• English

♦ รูปแบบการถ่ายเทน้ำโลหะ ในกระบวนการเชื่อม MIG ..ต่างกันอย่างไร?

♦ รูปแบบการถ่ายเทน้ำโลหะ ในกระบวนการเชื่อม MIG ..ต่างกันอย่างไร?

โดย ชัชชัย  อินนุมาตร
ผู้จัดการผลิตภัณฑ์ บจก. เทอร์มอล แมคคานิคส์

 

“…การเปลี่ยนแปลงค่าพารามิเตอร์ทางการเชื่อม จะทำให้ลักษณะการถ่ายเทน้ำโลหะของลวดเชื่อมลงสู่ชิ้นงานนั้นเปลี่ยนแปลงไป และส่งผลต่อรูปลักษณ์และคุณสมบัติของแนวเชื่อมอย่างมีนัยสำคัญ…”  บทความนี้จะช่วยให้ท่านได้แนวเชื่อมที่ดี สำหรับกระบวนการเชื่อมแบบมิก

 

สำหรับช่างเชื่อมหรือผู้ที่ใช้งานเครื่องเชื่อมแบบมิก (MIG Welding Machine) หรือที่เรียกกันตามภาษาช่างบ้านเราคือ เครื่องเชื่อมซีโอทูนั้น คงคุ้นเคยและทราบดีอยู่แล้วว่าการที่จะได้ลักษณะการอาร์คที่ดี สม่ำเสมอ เพื่อให้ได้แนวเชื่อมที่สวยงามนั้น จำเป็นจะต้องปรับความเร็วในการป้อนลวดและแรงดันไฟฟ้าเชื่อมให้เหมาะสมกัน ไม่สามารถปรับเพียงกระแสเชื่อมเพียงอย่างเดียวเฉกเช่นการเชื่อมแบบไฟฟ้าอาร์คด้วยลวดเชื่อมหุ้มฟลักซ์

สำหรับกระบวนการเชื่อมแบบ MIG นั้น จำเป็นต้องมีการปรับปัจจัยทางการเชื่อม (Welding Parameters) มากกว่าการเชื่อมแบบไฟฟ้าอาร์คด้วยลวดเชื่อมหุ้มฟลักซ์  โดยการเชื่อมแบบ MIG  จะปรับกระแสเชื่อม (Welding Current) ด้วยการเพิ่มหรือลดความเร็วการป้อนลวด (Wire Feed Speed) และต้องสัมพันธ์กับแรงดันไฟฟ้าเชื่อม (Welding Voltage) อีกทั้งต้องพิจารณาถึงประเภทและขนาดของลวดเชื่อมที่ใช้ ชนิดของแก๊สปกคลุม  รวมถึงการรักษาระยะยื่นของลวดเชื่อม (Electrode Stick out) และการรักษาระยะห่างของปลายคอนเทคทิพกับชิ้นงาน (Contact Tip to Work Distance ; CTWD) ในขณะที่ทำการเชื่อมอีกด้วย จึงจะทำให้ได้ผลลัพธ์หรือแนวเชื่อมที่ดีและสมบูรณ์  ปัจจัยทางการเชื่อมเหล่านี้จะส่งผลโดยตรงต่อลักษณะการถ่ายเทน้ำโลหะของลวดเชื่อมลงสู่ชิ้นงาน

ช่างเชื่อมหรือผู้ที่ใช้งานเครื่องเชื่อมแบบมิก อาจจะเคยสังเกตเห็นว่า การปรับเพิ่มความเร็วลวด หรือการเปลี่ยนแปลงค่าพารามิเตอร์ทางการเชื่อมใดๆ  จะทำให้ลักษณะการถ่ายเทน้ำโลหะของลวดเชื่อมลงสู่ชิ้นงานนั้นเปลี่ยนแปลงไป ส่งผลต่อรูปลักษณ์และคุณสมบัติของแนวเชื่อม รวมทั้งความเร็วในการเดินแนวเชื่อมอย่างมีนัยสำคัญ  โดยทั่วไป ลักษณะการถ่ายเทน้ำโลหะในกระบวนการเชื่อมแบบ MIG จะมีอยู่ 4 รูปแบบคือ

