พื้นฐานการเชื่อมโลหะด้วยเทคนิคกระบวนการ เชื่อมไฟฟ้า และ เชื่อมแก๊ส

เทคนิคการเชื่อมโลหะ (Welding) ในปัจจุบันการก่อสร้างสิ่งปลูกสร้าง หลายอย่างจำเป็นต้องมีโลหะเข้ามาเกี่ยวข้อง การเชื่อม โลหะก็เป็นวิทยาการด้านหนึ่งที่จำเป็น เพราะการเชื่อมเป็นการต่อ การยึดโลหะเข้าด้วยกัน และเป็นเนื้อเดียวกัน ได้อย่างรวดเร็ว แข็งแรง ปลอดภัย
การเชื่อม หมายถึงขบวนการที่ทำให้โลหะหลอมละลายติดกัน โดยอาศัยความร้อนจากการอาร์คด้วยไฟฟ้าเรียกว่า เชื่อมไฟฟ้า (Arc) หรือความร้อนจากการเผาไหม้แก๊สเชื้อเพลิงเรียกว่า เชื่อมแก๊ส  ที่จะเกิดขึ้นระหว่างโลหะชิ้นงานกับลวดเชื่อม อุณหภูมิที่ใช้ในการเชื่อมโดยเฉลี่ยประมาณ 6,000 องศาเซลเซียส ซึ่งจะทำให้โลหะงานที่ถูกเชื่อมหลอมละลายพร้อมกับปลายของลวดเชื่อม และเป็นเนื้อเดียวกัน

การเชื่อมโลหะพื้นฐานสำหรับผู้เริ่มต้นฝึกหัดเชื่อมแบ่งออกได้ดังนี้

• การเชื่อมด้วยไฟฟ้า (Arc Welding)
  
• การเชื่อมด้วยแก๊ส (Gas Welding)
  

1. การเชื่อมด้วยไฟฟ้า (Arc Welding)

 

 

การเริ่มต้นอาร์ค

การเริ่มต้นฝึกหัดเชื่อมจะเริ่มต้นจากการอาร์คก่อน การอาร์ค คือ ระยะห่างระหว่างปลายลวดเชื่อมกับผิวโลหะงาน ซึ่งเป็นระยะพอดีที่จะทำให้การอาร์คเป็นไปอย่างต่อเนื่อง การเริ่มต้นอาร์ค มี 2 วิธีคือวิธีการขีดและวิธีการเคาะ

• วิธีการขีด เป็นการบังคับให้ลวดเชื่อมสัมผัสกับโลหะงานโดยการขีดออกข้าง ๆ จนเกิดการอาร์ค แล้วยกลวดเชื่อมขึ้นเล็กน้อยจนได้ระยะอาร์คที่ต้องการคือประมาณ 1/8 นิ้ว
• วิธีการเคาะ เป็นการบังคับให้ลวดเชื่อมกระแทรกลงไปในแนวดิ่งจนสัมผัสกับโลหะงานแล้วยกขึ้น-ลง จนเกิดการอาร์ค ตามที่ต้องการ

ตำแหน่งท่าเชื่อมไฟฟ้า

.

• แบบรอยต่อชน (Butt Joint)
• แบบรอยต่อเกย (Lap Joint)
• แบบรอยต่อมุม (Corner Joint)
• แบบรอยต่อตัวที (T – Joint)
• แบบรอยต่อขอบ (Edge Joint)

2. การเชื่อมแก๊ส (Gas welding)

การเชื่อมแก๊ส หมายถึงขบวนการที่ทำให้โลหะประสานกัน โดยการให้ความร้อนกับโลหะงานจนถึงอุณหภูมิที่โลหะชนิดนั้นหลอมละลาย โลหะเมื่อหลอมละลายจะรวมตัวเข้าเป็นเนื้อเดียวกัน การเชื่อมแก๊สเป็นอีกวิธีหนึ่งที่นิยมใช้กันมากในปัจจุบัน

