• English

♦ สิ่งสำคัญในการเลือกใช้ลวดเชื่อมอลูมิเนียม

♦ สิ่งสำคัญในการเลือกใช้ลวดเชื่อมอลูมิเนียม
                อลูมิเนียม เป็นโลหะที่มีน้ำหนักเบา มีความถ่วงจำเพาะเพียง 2.7 กรัมต่อลูกบาศ์กเซ็นติเมตร เมื่อเทียบกับเหล็กที่มีความถ่วงจำเพาะถึง 7.8 กรัมต่อลูกบาศ์กเซ็นติเมตร  อลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีความแข็งแรงสูงเมื่อเทียบกับปริมาตร อีกทั้งยังมีความทนทานต่อบรรยากาศได้ดี จึงเป็นหนึ่งในโลหะสำหรับวงการอุตสาหกรรมที่มีการใช้งานหลากหลายในปัจจุบัน และด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยี จึงมีการผสมธาตุต่างๆ ลงในอลูมิเนียม ก่อให้เกิดอลูมิเนียมผสม ที่มีความแข็งแรงและมีขีดความสามารถในการใช้งานได้หลากหลายยิ่งขึ้น แต่ในขณะเดียวกันการผสมธาตุอื่นๆ ลงไปเพื่อให้สามารถรองรับการใช้งานได้มากขึ้นนั้น กลับทำให้ประสบปัญหาเมื่อต้องทำการเชื่อมประสานสำหรับอลูมิเนียมผสมบางกลุ่ม

                การเลือกลวดเชื่อมที่เหมาะสม จึงเป็นปัจจัยหลักที่จะทำให้การเชื่อมประสานอลูมิเนียมประสบความสำเร็จ โดยที่ผู้รับผิดชอบด้านการออกแบบและกำหนดขั้นตอนในการเชื่อมรวมถึงผู้ที่เกี่ยวข้องจำเป็นที่จะต้องเรียนรู้และทำความเข้าใจอย่างถ่องแท้ เนื่องจากลวดเชื่อมอลูมิเนียมแต่ละเบอร์นั้น สามารถให้คุณสมบัติที่ต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ภายหลังจากที่ทำการเชื่อม

โดยทั่วไป คุณสมบัติทางเชิงกล  หรือส่วนผสมทางเคมีของลวดเชื่อม อีกทั้งลักษณะการใช้งานที่เหมาะสมของลวดเชื่อมอลูมิเนียมแต่ละเบอร์นั้นจะสามารถสอบถามได้จากผู้ผลิตหรือผู้จำหน่าย แต่อย่างไรก็ตาม   ในส่วนของผู้ใช้งานเองนั้นควรมีความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับกลุ่มของอลูมิเนียมผสมชนิดต่างๆ ด้วยเช่นกัน เพื่อเป็นพื้นฐานสำหรับการเลือกลวดเชื่อมให้เหมาะสมกับงานแต่ละประเภท ตามรายละเอียดดังต่อไปนี้

การจัดแบ่งกลุ่มของอลูมิเนียม

อลูมิเนียมและอลูมิเนียมผสมได้ถูกจัดกลุ่มโดยระบบการกำหนดชนิดของโลหะผสมนานาชาติ (International Alloy Designation System; IADS) ซึ่งมีรูปแบบมาจากสมาคมอลูมิเนียมของสหรัฐอเมริกา [ที่มา:  http://www.substech.com]   โดยแบ่งอลูมิเนียมแต่ละชนิดเป็นรหัสตัวเลข 4 ตัวสำหรับอลูมิเนียมรูปพรรณ เช่น 2024 หรือ 6063 เป็นต้น ส่วนอลูมิเนียมหล่อนั้นจะแบ่งกลุ่มด้วยรหัสตัวเลข 4 ตัวเช่นกันแต่จะมีจุดทศนิยมคั่นระหว่างตัวเลขหลักที่ 3 และ 4 เช่น A356.0 เป็นต้น

กลุ่มของอลูมิเนียมรูปพรรณ

ตัวเลขหลักแรกในรหัส เลข 4 ตัวของอลูมิเนียมรูปพรรณนั้นจะบ่งบอกถึงโลหะผสมหลักที่ผสมลงในอลูมิเนียมเพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการใช้งาน ดังนี้

