థెర్మిట్ వెల్డింగు
థెర్మిట్ వెల్డింగు (thermit) అనునది మెటల్ ఆర్కు వెల్డింగు, గ్యాస్ వెల్డింగు, రెసిస్టెన్సు వెల్డింగుల కన్న కాస్త భిన్నమైన, వినూత్నమైన లోహలను అతుకు/వెల్డింగు విధానం.థెర్మిట్ వెల్డింగును థెర్మైట్ (thermite) వెల్డింగు అనికూడా పిలుస్తారు.
వేరువేరు మూలకాలు, లేదా రసాయనపదార్థాలు, లేదాసమ్మేళానాలు సంయోగంచెందునప్పుడు, రసాయనిక చర్య జరుపునప్పుడు, చర్యాసమయంలో ఉష్ణం గ్రహింపబడటం లేదా ఉత్పన్నం కావడం జరుగుతుంది.చర్యకాలంలో పదార్థంలచే ఉష్ణం గ్రహింపబడిన ఆ చర్యను ఉష్ణగ్రహణ చర్య (ఉష్ణగ్రాహక చర్య) అంటారు. ఉదా:నీటిలో ఉప్పును, చక్కెర లను కరగించినప్పుడు జరిగే చర్య. అలాగే చర్యాకాలంలో ఉష్ణం వెలువడిన/ఉత్పన్నమైన ఆచర్యను ఉష్ణమోచక చర్య అంటారు. ఉదా:గాఢ ఆమ్లాలను, క్షారాలను నీటిలో కరగించినప్పుడు. థెర్మిట్ వెల్డింగు ప్రక్రియలో పదార్థాల ఉష్ణమోచన చర్యవలన ఏర్పడు ఉష్ణశక్తిని వినియోగించుకొని లోహలను అతకడం జరుగుతుంది. థెర్మిట్ వెల్డింగులో ఉపయోగించు పదార్థాలను థెర్మిటులు అని వ్యవహరిస్తారు.
మొత్తటి చూర్ణంగా వున్న అల్యూమినియంను లోహ అక్సైడులతో (ప్రధానంగా లోహామ్లజనిదము / (ఉక్కు) ఇనుప తుప్పు (ఐరన్ ఆక్సైడ్) ) తో మండించినప్పుడు/చర్యనొందించినప్పుడు అత్యధికమొత్తంలో ఉష్ణ శక్తి విడుదల అవుతుంది. ఉష్ణోగ్రత 2500-30000Cవరకు వుంటుంది. ఈ అసాధారణ ఉష్ణోగ్రతలో ఉక్కు, ఇనుప లోహాలు అతిత్వరగా ద్రవీకరణ చెందుతాయి.ఈ ద్రవీకరణ చెందిన లోహాన్ని ఉపయోగించి లోహాలను అతకడం జరుగుతుంది[1]
చరిత్ర
[మార్చు]సా.శ.1890 లలో జర్మనీ దేశానికి చెందిన గోల్డ్ స్కిమిడ్ అనే రసాయనికి శాస్త్రవేత్త అల్యూమినియంమూలకం పై పరిశోధనలు చేయునప్పుడు, అల్యూమినియం కున్న ఒక ప్రత్యేక లక్షణాన్ని గుర్తించడం జరిగింది.అదియే అల్యూమినియంలోహం యొక్క థెర్మిట్ లక్షణం. అల్యూమినిక్ థెర్మిట్ చర్య వలన అధిక మొత్తంలోఉష్ణం వెలువడం గుర్తించాడు. మరికొన్ని పరిశోధనలు చేసి అల్యూమినియంయొక్క థెర్మిట్ చర్య పైన సా.శ.1895లో పెటెంట్/ప్రత్యేకహక్కు (పpatent) పొందాడు.[2] అల్యూమినియం యొక్క థెర్మిట్ గుణగణాలపై మరింత పరిశోధనలు కొనసాగించి పోత ఇనుమును థెర్మిట్ వెల్డింగు ప్రక్రియను కనుగొని, దానిపై పెటెంట్/ప్రత్యేక హక్కును క్రీశ.1897 లో పొందాడు. 1900లో థెర్మిట్ వెల్దింగు విరివిగా ఉపయోగంలోకి వచ్చింది. 1904లో గోల్డ్ స్మిత్ థెర్మిట్ పదార్థాలను బాంబులతయారిలో వాడవచ్చునని గుర్తించాడు.
