लेजर वेल्डिंग सेटअप में गैस डिलीवरी सिस्टम में पाइप, वाल्व और फ्लो मीटर शामिल होते हैं। यदि ये घटक साफ नहीं हैं या उनका निर्माण उन सामग्रियों से हुआ है जो नाइट्रोजन या वायु में उपस्थित अशुद्धियों के साथ प्रतिक्रिया कर सकती हैं, तो वे नाइट्रोजन की शुद्धता को प्रभावित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, यदि पाइप जंग लगा है, तो आयरन ऑक्साइड के कण नाइट्रोजन के प्रवाह में मिल सकते हैं। यदि वाल्व ठीक से सील नहीं हैं, तो वे वायु के लीक होने की अनुमति दे सकते हैं, जिससे नाइट्रोजन में तनुता आएगी और उसकी शुद्धता कम हो जाएगी। फ्लो मीटर को सटीकता से कैलिब्रेट करने की आवश्यकता होती है। प्रवाह दर गलत होने पर वेल्डिंग क्षेत्र में नाइट्रोजन और परिवेश की वायु के बीच संतुलन गड़बड़ा सकता है। यदि नाइट्रोजन की प्रवाह दर बहुत कम है, तो यह वेल्ड पूल को प्रभावी रूप से सुरक्षित नहीं कर सकता है, जिससे ऑक्सीजन प्रवेश कर सकती है और कार्य क्षेत्र में नाइट्रोजन की प्रभावी शुद्धता कम हो जाती है।

3.2 लेजर वेल्डिंग मशीन डिज़ाइन

लेजर वेल्डिंग मशीन के स्वयं के डिज़ाइन में नाइट्रोजन की शुद्धता पर प्रभाव पड़ सकता है। कुछ लेजर वेल्डिंग मशीनों में वेल्डिंग क्षेत्र के चारों ओर बेहतर सील कक्ष होते हैं, जो उच्च-शुद्धता वाले नाइट्रोजन वातावरण को बनाए रखने में मदद करते हैं। ख़राब गुणवत्ता वाली सील वाली मशीनों में, वायु वेल्डिंग क्षेत्र में घुस सकती है, जिससे नाइट्रोजन कमजोर हो जाती है। इसके अलावा, नाइट्रोजन प्रदान करने वाले गैस नोजल की स्थिति और दिशा महत्वपूर्ण है। यदि नोजल उचित ढंग से डिज़ाइन या स्थित नहीं हैं, तो नाइट्रोजन वेल्ड पूल के चारों ओर समान रूप से वितरित नहीं हो सकती। इसके परिणामस्वरूप ऐसे क्षेत्र हो सकते हैं जहां नाइट्रोजन की सांद्रता कम होती है, जिससे उन महत्वपूर्ण क्षेत्रों में शुद्धता कम हो जाती है।

4. पर्यावरणीय कारक

4.1 आर्द्रता

आसपास के वातावरण में नमी, नाइट्रोजन की शुद्धता को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक हो सकती है। वायु में उपस्थित नमी, नाइट्रोजन के प्रवाह में प्रवेश कर सकती है, विशेष रूप से यदि गैस आपूर्ति प्रणाली में रिसाव हो या नाइट्रोजन उत्पादन प्रक्रिया के दौरान। वेल्डिंग के दौरान गर्म धातु के साथ जल वाष्प अभिक्रिया कर सकती है, जिससे हाइड्रोजन का निर्माण होता है, जिसके कारण वेल्ड में छिद्रता (porosity) उत्पन्न हो सकती है। उच्च-आर्द्रता वाले वातावरण में, नाइट्रोजन आपूर्ति लाइन में नमी को हटाने के लिए डेसिकेंट ड्रायर का उपयोग करने जैसे विशेष सावधानियां बरतने की आवश्यकता होती है। नाइट्रोजन में भी थोड़ी सी जल वाष्प, वेल्ड की गुणवत्ता पर नकारात्मक प्रभाव डाल सकती है, इसलिए उच्च गुणवत्ता वाली लेजर वेल्डिंग प्राप्त करने के लिए नाइट्रोजन में कम आर्द्रता बनाए रखना आवश्यक है।

