వెల్డింగ్
వేల సంవత్సరముల క్రితమే మానవుడు ఫోర్జ్ వెల్డిండిం గు ద్వారా లోహాలను అతికేవాడని యూరోప్, మధ్యతూర్పులలో కంచు యుగము, ఇనుప యుగంలో లోహాలను ఫోర్జ్ వెల్డింగు పద్ధతిలో అతికేవారని తెలుస్తున్నది. క్రీ.పూ. 5వ శతాబ్దికి చెందిన ప్రాచీన గ్రీకు చరిత్రకారుడు హెరొడొటస్ (Herodotus) తన ది హిస్టొరిస్ అను పుస్తకంలో చియొస్ (chios) కు చెందిన గ్లాకస్ (glaucus) మొదటగా ఇనుమును ఫొర్జింగు ద్వారా వెల్డింగ్ చేసిన వ్యక్తిగా పేర్కొన్నాడు. ఆలాటి ఫొర్జ్ వెల్డింగు కు, క్రీ.శ.310 లో ఢిల్లీ సమీపంలోని కుతుబ్ మీనారు వద్ద నున్న ఉక్కు స్తంభము ఉదాహరణ. క్రీ.శ.1802 లో రష్యన్ శాస్త్రవేత్త వసిలి పెట్రొవ్ (vasily petrov) విద్యుత్తు ట్రాన్సు ఫార్మరులో తక్కువ వోల్టేజి (70-100 వోల్టులు), ఎక్కువ అంపియర్ల విద్యుత్తు ఏర్పరచి, ట్రాన్సుఫార్మరు యొక్క ఋణధ్రువ అంచును, ధనధ్రువ అంచుతో తాకించి వాటి మధ్య కొంత దూరముండు నటుల చేసినచో అత్యంత ఉష్ణమును విడుదల చేస్తూ, ఒక ప్రకాశవంతమైన వెలుగు (electric Arc) ఏర్పడటాన్ని కనుగొన్నాడు, ఇలా వెలువడు ఈ ఉష్ణశక్తితో లోహాలను అతుకవచ్చునని భావించాడు. క్రీ.శ.1881-82 లో రష్యాకు చెందిన నికొలై బెనర్డొస్ (Benardos), విద్యుత్తు ఆర్కు (Arc) తో కార్బన్ ఎలక్ట్రోడ్ నుపయోగించి వెల్డింగు చెయ్యడం కనుగొన్నాడు[2]. ఈ పద్ధతిలో లోహలను వెల్డింగ్ చెయ్యడం 18వ శతాబ్ది చివరివరకు వరకు కొనసాగింది. అటుపిమ్మట 1888 లో రష్యాకు చెందిన నికొలై స్లాయోనొవ్ (1888), మరియు అమెరికాకు చెందిన సి.ఎల్.కాపిన్ (1890) లో లోహపు కడ్డీని ఎలక్ట్రోడుగా వెల్డింగు చేయు ప్రక్రియను ఆవిష్కరించారు. క్రీ.శ.1990 ప్రథమం లో ఎ.పి.స్త్రో హెమెంజెర్ (Strohemenger) బ్రిటన్లో రసాయనిక పదార్థముల పూతకలిగిన ఎలక్ట్రోడును తయారుచేసాడు. ఇది పైరెండింటికన్న నిలకడగల ఆర్కును ఏర్పరచడం వలన, వెల్డింగు మరింత సులభ తరమై నది. ఈ ఎలక్ట్రోడును పూత గల్గిన (sheathed metal electrode) ఎలక్ట్రోడ్ అంటారు. క్రీ.శ.1905లో మూడు ఫేజుల కరెంట్ ద్వారా వెల్డింగును చేయు పద్ధతిని రష్యాకు చెందిన శాస్త్రవేత్త వ్లదిమిర్ మిత్‍కెవిచ్ ఆవిష్కరించాడు. ఈ వెల్డింగ్ పద్ధతులన్ని ఏకముఖ విద్యుత్తు (direct current) ను ఉపయోగించునవి. క్రీ.శ.1919లో సి.జె.హొల్స్లగ్ ఎ.సి. (alternative current) విద్యుత్తు నుపయోగించి వెల్డింగు చేయుటను కను గొన్నాడు. అయితే ఇది దాదాపు పది సంవత్సరాల వరకు ప్రజాదరణ పొందలేదు. ప్రస్తుతం ఎ.