กระบวนการเชื่อมใต้ฟลักซ์ (SAW) (Submerged Arc Welding) คือกระบวนการเชื่อมไฟฟ้าที่ป้อนลวดเชื่อมและฟลักซ์เม็ดเข้าสู่แนวเชื่อมพร้อมกัน ทำให้การอาร์กเกิดขึ้นใต้ชั้นฟลักซ์ที่ปกคลุมมิดชิด จึงไม่มีแสงจ้า ควัน และสะเก็ดไฟ ให้อัตราการเติมเนื้อโลหะสูงและแนวเชื่อมซึมลึกสม่ำเสมอ เหมาะกับงานเชื่อมโลหะแผ่นหนาในแนวราบ เช่น โครงสร้างเหล็ก ถังแรงดัน และงานต่อเรือ ดูสินค้าที่เกี่ยวข้องได้ที่ เครื่องเชื่อมใต้ฟลักซ์ ลวดเชื่อม และฟลักซ์เชื่อม SAW

หลักการทำงานของกระบวนการเชื่อมใต้ฟลักซ์ (SAW) หรือการเชื่อมซับเมิร์จ

การเชื่อมซับเมิร์จ มีหลักการทำงานโดยใช้การป้อนอิเลคโตรดเข้าสู่ชิ้นงานด้วยอัตราเร็วที่ถูกกำหนดไว้ และแท่นของตัวป้อนจะมีการเคลื่อนที่ไปตามแนวเชื่อม โดยอาจจะเป็นการควบคุมแบบอัตโนมัติหรือแบบ Manual ก็ได้ ในระหว่างที่ทำการเชื่อมจะมีการป้อนฟลักซ์เข้าไปบริเวณรอบๆ อิเลคโตรด เพื่อให้ครอบคลุมบริเวณที่ทำการเชื่อม ซึ่งในช่วงดังกล่าวความร้อนจากการอาร์คจะหลอมละลายบางส่วนของฟลักซ์รวมเข้ากับปลายอิเลคโตรด และผิวหน้าของชิ้นงานเกิดเป็นบ่อหลอมโลหะขึ้น ซึ่งจะทำให้ฟองอากาศหลุดออกจากบ่อหลอมโลหะ บริเวณเหนือรอยเชื่อมที่ปกคลุมด้วยฟลักซ์ จะได้รับการป้องกันการปนเปื้อนของบรรยากาศเข้าสู่บ่อหลอมโลหะ และฟลักซ์ยังช่วยละลายสิ่งเจือปนในโลหะชิ้นงานและอิเลคโตรด ให้เกิดการลอยตัวขึ้นที่ผิวด้านบนของรอยเชื่อม นอกจากนั้นฟลักซ์ที่เติมเข้าไปอาจช่วยเติมหรือกำจัดโลหะบางชนิดได้ และเมื่อรอยเชื่อมเกิดการเย็นตัวลง ฟลักซ์ที่ผิวหน้าจะแข็งตัวเพื่อทำหน้าที่ปกคลุมรอยเชื่อมอีกชั้นหนึ่ง ซึ่งจำเป็นต้องกำจัดฟลักซ์ที่ผิวหน้าออกก่อนที่จะทำการเชื่อมในรอบถัดไป ระบบการเชื่อมใต้ฟลักซ์หรือการเชื่อมซับเมิร์จ แสดงดังรูปที่ 1

 

รูปที่ 1 ระบบการเชื่อมใต้ฟลักซ์หรือการเชื่อมซับเมิร์จ (source : http://www.twi.co.uk)

 

วิธีการใช้งาน SAW มีกี่แบบ

การเชื่อมใต้ฟลักซ์หรือการเชื่อมซับเมิร์จ สามารถที่จะใช้ทำการเชื่อมได้ 3 แบบ ดังนี้

1. การเชื่อมแบบกึ่งอัตโนมัติ (Semi-automatic): ป้อนอิเลคโตรดโดยใช้ตัวป้อน (Wire Feeder) และป้อนฟลักซ์จากถุงบรรจุฟลักซ์ (Hopper) โดยอาศัยแรงโน้มถ่วงเข้าสู่หัวจ่ายฟลักซ์ ใช้อิเลคโตรดขนาดเล็กและความเร็วในการเชื่อมปานกลาง ควบคุมการเคลื่อนที่ด้วยมือหรือมอเตอร์ขับก็ได้
2. การเชื่อมแบบอัตโนมัติ (Automatic): ทำการเชื่อมโดยใช้เครื่อง ซึ่งไม่จำเป็นต้องมีคนช่วยปรับแต่งใด ๆ ทั้งสิ้น
3. การเชื่อมโดยใช้เครื่อง (Mechanized): เหมือนแบบอัตโนมัติ แต่ต้องมีคนควบคุมตำแหน่งที่จะเชื่อม เปิด-ปิด และปรับอัตราเร็วในการเชื่อม

 

ส่วนประกอบและอุปกรณ์หลักใน กระบวนการเชื่อมใต้ฟลักซ์

อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับการเชื่อมใต้ฟลักซ์หรือการเชื่อมซับเมิร์จ มีส่วนประกอบหลัก 5 อย่าง คือ

1. ระบบจ่ายไฟ (Power Supply)
2. ระบบป้อนอิเลคโตรด
3. ระบบจ่ายฟลักซ์
4. ระบบควบคุมการเคลื่อนที่
5. ระบบควบคุมกระบวนการ

นอกจากนี้อาจมีอุปกรณ์เพิ่มเติมอื่น ๆ ได้อีกเช่น ระบบการดูดฟลักซ์กลับมาใช้ใหม่ หรือระบบควบคุมตำแหน่ง

 

รูปที่ 2 ส่วนประกอบของระบบการเชื่อมใต้ฟลักซ์หรือการเชื่อมซับเมิร์จ (source : http://www.weldguru.com)

 

