♦ 6 ขั้นตอนที่ถูกต้องในการแล่นประสาน

 

ผู้เรียบเรียง :  ชัชชัย  อินนุมาตร

การแล่นประสาน เป็นคำภาษาไทยที่แปลความหมายมาจากคำภาษาอังกฤษว่า Brazing ในเชิงวิชาการจะเรียกการต่อโลหะแบบ Brazing ว่า “การแล่นประสาน” หรือ  “การบัดกรีแข็ง”  ในขณะที่คำว่า Soldering  ในเชิงวิชาการจะเรียกว่า “การบัดกรีอ่อน” หรือ “การบัดกรี”  โดยในการใช้งานปัจจุบัน การ Brazing  จะสื่อความกันด้วยคำทับศัพท์ ว่า “บราซซิ่ง” หรือ “เบรซซิ่ง”

กล่าวโดยย่อ การ Brazing คือการต่อโลหะวิธีหนึ่งโดยการให้ความร้อนแก่รอยต่อ จนกระทั่งถึงอุณหภูมิที่สามารถทำให้โลหะเติมหลอมละลาย โดยทั่วไปจะมีระดับอุณหภูมิสูงกว่า 450°C แตไม่ถึงระดับอุณหภูมิหลอมเหลวของโลหะชิ้นงาน  เมื่อให้ความร้อนแก่รอยต่อจนกระทั่งถึงระดับอุณหภูมิที่สามารถทำให้โลหะเติมหลอมละลายแล้ว ก็จะป้อนโลหะเติมหรือลวดให้เข้าไปประสานกับรอยต่อและปล่อยให้เย็นตัวลง ก็จะได้รอยต่อที่ประสานกันอย่างสมบูรณ์

กระบวนการต่อโลหะด้วยวิธี Brazing นี้ ดูเหมือนง่ายและไม่ซับซ้อน แต่ความจริงในทางปฏิบัติ จะมีรายละเอียดปลีกย่อยพอสมควรที่ผู้ใช้จะต้องพิจารณาและตระหนักถึงเสมอในขณะที่ปฏิบัติงาน  ขั้นตอนในการปฏิบัติที่จะกล่าวต่อไปนี้ เป็นขั้นตอนพื้นฐานที่สำคัญในการปฏิบัติงานแบบ Brazing  การละเลยข้อปฏิบัตินี้ ส่งผลต่อความล้มเหลวในการปฏิบัติงานและทำให้ได้รอยต่อที่ไร้ซึ่งคุณภาพในที่สุด

ขั้นตอนที่ 1    ทำความสะอาดชิ้นงานให้ดีที่สุด

อย่าลืมว่าปฏิกิริยาคาปิลลารี จะได้ผลดีที่สุดเมื่อผิวชิ้นงานมีความสะอาด ถ้าบนผิวชิ้นงานมีคราบน้ำมัน  สนิม จารบี สะเก็ดผิวงาน หรือ ฝุ่น คุณต้องทำความสะอาดสิ่งสกปรกพวกนี้ออกให้หมดจด  เพราะสิ่งสกปรกพวกนี้จะขัดขวางการไหลตัวของโลหะเติมบนผิวชิ้นงาน

การทำความสะอาดชิ้นงานบางทีก็เป็นเรื่องยุ่งยาก และควรจะทำความสะอาดอย่างถูกขั้นตอนด้วย ตัวอย่างเช่น หากคุณต้องการล้างผิวชิ้นงานด้วยวิธีการจุ่มน้ำยาเคมี   ก่อนอื่นคุณต้องล้างคราบน้ำมันหรือจารบีบนผิวงานก่อนที่จะนำไปจุ่มน้ำยาเคมี  เพราะน้ำยาเคมีพวกนี้จะใช้ไม่ได้ผลหากผิวงานเปื้อนคราบน้ำมัน คุณสามารถใช้วิธีการล้างร่วมกันได้ ทั้งวิธีการจุ่มงานในสารชะล้างที่เหมาะสม  ใช้วิธีการล้างสารด้วยไอระเหย  หรือการจุ่มในถังน้ำหรืออัลคาไลน์   ในกรณีที่ผิวชิ้นงานมีสนิมหรือคราบอ๊อกไซด์ คุณสามารถทำความสะอาดได้ทั้งวิธีทางเชิงกล เช่นการใช้กระดาษทรายหรือแปรงลวด และ การทำความสะอาดด้วยวิธีทางเคมีเช่นการจุ่มกรด แต่ต้องเป็นกรดที่เข้ากันได้กับโลหะนั้น และต้องตรวจสอบว่าไม่มีสารละลายตกค้างอยู่ในซอกอับ  รูเล็กๆ หรือตามซอกชิ้นงาน ซึ่งจะเป็นสาเหตุให้ขัดขวางการไหลตัวหรือการเปียกผิวของโลหะเติมได้

