แนวคิดและการจำแนกประเภทของการเชื่อมอาร์กโลหะด้วยก๊าซ (GMAW)
ขึ้นอยู่กับประเภทของลวดเชื่อม การเชื่อมสามารถแบ่งออกเป็นการเชื่อมด้วยลวดตัน และการเชื่อมด้วยลวดไส้ฟลักซ์ การเชื่อมอาร์กด้วยลวดตันโดยใช้ก๊าซเฉื่อย (Ar หรือ He) เป็นก๊าซป้องกัน เรียกว่า การเชื่อมอาร์กโลหะด้วยก๊าซเฉื่อย หรือการเชื่อม MIG ส่วนการเชื่อมอาร์กด้วยลวดตันโดยใช้ก๊าซผสมที่มีอาร์กอนเป็นส่วนประกอบหลักเรียกว่า การเชื่อมอาร์กโลหะด้วยก๊าซแอคทีฟ หรือการเชื่อม MAG การเชื่อมอาร์กด้วยลวดตันโดยใช้ก๊าซ CO2 เป็นก๊าซป้องกันเรียกว่า การเชื่อม CO2 เมื่อใช้ลวดไส้ฟลักซ์ การเชื่อมอาร์กด้วยก๊าซป้องกัน CO2 หรือก๊าซผสม CO2+Ar เรียกว่า การเชื่อมอาร์กด้วยลวดไส้ฟลักซ์ นอกจากนี้ยังสามารถเชื่อมโดยไม่ใช้ก๊าซป้องกันได้ วิธีนี้เรียกว่า การเชื่อมอาร์กแบบไม่ต้องใช้ก๊าซป้องกัน
ความแตกต่างระหว่างการเชื่อม MIG/MAG มาตรฐานกับการเชื่อม CO2
ลักษณะของงานเชื่อมด้วยก๊าซ CO2 คือมีต้นทุนต่ำและประสิทธิภาพการผลิตสูง อย่างไรก็ตาม ข้อเสียที่พบได้แก่ การกระเด็นของโลหะเหลวมากเกินไป และรูปทรงรอยเชื่อมไม่เรียบร้อย ดังนั้น กระบวนการเชื่อมบางประเภทจึงใช้วิธีการเชื่อม MIG/MAG แบบดั้งเดิม โดยการเชื่อม MIG/MAG แบบดั้งเดิมเป็นวิธีการเชื่อมอาร์กไฟฟ้าที่ใช้ก๊าซเฉื่อยหรือก๊าซอาร์กอนที่มีปริมาณมากเป็นก๊าซป้องกัน ในขณะที่การเชื่อมด้วยก๊าซ CO2 มีคุณสมบัติออกซิไดซ์ที่ค่อนข้างแรง ซึ่งทำให้เกิดความแตกต่างและลักษณะเฉพาะระหว่างทั้งสองวิธี เมื่อเปรียบเทียบกับการเชื่อมด้วยก๊าซ CO2 ข้อดีหลักของการเชื่อม MIG/MAG มีดังนี้:
1) การกระเด็นของโลหะเหลวลดลงมากกว่า 50% เมื่อใช้ก๊าซอาร์กอนหรือก๊าซที่มีอาร์กอนเป็นส่วนประกอบหลักเป็นก๊าซป้องกัน จะทำให้เกิดอาร์กเชื่อมที่มีความมั่นคง ไม่เพียงแต่อาร์กจะมีความมั่นคงในช่วงการถ่ายโอนหยดโลหะและการถ่ายโอนแบบพ่น (spray transfer) เท่านั้น แต่ยังรวมถึงในช่วงการถ่ายโอนแบบลัดวงจร (short-circuit transfer) ของการเชื่อม MAG ที่ใช้กระแสต่ำด้วย โดยแรงผลักรบกวนจากอาร์กต่อหยดของเหลวจะน้อยลง จึงสามารถรับประกันการลดการกระเด็นของโลหะเหลวลงได้มากกว่า 50% ในการเชื่อมแบบ MIG/MAG ที่ใช้การถ่ายโอนแบบลัดวงจร
2) รอยเชื่อมมีลักษณะสม่ำเสมอและดูสวยงาม เนื่องจากการถ่ายโอนหยดโลหะอย่างสม่ำเสมอ ละเอียด และเสถียรในการเชื่อมแบบ MIG/MAG ทำให้รอยเชื่อมมีลักษณะสม่ำเสมอและดูสวยงาม
3) สามารถเชื่อมโลหะที่ไวต่อปฏิกิริยาและโลหะผสมต่างๆ ได้หลายชนิด บรรยากาศรอบอาร์คมีคุณสมบัติออกซิไดซ์ต่ำมาก หรือไม่มีเลย การเชื่อมแบบ MIG/MAG จึงสามารถเชื่อมเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าผสมสูงได้ไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังสามารถเชื่อมโลหะที่ไวต่อปฏิกิริยาและโลหะผสมต่างๆ ได้อีกหลายชนิด เช่น อลูมิเนียมและโลหะผสมอลูมิเนียม เหล็กกล้าไร้สนิมและโลหะผสม เหล็กแมกนีเซียมและโลหะผสมแมกนีเซียม เป็นต้น
4) ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติด้านกระบวนการเชื่อม คุณภาพการเชื่อม และประสิทธิภาพการผลิตได้อย่างมาก
ความแตกต่างระหว่างการเชื่อมแบบ Pulsed MIG/MAG กับการเชื่อมแบบ MIG/MAG ทั่วไป
โหมดการถ่ายโอนหยดหลักในการเชื่อม MIG/MAG แบบทั่วไป ได้แก่ การถ่ายโอนแบบพ่น (spray transfer) ที่กระแสสูง และการถ่ายโอนแบบลัดวงจร (short-circuit transfer) ที่กระแสต่ำ ดังนั้น การเชื่อมที่กระแสต่ำจึงยังคงมีข้อเสีย เช่น มีสะเก็ดโลหะมาก (spatter) และรูปร่างรอยเชื่อมไม่เรียบร้อย โดยเฉพาะกับโลหะบางชนิดที่ไวต่อปฏิกิริยา ซึ่งไม่สามารถเชื่อมที่กระแสต่ำได้ เช่น อลูมิเนียมและโลหะผสมของมัน รวมถึงเหล็กกล้าไร้สนิม ปัญหานี้จึงนำไปสู่การพัฒนาการเชื่อม MIG/MAG แบบพัลส์ (pulsed MIG/MAG welding) ซึ่งมีลักษณะการถ่ายโอนหยดคือ หยดเดียวจะถูกถ่ายโอนในแต่ละพัลส์ของกระแสไฟฟ้า โดยหลักการแล้ว เป็นการถ่ายโอนหยดแบบพ่น
เมื่อเทียบกับการเชื่อม MIG/MAG แบบทั่วไป ลักษณะหลักของมันมีดังนี้:
1) โหมดการถ่ายโอนหยดที่เหมาะสมที่สุดในการเชื่อม MIG/MAG แบบพัลส์ คือ หนึ่งหยดต่อหนึ่งพัลส์ โดยการปรับความถี่ของพัลส์ สามารถเปลี่ยนจำนวนหยดที่ถูกถ่ายโอนต่อหน่วยเวลา และดังนั้นจึงสามารถควบคุมความเร็วในการหลอมละลายของลวดเชื่อมได้
2) เนื่องจากการถ่ายโอนละอองแบบหนึ่งพัลส์หนึ่งหยด ทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางของหยดละอองมีขนาดใกล้เคียงกับเส้นผ่าศูนย์กลางของลวดเชื่อม ส่งผลให้ความร้อนจากอาร์กของหยดละอองต่ำลง กล่าวคือ อุณหภูมิของหยดละอองต่ำลง (เมื่อเทียบกับการถ่ายโอนแบบฝอยละอองและการถ่ายโอนหยดขนาดใหญ่) สิ่งนี้ช่วยปรับปรุงสัมประสิทธิ์การหลอมของลวดเชื่อม จึงเพิ่มประสิทธิภาพการหลอมของลวดเชื่อม
3) เนื่องจากอุณหภูมิของหยดละอองต่ำ จึงมีควันเชื่อมเกิดขึ้นน้อยลง ส่งผลให้การสูญเสียธาตุโลหะผสมจากการเผาไหม้ลดลง และช่วยปรับปรุงสภาพแวดล้อมในการทำงาน
เมื่อเปรียบเทียบกับการเชื่อม MIG/MAG แบบทั่วไป ข้อได้เปรียบหลักๆ มีดังนี้:
1) การกระเด็นจากการเชื่อมต่ำ หรือแทบไม่มีการกระเด็นเลย
2) ทิศทางของอาร์กดี เหมาะสำหรับการเชื่อมในทุกตำแหน่ง
3) รูปทรงของรอยเชื่อมดี ความกว้างของรอยเชื่อมมากขึ้น ลดลักษณะการซึมลึกแบบนิ้วมือ และมีเนื้อโลหะเสริมเล็กน้อย
4) การเชื่อมที่สมบูรณ์แบบของโลหะที่มีปฏิกิริยา (เช่น อลูมิเนียมและโลหะผสมของมัน) ที่กระแสไฟต่ำ ซึ่งช่วยขยายช่วงกระแสที่ใช้งานได้ของการถ่ายโอนแบบพ่นสเปรย์ในการเชื่อม MIG/MAG ในระหว่างการเชื่อมแบบพัลส์ สามารถทำให้เกิดการถ่ายโอนหยดแบบพ่นที่มีเสถียรภาพในช่วงกระแสไฟกว้าง ตั้งแต่ใกล้เคียงกับกระแสวิกฤตของการถ่ายโอนแบบพ่น ไปจนถึงกระแสไฟระดับสูงหลายสิบแอมแปร์
