વેલ્ડિંગ

વેલ્ડિંગ : બે એકસરખી ધાતુના ટુકડાઓ – ભાગોને કાયમી ધોરણે જોડવાની (સાંધવાની) પ્રચલિત રીત. આમ તો સોલ્ડરિંગ (રેણ) અને બ્રેઝિંગ(પાકું રેણ)થી પણ ધાતુઓના સાંધા કરી શકાય, પરંતુ વેલ્ડિંગથી મળતો સાંધો ઘણો મજબૂત હોય છે. સાંધાના સામર્થ્યના ચડતા ક્રમમાં સોલ્ડરિંગ, બ્રેઝિંગ અને વેલ્ડિંગ આવે. વેલ્ડિંગમાં અગત્યની બાબત એ છે કે જે બે છેડા સંધાય છે ત્યાં તે જ ધાતુનું પીગળણ અથવા સંગલન (fusion) કે ગરમી અને દબાણને લીધે પિલાણ (ફૉર્જિંગ) થાય છે અને એમ થવાથી સાંધામાં એક ભાગથી બીજા ભાગમાં સાતત્ય અને એકરૂપતા જળવાઈ રહે છે.

મોટાભાગની ધાતુમાંથી બનતી વપરાશી વસ્તુઓ (parts and products) તૈયાર કરવામાં એક કે તેથી વિશેષ ભાગોને સાંધા કરી જોડવાની જરૂરિયાત ઊભી થતી હોય છે. આ કારણસર ઉત્પાદનની રીતમાં વેલ્ડિંગ ક્રિયાનું ઘણું મહત્વ છે.

ઘણા જૂના જમાનામાં પોતાની કોઢમાં લુહાર બે ભાગોને ભઠ્ઠીમાં ગરમ કરી, હથોડા/ઘણ વડે ટીપીને સાંધો તૈયાર કરે ત્યાંથી માંડીને આજની આધુનિક ફૅક્ટરીમાં ઑટોમેટિક મશીન દ્વારા મોટા પાયા પર (સંખ્યાની રીતે) સાંધીને ભાગો તૈયાર કરવામાં આવે છે તે વેલ્ડિંગમાં થયેલ વિકાસ દર્શાવે છે.

વેલ્ડિંગમાં જોઈતી ગરમી બે રીતે અપાય છે :

(1) સાંધવાના ભાગ (છેડા) પીગળે તેટલા ગરમ ન કરાતાં માત્ર પ્લાસ્ટિક સ્થિતિ(stage)માં આવે તેટલા ગરમ કરવામાં આવે અને પછી તેના પર દબાણ આપતાં સાંધો તૈયાર થાય. અહીં બહારથી વધારાની ધાતુ પીગળેલ રૂપમાં સાંધામાં ઉમેરવામાં આવતી નથી.

(2) બીજી રીતમાં સાંધાના છેડા પીગળે તેટલા ગરમ કરવામાં આવે છે અને સાથોસાથ બહારથી તે જ ધાતુ પીગળેલ રૂપમાં ઉમેરવામાં આવે છે. એ રીતે સાંધો મળે છે. અહીં દબાણ આપવાનો પ્રશ્ર્ન ઊભો થતો નથી.

પ્રથમ રીતને પ્લાસ્ટિક કે દાબ-વેલ્ડિંગ અને બીજીને સંગલન વેલ્ડિંગ કહેવાય.

વેલ્ડિંગના આ બે મુખ્ય સમૂહોને વધારે નાના સમૂહમાં વહેંચાય છે; દા. ત., દાબ-વેલ્ડિંગને ફૉર્જ-વેલ્ડિંગ, વીજ-અવરોધન (electric resistance) દાબ-વેલ્ડિંગ, ઑક્સિ-ઍસેટિલીન ગૅસ દાબ-વેલ્ડિંગ અને થર્મિટ દાબ-વેલ્ડિંગના સમૂહમાં વહેંચી શકાય. વળી સંગલન વેલ્ડિંગને ગૅસ-વેલ્ડિંગ, વીજ આર્ક-વેલ્ડિંગ અને થર્મિટ-વેલ્ડિંગના સમૂહમાં વહેંચી શકાય.

એન્જિનિયરિંગ ઉત્પાદનમાં વપરાતી જુદી જુદી વેલ્ડિંગની રીતો નીચેની સારણીમાં દશર્વિી છે. દરેક રીત (વેલ્ડિંગ ક્રિયા) માટે ખાસ સાધનો અને ઉપકરણો વપરાય છે તેમજ દરેકને ઉપયોગમાં લેવા આગવું ક્ષેત્ર હોય છે.