ชิ้นงานที่ผ่านการใช้งานมาแล้ว หรือการแล่นประสานเพื่อการซ่อมบำรุง ชิ้นงานประเภทนี้มักจะสกปรกเนื่องจากผ่านการใช้งานมาแล้ว  การทำความสะอาดจะต้องใช้วิธีที่มากกว่าปกติ โดยอาจจะใช้การเจียรผิว การตะไบ หรือการยิงทรายช่วย ต่อด้วยการจุ่มน้ำยาทำความสะอาด หลังจากทำความสะอาดแล้ว พึงระลึกเสมอว่า การใช้มือเปล่าหยิบจับชิ้นงาน โดยเฉพาะมือที่สกปรก อาจจะทำให้คราบไขมันที่มือไปทำให้ชิ้นงานสกปรกอีก

ขั้นตอนที่ 2  แน่ใจว่าประกอบงาน โดยมีระยะรอยต่อที่เหมาะสม

การแล่นประสาน ต้องอาศัยปฏิกิริยาคาปิลลารี เพื่อที่จะให้น้ำโลหะเติมที่หลอมเลว วิ่งหรือถูกดูดเข้าไปในรอยต่ออย่างทั่วถึงและสม่ำเสมอ  ดังนั้น ในระหว่างการแล่นประสานคุณต้องรักษาระยะห่างระหว่างผิวชิ้นงานทั้งสองชิ้นให้ได้ระยะที่ถูกต้องเสมอเพื่อให้ปฏิกิริยาคาปิลลารีมีประสิทธิภาพดีที่สุด ระยะห่างที่เหมาะสมควรจะใช้ประมาณ 0.038 มม. แต่ระยะทั่วๆ ไปคือประมาณ 0.025 – 0.127 มม.

ความจริงแล้ว ในการแล่นประสานทุกวันนี้  เพื่อให้ได้รอยต่อที่แข็งแรงนั้น ก็ไม่จำเป็นต้องใช้ระยะห่างของผิวชิ้นงานที่แม่นยำมากนัก เพราะปฏิกิริยาคาปิลลารีสามารถเป็นไปได้ในช่วงระยะที่กว้างพอควรแต่คุณต้องมีระยะเผื่อที่แน่นอน  ในการทำงานใน work shop ทุกวันนี้ สำหรับการแล่นประสานชิ้นงานแบบท่อจะใช้การสวมแบบ Slip Fit ก็จะพอได้ระยะรอยต่อที่เหมาะสมระหว่างชิ้นงานสองชิ้นแล้ว  เพียงแต่ต้องระลึกไว้เสมอว่า ความแข็งแรงของรอยต่อจะลดลงถ้าระยะห่างของรอยต่อมากขึ้น     ปฏิกิริยาคาปิลลารีจะไม่สามารถเกิดขึ้นได้ถ้าระยะรอยต่อเกินกว่า 0.30 มม.  ในกรณีที่คุณทำการแล่นประสานโดยวางชิ้นงานประกบกัน คุณสามารถวางชิ้นงานอีกชิ้นหนึ่งบนชิ้นงานอีกชิ้นหนึ่ง ระยะระหว่างชิ้นงานสองชิ้น ก็เป็นระยะห่างรอยต่อที่เหมาะสมแล้ว เพราะความหยาบของผิวโลหะจะทำให้เกิดระยะห่างที่เหมาะสมได้เอง  ไม่จำเป็นต้องขัดมันหรือปัดผิวชิ้นงานให้เงาเนื่องจากจะทำให้น้ำโลหะเติมมีการเปียกผิวลดลง