థెర్మిటులు
[మార్చు]థెర్మిటు వెల్డింగు విధానంలో అధిక ఉష్ణోగ్రతను పుట్టించు, అతుకు పూరక లోహాంగా (weld metal/filler metal) పనిచేయు లోహ సమ్మేళన పదార్థాలను థెర్మిటులు లేదా తెర్మిటులు (thermits) అంటారు.ఇందులో ఒక లోహం మృదువైన, కణికలవంటి చూర్ణ/పొడి రూపంలో వున్న అల్యూమినియం.రెండవది ఫెర్రస్ ఆక్సైడ్ (Fe3O4).ఫెర్రసు ఆక్సైడును సాధారణంగా ఇనుపతుప్పు అంటారు.ఈ రెంటి మిశ్రమాన్నే థెర్మిట్ లేదా థెర్మైట్ పదార్థం అంటారు.ఈ రెండింటి మిశ్రమాన్ని మందించి థెర్మిట్ చర్యను ప్రారంభించుటకై మెగ్నిసియం పట్టిని/వత్తిని ఉపయోగిస్తారు.మెగ్నిసియంను గాలిలో మండించిన అతి త్వరగా, ప్రకాశవంతంగా మండుతుంది.అందుచే థెర్మిట్ పదార్థాలను మండించుటకై మెగ్నీసియం వత్తి/పట్టి (strip) ఉపయోగిస్తారు. రాగి లోహాన్ని అతుకుటకు థెర్మిట్ మిశ్రమంలో కాపర్ ఆక్సైడును ఉపయోగిస్తారు.
థెర్మిట్ పదార్థాల మధ్య జరుగు రసాయనిక చర్య
1.Fe2O3 +2Al → 2Fe+Al2O3+181.5 కి.కాలరీ (ఉష్ణం:2960 °C)
2.3Fe3O4+8Al →9Fe+4Al2O3+719.3కి.కాలరీ (ఉష్ణం:3088 °C)
3.3CuO+2Al → 3Cu+Al2O3275.3కి.కాలరీ (ఉష్ణం:4865 °C)
4.CrO3+2Al→2Cr+Al2O3546.5కి.కాలరీ (ఉష్ణం:2977 °C)
ఉత్పన్నమగు ఉష్ణంలో లభ్యమగు ఉష్ణరాశి ఉష్ణోగ్రత 2500-3000 °C వరకు వుండును.
థెర్మిట్ పదార్థాల మిశ్రమ నిష్పత్తి
అల్యూమినియం, లోహఆక్సైడులను 23.7:76.3 నిష్పత్తిలో కలుపుతారు.అనగా 23.7 (అందాజుగా 25%) భాగాల అల్యూమినియం లోహచూర్ణంకు,76.3 భాగాల (అందాజుగా 75%) ఐరన్ ఆక్సైడు పొడిని (భార నిష్పత్తి) కలుపుతారు.[3] ఘనపరిమాణం ప్రకారం పోల్చి చూసిన రెండు ఇంచుమించు సమాన ఘనపరిమాణంలో కన్పించును.ఇందుకు కారణం అల్యూమినియం సాంద్రత 2.6, ఐరన్ సాంద్రత 7.8 వుండటం వలన..
