ลวดเชื่อมเป็นสิ่งจำเป็นที่ต้องใช้ในการเชื่อมโลหะ เพราะเป็นตัวประสานรอยแตก, รอยร้าว หรือการยึดโลหะ 2 ชิ้นให้ติดกัน โดยในการเลือกลวดเชื่อมนั้น จำเป็นจะต้องพิจารณาถึงลักษณะงานที่ทำ, ลักษณะของรอยเชื่อมที่ต้องการ ตลอดจนรูปแบบการเชื่อมของเครื่องเชื่อมซึ่งแบ่งเป็น 2 ชนิด นั่นคือการเชื่อมไฟฟ้าและการเชื่อมด้วยแก๊ส โดยที่ในบทความนี้จะกล่าวถึงอักษรย่อของเบอร์ลวดและการนำลวดเชื่อมไปใช้ในงานตามลักษณะของวัสดุที่ใช้ในการผลิตลวดดเชื่อม
ในที่นี้จะขอกล่าวถึงลวดเชื่อมไฟฟ้าแบบหุ้มฟลักซ์ ตามมาตรฐานของ AWS ซึ่งในเบอร์ที่ต่างกันนั้นเนื่องมาจากชนิดของโลหะที่จะเชื่อมนั้นแตกต่างกัน ซึ่งเบอร์ที่นิยมใช้กันมากได้แก่
· AWS-A 5.1 ลวดเชื่อมสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอน
· AWS-A 5.3 ลวดเชื่อมสำหรับอลูมิเนียมและอลูมิเนียมผสม
· AWS-A 5.4 ลวดเชื่อมสำหรับเหล็กกล้าโครเมียม และเหล็กกล้าโครเมียมนิกเกิล หรือลวด
เชื่อมสแตนเลส
· AWS-A 5.5 ลวดเชื่อมสำหรับเหล็กกล้าผสมต่ำ
· AWS-A 5.6 ลวดเชื่อมสำหรับทองแดงและทองแดงผสม
· AWS-A 5.11 ลวดเชื่อมสำหรับนิกเกิลและนิกเกิลผสม
· AWS-A 5.15 ลวดเชื่อมสำหรับเหล็กหล่อ
มาตรฐานลวดเชื่อมเหล็กกล้าคาร์บอนอ้างอิงสถาบัน AWS
(American Welding Standard)
ทางสมาคมการเชื่อมสหรัฐอเมริกาได้กำหนดมาตรฐานตัวย่อสำหรับสเปคของเหล็กกล้าคาร์บอนเป็นตัวอักษรและตัวย่อดังนี้แยกตามประเภทของฟลักซ์หุ้มดังนี้
· อักษร R สารพอกไททาเนียมไดออกไซด์ เป็นชนิดที่นิยมที่สุด เพราะช่วยทำให้ประกายเชื่อมสม่ำเสมอ สามารถเชื่อมเหนียวโลหะที่มีความหนาน้อยๆได้ และสามารถดัดเป็นรูปทรงได้ง่ายกว่า
· อักษร B สารหุ้มด่างหินปูน มีความจำเป็นต้องเคลือบหินปูนจะถูกเผาไหม้ในการเชื่อมและไปเคลือบโลหะไม่ให้อากาศเข้าไปทำปฏิกริยาในบ่อหลอมละลาย
· อักษร C สารพอกเซลลูโลส เป็นสารชนิดที่ต้องมีการหุ้มฟลักซ์ เหมาะสำหรับการเชื่อมในแนวดิ่ง (Vertical Welding) และการเชื่อมในท่ายากๆ
· อักษร A สารพอกหุ้มกรดแร่ เป็นการพอกหุ้มด้วยโลหะหนัก เช่นประเภทแร่ ซิลิเกด หรือสารดีออกซิเดชั่น เหมาะสำหรับงานเชื่อมเร็วๆ, หน้าแนวเชื่อมเรียบ
· อักษร Ox สารหุ้มออกไซด์ เป็นการพอกหุ้มลวดเชื่อมด้วยสารเหล็กออกไซด์ มีคุณสมบัติทางกลต่ำ ปัจจุบันลวดเชื่อมชนิดนี้แทบจะไม่มีผู้ผลิตแล้ว มีการใช้งานในวงแคบเท่านั้นและเชื่อมได้เฉพาะท่าราบ
· อักษร S สารหุ้มชนิดพิเศษ เป็นลวดเชื่อมที่มีสารหุ้มที่เป้นชนิดที่ไม่สามารถจัดอยู่ในประเภทดังที่กล่าวมาแล้วได้