ระบบจ่ายไฟ (Power Supply) มีหลายชนิดได้แก่

1. ระบบ DC Constant Voltage (CV): เหมาะสำหรับการเชื่อมแบบกึ่งอัตโนมัติที่ช่วงกระแส 300 – 600 A และอิเลคโตรดขนาด 1.6, 2.0 และ 2.4 มม. หากใช้กับการเชื่อมแบบอัตโนมัติจะใช้ที่ช่วง 300 – 1,000 A และอิเลคโตรดขนาด 2.4-6.4 มม. อย่างไรก็ตามไม่ควรใช้ที่กระแสสูงกว่า 1,000 A เนื่องจากจะเกิดการ Arc Blow (ดูในบทความเรื่องการเชื่อมไฟฟ้า – SMAW) อย่างรุนแรง โดยทั่วไปนิยมใช้ CV ในการเชื่อมโลหะที่มีลักษณะบางและต้องการความเร็วสูง
2. ระบบ DC Constant Current (CC): ใช้ที่กระแสไม่เกิน 1,500 A ระบบนี้จะต้องมีตัวปรับแรงดันเพื่อควบคุมอัตราเร็วในการป้อนอิเลคโตรดในขณะที่แรงดันในการอาร์คมีการเปลี่ยนแปลง เพื่อช่วยให้ความยาวในการอาร์คมีค่าคงที่ แต่เนื่องจากระบบการควบคุมแบบนี้มีราคาแพง จึงนิยมใช้การควบคุมอัตราการป้อนอิเลคโตรดแบบความเร็วคงที่กับ CV แทน
3. ระบบ CV/CC: สามารถปรับเปลี่ยนไปใช้ได้ทั้งแบบ CV และ CC โดยใช้ได้ที่กระแสมากที่สุด 1,500 A แต่โดยทั่วไปนิยมใช้ที่กระแสต่ำกว่า 650 A
4. ระบบ AC: นิยมใช้ในช่วงกระแส 800 – 1,500 A และใช้อิเลคโตรดได้หลายชนิด มีระยะห่างระหว่างอิเลคโตรดกับชิ้นงานต่ำและเกิดการ Arc Blow น้อย

 

ระบบการป้อนอิเลคโตรดและชุดหัวเชื่อม (Weld Head)

สำหรับการเชื่อมกึ่งอัตโนมัติจะใช้ระบบ CV เพื่อควบคุมให้อัตราการป้อนมีค่าคงที่ และระบบ CC จะใช้เพื่อตรวจสอบค่าแรงดันในการอาร์คและปรับความเร็วในการป้อนของอิเลคโตรดเพื่อรักษาให้แรงดันในการอาร์คมีค่าคงที่ ระบบการป้อนอิเลคโตรดแบบง่าย ๆ จะทำโดยการหมุนปุ่มปรับเพื่อปรับอัตราเร็วในการป้อนให้คงที่ ซึ่งมีการใช้ทั้งในระบบ CV และ CC สำหรับระยะการป้อนที่ควบคุมด้วย Microprocessor จะใช้กับแบบ CV เท่านั้น

 

รูปที่  2  Wire feeder   (source : www.directindustry.com  )

ชุดหัวเชื่อม (Weld Head)

ชุดหัวเชื่อมสำหรับการเชื่อมใต้ฟลักซ์หรือการเชื่อมซับเมิร์จ จะประกอบด้วยมอเตอร์ขับตัวป้อนและม้วนของเส้นลวด นอกจากนั้นยังมีหัวเชื่อม (Torch) และหัวพ่นฟลักซ์ติดตั้งอยู่ด้วย มอเตอร์ป้อนลวดจะมีเกียร์ทดเพื่อปรับอัตราเร็วในการป้อนให้อยู่ที่ 8 – 235 มม/วินาที หัวเชื่อมจะมี Guide tube เพื่อประคองเส้นลวดเข้าสู่ปลายหัวเชื่อมในบริเวณที่จะเกิดการอาร์ค

อุปกรณ์ประกอบอื่น ๆ ได้แก่

1. อุปกรณ์ช่วยในการเคลื่อนที่ ซึ่งความเร็วในการเคลื่อนที่ไม่ควรเกิน 45 มม/วินาที (ในแนวรอยเชื่อม)

2. ชุดดูดฟลักซ์กลับมาใช้ เพื่อใช้ฟลักซ์ให้เกิดประโยชน์สูงที่สุด โดยจะทำหน้าที่ดังนี้

• กำจัดฟลักซ์ที่ไม่ละลายและ Slag บริเวณหลังรอยเชื่อม
• คัดแยก Slag ที่ละลายแล้วและวัสดุที่มีขนาดใหญ่ออก
• กำจัดสารแม่เหล็กออก
• หมุนเวียนฟลักซ์ที่ยังใช้ได้กลับสู่ Hopper
• รักษาความร้อนแก่ฟลักซ์ใน Hopper เพื่อลดความชื้น

ระบบควบคุมตำแหน่ง เนื่องจากการเชื่อมใต้ฟลักซ์หรือการเชื่อมซับเมิร์จจะมีข้อจำกัดคือจะเชื่อมได้ในแนวราบเท่านั้น ดังนั้นจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ช่วยในการเปลี่ยนตำแหน่งชิ้นงานเพื่อให้ได้แนวเชื่อมตามที่ต้องการ

 

วัสดุและอิเลคโตรดที่ใช้ในงานเชื่อม SAW

วัสดุที่เกี่ยวข้อง โลหะที่ใช้เชื่อมโดยทั่ว ๆ ไป ได้แก่

• Carbon Steel ที่มี % ของ C สูงถึง 0.29 %
• Low Alloy Steel (Yield Strength สูงถึง 690 M/A)
• Chromium – Molybdenum Steel (0.5 – 9 % ของ Cr, 0.5 – 1 % Mo)
• Stainless Steel
• โลหะผสมนิกเกิล