థెర్మిటు పదార్థాల రకాలు
[మార్చు]- సాధారణ థెర్మిట్ మిశ్రమం:ఈ రకం థెర్మిటులలో పొడిరూపంలో వున్న ఐరన్ ఆక్సైడు, మెత్తటి కణికలవలెవున్న అల్యూమినియం చూర్ణంలమిశ్రమం.వీటి మధ్య చర్య వలన అధిక ఉష్ణోగ్రత వెలువడుతుంది.ఈ మిశ్రమాన్ని ఇనుప లోహలను అతుకుటకు వాడెదరు.
- మెత్తనిఉక్కు (mild steel) థెర్మిటు మిశ్రమం:ఇందులో సాధారణ థెర్మిట్ మిశ్రమంలీ ఉక్కుయొక్క ఆక్సైడు పొడి/రజను, కొద్దిగాకర్బనంమరియు మాంగనీసుపొడులు కూడా కలుపబడి వుండును.ఈ మిశ్రమాన్ని ఉక్కు లోహలను అతుకుటకు వాడెదరు.
- పోత ఇనుము (cast iron) థెర్మిట్:సాధారణ థెర్మిట్ కు ఫెర్రోసిలికాన్, మెత్తనిఉక్కు యొక్క పొడులు అదనంగా చేర్చబడివుండును.ఈ రకమైన వెల్డింగు చేసిన లోహభాగాలను అతరువాత మెచినింగు చెయ్యాలనినచో, ఆభాగాన్ని హీట్ ట్రీట్ చెయ్యాలి.
- రైలు పట్టాలను అతుకు థెర్మిట్ మిశ్రమం:ఇందులో రైలుపట్టాలోని లోహమిశ్రమానికి అనుగుణంగా ఫెర్రస్ ఆక్సైడు నిష్పత్తి వుండును.
- రాగిలోహాలను అతుకుటకు ఫెరస్ ఆక్సైడుకు బదులుగా కాపర్/కుఫ్రస్ అక్సైడును మిశ్రమంలో ఉపయోగిస్తారు.
థెర్మిట్ వెల్డింగు పరికరాలు-పదార్థాలు
[మార్చు]- ఆవర్తని/లోహంలను కరగించు మూస (crucible)
- థెర్మిట్ పదార్థాలు
- నమూనా (pattern)
- అచ్చు (mold/mould)
- వేడి చేయు పరికరాలు
1.ఆవర్తని/లోహంలను కరగించు మూస/పాత్ర: థెర్మిట్ మిశ్రమాన్ని మండిచి, లోహమిశ్రమాన్ని కరగించుటకు ఉపయోగించు లోహపాత్రను ఆవర్తని లేదా మూస అంటారు.ఇది ఉక్కుతో చెయ్యబడి శంకువు (cone) ఆకారంలో వుండును.అనగా క్రింది భాగం కూచిగాను పై భాగం వెడల్పుగా వుండును.శంకువు యొక్క లోహపలకం మందంగా వుండును.అయితే థెర్మిట్ పదార్థం దహన సమయంలో 3000 °C కన్న ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతను వెలువడ చేస్తుంది.ఆఉష్ణం వద్ద లోహ మూస కూడా ద్రవీకరణ చెందుతుంది.ఆందువలన అధిక ఉష్ణం వద్ద కరుగని మందమైన మట్టి/ఇసుక పూత (refractory soil) పూయబడివుండును.చర్యానంతరం మూసలోని ద్రవీకరణ చెందిన లోహమిశ్రమాన్ని అతుకవలసిన అచ్చులో పడినట్లు చెయ్యుటకు మూస దిగువన్ ఒక టాపింగ్ పిన్ (Tapping pin) వుండును.ఈ పిన్ ను తట్టడం వలన మూస దిగువ రంధ్రం ద్వారా ద్రవలోహం అచ్చులో ధారగా పడును.
2.థెర్మిట్ పదార్థాలు:ఈ వ్యాసంలో థెర్మిటులు అనే ఉపశీర్షికలో పెర్కొన్నట్లుగా ఆల్యూమినియం యొక్క కణికలవంటి చూర్ణంతో అతుకవలసిన లోహ అక్సైడుల చూర్ణం కలిగిన మిశ్రమ పదార్థాలు.
