บทนำเกี่ยวกับวิธีการเชื่อมท่อเหล็กทั่วไป

ในปัจจุบัน วิธีการที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการเชื่อมท่อเหล็กได้แก่ การเชื่อมด้วยไฟฟ้าแบบอาร์ค (SMAW), การเชื่อมแบบจุ่มอาร์ค (SAW), การเชื่อมด้วยแก๊สทังสเตนอาร์ค (GTAW), การเชื่อมด้วยแก๊สหลอมเหลวแบบอาร์ค (GMAW), การเชื่อมด้วยลวดเชื่อมไส้ฟลักซ์ (FCAW) และการเชื่อมแบบลงล่าง เป็นต้น

(1) ข้อดีของการเชื่อมด้วยไฟฟ้าแบบอาร์คคือ อุปกรณ์เรียบง่าย พกพาสะดวก และใช้งานได้ยืดหยุ่น สามารถนำไปใช้กับการเชื่อมรอยต่อสั้นๆ ในงานซ่อมบำรุงและประกอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมชิ้นส่วนที่เข้าถึงยาก ข้อเสียคือ ต้องใช้ทักษะทางเทคนิคสูงสำหรับช่างเชื่อม ค่าใช้จ่ายในการฝึกอบรมช่างเชื่อมสูง สภาพการทำงานไม่ดี ประสิทธิภาพการผลิตต่ำ และไม่เหมาะสำหรับการเชื่อมโลหะพิเศษและแผ่นบาง การเชื่อมด้วยไฟฟ้าแบบอาร์คมีอิเล็กโทรดที่เหมาะสม ซึ่งสามารถนำไปใช้กับการเชื่อมเหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าไร้สนิม เหล็กหล่อ ทองแดง อลูมิเนียม นิกเกล และโลหะผสมส่วนใหญ่ในอุตสาหกรรมได้
(2) การเชื่อมแบบจุ่มอาร์คสามารถใช้กระแสไฟฟ้าที่สูงกว่าได้ ภายใต้ความร้อนจากอาร์ค ส่วนหนึ่งของฟลักซ์จะละลายกลายเป็นสแลกและเกิดปฏิกิริยาทางโลหะวิทยาของเหลวกับโลหะเหลว ส่วนสแลกอีกส่วนหนึ่งจะลอยอยู่บนพื้นผิวของบ่อโลหะหลอมเหลว ในด้านหนึ่ง มันสามารถปกป้องโลหะเชื่อม ป้องกันมลพิษทางอากาศ และทำให้เกิดปฏิกิริยาทางกายภาพและเคมีกับโลหะหลอมเหลวเพื่อปรับปรุงองค์ประกอบและประสิทธิภาพของโลหะเชื่อม ในอีกด้านหนึ่ง มันยังสามารถทำให้โลหะเชื่อมเย็นตัวลงอย่างช้าๆ เพื่อป้องกันข้อบกพร่อง เช่น รอยแตกและรูพรุน เมื่อเปรียบเทียบกับการเชื่อมแบบอาร์คด้วยอิเล็กโทรด ข้อดีคือ คุณภาพการเชื่อมสูง ความเร็วในการเชื่อมสูง และสภาพการทำงานที่ดี ดังนั้นจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมรอยเชื่อมตรงและรอยเชื่อมวงกลมของชิ้นงานขนาดใหญ่ และมักใช้ในการเชื่อมแบบอัตโนมัติ ข้อเสียคือโดยทั่วไปแล้วเหมาะสำหรับการเชื่อมรอยเชื่อมแบบเรียบและรอยเชื่อมมุมเท่านั้น สำหรับการเชื่อมในตำแหน่งอื่นๆ จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์พิเศษเพื่อให้แน่ใจว่าฟลักซ์ปกคลุมพื้นที่เชื่อมและป้องกันการรั่วไหลของโลหะหลอมเหลว