เมื่อคุณจะต้องทำการแล่นประสาน ต้องระลึกเสมอว่า ระยะห่างของผิวชิ้นงานทั้งสองชิ้นนั้น คิดที่ระยะอุณหภูมิแล่นประสาน ไม่ใช่ที่อุณหภูมิห้องปกติ  การออกแบบระยะห่างของชิ้นงานต้องคำนึงถึงการขยายตัวของโลหะเมื่อได้รับความร้อนด้วย โดยเฉพาอย่างยิ่งการแล่นประสานงานท่อที่เป็นโลหะต่างชนิดกัน เนื่องจากโลหะแต่ละชนิดจะมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนไม่เท่ากัน

ขั้นตอนที่ 3  การใช้ฟลักซ์กับชิ้นงาน

ฟลักซ์ เป็นสารประกอบทางเคมีที่ใช้ทาบริเวณรอยต่อก่อนทำการแล่นประสาน เพื่อสร้างชั้นบรรยากาศป้องกันอ๊อกซิเจนบริเวณรอยต่อ  เนื่องจากในระหว่างให้ความร้อนบนชิ้นงาน ผิวโลหะที่มีความร้อนสูงจะเร่งการเกิด อ๊อกไซด์ ซึ่งเป็นผลจากการทำปฏิกิริยาทางเคมีกับออกซิเจนที่อยู่ในอากาศ  ถ้าคุณไม่มีการป้องกันการเกิดอ๊อกไซด์นี้ จะทำให้การเปียกผิวและการประสานของโลหะเติมกับรอยต่อทั้งสองชิ้นเป็นไปได้ยาก

การทาฟลักซ์บริเวณรอยต่อจะป้องกันผิวชิ้นงานจากอากาศ  ป้องกันการเกิดอ๊อกไซด์  โดยจะดูดซับและละลายอ๊อกไซด์ที่เกิดขึ้นระหว่างการให้ความร้อนหรือตกค้างมาจากขั้นตอนการทำความสะอาด  คุณสามารถทาฟลักซ์ในบริเวณใดก็ได้ที่ต้องการ ตราบใดที่สามารถปกคลุมบริเวณรอยต่อที่จะทำการแล่นประสานได้พอเพียง  ส่วนมาก ฟลักซ์จะมีลักษณะเป็นครีมเหลว จึงสามารถทาลงบนชิ้นงานได้ง่ายด้วยแปรง

การเลือกใช้ฟลักซ์ ควรจะเลือกใช้ผู้ผลิตเดียวกับโลหะเติมที่ใช้ และศึกษาการเก็บรักษา  อายุการใช้งานจากคู่มือการใช้งาน รวมทั้งเอกสารความปลอดภัยในการใช้งานด้วย

ขั้นตอนที่  4  การประกอบชิ้นงานเพื่อทำการแล่นประสาน

เมื่อคุณเตรียมชิ้นงาน โดยการทำความสะอาดและทาฟลักซ์แล้ว เมื่อทำการยึดจับกับ Fixture จะต้องมั่นใจว่ารอยต่อนั้นยังคงอยู่ในระยะห่าง และทิศทางที่ถูกต้องเมื่อทำการให้ความร้อน  สามารถอาศัยน้ำหนักของชิ้นงานเองประคองรอยต่อให้คงที่ได้ หากชิ้นงานนั้นมีขนาดและน้ำหนักที่เพียงพอ

คุณสามารถใช้วัสดุหรือสิ่งของที่มีน้ำหนักวางทับได้ ตราบได้ที่น้ำหนักกดทับนั้นไม่มากเกินไป หากน้ำหนักกดทับมากเกินไป จะทำให้ระยะห่างของรอยต่อเปลี่ยนไปได้และจะกดรอยต่อจนกระทั่งน้ำโลหะหลอมเหลวไหลออกจากรอยต่อ นอกจากนั้นสิ่งของที่กดทับจะยังเพิ่มปริมาตรของชิ้นส่วนและอาจจะดูดความร้อนออกไป ทำให้ต้องเพิ่มระยะเวลาในการให้ความร้อนมากขึ้นอีกด้วย

