वेल्डिंग तंत्राची मूलतत्त्वे
वेल्डिंग म्हणजे उष्णतेच्या प्रभावाखाली समान किंवा तत्सम रचनेच्या धातूंचे, समान किंवा तत्सम धातूची भर घालून किंवा न घालता, केलेले जोडणे. वेल्डिंगच्या साहाय्याने भाग एकमेकांशी अविभाज्य रीतीने जोडले जातात, ज्यामुळे एकसंध एकक तयार होते. चांगल्या वेल्डिंगसाठी घनिष्ठ सांधा आवश्यक असतो, जो फक्त तेव्हाच मिळतो जेव्हा वेल्डिंगच्या ठिकाणी मूळ पदार्थही वितळतो (वेल्ड क्षेत्र).
इलेक्ट्रिक आर्क वेल्डिंग
लोखंडी संरचनांसाठी प्रथम प्राधान्याने इलेक्ट्रिक आर्क वेल्डिंग विचारात घेतले जाते, ज्यामध्ये आवश्यक उष्णता विद्युत ज्वाला-आर्कने मिळते. ज्वाला-आर्क मूलभूत तुकडा आणि तथाकथित इलेक्ट्रोड यांच्यामध्ये तयार होतो, जो त्याच वेळी वितळतो आणि पूरक पदार्थ देतो. योग्य पूरक पदार्थाची (इलेक्ट्रोडची) निवड वेल्डेड सांध्याच्या गुणधर्मांवर सर्वाधिक प्रभाव टाकते. इलेक्ट्रोडची निवड, वेल्डिंगच्या अटी ठरविण्यासाठी तांत्रिक ज्ञान आवश्यक असते, म्हणून विशेषतः प्रशिक्षित “वेल्डिंग तंत्रज्ञानाचे विशेषज्ञ अभियंते” ही संस्था निर्माण करण्यात आली आहे, ज्यांचे कार्य, इतर गोष्टींसह, वेल्डिंग कामांचे निरीक्षण करणे आणि वेल्डरच्या प्रमाणपत्रांची नियमित पुनरावृत्ती करणे आहे.
गॅस वेल्डिंग आणि कापणी
गॅस वेल्डिंगमध्ये गॅसच्या दहनाने आवश्यक उष्णता निर्माण केली जाते, त्यामुळे मूलभूत आणि पूरक साहित्य वितळते. अधिक महत्त्वाचे म्हणजे कापणे. कटिंग टॉर्च मध्ये, वेल्डिंगप्रमाणेच कार्य करणाऱ्या उष्णता नळीव्यतिरिक्त, ऑक्सिजनसाठी आणखी एक कटिंग नळी असते. गरम ज्वालेने तापवलेल्या पोलादीवर जळण होते आणि ऑक्सिजनच्या प्रवाहाने तो फुंकून काढला जातो. कापणीमुळे गुळगुळीत आणि अचूक पृष्ठभाग मिळतात, जे पुढील प्रक्रिया न करता अनेक पोलादी संरचनांच्या उद्दिष्टांसाठी पुरेसे असतात.
वेल्डक्षमता
वेल्डेड सांध्यांचे मूल्यांकन करताना हे लक्षात ठेवावे लागते की वेल्डिंग प्रक्रिये दरम्यान जोड साहित्याचा तसेच मूळ साहित्याचा संघटनात्मक घटक लक्षणीयरीत्या बदलू शकतो. संरचनेतील बदलालाही मोठे महत्त्व आहे – वितळलेल्या सीम आणि न बदललेल्या मूळ सामग्रीदरम्यान, उष्णतेच्या प्रभावाच्या पातळीप्रमाणे, विविध संरचनांचा आणि त्यानुसार विविध गुणधर्मांचा एक झोन असतो. सीमेजवळ तो भाग असतो जिथे मूळ सामग्री वितळली (वितळण्याचा झोन) आणि जिथे वेल्डिंग झोन आणि मूळ सामग्री यांच्यात जोडणी होते. भोवतालचा सामग्री झोनही अजून जोरात गरम झालेला असतो, जरी तेथे वितळण्याची बिंदू आता गाठलेली नसते. या अति-उष्णता झोनमध्ये संरचनेत मोठे बदल होतात, त्यामुळे तो अनेकदा संपूर्ण वेल्डेड सांध्याच्या गुणधर्मांसाठी निर्णायक ठरतो.