  • การถ่ายเทแบบลัดวงจร ( Short Circuit Transfer)
  • การถ่ายเทแบบก้อนกลม ( Globular Transfer)
  • การถ่ายเทแบบละอองฝอย ( Spray Transfer)
  • การถ่ายเทแบบละอองฝอยลักษณะพัลส์ ( Pulse Spray Transfer)

 

การถ่ายเทแบบลัดวงจร (Short Circuit Transfer)

กระบวนการเชื่อมแบบ MIG  เป็นการเชื่อมที่อาศัยการป้อนลวดเชื่อมจากเครื่องเชื่อมสู่ชิ้นงานด้วยความเร็วคงที่อย่างสม่ำเสมอ  เมื่อลวดเชื่อมถูกป้อนจนกระทั่งสัมผัสกับบ่อหลอมละลายหรือชิ้นงานเชื่อม จะมีการลัดวงจรไฟฟ้าและเกิดการถ่ายเทน้ำโลหะ ลวดเชื่อมจึงหลอมละลายสู่ชิ้นงานเกิดเป็นแนวเชื่อมขึ้น ดังรูปที่ 1

ในกรณีการถ่ายเทน้ำโลหะแบบลัดวงจรนี้ จะเกิดขั้นตอนการสัมผัสของปลายลวดเชื่อมกับบ่อหลอมละลายอย่างต่อเนื่องสม่ำเสมอ ซึ่งอาจจะสูงถึง 20 – 200 ครั้งต่อวินาที โดยลักษณะการถ่ายเทน้ำโลหะแบบลัดวงจรจะใช้กระแสเชื่อมและแรงดันเชื่อมย่านต่ำ ซึ่งจะให้อัตราการเติมเนื้อเชื่อมต่ำไปด้วย ส่งผลให้มีความเร็วในการเชื่อมไม่สูงมากนัก บ่อหลอมละลายจะแข็งตัวได้เร็ว จึงเหมาะสำหรับการเชื่อมโลหะแผ่นบาง (ปกติความหนาจะต่ำกว่า 3 มม.) ในทุกท่าทางการเชื่อม หรือการเชื่อมยึดรอยต่อ (Tacking weld) ที่มีระยะ Gap ที่กว้าง

โดยปกติ การเชื่อม MIG โดยใช้การถ่ายเทแบบลัดวงจร จะมีเม็ดโลหะกระเด็น (Spatter) เกิดขึ้นในจังหวะที่หยดลวดขาดออกจากลวดเชื่อม  การลดปริมาณ Spatter  สามารถทำได้โดยการปรับค่าอินดักแท็นซ์ (Inductance) ของเครื่องเชื่อม หรือการเลือกใช้ก๊าซปกคลุมแนวเชื่อมที่เหมาะสม ส่วนผสมของก๊าซปกคลุมแนวเชื่อม มีผลอย่างมีนัยสำคัญต่อแรงตึงผิวของน้ำโลหะหลอมเหลวในบ่อหลอมละลาย การเปลี่ยนแปลงส่วนผสมของก๊าซปกคลุมแนวเชื่อมมีผลต่อขนาดของหยดลวดเชื่อมที่สัมผัสกับบ่อหลอมละลายในจังหวะที่เกิดการลัดวงจร และยังส่งผลต่อระยะเวลาที่เกิดการลัดวงจรอีกด้วย นอกจากนี้ชนิดของก๊าซปกคลุมที่ใช้ยังส่งผลต่อลักษณะการอาร์คและการหลอมลึกของแนวเชื่อม ตัวอย่างเช่น หากใช้ก๊าซ CO2 เป็นก๊าซปกคุลม จะได้แนวเชื่อมที่มี Spatter มากแต่ให้การหลอมลึกที่สูงมากกว่าเมื่อเทียบกับการใช้ก๊าซปกคลุมที่เป็นอาร์กอนหรือฮีเลี่ยม

เพื่อที่จะให้เกิดการสมดุลย์ระหว่างอัตราการเกิด spatter กับการหลอมลึกที่ดี การเลือกใช้ก๊าซปกคลุมที่เป็นส่วนผสมของอาร์กอนและ CO2 จึงเป็นทางเลือกที่ดีสำหรับการเชื่อมโลหะจำพวกเหล็กกล้าคาร์บอนหรือเหล็กกล้าผสมต่ำ โดยสามารถเลือกใช้อัตราส่วนผสมระหว่าง อาร์กอน 75 – 80%  และ 20 – 25 % COและนอกจากนั้น การใช้ก๊าซฮีเลี่ยมผสมอาร์กอน ก็สามารถช่วยเพิ่มการหลอมลึกสำหรับการเชื่อมโลหะกลุ่มที่ไม่ใช่เหล็กได้ดีเช่นกัน

