วัสดุในงานเชื่อม

หน่วยการเรียนที่ 8 ชนดิ และหนา้ ทข่ี องแก๊สปกคลุม และหลกั การเลือกวัสดปุ ระสานงานเชือ่ ม รายวิชาวสั ดุประสานงานเช่ือม 1/17 8.2 ชนิดและหน้าทขี่ องแกส๊ ปกคลมุ ในกระบวนการเชอ่ื มอาร์ก ทังสเตนแก๊สคลุม (GTAW) หรือการเช่ือมทกิ (TIG) ถงั บรรจแุ ก๊สอาร์กอน ถงั บรรจแุ ก๊สฮเี ลยี ม รายวชิ าวสั ดุประสานงานเช่ือม 2/17

8.2.1 หลักการของกระบวนการเชอื่ มอารก์ 3/17 ทังสเตนแกส๊ คลุม (GTAW) หรอื การเช่ือมทกิ (TIG) การเชอื่ มทิก (TIG) เป็นกระบวนการเชื่อมท่ีใช้ แท่งทงั สเตนเปน็ ลวดเชอ่ื มหนา้ ท่อี าร์กกับโลหะช้ินงาน ทาให้เกิดความร้อน และทาให้งานหลอมเหลว โดยท่ี แทง่ ทงั สเตนจะไมห่ ลอมเหลวไปพร้อมกบั การเชอื่ ม แต่จะมีลวดเชอ่ื มสาหรับปอ้ นเติมลงไปในบ่อหลอมเหลว และมแี กส๊ ปกคลุมบรเิ วณอาร์ก เพือ่ ไม่ให้บรรยากาศ จากภายนอกเขา้ ไปทาปฏกิ ริ ิยากับน้าโลหะเหลว ลกั ษณะของการเชอื่ มทิก ดงั แสดงในรปู รายวชิ าวสั ดุประสานงานเช่ือม 8.2.2 ชนดิ ของแก๊สปกคลุม 4/17 1) แก๊สอาร์กอน (Ar) ขอ้ ดขี องแกส๊ อาร์กอนสาหรับการเชื่อมทกิ มีดังน้ี 1. อารก์ อนอารก์ เสยี งเงียบและสมา่ เสมอ 2. เริม่ ต้นอารก์ กระทาได้ง่าย 3. ใช้แรงเคลือ่ นอารก์ ต่า และระยะอาร์กส้นั ซึ่งใหผ้ ลดีกบั การเชือ่ ม โลหะบาง 4. ให้ปฏกิ ิริยาทาความสะอาดดี ซ่ึงเหมาะท่ีจะนาไปเช่อื มอะลมู เิ นียม และแมกนีเซียม รายวิชาวสั ดปุ ระสานงานเช่อื ม

5. ให้อตั ราการไหลแกส๊ ต่า เนือ่ งจากแกส๊ อาร์กอนหนักกว่าอากาศ 1.4 เทา่ หนักกวา่ ฮเี ลียม 10 เท่า 6. ราคาถูกและหาซ้ือได้ง่าย 7. มีความตา้ นทานตอ่ การเป่าของอากาศ 8. เหมาะกบั การเชอ่ื มโลหะตา่ งชนดิ 9. บ่อหลอมเหลวสามารถควบคุมไดง้ ่าย เมอ่ื เชือ่ มทา่ เหนือศีรษะ และท่าต้ัง รายวิชาวสั ดุประสานงานเชื่อม 5/17 2) แก๊สฮีเลียม (He) 6/17 ข้อดีของแกส๊ ฮเี ลยี มสาหรบั การเชือ่ มทกิ มดี งั นี้ 1) ใหข้ อบเขตทีก่ ระทบความร้อนเล็กกว่า 2) แรงเคลื่อนอาร์กสูงกว่า ซ่ึงเหมาะกบั การเชือ่ มโลหะหนา และโลหะที่เป็นตวั นาความร้อนสูง 3) ให้ความเรว็ ในการเชอื่ มสูง 4) ให้การคลมุ บริเวณอารก์ ในการเชื่อมท่าตั้งและทา่ เหนือศีรษะได้ดี 5) การหลอมลึกสงู เพราะใหค้ วามรอ้ นมาก 6) เมอื่ ใช้เป็นแก๊สรองหลังจะได้รอยเชือ่ มหลอมลึกค่อนขา้ งเรยี บแบน รายวชิ าวัสดปุ ระสานงานเชอ่ื ม