સારણી 1 : વેલ્ડિંગની જુદી જુદી રીતો

ઉપરની સારણીમાં જણાવ્યા પ્રમાણે વેલ્ડિંગની અનેક રીતો છે. કઈ રીત પસંદ કરવી તેનો આધાર મુખ્યત્વે નીચે જણાવેલ બાબતો ઉપર રહે છે :

(1) જે ભાગોનું વેલ્ડિંગ કરવાનું છે તે કઈ ધાતુના છે. આ સૌથી અગત્યની બાબત છે.

(2) જે ભાગો સાંધવાના છે તેની જાડાઈ.

(3) જે ભાગો સાંધવાના છે તેનું સ્વરૂપ (form). એટલે કે પ્લેટો, સળિયાઓ (rods), જુદા જુદા આકારની ટ્યૂબો, પતરાંઓ, પાઇપો વગેરે સ્વરૂપો.

(4) જે ભાગો સાંધવાના છે તેમનું કદ; જેમ કે, બે નાના સળિયાને સાંધવાના હોય કે બૉઇલરના ડ્રમની જાડી પ્લેટને સાંધવાની હોય. આમ, કદનો વ્યાપ ઘણો મોટો હોય છે અને તે વેલ્ડિંગની રીતને અસર કરે છે.

(5) સાંધવાના ભાગો કેટલી સંખ્યામાં તેમજ તે ક્રિયા વાર્ષિક જરૂરિયાતને ધ્યાનમાં લઈ સતત લાંબા સમય ચાલુ રાખવાની છે કે ત્રુટક ત્રુટક.

(6) સાંધાની ગુણવત્તા : ધાતુની રીતે ઓછા કાર્બનવાળા સ્ટીલનું પ્લેટ, પતરાં, ટ્યૂબ અને પાઇપના સ્વરૂપમાં સૌથી વિશેષ પ્રમાણમાં વેલ્ડિંગ થાય છે અને વેલ્ડિંગની રીતોમાં વીજ-આર્ક વેલ્ડિંગ (તેના ઘણાખરા સમૂહો સહિત), વીજ-પ્રતિરોધ વેલ્ડિંગ તેમજ ગૅસ-વેલ્ડિંગ વિશેષ પ્રમાણમાં વપરાય છે. સારણી 2માં જુદી જુદી ધાતુઓ માટે કઈ રીતો વપરાય તે દશર્વ્યિું છે.

