วิธีเชื่อมเหล็กหล่อ เลือกใช้ลวดเชื่อมเหล็กหล่ออย่างไรดี 98นิเกิล หรือ 55นิเกิล

วิธีเชื่อมเหล็กหล่อ มีหลักการเลือกใช้ลวดเชื่อมธูป–ลวดเชื่อมไฟฟ้าเหล็กหล่อ โดยทั่วไปมีอยู่ 3 สิ่ง ดังนี้ ต้นทุนในการเชื่อม, ความยากง่ายการกลึงแต่งหลังการเชื่อม และต้องการเชื่อมชั้นเดียว หรือหลายชั้น ลวดเชื่อมเหล็กหล่อที่นิยมกัน จะมี 2 เกรด คือ 98% นิเกิล และ 55%นิเกิล

ในการซ่อมแซมชิ้นงานเหล็กหล่อ สิ่งที่ช่างเชื่อมต้องระวังที่สุดคือ “ปัญหาการแตกร้าว (Cracking)” เนื่องจากเหล็กหล่อมีปริมาณคาร์บอนสูงมาก เมื่อได้รับความร้อนจากการเชื่อมแล้วเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว จะเกิดโครงสร้างที่แข็งเปราะบริเวณรอยเชื่อม ลวดเชื่อมเหล็กหล่อที่นิยมนำมาแก้ปัญหานี้

98%นิเกิล

ลวดเชื่อมเหล็กหล่อ 98%Ni (มาตรฐาน AWS ENi-CI) เป็นลวดเชื่อมที่มีแกนนิเกิลบริสุทธิ์สูงถึง 98 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งนิเกิลเป็นธาตุหายากและมีราคาแพง ทำให้ลวดเชื่อมชนิดนี้จัดอยู่ในกลุ่มเกรดพรีเมียมสำหรับการซ่อมเหล็กหล่อโดยเฉพาะ

• จุดเด่น: โลหะนิเกิลจะไม่รวมตัวกับคาร์บอนในเหล็กหล่อ ทำให้แนวเชื่อมหลังทำเสร็จมีความนิ่ม “สามารถนำไปกลึง ไส หรือแต่งขอบ (Machinability) ได้ง่ายมาก” ซึ่งเป็นข้อพิจารณาอันดับแรกที่ช่างซ่อมบำรุงและโรงกลึงเลือกใช้ อีกทั้งแนวเชื่อมยังมีความยืดหยุ่นสูง ทนต่อการแตกร้าวได้ดี
• การใช้งาน: เหมาะที่สุดสำหรับการซ่อมแซมรอยร้าวที่ต้องการเชื่อมแบบชั้นเดียว (Single Pass) บนชิ้นงานเหล็กหล่อทั่วไปบางๆ ถึงกระนั้นก็ยังรองรับเหล็กหล่อที่มีฟอสฟอรัสเจือปนระดับต่ำ-ปานกลางได้ดี ข้อเสียเพียงอย่างเดียวคือมีต้นทุนราคาที่ค่อนข้างสูง

55%นิเกิล

ลวดเชื่อมเหล็กหล่อ 55%Ni (มาตรฐาน AWS ENiFe-CI) เป็นลวดเชื่อมที่มีแกนโลหะผสมระหว่าง นิเกิล 55% และเหล็ก (Iron) 45% ด้วยปริมาณนิเกิลที่ลดลงจึงทำให้ลวดเชื่อมเกรดนี้มีราคาถูกกว่าแบบ 98%Ni

• จุดเด่น: การมีธาตุเหล็กผสมอยู่ ทำให้รอยเชื่อมที่ได้ “มีความแข็งแรง (Tensile Strength) สูงกว่า และเหนียวกว่าแบบ 98%Ni” ที่สำคัญคือมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ (Low Coefficient of Thermal Expansion) จึงช่วยลดแรงเค้นจากการหดตัว ป้องกันรอยแตกร้าวได้ยอดเยี่ยม และทนทานต่อธาตุฟอสฟอรัสที่เจือปนอยู่ในชิ้นงานได้ดีกว่า
• การใช้งาน: เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมซ่อมแซมเหล็กหล่อที่มีความหนามาก, การเชื่อมหลายชั้น (Multi-pass), งานที่ต้องรับน้ำหนักสูง หรือใช้เชื่อมต่อเหล็กหล่อเข้ากับเหล็กเหนียวทั่วไป ข้อควรระวังคือแนวเชื่อมจะมีความแข็งมากกว่า ทำให้การนำไปกลึงแต่งต่อทำได้ในระดับปานกลางเท่านั้น

