หน่วยที่ 3 งานเชื่อมแก๊ส

หน่วยที่ 3 งานเชื่อมแก๊ส

งานเชื่อมแก๊ส (Gas Welding)

1. หลักการเชื่อมแก๊ส  

เป็นขบวนการเชื่อมที่ใช้การเผาใหม้ของแก๊สอเชติลีนผสมกับแก๊สออกชิเจน (Oxy-acetylene Welding) เปลวไฟจากการเผาใหม้ที่ปลายหัวเชื่อมแล้วทำให้โลหะหลอมละลายแล้วเติมลวดเชื่อมลงไปในบ่อน้ำโลหะที่กำลังหลอมละลาย เมื่อปล่อยให้เย็นตัวลงก็จะได้แนวเชื่อมตามต้องการ การเชื่อมแก๊ส นิยมใช้กับงานเชื่อมเบาๆ ที่ใช้เชื่อมโลหะบางๆ เช่น งานเชื่อมเพื่อซ่อมตัวถังรถยนต์ งานเชื่อมท่อแอร์ ท่อไอเสียรถยนต์ หรืองานเชื่อมท่อในอุตสาหกรรมเคมีต่างๆ เป็นต้น

 2. เครื่องมือและอุปกรณ์ ในการเชื่อมแก๊ส 

ในการเชื่อมแก๊สจะต้องมีเครื่องมือและอุปกรณ์ที่จำเป็นดังนี้

   2.1. ถังอะเซติลีน 

ทำจากแผ่นเหล็กมีลักษณะปกติจะใช้เก็บความดันอเซติลีนได้เพียง 250 Psi เพราะแก๊สอเซติลีนเป็นแก๊สเพลิงถ้าเก็บไว้ที่ความดันสูงโมเลกุลของแก๊สจะเกิดการอัดแน่น ทำให้เกิดความร้อนหรือรั่วซึมได้ง่าย เสี่ยงต่อการลุกติดไฟและระเบิดได้ โดยปกติในถังอเซติลีนจะได้วัสดุรูพรุนและบรรจุอซิโตไว้ประมาณ 40% ซึ่งอซิโตนจะช่วยดูดซึมแก๊สอเซติลีนไม่ให้ความดันสูงเกินไป ถังแก๊สอเซติลีนขนาดมาตรฐานมีความจุ 40 ลิตร อัดแก๊สอเซติลีนได้จำนวน 6000 ลิตร โดยมีอชิโตนช่วยดูดซึมแก๊สไม่ให้ความดันสูงเกินไป และที่ถังอเซติลีนจะมี Safety-Plug ที่หัวถังและก้นถังเพื่อป้องกันการเกิดระเบิดจากความร้อนและความดันที่สูงเกิน ในระหว่างการขนย้ายถังอเซติลีนจะต้องมีฝาครอบวาล์วหัวถังเพื่อป้องกันการกระแทกในระหว่างการขนย้ายอีกด้วย เกลียวที่วาล์วหัวถังจะใช้เป็นเกลียวซ้ายและถังอเซติลีนมักจะใช้เป็นสัญญลักษณ์สีแดงหรือส้ม

   2.2. ถังออกซิเจน 

ทำด้วยแผ่นเหล็กหนาประมาณ 6.4 mm ตีอัดขึ้นรูปไม่มีรอยเชื่อมต่อ แข็งแรงทนต่อความดันสูง เนื่องจากใช้อัดแก๊สออกซิเจนไว้ที่ความดัน 2200-2800 Psi หรือประมาณ 150-170 bar วาล์วหัวถังทำด้วยทองเหลืองตีอัดขึ้นรูป เกลียวข้อต่อที่วาล์วหัวถังจะใช้เป็นเกลียวขวา ก่อนนำมาอัดแก๊สออกซิเจนจะต้องนำไปทดสอบความดันก่อน 

   2.3. วาล์วปรับความดัน (Pressure Regulators) 

