Chapter 1 Welding and Welding Processes

Chapter 1

Welding and Welding Processes

Welding

Welding एक प्रक्रिया है जिसमें दो या अधिक pieces of the same या dissimilar materials को जोड़कर complete coalescence प्राप्त की जाती है। यह एकमात्र method है जिससे monolithic structures विकसित किए जाते हैं और यह अक्सर heat और/या pressure के उपयोग से किया जाता है।

हालाँकि इसका वर्तमान स्वरूप लगभग 20वीं century की शुरुआत से उपयोग में है, लेकिन यह तेजी से अन्य joining processes जैसे riveting और bolting को replace कर रहा है। कई बार इसे casting के alternative के रूप में भी उपयोग किया जा सकता है।

वर्तमान समय में welding का व्यापक उपयोग विभिन्न प्रकार के components के fabrication में होता है, जिनमें critical structures भी शामिल हैं, जैसे:

boilers और pressure vessels
ships
off-shore structures
bridges
storage tanks और spheres
pipelines
railway coaches
anchor chains
missiles और rocket parts
nuclear reactors
fertiliser और chemical plants
structurals
earth moving equipment
plate और box girders
automobile bodies
press frames
water turbines

Welding का उपयोग heavy plate fabrication industries, pipe और tube fabrication में भी किया जाता है। इसके अलावा यह निम्न कार्यों में भी उपयोगी है:

drill bits को उनके shanks से जोड़ना
automobile axles को brake drums से जोड़ना
lead wire connections को transistors और diodes से जोड़ना
explosives containers (जैसे nitroglycerine) की sealing
cluster gears का welding
और इसी प्रकार के अन्य applications

1.1 Classification of Welding and Allied Processes

हालाँकि लगभग सभी materials (metals, plastics, ceramics, और composites) को weld किया जा सकता है, लेकिन सभी को एक ही process से weld नहीं किया जाता।

इस universality को प्राप्त करने के लिए बहुत सारी Welding and Allied Processes विकसित की गई हैं।

इन industrially important processes को मुख्य रूप से निम्न आधारों पर classify किया जाता है:

heat source की nature और उसकी movement के आधार पर, जिससे spot, seam या zonal welds बनते हैं
या फिर heat generation की मात्रा के आधार पर, जैसे low heat और high heat processes

इन classifications को Fig. 1.1 में दिखाया गया है।

इस प्रकार की process classification इसलिए चुनी गई है क्योंकि आगे के text में अक्सर इन processes का उल्लेख इसी तरीके से किया जाएगा।

1.2 Cast-Weld Processes

इन processes में बड़ी मात्रा में molten metal शामिल होता है, जिसके कारण इनके properties लगभग castings के समान होती हैं। Desired joint properties प्राप्त करने के लिए ऐसे welds को आमतौर पर normalisation treatment दिया जाता है।

इस class में दो प्रमुख processes शामिल हैं:

Thermit Welding
Electroslag Welding

1.2.1 Thermit Welding

Thermit एक mixture होता है जिसमें aluminium powder और metal oxide शामिल होते हैं। जब इसे ignite किया जाता है, तो यह एक non-explosive exothermic reaction करता है।

इस reaction में उत्पन्न heat metal oxide को melt और reduce करके metallic form में बदल देती है। यह प्राप्त molten metal, metal parts को जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है। इस प्रक्रिया में molten metal को parts के बीच डालकर एक cast-weld joint बनाया जाता है।

सबसे सामान्य thermit mixture में aluminium powder और ferric oxide होते हैं, जो ignition पर निम्न reaction देते हैं:

8Al + 3Fe₃O₄ → 9Fe + 4Al₂O₃ + 3310 kJ/mol …(1.1)

इस reaction से लगभग 2450°C तापमान वाला molten metal प्राप्त होता है।

इस molten metal को उन parts के चारों ओर बने sand mould में डाला जाता है जिन्हें weld करना होता है (जैसा कि Fig. 1.2 में दिखाया गया है)।

Solidification पूरा होने के बाद mould को तोड़ दिया जाता है और अतिरिक्त metal को हटा दिया जाता है।

Applications of Thermit Welding

Thermit welding का व्यापक उपयोग किया जाता है:

site पर rails joining के लिए
cable conductors जोड़ने में
R.C.C. structures के reinforcing bars जोड़ने में
heavy repair work में, जैसे:

broken roller necks की repair
ship sterns की repair

1.2.2 Electroslag Welding (ESW)

Electroslag Welding (ESW) एक fusion welding process है, जिसका उपयोग बहुत मोटे workpieces को एक ही pass (single run) में जोड़ने के लिए किया जाता है।

यह कोई वास्तविक arc welding process नहीं है, हालांकि इसका setup अधिकांश arc welding processes के समान होता है। इस प्रक्रिया में arcing केवल प्रक्रिया को शुरू (initiate) करने के लिए आवश्यक होता है और कभी-कभी बाद में भी हो सकता है यदि process की stability disturb हो जाए।

ESW के दो प्रकार होते हैं:

Conventional ESW process (जिसमें normal electrode wire और contact tube उपयोग होता है)
Consumable Guide ESW process (यह एक लोकप्रिय variant है)

Fig. 1.3 में consumable guide ESW process का diagram दिखाया गया है।

ESW प्रक्रिया की एक महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि welding हमेशा vertical position में की जाती है।

Metallurgical Characteristics

High heat input के कारण ESW में weld pool बहुत बड़ा (voluminous) होता है। इसके परिणामस्वरूप बनने वाला weld अक्सर casting-like properties दिखाता है।

इसी कारण से Post Weld Heat Treatment (PWHT) आवश्यक होता है ताकि:

सही metallurgical structure प्राप्त हो सके
आवश्यक mechanical strength हासिल की जा सके

Applications of ESW

Electroslag Welding का उपयोग मुख्य रूप से निम्न क्षेत्रों में होता है:

pressure vessels का निर्माण
press frames
water turbines

heavy plate fabrication industries

1.3 Arc and Flame Welding Processes

इस class में वे welding processes शामिल हैं जो या तो electric arc का उपयोग करते हैं या फिर oxy-fuel gas mixture को जलाकर प्राप्त flame का उपयोग करते हैं।

Weld pool का size मुख्य रूप से इस बात पर निर्भर करता है कि:

energy input per unit time कितना है
arc या flame का spread कितना है

हालांकि, किसी भी समय पर weld pool में मौजूद molten metal का volume, Electroslag Welding की तुलना में बहुत छोटा होता है।

इन processes का उपयोग मुख्य रूप से दो प्रकार के weld बनाने के लिए किया जाता है:

Seam welds (जैसे SMAW, GMAW, Oxy-fuel gas welding आदि)
Spot welds (जैसे stud welding, GTAW spot welding आदि)

1.3.1 Seam Welding Processes

ये processes मुख्य रूप से workpieces को सीधे (straight) या curved seams के along desired length तक weld करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। इनमें सभी well-known arc और flame welding processes शामिल हैं।

1.3.1.1 Carbon Arc Welding

Carbon Arc Welding में heat एक carbon electrode और workpiece के बीच arc बनने से उत्पन्न होती है। इसमें आमतौर पर कोई shielding gas उपयोग नहीं किया जाता।

Arc से उत्पन्न heat, work material और filler wire (यदि आवश्यक हो) को melt कर देती है।

Electrical Setup

Fig. 1.4 में carbon arc welding का basic circuit दिखाया गया है।

Important Requirement

Carbon electrode की excessive heating और जल्दी consumption से बचने के लिए:

DC power source का उपयोग किया जाता है
और electrode negative (DCEN) रखा जाता है

Process Characteristics

इस प्रक्रिया में weld pool आमतौर पर छोटा होता है, इसलिए manual mode में इसे all-position welding process के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

Applications

Carbon Arc Welding का उपयोग निम्न के लिए किया जा सकता है:

Copper welding (क्योंकि इसमें high current से high heat develop की जा सकती है)
Galvanized steel welding

Steel castings की repair

1.3.1.2 Shielded Metal Arc Welding (SMAW)

यह process coated या covered electrodes का उपयोग करके arc उत्पन्न करती है, जो एक heat source के रूप में कार्य करता है।

Electrode की coating जलने (burning) पर एक shielding gas और slag बनाती है, जो molten metal को आसपास की atmosphere (oxygen और nitrogen) के harmful effects से बचाती है।

यह process अधिक प्रसिद्ध रूप से:

Stick electrode welding
या Manual Metal Arc (MMA) welding

के नाम से जानी जाती है, और यह दुनिया में सबसे अधिक उपयोग होने वाली welding process है।

Power Source

इस process में दोनों प्रकार के power sources उपयोग किए जा सकते हैं:

AC (Alternating Current)
DC (Direct Current)

दोनों ही समान रूप से effective हैं।

Fig. 1.5 में इस process का basic circuit diagram दिखाया गया है।

Weld Pool Characteristics

Weld pool का आकार निम्न पर निर्भर करता है:

covered electrode का size
welding current

यह बहुत छोटा से लेकर काफी बड़ा हो सकता है।

Note: बड़े weld pools केवल downhand (flat position) welding में उपयोग किए जाते हैं।

Process Features

यह एक all-position welding process है
सभी प्रकार के jobs में उपयोग किया जा सकता है
जिन metals के लिए covered electrodes available हैं, उन्हें weld किया जा सकता है

Applications

SMAW एक बहुत ही versatile process है, इसलिए इसका उपयोग अभी भी बड़े पैमाने पर किया जाता है:

ships fabrication
bridges
pressure vessels
structural fabrication

Important Note

यह process मुख्य रूप से केवल manual mode में ही उपयोग की जाती है।

1.3.1.3 Submerged Arc Welding (SAW)

Submerged Arc Welding (SAW) एक welding process है जिसमें continuous copper-coated spooled wire का उपयोग किया जाता है। इसके साथ protective flux (media) का उपयोग किया जाता है ताकि molten metal pool को atmospheric gases (oxygen और nitrogen) के reaction से बचाया जा सके।

इस process में electrode wire का diameter लगभग 2 mm से 10 mm तक हो सकता है।

इसमें दोनों प्रकार के power sources उपयोग किए जाते हैं:

AC (Alternating Current)
DC (Direct Current)

हालांकि, DC with electrode positive (DCEP) को अधिक preferred माना जाता है।

Welding Position और Mode

SAW मुख्य रूप से downhand (flat) position में उपयोग किया जाता है।

यह process दो modes में काम करता है:

Automatic mode (सबसे अधिक उपयोग में)
Semi-automatic mode

Fig. 1.6 में automatic SAW unit के essential elements दिखाए गए हैं।

Process Characteristics

SAW में:

Arc flux के नीचे (submerged) रहता है
इसलिए इसे “Submerged Arc” कहा जाता है
Flux molten metal को पूरी तरह cover करके shielding प्रदान करता है

Weld Quality

इस process से बनने वाला weld joint बहुत high quality का होता है।

Applications

SAW का उपयोग मुख्य रूप से thick plates को long linear seams में जोड़ने के लिए किया जाता है, जैसे:

ships
pressure vessels
bridges
structural fabrication
welded pipes
nuclear reactors

1.3.1.4 Fusion arc Welding

Fusion arc Welding एक process है जिसमें flux-coated electrode का उपयोग किया जाता है। इस electrode में core wire को helically (spiral रूप में) लपेटा जाता है, जिसमें दोनों प्रकार के spirals होते हैं—left-handed और right-handed wires (जैसा कि Fig. 1.7 में दिखाया गया है)। इन spirals के बीच के space को coating material से भर दिया जाता है।

Current Flow और Setup

Welding current, contact tube और outer wire spiral (जो आंशिक रूप से bare होती है) के संपर्क से होकर core wire में flow करता है।

Welding Current Range

इस process में लगभग 200 A से 1000 A तक का current उपयोग किया जा सकता है, जो electrode diameter पर निर्भर करता है।

हालांकि, current की upper limit इस बात पर भी निर्भर करती है कि:

outer spiral बिना overheating और collapse हुए current carry कर सके

इस समस्या को दूर करने के लिए अक्सर long current slide का उपयोग किया जाता है।

Process Setup

Fusarc welding का setup लगभग automatic submerged arc welding (SAW) जैसा होता है, लेकिन इसमें:

flux supply और recovery system शामिल नहीं होता

Shielding System

इस process में अतिरिक्त सुरक्षा के लिए CO₂ shielding gas का उपयोग किया जाता है, जिससे:

weld pool की protection बढ़ती है
weld quality significantly improve होती है

Advantages (Process Characteristics)

Fusarc welding अन्य open arc processes और SAW की तुलना में:

joint fit-up के प्रति अधिक tolerant है
surface condition और weather conditions से कम प्रभावित होता है

Applications

इस कारण इसका उपयोग व्यापक रूप से किया जाता है:

shipbuilding
structural work
long straight या circumferential seams
double-sided fillet welds
pressure vessel fabrication

Important Note

इस process में arc visibility महत्वपूर्ण होती है, इसलिए यह उन applications में उपयोगी है जहाँ:

arc का observation आवश्यक हो
good penetration और sound weld quality चाहिए

1.3.1.5 Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) / Tungsten Inert Gas (TIG) Welding

Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) या Tungsten Inert Gas (TIG) welding एक welding process है जिसमें non-consumable tungsten electrode का उपयोग किया जाता है।

