वेल्डिंग तकनीक के मूल सिद्धांत
वेल्डिंग गर्मी के प्रभाव में, समान या समान प्रकृति की धातुओं का, समान या समान प्रकृति की धातु जोड़कर या बिना जोड़े, संयोजन है। वेल्डिंग द्वारा भाग एक-दूसरे से अविभाज्य रूप से जुड़ जाते हैं, जिससे एक एकीकृत समग्र बनता है। अच्छी वेल्डिंग के लिए घनिष्ठ संयोग आवश्यक है, जो केवल तभी प्राप्त होता है जब वेल्डिंग स्थान पर आधार सामग्री भी पिघलती है (वेल्ड-क्षेत्र).
विद्युत-आर्क वेल्डिंग
इस्पात संरचनाओं के लिए मुख्य रूप से आर्क वेल्डिंग पर विचार किया जाता है, जिसमें विद्युत ज्वाला-आर्क द्वारा आवश्यक ऊष्मा प्राप्त होती है। ज्वाला-आर्क मूल टुकड़े और तथाकथित इलेक्ट्रोड के बीच बनता है, जो इस दौरान पिघलकर अतिरिक्त पदार्थ देता है। उपयुक्त अतिरिक्त पदार्थ (इलेक्ट्रोड) का सही चयन वेल्डेड जोड़ के गुणों पर अत्यधिक प्रभाव डालता है। इलेक्ट्रोडों का चयन वेल्ड किए जाने वाले मूल पदार्थ की विशिष्ट मजबूती के अनुसार किया जाता है। इलेक्ट्रोडों का चयन, वेल्डिंग की शर्तों का निर्धारण विशेषज्ञ ज्ञान की माँग करता है, इसलिए विशेष रूप से प्रशिक्षित “वेल्डिंग तकनीक के विशेषज्ञ अभियंताओं” की संस्था बनाई गई है, जिनका कार्य, अन्य बातों के साथ, वेल्डिंग कार्यों की निगरानी करना और वेल्डरों के प्रमाणन को नियमित रूप से दोहराना है।
गैस वेल्डिंग और कटिंग
Pri gasnom zavarivanju potrebna toplota se proizvodi sagorevanjem gasa, tako da osnovni i dodatni materijal dolaze do topljenja. Važnije je sečenje. Plamenik za sečenje ima pored toplotne cevi, koja radi kao i pri zavarivanju, još jednu cev za sečenje za kiseonik. Čelik zagrejan toplim plamenom probija se i produvava strujom kiseonika. Sečenje daje glatke i precizne površine koje su dovoljne za mnoge namene čeličnih konstrukcija bez dalje obrade.
वेल्डेबिलिटी
वेल्डेड जोड़ों के मूल्यांकन के लिए यह ध्यान रखना चाहिए कि वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान अतिरिक्त, तथा आधार सामग्री की संरचना में काफी परिवर्तन हो सकता है। संरचना में परिवर्तन भी बहुत महत्वपूर्ण है – पिघले हुए सीम और अपरिवर्तित आधार सामग्री के बीच, तापीय प्रभाव की मात्रा के अनुसार, विभिन्न संरचना और इसलिए विभिन्न गुणों वाला क्षेत्र होता है। सीम के पास वह क्षेत्र होता है जहाँ आधार सामग्री पिघली थी (वेल्ड-संलयन क्षेत्र) और जहाँ वेल्डिंग क्षेत्र तथा आधार सामग्री के बीच संयोजन होता है। आसपास का सामग्री-क्षेत्र भी अभी भी बहुत अधिक गरम होता है, यद्यपि वहाँ अब गलनांक प्राप्त नहीं हुआ होता। इस अति-तापन क्षेत्र में संरचना में बड़े परिवर्तन होते हैं, इसलिए यह अक्सर पूरे वेल्डेड जोड़ के गुणों के लिए निर्णायक होता है।
