కార్బను ఆర్కువెల్డింగు

నొకొలై బెనర్డొస్-ఆర్కువెల్దింగు కనుగొన్న శాస్త్రవేత్త

The patent for the arc welding method named Elektrogefest ("Electric Hephaestus") granted to Bernardos and his sponsor Olshevsky in 1887

'కార్బను ఆర్కువెల్డింగు' అనగా, ఒక కార్బను ఎలక్ట్రోడు, అతుకవలసిన లోహ అంచుల వద్ద విద్యుతువలయాన్ని ఏర్పరచి, ఏర్పడిన ఉష్ణశక్తి నుపయోగించి, రెండు లోహాల అంచులను కరిగించి, అంచులను ఏకీకృతము/మేళనంచేసి లోహాన్ని/లోహాలను అతుకు ప్రక్రియ లేదా విధానము.సా.శ..1802లోనే రష్యాకు చెందిన వసిలి పెట్రొవ్ (vasily petrov) అనే శాస్త్రవేత్త ఒకవిద్యుతువలయంలో (electric circuit) ఏనోడు (ధన ధ్రువం) కు కాథోడు (ఋణధ్రువం) ను తాటించి, విద్యుతు ప్రవాహచక్రాన్ని (ప్రవహ వలయం) పూర్తిచేసి వెంటనే రెండింటి మధ్య కొంత దూరముండెలా చేసినచో విద్యుతు పూరిత ఎలక్ట్రానుల ప్రవాహంలో కలుగు అడ్డంకి వలన, అనోడు నుండి వెలువడు అయనీకరణచెందిన ఎలక్ట్రానుకణాలు ఒకదానితో మరియొకటి బలంగా డీకొట్టుకొనడం వలన, ఘర్షన కారణంగా అత్యధిక ప్రమాణంలో ఉష్ణం వెలువడుతుందని, ఆ ఉష్ణాన్ని గ్రహించి కొన్నిఅయానీకరణఎలక్ట్రానులు కాంతి కణాలుగా మార్పుచెంది కాంతిని ఉద్గారించునని, కాంతివలయంలోని కేంద్రంవద్ద ఏర్పడిన అత్యధిక ఉష్ణోగ్రత నుపయోగించి లోహాలను కరగించవచ్చునని, లోహాలను అతుకుట సాధ్యమేనని సిద్ధాంతీకరించాడు.ఈ సిద్ధాంతాన్ని 1881-82 లో రష్యాకు చెందిన శాస్త్రవేత్త నికొలై బెనర్డొస్ (nikolai Benardos) సాకారం చేసాడు.కర్బనపు కడ్దిని ఎలక్ట్రోడుగా నుపయోగించి, నేరువిద్యుతు (Direct current) ద్వారా మొదటగా వెల్డింగుచెయ్యడం జరిగింది. కార్బను వెల్డింగులో కర్బనపుకడ్డికి వెలుపల సన్నని రాగిరేకు తొడుగు వుండటం వల్ల వుద్యుతుప్రవాహానికి అంతరాయంలేకుండగా, ఎలక్ట్రోడులోవిద్యుతు ప్రవహిస్తుంది. ఆర్కుకూడా నిరంతరం వుంటుంది. కార్బను ఆర్కువెల్డింగులో రెక్టిపైయరు యొక్క కాథోడు (ఋణధ్రువం) తీగను (cable) కర్బనపుకడ్దికి, అతుకవలసిన లోహాలకు ఆనోడు తీగను అనుసంధానము చేయుదురు. కార్బను ఆర్కు వెల్డింగులో కొన్ని సమయాలలో రెండు కార్బనులనుపయోగించి కూడా వెల్డింగు చేయుదురు. ఈ విధానాన్నిజంట ఎలక్ట్రోడ్ కార్బను ఆర్కువెల్డింగు (Twin carbon electrode arc welding) అంటారు.రెండు కార్బను కడ్డిలను ఎలక్ట్రోడులుగా ఉపయోగించి వెల్డింగు చెయ్యునప్పుడు డి.సి. కరెంటుకు బదులుగా ఎ.సి. (A.C.) కరెంటును వెల్డింగుకై వాడెదరు.