संयुक्तातील भेगाळपणा म्हणजे संयुक्तात भेगा निर्माण होणे, ज्या वेल्डिंगनंतर लगेचच अजून उच्च तापमानावर किंवा कदाचित फक्त थंड होताना निळ्या तप्ततेच्या क्षेत्रात (सुमारे 300oC येथे) उद्भवतात. भेगाळपणा हा मोठ्या प्रमाणावर इलेक्ट्रोडांचा गुणधर्म असतो; तो जवळजवळ फक्त आवृत इलेक्ट्रोडांमध्ये दिसतो, जे पोलादी संरचनांसाठी विशेष महत्त्वाचे असतात. भेगा निर्माण होण्यासाठी दोन अटी पूर्ण झालेल्या असणे आवश्यक आहे, म्हणजे वेल्डिंग प्रक्रियेने किंवा इतर बाह्य कारणांनी निर्माण झालेले उच्च ताण, तसेच पदार्थाच्या कठिणतेत वाढ.
साहित्याच्या संघटन आणि संरचनेतील धातुकर्मीय बदलांखेरीज भौतिक प्रक्रिया देखील महत्त्वाच्या आहेत, ज्या मोठ्या प्रमाणातील उष्णतेशी संबंधित असतात; ही उष्णता वेल्डिंगदरम्यान साहित्याला दिली जाते आणि त्यातून उच्च तापमान निर्माण होते. तापमानवाढ सर्वत्र समान होत नाही, तर फक्त मर्यादित भागांतच होते. तापविण्याशी संबंधित उष्मीय प्रसारणावर तापलेल्या क्षेत्रावर न तापलेल्या साहित्यामुळे निर्माण होणाऱ्या अंतर्गत ताणामुळे अडथळा येतो. याशिवाय बाह्य ताणही येतो, कारण वेल्डिंगदरम्यान भाग घट्ट पकडून ठेवावे लागतात; म्हणून तापविताना प्लास्टिक संपीडन निर्माण होतात. थंड होताना सांध आणि त्याचा परिसर सर्वाधिक आकुंचन पावतो (आकुंचन). थंड होतानाच, विस्तारास अडथळा असल्यामुळे बंधनकारक ताण (आकुंचन ताण) निर्माण झाले पाहिजेत. वेल्ड केल्या जाणाऱ्या भागांचे 200 oC ते 300 oC पर्यंत पूर्वतापन केल्याने थंड होणे लक्षणीयपणे मंदावता येते. कठिणीकरणाचा परिणाम कमी झाल्याने संरचनेची निर्मिती अधिक चांगली होते, कडक होणे कमी राहते.
साहित्य आणि वेल्डिंग कामांची चाचणी
सामान्य: वेल्डिंग कामांची गुणवत्ता अनेक परिस्थितींवर अवलंबून असल्यामुळे, आणि शेवटी कारागिराच्या कौशल्यावर व विश्वासार्हतेवरही, सर्व वेल्डिंग कामांचे अचूक निरीक्षण आणि परीक्षण आवश्यक आहे. परीक्षणांमध्ये सामग्री व इलेक्ट्रोड्सच्या वेल्डिंग क्षमतेचे निर्धारण, एका दिलेल्या प्रकरणासाठी वेल्डिंगच्या अटी आणि वेल्डिंग प्रक्रिया यांची तुलना, नमुन्यांची चाचणी इत्यादींचा समावेश होतो.
आकृ. 1 - वेल्डेड सांध्याची वाकण्याची चाचणी
वेल्ड सीमवरील वाकण्याची चाचणी: ही आयताकृती छेदाच्या साध्या बीमवर (आकृ. 1) केली जाणारी वाकण्याची चाचणी आहे, ज्यामध्ये ताणलेल्या तंतूमधील अर्धवर्तुळाकाररीत्या प्रक्रिया केलेली लांबीची चर खोलीच्या तापमानावर एकाच थराने पुन्हा वेल्ड केली जाते. सीममुळे विकृतीक्षमतेत मोठी घट होते, त्यामुळे चाचणी तुकडे अनेकदा पूर्णपणे भंगुर आणि अचानक तुटतात. पातळ पत्र्यांमध्ये वाकण्याचा कोन अधिक असतो; पत्र्याची जाडी वाढत गेल्यावर तो कमी होतो.