หลักการพิจารณาเลือกลวดเชื่อมเหล็กหล่อ

เพื่อให้จบงานซ่อมได้อย่างสมบูรณ์แบบ ช่างเชื่อมควรประเมินจาก 3 ปัจจัยหลักหน้างาน ได้แก่:

1. ต้นทุนในการเชื่อม: หากชิ้นงานใหญ่ ต้องเติมเนื้อโลหะเยอะ ลวด 55%Ni จะช่วยประหยัดงบประมาณได้มากกว่า
2. ความยากง่าย การกลึงแต่งหลังการเชื่อม: หากซ่อมเสร็จแล้วต้องนำไปเข้าเครื่องกลึง เจาะรู หรือต๊าปเกลียวต่อ บังคับว่าต้องใช้ 98%Ni เพื่อไม่ให้ดอกสว่านหรือมีดกลึงบิ่นหัก
3. ต้องการเชื่อมชั้นเดียว หรือหลายชั้น: งานบาง ซ่อมผิวตื้นๆ เลือก 98%Ni แต่งานร่องลึก ชิ้นงานหนาๆ ที่ต้องพอกหลายๆ ชั้น ควรใช้ 55%Ni เพื่อลดความเครียดสะสมในเนื้อโลหะ

ความรู้เพิ่มเติมเรื่องเหล็กหล่อ โดยเหล็กหล่อมีกี่ชนิด

สำหรับการหล่อเหล็กประเภทนี้ นิยมใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเครื่องจักรกล ยานยนต์ และระบบท่อ โดยส่วนใหญ่แล้ว จะแบ่งโครงสร้างทางโลหะวิทยาออกเป็น 5 ชนิดด้วยกัน ซึ่งในแต่ละชนิดจะมีคุณสมบัติทางกล รวมถึงปริมาณและการก่อตัวของคาร์บอนที่แตกต่างกันออกไป ดังนี้:

1. เหล็กหล่อมัลเลียเบิ้ล (Malleable Cast Iron)

เป็นเหล็กหล่อที่ได้รับการอบอ่อน (Annealing) เพื่อปรับปรุงโครงสร้าง โดยทำมาจากเหล็กหล่อสีขาว นำมาให้ความร้อนในเตาอบที่อุณหภูมิประมาณ 1,600 °F โดยเพิ่มอุณหภูมิอย่างช้าๆ ทิ้งเวลาไว้นาน 25 – 60 ชั่วโมง หลังจากนั้นค่อยๆ คุมอุณหภูมิให้เย็นตัวลงในอัตรา 10 °F / ชั่วโมง กระบวนการนี้จะเปลี่ยนโครงสร้างที่แข็งเปราะ ให้กลายเป็นเหล็กหล่อมัลเลียเบิ้ลที่มีคุณสมบัติโดดเด่นคือ มีความอ่อนตัวสูง สามารถดัดโค้งได้ และมีความเหนียวทนต่อแรงกระแทกได้ดีขึ้น

2. เหล็กหล่อผสม (Alloy Cast Iron)

เป็นเหล็กหล่อที่มีการเติมธาตุโลหะผสม (Alloying Elements) อื่นๆ เข้าไป เพื่อปรับโครงสร้างและยกระดับคุณสมบัติให้ทนทานต่อสภาพการใช้งานที่โหดร้ายเฉพาะด้าน แบ่งออกเป็นกลุ่มหลักๆ ได้แก่:

• เหล็กหล่อผสมโครเมียมสูง: มีโครเมียมผสมอยู่ 20 – 30% ทนทานต่อการเสียดสีและการสึกหรอได้ดีเยี่ยม (เหมาะสำหรับใบพัดปั๊มดูดทราย โม่หิน)
• เหล็กหล่อผสมนิเกิลสูง: มีนิเกิลผสมอยู่ 14 – 30% แข็งแกร่งและทนต่อการกัดกร่อนจากสารเคมีและน้ำทะเลได้ดีมาก
• เหล็กหล่อผสมซิลิกอนสูง: มีซิลิกอนผสมอยู่ตั้งแต่ 14% ขึ้นไป มีคุณสมบัติพิเศษคือทนทานต่อความร้อนสูงและการเกิดตะกรัน

3. เหล็กหล่อสีเทา (Gray Cast Iron)

ถือเป็นเหล็กหล่อมาตรฐานที่ “นิยมใช้งานมากที่สุดในโลก” มีปริมาณคาร์บอนผสมอยู่ 2.5 – 4% โครงสร้างคาร์บอนส่วนใหญ่จะก่อตัวอยู่ในรูปของ “กราไฟต์แผ่น (Flake Graphite)” ซึ่งมีลักษณะอิสระแทรกอยู่ในเนื้อเหล็ก เมื่อหักดูเนื้อในจะเห็นเป็นสีเทา โครงสร้างนี้มีข้อดีคือ กลึงแต่งได้ง่ายมาก และมีคุณสมบัติซับแรงสั่นสะเทือนได้ดีเยี่ยม (นิยมใช้ทำแท่นเครื่องจักรกล และเสื้อสูบรถยนต์)

4. เหล็กหล่อขาว (White Cast Iron)

เป็นเหล็กที่มีคาร์บอนผสมอยู่ประมาณ 1.8 – 3.6% แต่คาร์บอนเหล่านี้จะไม่อยู่ในรูปของกราไฟต์อิสระแบบเหล็กหล่อสีเทา ทว่าจะรวมตัวกับเหล็กกลายเป็น “เหล็กคาร์ไบด์ (Iron Carbide หรือ Cementite)” ซึ่งมีความแข็งขั้นสุดยอด ดังนั้นเมื่อหักชิ้นงานออก จะเห็นเนื้อในสะท้อนแสงเป็นสีขาว ข้อดีคือทนทานต่อการสึกหรอสูงมากๆ แต่ข้อเสียคือมีความเปราะบางสูงและกลึงแต่งได้ยากมาก

5. เหล็กหล่อโนดูลาร์ (Nodular / Ductile Cast Iron)

เรียกอีกชื่อว่า “เหล็กหล่อเหนียว” เป็นเหล็กหล่อเกรดพรีเมียมที่รวมเอาข้อดีของเหล็กกล้า (เหนียว ทนแรงดึง) และเหล็กหล่อสีเทา (หลอมขึ้นรูปง่าย) เข้าไว้ด้วยกัน วิธีการผลิตคือหลอมเหล็กดิบ แล้วทำการเติมธาตุ “แมกนีเซียม (Magnesium)” หรือเซเรียมลงไปก่อนเทเข้าแบบ ธาตุเหล่านี้จะไปบังคับให้กราไฟต์ที่เคยเป็นแผ่น เปลี่ยนรูปร่างจับตัวกันเป็น “ก้อนกลม (Spheroidal Graphite)” ทำให้เนื้อเหล็กไม่เปราะแตกง่าย รับแรงบิดและแรงดึงได้สูงมาก (นิยมใช้ทำเพลาข้อเหวี่ยง ท่อประปาแรงดันสูง)

หวังว่าทุกท่านจะได้รับข้อมูลเชิงลึก เพื่อใช้ประกอบการตัดสินใจในการเลือกใช้ลวดเชื่อมเหล็กหล่อ และเข้าใจพฤติกรรมของชิ้นงานได้อย่างเหมาะสมกับงานเชื่อมนะครับ!!!

รับข่าวสาร 📰 ความรู้เครื่องมือช่างมืออาชีพ 🛠️ พร้อม โปรโมชั่น 🎁 สินค้าราคาพิเศษ 💥 ได้ก่อนใคร เพียงเพิ่มเพื่อนช่องบัญชีทางการ ThaiTool กว่า 50ปี 🎉 ที่ให้บริการช่างไทยทั่วประเทศ 🇹🇭 คุณจะไม่พลาดข่าวสารล่าสุดอีกต่อไป 🔥

คำถาม-ตอบ