ไขข้อสงสัย ลวดเชื่อม ธูป เส้นหนึ่ง ต้องเจออะไรบ้าง ตั้งแต่เริ่มจนจบงาน?

กระบอกอบลวดเชื่อม JASIC ขนาด 5 กิโลกรัม , แรงดันไฟ 220 โวลต์

1,620 บาท

กระบอกอบลวดเชื่อม SUMO รุ่น TRB-5KB กำลังไฟ 500W

1,890 บาท

ก้านจับลวดเชื่อมยาว SUMO WP-26

20 บาท

ก้านจับลวดเชื่อมยาว TIG WP26 JASIC (5 ชิ้น/แพ็ค)

150 บาท

ก้านจับลวดเชื่อมสั้น TIG WP26 JASIC (10 ชิ้น/แพ็ค)

240 บาท

ลวดทองเหลืองไฟฟ้า KOVET BRONZE-55 ขนาด 3.2 มม. (1 กก.)

840 บาท

เวลามองงานเชื่อมด้วยตาเปล่า เราอาจเห็นแค่ช่างจับคีม เพื่อแตะ ลวดเชื่อม ลงบนชิ้นงาน จนเกิดแสงอาร์คสว่างจ้า มีสะเก็ดไฟกระเด็น ไม่กี่วินาทีต่อมา ลวดก็สั้นลง พร้อมเกิดแนวโลหะขึ้นบนชิ้นงาน ดูเหมือนเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นง่าย และรวดเร็วมากครับ แต่ช่วงเวลาเพียงไม่กี่วินาทีที่ปลายลวดเชื่อมกำลังละลายนั้น มีทั้ง ความร้อนสูง การหลอมโลหะ การเกิดแก๊สปกคลุม การสร้างสแลก และการเย็นตัวลงของแนวเชื่อม ซึ่งทั้งหมดเกิดขึ้นพร้อมกัน

ลวดเชื่อม ไฟฟ้าหุ้มฟลักซ์ หรือที่เรารู้จัก ในงาน เชื่อมธูป Stick หรือ MMA แต่ละก้าน ไม่ได้เป็นแค่โลหะที่เติมเข้าไปในรอยต่อ แต่ส่วนแกนลวด และสารพอกหุ้มต้องทำงานร่วมกันตลอดเวลาที่เกิดอาร์ค ให้บ่อหลอมเสถียร ป้องกันโลหะร้อนจากบรรยากาศ และช่วยให้โลหะ ที่ละลายลงไป แข็งตัวเป็นแนวเชื่อม ที่มีคุณสมบัติเหมาะสมได้

มาดูกัน ตั้งแต่วินาทีแรกที่ปลายลวดสัมผัสชิ้นงาน จนถึงตอนที่เราปัดสแลกออก แล้วเห็นแนวเชื่อมด้านล่าง ว่า ลวดเชื่อมหนึ่งเส้นต้องผ่านอะไรบ้าง และทำไมรายละเอียดเล็ก ๆ อย่างกระแสไฟ ระยะอาร์ค มุมลวด ความชื้น หรือความเร็วในการเดินแนว สามารถเปลี่ยนผลลัพธ์ของแนวเชื่อม ได้อย่างชัดเจน

ลวดเชื่อม ยังไม่ได้ทำงาน แต่เงื่อนไขของแนวเชื่อม เริ่มขึ้นแล้ว

เราอาจคิดว่า กระบวนการเชื่อมนั้น เริ่มต้นตอนที่เกิดประกายไฟ แต่ในทางปฏิบัติ คุณภาพของแนวเชื่อมเริ่ม กำหนดตั้งแต่ก่อนที่ลวดเชื่อมจะสัมผัสชิ้นงานอีกอีกครับ ไม่ว่าจะเป็น