  • กลุ่ม 1xxx เป็นอลูมิเนียมบริสุทธิ์ โดยที่ต้องมีปริมาณอลูมิเนียมอย่างน้อย 99%
  • กลุ่ม 2xxx เป็นอลูมิเนียมผสมทองแดง โดยมีปริมาณทองแดงในช่วง 1.9 – 6.8 %
  • กลุ่ม 3xxx เป็นอลูมิเนียมผสมแมงกานีส โดยมีปริมาณแมงกานีสในช่วง 0.3 – 1.5 %
  • กลุ่ม 4xxx เป็นอลูมิเนียมผสมซิลิกอน โดยมีปริมาณซิลิกอนในช่วง 3.6 – 13.5 %
  • กลุ่ม 5xxx เป็นอลูมิเนียมผสมแมกนีเซียม โดยมีปริมาณแมกนีเซียมในช่วง 0.5 – 5.5 %
  • กลุ่ม 6xxx เป็นอลูมิเนียมผสมแมกนีเซียม และซิลิกอนโดยมีปริมาณแมกนีเซียมอยู่ในช่วง 0.4 – 1.5 % และ ซิลิกอนอยู่ในช่วง 0.2 – 1.7 %
  • กลุ่ม 7xxx เป็นอลูมิเนียมผสมสังกะสีโดยมีปริมาณสังกะสีในช่วง 1 – 8.2 %
  • กลุ่ม 8xxx เป็นอลูมิเนียมผสมลิเทียมโดยอาจจะมีปริมาณลิเทียมถึง 2.5 %
  • กลุ่ม 9xxx เป็นอลูมิเนียมที่ยังไม่มีการกำหนดโลหะผสม สงวนไว้สำหรับการใช้งานในอนาคต

สำหรับตัวเลขหลักที่เหลืออีกสามหลักนั้น จะเป็นตัวเลขที่แจ้งให้ทราบถึงการปรับปรุงธาตุผสมหรือการกำหนดปริมาณสิ่งเจือปน รวมทั้งการระบุประเภทของส่วนผสมและความบริสุทธิ์ของส่วนผสมด้วย

กลุ่มของอลูมิเนียมหล่อ

การกำหนดกลุ่มของโลหะที่ผสมในอลูมิเนียมจะใช้หลักการเช่นเดียวกับอลูมิเนียมรูปพรรณ โดยที่ตัวเลขหลักแรกในรหัส เลข 4 ตัวของอลูมิเนียมรูปพรรณนั้นจะบ่งบอกถึงโลหะผสมหลักที่ผสมลงในอลูมิเนียมเพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการใช้งาน ตัวเลขสองหลักถัดมาจะบ่งบอกถึงระดับความบริสุทธิ์ของส่วนผสม เช่น อลูมิเนียม เบอร์ 150.0 หมายถึง อลูมิเนียมกลุ่มนี้จะมีปริมาณอลูมิเนียม 99.50% ในส่วนผสม หรือ เบอร์ 120.1 จะมีปริมาณอลูมิเนียม 99.20% ในส่วนผสม เป็นต้น

สำหรับตัวเลขหลักสุดท้ายหลังจุดทศนิยมนั้นจะบ่งบอกลักษณะของชิ้นงานว่าเป็นชิ้นงานหล่อหรือเป็นก้อนอินกอต โดยที่เลขศูนย์จะหมายถึงอลูมิเนียมหล่อ ส่วนก้อนอินกอตจะกำหนดด้วยเลข 1 หรือ 2 ซึ่งจะขึ้นอยู่กับส่วนผสมทางเคมี

นอกจากนั้น การกำหนดเลขรหัสของอลูมิเนียมหล่อ ยังมีการใช้ตัวอักษรภาษาอังกฤษนำหน้ารหัสตัวเลขเพื่อบ่งบอกถึงการปรับปรุงหรือปรับเปลี่ยนให้ต่างไปจากส่วนผสมเดิมรวมถึงระดับของสิ่งเจือปน โดยเริ่มจากอักษร A ยกเว้นสำหรับ อักษร I, O, Qและ X   ( X สงวนไว้สำหรับการใช้กับโลหะที่อยู่ในขั้นของการวิจัยและทดลอง)

การแบ่งกลุ่มของอลูมิเนียมตามความสามารถในการอบชุบด้วยความร้อน

เป็นที่ทราบกันดีแล้วว่า เมื่อใดก็ตามที่ทำการเชื่อมโลหะต้องเกิดความร้อนปริมาณสูงเสมอ สำหรับโลหะอลูมิเนียมนั้น ความร้อนที่เกิดจากการเชื่อมจะมีผลอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติเชิงกล ดังนั้น นอกจากความรู้เกี่ยวกับการแบ่งกลุ่มของอลูมิเนียมตามโลหะผสมแล้ว ยังต้องพิจารณาตามความสามารถในการอบชุบความร้อนหรือการปรับปรุงคุณสมบัติทางกลโดยผ่านกระบวนการทางความร้อน (Heat Treatment) ด้วยเช่นกัน สำหรับโลหะอลูมิเนียมนั้นจะแบ่งเป็นสองกลุ่ม ดังนี้

  1. อลูมิเนียมที่สามารถทำ Heat treatment ได้  ได้แก่กลุ่ม 2xxx, 6xxx, และ 7xxx
  2. อลูมิเนียมที่ไม่สามารถทำ Heat treatment ได้  ได้แก่กลุ่ม 1xxx, 3xxx, 4xxx, และ 5xxx

สิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณาสำหรับการเชื่อม

เป็นที่ทราบกันดีแล้วว่า การเชื่อมประสานโลหะใดก็ตาม     สิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณาคือ   ความสามารถในการรับ แรงดึงของแนวเชื่อม (Tensile Strength)   หรือความแข็งแรงเฉือนของแนวเชื่อม (Shear Strength)   ในกรณีของงานอลูมิเนียม ผู้ที่ต้องการทำการเชื่อมจะสามารถเชื่อมอลูมิเนียมเกรดต่างๆ ให้ได้ค่าความแข็งแรงเป็นที่พอใจ ด้วยลวดเชื่อมอลูมิเนียมเบอร์ใดเบอร์หนึ่งในหลายๆ เบอร์ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดได้ไม่ยากนัก เนื่องจากค่าความแข็งแรงของลวดเชื่อมส่วนมาก จะมีค่าเทียบเท่าหรือมากกว่าค่าความแข็งแรงของชิ้นงานอลูมิเนียมในสภาวะหลังจากทำการเชื่อม (as-welded condition)

อย่างไรก็ตาม การเชื่อมอลูมิเนียมและการเลือกใช้ลวดเชื่อม ไม่สามารถที่จะพิจารณาเพียงแค่ความสามารถในการรับแรงของแนวเชื่อมเพียงอย่างเดียว ปัจจัยหลายสิ่งจำเป็นต้องพิจารณาควบคู่ด้วยเสมอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งชนิดและประเภทของชิ้นงานทั้งสองชิ้นที่นำมาเชื่อม รวมถึงประสิทธิภาพของแนวเชื่อมที่ต้องการนั้น เป็นสิ่งสำคัญที่จำเป็นต้องคำนึงถึงเสมอ

การเลือกใช้ลวดเชื่อมที่เหมาะสม สำหรับงานอลูมิเนียม ต้องพิจารณาถึงสิ่งสำคัญต่างๆ ดังต่อไปนี้

  1. ความไวต่อการแตกร้าวของแนวเชื่อม
  2. ความแข็งแรงของแนวเชื่อมที่ต้องการ
  3. ความสามารถในการยืดตัวของแนวเชื่อม
  4. อุณหภูมิการใช้งานของชิ้นส่วนที่นำมาเชื่อม
  5. ความสมดุลย์ของสีแนวเชื่อมกับสีของชิ้นงาน
  6. ความต้านทานต่อการกัดกร่อนที่ต้องการ
  7. การปรับปรุงคุณสมบัติของแนวเชื่อมด้วยความร้อน ภายหลังจากทำการเชื่อม

1. ความไวต่อการแตกร้าวของแนวเชื่อม

ความไวต่อการแตกร้าวของแนวเชื่อมจะหมายถึงความสามารถในการเข้ากันได้ของส่วนผสมทางเคมีระหว่างลวดเชื่อมกับส่วนผสมทางเคมีของชิ้นงานที่นำมาเชื่อมทั้งสองชิ้น

ความสามารถในการเข้ากันได้ จะสัมพันธ์กับความไวต่อการแตกร้าวของแนวเชื่อม โดยเฉพาะการแตกร้าวในขณะที่แนวเชื่อมอยู่ในระหว่างการเย็นตัวหลังจากการเชื่อม ปัญหาการแตกร้าวของแนวเชื่อมนี้อาจมีสาเหตุจากส่วนผสมของลวดเชื่อมกับส่วนผสมของชิ้นงานที่นำมาเชื่อมทั้งสองชิ้นนั้นไม่สามารถเข้ากันได้  ร่วมกับความเค้นที่เกิดขึ้นจากการหดตัวของชิ้นงานขณะเย็นตัวในทิศทางตั้งฉากกับแนวเชื่อม การแตกของแนวเชื่อมลักษณะเช่นนี้เรียกว่า การแตกร้าวขณะร้อนหรือการแตกร้าวขณะแข็งตัว (Hot cracking or Solidification cracking)

