• English

♦ Welding Q&A

♦ Welding  Q&A

Q :  ทำไมการใช้เครื่องเชื่อม MIG ต้อง ใช้แก๊ส COในการปกคลุมแนวเชื่อม ถ้าต้องการเปลี่ยนไปใช้แก๊ส Argon ในการปกคลุมแนวเชื่อมได้หรือไม่ หากไม่ได้เพราะเหตุใด

A:   การใช้แก๊สปกคลุมแนวเชื่อม ในกรณีการเชื่อมแบบ MIG มีจุดประสงค์หลักคือ ป้องกันน้ำโลหะบริเวณการอาร์คที่กำลังหลอมเหลวมิให้ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับบรรยากาศที่อยู่โดยรอบ และมีจุดประสงค์รองคือ กำหนดลักษณะหรือความเสถียรของอาร์คกำหนดลักษณะการหลอมละลายของลวดเชื่อม รวมถึงความเร็วในการเชื่อมและความสะอาดของแนวเชื่อม ในปัจจุบัน มีการใช้เครื่องเชื่อม MIG กันอย่างแพร่หลาย สำหรับกรณีการเชื่อมโลหะกลุ่มเหล็ก ผู้ใช้ส่วนมากจะนิยมใช้แก๊ส CO2 เป็นแก๊สปกคลุม เนื่องจากหาง่าย ราคาถูก และให้ลักษณะการอาร์คที่ดีในระดับที่ยอมรับได้ ในกลุ่มผู้ใช้จึงนิยมเรียกกระบวนการเชื่อมแบบนี้ว่า การเชื่อมแบบซีโอทูครับ อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน ผู้ใช้ก็หันมาใช้แก๊สผสมระหว่าง Argon และ CO2 กันมากขึ้น เพื่อต้องการเพิ่มความเสถียรของอาร์ค ได้ลักษณะแนวเชื่อมที่สวย และมีสะเก็ดน้อย ผู้ใช้งานคงทราบดีว่า คำว่า MIG ย่อมาจาก Metal Inert Gas คำว่า Inert gas หมายถึงแก๊สเฉื่อย คือแก๊สที่ไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับธาตุอื่นๆ แก๊สจำพวกนี้ ที่เรารู้จักดีได้แก่แก๊ส อาร์กอน (Argon) และ ฮีเลี่ยม (Helium) ดังนั้นการเชื่อมที่ใช้แก๊สเฉื่อย ไม่ว่าจะเป็นอาร์กอนหรือฮีเลี่ยมก็จะเรียกว่า การเชื่อมแบบ MIG แต่สำหรับแก๊สคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ (CO2) นั้น ไม่ใช่แก๊สเฉื่อย เป็นแก๊สที่สามารถแตกตัวให้คาร์บอน (C) และอ๊อกซิเจน (O2)  ได้เมื่ออยู่ภายใต้อาร์ค แล้วธาตุทั้งสองก็จะไปทำปฏิกิริยาทางเคมีกับธาตุที่อยู่ในโลหะที่เชื่อมได้อีก แก๊สพวกนี้เรียกว่า Active Gas ครับ  ดังนั้นตามหลักการแล้ว การเชื่อมที่ใช้แก๊ส CO2 ควรจะเรียกว่า  การเชื่อมแบบ MAG (Metal Active Gas) ครับ