• การเลือกลวดเชื่อมให้เหมาะกับวัสดุ

• ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของลวด

• การตั้งกระแสไฟ

• สภาพผิวของชิ้นงาน

• ตำแหน่งเชื่อม

• สภาพของลวดเชื่อมเอง

ถ้าเราใช้ลวดเชื่อมขนาดใหญ่กับเหล็กบางเกินไป อาจต้องใช้กระแสสูงจนควบคุมบ่อหลอมยาก ถ้าใช้ลวดเล็กมากกับงานหนา แม้จะเชื่อมได้ ก็อาจต้องเดินแนวหลายรอบ ใช้เวลาหรือสิ้นเปลืองมากขึ้น

หน้าฝนนี้ ถ้ายังเก็บ ลวดเชื่อม แบบเดิม อาจทำให้งานเชื่อมเสีย โดยไม่รู้ตัว ลวดเชื่อมที่เก็บไว้ในพื้นที่ชื้น สารพอกหุ้มอาจดูดความชื้นเข้าไป ซึ่งในบางประเภทของลวดสามารถส่งผลต่อการอาร์ค การเกิดรูพรุน หรือคุณสมบัติของแนวเชื่อมได้

ก่อนที่ ลวดเชื่อม หนึ่งเส้นจะเริ่มละลาย จะต้องอยู่ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม เพราะต่อให้ลวดคุณภาพดีเพียงใด หากจับคู่กับกระแสไฟและงานไม่เหมาะสม ผลลัพธ์ก็อาจไม่เป็นอย่างที่ต้องการ

จุดเริ่มต้นของทุกอย่าง คือ การสร้าง “อาร์ค”

เมื่อช่างแตะปลายลวดเชื่อม เข้ากับชิ้นงาน วงจรไฟฟ้าจะเชื่อมต่อกัน และเมื่อยกปลายลวดออกเล็กน้อย กระแสไฟฟ้าก็ไหลผ่านช่องว่างระหว่างปลายลวดกับชิ้นงานในรูปของ อาร์คไฟฟ้า ได้

ปลายลวดสัมผัสชิ้นงาน แล้วยกออกเพียงเล็กน้อย

ช่วงเวลาที่อุณหภูมิบริเวณปลายลวด และพื้นผิวชิ้นงานเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว อุณหภูมิของอาร์คเชื่อมจะสูงได้ ถึงหลายพันองศาเซลเซียส ซึ่งสูงพอที่จะทำให้ ทั้งปลายแกนลวดเชื่อม และโลหะฐานบริเวณรอยต่อหลอมละลาย สิ่งสำคัญคือ หลังจากจุดอาร์คติดแล้ว ช่างต้องรักษาระยะห่างระหว่างปลายลวดกับบ่อหลอม ให้เหมาะสม หรือที่เรียกว่า Arc Length

สิ่งที่ดูเหมือนการ “ลากลวดเชื่อมไปตามเหล็ก” จริง ๆ แล้วคือการควบคุมช่องว่างขนาดเล็กมาก อย่างต่อเนื่อง ในขณะที่ตัวลวด สั้นลงตลอดเวลา

เมื่ออาร์คติด ลวดเชื่อม จะกลายเป็นโลหะหลอมเหลว

หลังเกิดอาร์ค โลหะของ ลวดเชื่อม จะเริ่มละลายจากบริเวณปลายลวด ก่อตัวเป็นหยด แล้วถ่ายเทผ่านอาร์คลงสู่บ่อหลอม บนชิ้นงาน ในเวลาเดียวกัน ความร้อนจากอาร์ค ก็ไม่ได้ละลายเฉพาะลวดเชื่อม แต่ยังละลายผิวของโลหะฐานด้วยครับ แนวเชื่อมที่เราเห็นภายหลัง จึงไม่ได้เกิดจากโลหะของลวดเชื่อมล้วน ๆ แต่เป็นการรวมตัว กันระหว่าง