इस प्रक्रिया में electrode और weld pool दोनों को surrounding atmosphere के harmful effects से बचाने के लिए एक inert shielding gas का envelope उपयोग किया जाता है, जैसे:

Argon
Helium

Power Source और Electrode

GTAW में दोनों प्रकार के power sources उपयोग किए जाते हैं:

AC (Alternating Current)
DC (Direct Current)

Tungsten electrode का diameter लगभग 0.5 mm से 6.5 mm तक होता है।

इसके अनुसार current carrying capacity लगभग 5 A से 650 A तक होती है।

Cooling System

जब welding current 100 A से अधिक होता है, तब welding torch को overheating से बचाने के लिए:

water cooling system का उपयोग किया जाता है

Process Characteristics

यह मुख्य रूप से manual mode में उपयोग की जाती है
यह एक all-position welding process है
सभी arc welding processes में से यह highest quality welds प्रदान करती है

Applications

GTAW का उपयोग विशेष रूप से उन industries में किया जाता है जहाँ high-quality और precision welding आवश्यक होती है:

Aircraft industry
Rocket और missile fabrication
Chemical plants
Nuclear plant fabrication

यह प्रक्रिया मुख्य रूप से thin metals और alloys के लिए उपयोग की जाती है।

1.3.1.6 Plasma Arc Welding (PAW)

Plasma एक ऐसी flow होती है जो ionised gas से बनी होती है। इसे तब प्राप्त किया जाता है जब किसी gas को high temperature arc के through pass किया जाता है, जिससे gas molecules पहले atoms में और फिर ions और electrons में split हो जाते हैं।

Process Principle

Plasma Arc Welding (PAW) में arc, tungsten electrode और workpiece के बीच बनता है, ठीक उसी तरह जैसे GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) में होता है।

लेकिन इस process में plasma arc को एक outer nozzle द्वारा constrict (संकीर्ण) किया जाता है, जिससे shielding gas flow होता है।

Power Source

इस process में आमतौर पर उपयोग किया जाता है:

Constant current DC power source
Open circuit voltage: 70–80 volts
Duty cycle: 60%

Types of Plasma Arc Welding

Plasma Arc Welding के दो मुख्य variants होते हैं:

Non-transferred type
Transferred type

1. Non-transferred Type

इस type में:

Tungsten electrode = Cathode
Torch tip = Anode
Workpiece electrical circuit का हिस्सा नहीं होता

इसका torch design oxy-acetylene torch जैसा होता है और इसे आसानी से handle किया जा सकता है।

लेकिन इसमें plasma arc की intensity कम होती है।

2. Transferred Type

इस type में:

Workpiece = Anode

इसमें arc अधिक intense होता है, लेकिन इसकी maneuverability (control) सीमित होती है।

इसके फायदे:

higher thermal efficiency
higher deposition rate (GTAW की तुलना में)

Shielding Gas

Plasma welding में कोई भी ऐसा gas उपयोग किया जा सकता है जो:

tungsten electrode को damage न करे
copper nozzle tip को attack न करे

आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले gases:

Argon
Argon–Hydrogen mixture

Limitations

Plasma Arc Welding का एक major disadvantage है:

high noise level

इसी कारण:

hand-held plasma torches का उपयोग बहुत limited होता है
अधिकतर remotely operated plasma systems उपयोग किए जाते हैं

Applications

PAW का मुख्य उपयोग industries में होता है जैसे:

aeronautical industry
jet engine manufacturing

यह process विशेष रूप से उपयोग होती है:

stainless steel piping and tubing
titanium components fabrication

1.3.1.7 Gas Metal Arc Welding (GMAW)

Gas Metal Arc Welding (GMAW) एक welding process है जिसमें एक consumable wire electrode का उपयोग किया जाता है। यह wire लगभग 0.8 mm से 2.4 mm diameter का होता है और इसे spool form में रखा जाता है।

Wire Feeding System

Wire को एक preset speed पर welding torch के through feed किया जाता है। इसी torch के माध्यम से:

electrical connection दिया जाता है
shielding gas supply किया जाता है

Arc Formation

Arc, wire electrode और workpiece के direct contact से strike होता है। इसके बाद arc की length को electrical parameters की सहायता से constant रखा जाता है।

Power Source

इस process में आमतौर पर उपयोग होता है:

Rectified DC power source

Power source दो प्रकार के हो सकते हैं:

Constant Voltage type
Constant Current type

Shielding Gas

Shielding gas application पर depend करता है। उपयोग किए जाने वाले gases:

Argon
Helium
Nitrogen
Carbon dioxide (CO₂)
Hydrogen
और इनके mixtures

Process Naming

जब inert gas उपयोग किया जाता है → इसे MIG (Metal Inert Gas) welding कहते हैं
जब CO₂ gas उपयोग किया जाता है → इसे MAG (Metal Active Gas) welding या CO₂ welding कहते हैं

Operation Mode

GMAW एक:

all-position welding process है
मुख्य रूप से semi-automatic mode में उपयोग होता है
इसके automatic versions भी उपलब्ध हैं

Fig. 1.11 में semi-automatic GMAW setup दिखाया गया है।

Characteristics और Applications

GMAW एक बहुत ही versatile process है और इसे लगभग सभी metals के लिए उपयोग किया जा सकता है, बशर्ते compatible filler wires उपलब्ध हों।

इसके प्रमुख उपयोग:

medium-gauge fabrication
structural work
earth moving equipment
plate और box girders
automobile bodies

Modern Use

GMAW का भविष्य और अधिक मजबूत है क्योंकि यह:

robotic welding systems में बहुत आसानी से उपयोग किया जा सकता है

Plasma–MIG Welding

Plasma–MIG Welding एक welding process है जिसे Plasma Arc Welding और MIG (Metal Inert Gas) / GMAW (Gas Metal Arc Welding) की विशेषताओं को combine करके विकसित किया गया है।

Variants (प्रकार)

इस process के दो variants होते हैं:

एक जिसमें अलग से non-consumable tungsten electrode उपयोग किया जाता है
दूसरा जिसमें torch nozzle ही non-consumable electrode के रूप में कार्य करता है

इन दोनों प्रकार के torches की essential features Fig. 1.12 में दर्शाए गए हैं।

Process Principle

Plasma–MIG welding, सामान्य GMAW (Gas Metal Arc Welding) से इस प्रकार अलग है कि इसमें:

electrode wire को एक plasma sheath से घेरा जाता है

यह plasma sheath:

heat control करती है
droplet transfer को नियंत्रित करती है

Advantages

इस improved control के कारण:

बहुत अधिक welding speed प्राप्त होती है
higher deposition rates मिलते हैं
performance, GMAW की तुलना में बेहतर होती है (Fig. 1.13 में दिखाया गया है)

Applications

Plasma–MIG welding का उपयोग किया जा सकता है:

welding applications में
surfacing operations में

Material Compatibility

जिन materials को GMAW से weld किया जा सकता है, उन्हें इस process से भी weld किया जा सकता है, लेकिन:

बहुत अधिक speed और efficiency के साथ

1.3.1.9 Electrogas Welding (EGW)

Electrogas Welding (EGW) में उपयोग किया जाने वाला equipment, appearance में Electroslag Welding (ESW) के समान होता है। हालांकि दोनों processes अलग होती हैं।

Process Principle

EGW में welding vertical position में की जाती है और weld joint के दोनों sides पर water-cooled copper shoes का उपयोग किया जाता है ताकि molten metal को hold किया जा सके।

Shielding System

इस process में shielding मुख्य रूप से electrode flux / gas shielding system के माध्यम से प्राप्त की जाती है (application पर depend करता है)।

Comparison with ESW

EGW = arc-based process
ESW = slag-based process
EGW में arc continuously मौजूद रहता है
ESW में arc initial stage में होता है और बाद में slag द्वारा heat maintain होती है

Welding Position

केवल vertical welding के लिए उपयोग होता है
thick plate vertical joints के लिए suitable है

Applications

EGW का उपयोग मुख्य रूप से किया जाता है:

pressure vessels
heavy structural fabrication
shipbuilding
large vertical seams

⚠️ Note: Provided text में आगे Electron Beam Welding (EBW) का content mix हो गया है, इसलिए मैं उसे भी सही section में translate कर रहा हूँ:

(Additional Section) Electron Beam Welding (EBW) – Hindi Translation

Electron Beam Welding (EBW) एक welding process है जिसमें high-velocity electrons की beam का उपयोग किया जाता है।

Beam Control

electrons की speed, accelerating voltage पर depend करती है
beam को focus करने के लिए focussing coil का उपयोग किया जाता है
workpiece को vacuum chamber में रखा जाता है
welding speed के लिए workpiece को move किया जा सकता है

Power System

EBW guns दो प्रकार के होते हैं:

Low voltage type: 15–30 kV
High voltage type: 70–150 kV

Beam Characteristics

Electron beam की penetrating power बहुत अधिक होती है
energy density लगभग 5 × 10⁸ W/mm² होती है
इससे लगभग सभी metals melt और weld किए जा सकते हैं

Weld Characteristics

बहुत narrow welds बनते हैं
full penetration possible है
width-to-penetration ratio लगभग:

EBW: 1 : 20
SMAW: 5 : 1
GMAW: 2 : 1

HAZ बहुत narrow होता है
welding speed बहुत high होती है

Applications of EBW

EBW का उपयोग किया जाता है:

electronics industry
nuclear industry
missile manufacturing
aircraft industry

Typical Applications

cluster gears
corrosion-resistant valve assemblies
pressure capsules
missile hull frames
satellites की in-flight repair welding

1.3.1.11 Laser Beam Welding (LBW)

Laser Beam Welding (LBW) में एक monochromatic (single wavelength) और coherent light beam को heat source के रूप में उपयोग किया जाता है।

Coherent Light का अर्थ

Coherent light वह light होती है जिसमें सभी waves:

समान (identical) होती हैं
parallel होती हैं
और लंबी दूरी तक बिना intensity loss या deviation के travel कर सकती हैं

Energy Density और Beam Properties

Laser light को बहुत आसानी से बिना intensity loss के एक बहुत छोटे spot पर focus किया जा सकता है, जिससे:

बहुत high energy density प्राप्त होती है (लगभग 10⁹ W/mm²)

इस कारण laser beam भी electron beam की तरह:

लगभग सभी known materials को weld कर सकती है

Heat Effects

बहुत high energy density के कारण
HAZ (Heat Affected Zone) बहुत narrow होती है
बहुत high welding speed achieve की जा सकती है

Types of Lasers

Laser के तीन basic types होते हैं:

Solid-state lasers
Semiconductor lasers
Gas lasers

Industrial Lasers

वर्तमान में सबसे अधिक उपयोग होने वाले lasers:

Nd:YAG (Neodymium-doped Yttrium Aluminium Garnet) lasers

लेकिन इनकी heat conversion efficiency बहुत कम होती है (आमतौर पर 1% से भी कम)।

दूसरी ओर:

CO₂ lasers की efficiency लगभग 15–25% होती है
इसलिए इन्हें तेजी से industrial applications में लगाया जा रहा है

Versatility (EBW की तुलना में)

Laser Beam Welding, Electron Beam Welding (EBW) से अधिक versatile है क्योंकि:

इसे air में किया जा सकता है
gas shielding में किया जा सकता है
vacuum की आवश्यकता नहीं होती
laser beam transparent materials से भी pass कर सकती है

Power Requirement

welding के लिए minimum laser power लगभग 2 kW होनी चाहिए

हालांकि:

Nd:YAG lasers (100 W to 1 kW) भी industrial welding में उपयोग होते हैं

High Power CO₂ Lasers

25 kW तक के CO₂ lasers install किए जा चुके हैं
लेकिन ये बहुत rare और बहुत expensive equipment हैं

Applications

Laser Beam Welding का उपयोग मुख्य रूप से किया जाता है:

radio engineering और electronics

fine wires को micro-circuit boards से जोड़ने में

solid-state circuits और micromodules

Future Applications

LBW का उपयोग भविष्य में बढ़ने की संभावना है:

aerospace industry (high precision work)
automobile industry (high speed mass production)

1.3.1.12 Oxy-Acetylene Welding

Oxy-Acetylene Welding में acetylene gas को oxygen के साथ welding torch में mix किया जाता है। फिर इस mixture को torch tip पर burn किया जाता है, जिससे लगभग 3300°C temperature की flame उत्पन्न होती है।

यह flame अधिकांश सामान्य उपयोग में आने वाले ferrous और non-ferrous metals को melt करने में सक्षम होती है।

Setup

Fig. 1.17 में oxy-acetylene welding का standard setup दिखाया गया है।

Types of Flames

Oxy-acetylene welding में तीन प्रकार की flames उपयोग की जाती हैं। Flame का nature दोनों gases के ratio पर depend करता है:

1. Neutral Flame

यह सबसे अधिक उपयोग होने वाली flame है।

Use:

low carbon steel
cast steel
cast iron
अधिकांश सामान्य metals

2. Oxidising Flame

इसमें oxygen की मात्रा acetylene से अधिक होती है।

Use:

manganese steel
brass
bronze

3. Carburising Flame

इसमें acetylene की मात्रा oxygen से अधिक होती है।

Use:

aluminium
nickel
और अन्य similar materials

Process Characteristics

इस process में heat transfer efficiency बहुत कम होती है (लगभग 30%)।

इसके कारण:

weld के आसपास wide HAZ (Heat Affected Zone) बनती है
welding speed भी काफी कम होती है