อย่างไรก็ตาม การเชื่อมโดยใช้การถ่ายเทแบบลัดวงจร สามารถใช้เชื่อมกับงานที่มีความหนาได้เช่นกัน แต่ด้วยการใช้กระแสเชื่อมและแรงดันเชื่อมที่ต่ำ จึงอาจก่อให้เกิดการหลอมลึกที่ไม่สมบูรณ์ได้ แต่ในทางกลับกัน ปริมาณความร้อนที่ต่ำเช่นนี้ ก็ช่วยให้งานเชื่อมลดการเสียรูปจากความร้อนได้ดี ในมุมมองเชิงเทคนิค การเชื่อมโดยใช้การถ่ายเทแบบลัดวงจร เป็นการเชื่อมที่สามารถจัดการได้ง่าย และด้วยเหตุที่แนวเชื่อมมีการเย็นตัวเร็ว ดังนั้นในการเชื่อมที่มีลักษณะการเชื่อมขึ้น จึงอาจจะต้องมีการส่ายแนวเชื่อม และรักษาระยะห่างของปลายคอนเทคทิพกับชิ้นงานที่เหมาะสม

 

การถ่ายเทแบบก้อนกลม (Globular Transfer)

การถ่ายเทแบบก้อนกลม เป็นการถ่ายเทน้ำโลหะที่เกิดขึ้นในช่วงย่านพารามิเตอร์ของการถ่ายเทแบบลัดวงจรและการถ่ายเทแบบละอองฝอย การถ่ายเทแบบก้อนกลม เกิดจากการที่ปลายลวดเชื่อมถูกหลอมละลายกลายเป็นหยดน้ำโลหะขนาดใหญ่ หล่นผ่านอาร์คลงไปในบ่อหลอมละลายในขณะที่ทำการเชื่อม โดยทั่วไปหยดน้ำโลหะนี้จะเป็นรูปร่างที่ไม่แน่นอนและมีขนาดใหญ่กว่าลวดเชื่อม  การถ่ายเทน้ำโลหะนี้เกิดขึ้นเนื่องจากแรงดันเชื่อมและอัตราการป้อนลวดที่สูง (กระแสเชื่อมสูง) กว่าระดับที่ปรับใช้ในการถ่ายเทแบบลัดวงจร  ทำให้ได้การเชื่อมที่มีความเร็วสูง ได้อัตราผลผลิตสูง แต่การถ่ายเทแบบนี้จะให้แนวเชื่อมที่มี Spatter มาก ทำให้ช่างเชื่อมต้องยุ่งยากในการจัดการหลังจากการเชื่อม

การถ่ายเทแบบก้อนกลม ใช้ในการเชื่อมด้วยลวดเชื่อมแบบใส้ฟลักซ์ (Flux Cored Arc Welding) โดยใช้ก๊าซปกคลุมเป็นก๊าซ 100% CO2   สำหรับการเชื่อมโลหะเหล็กกล้าคาร์บอนที่มีความหนาตั้งแต่ 3 มม. ขึ้นไป เป็นกระบวนการเชื่อมที่มีค่าใช้จ่ายไม่แพงมากนัก แต่อย่างไรก็ตาม การเชื่อมด้วยลวดเชื่อมแบบใส้ฟลักซ์ จะมีสแลกที่จำเป็นต้องมีการขจัดออกภายหลังการเชื่อมด้วย