• โลหะเติมจากลวดเชื่อม

• โลหะฐานที่ถูกหลอมขึ้นมา

ถ้าชิ้นงานไม่เกิดการหลอม และการเชื่อมประสานกับโลหะเติม อย่างเหมาะสม ต่อให้ด้านบนของแนวเชื่อมดูเต็ม และสวย ก็ไม่ได้หมายความว่ารอยต่อด้านล่างจะแข็งแรงเสมอไป

ลองนึกภาพแนวเชื่อม ที่ดูเหมือนวางโลหะไว้บนผิวเหล็ก แต่พอรับแรงแล้ว ก็หลุดออกเป็นแนวยาว ปัญหาลักษณะนี้แหละครับ ที่มักเกี่ยวข้องกับการหลอมประสานไม่เพียงพอ หรือ Lack of Fusion ซึ่งอาจเกิดจากกระแสต่ำเกินไป เดินลวดเร็วไป มุมไม่เหมาะสม หรือพื้นผิวมีสิ่งสกปรกขวางการหลอม

สารที่หุ้ม ลวดเชื่อม อยู่รอบ ๆ หายไปไหน?

ลวดเชื่อมธูปทั่วไป จะมีแกนโลหะอยู่ตรงกลาง และมีสารพอกหุ้มรอบนอกที่เราเรียกว่า ฟลักซ์ (Flux Coating) เมื่อปลายลวดได้รับความร้อนจากอาร์ค สารพอกนี้ก็จะสลายและหลอมตามไปด้วย แต่ไม่ได้กลายเป็นแนวเชื่อมทั้งหมดเหมือนแกนโลหะ

ฟลักซ์ มีไว้สร้างแก๊ส ปกป้องโลหะเหลว

สารพอกหุ้มออกแบบมาเพื่อทำหลายหน้าที่พร้อมกัน ขึ้นอยู่กับสูตรของลวดแต่ละชนิด หนึ่งในหน้าที่สำคัญคือช่วยสร้างแก๊สขึ้นมารอบบริเวณอาร์คและบ่อหลอม ช่วยลดการสัมผัสโดยตรงระหว่างโลหะร้อนกับอากาศภายนอก

เหตุผลที่ต้องทำแบบนี้ ก็เป็นเพราะ ในขณะที่เหล็กอยู่ในสภาพหลอมเหลว มันสามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ไนโตรเจน และองค์ประกอบต่าง ๆ ในบรรยากาศได้ง่าย กว่าตอนที่เป็นโลหะแข็ง ถ้าบ่อหลอมถูกปนเปื้อนมากเกินไป คุณภาพของแนวเชื่อมอาจลดลง และเกิดข้อบกพร่องต่าง ๆ ตามมาได้

ส่วนหนึ่งของฟลักซ์ จะกลายเป็น “สแลก”

นอกจากการสร้าง แก๊สแล้ว ฟลักซ์บางส่วนยังหลอมตัว และลอยขึ้นมาอยู่ด้านบนของบ่อหลอม ก่อนแข็งตัวกลายเป็น ชั้นที่เรียกว่า สแลก (Slag) หลังเชื่อมเสร็จ เราจะเห็นผิวสีดำ ๆ หรือเทาปกคลุมอยู่บนแนวเชื่อม และต้องใช้ค้อนเคาะสแลกหรือแปรงลวดทำความสะอาดออก

ชั้นสแลกนี้มีประโยชน์ระหว่างการเชื่อมและการเย็นตัว เพราะช่วยปกคลุมโลหะเชื่อมที่ยังร้อนอยู่ และสามารถมีส่วนช่วยควบคุมลักษณะการแข็งตัวของแนวเชื่อมได้ อย่างไรก็ตาม หากเชื่อมหลายชั้นแล้วไม่ทำความสะอาดสแลกก่อนเชื่อมทับ ก็อาจทำให้สแลกถูกกักอยู่ภายในแนวเชื่อม กลายเป็นข้อบกพร่องที่เรียกว่า Slag Inclusion ได้

แอ่งโลหะ สีส้มแดง คือ “บ่อหลอม”