การลดความเค้นที่เกิดขึ้นในทิศทางตั้งฉากกับแนวเชื่อมสามารถทำได้โดยเลือกลวดเชื่อมที่มีอุณหภูมิการแข็งตัวที่ต่ำกว่าอุณหภูมิการแข็งตัวของชิ้นงานเชื่อม กล่าวให้เข้าใจโดยง่ายคือ เลือกใช้ลวดเชื่อมที่แข็งตัวช้ากว่าชิ้นงานเชื่อมนั่นเอง เช่น ในกรณีการเชื่อมอลูมิเนียมเบอร์ 2036   ซึ่งเป็นกลุ่มที่มีระดับอุณหภูมิหลอมละลายและการแข็งตัวต่ำ อีกทั้งมีความเสี่ยงต่อการแตกร้าวขณะร้อนสูง กรณีเช่นนี้ การเลือกใช้ลวดเชื่อมกลุ่ม 4xxx  เช่น 4145 เป็นทางเลือกที่ดี เนื่องจากลวดเชื่อม 4145 จะมีอุณหภูมิแข็งตัวที่ 970oF  ขณะที่ชิ้นงานอลูมิเนียม 2036 นั้น จะมีอุณหภูมิแข็งตัวที่ 1030oF ทำให้ชิ้นงานบริเวณแนวเชื่อมแข็งตัวโดยสมบูรณ์ก่อนการแข็งตัวของเนื้อเชื่อม ดังนั้น เมื่อเกิดความเค้นเนื่องจากการหดตัวของแนวเชื่อมในขณะเย็นตัว  เนื้อชิ้นงานบริเวณแนวเชื่อมก็จะมีความสามารถในการรับแรงได้เต็มที่ ทำให้สามารถลดการแตกร้าวขณะร้อนลงได้อีกในกรณีหนึ่ง การเลือกใช้ลวดเชื่อมที่มีช่วงอุณหภูมิการหลอมและแข็งตัวที่แคบ ก็เป็นทางเลือกอีกทางหนึ่ง เช่นลวดเชื่อมเบอร์ 4047  ซึ่งเป็นลวดเชื่อมที่มีช่วงอุณหภูมิการหลอมและแข็งตัวเพียง 10oF (1070 -1080 oF ) ทำให้แนวเชื่อมไม่มีเวลาเพียงพอต่อการหดตัว ก็สามารถทำให้การแตกร้าวขณะร้อนนั้นลดลงได้เช่นกัน

การพิจารณาส่วนผสมทางเคมีของลวดเชื่อมร่วมกับชิ้นงานที่นำมาเชื่อม เป็นอีกวิธีหนึ่งในการลดความเสี่ยงต่อการแตกร้าวในขณะร้อนบริเวณแนวเชื่อม การเลือกใช้ลวดเชื่อมหรือการเชื่อมอลูมิเนียมที่มีส่วนผสมของธาตุจำพวกซิลิกอน (กลุ่ม 4xxx หรือ 6xxx) ทองแดง (กลุ่ม 2xxx)  และแมกนีเซียม (กลุ่ม 5xxx หรือ 6xxx) จะต้องมีความเข้าใจเรื่องความสัมพันธ์ของส่วนผสมทางเคมีกับความไวต่อการเกิดการแตกร้าว เนื่องจากธาตุเหล่านี้มีอิทธิพลอย่างมีนัยสำคัญต่อการเกิดการแตกร้าวขณะร้อน

อลูมิเนียมกลุ่มที่ผสมซิลิกอน ซึ่งเป็นกลุ่มที่ใช้ทำลวดเชื่อม (กลุ่ม 4xxx) โดยทั่วไปจะมีปริมาณซิลิกอนตั้งแต่ 4.5-13 % เมื่อทำการเชื่อมแล้ว ลวดเชื่อมจะมีการผสมไปกับเนื้อโลหะชิ้นงาน ทำให้ปริมาณซิลิกอนเปลี่ยนแปลงไป และเมื่อพิจารณาจากกราฟในรูปที่ 1 จะพบว่า หากแนวเชื่อมนั้นมีปริมาณซิลิกอนอยู่ในช่วง 0.5-2% นั้นจะทำให้แนวเชื่อมนั้นมีความไวต่อการแตกร้าวสูงสุด

สำหรับอลูมิเนียมกลุ่มที่ผสมทองแดง (กลุ่ม 2xxx) ซึ่งเป็นกลุ่มที่มีความแข็งแรงสูงและสามารถปรับปรุงคุณภาพโดยผ่านกระบวนการทางความร้อนได้ (Heat treatment) เมื่อพิจารณาจากรูปที่ 1 จะพบว่า อลูมิเนียมกลุ่มนี้มีช่วงความไวต่อการแตกร้าวขณะแข็งตัวกว้างมาก ทำให้อลูมิเนียมกลุ่มนี้ส่วนมากจะยากต่อการเชื่อมแบบอาร์ค แต่ก็ยังมีอลูมิเนียมบางเบอร์ในกลุ่มนี้สามารถทำการเชื่อมได้ โดยเลือกใช้ลวดเชื่อมและกรรมวิธีการเชื่อมที่เหมาะสม

