ฟังดูดีเกินจริง แล้วปัญหาคืออะไร? โดยปกติแล้วการเชื่อมเป็นสิ่งจำเป็นในการผลิตเกือบทุกอย่างจากเหล็กกล้าไร้สนิมกว่า 150 ชนิด การเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมเป็นงานที่ซับซ้อน ปัญหาบางประการได้แก่ การมีอยู่ของโครเมียมออกไซด์ วิธีการควบคุมปริมาณความร้อน กระบวนการเชื่อมที่ควรใช้ วิธีการจัดการกับโครเมียมเฮกซาวาเลนต์ และวิธีการทำอย่างถูกต้อง
แม้ว่าการเชื่อมและการตกแต่งวัสดุสแตนเลสจะมีข้อจำกัดอยู่บ้าง แต่สแตนเลสก็ยังคงเป็นวัสดุที่ได้รับความนิยมและบางครั้งก็เป็นตัวเลือกเดียวสำหรับหลายอุตสาหกรรม การรู้วิธีใช้งานอย่างปลอดภัยและรู้ว่าควรใช้กระบวนการเชื่อมแบบใดในสถานการณ์ใดนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเชื่อมที่ประสบความสำเร็จ ซึ่งอาจเป็นกุญแจสำคัญสู่ความสำเร็จในอาชีพการงาน
แล้วทำไมการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมจึงเป็นงานที่ยากนัก? คำตอบเริ่มต้นจากวิธีการผลิต เหล็กกล้าไร้สนิมนั้นผลิตจากเหล็กอ่อน หรือที่รู้จักกันในชื่อเหล็กกล้าธรรมดา ผสมกับโครเมียมอย่างน้อย 10.5% โครเมียมที่เติมเข้าไปจะสร้างชั้นโครเมียมออกไซด์บนพื้นผิวของเหล็ก ซึ่งช่วยป้องกันการกัดกร่อนและสนิมได้เกือบทุกชนิด ผู้ผลิตจะเติมโครเมียมและธาตุอื่นๆ ในปริมาณที่แตกต่างกันลงในเหล็กเพื่อเปลี่ยนคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย จากนั้นจึงใช้ระบบตัวเลขสามหลักในการจำแนกเกรด
เหล็กกล้าไร้สนิมที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ 304 และ 316 เหล็กกล้าไร้สนิม 304 มีราคาถูกที่สุด โดยมีส่วนประกอบของโครเมียม 18 เปอร์เซ็นต์ และนิกเกล 8 เปอร์เซ็นต์ ใช้ในทุกอย่างตั้งแต่ชิ้นส่วนตกแต่งภายในรถยนต์ไปจนถึงเครื่องใช้ในครัว ส่วนเหล็กกล้าไร้สนิม 316 มีส่วนประกอบของโครเมียมต่ำกว่า (16%) และนิกเกลมากกว่า (10%) แต่ยังมีโมลิบเดนัม 2% สารประกอบนี้ทำให้เหล็กกล้าไร้สนิม 316 มีความทนทานต่อคลอไรด์และสารละลายคลอรีนมากขึ้น จึงเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับสภาพแวดล้อมทางทะเล อุตสาหกรรมเคมี และเภสัชกรรม
ชั้นของโครเมียมออกไซด์สามารถช่วยรักษาคุณภาพของเหล็กกล้าไร้สนิมได้ แต่สิ่งนี้เองที่ทำให้ช่างเชื่อมไม่พอใจ ชั้นกั้นที่มีประโยชน์นี้จะเพิ่มแรงตึงผิวของโลหะ ทำให้การก่อตัวของบ่อหลอมเหลวช้าลง ความผิดพลาดที่พบบ่อยคือการเพิ่มความร้อน เพราะความร้อนที่มากขึ้นจะทำให้บ่อหลอมเหลวไหลได้ง่ายขึ้น อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้อาจส่งผลเสียต่อเหล็กกล้าไร้สนิมได้ ความร้อนที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดการออกซิเดชันเพิ่มเติมและทำให้โลหะฐานบิดเบี้ยวหรือไหม้ได้ เมื่อรวมกับแผ่นโลหะที่ใช้ในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เช่น ท่อไอเสียรถยนต์ สิ่งนี้จึงกลายเป็นสิ่งสำคัญอันดับต้นๆ