 

ขั้นตอนที่  5 การประสานรอยต่อ

การแล่นประสานคือการให้ความร้อนแก่ชิ้นส่วนจนกระทั่งถึงอุณหภูมิการแล่นประสานและทำให้โลหะเติมหลอมและไหลตัวเข้าไปในรอยต่อ  ต้องแน่ใจว่า ให้ความร้อนเพียงแค่ถึงอุณหภูมิแล่นประสานเท่านั้น มิใช่ให้อุณหภูมิสูงจนกระทั่งชิ้นงานหลักเกิดการหลอมละลาย

การให้ความร้อนขั้นตอนแรก  จะต้องให้ความร้อนอย่างสม่ำเสมอไปทั่วถ้วนบริเวณรอยต่อ  ถ้าคุณทำการแล่นประสานชิ้นงานที่มีขนาดเล็ก คุณสามารถให้ความร้อนแก่ชิ้นงานทั้งชิ้นจนกระทั่งถึงอุณหภูมิการแล่นประสานได้  แต่ถ้าเป็นชิ้นงานขนาดใหญ่ ให้ทำการให้ความร้อนเฉพาะบริเวณที่ต้องการเท่านั้น  แหล่งความร้อนที่ใช้ อาจจะเป็นด้ามเชื่อมด้วยแก๊ส  ที่ใช้แก๊สเชื้อเพลิงต่างๆ เช่น อเซทิลีน  ก๊าซหุงต้ม  หรือ หัวเบรินเนอร์ ก็ได้  ขอเพียงแต่ว่าการให้ความร้อนนั้นจะต้องให้ความร้อนแก่ชิ้นงานทั้งสองชิ้นอย่างสม่ำเสมอจนกระทั่งอุณหภูมิการแล่นประสานพร้อมๆ กัน โดยอาศัยการส่ายหัวเชื่อมหรือเปลวไฟไปมาให้ทั่วทั้งรอยต่อ อย่าจี้เปลวไฟไปตรงรอยต่อเพียงจุดเดียว

พยายามอย่าป้อนลวดเชื่อมผิดจังหวะ สังเกตดูฟลักซ์ว่าเมื่อให้ความร้อนจนถึงระดับอุณหภูมิที่เหมาะสมแล้ว ฟลักซ์จะเปลี่ยนสภาพเป็นของเหลวแสดงว่าให้ความร้อนถึงระดับอุณหภูมิที่หมาะสมกับการป้อนลวดเชื่อมแล้ว

ในการป้อนลวดด้วยมือ ให้ทำการป้อนเมื่อให้ความร้อนถึงระดับอุณหภูมิที่หมาะสมกับการป้อนลวดเชื่อมแล้ว โดยป้อนลวดตรงบริเวณรอยต่อและแช่ไว้ ชิ้นส่วนที่ร้อนจะทำให้ลวดเชื่อมละลายและถูกดูดเข้าไปในรอยต่อด้วยปฏิกิริยาคาปิลลารี  ขั้นตอนนี้ คุณอาจจะมีการป้อนฟลักซ์เพิ่มเติมได้โดยการทาฟลักซ์เพิ่มหรือง่ายที่สุดคือการจุ่มปลายลวดร้อนลงไปในกระป๋องฟลักซ์   ในกรณีที่งานมีขนาดใหญ่ฟลักซ์ที่ทาลงไปก่อนหน้านี้อาจจะอิ่มตัวด้วย อ๊อกไซด์  การเพิ่มฟลักซ์โดยใช้วิธีจุ่มปลายลวดร้อนลงไปในกระป๋องฟลักซ์ จะช่วยเพิ่มความสามารถในการไหลของน้ำโลหะเติมได้