Applications

Oxy-acetylene welding का उपयोग मुख्य रूप से किया जाता है:

pipe welding में root run के लिए
multi-run welds में
light fabrication जैसे:

ventilation ducts
air-conditioning ducts

motor vehicle repair
general repair work (बहुत बड़े पैमाने पर)

1.3.2 Arc Spot Welding Processes

इस class में आने वाले processes का उपयोग workpieces को एक narrow zone में, desired shape के साथ join करने के लिए किया जाता है।

1.3.2.1 GTAW Arc Spot Welding

इस process में उपयोग किया जाने वाला equipment मूलतः conventional GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) जैसा ही होता है, लेकिन इसमें कुछ modifications होते हैं:

control system में एक timing device जोड़ा जाता है
torch nozzle को modify किया जाता है ताकि spot weld बनाया जा सके

Power Source और Polarity

GTAW arc spot welding में उपयोग किया जा सकता है:

AC (Alternating Current)
DCEN (Direct Current Electrode Negative)

Polarity Selection

अधिकांश materials के लिए DCEN उपयोग किया जाता है
केवल aluminium के लिए AC with continuous high frequency (HF) current superimposition उपयोग होती है

Torch Design

Torch nozzle material: copper या stainless steel
Typical internal diameter: लगभग 12 mm
Nozzle में venting ports होते हैं ताकि gas flow और escape सही तरीके से हो सके
Torch अक्सर water-cooled होता है क्योंकि arc पूरी तरह enclosed होता है

Shielding Gas

Shielding gas के रूप में उपयोग किया जाता है:

Argon
Helium

Gas flow rate: लगभग 2.5 to 4.5 L/min

Arc Initiation

Spot weld बनाने के लिए arc को initiate किया जाता है:

High Frequency (HF) discharge के माध्यम से
(जैसा कि Fig. 1.18 में shown है)

Filler Metal

सामान्यतः filler metal का उपयोग नहीं किया जाता
लेकिन आवश्यकता पड़ने पर special wire feeder से filler wire दिया जा सकता है

Benefits of filler wire:

nugget shape improve करता है
crater cracking को reduce करता है

Process Mode

यह process मुख्य रूप से:

semi-automatic mode में उपयोग होती है
लेकिन इसे mechanised और NC (Numerically Controlled) systems के साथ भी चलाया जा सकता है

Applications

GTAW arc spot welding का उपयोग किया जाता है:

automatic parts manufacturing
precision metal components
electronic components और appliances

Special Advantage

यह process विशेष रूप से useful है जब:

lap joint तक पहुँच केवल one side access से संभव हो

1.3.2.2 GMAW Arc Spot Welding

Normal GMAW (Gas Metal Arc Welding) equipment का उपयोग करके भी spot welds बनाए जा सकते हैं। इसके लिए एक special torch का उपयोग किया जाता है, जिसे lapped sheets के बीच spot welding के लिए modify किया जाता है।

Process Method

GMAW gun को workpiece के desired spot पर press किया जाता है।

इसके बाद welding operation लगभग:

1 to 5 seconds तक चलाया जाता है

इस दौरान दो sheets के बीच एक molten slug (weld nugget) बनता है जो दोनों parts को join कर देता है (Fig. 1.19 के अनुसार)।

Timing Control

पूरी प्रक्रिया का timing:

आमतौर पर automatic timer द्वारा control किया जाता है

Joint Preparation

इस process में:

किसी special joint preparation की आवश्यकता नहीं होती
केवल overlapped areas की proper cleaning जरूरी होती है

Shielding Gas

GMAW arc spot welding में सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले gases:

Argon
CO₂ (Carbon dioxide)

Welding Position

यह process सबसे effective है:

downhand (flat) position में

यह horizontal position में भी उपयोग किया जा सकता है, लेकिन:

overhead position में suitable नहीं है

Important Difference

यह process plug welding से अलग है क्योंकि:

इसमें किसी भी member में hole बनाने की आवश्यकता नहीं होती

Material Limitation

Upper sheet को पूरी thickness तक melt करना होता है, इसलिए:

upper member की thickness आमतौर पर 3 mm तक सीमित होती है
lower member की thickness महत्वपूर्ण नहीं होती

Applications

GMAW arc spot welding का उपयोग किया जा सकता है:

aluminium
mild steel
low alloy steel
stainless steel

1.3.2.3 Stud Welding

Stud Welding एक welding process है जिसमें stud (headless threaded bolt) या stud जैसे अन्य pieces (जैसे bolts, screws, rivets, rods आदि) को flat pieces जैसे plates के साथ weld किया जाता है।

Stud Welding के मुख्य equipment में stud welding gun, time control unit, DC power source (300–600 amperes capacity), studs, तथा ceramic protective caps, जिन्हें ferrules कहा जाता है, शामिल होते हैं।

Stud Welding की प्रक्रिया में सबसे पहले stud को welding gun में लगाया जाता है और उसके ऊपर एक ferrule चढ़ाया जाता है। इसके बाद stud को उस cleaned spot पर स्पर्श कराया जाता है जहाँ welding करनी होती है। फिर gun trigger के रूप में दिए गए switch को दबाया जाता है और पूरी welding process केवल कुछ seconds में पूरी हो जाती है। Fig. 1.20 में एक stud welding unit के मुख्य भागों को दर्शाया गया है।

Stud Welding का उपयोग मुख्य रूप से ships के steel decks पर brackets, hangers, cover plates, piping आदि को metal workpieces पर जोड़ने के लिए किया जाता है। इसके अतिरिक्त यह automotive industry, railroad machinery manufacturing तथा construction industry में भी व्यापक रूप से प्रयुक्त होती है।

1.4 Resistance Welding Processes

सभी Resistance Welding Processes में heat दो संपर्क में आने वाले workpieces के interface पर उत्पन्न होती है। यह heat, electric current के प्रवाह के दौरान उत्पन्न होने वाले electrical resistance के कारण पैदा होती है और इसे Joule's Law द्वारा व्यक्त किया जाता है।

जहाँ,

· H = उत्पन्न heat (calories)

· I = welding current (RMS amperes)

· R = contact resistance (ohms)

· t = current के प्रवाहित होने का समय (seconds)

· J = electrical equivalent of heat अथवा thermal efficiency of the process

Resistance Welding द्वारा बनने वाले welds सामान्यतः बिना किसी filler material के बनाए जाते हैं। इसलिए इन्हें autogenous welds भी कहा जाता है।

Resistance Welding Processes को मुख्य रूप से तीन categories में विभाजित किया जाता है, अर्थात् spot welds, seam welds तथा zonal type welds। इनमें से कुछ processes एक से अधिक category में भी शामिल हो सकते हैं।

1.4.1 Spot Welding Processes

इस class of processes में materials को एक निश्चित spot पर जोड़ा जाता है। इस spot का size आवश्यक design specifications पर निर्भर करता है तथा इसे electrode size और welding current की magnitude द्वारा नियंत्रित किया जाता है। इस class की दो प्रमुख processes हैं—Resistance Spot Welding तथा Projection Welding।

1.4.1.1 Resistance Spot Welding

Resistance Spot Welding एक resistance welding process है जिसमें overlapping sheets को दो cylindrical electrodes के बीच electric current प्रवाहित करके weld किया जाता है।

Spot Welding के लिए मुख्य equipment एक spot welding machine होती है, जिसमें step-down transformer, time control unit तथा electrodes शामिल होते हैं।

इस process में voltage बहुत कम रखा जाता है, सामान्यतः 5 से 25 volts, जबकि current बहुत अधिक होता है, जो लगभग 100 से 50,000 amperes तक हो सकता है। हालांकि, यह current केवल बहुत कम समय, लगभग 0.06 से 3 seconds, तक प्रवाहित किया जाता है। इस process का एक महत्वपूर्ण भाग यह है कि welding के दौरान दोनों sheets पर pressure लगाया जाता है, जिससे उनके बीच forge बनता है और एक मजबूत weld joint तैयार होता है। Fig. 1.21 में एक general purpose spot welding machine को दर्शाया गया है।

Resistance Spot Welding का उपयोग मुख्य रूप से thin sheets की lap welding के लिए किया जाता है। इसका व्यापक उपयोग automobile bodies, refrigerator bodies तथा aircraft engines के high-quality fabrication work में किया जाता है।

1.4.2 Seam Welding Processes

Seam Welding Processes में weld को एक लगातार seam के साथ बनाया जाता है ताकि एक leak-proof joint प्राप्त हो सके। Seam weld को सामान्यतः एक-दूसरे पर आंशिक रूप से चढ़े हुए (partially overlapping) spot welds बनाकर तैयार किया जाता है।

Projection Welding के अतिरिक्त इस class के मुख्य processes हैं:

Resistance Seam Welding
Electric Resistance Butt Seam Welding (ERW)
High Frequency Resistance Welding (HFRW)
High Frequency Induction Welding (HFIW)

1.4.2.1 Resistance Seam Welding

Resistance Seam Welding में wheel electrodes का उपयोग किया जाता है। ये wheel electrodes लगातार ऐसे spot welds बनाते हैं जो लगभग 25% से 50% तक एक-दूसरे पर overlap करते हैं। इसी कारण अलग-अलग spot welds मिलकर एक निरंतर seam weld बना देते हैं।

इस process में पहले से बने हुए weld के माध्यम से current का कुछ भाग प्रवाहित हो जाता है, जिसे current shunting कहा जाता है। इसी कारण Resistance Seam Welding में आवश्यक current, सामान्य Spot Welding की तुलना में अधिक होता है।

Pressure भी लगातार लगाया जाता है ताकि धातु ठीक प्रकार से fuse होकर Spot Welding की तरह एक मजबूत nugget बना सके। Fig. 1.23 में Resistance Seam Welding का working principle, तथा इस process में प्रयुक्त force cycle और current cycle को दर्शाया गया है।

Resistance Seam Welding का उपयोग मुख्य रूप से tanks और boxes में leak-proof joints बनाने के लिए किया जाता है, जिनकी आवश्यकता विशेष रूप से automobile industry में होती है। यह process सामान्यतः 2.5 mm से 5.0 mm मोटाई वाले thin materials की welding के लिए उपयुक्त है।

इसके अतिरिक्त, यह process मुख्य रूप से ऐसे materials की welding के लिए उपयोग किया जाता है जिनकी hardenability rating कम होती है, जैसे hot-rolled grades of low alloy steels। इसका एक सामान्य उपयोग water-tight tanks के लिए flange welds बनाने में भी किया जाता है।

1.4.2.2 Electric Resistance Butt Seam Welding (ERW)

Electric Resistance Butt Seam Welding (ERW) का उपयोग बड़े पैमाने पर steel tubes और pipes के निर्माण के लिए किया जाता है। इस process में steel strip को पहले लगातार (continuously) उसके edges से shear किया जाता है और फिर उसे roll करके आवश्यक diameter की tube का आकार दिया जाता है। इसके बाद welding करके tube को पूरी तरह जोड़ा जाता है।

इस process में लगभग 5 volts पर 4000 amperes तक का alternating current (AC) pressure rolls के माध्यम से joint पर प्रवाहित किया जाता है, जैसा कि Fig. 1.24 में दिखाया गया है।

चलती हुई electrodes तक इतना अधिक current पहुँचाने के लिए primary side पर slip rings वाले rotating transformer का उपयोग किया जाता है। सामान्य Resistance Seam Welding के विपरीत, इस process में current सीधे joint के दोनों किनारों (edges) से होकर गुजरता है, जिससे edges गर्म होकर पिघल जाते हैं। साथ ही pressure rolls दोनों किनारों को आपस में दबाकर एक मजबूत butt seam weld बना देते हैं।

इस process की production rate मुख्य रूप से welding current frequency पर निर्भर करती है। यदि welding speed बहुत अधिक बढ़ा दी जाए, तो current के प्रत्येक half-cycle से लगातार seam weld बनने के बजाय अलग-अलग spot welds बनने लगते हैं। इस समस्या को दूर करने के लिए current frequency को सामान्यतः 350 Hz तक बढ़ाया जाता है, जिससे लगभग 36 m/min तक की welding speed प्राप्त की जा सकती है।

इस process से बनी tube के weld joint के अंदर और बाहर upset metal की एक fin बन जाती है। इस अतिरिक्त metal को हटाने के लिए production line पर उपयुक्त cutters लगाए जाते हैं।

अंत में, तैयार tube को आवश्यक length में काटने के लिए एक विशेष cutter का उपयोग किया जाता है। यह cutter tube के साथ-साथ चलता है तथा उसकी गति tube की गति के साथ synchronised रहती है, जिससे प्रत्येक cycle में सही length की tube काटी जा सके।

1.4.2.3 High Frequency Resistance Welding (HFRW Process)

High Frequency Resistance Welding (HFRW Process) में tube को rollers की सहायता से उसी प्रकार बनाया जाता है जैसे ERW Process में बनाया जाता है। अंतर केवल इतना है कि इस process में लगभग 500 A से 5000 A तक का current, 500 kHz तक की frequency (f) तथा लगभग 100 volts के voltage पर copper alloy probes के माध्यम से दिया जाता है। ये probes silver brazed होकर heavy water-cooled copper mounts से जुड़े होते हैं।