સારણી 2 : જુદી જુદી ધાતુઓ માટે વપરાતી વેલ્ડિંગની રીતો

ક્રમ	ધાતુ	સંધાન માટે વપરાતી વેલ્ડિંગ–રીતો	ખાસ નોંધ
	1	2	3
1.	નરમ ભરતર લોખંડ	કોઈ પણ રીત વાપરી શકાય.	નરમ ભરતર લોખંડમાં ધાતુ કાંપ, જે થોડા પ્રમાણમાં હોય છે તે પ્રદ્રાવકનું કામ કરે છે.
2.	ઓછા કાર્બનવાળું સાદું પોલાદ (કાર્બન વધારેમાં વધારે 0.30 %)	સંધાનતા ઘણી સારી છે. કોઈ પણ રીતથી સંધાન સહેલાઈથી થઈ શકે છે.	ઘણી સારી જાતનો સાંધો મળી રહે છે.
3.	મધ્યમ કાર્બનવાળું સાદું પોલાદ (કાર્બન 0.3 %થી 5 %)	સંગલન વેલ્ડિંગની રીતો જેવી કે ગૅસ – વેલ્ડિંગ, આર્ક – વેલ્ડિંગ વગેરે. અને પશ્ર્ચાદ્ – ઉષ્મા –  ઉપચાર જરૂરી બને છે.	કાર્બનનું પ્રમાણ વધતું જાય તેમ વેલ્ડિંગ મુશ્કેલ બને છે. અમુક સંજોગોમાં પૂર્વતાપન
4.	ઉચ્ચ કાર્બન-વાળું સાદું પોલાદ (કાર્બન 0.5 %થી વધારે)	યોગ્ય કાળજી સાથે ગૅસ-વેલ્ડિંગ, ધાતુ-આર્ક-વેલ્ડિંગ, નિમજ્જિત આર્ક-વેલ્ડિંગ કરાય છે. વેલ્ડિંગ, વીજ-પ્રતિરોધ-વેલ્ડિંગ અને ગૅસદાબ-વેલ્ડિંગ દ્વારા સંધાન થાય છે.	તૂટી ગયેલા કે ઘસાઈ ગયેલા ઉચ્ચ કાર્બનવાળા ભાગોનું સંધાન કરવું હોય ત્યારે જ વેલ્ડિંગ કરાય છે.
5.	સાદા કાર્બનવાળું ઓજારી પોલાદ (કાર્બન 0.8 %થી 1.5 %)	ગૅસ-વેલ્ડિંગ કે દાબ-વેલ્ડિંગ	બહુ મુશ્કેલીથી વેલ્ડિંગ થાય છે. વધારે કાર્બનવાળી ધાતુસળી પસંદ કરવી જોઈએ તેમજ વિઑક્સિકારી જ્વાલા  રાખવી જોઈએ. વસ્તુનું પૂર્વતાપન તેમજ વેલ્ડિંગ બાદ ક્રમ શીતલન કરવું જરૂરી છે.
6.	જસતનું પડ ચડાવેલ પોલાદ	ધાતુ-આર્ક-વેલ્ડિંગ- કાર્બન-આર્ક વડે બ્રેઝિંગ કે જેમાં તાંબા અને સિલિકોનની મિશ્ર ધાતુ સાંધામાં ઉમેરાય છે.	જસતનો ગલનાંક 4000 સે. છે અને તેથી 15000 સે. તાપમાને વેલ્ડિંગ થાય ત્યારે જસતનું બાષ્પાયન થાય છે. જસત ઉચ્ચ તાપમાને ઑક્સાઇડમાં પરિણમે છે. જસત ઑક્સાઇડ નુકસાનકારક છે. બંધિયાર ભાગમાં જસતકૃત પોલાદનું વેલ્ડિંગ કરવું હિતાવહ નથી.
7.	જેમાં મિશ્ર ધાતુનું પ્રમાણ ઓછું છે તેવી મિશ્ર ધાતુ પોલાદ	ગૅસ-વેલ્ડિંગ, ધાતુ-આર્ક-વેલ્ડિંગ, અક્રિય ગૅસ – આર્ક – વેલ્ડિંગ, નિમજ્જિત આર્ક – વૅલ્ડિંગ, વીજપ્રતિરોધ વેલ્ડિંગ.	વેલ્ડિંગ કરતાં પહેલાં દાગીનાને ગરમ કરવો તેમજ વેલ્ડિંગ થયા બાદ યોગ્ય ઉષ્મા-ઉપચાર કરવો જરૂરી છે.
8.	સ્ટેનલેસ પોલાદ	ગૅસ-વેલ્ડિંગ, અક્રિય ગૅસ-આર્ક-વેલ્ડિંગ, ઍટમિક હાઇડ્રોજન વેલ્ડિંગ	સ્ટેનલેસ પોલાદને 4700 સે.થી 8800 સે. તાપમાન વચ્ચે ગરમ કરવામાં કે ઠંડું પાડવામાં આવે ત્યારે ‘સંધાન-ક્ષય’ની અસર સાંધામાં જોવા મળે છે. આ અસર કણની સીમા પર જમા થતા ક્રોમિયમ કાર્બાઇડને લઈને હોય છે. યોગ્ય  ઉષ્મા-ઉપચાર અથવા તો ટિટેનિયમ કે કોલમ્બિયમ ઉમેરીને આ અસર નાબૂદ કરી શકાય.
9.	ભરતર લોખંડ	ગૅસ-વેલ્ડિંગ, બ્રેઝિંગ, મેટલ-આર્ક વેલ્ડિંગ.	કાર્બનનું પ્રમાણ વધારે હોઈ વેલ્ડિંગ મુશ્કેલ બને છે. વેલ્ડિંગ કરતાં પહેલાં જે ભાગમાં વેલ્ડિંગ કરવાનું હોય તેને આશરે 6000 સે. તાપમાન સુધી ગરમ કરવો જરૂરી બને છે. વેલ્ડિંગ વખતે તટસ્થ જ્વાલા રાખવી તેમજ વેલ્ડિંગ થઈ ગયા બાદ દાગીનો ધીમે ધીમે ઠરે તે માટે તેને ગરમીના અવાહક પદાર્થ વડે ઢાંકી દેવો. સાંધામાં ધાતુ-ઉમેરણ માટે  યોગ્ય ધાતુસળીઓ પસંદ કરવી.
10.	ભરતર પોલાદ	ગૅસ-વેલ્ડિંગ, બ્રેઝિંગ, દાબ-વેલ્ડિંગ.	પોલાદથી સંરચના પર આધાર રહે છે. ભરતર પોલાદનું વેલ્ડિંગ ભરતર લોખંડ જેટલું મુશ્કેલ નથી.
11.	ઍલ્યુમિનિયમ અને તેની મિશ્ર ધાતુઓ	વીજપ્રતિરોધ – વેલ્ડિંગ, ગૅસ -વેલ્ડિંગ, અક્રિય – ગૅસ – આર્ક -વેલ્ડિંગ, બ્રેઝિંગ અને સોલ્ડરિંગ.	ઍલ્યુમિનિયમનું ઑક્સિજન માટે આકર્ષણ વધારે છે, માટે વેલ્ડિંગ દરમિયાન ઑક્સીકરણ ન થાય   તેની ખાસ સંભાળ રાખવી પડે છે. અમુક મિશ્ર ધાતુમાં ઉષ્મા-ઉપચાર દ્વારા સામર્થ્ય વધારાયું હોય છે.   આવી મિશ્ર ધાતુઓમાં વેલ્ડિંગ બાદ ઉષ્મા-ઉપચાર કરવામાં આવે છે. ઢાળેલા દાગીનાને વેલ્ડિંગ પહેલાં હંમેશાં    ગરમ કરવા જરૂરી છે.
12.	તાંબુ અને તેની મિશ્ર ધાતુઓ	વીજપ્રતિરોધ – વેલ્ડિંગ, ગૅસ -વેલ્ડિંગ, બેઝિંગ અને સોલ્ડરિંગ.	અમુક સંજોગોમાં પૂર્વતાપન જરૂરી બને છે.