కార్బను ఆర్కువెల్డింగుకు అవసరమైన ఉపకరణాలు

1. స్టెప్ డౌన్ రెక్టిఫైయరు ట్రాన్సుఫార్మరు
2. కార్బను ఎలక్ట్రోడు
3. రక్షిత తొడుగువున్న ఎలక్ట్రోడుహోల్దరు
4. వెల్డింగు షీల్డులేదా హెల్మెట్
5. రక్షిత చేతితొడుగులు, పాదరక్షలు
6. రబ్బరు తొడుగుగల రాగితీగలున్న వెల్డింగు కేబుల్

స్టెప్ డౌన్ రెక్టిఫైయరు ట్రాన్సుఫార్మరు

వెల్డింగు చేయుటకు తక్కువ వోల్టెజి, ఎక్కువ కరెంటు (ఆంపిరేజి) అవసరము. బయటనుంచి లభించు 220/440 వోల్టుల ఎ.సి.కరెంటును కావలసిన రేంజికి వోల్టులను (2.5-100), అంపియర్లను (200-800) ఇవ్వగల రెక్టిఫైయరువున్న స్టెపుడౌన్ ట్రాన్సుఫార్మారుకావాలి. రెక్టిఫైయరు ఎ.సి.విద్యుతును డి.సి.విద్యుతుగా మార్చును.ట్రాన్స్‌ఫార్మర్లో విద్యుతు ప్రవాహన్ని తగ్గించుటకై రెండు రక్షిత రాగితీగల వలయ చుట్టలు వుంటాయి. ఎ.సి విద్యుతు ప్రవహించు తీగచుట్టను ప్రధాన వేష్టణము (primary coil) అనియు, విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ ద్వారా విద్యుతును పొందు రెండో తీగచుట్టను గౌణవేష్టణం (secondary coil) అందు రు.స్టెప్ డౌన్ ట్రాన్సుఫార్మరులో ప్రధాన వేష్టణములోని తీగచుట్టల కన్న, గౌణవేష్టణంలోని చుట్టల సంఖ్య తక్కువగా నుండును. ప్రధాన, గౌణవేష్టణ చుట్టల మధ్య పైకి క్రిందకు జరిగేలా ఒకసిలికాను ఐరనుకోరు వుండును.ఈ ఐరనుకోరును పైకి, క్రిందకు కదిలించడం వలన ప్రధాన, గౌణవేష్టణములమధ్య్హ ఏర్పడు విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణలో ఎచ్చుతగ్గులు కలిగి, గౌణవేష్టణమునుండి వచ్చునిర్గమ వొల్టెజి కూడా పెరగడం, తగ్గడం జరుగుతుంది.ఈ విధంగా ఈ ఐరనుకోరును జరపడంవలన కావలసిన నిర్గమ విద్యుతును ట్రాన్సుఫారం నుండిపొందవచ్చును. ఎ.సి. స్టెప్‍డౌన్‍ట్రాన్సుఫార్మరు, రెక్టిఫైయరు బదులుగా డి.సి.కరెంటు జనరెటరును కూడా వాడవచ్చును.రెక్టిఫైయరు వాడకంలో వున్నప్పుడు ట్రాన్సుఫార్మరులో ప్రథమ, గౌణవేష్టణంలమధ్య విద్యుదయస్క్తాంత ప్రవాహ కారణంగా తీగచుట్టలలో ఏర్పడు ఉష్ణాన్ని తొలగించుటకై ఒకవిద్యుతు చలిత పంఖా ట్రాన్సుఫార్మరులో అమర్చబడివుండును. కర్బనపుఎలక్ట్రోడు నుపయోగించి వెల్డింగు చేయుటకు కనీసం 600 ఆంపియర్ల కరెంటు ఉత్పత్తి సామర్ధ్యమున్న ట్రాన్సుఫార్మరు అవసరము. V₁ A ₁ = V ₂ A ₂ (V అనగా వోల్టేజి, Aఅనగా ఆంపిరియర్లు) అను సూత్రముననుసరించి ట్రాన్సుఫార్మ రులో ప్రథమతీగ చుట్టల (ప్రథమ వేష్టణము) వోల్టుల, అంపిరర్ల మొత్తానికి, రెండవ రక్షిత రాగితీగల చుట్ట (గౌణ వేష్టము) లోని వోల్టులు, ఆంపియర్ల మొత్తానికి సమానము.ప్రథమ వేష్టణముకన్న గౌణవేష్టణములో రాగితీగల చుట్టలు తక్కువగా వుండటం వలన, అందులో తక్కువవోల్టుల, ఎక్కువఅంపియర్ల విద్యుతు ప్రేరితమగును.