खाचातील आघातस्थैर्य: शॅमच्या वाकण चाचणीत बहुतेक वेळा प्रथम शॅममध्ये भेगा दिसतात, त्यामुळे ठिसूळ भंग होतो. मूलभूत पदार्थाने शॅमच्या ठिसूळ फुटण्यामुळे अचानक येणारा भार स्वीकारण्यास सक्षम असले पाहिजे. वेल्डच्या भागातील भेग मूलभूत पदार्थातूनही वेगाने पसरू नये, तर भेग फक्त हळूहळू पुढे जावी, अशी अट घालणे आवश्यक आहे. हा अचानक भार स्वीकारण्यासाठी मूलभूत पदार्थ पुरेसा ठिसूळ-प्रतिरोधक असला पाहिजे आणि ही क्षमता कमी तापमानातही पुरेशा प्रमाणात टिकून राहिली पाहिजे. खाचातील आघातस्थैर्य तसेच इतर यांत्रिक गुणधर्म चाचणी ज्या तापमानावर केली जाते त्यावर मोठ्या प्रमाणावर अवलंबून असतात. कमी तापमानांवर, उदा. 0 oC च्या खाली, ते 20 oC वरील मूल्याच्या एका भागापर्यंत कमी होऊ शकते. या अचानक घटीचे स्थान कोणत्याही पदार्थाच्या मूल्यांकनासाठी महत्त्वाचे आहे. वेल्ड केलेल्या पोलादी संरचनांसाठी आज चांगल्या वयोपरत्वे स्थैर्य असलेला पदार्थ, म्हणजेच थंड स्थितीत आघात चाचणीत उच्च खाच-सामर्थ्य, आवश्यक मानले जाते.
आकृ. 2 - ताणस्थितीतील खाचांमुळे होणारी विकृती
कठोरता: वेल्डिंग क्षेत्रातील कठोरतेच्या घटना फार महत्त्वाच्या आहेत. कठोरतेतील वाढ जाणून घेणे महत्त्वाचे आहे, कारण तुटण्यावेळीची लांबीवाढ कठोरता वाढत गेल्याने झपाट्याने कमी होते (आकृ. 3), तर ताणासंबंधी ताकद σB ही ब्रिनेल कठोरता HB शी जवळपास प्रमाणानुसार वाढते. बांधकामाच्या पोलादांसाठी अंदाजे σB = 0,36*HB आहे. I-तुळईच्या मुख्य कोनाकार वेल्डच्या कठोरतेचे एक उदाहरण आकृ. 4 मध्ये दाखविले आहे. संक्रमण क्षेत्रात अगदी लहान अंतरांवर कठोरतेत मोठे फरक असतात. कठोरतेची प्रवृत्ती तयार झालेल्या संरचनेवर अवलंबून असते. σ-ε-l रेषा कठोरतेनुसार तसेच खाचांच्या ताणस्थितीनुसारही तत्सम रीतीने बदलते (आकृ. 2).
आकृ. 3 - ब्रिनेल काठिण्य आणि लांबीवाढ
आकृ. 4 - एका वेल्डेड I-बीमच्या मानातील सांध्याच्या क्षेत्रातील कठोरता
तयार केलेल्या वेल्डेड सांध्यांची विनाशरहित चाचणी
पारदर्शन – लहान जाडींच्या पारदर्शनात, क्ष-किरण प्रतिमा एका पडद्यावर दृश्यमान करता येते. क्ष-किरणांऐवजी किरणोत्सर्गी पदार्थांचे गॅमा किरण वापरता येतात. क्ष-किरण प्रतिमेमुळे सांध्याच्या गुणवत्तेबद्दल निष्कर्ष काढता येतो. समाविष्ट केलेले स्लॅग किंवा रंध्रे, तसेच जोडणीतील दोष आणि तडे, अशा प्रकारे ओळखता येतात आणि आवश्यक असल्यास दूर करता येतात.
चुंबकीय प्रवाहन – तपासल्या जाणाऱ्या पोलादी भागात चुंबकीय क्षेत्र निर्माण केले जाते आणि मग पसरवलेले भुसीकण त्या क्षेत्रानुसार मांडले जातात. चुंबकीय क्षेत्रातील कोणत्याही अनियमिततेतून तडे ओळखता येतात. ही पद्धत विशेषतः पृष्ठभागावरील तडे शोधण्यासाठी परिणामकारक आहे, परंतु धातुमळीचे समावेश आणि रंध्रांविषयी, तसेच जाड प्लेटांच्या आतील तड्यांविषयी तुलनेने असंवेदनशील आहे.
अल्ट्रासाऊंडद्वारे चाचणी – अतिसूक्ष्म ध्वनीलहरी केवळ सीमापृष्ठांवरच नव्हे, तर अंतर्गत विभाजन पृष्ठांवरही परावर्तित होतात, उदा. भेगा किंवा वेगळे झालेले थर.