3) แกส๊ ผสมระหวา่ งอาร์กอนกบั ฮีเลยี ม (Ar + He) แก๊สผสมชนิดนี้มีผลต่อการเช่อื ม ดงั น้ี  การอารก์ จะเรยี บเน่อื งจากการควบคุมของแก๊สอารก์ อน  แกส๊ ผสมของฮเี ลยี ม 80% และอาร์กอน 20% จะทาให้ได้ความร้อน จากการอาร์กเพ่มิ ขึ้น และให้การหลอมลึกดี  นยิ มใชส้ ว่ นผสมของฮีเลียม 75% อารก์ อน 25% หรอื ฮีเลยี ม 80% อารก์ อน 20% กบั การเช่อื มแบบอตั โนมัติ  ควรใช้แก๊สผสมระหวา่ งฮีเลียมกับอารก์ อนในอัตราสว่ น 2:1 ในการเชอื่ ม ชนิ้ งานหนาหรอื งานที่ต้องการความเร็วเชอ่ื มสูง รายวิชาวัสดุประสานงานเชอื่ ม 7/17 4 ) แกส๊ ผสมระหวา่ งอารก์ อนกบั ไฮโดรเจน (Ar + H) แกส๊ ผสมชนิดนมี้ ผี ลตอ่ การเชอื่ ม ดงั น้ี  ใช้ในการเช่ือมหลอดเลก็ ๆ ท่ีทาจากนิกเกลิ  สว่ นผสมของไฮโดรเจน 2% จะใชไ้ ด้ผลดีโดยไม่มแี ก๊สพ่นชนิดอน่ื หรอื การรวมตวั ของแกส๊ โดยสามารถกาจดั ปัญหาเรือ่ งการเกิดรูพรุนได้  สว่ นผสมของไฮโดรเจน 1 - 15% กับอารก์ อน ใชไ้ ด้ดใี นการเชอื่ ม เหลก็ กล้าไรส้ นิม แต่ไม่สามารถนาไปใชใ้ นการเชอื่ มเหลก็ กลา้ คาร์บอน หรอื เหลก็ ท่มี สี ่วนผสมของคารบ์ อนต่าได้ รายวชิ าวัสดุประสานงานเชอื่ ม 8/17

5 ) แกส๊ ไนโตรเจน (N)  เปน็ แกส๊ ปกคลุมที่ไมน่ ยิ มใช้ เพราะต้องใชแ้ รงเคลอื่ นไฟฟ้าสูงมาก ๆ จงึ จะได้ กระแสไฟเชอื่ มสงู  การถ่ายเทความรอ้ นจะสูงกวา่ แกส๊ ฮเี ลยี มและแก๊สอาร์กอน  แก๊สไนโตรเจนทมี่ คี วามบริสุทธิ์มาก จะนามาใชป้ กคลมุ ในการเชือ่ มทองแดง จะป้องกนั ออกซเิ จนไม่ให้เขา้ ไปรวมตวั กบั ทองแดง  แรงเคลือ่ นจากการอาร์กทส่ี งู จะใหก้ ระแสท่สี งู กว่าการใชแ้ ก๊สผสมอารก์ อนกับ ฮีเลียม  แก๊สไนโตรเจนจะลดความสมา่ เสมอของการอารก์ และทาใหป้ ลายของ ลวดเชอ่ื มทงั สเตนสกปรก รายวิชาวสั ดปุ ระสานงานเชื่อม 9/17 8.2.3 หนา้ ทีข่ องแก๊สปกคลุมและการเลือกใชใ้ ห้เหมาะกับงาน สมบัติท่ตี ้องการมากทสี่ ุดของแกส๊ ปกคลุมแนวเชอ่ื ม คือ  จะตอ้ งไม่ทาปฏิกริ ิยากบั โลหะช้นิ งาน 10/17  ต้องทาใหก้ ารอาร์กสม่าเสมอ รายวชิ าวัสดุประสานงานเชอ่ื ม