ขณะเชื่อม เราจะเห็นบริเวณโลหะสว่าง ๆ อยู่ใต้ปลาย ลวดเชื่อม นั่นคือ Weld Pool หรือบ่อหลอม ซึ่งเป็นบริเวณที่โลหะฐาน และโลหะเติมกำลังอยู่ในสถานะหลอมเหลว และรวมตัวเข้าด้วยกัน

• การควบคุมบ่อหลอมถือเป็นอีกหนึ่งในทักษะสำคัญที่สุดของงานเชื่อม 

• ช่างไม่ได้มองเพียงปลายลวด 

• ต้องสังเกตว่าบ่อหลอมมีขนาดเท่าใด ไหลไปทางไหน ขอบแนวหลอมเข้ากับชิ้นงานหรือไม่ และกำลังสะสมความร้อนมากหรือน้อยเกินไป

ถ้าเดินลวดช้าเกินไป ความร้อนจะสะสมอยู่ที่เดิมนาน บ่อหลอมอาจใหญ่ แนวเชื่อมนูนมาก หรือในงานบางอาจทะลุได้ แต่ถ้าเดินเร็วเกินไป โลหะเติม ก็อาจยังลงไม่พอ และความร้อนอาจไม่มีเวลาหลอมขอบรอยต่อได้เต็มที่ การตั้งกระแสไฟถูกต้องอย่างเดียว จึงยังไม่ได้ รับประกันว่าแนวเชื่อมจะดี ยังต้องประสาน กระแสไฟ ระยะอาร์ค มุมลวด และความเร็วเดินแนว ให้สัมพันธ์กันด้วย

ลวดเชื่อม สั้นลง แต่แนวเชื่อม กำลังก่อตัว

ในขณะที่ช่างเดินลวดไปข้างหน้า บริเวณที่เพิ่งผ่านอาร์คไป จะเริ่มสูญเสียความร้อน บ่อหลอมที่ก่อนหน้านี้ยังเป็นของเหลวจะค่อย ๆ แข็งตัว และเปลี่ยนเป็นเนื้อโลหะเชื่อม

ช่วงนี้อาจดูเหมือนเป็นขั้นตอนง่าย ๆ แต่จริง ๆ กระบวนการเย็นตัวและการแข็งตัวมีผลต่อโครงสร้างภายในของโลหะเชื่อม และบริเวณรอบข้างพอสมควรครับ โลหะฐานที่อยู่ติดกับแนวเชื่อม แม้บางส่วนจะไม่ได้หลอมจนกลายเป็นของเหลว ก็ได้รับความร้อนสูงพอที่จะทำให้โครงสร้างของโลหะเปลี่ยนแปลง บริเวณนี้เรียกว่า Heat-Affected Zone หรือ HAZ

สำหรับงานทั่วไป อาจไม่จำเป็นต้องวิเคราะห์ HAZ ทุกครั้ง แต่ในงานโครงสร้าง งานเหล็กกำลังสูง งานแรงดัน หรือวัสดุเฉพาะทาง เรื่องการควบคุมความร้อนก่อนเชื่อม ระหว่างเชื่อม และหลังเชื่อม สำคัญอย่างยิ่ง ต่อสมบัติของรอยต่อ

ทำไมแนวเชื่อมที่สวย ไม่ได้หมายความว่าแข็งแรงเสมอไป?