อลูมิเนียมกลุ่ม 5xxx เป็นอลูมิเนียมที่ผสมแมกนีเซียม เป็นอลูมิเนียมกลุ่มที่มีความแข็งแรงสูงเช่นกัน แต่ไม่สามารถผ่านกระบวนการปรับปรุงคุณภาพโดยผ่านกระบวนการทางความร้อนได้ เมื่อพิจารณาจากรูปที่ 1 จะพบว่าปริมาณของแมกนีเซียมในช่วง 0.5-3.0 % ในแนวเชื่อมจะทำให้แนวเชื่อมนั้นมีอัตราเสี่ยงต่อการแตกขณะเย็นตัว การเลือกใช้ลวดเชื่อมสำหรับอลูมิเนียมที่ผสมแมกนีเซียมจะต้องพิจารณาถึงปริมาณแมกนีเซียมในโลหะที่นำมาเชื่อม โดยทั่วไปหากอลูมิเนียมนั้นมีปริมาณแมกนีเซียมที่ไม่เกิน 2.8 %  จะสามารถเชื่อมได้ด้วยลวดเชื่อมกลุ่ม 4xxx และลวดเชื่อมกลุ่ม 5xxx ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของแนวเชื่อมที่ผู้ใช้งานนั้นต้องการ แต่ในกรณีที่อลูมิเนียมนั้นมีปริมาณแมกนีเซียมที่มากกว่า 2.8 %  ขึ้นไป จะไม่สามารถเชื่อมได้ด้วยลวดเชื่อมกลุ่ม 4xxx เนื่องจากปริมาณแมกนีเซียมที่สูงจะทำให้เกิดการวมตัวกับซิลิกอนเป็นแมกนีเซียมซิลิไซด์ (Magnesium silicide; Mg2Si) ในปริมาณสูงอยู่ในโครงสร้างของแนวเชื่อม ทำให้แนวเชื่อมนั้นมีความสามารถในการยืดตัวลดลงและเพิ่มความไวต่อการแตกร้าว

อลูมิเนียมกลุ่ม 6xxx เป็นอลูมิเนียมกลุ่มที่ผสมแมกนีเซียมและซิลิกอน    กลุ่มนี้สามารถผ่านกระบวนการปรับปรุงคุณภาพโดยวิธีการทางความร้อนได้ โดยทั่วไปจะมีปริมาณแมกนีเซียมซิลิไซด์ ประมาณ 1.0 % อลูมิเนียมกลุ่มนี้ไม่สามารถเชื่อมได้โดยปราศจากลวดเชื่อม ด้วยปัญหาการแตกร้าวอันมีสาเหตุจากแมกนีเซียมซิลิไซด์ หากต้องการเชื่อม จะต้องใช้ลวดเชื่อมกลุ่ม 4xxx หรือ 5xxx เติมลงในแนวเชื่อมเสมอ เพื่อปรับปริมาณของแมกนีเซียมซิลิไซด์ และลดความเสี่ยงต่อการแตกร้าวของแนวเชื่อม

2. ความแข็งแรงของแนวเชื่อม

ความแข็งแรงของแนวเชื่อมในกรณีของอลูมิเนียมนั้นโดยทั่วไปจะพิจารณาเป็นสองกรณีคือ กรณีการเชื่อมอลูมิเนียมกลุ่มที่สามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกลได้โดยผ่านกระบวนการทางความร้อน (Heat treatment alloys) และกลุ่มที่ไม่สามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกลโดยผ่านกระบวนการทางความร้อน (Non Heat treatment alloys)

ในกรณีการเชื่อมแบบต่อชน จะพิจารณาเรื่องบริเวณที่มีผลกระทบจากความร้อน (Heat Affected Zone; HAZ) เป็นเรื่องสำคัญ เนื่องจากบริเวณ HAZ เป็นจุดที่มีความแข็งแรงน้อยที่สุดของรอยต่อภายหลังจากการเชื่อม (as welded condition) ในกรณีของการเชื่อมอลูมิเนียมกลุ่มที่ไม่สามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกลโดยผ่านกระบวนการทางความร้อนได้นั้น บริเวณรอบข้างแนวเชื่อม (HAZ) จะถูกอบอ่อน (Anneal) โดยอัตโนมัติจากความร้อนที่ได้รับจากการเชื่อม  หากชิ้นงานอลูมิเนียมนั้นได้รับความร้อนเป็นเวลานาน  จะทำให้บริเวณ HAZ กว้างมากขึ้นและความสามารถในการรับแรงจะด้อยลงตามมา ดังนั้นการออกข้อกำหนดในการเชื่อมสำหรับอลูมิเนียมกลุ่มนี้จึงใช้ค่าความแข็งแรงดึงต่ำสุดของชิ้นงานอลูมิเนียมที่อยู่ในสภาพอบอ่อนเป็นหลักสำคัญในการพิจารณา