Contact tip का size सामान्यतः 15 mm² से 650 mm² के बीच होता है, जो प्रवाहित होने वाले amperage पर निर्भर करता है।

ERW Process में heat मुख्य रूप से interfacial contact resistance के कारण उत्पन्न होती है, जबकि HFRW Process में heat skin effect के कारण उत्पन्न होती है। Skin effect के कारण current केवल conductor की सतह के बहुत कम depth में प्रवाहित होता है और इसकी गहराई 1/√f (frequency) के अनुपात में होती है। इसलिए frequency जितनी अधिक होगी, current उतनी ही कम गहराई तक प्रवाहित होगा।

Forging pressure देने के लिए pressure rollers को current probes से थोड़ी दूरी पर लगाया जाता है, जैसा कि Fig. 1.25 में दिखाया गया है।

Skin effect के कारण current का प्रवाह strip के किनारों के साथ-साथ vee आकार (जो faying surfaces द्वारा लगभग 4° से 7° के कोण पर बनता है) के apex तक होता है। जैसे-जैसे दोनों किनारे आपस में मिलकर tube बनाते हैं, वे गर्म होकर forge हो जाते हैं और एक मजबूत weld joint तैयार होता है।

इस process में गर्म होने वाला region सामान्यतः 0.8 mm से कम गहराई का होता है, जिससे weld joint के लिए सर्वोत्तम (optimal) स्थिति प्राप्त होती है।

HFRW Process का उपयोग 12 mm से 1270 mm diameter तथा 0.25 mm से 25 mm wall thickness वाली pipes और tubes के निर्माण में किया जाता है। इस process द्वारा लगभग सभी प्रकार की metals को 5 m/min से 300 m/min की welding speed पर weld किया जा सकता है। वास्तविक welding speed, wall thickness पर निर्भर करती है।

इसके अतिरिक्त, HFRW Process का उपयोग spiral tubes, finned tubes तथा pipes के निर्माण में भी किया जाता है। इस process द्वारा विभिन्न प्रकार की serrated fins तथा folded fins को भी tubes पर सफलतापूर्वक weld किया जा सकता है।

1.4.2.4 High Frequency Induction Welding (HFIW Process)

High Frequency Induction Welding (HFIW Process) में tube की welding लगभग High Frequency Resistance Welding (HFRW Process) के समान होती है। मुख्य अंतर यह है कि HFRW में heat सीधे electric current प्रवाहित करके उत्पन्न की जाती है, जबकि HFIW में heat induced current द्वारा उत्पन्न होती है।

चूँकि इस process में workpiece के साथ कोई electrical contact नहीं होता, इसलिए इसका उपयोग केवल उन स्थितियों में किया जा सकता है जहाँ current path या closed loop पूरी तरह workpiece के भीतर मौजूद हो। Induced current केवल weld area में ही नहीं, बल्कि workpiece के अन्य भागों में भी प्रवाहित होती है।

इस process में tube के edges को उसी प्रकार आपस में लाया जाता है जैसे ERW और HFRW Processes में किया जाता है। Tube के vee आकार वाले खुले भाग के चारों ओर copper से बनी water-cooled induction coil (inductor) लगाई जाती है, जैसा कि Fig. 1.26 में दिखाया गया है।

जब high frequency current इस induction coil से प्रवाहित होती है, तो उसके कारण tube की बाहरी सतह तथा vee के edges पर circulating current उत्पन्न होती है। यह induced current उन edges को welding temperature तक गर्म कर देती है। इसके बाद HFRW Process की तरह pressure लगाया जाता है, जिससे दोनों edges आपस में forge होकर एक मजबूत weld joint बना लेते हैं।

HFIW Process का उपयोग 12 mm से 150 mm diameter तथा 0.15 mm से 10 mm wall thickness वाली किसी भी metal tubing के निर्माण के लिए किया जा सकता है। इस process में welding speed लगभग 5 m/min से 300 m/min तक हो सकती है।

HFIW Process केवल tube manufacturing तक सीमित नहीं है। इसका उपयोग circumferential welds बनाने, जैसे tube पर cap को weld करने के लिए भी किया जाता है। इसके अतिरिक्त यह coated material, small tubing तथा thin-walled tubing के निर्माण के लिए भी बहुत उपयुक्त है। चूँकि इस process में electrical contact नहीं होता, इसलिए surface marking की समस्या भी नहीं होती।

हालाँकि, HFIW Process उन metals के लिए उपयुक्त नहीं है जिनकी electrical conductivity बहुत अधिक होती है या जो refractory oxides बनाती हैं, क्योंकि इस process में oxide को हटाने (oxide disposal) का कोई प्रभावी mechanism उपलब्ध नहीं होता।

1.4.3. Zonal Welding Processes (हिंदी अनुवाद)

इन Resistance Welding Processes में heat पूरे उस zone में एक साथ उत्पन्न होती है जिसे weld करना होता है। इस श्रेणी में मुख्य रूप से Resistance Butt Welding, Flash Butt Welding, और Percussion Welding शामिल हैं।

1.4.3.1. Resistance Butt Welding (Upset Welding)

Resistance Butt Welding, जिसे Upset Welding भी कहा जाता है, में weld किए जाने वाले workpieces को दो clamps में मजबूती से पकड़ा जाता है। ये clamps दो platens पर लगे होते हैं, जिनमें से एक fixed होता है और दूसरा movable होता है। ये दोनों मिलकर एक heavy duty transformer की single-turn secondary loop का हिस्सा बनाते हैं।

Current चालू करने से पहले दोनों workpieces के ends को आपस में संपर्क में रखा जाता है। इसके बाद एक heavy current एक workpiece से दूसरे workpiece में प्रवाहित किया जाता है। Contact resistance के कारण संपर्क वाली सतहें गर्म हो जाती हैं। जब steel के लिए आवश्यक welding temperature लगभग 870°C से 925°C तक पहुँच जाता है, तब दोनों workpieces को अधिक pressure देकर मजबूती से आपस में दबाया जाता है।

इस pressing action के कारण workpieces की चौड़ाई बढ़ जाती है, जिसे upsetting कहा जाता है। Upsetting की प्रक्रिया current flow के दौरान भी होती है और उसके बाद भी जारी रहती है। इस क्रिया से दोनों end faces आपस में weld हो जाते हैं तथा कुछ नरम धातु बाहर निकलकर fin का रूप ले लेती है। आवश्यकता होने पर इस fin को बाद में machining द्वारा हटा दिया जाता है।

Resistance Butt Welding का उपयोग rods, tubes, bars तथा इसी प्रकार के अन्य sections को end joining के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया द्वारा लगभग 150 mm² cross-sectional area तक के sections को सफलतापूर्वक weld किया जा सकता है। 1.25 mm से 30 mm diameter तक के wire और rod को भी upset welded किया जा सकता है।

इस प्रक्रिया का एक प्रमुख application wire mills में होता है, जहाँ अलग-अलग wire coils को आपस में जोड़कर continuous processing को आसान बनाया जाता है।

1.4.3.2. Flash Butt Welding

Flash Butt Welding, Resistance Butt Welding के समान होती है, लेकिन इसमें arcing और flashing भी होती है। इस प्रक्रिया में एक fixed clamp और एक movable clamp होता है, जो workpieces को मजबूती से पकड़ने और उन्हें आपस में दबाने का कार्य करते हैं। इसके अलावा इसमें heavy duty single-phase transformer (जिसमें single-turn secondary होती है) तथा welding current, clamp movement, force और time को नियंत्रित करने वाले equipment भी शामिल होते हैं।

जब clamps के बीच लगभग 10 volts का voltage लगाया जाता है, तब contacting faces की सूक्ष्म असमानताओं (asperities) के माध्यम से बहुत अधिक current प्रवाहित होती है। जैसे-जैसे ये contact points पिघलते हैं, पिघली हुई धातु छोटे-छोटे molten droplets के रूप में बाहर निकलती है। इससे दोनों workpieces के बीच का संपर्क टूट जाता है और उनके बीच arcing शुरू हो जाती है। Movable clamp के आगे बढ़ने पर melting, flashing और arcing की यह प्रक्रिया बार-बार दोहराई जाती है।

Flashing के कारण contacting faces पर मौजूद contaminants हट जाते हैं तथा दोनों सतहें समान रूप से heating प्राप्त करती हैं। अंत में movable platen (या movable clamp) की गति अचानक बढ़ा दी जाती है और अधिक force लगाकर दोनों workpieces को आपस में weld कर दिया जाता है। इस दौरान बाहर निकली हुई धातु joint के चारों ओर एक खुरदरी fin या flash का निर्माण करती है, जिसे आवश्यकता पड़ने पर बाद में machining द्वारा हटाया जा सकता है।

Flash Butt Welding के लिए बहुत अधिक power supply की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, interface पर 100,000 A से भी अधिक current प्रवाहित हो सकती है तथा power input लगभग 200 KVA तक हो सकता है। इस प्रक्रिया में प्रयुक्त transformer सामान्यतः single-phase होता है, जिससे 3-phase mains supply पर unbalanced load पड़ सकता है। इसलिए ऐसे विशेष transformers का उपयोग किया जाता है जो load को समान रूप से वितरित कर सकें।

इस प्रक्रिया में workpieces को पर्याप्त clamping force से पकड़ना आवश्यक होता है ताकि वे फिसलें नहीं। सामान्यतः clamping force, upsetting force से लगभग दो गुना होती है। Mild steel के लिए upset force लगभग 70 MPa होती है, जबकि high-strength materials के लिए यह लगभग चार गुना अधिक हो सकती है।

Flash Butt Welding का व्यापक उपयोग mild steels, medium carbon steels, alloy steels तथा non-ferrous metals जैसे aluminium alloys, nimonic alloys (80% Ni + 20% Cr) और titanium की welding में किया जाता है। यदि दो dissimilar metals की flashing और upsetting characteristics समान हों, तो उन्हें भी इस प्रक्रिया से weld किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, aluminium को copper तथा nickel alloy को steel के साथ flash butt welded किया जा सकता है।

इस प्रक्रिया के प्रमुख applications में wheel rims, cylindrical transformer cases, circular flanges तथा power transformer cases के seals की welding शामिल है। Aircraft industry में इसका उपयोग landing gears, control assemblies तथा hollow propeller blades के निर्माण में किया जाता है, जबकि petroleum industry में oil drilling pipes और उनके fittings को जोड़ने के लिए इसका प्रयोग होता है। इसके अतिरिक्त rails, steel strips, window frames तथा heavy-duty chain links (जैसे जहाज़ों की anchor chains) की welding भी इसी प्रक्रिया से की जाती है। Ring-type workpieces में current shunting से बचने के लिए प्रत्येक chain link के दोनों हिस्सों को एक साथ weld किया जाता है।

1.4.3.3. Percussion Welding

Percussion Welding एक प्रकार की arc welding process है जिसमें समान cross-section वाले दो भागों को end-to-end जोड़ा जाता है। इसमें बहुत ही छोटी अवधि का electrical energy pulse देकर arc उत्पन्न किया जाता है और साथ ही percussive manner (तेज़ झटके जैसी दबाव क्रिया) में pressure लगाया जाता है, जिससे पूरे abutting surface पर एक साथ coalescence (धातुओं का जुड़ना) प्राप्त होता है।

इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में percussion welding शब्द का उपयोग विशेष रूप से उन कार्यों के लिए किया जाता है जहाँ wires, contacts, leads और इसी प्रकार के छोटे घटकों को किसी flat surface से जोड़ा जाता है।

इस प्रक्रिया के दो प्रमुख प्रकार होते हैं:
(i) Magnetic force percussion welding
(ii) Capacitor discharge percussion welding

इस प्रक्रिया के मुख्य चरण निम्नलिखित हैं:
(i) सबसे पहले जोड़ने वाली सतहों के बीच arc उत्पन्न किया जाता है, जिसके लिए या तो उच्च voltage का उपयोग करके गैस को ionize किया जाता है, या उच्च current द्वारा किसी projection को पिघलाकर और वाष्पित करके arc शुरू किया जाता है।
(ii) इसके बाद दोनों भागों को तेजी से और झटके के साथ (percussively) एक-दूसरे की ओर लाया जाता है और pressure लगाया जाता है, जिससे arc extinguish हो जाता है और weld बन जाता है।

इस प्रक्रिया में welding heat दो भागों के बीच बनने वाले उच्च-धारा arc से उत्पन्न होती है। क्योंकि arc की अवधि बहुत कम होती है, इसलिए केवल बहुत पतली परत ही पिघलती है। इसी कारण joint के किनारों पर बहुत कम या लगभग नगण्य upset या flash बनता है। इसमें न तो filler metal का उपयोग होता है, और न ही flux या विशेष atmosphere की आवश्यकता होती है।

यह प्रक्रिया इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में विशेष properties के कारण उपयोगी है। बड़े contact assemblies जैसे relays और contactors के निर्माण में इसका उपयोग किया जाता है। इसके अलावा electronic components को terminals से जोड़ने में भी इसका प्रयोग होता है।

1.5. Solid-State Welding Processes

Solid-state welding processes में जिस सामग्री को weld करना होता है, उसे solidus temperature से नीचे या उसके लगभग तक गर्म किया जाता है। इस प्रक्रिया में दोनों भागों के बीच coalescence (जुड़ाव) pressure के माध्यम से प्राप्त किया जाता है, इसलिए इन सभी प्रक्रियाओं में forging या impact action बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