โดยที่ความหมายของรหัสของลวดเชื่อมสามารถที่จะอธิบายได้ดังนี้
เช่นตัวอย่าง E7022
E (รหัสตัวแรก) หมายถึง ลวดเชื่อมไฟฟ้า
70 (2 ตัวหน้า) หมายถึง ค่าความต้านทานแรงต่ำสุด = 70 x 1,000 = 70,000 PSI
2(ตัวที่ 3) หมายถึง ท่าเชื่อม โดย
1 คือ ท่าราบ ท่าตั้ง ท่าขนานนอน ท่าเหนือศรีษะ
2 คือ ท่าขนานนอน และท่าราบเท่านั้น
3 คือท่าราบเท่านั้น
2(ตัวที่ 4,5) หมายถึงคุณสมบัติของลวดเชื่อม อ้างอิงตามตาราง 1 เช่น (เลข 2 ตามตารางหมายถึง ใช้กระแสไฟ AC5DCEP และ EN
การเชื่อมใต้ฟลักซ์ (Submerged Arc Welding Process) การเชื่อมใต้ฟลักซ์เป็นกระบวนการเชื่อมอาร์คไฟฟ้าชนิดหนึ่ง การเชื่อมเกิดขึ้นด้วยความร้อนจากการอาร์คระหว่างลวดเชื่อมเปลือยกับโลหะชิ้นงาน ลวดเชื่อมจะถูกป้อนมาอย่างต่อเนื่องโดยอุปกรณ์ป้อนลวดก่อนเริ่มต้นเชื่อมและขณะเชื่อมจะมีผงฟลักซ์ชนิดเม็ด จากถังใส่ฟลักซ์ไหลลงมาปกคลุมบริเวณอาร์ค และไหลลงอย่างต่อเนื่องขณะลวดเชื่อมเคลื่อนที่ไปจนสุดแนวผงฟลักซ์เมื่อได้รับความร้อนจากการอาร์คจะหลอมเหลวกลายเป็นสแลกปกคลุมแนวเชื่อมผงฟลักซ์บางส่วนที่อยู่ด้านบนแนวเชื่อมที่ไม่ได้รับความร้อนจะไม่หลอมเหลว สามารถนำกลับมาใช้ได้อีก
การอาร์คของการเชื่อมใต้ฟลักซ์จะอยู่ใต้ฟลักซ์ จึงมองไม่เห็นแสงอันเกิดจากการอาร์คควันจากการเชื่อมก็มีน้อยมาก ไม่มีการกระเด็นของเม็ดโลหะ เหมาะกับการเชื่อมที่ต้องใช้กระแสไฟสูงชิ้นงานหนา แนวเชื่อมสมบูรณ์สม่ำเสมอมีประสิทธิภาพสูง น้ำโลหะแนวเชื่อมซึมลึกได้ดีมากแต่การเชื่อมใต้ฟลักซ์อุปกรณ์จะมีราคาแพง ส่วนใหญ่จะเชื่อมได้ในตำแหน่งท่าราบ การเชื่อมมีทั้งแบบอัตโนมัติและกึ่งอัตโนมัติ แต่โดยทั่วไปนิยมใช้เชื่อมแบบอัตโนมัติ.
ในระบบการป้อนลวดจะต้องมีทั้งตัวควบคุมการป้อนลวด และกลไกป้อนลวดสู่บริเวณอาร์ก ซึ่งกลไกการป้อนลวดมีระบบควบคุม 2 ระบบคือ
1. ระบบไวต่อแรงเคลื่อน (Voltage-sensitive systems)
2. ระบบความเร็วคงที่ (Constant – speed systems) การบากหรือการทำร่องรอยต่อ เป็นการช่วยควบคุมการซึมลึกและจำนวนของลวดเชื่อมที่เติมลงในรอยเชื่อมสำหรับแนวเชื่อมต่อชนที่ต้องซึมลึก
โลหะที่เหมาะแก่การเชื่อมใต้ฟลักซ์ การเชื่อมใต้ฟลักซ์จะใช้ในการเชื่อมโลหะไม่ผสม (Plain carbon steel) สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนที่เหมาะสมแก่การเชื่อมจะมีคาร์บอนไม่เกิน 0.30 ฟอสฟอรัสไม่เกิน 0.05% และกำมะถันไม่เกิน 0.05% ส่วนเหล็กกล้าปานกลางและเหล็กกล้าผสมต่ำก็สามารถทำการเชื่อมได้ดี ถึงแม้ว่าจะต้อง Pre – heat Post heat โดยใช้ลวดเชื่อมและฟลักซ์ชนิดพิเศษ – กระแสเชื่อมสูงหรือต่ำไป – แรงเคลื่อนสูงหรือต่ำไป – ช่องว่างของรอยต่อไม่เหมาะสม – ใช้ลวดเชื่อมที่มีขนาดไม่เหมาะสม – ความเร็วในการเชื่อมสูงหรือต่ำไป