การเชื่อมมักจะใช้เปลวไฟที่เกิดจากการสันดาประหว่างแก๊สเชื้อเพลิงกับอากาศ การสันดาประหว่างแก๊สเชื้อเพลิงกับอากาศแยกออกเป็นแบบต่างๆ ได้ 3 แบบคือ

1. การสันดาปของแก๊สเชื้อเพลิงกับออกซิเจนที่มีอยู่ในอากาศโดยตรง เช่น การสันดาปของเทียนไข หรือตะเกียงแก๊สที่แม่ค้าใช้ขายของตอนกลางคืนการสันดาปชนิดนี้จะมีผลดังนี้

1.1 เปลวไฟที่ได้จากการสันดาปมีอุณหภูมิต่ำ

1.2 เปลวไฟมีความสะอาดน้อยมาก

1.3 ให้ปริมาณความร้อนต่ำ

.

2. การสันดาปของแก๊สเชื้อเพลิงในบรรยากาศผ่านรูดูดอากาศของหัวเผา ตัวอย่างของการสันดาปลักษณะนี้ได้แก่ ตะเกียงบุนเสน (Bunsen) การสันดาปลักษณะนี้จะมีผลดังนี้

2.1 เปลวไฟที่ได้จากการสันดาปมีอุณหภูมิสูงกว่าแบบแรก

2.2 เปลวไฟมีความสะอาดมากกว่าแบบแรก

2.3 ให้ปริมาณความร้อนมากกว่าแบบแรก

.

3. การสันดาปของแก๊สเชื้อเพลิงกับออกซิเจนที่นามาจากแหล่งที่มีความดัน โดยผสมกันก่อนการสันดาป เช่นการสันดาปของหัวเชื่อมแก๊ส การสันดาปลักษณะนี้จะมีผลดังนี้

3.1 เปลวไฟที่ได้จากการสันดาปมีอุณหภูมิสูงสุด

3.2 เปลวไฟมีความสะอาดมากที่สุด

3.3 ให้ปริมาณความร้อนมากที่สุด

การจุดเปลวไฟเชื่อมและการดับเปลวไฟแก๊ส

.

ก่อนจุดเปลวไฟเชื่อมทุกครั้งต้องตรวจดูอุปกรณ์ต่าง ๆ ให้อยู่ในสภาพเรียบร้อย โดยเริ่มจากเครื่องกำเนิดแก๊ส หรือขวดบรรจุแก๊สว่ามีรอยรั่วหรือไม่ เครื่องบังคับแก๊ส ลิ้นนิรภัย เกจวัดความดัน และอุปกรณ์อื่น ๆ รวมทั้งสายเชื่อม หัวเชื่อม ที่สาคัญคืออุปกรณ์ป้องกันไฟกลับต้องมีน้ำบรรจุเต็มตามระดับที่กำหนดเมื่อตรวจอุปกรณ์ทุกอย่างเรียบร้อย ให้เปิดลิ้นที่ขวดบรรจุแก๊สออกซิเจนก่อนโดยหมุนเปิดอย่างช้า ๆ และหมุนเปิดจนสุดระยะเกลียวทุกครั้ง เพื่อป้องกันแก๊สรั่วออกทางก้านลิ้น หลังจากนั้นให้เปิดลิ้นขวดบรรจุแก๊สอะเซทิลีน โดยหมุนเปิดเพียง 1-2 รอบ แล้วให้ปล่อยประแจที่ใช้เปิดคาไว้บนก้านลิ้น ปรับขนาดความดันแก๊สสำหรับหัวเชื่อม หรือหัวตัดตามที่บริษัทผู้ผลิตหัวเชื่อม หรือหัวตัดแนะนำไว้ เปิดลิ้นแก๊สออกซิเจนที่มือถือเชื่อมประมาณ 1/6 รอบ แล้วเปิดลิ้นอะเซทิลีนเล็กน้อยจากนั้นทดลองใช้มือบังที่ปลายหัวเชื่อม จะรู้สึกว่ามีแก๊สพุ่งออกมาจึง ใช้เครื่องมือจุดไฟจุด โดยให้มีระยะห่างจากปลายหัวเชื่อมประมาณ 25 ม.ม. และปรับเปลวไฟให้มีลักษณะตามต้องการ

การจุดเปลวไฟถ้าไม่เปิดแก๊สออกซิเจนจะมีเขม่าและควันมาก เพราะการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ แต่ถ้าเปิดแก๊สออกซิเจนมากก็จะจุดไฟไม่ติด ดังนั้นต้องเปิดแก๊สออกซิเจนให้พอเหมาะ

.