Solid-state welding processes को दो समूहों में बाँटा जा सकता है:
(i) High heat input processes
(ii) Low heat input processes

1.5.1. High Heat Input Processes

इस श्रेणी में आने वाली प्रमुख solid-state welding processes हैं:
Forge Welding, Friction Welding, और Diffusion Bonding।

1.5.1.1. Forge Welding

Forge Welding या smith welding सबसे पुरानी ज्ञात welding process है, जिसका उपयोग लगभग 1400 B.C. से होने का उल्लेख मिलता है।

इस प्रक्रिया में जिन भागों को जोड़ना होता है, उन्हें 1000°C से अधिक तापमान तक गर्म किया जाता है और फिर उन्हें आपस में मिलाकर hammering द्वारा impact blows दिए जाते हैं, जिससे वे जुड़ जाते हैं।

आधुनिक बड़े घटकों की welding में pressure को rolling, drawing या squeezing के माध्यम से लगाया जाता है ताकि forging action प्राप्त हो सके।

इस प्रक्रिया में बनने वाले oxides को हटाने के लिए या तो workpiece design का उपयोग किया जाता है या उपयुक्त temperature और fluxes का सहारा लिया जाता है। Forge welding में low carbon steels के लिए सामान्य रूप से उपयोग होने वाले fluxes हैं: sand, fluorspar, और borax। ये यदि ऑक्साइड बनते हैं तो उन्हें पिघलाने में सहायता करते हैं।

इस प्रक्रिया में सबसे महत्वपूर्ण welding variable सही heating है, जो joint की गुणवत्ता को नियंत्रित करता है। यदि heating insufficient हो तो joint बन ही नहीं पाता, जबकि overheating से joint brittle और कम strength वाला बन जाता है। अत्यधिक गर्म होने पर धातु में oxidation हो सकता है, जो सतह पर spongy appearance के रूप में दिखाई देता है।

आज के समय में Forge welding मुख्य रूप से विकासशील या कम विकसित देशों में छोटे कृषि उपकरणों, chains, आदि को जोड़ने के लिए उपयोग की जाती है।

1.5.1.2. Friction Welding

Friction Welding में एक भाग को stationary (स्थिर) रखा जाता है और दूसरे भाग को friction welding machine के chuck में घुमाया जाता है। जब दोनों भागों को pressure के तहत आपस में रगड़ा जाता है, तो friction के कारण गर्मी उत्पन्न होती है।

जब पूरी cross-section में आवश्यक forging temperature प्राप्त हो जाता है, तब अचानक rotation को stop कर दिया जाता है और axial pressure को बढ़ा दिया जाता है, जिससे forging action होता है और welding हो जाती है।

इस प्रक्रिया में उपयोग की जाने वाली मशीन लगभग lathe machine जैसी दिखती है, लेकिन यह उससे अधिक मजबूत होती है, जैसा कि Fig. 1.31 में दिखाया गया है। इस मशीन की मुख्य विशेषता यह है कि यह लगभग 500 N/mm² तक का उच्च axial pressure सहन कर सकती है और इसमें लगभग 12,000 rpm तक की उच्च spindle speed देने की क्षमता होती है, हालांकि सामान्य कार्य सीमा अक्सर 5000 rpm से अधिक नहीं होती।

Friction Welding एक उच्च गति वाली production welding process है। हालांकि किसी भी कार्य के लिए इसके process parameters को पहले से मानकीकृत करना आवश्यक होता है। सामान्यतः दो भागों की friction welding में 100 सेकंड से अधिक समय नहीं लगता, जबकि छोटे components के लिए यह लगभग 20 सेकंड में भी पूरी हो सकती है।

इस प्रक्रिया का उपयोग अधिकांश metals और उनकी विभिन्न dissimilar combinations जैसे copper-steel, aluminium-steel, aluminium-titanium आदि को जोड़ने के लिए किया जा सकता है।

इसके प्रमुख उपयोगों में शामिल हैं: drill bits को shanks से जोड़ना, i.c. engine valve heads को stems से जोड़ना, तथा automobile rear-axle hub-end को axle casing से जोड़ना।

1.5.1.3. Diffusion Bonding

Diffusion Bonding या Diffusion Welding में दो भागों के बीच weld प्राप्त करने के लिए लगभग 5 से 75 N/mm² के स्तर का pressure लगाया जाता है, जबकि उन्हें उच्च तापमान पर रखा जाता है, जो सामान्यतः धातु के melting point (absolute scale) का लगभग 70% होता है। उदाहरण के लिए, steel के लिए यह तापमान लगभग 1000°C होता है।

यह प्रक्रिया solid-phase diffusion पर आधारित होती है, जो तापमान बढ़ने के साथ तेज हो जाती है।

Diffusion bonding में लगने वाला समय आवश्यक diffusion की मात्रा पर निर्भर करता है। यह प्रक्रिया कभी केवल 2–3 मिनट में पूरी हो सकती है, या कभी-कभी कई मिनटों से लेकर घंटों तक भी चल सकती है। इसमें सतह की गुणवत्ता बहुत महत्वपूर्ण होती है। सामान्यतः 0.4 से 0.2 µm CLA (centreline average) तक की मशीन की हुई सतह उपयुक्त मानी जाती है। Welding से पहले सतहों को acetone या petroleum ether से साफ (degrease) करना आवश्यक होता है।

Diffusion bonding को तीन तरीकों से किया जा सकता है:
(i) Gas Pressure Bonding
(ii) Vacuum Fusion Bonding
(iii) Eutectic Fusion Bonding

(i) Gas Pressure Bonding

इस विधि में भागों को inert atmosphere में रखा जाता है और उन्हें लगभग 800°C तक गर्म किया जाता है, एक ऐसे सेटअप में जो autoclave जैसा होता है। heating के दौरान लगाया गया उच्च pressure सभी सतहों पर समान रूप से लागू होता है। यह विधि मुख्यतः non-ferrous metals के लिए उपयोग की जाती है क्योंकि steels के लिए इसमें बहुत अधिक तापमान की आवश्यकता होती है।

(ii) Vacuum Fusion Bonding

इस प्रक्रिया में भागों को एक-दूसरे के बहुत निकट संपर्क में रखकर vacuum chamber में रखा जाता है। दबाव या तो mechanical means या hydraulic pump द्वारा लगाया जाता है, और heating भी gas pressure bonding की तरह की जाती है।

इसमें लगभग 10⁻³ torr (mm of mercury) तक का vacuum बनाया जाता है। उच्च pressure और नियंत्रित वातावरण के कारण इस विधि से steels को भी सफलतापूर्वक diffusion bond किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, steel को लगभग 1150°C तापमान और लगभग 70 N/mm² pressure पर जोड़ा जा सकता है।

(iii) Eutectic Fusion Bonding

इस विधि में दो सतहों के बीच एक पतली interlayer material (आमतौर पर dissimilar metal foil) रखा जाता है, जिसकी मोटाई लगभग 0.005 mm से 0.025 mm होती है। उच्च तापमान पर diffusion के कारण एक eutectic compound बनता है और यह इंटरलेयर धीरे-धीरे खत्म होकर interface पर alloy बना देता है।

Applications (उपयोग)

Diffusion bonding का उपयोग कई उच्च तकनीकी क्षेत्रों में किया जाता है जैसे:

Radio engineering
Electronics
Instrument making
Missile and aircraft industries
Nuclear and aerospace industries

इसके प्रमुख उपयोगों में शामिल हैं:

Carbide tips या hard alloys से cutting tools को tip करना
Vacuum tube components को जोड़ना
High temperature heaters (molybdenum disilicide) का निर्माण
Aerospace industry में titanium components की fabrication
Wear, heat और corrosion resistance के लिए surfacing applications

1.5.2. Low Heat Input Processes (हिंदी अनुवाद)

Low heat input solid-state welding processes में प्रमुख प्रक्रियाएँ हैं:
Ultrasonic Welding, Explosion Welding, Cold Pressure Welding, और Thermo-Compression Bonding।

1.5.2.1. Ultrasonic Welding (हिंदी अनुवाद)

Ultrasonic Welding में एक metallic tip को ultrasonic frequency पर vibrate कराया जाता है (ऐसी कंपन जो मानव श्रवण सीमा से बाहर होती हैं)। इस vibrating tip की सहायता से एक thin piece को एक thicker piece से जोड़ा जाता है, जिसे एक anvil पर support किया जाता है।

इस प्रक्रिया में मुख्यतः लगभग 20 KHz frequency का उपयोग किया जाता है, हालांकि कुछ मामलों में 60 KHz तक की higher frequency भी प्रयोग में लाई गई है। जितनी अधिक frequency, उतनी ही अधिक rate of energy transmission होती है।

Equipment (उपकरण)

Ultrasonic welding equipment के दो मुख्य भाग होते हैं:
(i) Power source
(ii) Transducer

Power source 50 Hz mains supply को high frequency electrical energy में बदलता है, और transducer इसे magnetic flux तथा फिर mechanical motion में बदल देता है। इस motion को एक velocity transformer द्वारा amplify किया जाता है। पूरा arrangement Fig. 1.33 में दर्शाया गया है।

Sonotrode

Transducer और horn-shaped velocity transformer मिलकर एक unit बनाते हैं जिसे sonotrode कहा जाता है। इसका welding tip आमतौर पर high speed steel (14–20% tungsten, 4% chromium) या Nimonic alloy (80/20 Ni–Cr) से बना होता है और इसकी shape लगभग 75 mm radius spherical contour की होती है। यह tip horn से brazing या welding द्वारा जोड़ा जाता है।

Velocity Transformer

यह भाग आमतौर पर low-loss और high-strength metal जैसे titanium से बनाया जाता है और इसकी design frequency पर आधारित होती है:

जहाँ:
f = vibration frequency,
A = wavelength,
E = modulus of elasticity (horn material का)

Welding tip को हमेशा anti-node पर होना चाहिए, इसलिए horn की length लगभग λ/2 के multiple होती है और support हमेशा nodal points (λ/4) पर दिया जाता है। इसलिए एक vibrator केवल एक निश्चित frequency पर ही काम करता है।

Working Principle (कार्य विधि)

Workpieces को lap joint configuration में anvil पर रखा जाता है। फिर sonotrode tip पर pneumatic, hydraulic या spring force लगाया जाता है।

Ultrasonic vibrations के कारण:

धातु की सतह पर मौजूद oxide layer टूट जाती है
clean metal-to-metal contact बनता है
interface का तापमान लगभग melting point के 35–50% तक पहुँच जाता है

इससे एक solid-state weld बनता है। इस weld की strength लगभग 65–100% base metal strength तक हो सकती है।

Process Characteristics (विशेषताएँ)

प्रक्रिया बहुत तेज होती है
seam welding speed up to 10 m/min संभव है
energy requirement निम्न पर निर्भर करती है: thickness (t) और hardness (h)

उपयुक्त power होने पर 1 second से भी कम समय में spot weld संभव है

thinner part की maximum thickness लगभग 3 mm तक हो सकती है

Applications (उपयोग)

Ultrasonic welding का उपयोग निम्न में किया जाता है:

thin और thick parts का joining
dissimilar metals जैसे aluminium-steel, aluminium-tungsten, nickel-brass आदि
semiconductor industry, micro-circuit industry, और electrical contact industry

इसके प्रमुख उपयोग:

small motor armatures
transistors और diodes में aluminium/gold lead wire connections
helicopter access doors
solar collectors में dissimilar metal joints

इसकी एक विशेष उपयोगिता यह है कि यह explosives containers (जैसे nitroglycerine) और pyrotechnic materials (fireworks) तथा reactive chemicals को सुरक्षित रूप से जोड़ने में सक्षम है।

1.5.2.2. Explosion Welding

Explosion Welding (या Explosive Welding) में दो भागों को बहुत उच्च लेकिन subsonic velocity पर आपस में टकराकर जोड़ दिया जाता है। इस प्रक्रिया में explosives, सामान्यतः ammonium nitrate based explosives, का उपयोग किया जाता है। यह पूरी प्रक्रिया बहुत ही कम समय में, लगभग micro-seconds में पूरी हो जाती है।

Setup (सेटअप)

इस प्रक्रिया का मूल सेटअप Fig. 1.34 में दर्शाया गया है। इसमें दो plates को एक-दूसरे के सापेक्ष inclination पर रखा जाता है। यह included angle लगभग 10° से 100° के बीच होता है।

मोटी प्लेट को target plate कहा जाता है और इसे anvil पर रखा जाता है।
पतली प्लेट को flyer plate कहा जाता है।
flyer plate और explosive charge के बीच एक buffer plate (PVC या rubber) रखा जाता है ताकि surface damage न हो।
एक छोर पर detonator लगाया जाता है जो charge को explode करता है।

Working Principle (कार्य विधि)

जब explosive charge को detonated किया जाता है, तो:

flyer plate target plate की ओर लगभग 150–550 m/s velocity से तेजी से बढ़ती है।
interface पर बहुत उच्च pressure (700–7000 N/mm²) उत्पन्न होता है।

इस अत्यधिक velocity और pressure के कारण धातु का behavior fluid jet जैसा हो जाता है। यह jet joining front के आगे-आगे चलता है और interlocking bond बनाता है (जैसा कि Fig. 1.35 में दिखाया गया है)।