4.2 तापमान

तापमान में भिन्नता से नाइट्रोजन की शुद्धता पर भी प्रभाव पड़ सकता है। कुछ नाइट्रोजन उत्पादन पद्धतियों, जैसे पीएसए (PSA) में, अधिशोषक सामग्री की अधिशोषण क्षमता तापमान से प्रभावित हो सकती है। उच्च तापमान हवा से अशुद्धियों को हटाने में अधिशोषक की दक्षता को कम कर सकता है, जिससे नाइट्रोजन का निम्न-शुद्धता वाला उत्पादन होता है। इसके अलावा, गैस वितरण प्रणाली में, तापमान में परिवर्तन पाइप और वाल्व में फैलाव या सिकुड़न पैदा कर सकता है। यदि इन घटकों को ऐसे तापमान-प्रेरित परिवर्तनों का सामना करने के लिए उचित ढंग से डिज़ाइन नहीं किया गया है, तो इससे रिसाव हो सकता है, जिससे हवा प्रवेश कर सकती है और नाइट्रोजन की शुद्धता कम हो जाती है।

5। सामान्य प्रश्न और उत्तर

प्रश्न 1: क्या मैं लेजर वेल्डिंग के लिए उच्च-शुद्धि नाइट्रोजन के बजाय सामान्य संपीड़ित वायु का उपयोग कर सकता हूं?

उत्तर: सामान्य संपीड़ित वायु में ऑक्सीजन की काफी मात्रा (लगभग 21%) होती है। लेजर वेल्डिंग के दौरान, ऑक्सीजन पिघली हुई धातु के साथ प्रतिक्रिया करेगी, जिससे ऑक्सीकरण, छिद्रता और वेल्ड के यांत्रिक गुणों में कमी होगी। वेल्ड पूल के चारों ओर निष्क्रिय वातावरण बनाने के लिए उच्च-शुद्धि नाइट्रोजन का उपयोग किया जाता है, जो इन समस्याओं को रोकता है। इसलिए, लेजर वेल्डिंग के लिए सामान्य संपीड़ित वायु का उपयोग करना उचित नहीं है।

प्रश्न 2: क्या मुझे अपनी लेजर वेल्डिंग सेटअप में नाइट्रोजन शुद्धता का परीक्षण कितनी बार करना चाहिए?

उत्तर: यह सुझाव दिया जाता है कि आप नाइट्रोजन शुद्धता की जांच कम से कम एक बार प्रतिदिन करें, विशेष रूप से यदि लेजर वेल्डिंग प्रक्रिया निरंतर चल रही हो। हालांकि, यदि वेल्ड गुणवत्ता में कमी के कोई लक्षण, जैसे अत्यधिक पोरोसिटी या ऑक्सीकरण दिखाई दें, तो तुरंत नाइट्रोजन शुद्धता की जांच करनी चाहिए। इसके अलावा, यदि नाइट्रोजन उत्पादन प्रणाली, गैस वितरण प्रणाली या वातावरण में कोई बदलाव हुआ हो, तो स्थिर वेल्ड गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए शुद्धता की जांच आवश्यक है।

प्रश्न 3: यदि मेरे लेजर वेल्डिंग सेटअप में नाइट्रोजन शुद्धता आवश्यकता से कम पाई जाए, तो मैं क्या कर सकता हूं?

उत्तर: सबसे पहले, नाइट्रोजन उत्पादन प्रणाली की जांच करें। यदि यह एक PSA प्रणाली है, तो सुनिश्चित करें कि अधिशोषक को ठीक से पुनर्जीवित किया गया है और यह संतृप्त नहीं है। मेम्ब्रेन अलगाव प्रणाली के लिए, मेम्ब्रेन में किसी भी क्षति की जांच करें। गैस परिवहन प्रणाली में, पाइप, वाल्व और कनेक्शन में रिसाव की जांच करें। किसी भी गंदे घटकों को साफ करें। यदि तरल नाइट्रोजन का उपयोग किया जा रहा है, तो सुनिश्चित करें कि वाष्पीकरण उपकरण स्वच्छ है और आपूर्ति लाइनों में दूषितता नहीं है। यदि समस्या बनी रहती है, तो नाइट्रोजन उपकरणों से संबंधित किसी पेशेवर तकनीशियन या निर्माता से संपर्क करें।