อิเลคโตรดที่ใช้จะเป็นลวดเปลือยที่ผลิตจากโลหะผสมและเก็บในม้วน สำหรับลวดที่เป็นเหล็กจะมีการเคลือบผิวด้วยทองแดง ซึ่งจะช่วยเพิ่มอายุการใช้งาน ลดการสึกหรอที่ท่อนำอิเลคโตรด และเพิ่มการนำไฟฟ้า ขนาดของอิเลคโตรดจะมีตั้งแต่ 1.6 – 6.4 มม. ตามพิกัดของกระแสที่สามารถรับได้ดังแสดงตารางที่ 1

(source : http://www.twi.co.uk)

📊 อ้างอิงตามมาตรฐาน: ขนาดอิเลคโตรดสำหรับ SAW อยู่ในช่วง 1.6 – 6.4 มม. รองรับกระแสเชื่อมตั้งแต่ 300 A (ระบบ CV กึ่งอัตโนมัติ) ไปจนถึง 1,500 A (ระบบ AC/CV-CC) — ไม่ควรเกิน 1,000 A สำหรับระบบ CV เพื่อหลีกเลี่ยง Arc Blow รุนแรง (อ้างอิง: Welding Handbook, 8th Edition, AWS)

 

ฟลักซ์ (Flux) ชนิดต่าง ๆ และข้อดี-ข้อด้อย

ฟลักซ์เป็นเม็ดของแร่ที่มีส่วนผสมหลายอย่างตามคุณสมบัติที่ต้องการ แบ่งออกเป็น 3 ชนิดหลัก ดังนี้

1. Fused Flux: ผลิตจากวัตถุดิบหลายชนิดผสมรวมกันในเตาไฟฟ้า จากนั้นเตรียมให้ได้ตามขนาดที่ต้องการ
   • ข้อดี: มีความเป็นเนื้อเดียวกันสูง ไม่ดูดความชื้น สามารถ Recycle ได้ง่ายเนื่องจากมีขนาดสม่ำเสมอ และกำจัดสารที่ไม่เกี่ยวข้องออกได้ง่าย
   • ข้อด้อย: การเติมสารป้องกันการเกิด Oxidation และ Ferro alloy ระหว่างการผลิตทำได้ยากซึ่งจะเกิดการสูญเสียมาก และใช้อุณหภูมิสูงในการผลิต
2. Bonded Flux: ผลิตจากวัตถุดิบหลายชนิดที่เป็นผงนำมาผสมกันโดยใช้ Potassium Silicate และ/หรือ Sodium Silicate ให้เป็นเนื้อเดียวกัน หลังจากนั้นทำการผสมและอบโดยใช้อุณหภูมิต่ำกว่าแบบ Fused Flux และผลิตให้ได้รูปร่างตามต้องการ
   • ข้อดี: ง่ายต่อการเติมสารป้องกันการเกิด Oxidation และ Ferro alloy ใช้สีเป็นตัวแยกประเภท และทำให้ชั้นของฟลักซ์มีความหนามากขึ้นในขณะเชื่อม
   • ข้อด้อย: มีแนวโน้มที่จะดูดความชื้นได้ง่าย อาจเกิดแก๊สจาก Slag ที่หลอมเหลว และการคัดแยกอาจทำให้ฟลักซ์เปลี่ยนคุณสมบัติเนื่องจากส่วนผสมขนาดเล็กถูกกำจัดออก
3. Mechanical Mixed Flux: ใช้ Fused Flux และ Bonded Flux ผสมกันในสัดส่วนที่ต้องการ
   • ข้อดี: มีคุณสมบัติตามที่ต้องการในกระบวนการเชื่อมชนิดพิเศษ
   • ข้อเสีย: เกิดการแยกตัวระหว่างการขนส่ง เก็บรักษา และการจัดการ เกิดการแยกตัวใน Recovery system และส่วนผสมไม่คงที่

ขนาดของอนุภาคและการกระจายตัว ลักษณะและขนาดรวมทั้งการกระจายตัวที่สม่ำเสมอของฟลักซ์มีความสำคัญต่อการป้อนและการนำกลับมาใช้ใหม่ ระดับของกระแสที่ใช้ รูปร่างและความสม่ำเสมอของรอยเชื่อม โดยปกติจะใช้กระแสเชื่อมเพิ่มขึ้นเมื่อฟลักซ์มีขนาดเล็กลงและเปอร์เซ็นต์ของอนุภาคที่มีขนาดเล็กเพิ่มมากขึ้น ผู้ผลิตจะระบุขนาดของฟลักซ์ด้วยเลข 2 ส่วน โดยที่ส่วนแรกระบุขนาดตะแกรง (Mesh) ที่อนุภาคที่ต้องการสามารถผ่านไปได้ ส่วนที่สองคือขนาดของ Mesh ที่อนุภาคส่วนใหญ่ไม่สามารถผ่านได้

 

ในการปฏิบัติงานมีตัวแปรหลายอย่างที่มีผลต่อการเชื่อมดังนี้   

•  กระแสที่ใช้

จะมีผลกระทบต่ออัตราการหลอมเหลวของอิเลคโตรด, ความลึกของรอยเชื่อมและการหลอมเหลวของชิ้นงานถ้าหากเพิ่มกระแสจะมีแนวโน้มให้ตัวแปรต่าง ๆ มีค่าสูงขึ้น แต่ถ้ากระแสสูงเกินไปจะทำให้สิ้นเปลืองอิเลคโตรดและรอยเชื่อมที่ได้ใหญ่เกินไปและอาจเกิดการบิดตัวในชิ้นงานมากขึ้นและอาจมีการเกิด Undercut (ดูในบทความกระบวนการเชื่อมไฟฟ้า – SMAW) แต่ถ้ากระแสน้อยไปจะเกิดรอยเชื่อมที่ไม่สมบูรณ์ขึ้นและเกิดการอาร์คที่ไม่สม่ำเสมอ