ส่วนกรณีการใช้แก๊สผสม เช่น Argon + CO2จะเรียกว่า MAG-M (Metal Active Gas – Mixed) ครับ   ไม่ว่าจะเป็นการเชื่อมโดยใช้แก๊สเฉื่อย (Inert gas) หรือ CO2  ย่อมสามารถปฏิบัติได้โดยใช้เครื่องเชื่อมเครื่องเดียวกัน เพียงแต่เปลี่ยนชนิดของแก๊สปกคลุมเท่านั้นครับ  ชนิดของแก๊สปกคลุมแนวเชื่อม จะส่งผลอย่างมีนัยสำคัญต่อการถ่ายเทน้ำโลหะ (ลักษณะการละลายของลวดเชื่อม) ความเร็วในการเชื่อม และการหลอมลึกของแนวเชื่อม การเลือกใช้แก๊สปกคลุมจะขึ้นอยู่กับชนิดของลวดเชื่อมและโลหะที่นำมาเชื่อมรวมถึงลักษณะของการถ่ายเทน้ำโลหะตามที่คุณต้องการครับ เช่น ในกรณีการเชื่อมอลูมิเนียม  คุณจะใช้แก๊สอาร์กอนหรืออาจจะใช้แก๊สผสมระหว่างอาร์กอนหรือฮีเลี่ยมในอัตราส่วนต่างๆ ก็ได้  การเชื่อมสแตนเลสก็เช่นเดียวกัน คุณสามารถใช้แก๊สอาร์กอน  หรืออาร์กอนผสมอ๊อกซิเจน 1-2 % ก็ได้ ทั้งนี้ก็ขึ้นอยู่กับลักษณะการถ่ายเทน้ำโลหะที่คุณต้องการ  อย่างไรก็ตาม หากไม่แน่ใจว่าจะเลือกใช้แก๊สปกคลุมชนิดใด  สามารถขอรับคำแนะนำเบื้องต้นจากผู้ผลิตลวดเชื่อมหรือผู้จำหน่าย หรือใช้ข้อมูลจากตารางด้านล่างนี้ประกอบการตัดสินใจได้ในเบื้องต้นครับ.

QA

Q : ผมมีงานเชื่อมที่ต้องทำการเชื่อมพอกผิว ชิ้นส่วนรถขุดดิน เพื่อป้องกันการสึกเสียหายจากการขุดตักดินและหินระหว่างการใช้งาน เมื่อทำการเชื่อมเสร็จแล้ว  ผมพบว่ารอยเชื่อมมักจะเกิดการแตกเป็นช่วงๆ ตลอดแนวเชื่อม อยากทราบว่าทำไมถึงเกิดการแตกขึ้นได้ และจะมีผลเสียต่อการใช้งานหรือไม่

  A:   จากคำถามนะครับ  ไม่ได้บอกว่าใช้วิธีการเชื่อมแบบใด และใช้ลวดเชื่อมประเภทใด และการแตกของแนวเชื่อมที่เกิดขึ้นนั้น แตกแบบใด แต่การวิเคราะห์จากคำถาม  มีข้อสังเกตว่าคุณกำลังทำการเชื่อมที่เรียกว่า Hardfacing welding คือการเชื่อมพอกผิวแข็งนั่นเอง  การเชื่อมแบบนี้ มีจุดประสงค์เพื่อป้องกันชิ้นงานนั้นๆ จากการสึกหรอ ให้ชิ้นส่วนมีอายุการใช้งานนานมากขึ้น เนื่องจากชิ้นส่วนที่ต้องการกระบวนการเชื่อมพอกผิวแข็งนั้นมักเป็นชิ้นส่วน  ที่เจอกับการขัดสี ขัดถู หรือการกระแทกในรูปแบบต่างๆ ในขณะปฏิบัติงาน ทำให้ชิ้นส่วนนั้นๆ ชำรุดหรือสึกหรออย่างรวดเร็ว เช่น ชิ้นส่วนรถขุดดินตามที่ถามมาครับ  จากคำถาม  ผมเชื่อว่าการแตกที่เกิดขึ้นนั้นจะเป็นการแตกในลักษณะที่ขวางกับแนวเชื่อม เป็นช่วงๆ ตลอดแนวความยาวของรอยเชื่อม   ซึ่งการแตกลักษณะเช่นนี้  ถือว่าเป็นการแตกปกติครับ เราเรียกการแตกแบบนี้ว่า Check-cracking ครับ เนื่องจากลวดเชื่อมที่ใช้นั้นมีปริมาณคาร์บอนและส่วนผสมอื่นๆ ที่ทำให้เกิดคาร์ไบด์ในปริมาณสูง  หากปริมาณคาร์บอนเพิ่มขึ้น ก็จะเพิ่มความต้านทานต่อการขัดถูมากขึ้นแต่ก็จะลดความเหนียวลง ดังนั้นหลังจากเชื่อม  ผิวหน้าของแนวเชื่อมอาจจะเกิดการลดความเค้นในตัวเอง  และจะเกิดการแตกร้าวที่แนวเชื่อมในลักษณะที่ตั้งฉากกับแนวเชื่อม ซึ่งก็คือ  Check Crack  นั่นเองครับ