ความร้อนทำลายความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมได้อย่างสมบูรณ์ หากใช้ความร้อนมากเกินไป รอยเชื่อมหรือบริเวณโดยรอบที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) จะเปลี่ยนเป็นสีรุ้ง เหล็กกล้าไร้สนิมที่เกิดออกซิเดชันจะให้สีสันที่สวยงาม ตั้งแต่สีทองอ่อนไปจนถึงสีน้ำเงินเข้มและสีม่วง สีเหล่านี้อาจดูสวยงามในเชิงภาพประกอบ แต่ก็อาจบ่งชี้ว่ารอยเชื่อมนั้นไม่เป็นไปตามข้อกำหนดการเชื่อมบางประการ ข้อกำหนดที่เข้มงวดที่สุดไม่ชอบสีที่เกิดขึ้นในรอยเชื่อม
โดยทั่วไปเป็นที่ยอมรับกันว่า การเชื่อมด้วยทังสเตนอาร์คแบบใช้แก๊ส (GTAW) เหมาะที่สุดสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม ในอดีตนั้นเป็นเช่นนั้นในแง่ทั่วไป และยังคงเป็นเช่นนั้นอยู่เมื่อเราพยายามนำสีสันสดใสเหล่านั้นมาใช้ในการทอผ้าอย่างมีศิลปะเพื่อให้ได้มาตรฐานคุณภาพสูงสุดในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น พลังงานนิวเคลียร์และอวกาศ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการเชื่อมแบบอินเวอร์เตอร์สมัยใหม่ได้ทำให้การเชื่อมด้วยแก๊สโลหะอาร์ค (GMAW) กลายเป็นมาตรฐานสำหรับการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิม ไม่ใช่แค่ระบบอัตโนมัติหรือหุ่นยนต์เท่านั้น
เนื่องจาก GMAW เป็นกระบวนการเชื่อมแบบป้อนลวดกึ่งอัตโนมัติ จึงให้ความเร็วในการเชื่อมสูง ซึ่งช่วยลดความร้อนที่เกิดขึ้น ผู้เชี่ยวชาญบางคนกล่าวว่าใช้งานง่ายกว่า GTAW เพราะอาศัยทักษะของช่างเชื่อมน้อยกว่า และอาศัยทักษะของแหล่งจ่ายไฟในการเชื่อมมากกว่า อย่างไรก็ตาม นี่เป็นประเด็นที่ถกเถียงกันได้ แต่แหล่งจ่ายไฟ GMAW สมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้สายสัญญาณแบบตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้า โปรแกรมเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อตั้งค่าพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น กระแสและแรงดันไฟฟ้า โดยขึ้นอยู่กับโลหะเติมที่ผู้ใช้ป้อน ความหนาของวัสดุ ชนิดของแก๊ส และเส้นผ่านศูนย์กลางของลวด
อินเวอร์เตอร์บางรุ่นสามารถปรับอาร์คได้ตลอดกระบวนการเชื่อม เพื่อให้ได้อาร์คที่แม่นยำสม่ำเสมอ จัดการกับช่องว่างระหว่างชิ้นส่วน และรักษาความเร็วในการเคลื่อนที่สูง เพื่อให้ได้มาตรฐานการผลิตและคุณภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมแบบอัตโนมัติหรือหุ่นยนต์ แต่ก็ใช้ได้กับการเชื่อมด้วยมือเช่นกัน แหล่งจ่ายไฟบางรุ่นในท้องตลาดมีหน้าจอสัมผัสและปุ่มควบคุมหัวเชื่อมเพื่อการตั้งค่าที่ง่ายดาย
การเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมเป็นงานที่ซับซ้อน ปัญหาบางประการได้แก่ การมีอยู่ของโครเมียมออกไซด์ วิธีการควบคุมปริมาณความร้อน กระบวนการเชื่อมที่ควรใช้ วิธีการจัดการกับโครเมียมเฮกซาวาเลนต์ และวิธีการเชื่อมอย่างถูกต้อง