วาล์วปรับความดันมี หน้าที่ คือปรับความดันแก็สจากถังเก็บเพื่อให้พอเหมาะกับความดันที่ต้องการใช้งานและช่วยควบคุมความดันที่หัวเชื่อมให้คงที่ ปกติ 1 ชุดจะมีเกจ 2 ตัว คือ เกจขวาจะวัดความดันของแก๊สและเกจซ้ายจะวัดความดันขณะใช้งาน วาล์วปรับความดันของแก๊สอเซติลีนกับของแก๊สออกซิเจนจะแตกต่างกัน กล่าวคือ เกลียวข้อต่อของวาล์วปรับความดันอเซติลีนจะเป็นเกลียวซ้าย ซึ่งความดันที่ใช้อยู่ที่ 0-250 Psi ส่วนของออกซิเจนจะเป็นแบบเกลียวขวา ช่วงความดันจะอยู่ระหว่าง 0-3000 Psi

  2.4.หัวเชื่อม ออกซี่-อะซิทีลีน (Oxy-acetylene welding torches) 

หัวเชื่อมชนิดนี้มี ส่วน ประกอบสำคัญคือ ด้านจับ วาล์วปิด-เปิด ห้องผสมแก๊ส และหัวทิพ การใช้งานหลังจากต่อหัวเชื่อมเข้ากับสายเชื่อมแล้ว จะปรับวาล์วปิด-เปิด เพื่อควบคุมแก๊สออกซิเจนและอะเซทิลีนจากท่อเชื่อมมายังห้องผสมแก๊สออกซิเจนกับอะเซทิลีน แก๊สที่ผสมกันแล้วจะไหลไปออกที่หัวทิป ซึ่งทำจากทองแดง เพราะทองแดงทนความร้อนได้ดี

  2.5. เหล็กทำความสะอาดรูหัวเชื่อมแก๊ส (Tip cleaners) 

เป็นลวดเส้นเล็ก มีหลายขนาด เพื่อให้เลือกใช้ตามขนาดของหัวทิปที่ต่างกัน เราใช้เหล็กทำความสะอาดนี้สอดเข้าไปในรูหัวเชื่อมแก๊สเพื่อทำความสะอาดมัน เมื่อหัวทิปมีสะเก็ดเหล็ก หรือเศษเขม่าต่าง ๆ ไปติดอยู่

  2.6. ท่อเชื่อม (Hose) 

มี 2 ชนิด คือ สายอะซิทิลีนและท่อออกซิเจน

ท่ออะซิทิลีน จะรับแก๊สอะซิทีลีนจากถังอเซติลีนไปสู่หัวเชื่อม ท่อนี้จะมีสีแดงที่ปลายท่อจะมีหัวนัทเป็นแบบเกลียวซ้าย

ท่อออกซิเจน จะรับแก๊สออกซิเจนจากถังออกซิเจนไปสู่หัวเชื่อม ท่อน้ำจะมีสีดำหรือสีเขียวที่ปลายท่อจะมีหัวนัทเป็นแบบเกลียวขวา

  2.7. อุปกรณ์จุดเปลวไฟ (Spark lighter)

เพื่อความสะดวกและความปลอดภัยในการจุดไฟที่หัวเชื่อมแฏ๊สด้วยมือข้างที่เหลือ ขณะที่มืออีกข้างหนึ่งเราถือหัวเชื่อมแก๊สที่พร้อมจะปฏิบัติงาน

     2.8. แว่นตาเชื่อมแก๊ส (Goggles)กรอบ (Frame)

ของแว่นตาเชื่อมแก๊สทำจากพลาสติก มี 2 เลนส์ เพื่อป้องกันประกายไฟ ควรใส่แว่นตาเชื่อมแก๊สขณะทำการเชื่อม เพราะสะเก็ดไฟที่ร้อนและประกายไฟที่สว่างมากอาจทำให้ตาบอดได้ เลนส์ที่ใช้จะเป็นเลนส์กรองแสงฉาบด้วยสารสีเขียวมีความเข้มข้น ตั้งแต่เบอร์ 1-14 แล้วแต่การใช้งา