• แรงดันในการเชื่อม   

ในการปรับแรงดันจะปรับตามค่าความยาวในการอาร์คระหว่างอิเลคโตรดและชิ้นงานถ้าหากแรงดันเพิ่มความยาวในการอาร์คจะมากขึ้น ในทางตรงข้ามถ้าแรงดันลดลงความยาวในการอาร์คก็จะลดลง  ค่าแรงดันจะมีผลกระทบต่ออัตราการสิ้นเปลืองของอิเลคโตรดไม่มากเหมือนกับกระแสที่ใช้  แต่ค่าแรงดันจะมีผลกระทบต่อรูปร่างของรอยเชื่อมและลักษณะพื้นที่หน้าตัดของรอยเชื่อมมากกว่า  ถ้าหากทำการเพิ่มแรงดันในการเชื่อมในขณะที่กระแสและความเร็วในการเชื่อมคงที่จะทำให้

•  รอยเชื่อมแบนและกว้างขึ้น
•  เปลืองฟลักซ์มากขึ้น
•  ความพรุนในรอยเชื่อมลดลง
•  ความแข็งแรงลดลง
•  มีการดึง Alloy ออกจาก ฟลักซ์มากขึ้น
• ถ้าแรงดันในการอาร์คสูงเกินไปจะทำให้
• รอยเชื่อมมีขนาดกว้างและเกิดการแตกร้าว
• กำจัด Slag ออกจากรอยเชื่อมได้ยากขึ้น
• รูปร่างรอยเชื่อมโค้งซึ่งอาจเกิดการแตกร้าวขึ้น
• เกิด Undercut ที่ขอบของรอยเชื่อม
• การลดแรงดันลงจะช่วยเพิ่มการซึมลึกและลดการเกิด Arc Blow แต่ถ้าแรงดันต่ำเกินไปจะทำให้รอยเชื่อมแคบและยากต่อการกำจัด Slag ออกไป

ความเร็วในการเชื่อม

ถ้าเพิ่มความเร็วในการเชื่อมจะทำให้

1.   ความร้อนที่ใช้ในการเชื่อมต่อหนึ่งหน่วยความยาวของรอยเชื่อมลดลง
2.   ปริมาณของโลหะที่เติมลงไปในรอยเชื่อมต่อหน่วยความยาวของรอยเชื่อมลดลงซึ่งจะทำให้ความแข็งแรง  ลดลง ซึ่งจะทำให้รอยเชื่อมมีขนาดเล็กลง

ค่าความเร็วในการเชื่อมจะมีผลต่อการซึมลึกมากกว่ากระแสที่ใช้  ถ้าความเร็วสูงเกินไปจะทำให้เกิด Under Cut, Arc blow, รอยเชื่อมมีความพรุนมากขึ้น

ถ้าความเร็วต่ำเกินไปจะทำให้

1.  รอยเชื่อมจะโค้งซึ่งจะเกิดการแตกร้าวขึ้น
2.  เกิดการอาร์คที่รุนแรงเกินไป
3.  Slag จะละลายเข้าสู่รอยเชื่อม และรอยเชื่อมจะมีลักษณะหยาบ

ขนาดของอิเลคโตรด 

ถ้าให้ค่ากระแสที่ใช้ในการเชื่อมคงที่ ขนาดอิเลคโตรดจะมีผลต่อรูปร่างของรอยเชื่อมและความลึกของรอยเชื่อม  โดยทั่วไปนิยมใช้อิเลคโตรดที่มีขนาดเล็กกับเครื่องแบบกึ่งอัตโนมัติเพื่อให้สะดวกต่อการเคลื่อนที่และยังนิยมใช้สำหรับเครื่องเชื่อมแบบหลายหัวเชื่อมเชื่อม  ในกรณีที่ชิ้นงานมีปัญหาในการ Fit Up นอกจากนั้นขนาดของอิเลคโตรดยังมีผลต่ออัตราการสิ้นเปลืองของอิเลคโตรดโดยที่อิเลคโตรดที่มีขนาดเล็กจะมีความเข้มของกระแสและสิ้นเปลืองเร็วกว่าอิเลคโตรดที่มีขนาดใหญ่     อย่างไรก็ตามอิเลคโตรดที่มีขนาดใหญ่จะสามารถรับกระแสได้สูงกว่าอิเลคโตรดที่มีขนาดเล็ก

การต่อเชื่อมอิเลคโตรด (Electrede Extension) 

ในกรณีที่ค่าความเข้มของกระแสที่มากกว่า 125 A/mm² จำเป็นต้องมีการต่ออิเลคโตรดให้ยาวเพิ่มขึ้นรองรับกับอัตราการหลอมเหลวของอิเลคโตรดที่เพิ่มขึ้น  แต่จะทำให้เกิดความร้อนที่อิเลคโตรดมากขึ้น เนื่องจากค่าความต้านทานที่มีค่ามากขึ้น  โดยทั่วไปนิยมต่อเพิ่มที่ความยาว  8  เท่าของขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของอิเลคโตรด เพื่อให้สามารถเริ่มต้นทำการเชื่อมได้ดี    ในการต่อเชื่อมจะใช้ Contact Tube เชื่อมอิเลคโตรดเข้าด้วยกัน  ค่าความยาวสูงสุดสำหรับการต่อเชื่อมอิเลคโตรดเหล็กแข็งในกระบวนการ การเชื่อมใต้ฟลักซ์หรือการเชื่อมซับเมิร์จ มีดังนี้

1. ความยาวสูงสุดไม่เกิน  3  นิ้ว  สำหรับอิเลคโตรดขนาด  5/64 , 3/32 , 1/8   นิ้ว (2.0, 2.4และ 3.0 มม.)
2. ความยาวสูงสุดไม่เกิน  5 นิ้ว  สำหรับอิเลคโตรดขนาด  5/32 , 3/16 , 7/32  นิ้ว (4.0, 5.0และ 6.0 มม.)