หลังเคาะสแลกออก ถ้าแนวเชื่อมเรียงเกล็ดสวย ความกว้างเท่ากัน และไม่มีรูให้เห็น ในแง่การควบคุมแนว ถือเป็นสัญญาณที่ดี แต่การประเมินความแข็งแรงจากหน้าตาอย่างเดียวยังไม่เพียงพอ

แนวเชื่อมอาจดูดีจากภายนอก แต่ภายในอาจ มีการหลอมประสานไม่เต็ม รอยแตกร้าว รูพรุน สแลกฝัง หรือการแทรกซึมไม่เหมาะสมได้ โดยเฉพาะในงานที่มีความสำคัญสูง จึงต้องมีการตรวจสอบด้วยวิธีต่าง ๆ เพิ่มเติม ไม่ว่าจะเป็น

• การตรวจด้วยสายตาตามเกณฑ์ 

• การทดสอบสารแทรกซึม 

• การตรวจด้วยคลื่นเสียง 

• วิธีอื่นตามมาตรฐานและลักษณะงาน

สำหรับงานช่างทั่วไป สิ่งที่ผู้ใช้งานควรเข้าใจคือ ความแข็งแรงของแนวเชื่อมเกิดจากสิ่งที่เกิดขึ้นใต้ผิว ไม่ใช่แค่สิ่งที่เราเห็นด้านบน และถ้า ลวดเชื่อม มีปัญหา อาจทำให้แนวเชื่อมทะลุเป็นรูได้ ไม่ใช่เพราะฝีมือ

กระแสไฟมีผลต่อ ลวดเชื่อม ทั้งเส้น

กระแสเชื่อมเป็น อีกหนึ่งในตัวแปร ที่มีผลกับทุกช่วง ตั้งแต่เริ่มอาร์ค ไปจนถึงลักษณะของบ่อหลอมครับ ถ้าตั้งกระแสต่ำเกินไป ลวดอาจติดชิ้นงานบ่อย อาร์คไม่เสถียร บ่อหลอมเล็ก และมีโอกาสหลอมประสานไม่เพียงพอ แต่ถ้ากระแสสูงเกินไป ลวดจะละลายเร็ว บ่อหลอมกว้าง ควบคุมยาก สะเก็ดอาจเพิ่ม และขอบชิ้นงานอาจถูกกัดลึกจนเกิดร่อง

เวลาใช้ ลวดเชื่อม ไม่ควรคิดแค่ว่า “ยิ่งไฟแรงยิ่งเชื่อมติดดี” เพราะเป้าหมายของการเชื่อม คือทำให้ความร้อนและโลหะเติมเข้าสู่รอยต่อในปริมาณที่เหมาะสม และควบคุมได้

สรุป: จาก ลวดเชื่อม หนึ่งเส้น สู่แนวเชื่อมที่แข็งแรง

เส้นทางของ ลวดเชื่อมธูป เริ่มจากการได้รับกระแสไฟ และสร้างอาร์ค ความร้อนจากอาร์คทำให้ปลายลวด และชิ้นงานละลาย 

• แกนลวดกลายเป็นโลหะเติม และเคลื่อนเข้าสู่บ่อหลอม ขณะที่ฟลักซ์รอบลวดช่วยสร้างสภาพแวดล้อมปกป้องโลหะร้อน และสร้างชั้นสแลก 

• หลังจากอาร์คเคลื่อนผ่านไป บ่อหลอมจะค่อย ๆ เย็นตัว แข็งตัว และกลายเป็นแนวเชื่อมที่เชื่อมวัสดุสองฝั่งเข้าด้วยกัน

แต่คำว่า “เชื่อมติด” กับ “แนวเชื่อมแข็งแรง” ไม่ใช่ความหมายเดียวกัน แนวเชื่อมที่ดีต้องเกิดจากการเลือก ลวดเชื่อม ให้เหมาะสม ตั้งค่ากระแสให้สัมพันธ์กับลวด และชิ้นงาน ควบคุมระยะอาร์ค มุมลวด และความเร็วเดินแนว พร้อมกับ การเตรียมพื้นผิว และดูแลลวดเชื่อมอย่างถูกวิธี

แนวเชื่อมที่อยู่ตรงหน้าไม่ได้เกิดขึ้น เพียงเพราะ ลวดเชื่อม ละลายลงบนเหล็ก แต่เป็นผลลัพธ์ของหลายกระบวนการที่ต้องเกิดขึ้นอย่างเหมาะสมในเวลาเดียวกัน