             3. การติดตั้งอุปกรณ์เชื่อมแก๊ส (Setting up equipment) 

ก่อนทำการเชื่อมแก๊ส จะต้องประกอบอุปกรให้เรียบร้อยสมบูรณ์ โดยมีขั้นตอนในการปฏิบัติดังนี้

1             1. ติดตั้งถังแก๊สออกซิเจน และอเซทิลีนเข้ากับรถเข็นแล้วใช้โซ่คล้องล่ามถังไว้

2. ถอดฝาครอบวาล์วหัวถังแก๊สออกทั้ง 2 ชนิด 

3. เปิดพัดลมระบายอากาศ

4. เปิดแล้วปิดวาล์วหัวถังอย่างทันทีทันใดเพื่อไล่สิ่งสกปรกและฝุ่นละอองตรงท่อทางออก การทำในลักษณะนี้เรียกว่า การ “cracking” ในการเปิด-ปิดวาล์ว จะต้องยืนอ้อมอยู่ด้านหลังตรงข้ามกับทางออกของแก๊ส

5. ตรวจดูเกลียวท่อทางออกของถังว่าอยู่ในสภาพดีหรือไม่

6. ติดตั้งเกจปรับความดัน (Pressure Regulators) ที่ถังออกซิเจนจะเป็นแบบเกลียวขวาหมุนตามเข็มนาฬิกา ที่ถังอเซทิลีนเป็นแบบเกลียวซ้ายหมุนทวนเข็มนาฬิกา ขันให้แน่นพอเหมาะ

7. ตรวจปรับสกรูปรับความดันให้อยู่ในสภาพคลายออก (ไม่มีความดัน) แล้วค่อย ๆ เปิดวาล์วหัวถังแล้วปรับสกรูปรับความดันให้แก๊สไหลออกเล็กน้อย แล้วปิดไว้เช่นเดิม กระทำในลักษณะเดียวกันทั้งสองถัง

8. ต่อสายเชื่อมเข้ากับเกจปรับความดัน โดยใช้สายสีแดงสำหรับแก๊สอเซติลีน และสายสีดำสำหรับแก๊สออกซิเจน

9. ปรับสกรูปรับความดันให้แก๊สไหลออกเพื่อไล่สิ่งสกปรกในสายท่ออีกครั้ง

10. ต่อสายเชื่อมเข้ากับหัวเชื่อม โดยใช้สายสีแดงต่อเข้ากับท่อ Acct เกลียวซ้ายหมุนทวนเข็มนาฬิกา สายสีดำต่อเข้ากับท่อ Oxy เกลียวขวาหมุนตามเข็มนาฬิกา

11. เลือกหัวเชื่อม (Tip) ให้ได้ขนาดเหมาะสมกับความหนาของแผ่นเหล็กที่ใช้เชื่อม ตรวจเช็ค “O” Rings หรือ ชีล ให้อยู่ในสภาพดีเหมาะต่อการใช้งาน

12. ตรวจสอบข้อต่อทุกจุดอีกครั้ง

13. เปิดหัวถังประมาณ 1 รอบ สำหรับถังแก๊สอเซติลีน สำหรับถังออกซิเจนเปิดจนหมด

14. เปิดวาล์วปรับความดันให้เหมาะสมต่อการใช้งาน ห้ามปรับความดันของออกซิเจนเกิน 70 Psi และของอเซติลีนเกิน 15 Psi ในการใช้งานปกติจะปรับความดันของแก๊สทั้งสองชนิดไว้ที่ 5 Psi เท่านั้น

15. เปิดวาล์วอเซติลีนที่หัวเชื่อมประมาณ ¼ รอบแล้วจุดเปลวไฟด้วย spark lighter แล้วเพิ่มเซติลีนจนเปลวไฟห่างจากปลายหัวเชื่อมพอสมควร ประมาณ 3 มม.