વેલ્ડિંગમાં સાંધાના જુદા જુદા પ્રકારો (types of welded joints) : જે જગ્યાએ સાંધો કરવાનો હોય ત્યાં છેડાઓ એકબીજા સાથે કઈ રીતે ગોઠવાય છે તેમજ છેડાની ધારનો આકાર કેવો રાખવાનો થાય તેના પરથી સાંધાનો પ્રકાર નક્કી થાય છે.

મુખ્ય સાંધામાં સીમા(સમંત)-સાંધા, છાદન(overlap)-સાંધા, T-સાંધા, ખૂણા-સાંધા અને છેડા-સાંધા હોય છે. આકૃતિ 1માં આ દર્શાવેલ છે :

સીમા-સાંધામાં પ્લેટની જાડાઈ તેમજ સાંધામાં મેળવવાની મજબૂતાઈ(સામર્થ્ય)ને ધ્યાનમાં લઈ ચોરસ, એક-V, દ્વિ-V, એક-U કે દ્વિ-U પ્રકારની ધારો તૈયાર કરાય છે. આકૃતિ 2માં આ દર્શાવ્યું છે.

સાંધવાની પ્લેટોની જાડાઈ ઉપરથી ધારનો પ્રકાર નક્કી થાય છે.

સાંધાનું નિરીક્ષણ તેમજ કસોટી (inspection and testing of joints) : જુદા જુદા ભાગો સાંધીને વસ્તુ તૈયાર કરવાની રીત સામાન્ય અને સર્વસ્વીકૃત છે. આ રીત ચાલુ, સામાન્ય કામ માટે તેમજ અતિ મહત્વના ભાગો જેવા કે બૉઇલર-ડ્રમ, ઉચ્ચ દબાણ વહન કરતી નળીઓ વગેરે માટે પણ વપરાય છે. વેલ્ડિંગથી તૈયાર થયેલ સાંધો જોઈએ તે પ્રમાણે છે કે નહિ અથવા સાંધામાં કોઈ ખામી રહી ગઈ નથી ને તે તપાસવું જરૂરી છે. વેલ્ડિંગ કરેલ સાંધામાં નીચે પ્રમાણેની કોઈ એક કે તેથી વધુ ખામી (ત્રુટિ) હોઈ શકે.

(1) નબળું સંગલન કે નબળું એકીકરણ (poor melting or mixing) : વેલ્ડિંગની ક્રિયા કે રીત યોગ્ય ન હોય તો આમ બની શકે. જાડી પ્લેટ તેમજ ઉચ્ચ કક્ષાના સંધાનમાં આવી ક્ષતિ રહી ન જાય તે ખાસ જોવું પડે.