3.నమూనా:అతుకవలసిన లోహ అంచులను ఏమేరకు, ఏ రూపంలో అతుకవలయునో ఆవిధంగా అమర్చు/పూయు రూపవిధానాన్ని నమూనా/మాదిరి (pattern) అంటారు.అతుకవలసినవిధంగా అతుకు భాగంలో నమూనా తయారుచేయుటకు మైనాన్ని ఉపయోగిస్తారు.ఇదిమొత్తగా మృదువుగా వుండుట వలన మైనాన్ని ఉపయోగించి నమూనా లేదా మాదిరిని తయారు చేయుట మిక్కిలి సులభం.దీనియొక్క ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రత తక్కువ వుండుట వలన, వెల్డింగునకు ముందు అచ్చును వేడిచేసి, మైనాన్ని సులభంగా తొలగించ వచ్చును.సాధార ఉష్ణోగ్రత వద్ద పూత్రిగా గట్టిగా ఘనరూపంలో వున్న మైనాన్ని కొద్దిగా వేడి చేసిన మెత్తబడును.అలా మెత్తబడిన ఎలావంచిన వంగును.దీనిని 5-6 మి.మీ.మందానికి తక్కువ కాకుండగా వెల్డింగు చెయ్యవలసిన విధానికి అనుకూల నమూనా రూపంలో మెత్తెదరు.
4.అచ్చు (Mold/mould) : దీనిని అచ్చు మన్ను/మట్టి అంటారు.మూడువంతుల శుభ్రమైన ఇసుకకు, ఒకవంతు బంకమన్ను (plastic clay) ఇసుకబట్టి/గానుగలో బాగా కలిపి, దీనికి కొద్దిగా నీరు, బంక/బంధన (గోధుమలోని జిగట భాగం) ను కలిపి తయారు చేయుదురు.ముందు మైనం నమూనా చుట్టు ఒక పెట్టెవంటి దానిని అమర్చి, అందులో పైన పెర్కొన్న విధంగా చేసిన అచ్చుమట్టిని గట్టిగా కూరెదరు.అచ్చుకు పైన రెండు రంధ్రాలు, క్రింద ఒక రంధ్రం ఏర్పరచెదరు.పైరెండు రంధ్రాలలో ఒకటి కరగించిన లోహాన్ని అచ్చులో పోయుటకు, మరియుకటి లోపలి గాలి బయటకు వెళ్ళుటకు ఉపయోగపడును.దిగువన ఉన్న రంధ్రం ద్వారా అచ్చును వేడిచేసి మైనం నమునాను అచ్చునుండి తొలగించెదరు.మైనం నమూనా చుట్టు వున్న అచ్చుమన్నును వదలుగా నింపిన, మైనాన్ని కరగించినప్పుడు ఆఖాలిలో మన్నురాలిన వెల్డింగు అతుకు సరిగ్గా ఏర్పడదు.అందుచే మైనం నమూనా చుట్టు అచ్చుమన్నును గట్టిగా మెత్త వలెను.
5.వేడిచేయు పరికరాలు:థెర్మిట్ మిశ్రమాన్ని మండించి, ద్రవీకరించి అచ్చులో పోయుటకు ముందు, అచ్చులోని నమూనా మైనాన్ని తొలగించి, నమూనా మైనాన్ని తొలగించగా ఏర్పడిన ఖాలిలో ద్రవ థెర్మిట్ ను నింపెదరు.అందుచే అచ్చును వేడిచేసి నమూనాగా ఏర్పరచిన మైనాన్ని కరగించుటకు వేడిచెయ్యు పరికరాలు అవసరం.ఇందుకు సాధారణంగా గ్యాసు హీటరును ఉపయోగించెదరు.