คำว่า Check Cracking  คือการเกิดการแตกร้าว (Crack) ในลักษณะที่ขวางกับความยาวของแนวเชื่อม ในขณะที่แนวเชื่อมเย็นตัวลง โดยอาจจะได้ยินเสียง “ปิ้ง”   ซึ่งเสียง “ปิ้ง”  นั้นเกิดขึ้นจากแนวเชื่อมที่แตกนั่นเอง   แต่อย่างไรก็ตาม ไม่ได้หมายความว่าการเชื่อมพอกผิวแข็งจะต้องมีการแตกร้าวเสมอไป   คาร์ไบด์บางชนิดอาจจะไม่มีการแตกเลย  เนื่องจากอาจจะมีปริมาณคาร์ไบด์น้อย ซึ่งเมื่อมีปริมาณคาร์ไบด์น้อย ก็จะต้านทานต่อการสึกหรอน้อย และหากมีคาร์ไบด์มากก็จะต้านทานต่อการสึกหรอมากเช่นกัน  ผู้ใช้ มักพบว่า Check Cracking  จะเกิดในการเชื่อมพอกผิว  จากการใช้ลวดเชื่อมที่มีส่วนผสมของโครเมี่ยมคาร์ไบด์ในปริมาณสูง  ลักษณะของการแตกร้าวนั้นจะลึกลงไปถึงชิ้นงานเชื่อม (Base metal) และโดยส่วนมากจะหยุดอยู่ที่ชิ้นงานเชื่อมนั้น  แต่ในกรณีที่ชิ้นงานเชื่อมเป็นวัสดุที่แข็งและเปราะก็มีโอกาสที่รอยแตกนั้นจะขยายลงไปสู่ เนื้อของชิ้นงานได้และอาจเป็นสาเหตุให้เกิดการแตกร้าวหรือชิ้นงานเชื่อมเสียหายได้  ในกรณีนี้อาจจะต้องใช้ลวดเชื่อมที่อ่อนนุ่ม เช่นลวดเชื่อมสแตนเลสกลุ่มออสเทนนิติคมาเชื่อมรองพื้นเสียก่อน เพื่อยับยั้งการแตกร้าว  ในความเป็นจริงแล้ว  Check cracks นั้นดีมาก   นะครับ แต่ผมคิดว่า คุณอาจจะกำลังพูดกับตัวเองว่า  “ รอยแตกบนแนวเชื่อมนี่หรือคือสิ่งที่ดี ? ”  ขอตอบว่าใช่ครับ   เพราะว่าเหตุผลคือแนวเชื่อมมีการคลายความเค้น (Stress Relieve) ภายในด้วยตัวมันเอง  กรุณาระลึกไว้อย่างหนึ่งว่า  ลวดเชื่อมที่ใช้สำหรับงานพอกผิวแข็งไม่ได้ใช้สำหรับการเชื่อมต่อโลหะ  โดยที่รอยแตกร้าวบนแนวเชื่อมกรณีการเชื่อมต่อโลหะนั้นจะเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนา  ถ้ารอยเชื่อมพอกผิวแข็งไม่มี Check crack   เป็นไปได้ที่จะเกิดการสะสมของความเค้นภายใต้แนวเชื่อมจนกระทั่งเกิดการแตกและนำไปสู่การร่อน (Spalling) ของเนื้อเชื่อม หรือการแยกตัว (Separation)  ของแนวเชื่อมออกจากชิ้นงานเชื่อมอย่างสมบูรณ์ และหากแนวเชื่อมนั้น บางมากๆ และมีการเย็นตัวอย่างเร็ว อาจทำให้เกิดรอยแตกมากขึ้น   ซึ่งอาจจะพูดได้ว่า รอยแตกมากก็แสดงว่ามีการคลายความเค้นมาก  ก็จะเป็นไปได้ที่ทำให้เกิดการร่อนของเนื้อเชื่อมลดลง   ดังนั้นรอยแตกสำหรับงานเชื่อมพอกผิวแข็งคือสิ่งที่ดี และไม่ต้องตกใจครับ