ข้อที่ควรพึงระวังคือ โลหะเติมจะพยายามไหลเข้าหาส่วนที่มีอุณหภูมิสูงที่สุด  ในรอยต่อที่ถูกให้ความร้อนนั้น ด้านนอกมักจะมีอุณหภูมิสูงกว่าในซอกรอยต่อ ดังนั้นต้องป้อนลวดเชื่อมให้ใกล้กับรอยต่อให้มากที่สุด หากคุณป้อนลวดเชื่อมห่างจากรอยต่อ ลวดเชื่อมจะหลอมละลายและไหลไม่เป็นที่หรือเข้าไปในรอยต่อได้  และการให้ความร้อนที่ดี จะต้องให้ความร้อนด้านตรงข้ามกับรอยต่อที่คุณจะทำการป้อนลวด

ขั้นตอนที่  6 การทำความสะอาดหลังจากการแล่นประสาน

          หลังจากปฏิบัติการแล่นประสานเรียบร้อยแล้ว ต้องทำความสะอาด เนื่องจากฟลักซ์จะทำให้เกิดการกัดกร่อน โดยปกติ การทำความสะอาดมีสองขั้นตอน ดังนี้

• การขจัดฟลักซ์ที่ใช้ไม่หมด
• การขจัดคราบอ๊อกไซด์ที่เป็นสะเก็ดบนผิวรอยต่อ ด้วยวิธีการจุ่มน้ำยาล้าง

เนื่องจากฟลักซ์ที่ใช้สำหรับงานแล่นประสานส่วนใหญ่ทำละลายได้ด้วยน้ำ สำหรับในกรณีฟลักซ์ที่ใช้ไม่หมดแล้วเหลือตกค้างอยู่บนผิวรอยต่อ สามารถทำความสะอาดหรือล้างได้ง่าย โดยการจุ่มชิ้นงานลงในน้ำร้อนประมาณ 50°C  ให้จุ่มชิ้นงานในน้ำร้อนขณะที่ชิ้นงานกำลังร้อน แต่ต้องแน่ใจว่าก่อนจุ่มน้ำร้อนนั้น โลหะเติมที่อยู่ในรอยต่อนั้นแข็งตัวเรียบร้อยแล้ว  สะเก็ดฟลักซ์ที่แข็งตัวมีลักษณะเหมือนผลึกแก้วนั้นจะแตกและหลุดออกจากผิวชิ้นงาน  หากไม่หมด สามารถใช้แปรงลวดช่วยขัดผิวรอยต่อในขณะที่ชิ้นงานยังคงอยู่ในน้ำร้อน

เหตุผลที่ต้องทำการขจัดฟลักซ์

1. การตรวจสอบรอยต่อไม่สามารถจะกระทำได้ หากมีฟลักซ์หลงเหลือปกคลุมหรือเคลือบผิวอยู่
2. ฟลักซ์อาจจะทำให้เกิดรอยตามด ในรอยต่อ ซึ่งหากชิ้นงานนั้นเป็นชิ้นงานที่ต้องรับแรงดัน รอยตามดอาจจะเป็นสาเหตุให้เกิดการรั่วที่รอยต่อได้
3. ฟลักซ์เป็นสารเคมีที่ดูดความชื้น ฟลักซ์ที่หลงเหลือในรอยต่อจะดูดไอน้ำในอากาศ ก่อให้เกิดการกัดกร่อนของรอยต่อได้ในอนาคต
4. การพ่นสี ทาสี หรือเคลือบผิวรอยต่อ ไม่สามารถกระทำได้ หากมีฟลักซ์หลงเหลือปกคลุมหรือเคลือบผิวอยู่

การขจัดฟลักซ์ตกค้าง

การขจัดฟลักซ์ตกค้างหลังจากปฏิบัติการแล่นประสานเรียบร้อยแล้ว มีหลายวิธี  วิธีที่ประหยัดและง่ายที่สุดคือการจุ่มลงในน้ำร้อน   ฟลักซ์ที่ใช้ในงานอุตสาหกรรมส่วนใหญ่จะละลายได้ด้วยน้ำ  ฟลักซ์ที่ผลิตขึ้นโดยอ้างอิงตามมาตรฐาน AMS3410 และ AMS3411 จะต้องสามารถละลายในน้ำที่อุณหภูมิ 79°C หรือต่ำกว่าได้  ดังนั้นการทำความสะอาดหรือขจัดฟลักซ์ตกค้าง จึงสามารถปฏิบัติได้ดังนี้

