ครั้งที่-7 แก๊สคลุมการเชื่อม

หน่วยท่ี 3 วัสดุในงานเช่ือม แก๊สคลุมการเช่ือม วชิ า งานเช่อื มอาร์กโลหะแก๊สคลุม 1

1 ใบเน้อื หา รหสั วิชา 2103-2006 วิชางานเชอ่ื มอารก์ โลหะแกส๊ คลมุ 1 สอนครงั้ ท่ี 7 ช่อื หน่วย วสั ดใุ นงานเชื่อม เวลา 1 ชัว่ โมง ช่อื เร่อื ง แกส๊ คลุมการเชอ่ื ม 3.1 แก๊สคลมุ การเชือ่ ม งานเช่ือมอาร์กโลหะแก๊สคลุมและงานเช่ือม Flux Core Wire ท่ีใช้แก๊สภายนอกปกคลุม บริเวณอาร์ก อากาศท่ีอยู่บริเวณอาร์กจะถูกแทนที่ด้วยแก๊สคลุมเพ่ือป้องกันมิให้แก๊สไนโตรเจน (N) แกส๊ ออกซิเจน (O2) และความช้ืนในอากาศเข้าไปรวมตัวกับบ่อหลอมเหลว ปกติแก๊สไนโตรเจนที่มีอยู่ ในเน้ือเหล็กกล้าจะทาให้สมบัติทางกล เช่น ความเหนียวและความต้านทานการกระแทก (Impact Strength) ของแนวเช่ือมลดลงและอาจเป็นสาเหตุให้รอยเช่ือมเกิดรอยร้าวขณะเย็น (Cold Crack), รูพรุน (porosity) เหล็กกล้าที่มีแก๊สออกซิเจนมากเกินไปจะรวมตัวกับคาร์บอนในเนื้อเหล็กอยู่ในรูป ของแก๊สคาร์บอนมอนนอกไซด์ ฝังอยู่ในเนื้อเหล็กเกิดเป็นรูพรุน ส่วนแก๊สไฮโดรเจน (H2) จากไอน้า และนา้ มันจะแทรกอยู่ในเน้ือเหล็กเกดิ เป็นรูพรุน หรือเปน็ สาเหตุของรอยร้าวในแนวเชื่อม 3.1.1 ชนิดของแกส๊ คลุม แก๊สปกคลุมเป็นแก๊สท่ีใช้ปกคลุมบริเวณเช่ือมและบ่อหลอมละลายไม่ให้เกิดปฏิกิริยาออกซิ เดช่นั หรือสกปรก เนอ่ื งจากวสั ดงุ านรวมตัวกับออกซิเจน, ไนโตรเจน และไอน้าในอากาศ มีหลายชนิด ดังน้ี 3.1.1.1 แก๊สอาร์กอน (Argon : Ar) มีในบรรยากาศประมาณ 0.94% เป็นแก๊สไม่ติดไฟ ไม่มีสี ไม่มีกล่ิน ไม่มีรส เป็นแก๊สเฉื่อยท่ีนาความร้อนต่า จึงเกิดเปลวอาร์กแคบและมีความเข้มข้นสูง ทาให้งานได้รับพลังงานและความร้อนสูง ดังน้ันแนวเช่ือมท่ีได้จะแคบและซึมลึกดี ทาให้เกิดปฏิกิริยา ทาความสะอาดออกไซด์บนผิวของชิ้นงานเช่ือม โดยเฉพาะในการเช่ือมอะลูมิเนียม แก๊สอาร์กอนใช้ เป็นแก๊สปกคลุมสาหรับการเชื่อม MIG ซ่ึงใช้ในการเชื่อมโลหะท่ีไม่ใช่เหล็กและโลหะผสม ได้แก่ อะลมู ิเนียม, แมกนเี ซียม, อะลูมเิ นยี มผสมกบั แมกนีเซียมและทองแดง สที ่อบรรจุแก๊สใช้สฟี ้าหม่น รปู ที่ 3.1 ลกั ษณะการหลอมลึกของแนวเช่อื มจากการใช้แก๊สอาร์กอน