ความกว้างและความลึกของฟลักซ์  

ความกว้างและความลึกของชั้นฟลักซ์ จะมีผลต่อรูปร่างและความแข็งแรงของรอยเชื่อม  ถ้าชั้นของฟลักซ์มีความลึกมากจะทำให้แก๊สที่เกิดจากการเชื่อมระบายออกได้ยาก    เป็นผลให้รอยเชื่อมเกิดการบิดตัวมากกว่าปกติ    ถ้าชั้นของฟลักซ์มีความลึกน้อยเกินไปจะไม่สามารถปกคลุมบริเวณที่เกิดการอาร์คได้ทั่วถึงจะทำให้เกิด flashing และรอยเชื่อมกระเด็นออกมาข้างนอก (spattering) ซึ่งจะทำให้แนวเชื่อมไม่สวยและอาจเกิดรูพรุนขึ้นได้  ในการหาค่าความหนาที่เหมาะสมจะทำโดยการค่อยๆ เพิ่มความสูงของฟลักซ์อย่างช้า  ๆ จนกระทั่งไม่เกิด flashing  และเสียงที่เกิดจากการจุดระเบิดเงียบลง

ในขั้นตอนของการนำฟลักซ์กลับมาใช้นั้นควรทำในบริเณพื้นที่รอบแนวเชื่อมในระยะ12  นิ้วให้สะอาดก่อนการเชื่อมเพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งแปลกปลอมเข้าไปปะปนกับฟลักซ์ที่นำกลับมาใช้ใหม่   ในกรณีที่เกิดมีฟลักซ์ที่หลอมละลายแล้วปะปนเข้ามาควรทำการคัดแยกโดยใช้ตะแกรงที่มีความโตไม่เกิน 1/8 นิ้ว (ประมาณ 3 มม.)  เพื่อกำจัดฟลักซ์ดังกล่าวออก  โดยปกติแล้วฟลักซ์ที่บรรจุมาจากผู้ผลิตจะมีการป้องกันความชื้นมาอย่างดี ถ้าหากเราเก็บอยู่ในจุดที่มีค่าความชื้นมาก ก่อนนำมาใช้ต้องทำการอบเพื่อไล่ความชื้นออกก่อนเพื่อป้องกันการเกิดรูพรุนในแนวเชื่อม

ชนิดของรอยเชื่อม     

ชนิดของรอยเชื่อมโลหะที่เกิดจากรอยต่อชนิดต่าง ๆ   จะมีชื่อเรียกดังนี้

•    รอยเชื่อมสันนูน   (BEAD WELD)   มีลักษะดังรูปที่  3  ซึ่งมีลักษณะ

เป็นสันนูนขนาดต่างๆ  ขึ้นอยู่กับการส่ายลวดเชื่อมหรือขนาดของลวดเชื่อม  ใช้ในงานเชื่อมพอกผิว พอกเสริมชิ้นงานให้สูงขึ้น

 รูปที่  3  แสดงลักษณะของรอยเชื่อมสันนูน

• รอยเชื่อมร่อง  (GROOVE WELD)  มีอยู่ด้วยกันหลายลักษณะซึ่งการใช้งานจะอยู่กับความหนาและการบากงานแบบต่าง ๆ แสดงในรูปที่  4  ซึ่งรอยเชื่อมชนิดนี้จะเชื่อมโดยเปิดระยะรอยต่อชิ้นงาน  ซึ่งจะบากหน้างานหรือไม่บากก็ได้

 รูปที่  4  แสดงลักษณะของรอยเชื่อมร่อง  (GROOVE WELD)

• รอยเชื่อมมุม (FILLET WELD)  เป็นรอยเชื่อมที่เกิดจากการวางชิ้นงานสองชิ้นให้ตั้งฉากซึ่งกันและกันหรือเกยกัน  ในการเชื่อมจะเชื่อมแนวเดียวหรือหลายแนวก็ได้ขึ้นอยู่กับการออกแบบรอยเชื่อมและความหนาของงาน  ดังแสดงในรูปที่  5  ซึ่งรูปร่างของแนวเชื่อมจะเป็นรูปสามเหลี่ยม

 

รูปที่  5  แสดงลักษณะของรอยเชื่อมมุม (FILLET WELD)

• รอยเชื่อมอุด  (PLUG WELD)  เป็นรอยเชื่อมที่เกิดจากการเชื่อมอุดรูและอุดร่องบนชิ้นงานที่วางในลักษณะเกยกัน  โดยเจาะรูเฉพาะชิ้นงานแผ่นบน  แล้วทำการเชื่อมให้เต็มรูรอยเชื่อมชนิดนี้เหมาะสำหรับงานที่ไม่ต้องการให้ขอบงานมีรอยเชื่อม   ดังแสดงในรูปที่  6

รูปที่  6  ลักษณะของรอยเชื่อมอุด  (Plug  Weld)

วิธีปฏิบัติงานเชื่อม

ในงานเชื่อมควรมีการเตรียมงานก่อนที่จะเชื่อมเพื่อให้ชิ้นงานที่ได้มีคุณภาพตามต้องการดังต่อไปนี้   การเตรียมขอบและรอยต่อ  ควรพิจารณาถึงระยะห่างของแผ่นโลหะที่จะนำมาต่อกันและสภาพของขอบแผ่นโลหะที่จะนำมาต่อกัน

การประกอบรอยเชื่อม (Joint fit up)

ก่อนที่จะประกอบชิ้นงานเข้าด้วยกันควรจะต้องทำให้ระยะห่างของแผ่นโลหะที่จะเชื่อมมีความสม่ำเสมอเพื่อให้แนวเชื่อมได้ระดับ นอกจากนี้ความหนาของแนวเชื่อมควรมีค่าสม่ำเสมอ

การเสริมด้านหลังแนวเชื่อม (Weld Backing)

ในการเชื่อมที่มีปริมาณมาก ๆ นั้น อาจเกิดการเสียเวลาเพื่อใช้ในการรอให้รอยเชื่อมที่หลอมเหลวเกิดการแข็งตัว  จึงจำเป็นที่จะต้องมีวิธีการรองรับโลหะที่หลอมเหลวไม่ให้กระจายออกไปด้านหลังแนวเชื่อม ซึ่งมีหลายวิธีดังนี้