การแช่หรือทำให้เปียกน้ำ

ใช้ถังหรืออ่างน้ำร้อนสำหรับแช่ชิ้นงานเพื่อขจัดฟลักซ์ โดยมีการกวนน้ำตลอดเวลา  ทำการเปลี่ยนน้ำเสมอ หากน้ำมีความสกปรก ในกรณีที่หากไม่สามารถแช่น้ำได้ ให้ใช้สเปรย์ฉีดน้ำร่วมกับแปรงขัดบริเวณรอยต่อ เพื่อให้ฟลักซ์ตกค้างหลุดออกไป

การชุบ

การทำการชุบชิ้นงานลงน้ำในขณะที่ชิ้นงานยังร้อนอยู่ อาศัยหลักการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบกะทันหัน (Thermal Shock) เพื่อให้สะเก็ดฟลักซ์ที่แข็งกะเทาะหลุดร่อนออกไปเอง  พึงระวังว่าก่อนที่จะชุบชิ้นงานลงน้ำ ต้องมั่นใจว่าโลหะเติมที่อยู่ในรอยต่อมีการแข็งตัวดีแล้ว  และต้องพิจารณาถึงโลหะชิ้นงานหลักด้วยว่า ชิ้นงานทั้งสองชิ้นนั้นมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัว/หดตัวเนื่องจากอุณหภูมิต่างกันมากหรือไม่ มิเช่นนั้น ชิ้นงานอาจจะเกิดการแตกร้าวได้ หรืออาจจะทำให้โลหะประสานเกิดการฉีกขาดได้

เราสามารถใช้กรรมวิธีการทำความสะอาดอื่นๆ ที่ซับซ้อนกว่านี้ได้ เช่น การทำความสะอาดด้วยคลื่นอุลตร้าโซนิค หรือการฉีดน้ำแรงดันสูง หรือวิธีต่างๆ ดังนี้

การฉีดด้วยน้ำแรงดันไอน้ำ  การทำความสะอาดด้วยวิธีนี้จะใช้แรงดันไอน้ำที่มีอุณหภูมิสูงฉีดบริเวณรอยต่อเพื่อละลายและเป่าฟลักซ์ตกค้างออกไป

การทำความสะอาดด้วยเคมี  อาจจะเป็นการล้างด้วยสารเคมีที่เป็นกรดหรือด่างก็ได้ โดยทั่วไปจะแช่ชิ้นงานลงไปในถังล้างในเวลาสั้นๆ เพื่อป้องกันการเสียหายของตัวชิ้นงาน  สำหรับการทำความสะอาดด้วยวิธีนี้ต้องตรวจสอบค่า pH เสมอ และทำการเปลี่ยนน้ำยาล้างเมื่อค่า pH เปลี่ยนไป

การทำความสะอาดด้วยกรรมวิธีทางกล  เช่นการใช้แปรงขัด หรือการพ่นทราย เพิ่มความระมัดระวังหากปฏิบัติบนวัสดุที่มีความอ่อน เช่น อลูมิเนียม

บางครั้งคุณอาจจะพบปัญหาว่า ทำความสะอาดฟลักซ์ได้ยากด้วยวิธีปกติ เนื่องจากคุณใช้ฟลักซ์น้อยเกินไปหรือคุณให้ความร้อนมากเกินไป ทำให้ฟลักซ์อิ่มตัวด้วยอ๊อกไซด์ ซึ่งโดยปกติจะกลายเป็นสีเขียวหรือดำ กรณีเช่นนี้ อาจจะต้องทำความสะอาดด้วยวิธีการจุ่มกรดอ่อนๆ  เช่นกรดไฮโดรคลอริค 25% (ให้ความร้อน 60-70°C) สำหรับการละลายฟลักซ์ที่เป็นผิวขรุขระบนชิ้นงาน  โดยการจุ่มชิ้นงานและกวนในสารละลายประมาณ 30 วินาที ถึง 2 นาที ไม่ต้องใช้แปรงขัด  ขณะใช้งานต้องสวมอุปกรณ์ป้องกันอันตรายจากกรด ควรระมัดระวังจากการกระเด็นของกรด