2 3.1.1.2 แก๊สฮีเลียม (Helium : He) เป็นแก๊สเฉื่อย ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส มีน้าหนักเบา กวา่ แกส๊ อาร์กอนและนาความร้อนดีกว่าอารก์ อน ดังนั้นเปลวอาร์กที่เกิดจากการใช้แก๊สฮีเลียมปกคลุม จะขยายกว้างและความเขม้ ขน้ ของการอาร์กจะต่ากว่าเม่ือใช้แก๊สอาร์กอนจึงได้แนวเชื่อมกว้างและซึม ลกึ นอ้ ยกวา่ ใช้แกส๊ อาร์กอน สีท่อบรรจุแก๊สใช้สนี ้าตาล รปู ที่ 3.2 ลกั ษณะการหลอมลึกของแนวเชือ่ มจากการใช้แก๊สฮีเลยี ม 3.1.1.3 แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbondioxide : CO2) อยู่ในลักษณะของ สารประกอบ ที่ประกอบด้วยแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์กับออกซิเจนซ่ึงใช้เป็นแก๊สคลุมเหมือนกับแก๊ส อาร์กอนและแก๊สฮีเลียม ดังนั้นในบริเวณอาร์กท่ีมีความร้อนสูงจะเกิดออกซิเจนอิสระเม่ือใช้แก๊ส คาร์บอนไดออกไซด์ เป็นแก๊สคลุมและเปลวอาร์กที่เกิดขึ้นจะกว้างกว่าการใช้แก๊สอาร์กอนแต่จะแคบ กว่าการใช้แก๊สฮีเลียมแนวเช่ือมที่ปกคลุมด้วยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ จะมีความกว้างปานกลาง การซึมลึกด,ี การหลอมละลายดี, ลักษณะแนวเช่ือมดแี ละไมเ่ กดิ การกัดแหว่งท่ีขอบแนวเช่ือมแต่การใช้ แกส๊ แก๊สคารบ์ อนไดออกไซด์ จะเกดิ เมด็ โลหะและอาร์กไมส่ ม่าเสมอ สีท่อบรรจแุ กส๊ ใชส้ ีดาแถบขาว รูปที่ 3.3 ลกั ษณะการหลอมลึกของแนวเชอื่ มจากการใช้แก๊สคารบ์ อนไดออกไซด์ 3.1.1.4 อาร์กอนผสมฮีเลียม (Ar + He) การนาแก๊สอาร์กอนผสมกับแก๊สฮีเลียม เพื่อรวม เอาคณุ สมบัตใิ นการเช่อื มของแกส๊ ทง้ั สองเขา้ ด้วยกนั โดยผสมฮีเลียม 20-90% หรือมากกว่า อัตราส่วน ในการผสมจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความต้องการของผู้ใช้และการผสมนั้นกระทาได้หลายวิธี