కార్బను ఎలక్ట్రోడు

వెల్డింగుకై వుపయోగించు ఎలక్ట్రోడుగా కర్బనపుకడ్డిని ఉపయోగిస్తారు.ఈ కర్బనపుఎలక్ట్రోడు యొక్క వ్యాసం 1.5-15మి.మీ.వుండును.ఎలక్ట్రోడువ్యాసం, వెల్డింగు చేయవలసిన లోహాలమందాన్ని బట్టి మారు చుండును. ఎక్కువ మందంగల లోహాలను అతుకుటకు ఎక్కువ వ్యాసంవున్న కార్బను ఎలక్ట్రోడును వాడెదరు. తక్కువ మందమున్నలోహాలను అతుకుటకు తక్కువ వ్యాసమున్న కర్బనపుఎలక్ట్రోడును వాడెదరు. కర్బన పుఎలక్ట్రోడు వర్తులాకారంగా పొడవుగా వుండి, క్రిందిభాగం శంఖాకారం (cone) లో వుండి చివర 0.2-2.0 మి.మీ.మందముండును.ఈ శంఖాకారభాగము 20 మి.మీ.పొడవుండును. కర్బనపుకడ్డి పొడవు 300మి.మీ.వుండును. కర్బనపు కడ్ది వెలుపల రాగిపూత. లేదా పలుచటి రాగిరేకు గొట్టముండును.ఇలావుండటం వలన ఎలక్ట్రోడునుండి విద్యుతు ప్రహహంకి అడ్దంకి లేకుండా వుండును.

1.5మి.మీ.మందమున్న లోహాలను అతుకుటకు అవసరమైనకర్బనపుఎలక్ట్రోడు వ్యాసం, ఆర్కుకరెంటు (Amps)

అతుక వలసిన లోహము	ఎలక్ట్రోడు వ్యాసం (మి.మీ)	ఆర్కుకరెంటు (Amps)
రాగి	4	70
M.S. (మైల్డుస్టీలు)	3-4	40
S.S. ( స్టైన్‍లెస్ స్టీలు	3-4	40

కొన్నిసమయాలలో కర్బనపుఎలక్ట్రోడు బదులు గ్రాపైటు ఎలక్ట్రొడును వినియోగిస్తారు.గ్రాపైటుకూడా కర్బనపదార్థమే.

రక్షితతొడుగువున్న ఎలక్ట్రోడుహోల్దరు

వెల్డింగుచేయునప్పుడు కర్బనపుకడ్దిని పట్టివుంచుటకై ఉపయోగించు పరికరణాన్నిహోల్డరు అంటారు.ఇదిలోహంతో చెయ్యబడి, చేతిలోపట్టుకొను చోట విద్యుతు ప్రవాహక నిరోధకపదార్థంతో నింరితమై, రక్షితమైవుండును. హోల్డరు ముందుభాగంలో ఎలక్ట్రోడు నుంచుటకై ఒకరంధ్రముండి, ఎలక్ట్రోడును గట్టిగా పట్టివుంచుటకై స్క్రూ (మర) వుండును.హోల్దరు వెనుకనున్నలోహాభాగానికి రెక్టిఫైయరునుండివచ్చు కేథోడుకేబుల్ చివరబిగించబడి వుండును. వెల్డింగును 200 అంపియర్లకుమించిన కరెంటువద్ద చేయునప్పుడు, హోల్దరు వెడెక్కినప్పుడు నీటిగొట్టంలేదా గాలిగొట్టమునుకలిపి, గొట్టములో గాలి/నీటిని ప్రవహింపచేసి హోల్దరును చల్లబరచెదరు.