ในเชิงเทคนิค การเชื่อมโดยใช้การถ่ายเทน้ำโลหะแบบก้อนกลม จะใช้กระแสและแรงดันเชื่อมที่สูง จึงทำให้ปริมาณความร้อนเข้าสู่ชิ้นงานสูง  ดังนั้นจึงต้องปรับระยะห่างของปลายคอนแทคทิพกับชิ้นงานระหว่าง ¾ ถึง 1 นิ้ว หากใช้ระยะห่างของปลายคอนแทคทิพกับชิ้นงานที่ต่ำเกินไป น้ำโลหะขนาดใหญ่จะมีโอกาสสัมผัสกับบ่อหลอมละลาย เกิดความร้อนสูงจนทำให้น้ำโลหะเกิดการแตกตัว กระเด็นออกเป็น Spatter ที่ไม่ต้องการได้ จึงต้องมั่นใจว่ารักษาระยะห่างของปลายคอนแทคทิพกับชิ้นงานที่เพียงพอที่จะให้หยดน้ำโลหะหยดและร่วงหล่นผ่านอาร์คอย่างอิสระ

 

การถ่ายเทแบบละอองฝอย (Spray Transfer)

การถ่ายเทแบบละอองฝอยหรือ Spray Transfer เป็นการถ่ายเทน้ำโลหะที่ใช้ช่วงกระแสและแรงดันเชื่อมที่สูง ลวดเชื่อมจะถูกหลอมละลายด้วยกระแสเชื่อมที่สูงและถูกผลักดันด้วยแรงดันอาร์คเป็นละอองฝอยขนาดเล็กกว่าลวดเชื่อม พุ่งลงสู่บ่อหลอมละลายด้วยความเร็วสูงอย่างต่อเนื่อง  ทำให้การถ่ายเทแบบนี้มีการเติมเนื้อเชื่อมสูงมาก สามารถเดินแนวเชื่อมได้เร็ว เพิ่มอัตราการผลิตได้มากกว่าการถ่ายเทน้ำโลหะแบบลัดวงจรและแบบก้อนกลม  เมื่อพิจารณาในเชิงคุณภาพ การถ่ายเทแบบละอองฝอยนี้ ให้แนวเชื่อมที่มีการหลอมสมบูรณ์  ให้การหลอมลึกดี และเนื่องจากไม่มีโอกาสที่จะเกิดการลัดวงจรระหว่างลวดเชื่อมกับชิ้นงาน จึงทำให้การถ่ายเทแบบนี้เกิด Spatter น้อย อีกทั้งยังให้รูปลักษณ์ของแนวเชื่อมที่ดีด้วย

เนื่องจากการถ่ายเทแบบละอองฝอยใช้ช่วงกระแสและแรงดันเชื่อมที่สูง จึงเหมาะสำหรับการเชื่อมโลหะที่มีความหนาตั้งแต่ 3 มม. ขึ้นไป และเหมาะสำหรับการเชื่อมอลูมิเนียม สแตนเลส และเหล็กกล้าคาร์บอน โดยใช้ลวดเชื่อมตันหรือลวดแบบใส้โลหะ (Metal Cored Wire) กรณีเชื่อมเหล็กกล้า จะใช้ก๊าซปกคลุมเป็นก๊าซผสมระหว่างอาร์กอนและ CO2  โดยปริมาณอาร์กอนต้องมากกกว่า 80%  ขึ้นไป (Argon-rich shielding gas)  เช่น อาร์กอน  80%  และ 20% CO2  ส่วนการเชื่อมสแตนเลส สามารถใช้ก๊าซผสมระหว่าง 98% อาร์กอนผสมกับ 2% อ๊อกซิเจน และใช้ 100% อาร์กอน สำหรับการเชื่อมอลูมิเนียม

 

การถ่ายเทแบบละอองฝอยลักษณะพัลส์ (Pulse Spray Transfer)