సి కరెంట్ సింగల్ పేజ్, లేదా డబుల్ పేజ్ ద్వారా వెల్డింగ్ చేయుట సర్వసాధారణము. అలాగే రెసిస్టెన్సు అనే మరో రకపు వెల్డింగు ప్రక్రియ కూడా 19వ శతాబ్దిలోనే కనుగొన బడింది. క్రీ.శ.1885లో ఎల్హు థొమ్సను అనునతను రెసిస్టెన్సు వెల్డింగు పద్ధతిపై యాజమాన్య హక్కులు (patent) పొందాడు.అలాగే థెర్మెట్ (thermet) అనే మరోరకమైన వెల్డింగు విధానము 1893లో కనుగొనబడింది. అదే సమయంలో అసెటెలిన్ (Acetelene) గ్యాసు నుపయోగించి వెల్డింగు చేయు పద్ధతి కూడా ప్రాచుర్యంలోకి వచ్చింది. ఈ గ్యాసు వెల్డింగు అనునది 1836లో ఎడ్మండ్‍ డేవిడ్ కనుగొన్నను,1890లో గాని పూర్తి వాడుకలోకి రాలేదు. గ్యాస్ వెల్డింగు చేయు బ్లో టార్చు/వెల్డింగు టార్చును ఆధునీకరణించడం వలన 19 వ శతాబ్దిలో గ్యాస్ వెల్డింగుతో లోహాలను అతుకుట కుడా జోరందుకున్నది. అయితే పెద్ద ఉక్కు వంతెనలను, ఓడలను, సైనికదళాలకు సంబంధించిన వాటిని. వాహనాలను నిర్మించుటకు ఆర్కు వెల్డింగు అనుకూలంగా ఉండటం, పూరకకడ్డిలపై (filler electrode) రక్షిత స్రావకాన్ని (flux) పూతగా పూయడం వలన ఆర్కు వెల్డింగులో వెల్డింగు చేయు భాగాన్ని ఆక్సీకరణ నుండి రక్షించు పరిస్థితులు గతం కంటే మెరుగ్గా ఉండటం వలన ఆర్కు వెల్డింగు నుపయోగించడం ఊపందుకున్నది. క్రీ.శ.లో స్వయం చలిత (automatic) ఆర్కు వెల్డింగును కనుగొనడం జరిగింది. అంతకుమునుపు అర్కు వెల్డింగులో ఉపయోగించు స్రావకపూత కలిగిన పూరక ఎలక్ట్రోడ్ 350-450 మి.మీ, పొడవు వున్నందున, ఒక ఎలక్ట్రోడు తరువాత మరో ఎలక్ట్రోడును వెల్డింగు హొల్డరుకు బిగించి వెల్డింగు చెయ్యవలసి వచ్చేది. కాని ఈ ఆటోమెటిక్ వెల్డింగు విధానంలో వెల్డింగు ఎలక్ట్రోడు సన్నగా ఉండి ఒకచక్రమునకు చుట్టబడి, వెల్డింగుకు అనుకూలంగా ముందుకు జరుగుచుండును. వెల్డింగు ప్రాంతం ఆక్సికరణ చెందకుండ రక్షితవాయువు (shield gas) వెల్డింగు పై ప్రసరించడం జరుగుతుంది. రక్షిత వాయువులుగా వెల్డింగుచేయు లోహలలో జడవాయువు లను (inert gas) ఉపయోగిస్తారు. జడవాయువులను అధిక వత్తిడితో వెల్డింగు జాయింట్ పరిసరాలలో పంపించడం ద్వారా వెల్డ్ జాయింటుకు గాలి అందుబాటులో లేకుండచేయును. ఇవి, ఆర్గాను, హీలియము, మరియు హైడ్రోజను+ఆర్గాను మిశ్రమము. (హైడ్రోజను జడవాయువుకాదు, కాని వెల్డింగు జాయింట్ పరిసరాలలోని ఆక్సిజను తోచర్య జరపడం ద్వారా (2H+O=H 2 O, వెల్డింగు జాయింట్ అక్సిజనుతో ఆక్సికరణ చెందకుండ నిరోధించును). ఆ తరువాత క్రమములో 1932 లో స్టడ్ వెల్డింగు విధానము వాదుకలోకి వచ్చింది. ఆదే సమయంలో రష్యాకు చెందిన కొన్ స్టాంటిన్ క్రెనొవ్ (konstanitin khrenov) నీటిలోపల ఆర్కు వెల్డింగుచేయు విధానాన్ని కనుగొన్నాడు. అంతకుముందే కనుగొనబడి అనేక మార్పులకు గురైన గ్యాస్ టంగ్స్టన్ ఆర్కు వెల్డింగ్ (TIG= tungsten inert gas ) విస్త్రుతంగా వాడుకలోకి తీసుకు రాబడింది. అటుపిమ్మట గ్యాస్ మెటల్ ఆర్కు (MIG=metal inert gas) వెల్డింగును కూడా అభివృద్ధి పరచి వాడుకలోకి తీసుకురావటం జరిగింది. ఆటు పిమ్మట ప్లాస్మా ఆర్కు వెల్డింగు, ఎలెక్ట్రో స్లాగ్ వెల్డింగు, ఎలెక్ట్రోను బీం వెల్డింగు వంటి విధానాలతో వెల్డింగు చెయ్యడం మొదలైనది[3].
టిగ్ వెల్డింగు
=టిగ్ వెల్డింగు-నిర్వచనము=
టిగ్ (TIG) అనునది టంగ్‍స్టన్ ఇనెర్ట్ గ్యాసు వెల్డింగు (Tungsten inert Gas welding) కు సంక్షిప్త ఆంగ్లపదము. టంగ్‍స్టన్ లోహకడ్డిని ఆర్కును సృష్టించు ఎలక్ట్రొడుగా వినియోగిస్తూ, వెల్డింగు సమయంలో అతుకబడు లోహాభాగాలు ఆక్సికరణకు లోనుకాకుండ నిరోధించుటకు ఆర్గాను, లేదా హీలియము వంటి జడవాయువు లను వినియోగించు వెల్డింగు ప్రక్రియ. ఈ వెల్డింగు ప్రక్రియను జి.టి.ఎ.డబ్లూ (GTAW:Gas Tugsten arc welding) అని కూడా వ్యవహరిస్తారు. ఈ వెల్డింగు విధానం ఒక విధంగా అభివృద్ధిపరచిన కార్బను ఆర్కువెల్డింగు విధానమని చెప్పవచ్చును. కార్బను ఆర్కువెల్డింగు విధానంలో కర్బనపు కడ్డీని ఆర్కు కల్గించు ఎలక్ట్రోడుగా వాడి, లోహాలను అతుకుటకు ప్రత్యేకంగా పూరక లోహ కడ్డీని వాడినట్లే, టిగ్ వెల్డింగులో కూడా టంగస్టన్ లోహకడ్డీని ఆర్కు ఏర్పరచుటకు మాత్రమే వాడి, లోహాలను ప్రత్యేకంగా మరో లోహాపూరక కడ్దితో అతికెదరు. టిగ్ వెల్దింగులో లోహపూరక కడ్దిపై ఎటువంటి స్రావకము వుండదు. టిగ్ వెల్డింగును కూడా కార్బను ఆర్కువెల్డింగు వలె ఏకముఖ విద్యుత్తు (D.C.) ను వినియోగించెదరు. టిగ్ వెల్డింగులో పూరకలోహాక కడ్దిలు మెటల్ ఆర్కువెల్డింగు ఎలక్ట్రొడుల వలె నిర్ధిష్టమైన పొడవు వుంటాయి. టిగ్ వెల్డింగులోని ఎలక్టొడుగా వాడు టంగ్‌స్టన్ ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రత చాలాఎక్కువ (3422 C).అందుచే వెల్డింగుసమయంలో టంగ్‌స్టను ఎలక్ట్రొడు అరుగుదల చాలాతక్కువ.అందుచే టంగ్‌స్టను ఎలక్ట్రోడు అరగని/ నాన్‌ కంజ్యూమబుల్ (non consumable) ఎలక్ట్రోడు. అయితే చాలాకాలం వాడిన తరువాత కొద్దిమేర అరుగుదల వుంటుంది.