వెల్డింగు షీల్డు లేదా హెల్మెటు

వెల్డింగ్ చేయునప్పుడు జనించు ప్రకాశవంతమైనవిద్యుతును నేరుగాచూడటం ప్రమాదకరము.ఆర్కునుండి వెలువడు ఆల్ట్రావయెలెట్ తదిరతకిరణాలు కంటిలోని రేటినాను నష్టపరచును.అంతియే కాకుండగా అత్యతంత ప్రకాశవంతమైన ఆర్కువెలుగులో వెల్డింగుజాయింట్ ఎలావస్తున్నదో చూడటంసాధ్యంకాదు.అందుచే వెల్డింగుచేయునప్పుడు చూచుటకు నల్లనిఅద్దమున్న ( పిల్టరుగ్లాసునుకలిగిన, చేతితోపట్టుకొను షీల్డు లేడా తలకు పెట్టుకొను షీల్డు హెల్మేటును తప్పనిసరిగా వాడవలెను.

రక్షిత చేతితొడుగులు , పాదరక్షలు

వెల్డింగు చేయునప్పుడు ఎనోడు, కాథోడు ధ్రువాల మధ్య ఆయానీకరణచెందిన ఎలక్ట్రాను కణప్రవాహం వలనపుట్టు ఉష్ణోగ్రత తీవ్రత ఆర్కువలయం వెలుపలిఅంచువవద్ద 3000-3200^oC వుండును. అం త ఉష్ణోగ్రతకు దగ్గరగావున్న కాళ్ళ, చేతుల చర్మం కాలే ప్రమాదమున్నది., అల్ట్రావయోలెటు కాంతికిరణాలుకూడా అర్కునుండి జనిస్తాయి.అవిశరీరమునుతాకిన ప్రమాదము. అంతేకాదు వెల్డింగు చేయునప్పుడు జాయింటులలోని కరిగినలోహం చింది కాళ్లమీద, చేతుల మీదపడు అవకాశమున్నది.అందువేత వెల్డింగుచేయు వ్యక్తి తప్పనిసరిగా చేతులకు ఉష్ణంనుండి, అల్టావయోలెటు కాంతికిరణాల నుండి రక్షణకై చర్మంతో చేసిన చేతి తొడుగులను తప్పనిసరిగా ధరించాలి.అలాగే పాదాలకు అగ్నినిరోధక, విద్యుత్తు నిరోధక రక్షకపాదుకులను ధరించడంతప్పనిసరి.

రబ్బరుతొడుగుగల వెల్డింగు కేబుల్

రెక్టిఫైయరు ట్రాన్సుఫార్మరు యొక్క నిర్గమ విద్యుతువలయంయొక్క ధన, ఋణ ధ్రువాలనుండి వెల్డింగు హోల్దరుకు,, వెల్డింగుచేయు లోహాలను అనుసంధానించుటకు రబ్బరుతొడుగు వున్నరాగిలోహంతో చేసిన కేబులు వైరును ఉపయోగించాలి.విద్యుతు ప్రవాహ సమయంలో 600 ఆంపియర్ల విద్యుతుప్రవాహన్ని తట్టుకునేలా వుండాలి.తక్కువ సైజు కేబులును వాడిన, వెల్డింగు సమయంలో కేబులు వేడెక్కుతుంది.