(2) છિદ્રાળુતા (porosity) : સાંધામાંના ધાતુરસમાં વાયુ શોષાવાથી કે રહી જવાથી આ ક્ષતિ ઊભી થાય. વસ્તુની મૂળ ધાતુમાં વાયુ શોષાયો હોય, પ્રદ્રાવક(flux)માં ભીનાશ હોય કે વસ્તુના સાંધવાના છેડામાં કાટ હોય તો આ ક્ષતિ ઉદ્ભવે.

(3) અંત:કાપ (penetration) : સાંધામાં પિગળાવીને ઉમેરાતી ધાતુ સાંધાના છેડામાં પૂરતા પ્રમાણની ઊંડાઈમાં એક રસ ન થઈ હોય તો આ ક્ષતિ જોવા મળે. ધાતુસળી અથવા ધાતુશલાકા (welding rod) કે વેલ્ડિંગ-ટૉર્ચની ખામીભરી સ્થિતિ, વેલ્ડિંગ દરમિયાન વધુ પડતી ગરમી, ધાતુસળી અથવા ધાતુ શલાકાના સંભરણ-દર(ગતિ)માં ફેરફાર વગેરે કારણોસર આવું બને.

(4) ધાતુમલ સમાવેશ (slag inclusion) : સંગલન વેલ્ડિંગમાં એક યા બીજી રીતે વપરાતા પ્રદ્રાવકો ધાતુ ઑક્સાઇડ (oxidised metal) સાથે રાસાયણિક ક્રિયા દ્વારા સંયોજાઈ ધાતુમલ (slag) બનાવે છે. આ ધાતુમલ જો ધાતુરસમાં રહી જાય તો સાંધો નબળો બને. ધાતુરસનું ઑક્સિકરણ વધારે થતું હોય, ધાતુશલાકા પર લગાવેલ પ્રદ્રાવકોનું ગલન એકસરખું થતું ન હોય કે ધાતુમલની પ્રવાહિતા ઓછી હોય તો આ પ્રકારની ખામી ઊભી થવા સંભવ રહે છે.

(5) તિરાડો (cracks) : એકધારા દરે સાંધો ગરમ કે ઠંડો ન થતો હોય તો ઉષ્મીય પ્રતિબળો (thermal stress) ઉત્પન્ન થાય અને તેને લીધે સાંધામાં તિરાડો પડે. વસ્તુની મૂળધાતુની સંરચના અને ધાતુકાર્મિક (metallurgical) ગુણધર્મો પણ આ બાબતમાં મહત્વનો ભાગ ભજવે છે. એકધારા ઉષ્માદર માટે વસ્તુને વેલ્ડિંગ કરતાં પહેલાં ગરમ કરવી જોઈએ અને વેલ્ડિંગ બાદ તુરત ઠરી ન જાય તે માટે ઉષ્મા અવાહક પદાર્થ વડે ઢાંકી દેવી જોઈએ.

વેલ્ડિંગ–સાંધાની કસોટીઓ (testing of welded joints) : જ્યાં વેલ્ડિંગ-સાંધાની ગુણવત્તા મહત્વની હોય તેવા સંજોગોમાં કસોટી જરૂરી બને છે. કસોટીઓને બે ભાગમાં મૂકી શકાય : અવિનાશી (non-distructive) અને વિનાશી (distructive) કસોટીઓ. અવિનાશી કસોટીમાં સાંધો તોડવો પડતો નથી, જ્યારે વિનાશી કસોટીમાં સાંધો નાશ પામે છે.

અવિનાશી કસોટીમાં નરી આંખે સાંધાને તપાસવો, સાંધેલા દાગીનામાં પાણી કે હવા ભરી તેનું દબાણ વધારીને તપાસવું, રંગ લગાડી રાસાયણિક રીત વડે અથવા લોહની ઝીણી રજ ભભરાવી લોહચુંબકત્વની રીત વડે તિરાડો શોધવી કે ક્ષ-કિરણો અથવા ગૅમા-કિરણો વડે ઝીણામાં ઝીણી તિરાડ શોધવી, એમ અનેક અવિનાશી કસોટીઓ કરાય છે. વિનાશી કસોટીમાં દાગીનાને તાણ એટલે કે તનનભાર (tensile load) આપી તેનું પરમ (ultimate) સામર્થ્ય માપવું કે સાંધાનું છેદન કરી તિરાડો, છિદ્રો તપાસવાં એ ક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે.

ગાયત્રીપ્રસાદ હિ. ભટ્ટ