వెల్డింగు విధానం
[మార్చు]వెల్డింగుకు ముందు చెయ్యవలసిన పని : అతుకవలసిన లోహభాగాలను శుభ్రపరచవలెను.శుభ్రపరచుటకు గరకు కాగితం (sand paper/emery paper), తీగెల బ్రస్సు (wire brush) ఉపయోగించుట ఉత్తమం.అతుకు రెండు లోహల అంచులమధ్య 1.5-6.0 మి.మీ ఖాళి వుండాలి.అతుకు ప్రాంతానికి అటుఇటూ125-150 మి.మీపొడవున శుభ్ర పరచాలి.నూనెమరకలు, దుమ్ము, తుప్పు వంటివాటిని పూర్తిగా తొలగించాలి.అవసరమైనచో గ్యాసు టార్చి ఉపయోగించి అతుకు భాగాల ఉపరితలాన్ని వేడి చేసి శుభ్రపరచిన మంచిది.తుప్పు ఎక్కువగా వున్నచో సాండ్ బ్లాస్ట్ (sand Blast) విధానం ద్వారా శుభ్ర పరచాలి.
వెల్డింగు:
శుభ్రపరచిన అతుకవలసిన లోహల అంచులను తగిన విధంగా శుభ్రపరచిన పిమ్మట, మెత్తబడెలా కొద్దిగా వేడిచెయ్యబడిన మైనంను, అతుకవలసిన లోహంల భాగంలో మైనాన్ని 5-6 మి.మీల మందంగా, పూతగా అంటించెదరు ఈ పద్ధతిని నమునా/మాదిరి అంటారు.ఆంగ్లంలో పెటెరెన్ అంటారు.మైనాన్ని కావలస్సిన విధంగా అమర్చినతరువాత ఇప్పుడు ఈ నమూనా/మాదిరి మైనం చుట్టూ ఒక అచ్చుపెట్టెను (mold Box) అమర్చెదరు. అచ్చు పెట్టెలో 3:1 నిష్పత్తిలో ఇసుక, బంకమన్నుమిశ్రమాన్ని (దీనికి గోధుమపిండి జిగురును కలుపుతారు) నిండుగా, ఖాళిలేకుండగా నింపెదరు.ఈ అచ్చులో మూడు రంధ్రాలుండేవిధంగా అచ్చును చేయుదురు.రెండు రంధ్రాలు అచ్చు పైభాగంన, ఒకటి క్రిందభాగాన.అచ్చు ఆరిన తరువాత అచ్చును గ్యాసు ద్వారా వేడిచేయుదురు.లోపల్ మైనం కరగి, దిగువున వున్న రంధ్రంద్వారా బయటికి వచ్చును.మైనం అంతా బయటికి వచ్చిన తరువాత, క్రింది రంధ్రాన్ని మట్టితో మూసి వేయుదురు.
ఇప్పుడు ఆవర్తని/థెర్మిటును కరగించే లోహపాత్రను అచ్చు యొక్క పైభాగంన అమర్చెదరు.ఆవర్తని యొక్క సూచిభాగం అచ్చుయొక్క తెరచినవున్న రంధ్రం పై వుండేలా అమరెచెదరు.ఆవర్తనిలో థెర్మిట్ పదార్థాన్ని నింపి, ఉపరితలంలోఒక మెగ్నిసియం వత్తి, పట్టిని లోపలివరకు గ్రుచ్చివుంచెదరు.మొదట మెగ్నిషియం వత్తిని అంటించగానే, అది ప్రకాశవంతంగా మండును.మెగ్నిషియం వత్తిని మండించగా వెలువడిన ఉష్ణం థెర్మిట్ పదార్థంలోని అల్యూమినియం, మిశ్రమంలోని లోహ అక్సైడుతో చర్య మొదలు పెట్టుటకు సహకరించును.అల్యూమినియం, లోహ అక్సైడు చర్యాసమయంలో ఏర్పడు ఉష్ణం అల్యూమినియం లోహం ద్రవీకరించును.ఈ చర్య జరుగుటకు ఒకనిమిషం (60 సెకండ్లు/క్షణాలు) పట్టును.