16. เปิดวาล์วออกซิเจนแล้ว ค่อย ๆ ปรับเปลวไฟจนมีลักษณะเป็นสีฟ้าอยู่แกนกลาง โดยมีเปลวสีเหลืองอ่อนอยู่ภายนอก การปรับเปลวไฟกระทำให้เหมาะสมกับการเชื่อมในแต่ละลักษณะงาน

4. ลวดเชื่อมแก๊ส (Rod) 

มีหลายชนิด ดังนี้

1. ลวดเชื่อมเหล็ก มีลักษณะเป็นเส้นกลมเคลือบด้วยทองแดงเพื่อป้องกันสนิม มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ตั้งแต่ 2-6 mm ยาว 900 mm

2. ลวดเชื่อมเหล็กหล่อ มีลักษณะเป็นเส้นกลม และสี่เหลี่ยมจัตุรัส มีทั้งแบบชนิดเปลือยและแบบเคลือบด้วยโมลิบดินัมและนิเกิล ยาว 610 mm

3. ลวดเชื่อมโลหะผสม มีลักษณะเป็นเส้นกลม ใช้สำหรับการเชื่อมโลหะผสม

4. ลวดเชื่อมสแตนเลส มีลักษณะเป็นเส้นกลม ใช้สำหรับการเชื่อมโลหะสแตนเลสโครม-นิเกิล

5. ลวดเชื่อมทองเหลือง มีหลายชนิดหลายขนาด ใช้สำหรับเชื่อมทองเหลืองเท่านั้น

6. ลวดเชื่อมอลูมิเนียม มีลักษณะเป็นเส้นกลม มีทั้งแบบเปลือยและแบบเคลือบ แบบเปลือยยาว 900 mm แบบเคลือบยาว 700 mm 

5. ชนิดเปลวไฟเชื่อม  (Flame types) 

ในการเชื่อมโลหะด้วยแก๊สจะต้องปรับเปลวไฟให้ถูกต้องกับชนิดของวัสดุที่ต้องการเชื่อม เปลวไฟจะขึ้นอยู่กับปริมาณอซิทิลีนและออกซิเจน ที่ออกมาทางหัวเชื่อมแก๊ส โดยทั่วไปการปรับเปลวไฟมี 3 แบบ

1. Carburising flame คือ เปลวไฟที่มีปริมาณแก๊สอซิทิลีนมากกว่าแก๊สออกซิเจน

เปลวไฟชนิดนี้จะทำให้รอยเชื่อมไม่เรียบ เป็นเปลวไฟที่ให้ค่าความร้อนประมาณ  2800⁰C –3000⁰C

2. Oxidising flame คือ เปลวไฟที่ทีออกซิเจนมากกว่าอซิทิลีย ทำให้รอยเชื่อมไม่แข็งแรงเหมาะกับการเชื่อมทองเหลือง เป็นเปลวไฟที่ให้ค่าความร้อนประมาณ 3200⁰C - 3400⁰C

3. Nentral flame คือ เปลวไฟที่มีออกซิเจนและอซิทิลีนเท่า ๆ กัน ใช้ได้ดีในการเชื่อมเหล็กกล้า

เหล็กหล่อ สแตนเลส เป็นเปลวไฟที่ให้ค่าความร้อนประมาณ 3000⁰C - 3200⁰C

  6. เทคนิคการเดินเชื่อม 

มี 2 วิธีหลัก ๆ คือ

1. วิธีเชื่อมจากซ้ายไปขวา

เหมาะสำหรับคนถนัดซ้าย การเชื่อมจะเริ่มจากซ้ายมือไปยังขวามือ ลวดเชื่อมจะอยู่ระหว่างรอยเชื่อมกับด้ามเชื่อม เหล็กที่ใช้เชื่อมควรมีความหนามากกว่า 5 mm