ตารางแสดงหน้าท่ีของแกส๊ ปกคลุม สามารถจาแนกไดต้ ามชนิดของโลหะทใี่ ชเ้ ชื่อม โลหะชิน้ งาน ชนิดของแก๊สปกคลุม หน้าท่ี อะลมู ิเนียม อารก์ อน ทาใหก้ ารอารก์ สม่าเสมอ และอะลูมิเนยี มผสม ปฏิกิรยิ าทาความสะอาดดี แกส๊ ผสมระหวา่ ง อารก์ อน + ฮีเลียม ทาให้การอาร์กสมา่ เสมอ แต่น้อยกว่าอาร์กอน ปฏิกริ ยิ าทาความสะอาดดี หลอมลึกสูงเชอ่ื มไดด้ ว้ ยความเรว็ สงู ฮเี ลยี ม ทาให้การอาร์กสมา่ เสมอ 11/17 เชือ่ มไดด้ ว้ ยความเร็วสูงบนวสั ดุ ทีท่ าความสะอาดด้วยเคมีมาแลว้ รายวิชาวัสดุประสานงานเชื่อม โลหะชน้ิ งาน ชนดิ ของแก๊สปกคลมุ หนา้ ท่ี อะลมู ิเนียมบรอนซ์ อาร์กอน ให้การหลอมลึกนอ้ ย มีควนั น้อย ทองเหลือง ทาให้การอาร์กสมา่ เสมอ โคบอลตแ์ ละโลหะผสม อาร์กอน โคบอลต์(Base Alloys) ทาให้การอาร์กสม่าเสมอ คโู ปรนิกเกิล อารก์ อน ควบคมุ บ่อหลอมเหลวไดง้ า่ ย ทาใหก้ ารอาร์กสม่าเสมอ เหลก็ กลา้ ไรส้ นิม ฮีเลียม ควบคมุ บ่อหลอมเหลวไดง้ ่าย ทาให้การหลอมลกึ ดกี ว่าอาร์กอน ทองแดงดอี อกซิไดซ์ ฮีเลยี ม การอาร์กสมา่ เสมอเหน็ ชัดเจน แกส๊ ผสมฮีเลยี ม 75% กับ ทาให้เกดิ ความรอ้ นสงู อารก์ อน 25% ทาใหก้ ารอารก์ สม่าเสมอ แตค่ วามรอ้ นน้อยกวา่ ใชแ้ กส๊ ฮเี ลยี ม เชอื่ มโลหะบางกว่า 1/16 น้วิ ได้ดี รายวชิ าวัสดปุ ระสานงานเชอื่ ม 12/17