నిమిషం అవ్వగానే, ఆవర్తనియొక్క దిగువన వున్న టాపింగ్ పిన్నును కదలించడం/స్థాన భ్రంశం కావించడం వలన ద్రవీకరించిన పూరక లోహం అచ్చులోనికి ప్రవహించును.అచ్చులోని ఖాళిప్రదేశంలోకి వ్యాపించి ఘనీభవించును.ఉపయోగించిన థెర్మిట్ పదార్థంయొక్క ఘనపరిమాణాన్ని బట్టి, ఇసుక అచ్చును 2-4 గంటలవరకు అలాగే తెరవకుండా వదలి వెయ్యవలెను.ఆతరువాత అచ్చును తొలగిందెదరు.తక్కువ థెర్మిటు ఉపయోగించిన రెండు, మూడు గంటలు, ఎక్కువ పదార్థాన్ని వాడిన 4 గంటల సమయం అవసరం.ఒక కిలో నమూనా మైనాన్ని నమూనాగా వాడిన 12-14 కిలోల థెర్మిటును వెల్డింగులో ఉపయోగించాలి[4]
వెల్డింగు సమయంలో తీసికొనవలసిన జాగ్రత్తలు
[మార్చు]- వెల్డింగు సమయంలో ప్రకాశవంతమైన వెలుగుతో చర్య జరుగుతుంది, అధిక ఉష్ణం వెలువడుతుంది.ప్రకాశవంతమైన వెలుగులో కళకు హానిచేసే అతిలోహిత నీలకిరనాళు, ఇంఫ్రా రెడ్ కిరణాలను నేరుగా చూడటం వలన కళ్లరెటినాపొర దెబ్బతినవచ్చును.అందుచే కళ్ళకు రక్షణకళ్ళజోడు ధరించాలి.
- రసాయన చర్య జరుగునప్పుడు గాఢమైన వాయువులు వెలువడును, ఈ వాయువులను శ్వాసించడం ప్రమాదకరం.అందుచే ముక్కుకు ముసుకు ధరించాలి.
- చర్యాసమయంలో అత్యధిక ఉష్ణం వెలువడుతుంది.అందువలన ఉష్ణం నుండి రక్షణకై, ఉష్ణనిరోధక ఉడుపులు ధరించాలి.
- చేతులకు ఉష్ణనిరోధక తొడుగులు ధరించాలి
- కాళ్ళకు రక్షఖపాదరక్షలు ధరించాలి.
- థెర్మిట్ పదార్థాలను వేడితగలకుండ జాగ్రత్తగా పదిలంగా వుంఛాలి.
వెల్డింగు చెయ్యుటకు అనువైన లోహంలు,లోహవస్తువులు
[మార్చు]- ఉక్కుతో చేసిన పట్టాలు (rail)
- విరిగిన ఉక్కుపట్టాలు
- గొట్టాల (pipes) అంచులను/చివరలను బట్ (butt) వెల్డింగుచేయుటకు
- భారీపరిమాణపు విరిగిన క్రాంక్ (crank) షాప్టులను అతుకుటకు
- యంత్రాల విరిగిన ఫ్రేములను (frames) అతుకుటకు
- పెద్ద పరిమాణంలో వున్న వెల్డింగు కేబుల్లను అతుకుటకు
- భవనంల నిర్మాణంలో ఉపయోగించు భారి పరిమాణంలో వుండు వుక్కు కడ్డిలు అతుకుట
ఇవికూడా చూడండి
[మార్చు]బయటి లింకులు
[మార్చు]మూలాలు
[మార్చు]- ↑ "Thermit Welding". encyclopedia2.thefreedictionary.com. Retrieved 2014-02-18.
- ↑ "thermit welding". slideshare.net. Retrieved 2014-02-18.
- ↑ "Thermit". science.howstuffworks.com. Retrieved 2014-02-20.
- ↑ Welding Technology,A book by O.P.Khanna,page216-219