Q :  ผมมีชิ้นงานเป็นดุมเกลียวที่ทำจาก สแตนเลส  แต่ไม่ทราบว่าเป็นสแตนเลสเบอร์อะไร และผมจะต้องเอาดุมเกลียวนี้ต้องเชื่อมติดกับ สแตนเลสเบอร์ 304

โดยใช้ลวดเชื่อมเบอร์ 308L แต่พอเชื่อมไปแล้ว พบว่ารอยเชื่อมแตกตรงกลางไม่สามารถนำไปใช้งานได้ อยากทราบว่าเป็นเพราะเหตุใด

A:   ตามปกติแล้วการตกแต่งด้วยเครื่องมือกล (Machining) หรือเรียกให้เข้าใจง่ายๆ ว่า การแมชชีนนั้น สำหรับโลหะกลุ่มสแตนเลสแล้วนับว่ายากพอสมควร  เนื่องจากจะมีคุณสมบัติที่สามารถเพิ่มความแข็งได้เองเมื่อได้รับแรงมากระทำ ซึ่งเรียกว่า Work Hardening โดยที่คุณจะสังเกตเห็นได้ง่ายๆ ว่า สแตนเลสมักจะเจาะยากกว่าเหล็กทั่วไป  สำหรับกรณีดุมเกลียวสแตนเลสที่สามารถทำเกลียวได้ง่ายนั้น ผมเชื่อว่าเป็น สแตนเลสเบอร์ 303 หรือ 303Se ครับซึ่งจะเป็นสแตนเลสที่ผสมซัลเฟอร์หรือซีลีเนียมตามลำดับ  เพื่อช่วยให้สามารถทำการแมชชีนได้ง่ายขึ้น แต่การผสมธาตุทั้งสองชนิดนั้นกลับส่งผลกระทบต่อการเชื่อมประสานเนื่องจากจะทำให้เสี่ยงต่อการแตกร้าวกลางแนวเชื่อมเหมือนที่คุณพบอยู่ในปัจจุบันครับ  ธาตุซัลเฟอร์ที่ผสมในเบอร์ 303 หรือซีลีเนียมที่ผสมในเบอร์ 303Se เป็นธาตุที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ (หลอมละลายเร็วแต่แข็งตัวช้า) ดังนั้นเมื่อถูกความร้อนจากการเชื่อม ธาตุเหล่านี้ก็จะหลอมละลายอยู่ในเนื้อเชื่อม  แต่เมื่อหยุดเชื่อม แนวเชื่อมก็จะเย็นตัวในทิศทางจากขอบแนวเชื่อมไปยังบริเวณกลางแนวเชื่อม ทำให้ธาตุทั้งสองที่ผสมอยู่นั้นถูกขับไปรวมตัวอยู่บริเวณกลางแนวเชื่อม แต่เนื่องจากธาตุทั้งสองนั้นเป็นธาตุที่มีจุดหลอมละลายต่ำ  ตามที่กล่าวมาแล้ว จึงทำให้บริเวณกลางแนวเชื่อมแข็งตัวช้าที่สุด เมื่อแนวเชื่อมเย็นตัวลงจะเกิดการหดตัว บริเวณกลางแนวเชื่อมจะไม่สามารถรับความเค้นที่เกิดขึ้นได้ เนื่องจากมีการสะสมของธาตุทั้งสองในปริมาณสูง  จึงเป็นสาเหตุของการแตกร้าวกลางแนวเชื่อม  