โลหะช้นิ งาน ชนิดของแกส๊ ปกคลุม หนา้ ท่ี อินโคเนล อารก์ อน ควบคมุ บ่อหลอมเหลวไดง้ า่ ย ทาใหก้ ารอารก์ สม่าเสมอ เหลก็ กล้าคาร์บอนตา่ ฮีเลียม ใช้ในการเชื่อมแบบอตั โนมัติท่มี ีความเรว็ สงู แมกนีเซียมผสม อาร์กอน ใชใ้ นการเชอ่ื มที่ควบคุมด้วยมือ เหลก็ กล้ามาราจิง้ ฮเี ลียม (Maraging Steel) ทาใหก้ ารหลอมลกึ ดีกว่าอาร์กอน ใช้ในการเชอื่ มแบบอตั โนมตั ิทีม่ คี วามเร็วสงู อาร์กอน ทาให้การอารก์ สมา่ เสมอ ทาใหม้ ีปฏิกิริยาทาความสะอาดดี อาร์กอน ควบคุมบอ่ หลอมเหลวได้งา่ ย ทาให้การอาร์กสมา่ เสมอ รายวิชาวสั ดุประสานงานเชือ่ ม 13/17 โลหะชน้ิ งาน ชนดิ ของแกส๊ ปกคลมุ หน้าท่ี นิกเกลิ ผสม อารก์ อน ควบคมุ บ่อหลอมเหลวไดง้ า่ ย ทาใหก้ ารอารก์ สม่าเสมอ เหลก็ สเตนเลส พเี อช ฮีเลยี ม (PH Stainless Steel) ฮีเลียม ใช้ในการเช่อื มแบบอัตโนมัตทิ ม่ี ีความเร็วสูง ให้การหลอมลกึ ได้ดใี นการเช่ือมยดั ไส้ ซลิ ิคอนบรอนซ์ ฮีเลียม ให้การอารก์ สม่าเสมอกว่าใชอ้ ารก์ อน เหล็กสเตนเลส ฮีเลยี ม ให้การหลอมลกึ ไดด้ ใี นการเช่ือมยดั ไส้ ใหก้ ารอาร์กสมา่ เสมอกวา่ ใช้อาร์กอน ไทเทเนียม อาร์กอน การหลอมลึกดกี ว่าใช้แก๊สอารก์ อน ฮีเลยี ม การอารก์ สมา่ เสมอ ควบคมุ บอ่ หลอมเหลวได้ง่าย ทาใหก้ ารอารก์ สม่าเสมอ ใช้ในการเชือ่ มแบบอัตโนมตั ิทม่ี ีความเร็วสงู รายวิชาวสั ดุประสานงานเชื่อม 14/17

8.2.4 อัตราการไหลของแก๊สปกคลมุ แกส๊ ปกคลุมแนวเชอ่ื ม มีหนา้ ท่ี ปกคลมุ บริเวณการเช่ือมไม่ให้ บรรยากาศเขา้ รวมตวั กับแนวเชือ่ ม การใชแ้ กส๊ มากเกนิ ไปจะสน้ิ เปลอื งโดยเปล่าประโยชน์ ทาใหเ้ กดิ การแหวง่ เว้า และทาใหก้ ารอารก์ ไมส่ ม่าเสมอ การใช้แกส๊ ปกคลุมจะตอ้ งใช้ในอัตราการไหลทตี่ ่าสดุ โดยสามารถ ปกคลมุ บริเวณอาร์กได้อยา่ งมปี ระสิทธิภาพ ท้ังนีข้ ึน้ อย่กู ับองคป์ ระกอบ ทสี่ าคญั ไดแ้ ก่ รายวิชาวัสดุประสานงานเชื่อม 15/17 1) ระยะอาร์ก 6) ความเรว็ ในการเชื่อม 2) ตาแหนง่ ท่าเชือ่ ม 7) ชนดิ ของโลหะงาน 3) ขนาดของหวั ฉีดทใ่ี ช้ 8) ชนดิ ของแกส๊ ปกคลุมทใี่ ช้ 4) มุมเอียงของหัวเช่อื ม 9) ขนาดของบอ่ หลอมเหลว 5) การออกแบบรอยต่อ 10) ปริมาณของกระแสไฟเชอื่ ม 11) ระยะหา่ งระหวา่ งหวั ฉดี หรอื คบั (Nozzle) กบั โลหะงาน รายวิชาวัสดุประสานงานเชอ่ื ม 16/17

8.3 หลักการเลอื กใช้วัสดปุ ระสานในงานเชอ่ื ม 17/17  กระบวนการเชือ่ ม  ส่วนผสมของโลหะงานทจ่ี ะทาการเชอื่ ม  สมบัติทางกลที่ต้องการ  ตาแหน่งทา่ เช่ือม  ความหนาของโลหะงาน  ชนดิ ของรอยต่องานเชอ่ื ม  ขอ้ จากดั ของความรอ้ นท่รี อยเชือ่ ม  ชนดิ ของกระแสไฟเช่อื ม  อันตรายจากการแตกรา้ วของรอยเชอื่ ม  ชนิดของฟลกั ซ์หรอื สารพอกหมุ้ รายวชิ าวสั ดปุ ระสานงานเชื่อม