บทความน่ารู้

กระแสไฟเชื่อมเลือกใช้อย่างไรให้ถูกต้อง

กระแสไฟเชื่อมเลือกใช้อย่างไรให้ถูกต้อง
ฟังดูเป็นเรื่องง่ายๆ คนส่วนมากจะตอบว่าดูที่ข้างกล่อง
ตัวนี้คือ AWS A5.1 E6013
AWS คือ Standard A5.1 คือ Specification ของลวดเชื่อมหุ้มฟลั๊กซ์สำหรับการเชื่อมเหล็กกล้าคาร์บอน E6013 คือ Classification หรือประเภทของลวดเชื่อมหนึ่งในกลุ่มของ A5.1
ลงท้ายด้วย 13 มีความหมายคือ เป็นฟลั๊กซ์รูไทล์ เชื่อมได้ทุกท่า ใช้กระแสไฟเชื่อม AC DCEN DCEP
ทีนี้จะเลือกใช้ขั้วไฟเชื่อมแบบไหนดี
ในการเชื่อมด้วยกระบวนการเชื่อมด้วยลวดเชื่อมหุ้มฟลั๊กซ์จะเลือกใช้ขั้วกระแสไฟเชื่อมตามชนิดของลวดเชื่อมที่ใช้งาน โดยทั่วไปจะประกอบด้วยขั้วไฟเชื่อม 3 ประเภทคือ
1.ไฟกระแสตรงขั้วลบต่อกับลวดเชื่อม (DCEN : Direct Current Electrode Negative)
2.กระแสไฟตรงขั้วบวกต่อกับลวดเชื่อม (DCEP : Direct Current Electrode Positive)
3.ไฟกระแสสลับ (Alternative)