यह interlocking structure ही weld की strength का मुख्य कारण होता है।

इस प्रकार बने weld की strength लगभग कमजोर metal की strength के बराबर हो सकती है।

Process Characteristics (विशेषताएँ)

प्रक्रिया आमतौर पर outdoor operation होती है
बड़े क्षेत्र की आवश्यकता होती है ताकि विस्फोट क्षेत्र सुरक्षित रहे
सुरक्षा के लिए लोगों को दूर रखा जाता है क्योंकि explosive charge बहुत शक्तिशाली हो सकता है

Applications (उपयोग)

Explosion welding का उपयोग कई dissimilar metal combinations को जोड़ने में किया जाता है, जैसे:

copper–steel
aluminium–mild steel
aluminium–inconel (76% Ni + 15% Cr + 9% Fe)
aluminium–stainless steel

इसके प्रमुख उपयोग:

thick plates पर thin sheets या foils की cladding
boilers और heat exchangers में tube-to-tube plate joints
valve to pipe joints
leaking components की repair/blocking (text अधूरा है, लेकिन सामान्य उपयोग leakage sealing में होता है)

1.5.2.3 Cold Pressure Welding

Cold pressure welding या cold welding एक solid-state welding process है जिसमें weld joint केवल pressure लगाने से, और वह भी room temperature पर, बनाया जाता है। इस process में कोई भी heat का उपयोग नहीं होता। इस process की मुख्य requirement यह है कि कम से कम एक component ऐसा होना चाहिए जो ductile metal हो और उसमें work hardening की tendency बहुत कम हो। इसलिए FCC (face centred cubic) lattice structure वाले metals इस process के लिए सबसे उपयुक्त माने जाते हैं। Aluminium और copper इस process से सबसे अधिक join किए जाने वाले metals हैं।

Cold pressure welding में deformation की मात्रा एक बहुत महत्वपूर्ण factor होती है और यह metal की properties, thickness, joint type और surface preparation पर निर्भर करती है।

Welding से पहले parts को अच्छी तरह साफ किया जाता है, जिसमें degreasing, wire brushing और scraping शामिल होता है, ताकि surfaces पर मौजूद किसी भी तरह की impurities हटाई जा सकें।

इस process में आमतौर पर lap joints और butt joints बनाए जाते हैं। Lap welding में sheet thickness लगभग 0.2 mm से 15 mm तक हो सकती है। इस joint को single या double die की मदद से बनाया जाता है और joint का shape इसी पर निर्भर करता है। Die radius आमतौर पर workpiece thickness पर निर्भर करता है और एक सामान्य rule होता है r = (1–3)t, जहाँ t sheet thickness है।

Butt joints बनाने के लिए दोनों parts को split die में clamp किया जाता है। Clamping से पहले दोनों ends का एक छोटा हिस्सा shear करके fresh और clean square surfaces बनाए जाते हैं। Cold welded butt joints की strength अक्सर parent metal से अधिक होती है क्योंकि joint region work hardening के कारण मजबूत हो जाता है।

Pressure को properly aligned components पर hydraulic या mechanical presses, rollers या special manual/pneumatic tools की मदद से लगाया जाता है। इस process में pressure लगाने की speed का joint properties पर कोई खास असर नहीं पड़ता, इसलिए इसे high speed production में भी इस्तेमाल किया जा सकता है।

Commercial applications में cold welding का उपयोग can joints (food packaging के लिए), aluminium cable sheaths को बंद करने, semiconductor device cases, wire और busbar lap/butt joints, electrolysis cells, communication lines और trolley wires में किया जाता है।

1.5.2.4 Thermo-Compression Bonding

Thermo-compression bonding एक pressure welding process है जिसे 200°C से अधिक तापमान पर किया जाता है। यह process मुख्य रूप से electrical और electronic industries में छोटे components के लिए उपयोग होता है, जहाँ लगभग 0.025 mm diameter वाली fine wires को glass या ceramic पर मौजूद metal films से जोड़ा जाता है।

इस process के कई versions होते हैं, जिनमें से तीन प्रमुख प्रकार Fig. 1.37 में दिखाए जाते हैं: chisel या wedge bond, ball bond, और parallel gap bond।

Chisel या wedge bond में wire को pressure के तहत deform किया जाता है और wedge-shaped indentor की मदद से उसे metal film के साथ weld किया जाता है।

Ball bond में wire के tip को micro-hydrogen flame से गर्म करके एक छोटी ball बनाई जाती है। इसके बाद इस ball को substrate पर heated film के साथ pressure और indentor की मदद से weld किया जाता है।

Parallel gap bond में wire या strip को twin electrode (जो high resistance material जैसे tungsten का बना होता है) के बीच दबाया जाता है। इसमें current wire या strip से होकर गुजरता है, जिससे local heating होती है और heat केवल छोटे क्षेत्र में सीमित रहती है।

इन सभी processes में joint area के चारों ओर local inert atmosphere बनाया जाता है ताकि oxidation न हो। कुछ applications में heating की जगह ultrasonic energy का भी उपयोग किया जाता है।

इस process के commercial applications में noble metals, aluminium और copper को glass या ceramic substrates के साथ जोड़ना शामिल है।

1.6 Allied Processes

Welding से संबंधित (allied) processes तीन प्रकार के होते हैं:
(i) ऐसे joining processes जिनमें parent metal का melting नहीं होता, जिससे joint strength अपेक्षाकृत कम होती है।
(ii) metal depositing processes, जिनमें अक्सर welding process या equipment का उपयोग करके किसी base material (substrate) पर material को deposit या spray किया जाता है ताकि repair किया जा सके या base material में desired properties प्राप्त की जा सकें।
(iii) thermal cutting processes, जिनका उपयोग material को desired size में काटने के लिए किया जाता है। इसके अलावा, इन processes का उपयोग edge preparation (gouging) के लिए भी किया जा सकता है। नीचे इन industrially important allied processes का संक्षिप्त विवरण दिया गया है।

1.6.1 Material Joining Processes

Welding से संबंधित joining processes में Soldering, Brazing, और Adhesive Bonding शामिल हैं।

1.6.1.1 Soldering

Soldering एक joining process है जिसमें metal pieces को आमतौर पर overlapped joint के रूप में जोड़ा जाता है। इसमें filler metal को joint के बीच के gap में capillary action की मदद से flow कराया जाता है। इस filler metal को solder कहा जाता है, जिसका melting point 450°C से कम होता है।

Solder के रूप में सबसे अधिक उपयोग tin और lead का मिश्रण होता है, जैसे 40/60, 50/50 या 60/40 ratio, जिसका melting point लगभग 185°C से 275°C तक होता है, जो उसकी composition पर निर्भर करता है।

Soldering से पहले pieces को अच्छी तरह साफ किया जाता है, जिसमें wire brush, emery cloth, file या steel wool का उपयोग होता है। इसके बाद दोनों pieces को close fit में रखा जाता है और लगभग 0.08 mm का gap छोड़ा जाता है। Surfaces पर flux लगाया जाता है ताकि heating के दौरान oxide formation न हो और पहले से मौजूद oxides भी dissolve हो सकें। सामान्य रूप से zinc chloride को general purpose flux के रूप में उपयोग किया जाता है।

Flux लगाने के बाद pieces को oxy-acetylene torch, soldering iron, hot plate, electrical resistance, induction heating, oven heating या dip heating जैसी किसी भी विधि से गर्म किया जाता है। फिर solder को gap में लगाया जाता है, जो melt होकर capillary action के कारण दोनों surfaces के बीच फैल जाता है। ठंडा होने पर यह solidify होकर joint बनाता है।

यदि gap बहुत छोटा हो तो joint की strength solder से अधिक हो सकती है, लेकिन यदि solder की मोटी layer बनाई जाए तो joint की maximum strength solder के बराबर ही रहती है। Cooling के बाद joint को hot water से साफ किया जाता है ताकि flux residue के कारण corrosion न हो।

Commercial रूप से soldering का उपयोग पतली ferrous और non-ferrous metal sheets को जोड़ने में किया जाता है, जहाँ joint पर ज्यादा tensile load नहीं आता। इसका व्यापक उपयोग electrical और electronics industries में होता है।

Typical applications में electrical conductors को जोड़ना और copper tubing को plumbing में copper fittings से जोड़ना शामिल है।

1.6.1.2 Brazing

Brazing एक joining process है जिसमें metals को जोड़ने के लिए एक non-ferrous filler metal का उपयोग किया जाता है, जिसका melting point 450°C से अधिक होता है लेकिन base metal के solidus temperature से कम होता है। इस process में base metal पिघलता नहीं है। Filler metal capillary action के कारण दोनों pieces के बीच फैलकर joint बनाता है।

Brazing के लिए workpieces को आमतौर पर lap joint या butt joint (square butt या scarfed butt) के रूप में तैयार किया जाता है। Surface cleaning mechanical methods जैसे filing, grinding आदि या chemical methods जैसे carbon tetrachloride (CCl₄) से की जाती है।

Joint में बहुत छोटा clearance रखा जाता है, जो लगभग 0.025 mm से 0.25 mm तक होता है। इसके बाद brazing flux लगाया जाता है ताकि metal oxide dissolve हो सके और आगे oxidation न हो। Brazing flux में सामान्यतः chlorides, fluorides और borates of alkali metals होते हैं। Borax सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला brazing flux है।

Workpieces को heat करने के लिए oxy-acetylene flame, induction heating या furnace heating का उपयोग किया जाता है। Fig. 1.39 में induction brazing system दिखाया गया है। यदि filler metal पहले से joint पर placed नहीं है, तो इसे rod या wire के रूप में लगाया जाता है और heat करके melt किया जाता है, जिससे यह capillary action द्वारा joint में flow करता है।

Brazing में सबसे सामान्य filler materials brass (60/40 Cu-Zn) और silver-copper-zinc-cadmium alloy (जैसे 35% Ag, 26% Cu, 21% Zn, 18% Cd) होते हैं।

Brazing के बाद बचा हुआ flux hot water से धोकर हटाया जाता है और फिर joint को dry किया जाता है ताकि corrosion न हो।

Commercial रूप से brazing का उपयोग पूरे industry में व्यापक रूप से होता है, विशेष रूप से electrical, electronics और maintenance industries में। इसका एक प्रमुख उपयोग carbide tips को steel shanks के साथ cutting tools में जोड़ने के लिए किया जाता है।

Brazing का एक variant Braze Welding या Bronze Welding कहलाता है।

Braze Welding

Braze welding एक ऐसा process है जिसमें metal pieces को joining के तरीके में brazing जैसा ही जोड़ा जाता है, लेकिन इसमें filler material को joint gap में flow कराने के लिए capillary action का उपयोग नहीं किया जाता। इसमें base metal का melting बहुत कम या लगभग नहीं के बराबर होता है।

इस process में oxy-acetylene welding की तरह सभी प्रकार के joints का उपयोग किया जा सकता है। Heat आमतौर पर oxy-acetylene torch से दी जाती है, लेकिन carbon arc, gas tungsten arc और plasma arc का भी उपयोग किया जा सकता है और इसके लिए flux की आवश्यकता नहीं होती। Filler material को flux में dip किया जाता है और उसे flame या arc की मदद से melt करके joint में flow कराया जाता है। Flame की force का उपयोग molten filler को सही स्थान पर पहुँचाने के लिए किया जा सकता है।

इस process में उपयोग होने वाले fluxes proprietary प्रकार के होते हैं और filler के रूप में अक्सर copper alloy brazing rod (60/40 copper-zinc composition) का उपयोग किया जाता है।

Braze welding में joints आमतौर पर sheet thickness 2 mm तक होने पर square butt type के होते हैं, जबकि इससे अधिक thickness के लिए single या double Vee preparation की जाती है। हालांकि edge preparation में sharp corners से बचा जाता है ताकि overheating न हो।

Braze welding को शुरू में cracked या broken cast iron parts की repair welding के लिए विकसित किया गया था, लेकिन अब इसका उपयोग dissimilar metals जैसे copper to steel, copper to cast iron, nickel and copper alloys to cast iron और steel को जोड़ने में भी किया जाता है।Typical applications में thin gauge mild steel का तेज joining, galvanised steel ducts की welding (carbon arc द्वारा), thin sheets को thick cast iron parts से जोड़ना और telescoping pipes को join करना शामिल है।

1.6.1.3 Adhesive Bonding

Adhesive bonding में एक metal को दूसरे metal या किसी non-metal से जोड़ने के लिए adhesive का उपयोग किया जाता है। यह adhesive आमतौर पर thermosetting type synthetic organic polymers से बना होता है, जैसे epoxy और phenol formaldehyde।

Joining से पहले workpieces को अच्छी तरह साफ किया जाता है। Chemical cleaning में vapour bath द्वारा degreasing के बाद उपयुक्त acids में dipping शामिल होती है। Mechanical cleaning में shot blasting, grinding, filing, wire brushing या sanding का उपयोग किया जाता है।

Adhesive को साफ की गई surfaces पर brushing, spraying, roller coating या dipping द्वारा लगाया जाता है। Adhesive layer की thickness metal, adhesive के प्रकार, solvent और required strength पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, यदि final glue thickness 0.025 mm से 0.75 mm चाहिए, तो लगभग 0.125 mm से 0.375 mm तक का 20% solid wet adhesive लगाया जाता है।

Adhesive bonding में सामान्य joints lap, inset, butt-strap और tee type होते हैं (जैसा कि Fig. 1.40 में दिखाया गया है)।