1.   Backing Strips
2.   Backing Welds
3.   Copper Backing Bars
4.   Flux Backing
5.   Backing Tapes

สองวิธีแรกนั้น วัสดุที่ใช้รองด้านหลังจะกลายเป็นเนื้อเดียวกับรอยเชื่อม   ส่วนสามวิธีหลังสามารถถอดวัสดุรองด้านหลังออกได้ Backing Strips  วัสดุที่ใช้รองด้างหลังจะต้องใกล้เคียงกับแผ่นโลหะที่ใช้เชื่อมBacking Welds  จะใช้วิธีเชื่อมปิดร่องด้านตรงข้ามแนวเชื่อม

รูปที่  7  Backing bar & Backing weld  ( source : http://deltaschooloftrades.com )

Copper backing bars  จะใช้แท่งทองแดงรองด้านหลังแนวเชื่อม  แต่แท่งทองแดงจะไม่รวมตัวเป็นเนื้อเดียวกันกับรอยเชื่อมเนื่องจากมีค่าการนำความร้อนสูง  และในการใช้งานต้องใช้แท่งทองแดงที่มีขนาดใหญ่เพียงพอที่จะไม่ทำให้เกิดการละลายของทองแดงเข้าไปในรอยเชื่อม ในบางครั้งอาจทำการป้อนน้ำหล่อเย็นเข้าไปภายในท่อทองแดงด้วยก็ได้

Flux backing   วิธีนี้จะทำการป้อนฟลักซ์ที่ความดันปานกลางด้านหลังรอยเชื่อมและมีแผ่นที่ทำจากวัสดุยืดหยุ่นได้กั้นกลางระหว่างฟลักซ์และด้านตรงข้ามแนวเชื่อมอีกทีหนึ่งเพื่อป้องกันการสูญเสียฟลักซ์

รูปที่  8  Flux Backing  (source : www.esabna.com)

การขึ้นรูป (fixturing)     

มีวัตถุประสงค์เพื่อรักษา ระดับ(alignment) ของชิ้นงานให้คงที่ตามที่ต้องการในระหว่างที่ทำการเชื่อม เช่นการใช้ Clamp ยึด , การเชื่อมแต้มที่ชิ้นงาน, การเชื่อมชิ้นงานที่มีลักษณะเอียง มุมเอียงของชิ้นงานจะมีผลต่อรูปร่างของรอยเชื่อม   โดยปกติแล้วเราจะทำการเชื่อมใต้ฟลักซ์หรือการเชื่อมซับเมิร์จ กับชิ้นงานที่อยู่ในแนวราบ อย่างไรก็ตามในบางครั้งจำเป็นต้องทำการเชื่อมชิ้นงานที่มีการเอียงเล็กน้อย  ซึ่งสามารถที่จะเคลื่อนที่อิเลคโตรดได้ 2 ลักษณะ คือ  เคลื่อนที่ลง(Downhill) และเคลื่อนที่ขึ้น (Uphill) ซึ่งจะทำให้รูปร่างของรอยเชื่อมมีลักษณะที่แตกต่างกัน ดังนี้

Uphill Welding   แรงโน้มถ่วงของโลกจะทำให้โลหะในบ่อหลอมโลหะไหลย้อนกลับมาด้านหลังอิเลคโตรดและโลหะที่บริเวณขอบจะไหลมารวมตัวกันตรงกลาง  ถ้าหากทำการเพิ่มมุมเอียงของชิ้นงานจะทำให้รอยเชื่อมมีความหนามากขึ้น แต่ความกว้างของรอยเชื่อมจะแคบลง  โดยทั่วไปจะให้ค่ามุมเอียงสูงสุดไม่เกิน   6^o สำหรับกระแสที่ไม่เกิน 800 A ถ้ าหากกระแสมากกว่า 800 A ควรทำการลดมุมเอียงลง  สำหรับการเชื่อมแบบ downhill จะมีกลไกการเกิดตรงข้ามกับแบบ uphill

รูปที่  9   Uphill welds & Downhill welds  (source : http://www.diggiemoon.com)

ตำแหน่งของลวดเชื่อม

ในการกำหนดตำแหน่งที่เหมาะสมของลวดเชื่อมมี 3 ปัจจัยจะต้องพิจารณา :
1.  Alignment ของลวดเชื่อมกับจุดต่อ
2. มุมของการเอียงจากแนวจุดต่อ (lateral direction)
3. ทิศทางของลวดเชื่อม  (pushing angle) หรือ (pulling angle)

Pushing angle คือทิศทางของการเชื่อมไปข้างหน้าและอิเลคโตรดทำมุมแหลมกับระนาบที่ทำการเชื่อม  Pulling angle   อิเลคโตรดทำมุมป้านระนาบที่ทำการเชื่อม

ซึ่งโดยทั่วไปแล้วการวางอิเลคโตรดแบบ  Pulling angle   จะมีการซึมลึกที่สม่ำเสมอมากกว่า  ,ความสูงของรอยเชื่อมสูงกว่าแต่มีความกว้างของรอยเชื่อมน้อยกว่า  Pushing angle

รูปที่ 10  มุมของอิเลคโตรด   (source : http://www.diggiemoon.com)

ในการเชื่อมหลายชนิด  สามารถวางตำแหน่งของอิเลคโตรดได้ดังต่อไปนี้

1. Butt Joint Welding
a. การจัดตำแหน่ง (Alignment ) — ดูรูปที่  11
b. การเอียงด้านข้าง – ไม่มี
c.  การวางลวดเชื่อมตามแนวตั้งจะทำให้การเชื่อมมีเสถียรดีเมื่อเชื่อมชิ้นงานที่มีความหนาตั้งแต่ 0.5  นิ้ว  แต่สำหรับโลหะบาง  (14-16 เกจ)   จุดที่ทำการเชื่อมแบบย้อนกลับ (welding wire point backward) ที่ทำมุม  25-45 องศา  จากแนวตั้ง จะช่วยให้แรงดันไฟฟ้ามีเสถียรภาพ

รูปที่  11  Effect of Alignment in Butt Joint Welding   (source : www.esabna.com)