การดับเปลวไฟที่ถูกต้องให้ปิดลิ้นแก๊สอะเซทิลีนก่อนแล้วจึงปิดแก๊สออกซิเจน เพราะจะไม่ทาให้เกิดเขม่าควัน และยังเป็นที่แน่ใจว่าเปลวไฟนั้นได้ดับจริง ๆ

.

ลักษณะของเปลวไฟที่ใช้ในการเชื่อมแก๊ส

เปลวไฟ มีหน้าที่ให้ความร้อนแก่ชิ้นงาน จนมีอุณหภูมิสูงถึงจุดหลอมละลายขณะที่ปฏิบัติการเชื่อม เปลวไฟที่ดีเหมาะกับการเชื่อมต้องพุ่งเป็นลากรวยแหลมยาวออกจากหัวเชื่อม โดยตำแหน่งที่ร้อนที่สุดห่างจากปลายเปลวไฟชั้นในประมาณ 2 – 10 ม.ม. และมีอุณหภูมิสูงถึง 3,200 องศาเซลเซียส ถ้าเปลวไฟไม่ถูกต้องจะมีผลต่อการเชื่อม และคุณภาพของแนวเชื่อม ลักษณะของเปลวไฟที่ไม่ถูกต้องจำแนกออกได้ดังนี้

.

1. เปลวไฟเอียงและเปลวไฟแตกบานปลาย เปลวไฟที่พุ่งออกจากหัวเชื่อมอาจจะเอียงไปข้างใดข้างหนึ่ง หรือแตกบานปลายไม่พุ่งเป็นลำกรวย ซึ่งมีสาเหตุได้หลายประการได้แก่ รูทางออกของแก๊สเอียงหรือขยายออกเป็นปากระฆัง มีสิ่งสกปรก สะเก็ดโลหะหรือเขม่าติดค้างภายในและบริเวณหัวทิป

วิธีแก้ไข ให้ทำความสะอาดหัวทิปเพื่อขจัดสิ่งสกปรกที่ติดค้างอยู่ โดยใช้ปลายหัวทิปถูกับแผ่นไม้เนื้อแข็งกลับไปกลับมาหลาย ๆ ครั้งในขณะที่ยังมีเปลวไฟอยู่ สิ่งสกปรกต่าง ๆ ก็จะหลุดออกๆไป ไม่ควรถูกับไม้เนื้ออ่อนหรือแผ่นไม้ที่ทาสี เพราะจะทาให้เสี้ยนไม้หรือสีอุดตันหัวทิป

ข้อควรระวัง ห้ามใช้หัวทิปถูกับเหล็ก คอนกรีต อิฐ หิน เพราะจะทำให้หัวทิปสึกกร่อนได้

.

2. เปลวไฟขาดตอนจากปลายหัวทิป การจุดเปลวไฟที่หัวเชื่อมบางครั้งจะพบว่าเปลวที่เกิดขึ้นพุ่งแรงและขาดตอนจากปลายหัวทิปมาก ไม่สามารถนำไปเชื่อมได้ ที่เป็นเช่นนี้เกิดจากความดันของแก๊สที่พุ่งผ่านหัวทิปสูงมากเกินปกติ ทำให้อัตราการไหลของแก๊สสูงตามไปด้วย

วิธีแก้ไข ให้ลดความดันของแก๊สออกซิเจนหรือแก๊สอะเซทิลีนให้ต่ำลงจากเดิม โดยปรับที่เครื่องบังคับแก๊สและปรับที่ลิ้นมือถือหัวเชื่อมแก๊ส จนเปลวไฟเชื่อมเป็นปกติ

.