ส่วนอลูมิเนียมกลุ่มที่สามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกลโดยผ่านกระบวนการทางความร้อนได้ จะต้องใช้เวลาในการอบอ่อนที่ระดับอุณหภูมิที่เหมาะสมเป็นเวลาประมาณ 2-3 ชั่วโมง และต้องมีการเย็นตัวอย่างช้าๆ  ซึ่งการอบอ่อนลักษณะเช่นนี้จะไม่สามารถอาศัยความร้อนจากการเชื่อมได้ ทำให้ความแข็งแรงดึงของ HAZ จะลดลงเพียงบางส่วนเท่านั้น แต่อย่างไรก็ตาม ปัจจัยอื่นๆ เช่น อุณหภูมิการให้ความร้อนก่อนการเชื่อม การควบคุมความร้อนระหว่างแนวเชื่อม ความเร็วในการเชื่อมและปัจจัยอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับปริมาณความร้อนที่เข้าสู่ชิ้นงาน จะมีผลต่อคุณสมบัติทางกลของบริเวณ HAZ และอาจทำให้ค่าความแข็งแรงดึงของรอยต่อไม่ได้ตามที่กำหนดหรือออกแบบไว้

กรณีการเชื่อมแบบฟิลเล็ท จะต่างจากการเชื่อมแบบต่อชนตรงที่ ต้องเลือกกลุ่มของลวดเชื่อมให้เหมาะสม เนื่องจากความแข็งแรงของแนวเชื่อมแบบฟิลเล็ทนั้นจะพิจารณาที่ความแข็งแรงเฉือนของแนวเชื่อมเป็นสำคัญ ดังนั้นการเลือกใช้ลวดเชื่อมจะส่งผลต่อความแข็งแรงของรอยต่อรวมทั้งขนาดและปริมาณแนวเชื่อมที่ต้องทำการเชื่อม

หากเปรียบเทียบลวดเชื่อมระหว่างกลุ่ม 4xxx กับ 5xxx จะพบว่า โดยทั่วไปลวดเชื่อมกลุ่ม 4xxx จะให้ค่าอัตราการยืดตัวและค่า Shear Strength ต่ำกว่าลวดเชื่อม 5xxx  มาก ตัวอย่างเช่น ลวดเชื่อมเบอร์ 4043 มีค่า Shear Strength ต่ำกว่าเกือบสองเท่า เมื่อเทียบกับลวดเชื่อมเบอร์ 5556 และจากการทดสอบจะพบว่ากรณีการเชื่อมฟิลเล็ทของชิ้นงานอลูมิเนียมเบอร์ 6061 จะต้องการขนาดแนวเชื่อมประมาณ 6 มม. เมื่อทำการเชื่อมด้วยลวดเบอร์ 5556  หากเปลี่ยนไปใช้ลวดเชื่อมเบอร์ 4043 ชิ้นงานนี้จะต้องมีขนาดแนวเชื่อมถึง 12 มม. จึงจะได้ค่าความแข็งแรงเฉือนของรอยต่อตามที่ต้องการ

3. ความสามารถในการยืดตัว

หมายถึงความสามารถของโลหะที่จะยืดตัวออกได้เมื่อได้รับแรงกระทำโดยปราศจากการแตกหัก ดังนั้นความสามารถในการยืดตัวจึงเป็นสิ่งที่ต้องพิจารณาสำหรับการเลือกใช้ลวดเชื่อม หากชิ้นงานนั้นต้องนำไปผ่านกระบวนการขึ้นรูปหรือต้องใช้งานที่รับแรงกระแทกภายหลังจากการเชื่อม  ดังนั้นการใช้ลวดเชื่อมกลุ่ม 4xxx จะต้องพึงระมัดระวังสำหรับความสามารถในการยืดตัว จากการศึกษาพบว่าการเชื่อมอลูมิเนียมกลุ่ม 6xxx ด้วยลวดเชื่อมกลุ่ม 4xxx  จะมีความสามารถในการยืดตัวต่ำกว่าถึง 50% เมื่อเทียบกับการใช้ลวดเชื่อมกลุ่ม 5xxx  และหากนำอลูมิเนียมกลุ่มที่ทำ Heat treatment ได้ไปผ่านกระบวนการทางความร้อนอีก ก็จะทำให้ความสามารถในการยืดตัวต่ำไปจากสภาพที่ได้หลังจากการเชื่อมอีกด้วย

4. อุณหภูมิการใช้งานของชิ้นส่วน

จะมีผลต่อการเกิดการแตกหักเนื่องจากกัดกร่อนร่วมกับความเค้น (Stress Corrosion Cracking) อันมีสาเหตุจากแมกนีเซียมที่อยู่ในเนื้อของอลูมิเนียม จะพบในกรณีที่อลูมิเนียมนั้นมีปริมาณแมกนีเซียมมากกว่า 3% และมีการใช้งานที่ระดับอุณหภูมิเกินกว่า 65oC (150oF)  โดยทั่วไป ลวดเชื่อมเบอร์ 5356, 5183, 5654 และ 5556 จะมีปริมาณแมกนีเซียมประมาณ 4-5% จึงไม่เหมาะสมกับการใช้งานที่ระดับอุณหภูมิเกินกว่า 65oC  ในกรณีที่จำเป็นควรใช้ลวดเชื่อมที่มีปริมาณแมกนีเซียมน้อยกว่า 3% เช่นเบอร์ 5554 จะเป็นทางเลือกที่ดีกว่า