ในระหว่างการเชื่อมนั้นไม่สามารถมองเห็นอาร์คและร่องเชื่อมได้โดยตรง การกำหนดตำแหน่งสัมพัทธ์ของรอยเชื่อมจำเป็นต้องใช้ระบบติดตามรอยเชื่อมอัตโนมัติเพื่อให้แน่ใจว่าหัวเชื่อมอยู่ในแนวเดียวกับรอยเชื่อมโดยไม่มีการเบี่ยงเบน เมื่อกระแสไฟฟ้าสูง ความแรงของสนามไฟฟ้าของอาร์คจะสูง และเมื่อกระแสไฟฟ้าน้อยกว่า 100A ความเสถียรของอาร์คจะต่ำและไม่เหมาะสำหรับการเชื่อมชิ้นส่วนบางที่มีความหนาน้อยกว่า 1 มม. การเชื่อมแบบจุ่มอาร์คถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการเชื่อมเหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กโครงสร้างอัลลอยต่ำ และเหล็กกล้าไร้สนิม เนื่องจากสแลกสามารถลดอัตราการเย็นตัวของรอยเชื่อมได้ เหล็กโครงสร้างความแข็งแรงสูงและเหล็กกล้าคาร์บอนสูงบางชนิดจึงสามารถเชื่อมได้ด้วยการเชื่อมแบบจุ่มอาร์คเช่นกัน
(3) การเชื่อมด้วยอาร์กทังสเตนแก๊สเป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมสำหรับการเชื่อมแผ่นโลหะบางและการเชื่อมรองรับ เนื่องจากสามารถควบคุมการป้อนความร้อนได้ดี วิธีนี้สามารถใช้เชื่อมโลหะได้เกือบทุกชนิด โดยเฉพาะโลหะที่เชื่อมแบบแห้ง เช่น อลูมิเนียมและแมกนีเซียมที่สามารถสร้างออกไซด์ทนความร้อน และโลหะที่ว่องไว เช่น ไทเทเนียมและเบอร์เคเลียม คุณภาพการเชื่อมของวิธีการเชื่อมนี้สูง แต่แตกต่างจากอาร์กอื่นๆ เมื่อเทียบกับการเชื่อมแบบดั้งเดิม ความเร็วในการเชื่อมช้ากว่า ต้นทุนการผลิตสูง และได้รับผลกระทบอย่างมากจากกระแสลมโดยรอบ ดังนั้นจึงไม่เหมาะสำหรับการใช้งานกลางแจ้ง
(4) ก๊าซที่ใช้กันทั่วไปในการเชื่อม MIG ได้แก่ อาร์กอน ฮีเลียม คาร์บอนไดออกไซด์ หรือส่วนผสมของก๊าซเหล่านี้ เมื่อใช้อาร์กอนและไนโตรเจนเป็นก๊าซปกคลุม จะเรียกว่าการเชื่อมแบบใช้ก๊าซเฉื่อยหลอมเหลวปกคลุม (เรียกย่อว่าการเชื่อม MIG ในระดับสากล) เมื่อใช้ส่วนผสมของก๊าซเฉื่อยและก๊าซออกซิไดซ์ (O2, CO2) หรือ CO2 และ CO2+ เมื่อใช้ก๊าซผสมของ O2 เป็นก๊าซปกคลุม จะเรียกว่าการเชื่อมแบบใช้ก๊าซแอคทีฟปกคลุมด้วยอิเล็กโทรดหลอมเหลว (เรียกย่อว่าการเชื่อม MAG ในระดับสากล) ข้อดีหลักของการเชื่อมแบบใช้ก๊าซปกคลุมโลหะคือสามารถเชื่อมได้สะดวกในตำแหน่งต่างๆ และยังมีข้อดีคือความเร็วในการเชื่อมที่เร็วขึ้นและอัตราการสะสมที่สูงขึ้น