वेल्ड की दरारदारता से आशय वेल्ड में दरारों के प्रकट होने से है, जो वेल्डिंग के तुरंत बाद उच्च तापमान पर ही उत्पन्न हो जाती हैं, या संभवतः केवल शीतलन के दौरान नीली तप्तावस्था के क्षेत्र में (लगभग 300oC पर) दिखाई देती हैं। दरारदारता बहुत हद तक इलेक्ट्रोडों का गुण है; यह लगभग केवल आवृत इलेक्ट्रोडों में दिखाई देती है, जो इस्पात संरचनाओं के लिए विशेष रूप से महत्त्वपूर्ण हैं। दरारों के प्रकट होने के लिए दो स्थितियों का पूरा होना आवश्यक है, अर्थात् वेल्डिंग प्रक्रिया या अन्य बाहरी कारणों से उत्पन्न उच्च तनाव, तथा पदार्थ की कठोरता में वृद्धि।
धातुकर्मीय परिवर्तनों के अलावा, सामग्री की संरचना और बनावट में भौतिक प्रक्रियाएँ भी महत्वपूर्ण हैं, जो वेल्डिंग के दौरान सामग्री में पहुँचाई जाने वाली ऊष्मा की बड़ी मात्रा और उस समय प्राप्त उच्च तापमानों से संबंधित होती हैं। गरमी समान रूप से नहीं, बल्कि केवल संकीर्ण रूप से सीमित क्षेत्रों में दी जाती है। गरमी से संबंधित तापीय प्रसार गर्म क्षेत्र पर अनगर्मित सामग्री द्वारा उत्पन्न आंतरिक तनावों से बाधित होता है। इसके साथ बाहरी तनाव भी जुड़ता है, क्योंकि वेल्डिंग के दौरान भागों को मजबूती से कसना पड़ता है, इसलिए गरमी के समय प्लास्टिक संपीडन उत्पन्न होते हैं। ठंडा होने पर जोड़ और उसका परिवेश सबसे अधिक सिकुड़ता है (सिकुड़न)। ठंडा होने के दौरान, रोके गए विस्तार के कारण बाध्यकारी तनाव (सिकुड़न तनाव) उत्पन्न होने चाहिए। वेल्ड किए जाने वाले भागों को 200 oC से 300 oC तक पूर्व-गर्म करने से शीतलन काफी धीमा किया जा सकता है। कठोरीकरण के प्रभाव को घटाने के कारण संरचना का बेहतर निर्माण प्राप्त होता है, कठोरता कम रहती है।
सामग्री और वेल्डिंग कार्यों की जाँच
सामान्य: चूँकि वेल्डिंग कार्य की गुणवत्ता अनेक परिस्थितियों पर निर्भर करती है, और अंततः विशेषज्ञ कर्मी की दक्षता तथा विश्वसनीयता पर भी, इसलिए सभी वेल्डिंग कार्यों की सटीक निगरानी और परीक्षण आवश्यक है। परीक्षणों में सामग्री और इलेक्ट्रोड की वेल्डिंग क्षमता का निर्धारण, किसी दिए गए मामले में वेल्डिंग की परिस्थितियों और वेल्डिंग प्रक्रियाओं की तुलना, नमूनों के परीक्षण आदि सम्मिलित हैं।
चित्र 1 - वेल्डेड जोड़ पर मोड़ परीक्षण
वेल्डेड सीम का मोड़ परीक्षण: यह आयताकार अनुप्रस्थ काट वाली एक साधारण बीम (चित्र. 1) का मोड़ परीक्षण है, जिसमें तन्य रेशे में अर्धवृत्ताकार रूप से तैयार की गई अनुदैर्ध्य नाली को कमरे के तापमान पर एक परत से फिर से वेल्ड किया जाता है। सीम से विकृति-क्षमता में बहुत कमी आती है, इसलिए परीक्षण प्रायः पूरी तरह भंगुर और अचानक टूट जाते हैं। पतली प्लेटों में मोड़ कोण अधिक होता है, और प्लेट की मोटाई बढ़ने पर यह घटता जाता है।