ข้อดี

1. ใช้ลวดเชื่อมน้อย

2. เชื่อมได้เร็ว เพราะลวดเชื่อมไม่บังแนวรอยเชื่อม

3. ไม่สิ้นเปลืองแก๊ส เพราะการเชื่อมทำได้เร็ว

4. ไม่สูญเสียคุณสมบัติทางกล จากการเชื่อม

5. เกิดการออกซิไดซ์ น้อย 

 2. วิธีเชื่อมจากขวาไปซ้าย 

เหมาะสำหรับคนถนัดขวาเริ่มทำการเชื่อมจากขวาไปซ้าย ลวดเชื่อมจะอยู่หน้าเปลวไฟด้านเชื่อมอยู่ระหว่างรอยเชื่อมกับลวดเชื่อม เหล็กที่ใช้เชื่อมควรมีความหนาน้อยกว่า 5 mm

ข้อเสีย

1. ลวดเชื่อมจะบังรอยเชื่อมและต้องยกลวดเชื่อมตลอดเวลาเพื่อดูรอยเชื่อม

2. การเชื่อมทำได้ช้า

3. เกิดการออกซิไดซ์ เมื่อยกลวดเชื่อมขึ้นบ่อย ๆ หรือลวดเชื่อมหมด

  7. การตัดออกซิ-อะซิทิลีน (Oxyacetylene cutting)

เป็นกระบวนการตัดโลหะโดยใช้เปลวไฟเชื้อเพลิงออกซิเจนที่อุณหภูมิสูง ใช้หัวตัด

เป็นเครื่องมือที่ใช้รวมแก๊สออกซิเจนกับแก๊สอะซิทิลีน เช่นเดียวกับหัวเชื่อม แต่มีส่วนเพิ่มคือ ท่อส่งแก๊สออกซิเจนไปยังหัวทิปทางรูตรงกลางดังรูปข้างล่างโดยแยกต่างจากรูของเปลวไฟ เพื่อใช้ออกชิเจนจากท่อนี้เปล่าไล่น้ำโลหะออไป ให้ความร้อนแก่ชิ้นงานหรือที่เรียกว่า เปลวไฟปรีฮีท (prejeat) 

หัวตัดมี2ชนิด คือ

1. หัวตัดแบบหัวฉีด

2. หัวตัดแบบสมดุลย์ 

หัวตัด โดยทั่วไปมีท่อส่ง 3 ท่อ ท่อหนึ่งเป็นแก๊สอะซิทิลีน อีกท่อหนึ่งเป็นแก๊สออกซิเจน ซึ่งผสมกับอิซิทิลีน ในห้องผสมแล้วกลายเป็นเปลวไฟปรีฮีท ท่อสุดท้ายเป็นออกซิเจน เมื่อดับเปลวไฟที่เหล็กหลอมในการตัด วาล์วควบคุมอะซิทิลีนจะควบคุมแก๊สอะซิทิลีนที่ไหลออก วาล์วควบคุมออกซิเจนจะควบคุมการไลออกของออกซิเจนที่ต้องการในการผสมแก๊สทั้ง 2 บางชนิดมีวาล์วควบคุมออกซิเจน 2 อัน ในการตัดนั้นจะใช้ออกซิเจนแรงดันสูงมาก

รูหัวตัด จะเรียบว่าทิป โดยทั่วไปจะมีประมาณ 3 รู หรือมากกว่านั้น โดยรูเล็ก ๆ รอบรูใหญ่ตรงกลางรูใหญ่ตรงกลางจะเป็นรูสำหรับออกซิเจนแรงดันสูงไหลผ่าน ส่วนรูอื่นเป็นรูสำหรับแก๊สผสม 

รูหัวตัดนั้นคล้ายรูหัวเชื่อม โดยทำจากทองแดง ที่เป็นตัวนำความร้อนที่ดี โดยมีขนาดของรูหัวตัดนั้นจะเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของรูใหญ่ตรงกลาง และรูรอบ ๆ โดยประมาณ