5. ความสมดุลย์ของสีแนวเชื่อม

สำหรับงานตกแต่งหรืองานที่ต้องการความสวยงามเป็นพิเศษ ลักษณะงานประเภทนี้ ชิ้นงานที่ผ่านการเชื่อมอาจจะต้องนำไปทำการชุบเคลือบผิวด้วยวิธีทางไฟฟ้าเคมี เช่นการชุบแบบอโนไดซ์ ตามหลักของงานที่ต้องการความสวยงาม สีของแนวเชื่อมกับสีของชิ้นงานที่ได้หลังจากการชุบควรต้องเหมือนกันหรือใกล้เคียงกันมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้  แต่ในความเป็นจริง สีที่ได้ย่อมจะแตกต่างกันบ้าง ขึ้นอยู่กับส่วนผสมทางเคมีของชิ้นงานกับลวดเชื่อม ธาตุที่มีอิทธิพลต่อสีที่ได้หลังจากการชุบสำหรับงานอลูมิเนียมคือซิลิกอนและโครเมี่ยม โดยที่ซิลิกอนจะทำให้เกิดสีเทาดำ โดยขึ้นอยู่กับปริมาณที่มีอยู่ ส่วนโครเมี่ยมจะให้สีเหลืองหรือทองเมื่อทำการชุบอโนไดซ์

เมื่อพิจารณาจากรูปที่ 2 เปรียบเทียบระหว่างการเชื่อมอลูมิเนียมเกรด 6061 ด้วยลวดเชื่อม 5356 กับการเชื่อมด้วยลวดเชื่อม 4043 ภายหลังจากการอโนไดซ์ พบว่าแนวเชื่อมที่เชื่อมด้วยลวดเชื่อม 4043 จะมีสีเข้มกว่าแนวเชื่อมที่เชื่อมด้วยลวดเชื่อม 5356 อันเป็นผลมาจากปริมาณซิลิกอนที่อยู่ในลวดเชื่อม

6. ความต้านทานต่อการกัดกร่อน

โดยธรรมชาติ อลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนเป็นอย่างดีอยู่แล้ว แต่เมื่อทำการเชื่อมอาจจะส่งผลให้คุณสมบัติด้านนี้เปลี่ยนแปลงไป สาเหตุจากการใช้ลวดเชื่อมที่มีส่วนผสมทางเคมีที่ต่างไปจากชิ้นงานเดิม  เมื่อนำชิ้นงานนั้นไปใช้งานในสภาวะที่มีอิเล็คโตรไลท์  จะทำให้เกิดปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีและเกิดการกัดกร่อนเนื่องจากความต่างศักย์ทางไฟฟ้าตามมา

ในกรณีอลูมิเนียมกลุ่มที่ไม่สามารถทำ Heat treatment ได้ คุณสมบัติด้านความต้านทานต่อการกัดกร่อนมักจะไม่เปลี่ยนแปลงไปอย่างมีนัยสำคัญภายหลังจากการเชื่อม แต่สำหรับอลูมิเนียมกลุ่มที่ทำ Heat treatment ได้บางกลุ่ม เช่นกลุ่ม 2xxx  และ7xxx คุณสมบัติด้านความต้านทานต่อการกัดกร่อนจะเปลี่ยนแปลงไป อันเนื่องจากความร้อนที่ได้รับ กรณีของการเชื่อมอลูมิเนียมกลุ่มที่ผสมทองแดง (2xxx) บริเวณ HAZ จะกลายเป็นคาโธดในขณะที่อลูมิเนียมกลุ่มที่ผสมสังกะสี (7xxx) จะกลายเป็นอาโนดเมื่อเทียบกับบริเวณอื่นที่เหลือ

                    ตามหลักการไฟฟ้าเคมี โลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าเป็นลบหรืออาโนดจะถูกกัดกร่อน เพื่อป้องกันส่วนที่เป็นคาโธด ดังนั้นถ้าแนวเชื่อมเป็นอาโนดเมื่อเทียบกับชิ้นงานเชื่อม เช่นในกรณีที่เชื่อมชิ้นงาน 6061 ด้วยลวดเชื่อม 5356 แนวเชื่อมจะถูกกัดกร่อนและเสียหายในที่สุด ถ้าต้องการให้งานเชื่อมนั้นมีค่าความต้านทานต่อการกัดกร่อนได้ดีที่สุด จะต้องพยายามเลือกลวดเชื่อมที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าใกล้เคียงกับชิ้นงานมากที่สุด เช่น เชื่อมอลูมิเนียมกลุ่ม 6063 ด้วยลวดเชื่อม 4043 โดยสามารถใช้ข้อมูลในตารางที่ 1 เพื่อเทียบค่าความต่างศักย์ทางไฟฟ้าระหว่างลวดเชื่อมกับชิ้นงานได้