3. เปลวไฟมีละอองน้ำปนออกมา สังเกตได้จากเปลวไฟพุ่งแรงและมีละอองสีแดงเป็นฝอยอยู่ด้านในของเปลวไฟ สาเหตุเกิดจากอัตราการไหลของแก๊สอะเซทิลีนสูงกว่าปกติหรือมีน้ำในอุปกรณ์นิรภัยสูงกว่ากาหนด ทาให้น้ำส่วนที่เกินไหลปนออกมากับเปลวไฟ

.

วิธีแก้ไข ให้ถอดข้อต่อสายเชื่อมแก๊สอะเซทิลีนออกจากมือถือหัวเชื่อมแล้วปล่อยให้น้ำที่ปนมาและตกค้างอยู่ในสายเชื่อมออกให้หมด แล้วต่อยึดสายเข้ากับมือถือเชื่อมเหมือนเดิม จากนั้นให้ตรวจระดับน้ำในอุปกรณ์นิรภัยว่าได้ระดับตามที่กำหนดหรือไม่ ถ้าน้อยไปก็เติม ถ้ามากไปก็ปล่อยออกให้ได้ระดับที่กำหนด

.

4. เปลวไฟเปลี่ยนแปลงเสมอ เปลวไฟจากหัวเชื่อมเปลี่ยนแปลงอยู่บ่อย ๆ บ่งครั้งพุ่งแรงบางครั้งพุ่งค่อยสลับกันไป เกิดจากความดันของแก๊สออกซิเจนหรือแก๊สอะเซทิลีนไม่สม่ำเสมอ อาจเป็นเพราะเครื่องบังคับแก๊สไม่ทางานตามปกติชิ้นส่วนภายในชำรุดเป็นต้น

.

วิธีแก้ไข ให้เปลี่ยนเครื่องบังคับแก๊สตัวใหม่ วิธีสังเกตง่าย ๆ ว่าเครื่องบังคับแก๊สชำรุดหรือไม่ให้ดูที่เข็มเกจ วัดความดันเคลื่อนไหวหรือสั่นอยู่บ่อย ๆ

.

5. เปลวไฟเปลี่ยนเป็นเปลวออกซิไดซิ่ง ในขณะเชื่อม สาเหตุเกิดจากการเชื่อมเป็นเวลานาน ๆ ทำให้หัวทิปมีอุณหภูมิสูง ทำให้แก๊สออกซิเจนและแก๊สอะเซทิลีนแยกตัวไม่รวมกันตามปกติ แก๊สอะเซทิลีนจะลดปริมาณลงแต่แก๊สออกซิเจนยังคงเดิมทำให้เปลวกลาง เปลี่ยนเป็นเปลวออกซิไดซิ่ง

.

วิธีแก้ไข ต้องปรับเปลวไฟใหม่โดยเพิ่มปริมาณแก๊สอะเซทิลีนให้สูงขึ้นจากเดิม จนกระทั่งเปลวไฟเปลี่ยนเป็นเปลวคาร์บูไรซิ่งแล้วจึงลดแก็สอะเซทิลีนลงช้า ๆ ให้เปลวเปลี่ยนเป็นเปลวกลางเช่นเดิม หรือให้หยุดเชื่อมชั่วคราวเพื่อปล่อยให้หัวเชื่อมเย็นลงก่อนจึงทำการเชื่อมต่อไป

.

ชนิดของเปลวไฟที่ใช้ใน การเชื่อม

การสันดาปของแก๊สทั้งสองชนิดจากหัวเชื่อมแบ่งออกได้ 3 ลักษณะตามอัตราส่วนผสมดังนี้

1. เปลวคาร์บูไรซิ่ง (Carburizing Flame)

2. เปลวกลาง (Neutral Flame)

3. เปลวออกซิไดซิ่ง (Oxidizing Flame)

.