3 มีทงั้ แบบผสมสาเร็จลงในท่อบรรจแุ ก๊สเดยี วกันและแบบต่อแก๊สจากถังแก๊สแต่ละชนิดเข้ามาผสมกันท่ี ชดุ ผสม ซงึ่ ชดุ ผสมนส้ี ามารถควบคมุ เปอรเ์ ซน็ ตข์ องแกส๊ แต่ละชนิดได้ตามต้องการ รปู ท่ี 3.4 ลักษณะการหลอมลึกของแนวเช่อื มจากการใชแ้ ก๊สอารก์ อนผสมฮีเลียม 3.1.1.5 แก๊สอาร์กอนผสมแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (Ar + CO2) แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ เม่ือนามาใช้เป็นแก๊สปกคลุมจะเกิดเม็ดน้าโลหะ(Spatter) กระเด็นเป็นจานวนมากและการอาร์กไม่ สม่าเสมอ เมื่อผสมแก๊สอาร์กอนลงไปทาให้เกิดผลดี คือสมบัติเชิงกลดีกว่าการใช้แก๊ส คาร์บอนไดออกไซดเ์ พยี งอยา่ งเดียว การซึมลกึ ดี เมด็ น้าโลหะลดลง ลดการเกิดรูพรุน ลวดเช่ือมหลอม ละลายดี เพิ่มความเร็วในการเชื่อม การใช้แกส๊ ผสมนเี้ หมาะกับการใชเ้ ชื่อมเหล็กล้าละมุน ลักษณะการ เกิดเปลวอาร์กจะแตกต่างกันตามอัตราส่วนการผสมของแก๊สท้ัง 2 ชนิด อัตราการผสม เช่น 80/20, 90/10, 75,25, 92/8 , 50/50 เปน็ ต้น รปู ที่ 3.5 ลักษณะการหลอมลึกของแนวเช่ือมจากการใชแ้ ก๊สอาร์กอนผสมคารบ์ อนไดออกไซด์ 3.1.1.6 แก๊สอาร์กอนผสมออกซิเจน (Ar + O2) การใช้แก๊สอาร์กอนผสมออกซิเจนเป็น แก๊สคลมุ บริเวณอารก์ แนวเชื่อมทไ่ี ดจ้ ะนนู นอ้ ยลงความละเอียดของเกล็ดแนวเช่ือมดี ท่ีอัตราส่วนผสม 1 - 5 % ถ้ามากกวา่ ก็อาจทาให้งานเชื่อมเกิด รูพรุน (Porosity) ในแนวเช่ือมได้ เหมาะกับงานเช่ือมท่ี มีความหนาของชนิ้ งานไม่มาก เพอื่ ป้องกนั การทะลุ และลดการกระเดน็ ของเมด็ โลหะ

4 3.1.1.7 แก๊สอาร์กอนผสมคาร์บอนไดออกไซด์และออกซิเจน (AR + CO2 + O2) ในการ เชื่อมใช้แก๊สผสมระหว่าง อาร์กอนและคาร์บอนไดออกไซด์ แนวเชื่อมที่ได้อาจจะทาให้แนวเช่ือมนูน การผสมออกซิเจนเข้าไปจะทาปฏิกิริยาออกซิเดชั่นเหมือนกับการเพ่ิมอุณหภูมิให้กับลวดเชื่อมท่ีกาลัง หลอมละลาย ให้สามารถซึมเข้าไประหว่างกลางของแนวเชื่อมและยังลดการกัดแหว่งท่ีขอบแนวเชื่อม ได้อีกด้วย ตารางท่ี 3.1 แสดงการสรปุ สมบตั ขิ องแกส๊ คลุมชนิดตา่ งๆ ตามมาตรฐาน ชนดิ ของแก๊ส สัญลกั ษณ์ ความหนาแนน่ ที่ ความหนา แน่น จุดเดอื ดท่ี ปฏกิ ริ ยิ าทเี่ กดิ ระหวา่ งการเชื่อม เคมี 15◦ 1 บาร์ เทยี บกบั อากาศ 1.013 บาร์ แกส๊ เฉอื่ ย ที่ 15◦ 1 บาร์ (inert) แกส๊ เฉือ่ ย อารก์ อน (Argon) Ar 1.669 1.37 -185.9 (inert) ออกซิไดซ่ิง ฮีเลียม (Helium) He 0.167 0.14 -268.9 (oxidizing) ออกซไิ ดซ่งิ คารบ์ อนไดออกไซด์ CO2 1.849 1.44 -78.51) (oxidizing) (Carbondioxide) O2 1.337 1.04 -183.0 ไม่เกิดปฏิกิริยา ออกซิเจน (Oxygen) (unreactive) แกส๊ ลด ไนโตรเจน N2 1.170 0.19 -195.8 (reducing) (Nitrogen) H2 0.085 0.06 -252.9 ไฮโดรเจน (Hydrogen) 3.1.2 หลักการพจิ ารณาเลอื กใชแ้ ก๊สคลุมการเชอื่ ม 3.1.2.1 คานงึ ถงึ ชนิดของโลหะชิ้นงานและกระบวนการเช่อื มทีใ่ ช้ 3.1.2.2 ลักษณะการสง่ ถ่ายน้าโลหะและลกั ษณะการอาร์ก 3.1.2.3 อตั ราความเรว็ ของการเช่อื ม 3.1.2.4 ความตอ้ งการการหลอมละลายลกึ ความกว้าง รปู รา่ งและขนาดของแนวเชื่อม 3.1.2.5 สมบตั ทิ างกลของแนวเช่อื มท่ีต้องการ 3.1.2.6 ราคาของแกส๊ คลมุ ทตี่ ้องการใช้ 3.1.2.7 ความยากงา่ ยในการหาซือ้ แก๊สคลมุ