รูปที่  12   Effect of Alignment in Horizontal Fillet Welding

2. Horizontal Fillet Welding  

a. การจัดตำแหน่ง (ดูรูป. 12)    เส้นศูนย์กลางของอิเลคโตรดไม่ควรจะอยู่ใน centerline ของแนวเชื่อม   แต่ควรจะให้แนวศูนย์กลางของอิเลคโตรดอยู่ต่ำกว่าแนวศูนย์กลางของรอยเชื่อมเป็นระยะทาง 1 ใน 4   ของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของอิเลคโตรด   การตั้งระยะห่างมากขึ้นจะใช้เมื่อต้องการให้รอยเชื่อมที่มีขนาดใหญ่ขึ้น    ถ้าหากวางตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องจะทำให้เกิดการเชื่อมที่ไม่ดีนัก
b. เอียงข้าง ในการทำรอยเชื่อมสันในแนวนอน ( horizontal fillet welds )  ควรให้อิเลคโตรดเอียง  20-45 องศาจากแนวตั้ง

มุมที่แน่นอนจะพิจารณาจากอย่างใดอย่างหนึ่งหรือทั้งสองปัจจัยดังต่อไปนี้

• ระยะห่างของหัวเชื่อมกับชิ้นงานโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเชื่อมไปยังส่วนที่มีโครงสร้างเป็นแผ่น  ดังแสดงในรูป  13
• ความหนาของชิ้นงานที่ใช้ในการขึ้นรูป   ถ้าเป็นไปได้ควรเชื่อมรอบแรกก่อน

c. ทิศทางของลวดเชื่อมแบบ   (pulling angle ) หรือ (pushing angle ) สำหรับรอยเชื่อมที่มีขนาดใหญ่การเปลี่ยนทิศทางของลวดเชื่อมจะไม่มีผลต่อรอยเชื่อมมากนัก   แต่สำหรับรอยเชื่อมที่มีขนาดเล็ก ควรวางลวดเชื่อมในทิศทางของลวดเชื่อมแบบย้อนกลับ โดยให้มีมุมอยู่ระหว่าง 25-45 องศาจากแนวตั้ง  จะช่วยให้แรงดันไฟฟ้ามีเสถียรภาพดีขึ้น

รูปที่ 13  Lateral Tilt Determined by Nozzle Clearance Here the welding wire angle depends on the projection of the flange over the weld and the diameter of nozzle or jaw assembly used. The 118-in. clearance allows for minor lateral adjustments of the welding wire.

3.  Fillet Welding  in Flat Position   

a. การจัดตำแหน่ง — ดูรูปที่  14
b. วางตำแหน่งลวดในแนวตั้ง (มุมเอียงด้านข้างเท่ากับศูนย์)   บางครั้งถ้าต้องการให้มีการซึมลึกที่สมบูรณ์  จะต้องทำการเอียงเล็กน้อยจากแนวตั้ง (ดูรูปที่  14b)
c. ทิศทางของลวดเชื่อม   จะ เหมือนกับ  Horizontal Fillet Welding

รูปที่ 14  Alignment for Fillet Welds in Flat Position

 4. Circumferencial welds    

ในการเชื่อมชิ้นงานที่เป็นวงกลมโดยเฉพาะที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง น้อยกว่า 8 นิ้ว จะมีลักษณะแตกต่างจากการเชื่อมในแนวราบ เนื่องจากโลหะที่หลอมเหลวจะไหลออกจากวัสดุ  ดังนั้นเพื่อแก้ปัญหาดังกล่าว

•  ให้วางลวดเชื่อมที่  11 นาฬิกาในกรณีที่หมุนตามเข็มนาฬิกา  หรือ  1 นาฬิกาในกรณีที่หมุนทวนเข็มนาฬิกา  ถ้าเป็นการเชื่อมภายนอก
•  ให้วางลวดเชื่อมที่  5 นาฬิกาในกรณีที่หมุนตามเข็มนาฬิกา  หรือ  7 นาฬิกาในกรณีที่หมุนทวนเข็มนาฬิกา  ถ้าเป็นการเชื่อมภายใน

รูปที่ 15  Circumferential Welds

การเริ่มต้นเชื่อม

วิธีการที่ใช้เพื่อเริ่มต้นการเชื่อมในกระบวนการเฉพาะจะขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆเช่น เวลาที่ต้องใช้ในการเริ่มต้นเมื่อเทียบกับระยะเวลาการปรับตั้งและเวลาในการเชื่อม, จำนวนของชิ้นที่ทำการเชื่อม และตำแหน่งในการเริ่มต้นเชื่อมบนชิ้นงาน    วิธีการต่างๆที่มีอยู่ได้ถูกอธิบายไว้ด้านล่าง

a. Pointed   Wire  Start    เริ่มต้นด้วยจี้อิเลคโตรดที่ตัดปลายให้คมไปที่ชิ้นงาน ซึ่งจะเกิดการอาร์คขึ้นและเริ่มหลอมละลายโลหะ

b. Scratch Start   ทำการเคลื่อนที่ลวดเชื่อมลงจนกว่าจะมีประกายไฟเกิดขึ้นจากการสัมผัสกับชิ้นงาน  การเริ่มต้นด้วยวิธีนี้นั้น ตำแหน่งในการเริ่มต้นจะไม่สำคัญและสามารถที่จะเริ่มต้นที่จุดไหนก็ได้ เช่นการทำรอยเชื่อมเส้นรอบวงในถังหรือท่อขนาดเล็ก

c. Fuse Ball Start วางแผ่นโลหะที่สานเป็นเส้นใยและม้วนเป็นวงกลมที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 10 มม.  ดังรูปที่  15      ลงบนชิ้นงาน แล้วค่อยๆทำการหย่อนปลายของอิเลคโตรดลงไปยัง fuse ball  จนกว่าปลายของอิเลคโตรดจะจมลงไปประมาณครึ่งหนึ่ง ก็จะเกิดการอาร์คขึ้น