1. เปลวคาร์บูไรซิ่ง เกิดจากการสันดาปของแก๊สทั้งสองชนิด แต่แก๊สอะเซทิลีนจะมากกว่าแก๊สออกซิเจน การสันดาปของเปลวชนิดนี้จะมีแก๊สอะเซทิลีนจะเผาไหม้ไม่หมด ถ้าทำการเชื่อมในห้องหรือสถานที่อับอากาศไม่มีอากาศถ่ายเทอาจเป็นอันตรายได้ ความร้อนที่ได้จากเปลวไฟชนิดนี้จะต่ำกว่า 3,200 องศาเซลเซียส นิยมใช้สาหรับเชื่อมโลหะที่มีจุดหลอมตัวต่ำ เช่น ตะกั่ว อะลูมิเนียม และอื่น ๆ นอกจากนี้คาร์บอนที่เหลือจากการสันดาปจะทาหน้าที่คล้ายฟลักซ์คลุมแนวเชื่อม ป้องกันแก๊สออกซิเจนไม่ให้เข้ามารวมตัวกับแนวเชื่อม สังเกตเปลวไฟจะมี 3 ชั้น

.

2. เปลวกลาง เกิดจากการสันดาประหว่างแก๊สออกซิเจนและแก๊สอะเซทิลีนจากหัวเชื่อมในอัตราส่วน 1 ต่อ 1 สังเกตได้ว่าเปลวไฟจะมี 2 ชั้น ชั้นในจะมีสีขาวนวลอมฟ้าสุกใสต่อจากปลายหัวทิป เปลวชั้นนอกล้อมรอบเป็นรูปกรวยแหลมยาว เปลวไฟชนิดนี้ให้อุณหภูมิความร้อนสูงสุดที่ 3,200 องศาเซลเซียส ตำแหน่งที่ร้อนที่สุดห่างจากเปลวไฟชั้นในประมาณ 2 – 10 ม.ม. ขึ้นอยู่กับขนาดหัวเชื่อม เปลวชนิดนี้นิยมใช้เชื่อมโลหะทั่ว ๆ ไป

.

3. เปลวออกซิไดซิ่ง เป็นเปลวที่มีแก๊สออกซิเจนมากกว่าแก๊สอะเซทิลีนการสันดาปของแก๊สชนิดนี้จะมีแก๊สออกซิเจนตกค้างอยู่ และสังเกตได้ชัดว่าเปลวชนิดนี้มีเพียง 2 ชั้นเปลวในเล็กและหดสั้นติดกับปลายหัวทิป เปลวชั้นนอกมีสีฟ้าอ่อน อุณหภูมิของเปลวชนิดนี้จะต่ำกว่าเปลวกลางเล็กน้อย นิยมใช้เชื่อมโลหะประเภท บรอนซ์ เพราะจะทาให้คุณสมบัติของบรอนซ์ไม่เปลี่ยนแปลง ถ้านำเปลวชนิดนี้ไปเชื่อมเหล็กเหนียวจะเกิดฟอง มองเห็นบ่อละลายไม่ชัด แนวเชื่อมเปราะ และมีรูพรุนไม่แข็งแรง

.

การระบายความร้อนหัวเชื่อม ขณะที่เชื่อมติดต่อกันเป็นเวลายาวนานหัวเชื่อมจะร้อนกว่าปกติ การระบายความร้อนจากหัวเชื่อมทำได้โดยจุ่มหัวเชื่อมลงในถังน้ำ ปิดเฉพาะลิ้นแก๊สอะเซทิลีนส่วนแก๊สออกซิเจนเปิดไว้เช่นเดิม อาจจุ่มหัวเชื่อมลงถังน้ำจนถึงข้อต่อระหว่างหัวเชื่อมและมือถือเพื่อระบายความร้อนทุกส่วน

..

การส่ายหัวเชื่อม การตั้งมุมหัวเชื่อมและการป้อนลวดเชื่อม

.