5 3.1.3 แก๊สคลมุ ตามมาตฐาน DIN EN 439-1994 แก๊สคลุมสาหรับการเชื่อมอาร์กโลหะแก๊สคลุมและการเช่ือมอาร์กลวดเชื่อมไส้ฟลักซ์ สามารถพบได้ในมาตรฐาน DIN EN 439-1994 มาตรฐานนี้ได้กาหนดแก๊สคลุมทุกชนิดสาหรับ กระบวนการเช่ือมและตัดดว้ ยการอาร์ก ไดแ้ บง่ ออกเปน็ กล่มุ ต่างๆ ได้ 7 กลุ่มใหญ่ ดงั ตารางท่ี 3.2 ตารางท่ี 3.2 แสดงการแบ่งกลุ่มแก๊สคลุมท่ีใช้ในกระบวนการเชื่อมและการตัดด้วยการอาร์ก ตาม มาตรฐาน DIN EN 439-1994 (ทีม่ า : ยุคล จุลอภุ ยั , 2553) 3.1.3.1 แก๊สคลุมกล่มุ R คอื กลุ่มแกส๊ อารก์ อนทผี่ สมไฮโดรเจน (Argon+Hydrogen) มีผล ให้เกิดอัตราลด (Reducing Effect) สาหรับแก๊สคลุมกลุ่ม R1 ใช้สาหรับกระบวนการเช่ือมทิก (TIG) กระบวนการเช่ือมพลาสม่า ส่วนแก๊สคลุมกลุ่ม R2 จะมีส่วนผสมของไฮโดรเจน (H2) สูงกว่า R1 แก๊สกล่มุ นีจ้ ะนาไปใชใ้ นการตัดดว้ ยพลาสมา่ และใชเ้ ป็นแกส๊ รองดา้ นหลัง (Forming Gas)

6 3.1.3.2 แก๊สคลมุ กลมุ่ 1 จะเป็นแก๊สเฉอื่ ยหรือแก๊สเฉอ่ื ยผสม เชน่ แก๊สอาร์กอน (Ar) และ แกส๊ ฮีเลียม (He) หรอื แก๊สทัง้ สองผสมกนั แกส๊ กลุม่ น้ีใช้ในการเช่ือมทิก (TIG), มิก (MIG) และพลาสม่า และใชเ้ ปน็ แก๊สรองหลงั (Root Protection) 3.1.3.3 แก๊สคลุมกลุ่ม M จะถูกแบ่งออกเป็นกลุ่มย่อย เช่น M1, M2 และ M3 ท้ังหมด เปน็ แก๊สผสม ท่ใี ชส้ าหรับการเชื่อมแม็ก (MAG) และแต่ละกลุ่มดังกล่าว ยังสามารถแยกกลุ่มย่อยออก ได้อีก 3 ถึง 4 กลุ่มย่อย กลุ่มย่อยมีดังนี้ M1.1 ถึง M3.3 ท้ังนี้จะข้ึนอยู่กับสมบัติการเกิดออกไซด์ อย่างเช่น M1.1 จะมีออกไซด์เล็กน้อย และ M3.3 จะมีระดับของออกไซด์สูงที่สุด ส่วนแก๊สท่ีผสมเป็น หลักใหญก่ ็คือแก๊สอาร์กอนและแก๊สตัวสร้างปฏิกริ ิยาก็คือออกซิเจนหรือแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ หรือ ทง้ั ออกซเิ จนและคาร์บอนไดออกไซด์ผสมกัน 3.1.3.4 แก๊สคลุมกลุ่ม C จะมีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์บริสุทธิ์และจะมีแก๊สผสมระหว่าง แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ผสมกับออกซิเจนเป็นกลุ่มย่อย อย่างไรก็ตามแก๊สกลุ่ม C จะมีการ เกิดปฏิกิริยาออกซิเดช่ันในระดับสูงมากท่ีสุด ทั้งนี้เพราะว่าแก๊สแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จะ เกิดปฏกิ ริ ยิ าการแตกตัวที่อณุ หภูมิสูงๆ ของเปลวอาร์กเกิดการผลิตแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ได้ ปริมาณมากๆ 3.1.3.5 แก๊สคลุมกลุ่ม F เป็นแก๊สกลุ่มสุดท้ายที่มีแก๊สไนโตรเจน (N) และแก๊สผสม ไนโตรเจนกับไฮโดรเจน (N+H2) สามารถนาไปใชก้ ับกระบวนการตัดด้วยพลาสม่า และใชเ้ ป็นแก๊สรองหลัง 3.1.4 แก๊สคลุม ตามมาตรฐาน AWS A-5.32 แสดงเป็นสญั ลกั ษณต์ วั เลข และอักษรของแก๊สคลมุ ประเภทแกส๊ คลมุ เดยี่ ว SG B แก๊สคลุม แกส๊ ตวั หลักเดีย่ ว (Shielding Gas) (Base Gas Single) รูปที 3.6 สญั ลกั ษณ์ตวั อักษรของแก๊สคลมุ เด่ียว