విద్యుత్తు వలయములో అధికప్రమాణంలో కరెంటు ప్రవహించునప్పుడు అనోడు, కేథోడులమద్ధ్య అత్యధిక ఉష్ణోగ్రత, కాంతిని వెలువరించులా ఆయానీకరణ చెందిన ఎలాక్ట్రానుల సమూహ ప్రవాహంతో కూడిన కాంతివలయాన్ని (చాపము) ఏర్పరచవచ్చునని 1800లో హంప్రి ఢేవి కనుగొన్నాడు. క్రీ.శ.1802 లో రష్యన్ శాస్త్రవేత్త వసిలి పెట్రొవ్ (vasily petrov) విద్యుత్తు ట్రాన్సుఫార్మరులో తక్కువ వోల్టేజి (70-100 వోల్టులు), ఎక్కువ అంపియర్ల విద్యుత్తు ఏర్పరచి, ట్రాన్సుఫార్మరు యొక్క ఋణధ్రువ అంచును, ధనధ్రువ అంచుతో తాకించి వాటి మధ్య కొంత దూరముండు నటుల చేసినచో అత్యంత ఉష్ణమును విడుదల చేస్తూ, ఒక ప్రకాశవంతమైన వెలుగు (electric Arc) ఏర్పడటాన్ని కనుగొన్నాడు, వెలువడు ఈ ఉష్ణశక్తితో లోహాలను అతుకవచ్చునని భావించాడు. క్రీ.శ.1881-82 లో రష్యాకు చెందిన నికొలై బెనర్డొస్, విద్యుతుఆర్కు (Arc) తో కార్బన్ ఎలక్ట్రోడ్ నుపయోగించి వెల్డింగు చెయ్యడం కనుగొన్నాడు. అప్పటినుండి విద్యుత్తు నుపయోగించి లోహాలను అతుకు శకము ప్రారంభమైనది. వివిధ రకాలైన్ లోహాలను అవసరానికి అనుకూలంగాం దృఢంగా, ఏకీకృతంగా, ఎక్కువ మన్నిక కలిగిన వెల్డింగు వచేయు విధానాలకై, పద్ధతులకై జరిగిన ప్రయోగాలు, పరిశోధన ఫలితంగా రకరకములైన వెల్డింగు ప్రక్రియలు వాడుకలోకి వచ్చినవి. అలాంటి వాటిలో ఒకటి ఈ టిగ్ వెల్డింగు విధానము.