การแตกร้าวกลางแนวเชื่อม มักจะเกิดในขณะที่แนวเชื่อมยังคงมีความร้อนอยู่ หรือในระหว่างที่แนวเชื่อมแข็งตัว จึงเรียกว่า Hot cracking หรือ Solidification cracking  และจะพบบ่อยในกรณีการเชื่อมโลหะที่ต่างชนิดกัด  การแก้ปัญหาเรื่องการแตกกลางแนวเชื่อมจะต้องใช้ความรู้ทางโลหะวิทยาเพื่อเลือกใช้ลวดเชื่อมให้ถูกต้อง ในกรณีของคุณนั้น การใช้ลวดเชื่อมเบอร์ 308L  จะไม่เหมาะกับการเชื่อมดุมเกลียวสแตนเลสกับชิ้นงานเบอร์ 304เนื่องจากเป็นสแตนเลสต่างเบอร์กัน อีกทั้งดุมเกลียวยังเป็นสแตนเลสกลุ่มที่ยากต่อการเชื่อมอีกด้วย  นอกจากปัญหาเรื่องการแตกร้าวกลางแนวเชื่อมแล้ว  การเชื่อมสแตนเลสที่มี ปริมาณซัลเฟอร์สูง เช่นเบอร์ 303 กับสแตนเลสทั่วไปที่มีปริมาณซัลเฟอร์ต่ำ เช่นเบอร์ 304  ยังมีแนวโน้มที่จะทำให้แนวเชื่อมเอียงไปจากจุดกึ่งกลางไปทางด้านชิ้นงานที่มีปริมาณซัลเฟอร์ต่ำกว่า เนื่องจากธาตุซัลเฟอร์มีอิทธิพลทำให้ค่าสัมประสิทธิ์แรงตึงผิวของโลหะหลอมเหลวต่ำลง  ส่งผลให้การไหลของโลหะหลอมเหลว มีทิศทางไปยังชิ้นงานด้านที่มีปริมาณของธาตุซัลเฟอร์ต่ำ  ดังภาพที่ 2  จากข้อมูลทางโลหะวิทยา วิธีหนึ่งในการช่วยลดปัญหาการแตกร้าวขณะร้อนได้คือการควบคุมส่วนผสมทางเคมีในเนื้อเชื่อจากการศึกษาพบว่า หากแนวเชื่อมมีปริมาณเฟสเฟอร์ไรต์ประมาณร้อยละ 5-10  จะทำให้ลดโอกาสการแตกร้าวขณะร้อนได้  เนื่องจากเฟสเฟอร์ไรต์จะมีความสามารถในการละลายซัลเฟอร์ได้ดี  จากคำถาม การใช้ลวดเชื่อมเบอร์ 308L นั้นยังไม่เหมาะสมเท่าที่ควร ความจริงแล้ว ผู้ผลิตสแตนเลสหลายรายไม่แนะนำให้ทำการเชื่อมสแตนเลสเบอร์ 303 แต่หากจำเป็นต้องเชื่อม  ให้เลือกใช้ลวดเชื่อมเบอร์ 312L หรือเบอร์ 309L ปรับกระแสเชื่อมให้ต่ำสุดเท่าที่จะเป็นไปได้และอย่าเชื่อมให้ชิ้นงานละลายมากเกินไป รวมถึงการเดินแนวเชื่อมปกติ ไม่ต้องส่ายลวดเชื่อมก็เป็นวิธีหนึ่งในการแก้ปัญหาได้ครับ.