7 ตารางท่ี 3.3 แสดงชนดิ ของแกส๊ ความบรสิ ุทธิ์ และจดุ เยอื กแข็งของแกส๊ คลมุ เด่ยี ว ตามข้อกาหนดของ AWS A-5.32 (ทม่ี า : ยุคล จุลอุภยั , 2553)

8 ตารางท่ี 3.4 แสดงการแบ่งประเภทของแกส๊ คลุม ตามขอ้ กาหนดของ AWS A-5.32 ตามชนดิ ของแก๊สผสม การแบง่ ประเภท ชนดิ ของแก๊สผสม แก๊ส (Classification) (Typical Gas Mixture) (Gas) SG-AC-25 75/25 อารก์ อน+คาร์บอนไดออกไซด์ SG-AO-2 98/2 อาร์กอน+ออกซเิ จน SG-AHe-10 90/10 อารก์ อน+ฮเี ลยี ม SG-AH-5 95/5 อาร์กอน+ไฮโดรเจน SG-HeA-25 75/25 ฮีเลียม+อาร์กอน+คารบ์ อนไดออกไซด์ SG-HeAC-7.5/2.5 90/7.5/2.5 อีเลียม+อาร์กอน+คารบ์ อนไดออกไซด์ SG-ACO-8/2 90/8/2 อาร์กอน+คาร์บอนไดออกไซด์+ออกซิเจน SG-A-G พเิ ศษ (special) อาร์กอน+สว่ นผสมแกส๊ อื่น (ที่มา : ยคุ ล จุลอภุ ยั , 2553) การแบ่งประเภทตาม AWS A-5.32 เปน็ สญั ลกั ษณต์ ัวเลขและตวั อกั ษรดงั ต่อไปนี้ SG - BX - % ------------------------------ มสี ว่ นผสมของแก๊ส 2 ตวั SG - BXY - % / %------------------------ มสี ่วนผสมของแก๊ส 2 ตวั SG - BXYZ - % / % / %----------------- มีสว่ นผสมของแกส๊ 2 ตวั แสดงปรมิ าณเปน็ ร้อยละของแกส๊ ผสมตวั รอง (Minor Gases Designetor and % a mount) แกส๊ ผสมตวั หลัก (Base Gas Designator) แก๊สคลุม (Shielding Gas Designator) รปู ที 3.7 การแบ่งประเภทสาหรับแก๊สคลุมเดยี ว (ที่มา : ยุคล จุลอุภยั , 2553)