మెటల్ ఆర్కువెల్డింగ్ విధానంలో, ముఖ్యంగా షిల్డెడ్ ఎలక్ట్రోడు నుపయోగించి లోహాలను అతుకుట చాలా సులభతరమైనప్పటికి, ఇనుమేతర (non-ferrous) లోహాలను, ముఖ్యంగా అల్యూమినియం, మెగ్నీషియం వంటి వాటిని ఆర్కువెల్డింగు ద్వారా అతుకుట ఇబ్బందికరంగా వుండెది. ఈ లోహాలు వెల్డింగు సమయంలో గాలితో త్వరగా చర్యనొందటం వలన రంధ్రాలున్న (bloe holes) వెల్డింగు జాయింటులు ఏర్పడటం, మరియు వెల్డింగు ఎలక్ట్రోడుల స్రావకపదార్థం కొంత అతుకులలో (weld joints) వుండిపోయి అతుకు లోపభరితం కావడం వంటి సమస్యలు ఎదురైయ్యెవి. ఈ క్రమంలో బాటిలులలో నింపిన జడవాయువు/తటస్థవాయువు లను, రక్షితవాయువుగా వాడటం 1930నుండి మొదలైనది. ఆతరువాత సంవత్సరములలో, ఎ.సి.కరెంటుకు ప్రత్యామ్నయంగా డి.సి.కరెంటుతో జడవాయువులను రక్షితవాయువుగా నుపయోగించి మెగ్నీషియం లోహాలను అతకడం విమాననిర్మాణ పరిశ్రమలలో ముమ్మరమైనది. క్రీ.శ.1941 నాటికి ప్రస్తుత టిగ్ వెల్డింగుకు మూలరూపమైన హీలిఆర్కు (heliarc) లేదా టంగుస్టను ఆర్కు వెల్డింగు అస్థిత్వంలోకి వచ్చింది. ఈ విధానములో టంగుస్టనును ఎలక్ట్రోడుగా, హీలియం (helium) వాయువును రక్షితవాయువుగా (shielding gas) ఉపయోగించి వెల్డింగు చెయ్యడం ప్రారంభమైనది. అయితే ఈ పద్ధతిలో ఒక లోపముండెది, టంగుస్టను లోహం యొక్క ద్రవీభవనౌష్ణొగ్రత ఎక్కువైనప్పటికి (3422 C ) వెల్డింగు సమయంలో టంగుస్టను ఎలక్ట్రోడు త్వరగా వేడెక్కి, మెత్తబడి, ఎలక్ట్రోడు అంచు కొద్దిగా కరిగి వెల్డ్ మెటలులో కలసిపొయ్యెది. ఈ సమస్యను అధికమించుటకై వెల్డింగు ట్రాన్సుఫార్మరు యొక్క పొలారిటిని మార్చి చూడటమైనది.అంతకుముందు టంగుస్టను ఎలక్ట్రొడుకు ధనధ్రువము (ఆనోడు) కలుపబడివుండెది, దానిని ఋణధ్రువంగా (కాథోడు) గా మార్చడం జరిగింది. కాని ఈ పద్ధతిలో ఉక్కేతర లోహాలను అతుకడం కష్టంగా వుండెది. అయితే ఎ.సి.ట్రాన్సుఫార్మరులో స్థిర వోల్టెజి వుంచిన పైన పేర్కొన్న ఉక్కేతర థాతువులను సులభంగా అతుకవచ్చునని కనుగొన్నారు. వెల్డింగు సమయంలో ఉత్పన్నమగు అధిక ఉష్ణోగ్రత వలన టంగుస్టను వెల్డింగు టార్చు త్వరగా వెడెక్కడం వలన మధ్యలో కొంచెముసేపు వెల్డింగును ఆపవలసి వచ్చెది, "లిండె ఎయిరు ప్రొడక్ట్సు"వారు ఎలక్ట్రోడు టార్చును నీటితో చల్లబరచు పద్ధతి కనుగొన్నారు. అటుపిమ్మట హీలియం వాయువు ఖరీదైనది కావటంవలన దానికన్న చౌవకైన కార్బనుడైఆక్సైడు వాయువును షీల్డు గ్యాసుగా వాడటం మొదలుపెట్టారు. అయితే ఈగ్యాసుతో వెల్డింగు చేసిన అల్యూమినియం మరియు మెగ్నిసియం లోహాలఅతుకు అంతనాణ్యతగా లేకపోవడం వలన ఉక్కువేతర లోహాలను అతుకుటకు హీలియం లేదా ఆర్గాన్ వాయువుల వాడకం తప్పనిసరి అయ్యినది. ప్రస్త్తుతం కార్బనుడైఆక్సైడును అతిఅరుదుగా మాత్రమే వినియూగిస్తున్నారు.