नॉच पर आघात-प्रतिरोध: वेल्ड के मोड़-परीक्षण में अधिकतर दरारें पहले वेल्ड में ही उत्पन्न होती हैं, जिससे भंगुर भंग होता है। मूल पदार्थ को उस भार को ग्रहण करने में सक्षम होना चाहिए, जो वेल्ड के भंगुर टूटने पर अचानक उत्पन्न होता है। यह आवश्यक है कि वेल्ड क्षेत्र में दरार मूल पदार्थ के भीतर तेजी से न फैले, बल्कि उसे धीरे-धीरे ही आगे बढ़ने दिया जाए। मूल पदार्थ इतना दृढ़ होना चाहिए कि यह अचानक आने वाला भार सह सके, और यह क्षमता निम्न तापमानों पर भी पर्याप्त मात्रा में बनी रहनी चाहिए। नॉच पर आघात-प्रतिरोध, अन्य यांत्रिक गुणों की तरह, उस तापमान पर काफी निर्भर करता है जिस पर परीक्षण किया जाता है। कम तापमानों पर, उदाहरण के लिए 0 oC से नीचे, यह 20 oC पर प्राप्त मान के एक भाग तक गिर सकता है। इस तीव्र गिरावट की स्थिति किसी पदार्थ के मूल्यांकन के लिए महत्त्वपूर्ण है। वेल्डेड इस्पात संरचनाओं के लिए आज ऐसे पदार्थ की माँग की जाती है जिसकी वृद्धावस्था के प्रति अच्छी स्थिरता हो, अर्थात ठंडे खिंचे गए नमूनों पर आघात-नॉच के साथ उच्च मज़बूती।
चित्र 2 - नॉच वाले तनाव-अवस्थाओं में विकृति
कठोरता: वेल्डिंग क्षेत्र में कठोरता की घटनाओं का बहुत महत्व है। कठोरता-वृद्धि को जानना आवश्यक है, क्योंकि कठोरता बढ़ने पर टूटन पर विस्तार शीघ्र घटता है (चित्र 3), जबकि तन्य सामर्थ्य σB लगभग ब्रिनेल कठोरता HB के समानुपाती रूप से बढ़ती है। संरचनात्मक इस्पातों के लिए लगभग σB = 0,36*HB है। I-बीम की मुख्य कोणीय वेल्ड की कठोरता का एक उदाहरण चित्र 4 में दिखाया गया है। संक्रमण क्षेत्र में बहुत कम दूरियों पर कठोरता के बड़े अंतर होते हैं। कठोरता का क्रम विकसित संरचना पर निर्भर करता है। σ-ε-l रेखा भी कठोरता के साथ उसी प्रकार बदलती है जैसे नॉच की तनाव-अवस्था के साथ (चित्र 2).
आकृति 3 - ब्रिनेल कठोरता और लंबन
चित्र 4 - एक वेल्डेड I-बीम की गर्दन में वेल्ड-क्षेत्र की कठोरताएँ
तैयार वेल्डेड जोड़ों का विनाशरहित परीक्षण
विकिरण पारगमन – कम मोटाई के विकिरण पारगमन में, एक्स-रे चित्र को एक स्क्रीन पर दृश्यमान बनाया जा सकता है। एक्स-रे किरणों के स्थान पर रेडियोधर्मी पदार्थों की गामा किरणों का उपयोग किया जा सकता है। एक्स-रे चित्र से वेल्ड की गुणवत्ता का निष्कर्ष निकाला जा सकता है। सम्मिलित स्लैग या छिद्र, साथ ही बंधन में दोष और दरारें, इस प्रकार पहचाने जा सकते हैं और आवश्यक होने पर हटाए जा सकते हैं।
चुंबकीय प्रवाहन – परीक्षण किए जाने वाले स्टील के उस भाग में एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न किया जाता है, और तब डाले गए कण क्षेत्र के अनुसार व्यवस्थित हो जाते हैं। चुंबकीय क्षेत्र में किसी भी अनियमितता से दरारें पहचानी जा सकती हैं। यह प्रक्रिया विशेष रूप से सतही दरारें खोजने में प्रभावी है, लेकिन धातुकण श्लाक समावेशन और छिद्रों के प्रति, तथा मोटी प्लेटों के अंदर स्थित दरारों के प्रति अपेक्षाकृत असंवेदनशील है।
अल्ट्रासोनिक परीक्षण – अल्प-तरंगधर्मी ध्वनि तरंगें केवल सीमांत सतहों पर ही नहीं, बल्कि भीतर की विभाजन सतहों पर भी, जैसे दरारों या परत-सम्बन्धी अलगावों पर, परावर्तित होती हैं।