การถ่ายเทน้ำโลหะแบบละอองฝอยลักษณะพัลส์ ( Pulse Spray Transfer) เป็นการถ่ายเทน้ำโลหะเป็นช่วงๆ ไม่ต่อเนื่องเหมือนกับการถ่ายเทแบบละอองฝอยแบบปกติ  การถ่ายเทแบบพัลส์นี้ จำเป็นต้องใช้เครื่องเชื่อมที่ออกแบบเป็นพิเศษ รองรับการจ่ายกระแสเชื่อมแบบพัลส์ โดยขณะเชื่อมจะสามารถสังเกตได้ง่ายจากเสียงที่เกิดขึ้นในขณะทำการเชื่อม ซึ่งจะแตกต่างจากเสียงของการถ่ายเทน้ำโลหะแบบอื่นๆ เนื่องจากเป็นลักษณะพิเศษของเครื่องเชื่อมที่ใช้  โดยที่ การถ่ายเทแบบละอองฝอยลักษณะพัลส์นี้ เครื่องเชื่อมจะจ่ายกระแสเชื่อมเป็นสองระดับในระหว่างการสลับกันไปมาระหว่างกระแสเชื่อมย่านสูง (Peak Current) และกระแสเชื่อมฐานย่านต่ำ (Base Current) ด้วยความเร็วตั้งแต่ 30 ถึง 400 ครั้งต่อวินาที  กระแสเชื่อมย่านสูงจะให้พลังงานมากพอที่จะทำให้ลวดเชื่อมเกิดการหลอมละลายและถ่ายโอนน้ำโลหะในลักษณะละอองฝอย (Spray Transfer) ผ่านการอาร์คลงไปในแนวเชื่อม ในขณะที่กระแสเชื่อมฐานย่านต่ำ ทำหน้าที่รักษากระบวนการอาร์คให้สเถียรและดำเนินต่อไป  โดยไม่เกิดการหลอมละลายของลวดเชื่อม  ช่วงระยะเวลานี้จะทำให้แนวเชื่อมเย็นตัวลง ป้องกันมิให้เกิด Heat Input  ที่มากเกินไป  ด้วยกลไกนี้จึงทำให้การเชื่อมแบบ MIG Pulse Spray  ช่วยแก้ปัญหาเรื่องการควบคุมความร้อน  ป้องกันไม่ให้ความร้อนเข้าสู่ชิ้นงานเชื่อมมากเกินไป  ป้องกันการ หลอมทะลุ  จึงเป็นเทคโนโลยีที่มีประโยชน์มาก สำหรับการเชื่อมโลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ เช่น อลูมิเนียม หรือการเชื่อมงานโลหะบาง

ในมุมมองเชิงการผลิต การเชื่อมด้วยการถ่ายเทน้ำโลหะแบบละอองฝอยลักษณะพัลส์นี้ ให้ความเร็วในการเดินแนวเชื่อมสูงมาก ในขณะที่มีจำนวน Spatter น้อยมาก เมื่อเทียบกับการถ่ายเทแบบอื่นๆ  นอกจากปัจจัยทั้งสองนี้ที่ทำให้เพิ่มอัตราการผลิตโดยพื้นฐานแล้ว การถ่ายเทน้ำโลหะแบบละอองฝอยลักษณะพัลส์นี้ยังให้อัตราการเติมเนื้อเชื่อมที่สูงมาก โดยเฉพาะถ้าใช้ร่วมกับลวดเชื่อมแบบใส้โลหะ (Metal Cored Wires)  จะทำให้เพิ่มอัตราการผลิตได้มากขึ้น  สำหรับก๊าซปกคลุมแนวเชื่อมที่เหมาะสมกับการถ่ายเทน้ำโลหะลักษณะนี้ สามารถใช้ก๊าซแบบเดียวกันกับการถ่ายเทแบบละอองฝอยตามปกติ

*** อ่านบทความเพิ่มเติม เรื่อง “อลูมิเนียม – เชื่อมได้อย่างง่ายดาย ด้วยเครื่อง MIG Pulse” 

 

เลือกใช้งานอย่างไร

ผู้ใช้ควรศึกษาข้อมูลของลวดเชื่อมที่ท่านใช้ ว่าลวดเชื่อมชนิดนั้นเหมาะกับรูปแบบการถ่ายเทน้ำโลหะแบบใด พร้อมทั้งศึกษาข้อดี ข้อจำกัด ของรูปแบบการถ่ายเทน้ำโลหะในแต่แบบ จะสามารถช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานเชื่อมได้รับคุณภาพการเชื่อมที่ดีได้  รูปแบบการถ่ายเทน้ำโลหะแต่ละแบบ มีข้อดีและข้อจำกัดต่างกัน   การดำเนินการเชื่อมตามพารามิเตอร์ที่เหมาะสมนั้นเป็นสิ่งสำคัญ ต้องจำไว้ว่า การเลือกใช้รูปแบบการถ่ายเทน้ำโลหะต้องมีการปรับพารามิเตอร์ที่เหมาะสม และปรับให้เข้ากับลักษณะงานที่เหมาะสมเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด

 

www.thermal-mech.com