การเลือกก๊าซที่เหมาะสมสำหรับการเชื่อม GTAW มักขึ้นอยู่กับประสบการณ์หรือลักษณะการใช้งานของการทดสอบการเชื่อม การเชื่อม GTAW หรือที่รู้จักกันในชื่อการเชื่อมทังสเตนด้วยก๊าซเฉื่อย (TIG) ในกรณีส่วนใหญ่จะใช้ก๊าซเฉื่อยเท่านั้น ซึ่งโดยทั่วไปคืออาร์กอน ฮีเลียม หรือส่วนผสมของทั้งสอง การฉีดก๊าซปกคลุมหรือความร้อนที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้รอยเชื่อมมีลักษณะเป็นโดมมากเกินไปหรือเป็นเส้นคล้ายเชือก และจะทำให้ไม่ผสมกับโลหะโดยรอบ ส่งผลให้รอยเชื่อมไม่สวยงามหรือไม่เหมาะสม การหาว่าส่วนผสมใดดีที่สุดสำหรับรอยเชื่อมแต่ละครั้งอาจต้องใช้การลองผิดลองถูกมากมาย สายการผลิต GMAW ที่ใช้ร่วมกันช่วยลดเวลาที่เสียไปในการใช้งานใหม่ๆ แต่เมื่อต้องการคุณภาพที่เข้มงวดที่สุด วิธีการเชื่อม GTAW ยังคงเป็นวิธีการที่ได้รับความนิยมมากที่สุด
การเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมก่อให้เกิดอันตรายต่อสุขภาพของผู้ที่ใช้หัวเชื่อม อันตรายที่ร้ายแรงที่สุดเกิดจากควันพิษที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการเชื่อม โครเมียมที่ได้รับความร้อนจะก่อให้เกิดสารประกอบที่เรียกว่าโครเมียมเฮกซาวาเลนต์ ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าทำลายระบบทางเดินหายใจ ไต ตับ ผิวหนัง และดวงตา และก่อให้เกิดมะเร็ง ผู้เชื่อมต้องสวมอุปกรณ์ป้องกันเสมอ รวมถึงหน้ากากป้องกันระบบทางเดินหายใจ และตรวจสอบให้แน่ใจว่าห้องมีการระบายอากาศที่ดีก่อนเริ่มการเชื่อม
ปัญหาของเหล็กกล้าไร้สนิมไม่ได้จบลงแค่หลังจากการเชื่อมเสร็จสมบูรณ์เท่านั้น เหล็กกล้าไร้สนิมยังต้องการความเอาใจใส่เป็นพิเศษในขั้นตอนการตกแต่งผิว การใช้แปรงเหล็กหรือแผ่นขัดเงาที่ปนเปื้อนด้วยเหล็กกล้าคาร์บอนอาจทำลายชั้นโครเมียมออกไซด์ที่ทำหน้าที่ปกป้องผิวได้ แม้ว่าความเสียหายจะไม่ปรากฏให้เห็น แต่สารปนเปื้อนเหล่านี้อาจทำให้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปเสี่ยงต่อการเกิดสนิมหรือการกัดกร่อนอื่นๆ
Terrence Norris เป็นวิศวกรแอปพลิเคชันอาวุโสที่ Fronius USA LLC, 6797 Fronius Drive, Portage, IN 46368, 219-734-5500, www.fronius.us
Rhonda Zatezalo เป็นนักเขียนอิสระให้กับ Crearies Marketing Design LLC โทร. 248-783-6085 เว็บไซต์ www.crearies.com
เทคโนโลยีการเชื่อมอินเวอร์เตอร์สมัยใหม่ทำให้การเชื่อม GMAW ด้วยแก๊สกลายเป็นมาตรฐานสำหรับการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิม ไม่ใช่แค่ระบบอัตโนมัติหรือหุ่นยนต์เท่านั้น
นิตยสาร WELDER ซึ่งเดิมชื่อ Practical Welding Today เป็นตัวแทนของผู้คนตัวจริงที่ผลิตสินค้าที่เราใช้และทำงานด้วยทุกวัน นิตยสารฉบับนี้ให้บริการแก่ชุมชนช่างเชื่อมในอเมริกาเหนือมานานกว่า 20 ปีแล้ว
ขณะนี้สามารถเข้าถึง The FABRICATOR ฉบับดิจิทัลได้อย่างเต็มรูปแบบ เข้าถึงแหล่งข้อมูลอุตสาหกรรมที่มีค่าได้อย่างง่ายดาย
วารสาร The Tube & Pipe Journal ฉบับดิจิทัลสามารถเข้าถึงได้อย่างเต็มรูปแบบแล้ว ทำให้เข้าถึงแหล่งข้อมูลอันมีค่าในอุตสาหกรรมได้อย่างง่ายดาย
รับสิทธิ์เข้าถึงวารสาร STAMPING Journal ฉบับดิจิทัลอย่างเต็มรูปแบบ ซึ่งนำเสนอเทคโนโลยีล่าสุด แนวปฏิบัติที่ดีที่สุด และข่าวสารในอุตสาหกรรมสำหรับตลาดการปั๊มโลหะ
ตอนนี้คุณสามารถเข้าถึง The Fabricator en Español ในรูปแบบดิจิทัลได้อย่างเต็มรูปแบบ ทำให้คุณเข้าถึงแหล่งข้อมูลอุตสาหกรรมที่มีค่าได้อย่างง่ายดาย