Workpieces (adherends) को जोड़ने के बाद उन्हें 10 से 100 N/cm² के pressure में रखा जाता है और लगभग 150°C तापमान पर लगभग 80 minutes तक cure किया जाता है। Adhesion मुख्य रूप से adhesive और adherend के बीच molecular attraction के कारण होती है। Fig. 1.41 में adhesive bond का joint mechanism दिखाया गया है।

Commercial उपयोग में adhesive bonding का प्रयोग railway cars, microwave reflectors, refrigerators, storage tanks आदि के निर्माण में किया जाता है। लेकिन इसका सबसे अधिक उपयोग aircraft और automobile industries में होता है।

Typical applications में aircraft skin पर stiffeners लगाना, brake linings को brake shoes से जोड़ना, और aircraft wing तथा tail assemblies में joints बनाना शामिल है।

1.6.1.4 Surfacing (Hindi Translation)

Surfacing या overlaying एक ऐसा process है जिसमें base metal की surface पर filler metal deposit किया जाता है ताकि उस सतह को desired properties दी जा सकें। इन properties में corrosion resistance, wear resistance, dimensional control और metallurgical requirements शामिल होते हैं।

इस process के चार मुख्य प्रकार माने जाते हैं: cladding, hardfacing, build-up, और buttering। इनका उद्देश्य क्रमशः corrosion resistance बढ़ाना, wear resistance बढ़ाना, dimensional requirement पूरा करना, और metallurgical compatibility प्राप्त करना होता है।

Surfacing को कई welding processes द्वारा किया जा सकता है, जैसे shielded metal arc welding, submerged arc welding, electroslag welding, plasma welding, explosion welding, और oxy-acetylene welding। Fig. 1.42 में plasma arc surfacing का set-up दिखाया गया है। Cladding को mechanical rolling द्वारा भी किया जा सकता है।

Welding द्वारा surfacing में सामान्य welding techniques का उपयोग किया जाता है, लेकिन अक्सर beads को 30% से 50% तक overlap करके लगाया जाता है ताकि उनके बीच पूर्ण bonding हो सके। इस process में shallow penetration और low dilution के साथ पर्याप्त joint strength प्राप्त करना लक्ष्य होता है। इसके लिए surface की proper cleaning आवश्यक होती है, जो grinding, shot blasting या chemical cleaning द्वारा की जाती है।

Surfacing layer की thickness सामान्यतः 3 mm से 5 mm तक होती है।

Commercial रूप से submerged arc welding और plasma arc welding का सबसे अधिक उपयोग surfacing में किया जाता है। इस process का उपयोग pressure vessel industry, railways, automobile industry और earth moving machinery industry में व्यापक रूप से होता है।

Surfacing का उपयोग नए बने pressure vessels और boilers की inner surface coating के अलावा पुराने equipment की repair और reclamation में भी किया जाता है, जैसे coal and cement crushing equipment, drill rigs, coal cutters, presses, dies और punches।

Typical applications में engine valves के faces और seats का surfacing, टूटे या घिसे हुए gears और sprocket teeth का rebuilding, pulp and paper mills के digesters की repairing, rock crusher cones और bulldozer tips का repair शामिल है।

1.6.1.5 Thermal Spraying

Thermal spraying एक ऐसा process है जिसमें base material की surface पर metallic या non-metallic material deposit किया जाता है ताकि उसे corrosion से बचाया जा सके, या abrasion, erosion, cavitation और wear को कम किया जा सके। इसका उपयोग खराब या घिसी हुई surfaces को उनकी original shape और dimensions में restore करने के लिए भी किया जाता है।

Thermal spraying के तीन मुख्य प्रकार होते हैं: electric arc spraying, flame spraying, और plasma spraying। Electric arc spraying में material wire form में होता है, plasma spraying में material powder form में होता है, जबकि flame spraying में wire और powder दोनों forms का उपयोग किया जा सकता है। Fig. 1.43 में wire form वाले flame spraying set-up को दिखाया गया है।

इस process का मूल सिद्धांत यह है कि material को electric arc, plasma arc या gas flame की मदद से melt किया जाता है, फिर उसे high pressure air या inert gas से atomize करके base material की surface पर spray किया जाता है। यह molten particles high velocity और fluid state के कारण surface पर चिपक जाते हैं। Bond की nature temperature और pressure पर निर्भर करती है, जो या तो mechanical bonding होती है या फिर complete coalescence भी हो सकती है।

अच्छा bond प्राप्त करने के लिए surface preparation बहुत महत्वपूर्ण होती है। Base material को उसकी प्रकृति के अनुसार machining, shot blasting, chemical cleaning या bond coating द्वारा तैयार किया जाता है। एक साफ और खुरदरी (rough) surface सबसे अच्छे results देती है, बशर्ते उसे तुरंत spray किया जाए। Base material सिर्फ metal ही नहीं बल्कि cloth, leather, wood, concrete या कोई भी porous surface हो सकता है।

Commercial रूप से thermal spraying का उपयोग machinery repair और maintenance में तथा protective coatings देने के लिए किया जाता है। इस process में deposited layer की thickness आमतौर पर surfacing की तुलना में कम होती है। Spraying में bond मुख्य रूप से mechanical होता है, जबकि surfacing में coalescence type bond होता है।

Typical applications में turbine blades, armature shafts और cam shafts पर zinc coating करना शामिल है। इसके अलावा decorative कामों में furniture, toys और sign boards पर spraying किया जाता है।

1.7 Thermal Cutting Processes

Thermal cutting processes ऐसे processes का समूह हैं जिनमें electric arc की heat, radiation energy या exothermic reaction की heat का उपयोग करके metal को तेजी से melt या oxidise किया जाता है ताकि उसे cut किया जा सके। इनमें कई processes शामिल हैं जो arc heat का उपयोग करते हैं, जैसे shielded metal arc, air carbon arc, plasma arc, gas tungsten arc और gas metal arc।

Electron beam और laser beam cutting में high energy density वाली radiation energy का उपयोग किया जाता है जिससे metal को काटा जाता है। Oxy-fuel flame cutting में oxygen jet के साथ flame का उपयोग किया जाता है जिससे exothermic oxidising reaction होती है और पर्याप्त heat उत्पन्न होकर metal का separation होता है। इनमें oxy-acetylene flame cutting और plasma arc cutting प्रमुख thermal cutting processes हैं, जबकि air carbon arc process का उपयोग cutting और gouging दोनों के लिए किया जाता है।

Oxy-Acetylene Flame Cutting Process

Oxy-acetylene flame cutting सबसे अधिक उपयोग होने वाला process है, जिसका उपयोग low carbon steels को economical और high speed पर काटने के लिए किया जाता है। इसमें gas cutting torch का उपयोग होता है जो gas welding torch से मिलता-जुलता होता है। यह torch oxy-acetylene flame बनाने के साथ-साथ एक high pressure pure oxygen jet भी प्रदान करता है जो heated metal पर impact करता है।

इस oxygen jet के कारण निम्न reaction होती है:

3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄ + heat (1120 kJ/mol)

यह reaction तभी शुरू होती है जब steel का temperature लगभग 870°C या उससे अधिक (ignition temperature) तक पहुँच जाता है। Reaction शुरू होने के बाद flame केवल इसे sustain करने का काम करता है, इसलिए low energy neutral flame का उपयोग किया जाता है।

इस प्रक्रिया में बनने वाला oxidised metal (Fe₃O₄) का melting point steel से कम होता है, जिससे cutting तेजी से होती है। Oxygen jet molten slag को कट (kerf) से बाहर भी निकाल देता है।

Commercial रूप से oxy-acetylene cutting का उपयोग mild और low alloy steels को straight या curved cutting के लिए किया जाता है। इसका उपयोग welding joint edge preparation के लिए भी किया जाता है। Foundries में cast iron और stainless steel के gates और risers हटाने के लिए भी इसका सीमित उपयोग होता है।

Plasma Arc Cutting

Plasma arc cutting में metal को high velocity ionised hot gas jet द्वारा melt करके cut किया जाता है। इसका equipment plasma arc welding जैसा ही होता है, लेकिन इसमें gas pressure अधिक होता है।

Plasma cutting torch transferred arc type का होता है, जिसमें workpiece को DC power source के anode से जोड़ा जाता है। Power source drooping volt-ampere characteristic वाला होता है, और इसका open circuit voltage 120 से 400 volts तक होता है। अधिक OCV का उपयोग मोटे (thick) materials को काटने के लिए किया जाता है। Current range आमतौर पर 70 से 1000 amperes तक होती है।

Plasma gas material के अनुसार चुना जाता है, जैसे carbon steel के लिए compressed air और non-ferrous metals के लिए nitrogen, hydrogen, argon या उनके mixtures।

लगभग सभी metals को plasma arc cutting से काटा जा सकता है, लेकिन यह विशेष रूप से aluminium और stainless steel के लिए बहुत उपयुक्त है। इसका उपयोग stack cutting, shape cutting और plate bevelling के लिए भी किया जाता है।

Air Carbon Arc Gouging and Cutting

Air carbon arc process का उपयोग unwanted metal को हटाकर grooves बनाने और welding preparation के लिए edges को bevel करने में किया जाता है। इसमें graphite rod और workpiece के बीच electric arc उत्पन्न होता है, जिससे heat मिलती है और metal melt होकर oxidise होता है। इससे metal का melting point effectively कम हो जाता है और उसे आसानी से remove किया जा सकता है।

Air Carbon Arc Gouging प्रक्रिया में धातु की सतह पर उपस्थित सामग्री को ऑक्सिडाइज (oxidise) किया जाता है, जिससे उसका melting point कम हो जाता है और उसे आसानी से हटाया जा सकता है। संपीड़ित (compressed) jet आमतौर पर arc के पीछे-पीछे चलता है और molten metal को बाहर blow करने का काम करता है, जैसा कि Fig. 1.46 में दिखाया गया है। इस प्रक्रिया का उपयोग केवल gouging तक सीमित नहीं है, बल्कि इसे cutting of metals के लिए भी उपयोग किया जा सकता है।

चूँकि इस प्रक्रिया में metal का oxidation अनिवार्य आवश्यकता नहीं है, इसलिए लगभग सभी metals को gouge या cut किया जा सकता है, चाहे वे कितनी भी तेजी से oxidise क्यों न हों। Arc gouging द्वारा material removal की गति लगभग chipping की तुलना में पाँच गुना अधिक होती है। उदाहरण के लिए, 10 mm गहराई (groove) की gouging लगभग 60 cm/min की speed से की जा सकती है। इस प्रक्रिया में depth of cut को बहुत सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है, और welding slag cutting action में बाधा नहीं डालता, जैसा कि cutting tools में होता है। इसके अलावा, arc gouging equipment की cost सामान्यतः chipping hammers या gas cutting torches की तुलना में कम होती है और इसे कम स्थान (space) में भी operate किया जा सकता है। Arc-gouged surface सामान्यतः साफ और smooth होता है, जिसे बिना अतिरिक्त surface preparation के सीधे welding के लिए उपयोग किया जा सकता है।

इस प्रक्रिया में अधिकांश standard arc welding power sources (both AC और DC), जिनका open circuit voltage लगभग 60 volts होता है, उपयोग किए जा सकते हैं। इसमें 150 to 300 mm लंबे electrodes उपयोग किए जाते हैं, जिनका diameter 4 mm से 25 mm तक होता है। इनमें bare और copper-coated electrodes दोनों प्रयोग किए जाते हैं, लेकिन copper-coated electrodes अधिक उपयोग में लाए जाते हैं क्योंकि वे कम wear करते हैं और बेहतर groove uniformity प्रदान करते हैं।

इस प्रक्रिया में air pressure लगभग 55 to 70 N/cm² होता है और airflow rate 85 to 145 lit/min के बीच रहता है। जहाँ compressed air line उपलब्ध नहीं होती, वहाँ arc gouging torches को gas cylinders से भी चलाया जा सकता है, जिसमें लगभग 30 N/cm² pressure पर्याप्त होता है। Arc gouging torches सामान्यतः air-cooled होते हैं, लेकिन उच्च current applications के लिए water-cooled torches भी उपयोग किए जाते हैं।

Carbon-based electrodes के सही उपयोग से सामान्यतः carbon pick-up नहीं होता और यह parent material की corrosion resistance को प्रभावित नहीं करता। कुछ metals में gouging के बाद एक पतली hardened zone बन सकती है, लेकिन बाद में की जाने वाली welding इस zone को remelt करके उसकी hardness कम कर देती है।

Arc gouging में heat penetration oxygen cutting की तुलना में कम गहरी होती है, इसलिए इसमें distortion भी कम होता है। इसी कारण यह process अधिक नियंत्रित और precise cutting/gouging के लिए उपयुक्त है।

Air Carbon Arc process का उपयोग व्यापक रूप से gouging, joint edge preparation, और defective weld metal को हटाने के लिए किया जाता है। इसके अलावा इसे metal objects की scraping और cutting operations में भी उपयोग किया जाता है।

1.8 Modes of Welding

सभी ऊपर वर्णित welding और allied processes का उपयोग fabrication industries में अलग-अलग modes में किया जाता है। ये modes production volume, joint की प्रकृति, material और उसकी thickness, तथा welding spot की accessibility पर निर्भर करते हैं।