ขณะที่ทำการเชื่อมชิ้นงานต้องตั้งมุมหัว เชื่อมให้เอนไปด้านหลังประมาณ 30 – 45 องศา กับผิวงานและทำมุมฉากกับด้านข้างทั้งสองด้าน หัวเชื่อมอยู่สูงจากงานมีระยะห่างจากปลายเปลวไฟชั้นในถึงผิวงานประมาณ 2 – 10 ม.ม.ตามขนาดของหัวเชื่อม

.

ในการเชื่อมทุกครั้งต้องใช้เปลวไฟเผาชิ้นงานบริเวณแนวที่จะเชื่อมจนร้อนหลอมละลายเป็นแอ่งกลมหรือที่เรียกว่า บ่อละลาย (Puddle) ซึ่งเป็นส่วนที่ร้อนที่สุดหลังจากนั้นให้ส่ายหัวเชื่อมเล็กน้อยเพื่อให้ความร้อนแก่ชิ้นงานได้อย่างทั่วถึง เมื่อชิ้นงานหลอมละลายเป็นบ่อละลายแล้วจึงเติมลวดเชื่อมลงไปเป็นตัวประสานชิ้นงาน ส่ายหัวเชื่อมพร้อมกับเคลื่อนที่ไปช้า ๆ สม่ำเสมอ พยายามรักษาระยะการส่ายหัวเชื่อมและป้อนลวดเชื่อมให้สัมพันธ์กันตลอดเวลา การส่ายลวดเชื่อมจำแนกได้หลายแบบช่างเชื่อมจะเลือกส่ายแบบใดก็ได้ตามถนัด แต่ต้องให้ทีความกว้างพอเหมาะกับขนาดความหนาและรอยต่อของชิ้นงาน

.

ถ้าส่ายหัวเชื่อมกว้างบ่อละลายที่เกิดขึ้นก็จะใหญ่ และลึกลงไปในชิ้นงานมาก การประสานซึมลึกในชิ้นงานของแนวเชื่อมจะดียิ่งขึ้น ถ้าชิ้นงานหนาบ่อละลายจะต้องกว้างตามไปด้วย ถ้าชิ้นงานบาง การส่ายหัวเชื่อมต้องแคบลงเพื่อให้บ่อละลายมีขนาดเล็ก ถ้าส่ายหัวเชื่อมกว้างมากไปความร้อนจะสะสมมากทาให้ชิ้นงานทะลุได้ ดังนั้นการส่ายหัวเชื่อมต้องสัมพันธ์กับชิ้นงาน และลักษณะของรอยต่อด้วย

.

รอยต่อแบบต่าง ๆ สาหรับการ เชื่อมแก๊ส รอยต่อพื้นฐานสาหรับ การเชื่อม แก๊สมีดังนี้

1. รอยต่อชน (Butt Joint)

2. รอยต่อเกย (Lap Joint)

3. รอยต่อมุมเชื่อมด้านนอก (Corner Joint Weld Outside)

4. รอยต่อมุมเชื่อมด้านในหรือรอยต่อฟิลเลท (Fillet Joint)

.

ตำแหน่งท่าเชื่อมจะแบ่งออกได้ดังนี้

1. ท่าราบ (Flat Position)

2. ท่าขนานนอน (Horizontal Position)

3. ท่าตั้ง (Vertical Position)

4. ท่าเหนือศีรษะ (Overhead Position)

.

หมายเหตุ สำหรับหัวเชื่อมแก๊ส (นมหนู) ทุกๆ อันจะมีหมายเลขพิมพ์ประทับไว้ที่บนหัวทิปทุกๆ อันตัวเลขเหล่านี้คือขนาดของรู้แก๊สหัวทิป ซึ่งจะถูกกำหนดขึ้นมาจากโรงงานผู้ผลิตหัวเชื่อม ระบบตัวเลขอาจมีขนาดตั้งแต่ 1 – 80 ตัวเลขน้อยรูหัวทิปจะเล็ก ตัวเลขมากรูหัวทิปจะโต

ที่มาของความรู้ >>wikipedia>>http://www.pakoengineering.com/

• facebook
• line