จากข้างต้น ลักษณะและข้อดีของการเชื่อมแบบพัลส์ MIG/MAG นั้นชัดเจน แต่ไม่มีอะไรที่จะสมบูรณ์แบบไปทั้งหมด
เมื่อเทียบกับการเชื่อม MIG/MAG แบบธรรมดา ข้อเสียของมันมีดังนี้:
1) โดยทั่วไปแล้วมองว่าประสิทธิภาพการผลิตในการเชื่อมมีค่อนข้างต่ำกว่าเล็กน้อย
2) ต้องการทักษะของผู้เชื่อมในระดับที่สูงขึ้น
3) ปัจจุบันอุปกรณ์การเชื่อมมีราคาแพงกว่า การเลือกใช้การเชื่อมแบบพัลส์ MIG/MAG ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของกระบวนการเชื่อมเป็นหลัก
จากผลการเปรียบเทียบข้างต้น แม้ว่าการเชื่อมแบบพัลส์ MIG/MAG จะมีข้อดีหลายประการที่วิธีการเชื่อมอื่นไม่สามารถทำได้หรือเทียบเท่าได้ แต่ก็ยังมีข้อเสีย เช่น ต้นทุนอุปกรณ์สูง ประสิทธิภาพการผลิตค่อนข้างต่ำกว่า และช่างเชื่อมอาจใช้เวลานานในการฝึกฝนจนเชี่ยวชาญ ดังนั้น การเลือกใช้การเชื่อมแบบพัลส์ MIG/MAG จึงขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของกระบวนการเชื่อมเป็นหลัก
ตามมาตรฐานกระบวนการเชื่อมภายในประเทศในปัจจุบัน การประยุกต์ใช้งานการเชื่อมต่อไปนี้จำเป็นต้องใช้การเชื่อมแบบพัลส์ MIG/MAG เป็นหลัก:
1) เหล็กกล้าคาร์บอน การประยุกต์ใช้งานที่ต้องการคุณภาพและความสวยงามของรอยเชื่อมสูง โดยเน้นในอุตสาหกรรมหม้อความดัน เช่น หม้อต้มไอน้ำ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทางเคมี เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนของเครื่องปรับอากาศกลาง และเปลือกเทอร์ไบน์สำหรับเขื่อนผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ
2) เหล็กสเตนเลส การประยุกต์ใช้งานที่ใช้กระแสต่ำ (ต่ำกว่า 200A ซึ่งต่อไปจะเรียกว่า กระแสต่ำ) และต้องการคุณภาพและความสวยงามของรอยเชื่อมสูง เช่น รถจักรยานยนต์และหม้อความดันในอุตสาหกรรมเคมี
3) อลูมิเนียมและโลหะผสมของมัน การใช้งานที่ใช้กระแสต่ำ (ต่ำกว่า 200A ซึ่งต่อไปจะเรียกว่ากระแสต่ำ) และต้องการคุณภาพและความสวยงามของการเชื่อมสูง เช่น รถไฟความเร็วสูง เครื่องตัดแรงดันสูง และอุปกรณ์แยกก๊าซอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งรถไฟความเร็วสูง ซึ่งรวมถึง CSR Sifang Rolling Stock, Tangshan Rolling Stock Plant และ Changchun Railway Vehicles รวมถึงผู้ผลิตขนาดเล็กที่รับจ้างแปรรูปให้กับบริษัทเหล่านี้ ตามแหล่งข้อมูลในอุตสาหกรรม ภายในปี ค.ศ. 2015 เมืองหลวงทุกจังหวัดและเมืองที่มีประชากรเกิน 500,000 คนในประเทศจีนจะมีการเชื่อมต่อด้วยระบบรถไฟความเร็วสูง ซึ่งบ่งชี้ถึงความต้องการอันมหาศาลสำหรับรถไฟความเร็วสูง และตามมาด้วยความต้องการงานเชื่อมและอุปกรณ์เชื่อมที่เกี่ยวข้อง
4) ทองแดงและโลหะผสมของมัน บนพื้นฐานความเข้าใจในปัจจุบัน ทองแดงและโลหะผสมโดยทั่วไปใช้การเชื่อมแบบพัลส์ MIG/MAG (อยู่ในขอบเขตของการเชื่อมอาร์กโลหะด้วยแก๊ส)
EN
ข่าวเด่น