अधिकांश welding methods में नीचे दिया गया sequence follow किया जाता है, यह मानते हुए कि preliminary operations जैसे cleaning, edge preparation, और tab-in तथा tab-out plates का fixing पहले ही पूरा हो चुका है:

Parts को assemble किया जाता है, या तो tack welding द्वारा या jigs और fixtures का उपयोग करके।
Assembled workpiece को machine तक लाया जाता है या machine को workpiece तक प्रस्तुत किया जाता है।
Welding शुरू की जाती है—fusion welding में arc strike करके या resistance welding में electrodes को work से contact में लाकर current ON करके।
Welding speed प्राप्त करने के लिए welding head और work के बीच relative movement उत्पन्न किया जाता है।
Welding variables जैसे arc voltage, welding current, wire feed rate आदि को नियंत्रित किया जाता है, ताकि arc welding में arc length नियंत्रित रहे और Electroslag welding में molten metal और slag pool की depth control हो सके।
Welding को रोका जाता है जब welding head और work के बीच relative movement बंद कर दिया जाता है। यदि weld pool crater को भरना हो, तो crater filler system पहले activate होता है और उसके बाद current automatically बंद किया जाता है।
Welding head को अगले welding cycle की स्थिति में reposition किया जाता है।
Finished work को remove किया जाता है। यह काम welding head repositioning से पहले या बाद में किया जा सकता है, या दोनों साथ-साथ भी किया जा सकता है।

ऊपर दिए गए कार्यों को पूरा करने के लिए चार प्रकार की welding techniques अपनाई जाती हैं:

(i) Manual welding
(ii) Semi-automatic welding
(iii) Automatic welding
(iv) Automated welding

1.8.1 Manual Welding

Manual welding का अर्थ है कि welding sequence के सभी आठों operations को manually ही किया जाता है। हालांकि, ध्यान देने योग्य बात यह है कि stage 4 यानी “welding head और work के बीच relative movement” में कुछ mechanical assistance भी शामिल हो सकती है, जैसे welding manipulator, जो workpiece को लगभग सही welding speed पर move करता है।

ऐसे ही एक manipulator को gravity welder कहा जाता है, जिसे Fig. 1.47 में दिखाया गया है। इसमें welder पहले weight को wind-up करता है, फिर circular table की rotational speed को अपने हाथ से edge पकड़कर नियंत्रित करता है और उसे आवश्यक speed से छोड़ता है। इससे circular seams में downhand position पर अधिक smooth और continuous welds प्राप्त किए जा सकते हैं।

Manual welding का उपयोग सबसे अधिक SMAW (Shielded Metal Arc Welding), GTAW (Gas Tungsten Arc Welding), Plasma Arc Welding, और Oxy-Fuel Gas Welding processes में किया जाता है।

1.8.2 Semi-Automatic Welding

इस mode of operation में stage 5, यानी welding variables का control—जैसे GMAW में wire feed speed या resistance welding में gun welder के साथ current की duration—automatic होता है, लेकिन welding equipment को हाथ से handle किया जाता है।

Stage 4, यानी welding head और work के बीच relative movement, सामान्यतः manual होता है, लेकिन इसमें conveyor belt या work manipulator जैसे mechanical means भी उपयोग किए जा सकते हैं। इस प्रकार GMAW process को gravity motor जैसे devices के साथ combine करके welding की quality और productivity को बढ़ाया जा सकता है।

Stages 3 और 6, यानी welding की initiation और stoppage operations, को भी एक single on-off switch की सहायता से automatic sequence में operate किया जा सकता है।

Semi-automatic welding mode सबसे अधिक GMAW (Gas Metal Arc Welding) और FCAW (Flux Cored Arc Welding) में उपयोग किया जाता है। हालांकि इसे GTAW, SAW, और ESW processes के साथ भी theoretically उपयोग किया जा सकता है, लेकिन practical applications में यह बहुत कम देखने को मिलता है।

1.8.3 Automatic Welding

Automatic welding एक ऐसा mode है जिसमें कम से कम stage 5, यानी welding variables का control, और stage 4, यानी welding head और work के बीच relative movement, दोनों automatic होते हैं।

इस system में सामान्यतः एक single switch होता है, जो sequencing device के माध्यम से power supply और consumables जैसे wire और shielding gas को control करता है। यदि system में crater-filling device शामिल हो, तो वह भी इसी sequence के अनुसार automatically operate हो जाता है। Fig. 1.48 में एक typical automatic welding system का block diagram दिखाया गया है।

इस mode में stages 1, 2, 7 और 8 (जैसे assembly, loading, unloading आदि) आमतौर पर manual होते हैं या manually initiate किए जाते हैं। इस आधार पर gravity welding को भी portable automatic welding method माना जाता है।

Automatic welding mode का सबसे अधिक उपयोग SAW (Submerged Arc Welding) और ESW (Electroslag Welding) processes में होता है। इसके अलावा इसे GTAW, GMAW, FCAW, और plasma arc welding में भी सीमित रूप से उपयोग किया जाता है।

1.8.4 Automated Welding

Automated welding mode में सभी आठों stages—यानी parts की assembly से लेकर welding head तक transfer, welding process, और final ejection—पूरी तरह बिना manual adjustment के mechanically या electronically perform किए जाते हैं।

इसमें welding एक या अधिक stages में पूरी हो सकती है, और operator को continuous monitoring करने की आवश्यकता नहीं होती। Automatic welding की तुलना में automated welding अधिक productivity, बेहतर quality, और कम operator fatigue प्रदान करती है।

Fig. 1.49 में automated welding system का schematic diagram दिखाया गया है, जिसमें mini-computer, multiprogrammer, और seam tracking unit का उपयोग किया जाता है।

Automated welding systems में अक्सर adaptive control systems उपयोग किए जाते हैं, जिनका उद्देश्य seam tracking और quality control सुनिश्चित करना होता है। इसके अलावा यह mode remote welding और robotic welding applications में भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

इसका उपयोग मुख्य रूप से SAW, GMAW, और FCAW processes में होता है, जबकि GTAW, PAW, और ESW में इसका उपयोग सीमित रूप से किया जाता है।

1.8. Modes of Welding

सभी पहले वर्णित welding और allied processes का उपयोग fabrication industries में अलग-अलग modes में किया जाता है, जो production की मात्रा, joint की प्रकृति, material और उसकी thickness, तथा welding spot की accessibility पर निर्भर करता है।

अधिकांश welding methods में end product प्राप्त करने के लिए निम्नलिखित sequence का पालन किया जाता है, यह मानते हुए कि preliminary operations जैसे cleaning, edge preparation, और tab-in तथा tab-out plates का fixing पहले ही पूरा कर लिया गया है:

Parts को tack welding या jigs और fixtures के माध्यम से assemble किया जाता है।
Assembled workpiece को machine के पास लाया जाता है या machine को workpiece के पास।
Welding initiate किया जाता है, जैसे fusion welding में arc striking करके या resistance welding में electrodes को work से contact कराकर current switch on करके।
Welding head और work के बीच relative movement उत्पन्न किया जाता है ताकि desired welding speed प्राप्त हो सके।
Welding variables जैसे arc voltage, welding current, wire feed rate आदि को control किया जाता है ताकि arc length (arc welding में) और molten metal तथा slag pool की depth (Electroslag welding में) नियंत्रित रहे।
Welding को stop किया जाता है, अर्थात welding head और work के बीच relative movement बंद किया जाता है। यदि weld pool crater भरना आवश्यक हो तो crater filler mechanism current off होने से पहले सक्रिय हो जाता है।
Welding head को अगले welding cycle की position पर shift किया जाता है।
Completed work को remove किया जाता है, जो welding head reposition होने से पहले या बाद में या दोनों कार्य simultaneously किए जा सकते हैं।

उपरोक्त कार्यों को पूरा करने के लिए चार techniques में से कोई एक अपनाई जाती है:

(i) Manual welding
(ii) Semi-automatic welding
(iii) Automatic welding
(iv) Automated welding

1.8.1. Manual Welding

इसमें सभी आठों welding sequence operations manually किए जाते हैं। Stage 4, यानी welding head और work के बीच relative movement, में कुछ mechanical assistance जैसे welding manipulator का उपयोग हो सकता है। एक ऐसा manipulator gravity welder कहलाता है, जिसमें welder weight को wind up करता है और फिर circular table की rotational speed को नियंत्रित करके smooth continuous weld बनाता है, विशेष रूप से circular seams में downhand position में।

Manual welding सबसे अधिक उपयोग में आने वाला mode है, खासकर SMAW, GTAW, plasma arc welding, और oxy-fuel gas welding में।

1.8.2. Semi-Automatic Welding

इस mode में stage 5 यानी welding variables का control (जैसे GMAW में wire feed speed या resistance welding में current duration) automatic होता है, जबकि welding equipment हाथ से operate किया जाता है। Stage 4 यानी relative movement सामान्यतः manual होता है, लेकिन conveyor belt या manipulator जैसे mechanical systems का उपयोग भी किया जा सकता है।

Initiation और stoppage (stage 3 और 6) को एक single on-off switch से automatic sequence में नियंत्रित किया जा सकता है।

Semi-automatic welding सबसे अधिक GMAW और FCAW में उपयोग होती है, जबकि GTAW, SAW, और ESW में इसका उपयोग कम होता है।

1.8.3. Automatic Welding

इस mode में कम से कम stage 5 (welding variables का control) और stage 4 (relative movement) automatic होते हैं। एक single switch के माध्यम से sequencing device power, wire feed, और gas supply को control करता है। यदि crater filling system मौजूद हो तो वह भी automatically operate होता है।

Stages 1, 2, 7 और 8 manual हो सकते हैं या manually initiate किए जाते हैं। इस आधार पर gravity welding को भी portable automatic welding माना जाता है।

Automatic welding सबसे अधिक SAW और ESW में उपयोग होती है, तथा सीमित रूप से GTAW, GMAW, FCAW, और plasma arc welding में भी।

1.8.4. Automated Welding

इस mode में सभी आठों stages—assembly से लेकर final ejection तक—बिना किसी manual adjustment के mechanically performed होते हैं। Welding process एक या अधिक stages में पूरी हो सकती है और operator को continuously monitor करने की आवश्यकता नहीं होती।

यह system productivity बढ़ाता है, quality improve करता है और operator fatigue कम करता है। इसमें adaptive controls का उपयोग seam tracking और quality control के लिए किया जाता है।

Automated welding systems में mini-computer, multi-programmer और seam tracing units का उपयोग होता है। यह mode SAW, GMAW, और FCAW में व्यापक रूप से उपयोग होता है, जबकि GTAW, PAW, और ESW में सीमित उपयोग होता है।

1.8.4.1. Remote Welding

Remote welding automated welding के समान होता है, लेकिन इसमें operator welding location पर नहीं होता बल्कि काफी दूर से control करता है। यह मुख्यतः maintenance operations में उपयोग होता है जहाँ हर weld पिछले weld से अलग हो सकता है।

यह विशेष रूप से nuclear power plants में उपयोग होता है, जहाँ high radioactivity के कारण मानव उपस्थिति संभव नहीं होती। इसका उपयोग radioactive materials को metal containers में seal करने तथा nuclear industry में fuel elements और target rods की sealing के लिए किया जाता है।

1.8.4.2. Robotic Welding

Robotic welding automated welding का advanced रूप है जिसमें articulated robots welding operations को perform करते हैं। ये robots मानव जैसे repetitive और fatiguing कार्यों को perform कर सकते हैं।

इसके मुख्य फायदे हैं: high productivity, consistent accuracy, material wastage में कमी और stable labour cost। हालांकि robots का उपयोग किसी भी weld joint में किया जा सकता है, लेकिन यह सबसे अधिक batch production के लिए उपयुक्त है।

1.9. Positions in Welding

Welding में सभी butt welds और fillet welds को उनकी स्थिति (position) के आधार पर चार basic groups में वर्गीकृत किया जाता है: downhand (flat), horizontal, vertical, और overhead।

Internationally accepted norms के अनुसार, downhand या flat weld वह weld होती है जो किसी भी दिशा में एक horizontal surface पर बनाई जाती है। Horizontal weld वह होती है जो vertical surface पर horizontally run करती है। Vertical weld वह होती है जो vertical surface पर vertically run करती है, जबकि overhead weld वह होती है जो operator के सिर के ऊपर की ओर की जाती है।

Pipe welding में positions को थोड़ा अलग तरीके से classify किया जाता है, क्योंकि इसमें केवल weld type (butt या fillet) ही नहीं बल्कि यह भी देखा जाता है कि pipe fixed है या rotated। इसके अलावा pipe की inclination और उस पर लगे restricting ring की presence भी welding operation को प्रभावित करती है। इसी आधार पर US (UK) और ISO (International Standards Organisation) standards में विभिन्न welding positions define किए गए हैं।

इन standards के अनुसार butt welds in plates और pipes के लिए standard positions Fig. 1.50 में दिखाए जाते हैं, जबकि pipe welding के test configurations जैसे 5G और 6GR positions Fig. 1.51 में दर्शाए जाते हैं। इसी प्रकार fillet welds in plates और pipes के standard positions Fig. 1.52 में दिए गए हैं।

ISO standards के अनुसार main welding positions की परिभाषा का आधार Fig. 1.53 में दिखाया गया है, और stud welding के standard positions तथा उनकी operational limits Fig. 1.54 में प्रदर्शित किए गए हैं।