వెల్డింగు చేయు విధానము

మొదట వెల్డింగుచెయ్యవలసిన రెండులోహభాగాల అంచులను తుప్పు, నూనెమరకలులంటివి లేకుండగా, వైరుబ్రసు (wire brush, గరుకుకాగితము (emery) నుపయోగించి శుభ్రం చేయుదురు. జోడించ వలసిన భాగాలు 5 మి.మీ, కన్న మందమైనవి అయినచో అంచులను V లేదా U లేదా X ఆకారములో గ్రైండింగ్ చేసి అంచులను దగ్గరగా చేర్చి వుంచెదరు.వెల్డింగుచేయు లోహఫలకలను సమతలమైన ప్రదేశంపై వుంచెదరు. జోడించు లోహ భాగాల వెల్డ్ జాయింట్ పొడవుగా వున్నచో పై,, క్రింది అంచులను, ట్యాక్ వెల్దింగు చేయుదురు, లేనిచో వెల్డింగు సమయంలో జనించు ఉష్ణంవలన అతుకు లోహభాగాలు వ్యాకోచించడంవలన చివర లోహాభాగాలు దూరంగా జరిగి వెల్డింగు వెయ్యడం కష్టమగును.రెక్టిఫయరు యొక్క ఆనోడును జోడించవలసిన లోహభాగానికి, కాథోడును వెల్డింగు హోల్డరుకు అనుసంధానము చేయుదురు.మొదట కార్బను ఎలక్ట్రో డును లోహాభాగాల అతుకవలసిన అంచులను తాటించగానే, విద్యుతువలయం పూర్తయ్యి చిన్నమెరుపు ఏర్పడుతుంది, వెంటనే కార్బనుఎలక్ట్రోడును జోడించు లోహాఅతుకుకు 10-15 మి.మీ.దూరానికి జరిపిన ప్రకాశవంతమైన కాంతివలయం ఏర్పడుతుంది (Arc). ఆర్కు యొక్క ఉష్ణోగ్రతకు, అంచులు వేడెక్కి కరగడంప్రారంభించును.ఇప్పుడు పూరకలోహకడ్దిని స్రావకములో 20-30మి.మీ.పొడవువరకు కడ్దికి స్రావకం అంతుకును ముంచి, ఆభాగాన్ని కరుగుచున్నలోహభాగాల వద్దవుంచిన అధికరిగి, కరిగిన లోహా అతుకుతో కలసిపోవును, ఈవిధంగా లోహంకరిగి, సమ్మేళనంచెంది ఏకీకృతం కాగానే ఎలక్ట్రోడుని, పూరకలోహన్ని క్రింది అంచుమీదకు జరుపుతారు, ఆభాగంకుడా కరిగి జోడింపబడగానే, మళ్ళి పూరకకడ్దిని, ఎలక్ట్రొడును క్రిందికిజరుపుతారు. ఈవిధంగా వెల్డింగు చేయుదురు. జోడించునప్పుడు 2,3 నిమిషాలకొకసారి (లేదా అతుకు పొడవు 30మి.మీ అయ్యాక) విరామమిచ్చి మళ్ళి వెల్డింగు చెయ్యడం వలన లోహఫలకలు, ఎలక్ట్రోడు ఎక్కువగా వెడెక్కవు.

రెండు కార్బనుఎలక్ట్రోడుల వెల్డింగువిధానము(Twin carbon electrode Arc welding)

ఈ విధానములో ఆనోడు (ధనధ్రువం,, కాథోడు (ఋణధ్రువము) గా కార్బను ఎలక్ట్రోడులను ఉపయోగిస్తారు.ఒకే హోల్డరుకు, భిన్న లోహపట్టిలద్వారా రెండుఎలక్ట్రోడులను కొంచెం ఎటవాలుగా అమర్చి, ఎలక్ట్రోడుల చివరిఅంచులవద్ద ఆర్కును సృష్టించి, వెల్డింగు చేయుదురు.ఈ వెల్డింగు పద్ధతిలోD.C విద్యుత్తుకు బదులుగా A.C. కరెంటును వినియోగిస్తారు.

కార్బను ఆర్కువెల్డింగు పద్ధతిలో స్టీలు/ఉక్కు, అల్యూమినియం, నికెలు, కాపరు, ఇతర మిశ్రమలోహలను (alloy) వెల్డింగు చెయ్యవచ్చును.పూరక లోహాముగా ఏలోహాలను అతుకుతున్నామో ఆలోహముతో చేసినది అయ్యివుండవలెను.కార్బను ఆర్లువెల్డింగును బ్రేజింగ్, వెల్డింగు అతుకులను వేడిచేసి మృదువుగా చేయుటకుకూడా వాడెదరు.కాస్టింగులను మరమ్మత్తు (repair) చేయుటకు కూడా కార్బను ఆర్కు వెల్డింగును వినియోగించవచ్చును.ప్రస్తుతం TIG,, MiG వెల్డింగు విధానాలు కార్బను ఆర్కువెల్డింగు స్థానమును ఆక్రమించాయి.

ఇవికూడా చూడండి

1. వెల్డింగ్