.การระวังรักษาระบบไฟฟ้า ความเร็วในการเชื่อมและอัตราการเติมลวดสูง เหมาะกับการเชื่อมงานกลม งานแผ่นเรียบและงานเชื่อมพอกผิว ขบวนการเชื่อมนี้ไม่เหมาะกับงานที่บางกว่า 3/16 นิ้ว เพราะจะทะลุ เหมาะแก่การเชื่อมงานในท่าราบ หรืองานเอียงที่ทำมุมกับพื้นระดับไม่เกิน 15 องศา องค์ประกอบในการเชื่อมใต้ฟลักซ์
องค์ประกอบสำคัญของการเชื่อมใต้ฟลักซ์มีหลายประการ ดังนี้
1. กระแสเชื่อม (welding current)
2. แรงเคลื่อนไฟฟ้าขณะเชื่อม ( welding voltage)
3. ความเร็วในการเชื่อม (welding speed)
4.ความกว้างและความหนาของชั้นฟลักซ์ที่ปกคลุมแนวเชื่อม
5. การปรับตำแหน่งลวดเชื่อมและอื่นๆ
6. ความยาวของลวดเชื่อมที่ยื่นออก
ต้องมีที่จับยึดงานเชื่อมพร้อมที่กำบังไม่ให้เข้าฟลักซ์ไหลออกจากแนวเชื่อม และรอยต่อบางชนิดต้องใช้แผ่นรองหลัง (Backing) สามารถเชื่อมในที่โล่งที่มีลมพัดแรงได้ เนื่องจากใช้ฟลักซ์เม็ดปกคลุมแนวเชื่อม ขณะเชื่อมไม่จำเป็นต้องใช้หน้ากากเชื่อมกำบังเพราะการอาร์กเกิดขึ้นอยู่ภายใต้ฟลักซ์ จึงไม่มีแสงอาร์กออกมาภายนอกและงานเชื่อมจะไม่มีเม็ดโลหะเกิดขึ้น การอาร์กของการเชื่อมใต้ฟลักซ์นั้นรุนแรงมาก จึงไม่สามารถมองแสงอาร์กได้ด้วยสายตาดั้งนั้นในการเชื่อมจึงต้องระวังอย่าให้อาร์กเมื่อไม่มีฟลักซ์ปกคลุม การเชื่อมขนาดเล็ก 0.455 -5/64 นิ้วใช้กับอุปกรณ์การเชื่อมกึ่งอัตโนมัติ ซึ่งถ้าใช้ลวดเชื่อมขนาดใหญ่และแข็งแรงจะทำให้การเชื่อมดำเนินไปได้ยากและแนวเชื่อมที่ได้จะไม่ดีพอ โดยทั่วไปแล้วการเชื่อมใต้ฟลักซ์แบบกึ่งอัตโนมัติจะใช้กับลวดเชื่อมขนาด 5/64นิ้ว ถึง 3/32นิ้ว แต่ถ้าลวดมีขนาดเล็กกว่า5/64 นิ้ว จะให้การอาร์กที่สม่ำเสมอและเหมาะแก่การเชื่อม Prefuesd Fluxes เป็นฟลักซ์ที่ผลิตโดยนำเอาส่วนผสมต่างๆ ของฟลักซ์มาผสมกันในสภาพแห้ง แล้วนำไปหลอมละลายด้วยเตาไฟฟ้าที่อุณหภูมิระหว่าง 1482-1704 ฮงศาเซลเซียส
อุปกรณ์หลักที่ใช้สำหรับการเชื่อมใต้ฟลักซ์มีดังนี้
1. เครื่องเชื่อม (welding machine)
2. ระบบป้อนลวดเชื่อม (wire feeding systems)
3. หัวเชื่อม (Torch)
4. ถังฟลักซ์ (Flur Hopper)
การประกอบและยึดรอยต่อ
ก่อนเชื่อมต้องยึดชิ้นงานให้แน่น ซึ่งกระทำได้หลายวิธีได้แก่ การเชื่อมยึดและใช้อุปกรณ์จับยึดสำหรับชิ้นงานที่มีขนาดใหญ่และน้ำหนักมากจะช่วยตรึงงานไว้ด้วยโดยปริยาย