7. การปรับปรุงคุณสมบัติของแนวเชื่อมด้วยความร้อน ภายหลังจากทำการเชื่อม

โดยทั่วไปอลูมิเนียมกลุ่มที่ทำ Heat treatment ได้ จะสูญเสียคุณสมบัติเชิงกลหลังจากการเชื่อม เช่น อลูมิเนียม 6061 จะมีค่าความแข็งแรงดึงในสภาพก่อนทำการเชื่อมประมาณ 45,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว   แต่เมื่อผ่านการเชื่อม ค่าความแข็งแรงดึงจะลดลงเหลือเพียง 27,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้วเท่านั้น ในกรณีเช่นนี้จึงต้องทำการปรับปรุงคุณสมบัติทางกลกลับมาให้เหมือนเดิม โดยอาศัยกระบวนการทางความร้อนหรือการทำ Heat treatment

ในกรณีที่ยังไม่ตกลงใจว่าจะทำ Heat treatment หลังจาการเชื่อมหรือไม่ ผู้ใช้ควรจะต้องพิจารณาเผื่อไว้ก่อนว่า ลวดเชื่อมที่จะนำมาใช้นั้นสามารถรองรับการทำ Heat treatment ได้หรือไม่ เช่นในกรณีเมื่อต้องการเชื่อมอลูมิเนียม 6061 หากผู้ออกแบบกำหนดให้ใช้ลวดเชื่อม 4043 หรือ 5356  จะพบปัญหาทันที เนื่องจากลวดเชื่อมทั้งสองเบอร์นี้เป็นอลูมิเนียมกลุ่มที่ไม่สามารถทำ Heat treatmentได้ ดังนั้นหากต้องนำชิ้นงานนี้ไปทำการ Heat treatment ผู้ที่ออกแบบจะต้องกำหนดให้มีการใช้ลวดเชื่อมเบอร์อื่นแทน

โดยทั่วไป ลวดเชื่อมที่มีจำหน่ายในท้องตลาด  (เบอร์ 1100, 4043, 5356)      จะไม่สามารถรองรับต่อการทำ Heat treatment ได้ เว้นเสียแต่ว่าจะมีการออกแบบรอยต่อให้เนื้อลวดเชื่อมผสมเข้ากันได้กับชิ้นงานเชื่อมเป็นอย่างดี แต่เป็นที่ทราบกันดีว่าวิธีการนี้ไม่สามารถทำได้โดยง่ายในทางปฏิบัติด้วยเหตุนี้จึงมีการพัฒนาลวดเชื่อมที่สามารถรองรับต่อการทำ Heat treatment ได้ เช่นลวดเชื่อมเบอร์ 4643 ที่ออกแบบมาสำหรับเชื่อมอลูมิเนียมกลุ่ม 6xxx และสามารถให้คุณสมบัติทางกลที่สูงหลังจากผ่านกระบวนการ Heat treatment  เช่นเดียวกับลวดเชื่อมอลูมิเนียมเบอร์ 5180 ที่ออกแบบมาสำหรับการเชื่อมอลูมิเนียมกลุ่ม 7xxx เพื่อให้สามารถปรับคุณสมบัติทางกลของแนวเชื่อมให้สูงขึ้นหลังจากผ่านกระบวนการทางความร้อน ตัวอย่างการใช้งานสำหรับลวดเชื่อมเบอร์นี้ ได้แก่ การเชื่อมโครงของจักรยานที่ทำจากอลูมิเนียมเบอร์ 7005

นอกจากลวดเชื่อมทั้งสองเบอร์ที่กล่าวเป็นตัวอย่างแล้ว ยังมีลวดเชื่อมอลูมิเนียมเบอร์อื่นๆ อีก ที่ออกแบบสำหรับการเชื่อมอลูมิเนียมรูปพรรณรวมทั้งอลูมิเนียมหล่อและสามารถรองรับต่อการทำ Heat treatment ได้ภายหลังจากการเชื่อม เช่นเบอร์ 2319, 4009, 4010, 4145, 206.0, A356.0, A357.0, C355.0 และ 357.0 เป็นต้น

สิ่งสำคัญทั้ง 7 ประการที่กล่าวมานั้นสามารถสรุปได้ว่า การตัดสินใจเลือกลวดเชื่อมสำหรับการเชื่อมอลูมิเนียมที่เหมาะสมนั้น  เป็นส่วนสำคัญต่อการพัฒนาหรือการออกแบบข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อม   ผู้ออกแบบข้อกำหนดในการเชื่อม  ต้องมีความเข้าใจในธรรมชาติของอลูมิเนียมแต่ละกลุ่มรวมทั้งการนำไปใช้งานของชิ้นส่วนนั้นเป็นสำคัญ เพื่อที่จะสามารถทำการเชื่อมได้อย่างประสบความสำเร็จตามที่ต้องการ  *