DCRP กับ DCSP เค้าเลิกใช้กันไปโดนแล้วนะครับ
การต่อหรือเลือกใช้กระแสไฟเชื่อมจะเป็นไปตามข้อกำหนดของลวดเชื่อมเท่านั้น ตัวอย่างเช่นลวดเชื่อม E7016 ลงท้ายด้วย 6 คือสามารถใช้ไฟกระแสสลับ (A.C.) และไฟกระแสตรงขั้วบวกต่อกับลวดเชื่อม (DCEP) เนื่องจากส่วนผสมทางเคมีของลวดเชื่อมจะทำงานสัมพันธ์กับความร้อนที่เกิดขึ้นจากการเลือกใช้งานขั้วไฟเชื่อมที่กำหนดตามข้อกำหนดของลวดเชื่อมเบอร์นั้นๆ
ความร้อนที่เกิดขึ้นจะเป็นไปตามกฎทางฟิสิกส์ของไฟฟ้า กล่าวคือ กระแสไฟจะไหลจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ ในขณะที่อิเล็คตรอนจะวิ่งจากขั้วลบไปยังขั้วบวก
เมื่อจุดอาร์กลวดเชื่อมจะหลอมละลาย ฟลั๊กซ์ที่หุ้มลวดเชื่อมจะละลายและสลายตัวเป็นแก็ส อิเล็คตรอนจากกระแสไฟเชื่อมจะชนกับอะตอมของแก็ส และแก็สแตกตัวอิออน และโปรตอน
คลิปประกอบ https://youtu.be/MAVPabtSvAA
กระบวนการดังกล่าวคือการทำให้แก็สแตกตัว (Ionization) เป็นการเปลี่ยนพลังงานจลน์ที่เกิดจากการเคลื่อนที่ชนกันของอิเล็คตรอนและอะตอมของแก็สให้เป็นพลังงานความร้อน หรืออาร์ก (Arc) หรือพลาสมา (Plasma)
ไฟ AC กับไฟ DC อะไรดีกว่ากัน
ถ้าพิจารณาการไหลของกระแสไฟ DC จะเป็นการไหลในทิศทางเดียว ผลคือมีความสม่ำเสมอของอาร์กสูงกว่า AC การควบคุมการเชื่อมทำได้ง่ายกว่า ผู้ทำการเชื่อมจะรู้สึกได้ว่าอาร์กนิ่มกว่า เสียงจากการอาร์กราบเรียบสม่ำเสมอ ต่างจากการเชื่อมด้วยเครื่องเชื่อมไฟกระแสสลับอย่างเห็นได้ชัด
ไฟกระแสสลับ จะมีจุดเปลี่ยนจากบวกเป็นลบ สลับกัน 50 ครั้ง ทุกวินาที หรือมีความถี่ 50 Hz
ส่งผลให้อาร์กมีเสียงดังจากการสลับขั้ว ความนุ่มนวล การถ่ายโอนน้ำโลหะจะด้อยกว่าการเชื่อมด้วยไฟ DC
การต่อขั้วไฟเชื่อมแบบกระแสไฟตรงขั้วบวกต่อกับลวดเชื่อม (DCEP) อิเล็คตรอนจะวิ่งจากชิ้นงานไปลวดเชื่อม เกิดการบอมบาร์ทที่ลวดเชื่อม ผลคือเกิดความร้อนที่ลวดเชื่อมมากกว่าที่ชิ้นงาน ถ้าอุณหภูมิของอาร์กที่เกิดขึ้นจากการเชื่อมเป็น 6,000 องศาเซลเซียส อุณหภูมิที่เกิดขึ้นที่ลวดเชื่อมจะประมาณ 2/3 ของความร้อนทั้งหมด หรือ ประมาณ 4,000 องศาเซลเซียส อุณหภูมิชิ้นงานจะอยู่ที่ 1/3 หรือ ประมาณ 2,000 องศาเซลเซียส ผลคือลวดเชื่อมจะมีอัตราการการหลอมละลายสูงกว่าชิ้นงาน รูปร่างของรอยเชื่อมจะกว้างและตื้น
ในทางกลับกัน หากการต่อขั้วไฟเชื่อมแบบกระแสไฟตรงขั้วลบต่อกับลวดเชื่อม (DCEN) อิเล็คตรอนจะวิ่งจากลวดเชื่อมไปชิ้นงาน เกิดการบอมบาร์ทที่ชิ้นงาน ผลคือเกิดความร้อนที่ชิ้นงานมากกว่าที่ลวดเชื่อม ดังนั้นอุณหภูมิที่เกิดขึ้นที่ลวดเชื่อมจะประมาณ 1/3 ของความร้อนทั้งหมด หรือ ประมาณ 2,000 องศาเซลเซียส อุณหภูมิชิ้นงานจะอยู่ที่ 2/3 หรือ ประมาณ 4,000 องศาเซลเซียส ผลคือรูปร่างของรอยเชื่อมจะมีการหลอมลึกสูงและแคบ
ในกรณีที่ต่อขั้วไฟเชื่อมแบบกระแสสลับ (Alternating) ลักษณะของไฟกระแสสลับจะเป็นการไหลสลับขั้วจากบวกไปลบ เป็นคลื่น SIN Wave จะถือว่าไฟกระแสสลับไม่มีขั้ว ความร้อนจะเกิดแบบสมดุลย์ คือเกิดที่ชิ้นงาน 1/2 เกิดที่ลวดเชื่อม 1/2 ความกว้างและการหลอมลึกของรอยเชื่อมจะอยู่สมดุลระหว่าง การเชื่อมด้วยขั้วไฟเชื่อมทั้งสองแบบที่กล่าวมาข้างต้น
เรื่องตัวเลขอุณหภูมิเป็นตัวเลขประมาณการ เพื่อใช้อธิบายความสัมพันธ์กับการเลือกใช้ขั้วเชื่อมที่ต่างกัน
ถ้าใช้กระแสไฟสูงขึ้น อุณหภูมิของอาร์กจะเพิ่มขึ้นด้วย
แต่ละกระบวนการก็ไม่เท่ากัน
อันนี้เป็น Simulator อุณหภูมิของอาร์กที่เกิดจากการเชื่อม TIG แบบ Stationary (ไม่เคลื่อนที่) ที่กระแสไฟ 150 A.
หากพิจารณาในมุมมองของการละลายเข้ากันระหว่างลวดเชื่อมกับชิ้นงานหรือที่เรียกว่า การเจือ (Dilute) การเลือกใช้ขั้วกระแสไฟเชื่อมที่แตกต่างกันจะส่งผลต่อการเจือของลวดเชื่อมและโลหะงาน
กรณีการเชื่อมพอกผิวแข็งที่ต้องการความแข็งของรอยเชื่อมสูงๆ ซึ่งจำเป็นต้องควบคุมการเจือระหว่างลวดเชื่อมและชิ้นงานให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะทำได้ การเลือกใช้ขั้วไฟเชื่อมแบบกระแสไฟตรงขั้วบวกต่อกับลวดเชื่อม (DCEP) จะเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุด
ต้องดูแยกตาม Specification ด้วยนะครับ อันนี้ของ A5.1
จบเรื่องขั้วไฟเชื่อม แล้วนะครับ
อันนี้อ้างอิงจากการเชื่อมทิกนะครับ

Cr. ผศ.ดร.ปริยสุทธิ์ วัฒนธรรม
ภาควิชาเทคโนโลยีวิศวกรรมการเชื่อม
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ
วิทยาทานในครั้งนี้ข้าพเจ้าขออุทิศผลบุญให้คุณพ่อประสงค์ คุณแม่รัตนาพร วัฒนธรรม และคณาจารย์ที่ประสิทธิ์ประสาทวิชาความรู้ให้ข้าพเจ้าจนสามารถต่อยอดองค์ความรู้เกิดประโยชน์เป็นวงกว้างผ่านสื่อโซเชียลเทอญ....