การเชื่อมแบบใช้ก๊าซแอคทีฟปกคลุมสามารถนำไปใช้กับการเชื่อมโลหะที่สำคัญที่สุด ได้แก่ เหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าอัลลอย การเชื่อม MIG เหมาะสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม อลูมิเนียม แมกนีเซียม ทองแดง ไทเทเนียม เซอร์โคเนียม และโลหะผสมนิกเกล การเชื่อมจุดด้วยอาร์คสามารถทำได้โดยใช้วิธีนี้
(5) การเชื่อมด้วยลวดเชื่อมแบบมีไส้ฟลักซ์สามารถถือได้ว่าเป็นประเภทหนึ่งของการเชื่อมด้วยอาร์คโลหะแบบใช้แก๊ส ลวดเชื่อมที่ใช้เป็นแบบมีไส้ฟลักซ์ โดยแกนกลางของลวดเชื่อมจะบรรจุผงของส่วนประกอบต่างๆ มีการเติมแก๊สป้องกันในระหว่างการเชื่อม ซึ่งส่วนใหญ่เป็นแก๊ส CO2 และผงจะสลายตัวหรือหลอมเหลวด้วยความร้อน ซึ่งทำหน้าที่สร้างแก๊สและสร้างสแลกเพื่อป้องกันบ่อหลอมเหลว แทรกซึมโลหะผสม และทำให้อาร์คมีเสถียรภาพ เมื่อการเชื่อมด้วยลวดเชื่อมแบบมีไส้ฟลักซ์ไม่เติมแก๊สป้องกันเพิ่มเติม จะเรียกว่าการเชื่อมด้วยลวดเชื่อมแบบมีไส้ฟลักซ์แบบป้องกันตัวเอง โดยใช้แก๊สที่เกิดจากการสลายตัวของผงเป็นแก๊สป้องกัน การเปลี่ยนแปลงการยืดตัวแห้งของลวดเชื่อมในวิธีการเชื่อมนี้จะไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการป้องกัน และช่วงการเปลี่ยนแปลงสามารถกว้างได้ การเชื่อมด้วยลวดเชื่อมแบบมีไส้ฟลักซ์มีข้อดีดังต่อไปนี้: ประสิทธิภาพกระบวนการเชื่อมที่ดี รูปทรงรอยเชื่อมสวยงาม ความเร็วในการเติมเร็ว ผลผลิตสูง การเชื่อมแบบอัตโนมัติต่อเนื่อง และการเชื่อมแบบกึ่งอัตโนมัติ ข้อดีของการเชื่อมแบบอาร์คด้วยลวดเชื่อมไส้ฟลักซ์คือ การปรับระบบโลหะผสมทำได้ง่าย โดยสามารถปรับองค์ประกอบทางเคมีของโลหะที่เชื่อมได้ผ่านทางปลอกโลหะและแกนฟลักซ์ การใช้พลังงานต่ำ และต้นทุนโดยรวมต่ำ ข้อเสียคือ อุปกรณ์การผลิตซับซ้อน กระบวนการผลิตต้องการเทคนิคสูง ความต้องการในการจัดเก็บลวดเชื่อมไส้ฟลักซ์สูง และลวดเชื่อมชื้นได้ง่าย การเชื่อมแบบอาร์คด้วยลวดเชื่อมไส้ฟลักซ์สามารถใช้กับการเชื่อมโลหะเหล็กส่วนใหญ่ที่มีความหนาและรอยต่อต่างๆ ได้
(6) การเชื่อมแบบลงล่างเป็นกระบวนการที่นำเข้ามาจากต่างประเทศซึ่งเหมาะสมสำหรับการเชื่อมรอบท่อ หมายถึงกระบวนการที่จุดอาร์คที่ด้านบนของท่อและเชื่อมลงล่าง การเชื่อมแบบลงล่างมีข้อดีคือประสิทธิภาพการผลิตสูงและคุณภาพการเชื่อมที่ดี