รูปที่ 16   Fuse ball

  d. การเริ่มจากบ่อหลอมเหลว การเชื่อมอาจจะเริ่มต้นได้อย่างง่ายดายโดยการจุ่มอิเลคโตรดลงในบ่อหลอมเหลว

  e. Wire Retract Start วิธีที่ใช้โดยการหย่อนอิเลคโตรดจนสัมผัสกับชิ้นงาน และปลายของอิเลคโตรดถูกปกคลุมด้วยฟลักซ์   จากนั้นระบบการป้อนอิเลคโตรดจะดึงอิเลคโตรดกลับขึ้นมาจากชิ้นงานซึ่งจะทำให้แรงดันไฟฟ้าในการอาร์คจะเพิ่มขึ้น ซึ่งระบบการป้อนอิเลคโตรดจะป้อนอิเลคโตรดเข้าสู่ชิ้นงานและทำการเพิ่มความเร็วในการป้อนจนชื้นงานเริ่มหลอมเหลว

บรรณานุกรม  :  WELDING HANDBOOK  EIGHTH EDITION  AWS

ยกระดับคุณภาพแนวเชื่อมโลหะแผ่นหนาให้ไร้ที่ติ ด้วย กระบวนการเชื่อมใต้ฟลักซ์ (SAW) จาก Thermatech

ในอุตสาหกรรมการผลิตโครงสร้างเหล็กขนาดใหญ่ งานต่อเรือ ถังแรงดันสูง และงานท่อส่งขนาดใหญ่ กระบวนการเชื่อมใต้ฟลักซ์ (SAW) หรือ Submerged Arc Welding ถือเป็นหัวใจสำคัญในการสร้างสรรค์ชิ้นงานที่ต้องการความแข็งแรงเชิงกลสูงและอัตราการเติมเนื้อโลหะ (Deposition Rate) ที่รวดเร็ว ระบบนี้ทำงานโดยการอาร์กจะเกิดขึ้นภายใต้ชั้นของฟลักซ์ (Flux) เม็ดละเอียดที่ปกคลุมอย่างมิดชิด ทำให้ตัดปัญหาเรื่องแสงจ้า ควันเชื่อม และละอองโลหะกระเด็น (Spatter) ได้อย่างเด็ดขาด ส่งผลให้สภาพแวดล้อมในการทำงานของช่างเชื่อมดีขึ้น และได้ผลลัพธ์ของแนวเชื่อมที่สวยงาม สม่ำเสมอ และได้มาตรฐานสากล

จุดเด่นและข้อดีทางวิศวกรรมของ กระบวนการเชื่อมใต้ฟลักซ์ (SAW)

• อัตราการผลิตสูงและประหยัดเวลาอย่างเหนือชั้น: กระบวนการเชื่อมใต้ฟลักซ์ (SAW) สามารถจ่ายกระแสไฟเชื่อมได้สูงมากอย่างต่อเนื่อง ทำให้สามารถหลอมละลายลวดเชื่อมและเติมเนื้อโลหะลงบนร่องพอกได้อย่างรวดเร็ว เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมแผ่นโลหะที่มีความหนามากในแนวราบและแนวขนาน
• แนวเชื่อมลึกและสมบูรณ์แบบสูงสุด: ด้วยพลังการนำพาความร้อนที่เสถียรภายใต้ชั้นฟลักซ์ ทำให้ กระบวนการเชื่อมใต้ฟลักซ์ (SAW) ให้การซึมลึกของแนวเชื่อม (Penetration) ที่ยอดเยี่ยม โครงสร้างของเนื้อแนวเชื่อมมีความหนาแน่นสูง ลดโอกาสการเกิดรอยบกพร่อง เช่น รอยตามด (Porosity) หรือสแลกฝังใน (Slag Inclusion) ได้เป็นอย่างดี
• การควบคุมต้นทุนที่คุ้มค่า: เม็ดฟลักซ์ที่ยังไม่หลอมละลายในขณะปฏิบัติงานสามารถนำกลับมาหมุนเวียนคัดกรองเพื่อใช้งานซ้ำได้อีกครั้ง ประกอบกับการทำงานที่เป็นระบบกึ่งอัตโนมัติหรืออัตโนมัติเต็มรูปแบบ ช่วยให้โรงงานควบคุมการใช้ลวดเชื่อมได้อย่างมีประสิทธิภาพและประหยัดแรงงานฝีมือ
• เพิ่มความปลอดภัยในโรงงานยุคใหม่: โดดเด่นกว่าการเชื่อมระบบมิก/แมก (MIG/MAG) หรือตู้เชื่อมไฟฟ้าทั่วไป เพราะ กระบวนการเชื่อมใต้ฟลักซ์ (SAW) จะซ่อนประกายไฟอาร์กไว้ใต้ฟลักซ์ทั้งหมด ช่วยป้องกันสายตาของช่างเชื่อมและผู้ปฏิบัติงานรอบข้างจากรังสี UV และลดปริมาณมลพิษทางอากาศในพื้นที่โรงงานได้อย่างดีเยี่ยม

ลงทุนอย่างมั่นใจในระบบการเชื่อมประสิทธิภาพสูง ร่วมกับ เทอร์มอล แมคคานิคส์

การขับเคลื่อน กระบวนการเชื่อมใต้ฟลักซ์ (SAW) ให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด จำเป็นต้องอาศัยเครื่องจักร ลวดเชื่อม และฟลักซ์ที่มีสเปกสอดคล้องกัน เทอร์มอล แมคคานิคส์ (Thermal Mechanics) พร้อมสนับสนุนธุรกิจของคุณด้วยโซลูชันครบวงจร:

• Technical Consultation: ทีมวิศวกรผู้เชี่ยวชาญพร้อมให้คำปรึกษา ออกแบบระบบรางเดินแนวเชื่อม (Gantry/Tractor) และเลือกจับคู่พารามิเตอร์ไฟฟ้าที่เหมาะสมกับความหนาของชิ้นงานคุณ
• Comprehensive Service: บริการติดตั้ง เทรนนิ่งสาธิตการใช้งานอย่างปลอดภัย พร้อมบริการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน (Preventive Maintenance) และคลังอะไหล่และอุปกรณ์สิ้นเปลืองสำรองในไทยแบบครบครัน