แก๊สออกซิเจนที่ใช้ในการตัดต้องใช้ปริมาณและความดันที่สูงมาก ๆ โดยเฉพาะเมื่อต้องการตัดชิ้นงานที่มีความหนามาก จะต้องเลือกให้รูหัวตัดขนาดใหญ่ด้วย

วิธีจุดและการปรับเปลวไฟหัวตัด 

โดยมีขั้นตอนในการปฎิบัติดังนี้

1. เปิดวาล์วที่ถังอะซิทิลีนและถังออกซิเจน

2. เปิดวาล์วปรับความดันอะซิทิลีน และตั้งความดันไว้ที่ 5 Psi

3. เปิดวาล์วปรับความดันออกซิเจน และตั้งความดันไว้ที่ 35 Psi

4. ถ้าใช้หัวตัดที่มีวาล์วออกซิเจน 2 วาล์ว เปิดวาล์วที่อยู่ใกล้ท่อเชื่อมให้สุด 

5. เปิดออกซิเจนสำหรับการตัด และปรับสกรูความดันออกซิเจนไปที่ 35 Psi

6. เปิดวาล์วอะซิทิลีนที่ด้ามเชื่อม ¼ รอบ และปรับความดันไปที่ 5 Psi แล้วปิดวาล์ว

7. เช็คความดันและแก๊สทั้ง 2 ให้ถูกต้อง 

วิธีจุดเปลวไฟปรีฮีท 
(Nentral)

1. เปิดวาล์วอะซิทิลีนที่ด้ามเชื่อม ¼ รอบ และจุดไป ปรับเปลวไฟจนไม่มีเขม่า

2. เปิดแดวาล์วออกซิเจนที่ด้ามเชื่อม ปรับเปลวไฟ จนกระทั่งเป็นปรีฮีท Nentral

3. เปิดออกซิเจนที่ใช้ตัดและสังเกตเปลวไฟ ถ้าขณะที่ตัดชิ้นงานอยู่ เปลวไฟเปลี่ยนแปลงไปจาก Nentral ให้ปรับเปลวไฟใหม่ ให้เป็นแบบ Nentral

4. เริ่มทำการตัดได้

วิธีการตัดออกซิ-อะซิทิลีน

1. ทำการตอกจุดเป็นแนวตัดไว้ที่แผ่นโลหะ 

2. จุดและปรับเปลวไฟเป็นแบบ Nentral

3. ยืนอยู่ในตำแหน่งที่สะดวกและปลอดภัยที่สุด โดยที่จะต้องเห็นแนวรอยตัดอย่างชัดเจน

4. เปลวไฟปรีฮีท จะต้องเคลื่อนไปตามแนวรอยตัด 

5. จับด้ามตัดห่างจากชิ้นงาน ราว ๆ 1.5-3 mm

6. เมื่อโลหะร้อนเพียงพอ (โลหะแดง) แล้วให้เลื่อนหัวตัดไปอย่างช้า ๆ ตามแนวรอยตัด โดยให้หัวตัดทำมุม 90 องศา กับชิ้นงาน

 7. เคลื่อนหัวตัดให้สม่ำเสมอ ไปจนสุดชิ้นงาน 

การปิด

1. ปลด cutting lever

2. ปิดวาล์วออกซิเจนที่ด้ามตัด และวาล์วอะซิทิลีน

3. ปิดวาล์วถังอะซิทิลีน และวาล์วที่ถังออกซิเจน

4. เปิดวาล์วอะซิทิลีนที่ด้ามตัดและวาล์วออกซิเจน เพื่อลดความดันในท่อเชื่อมให้ความดันเกจ เท่ากับ 0 แล้วปิดวาล์ว

5. ปิดวาล์วปรับความดันอะซิทิลีนและวาล์วปรับความดันออกซิเจน

6. ถอดท่อเชื่อมและม้วนเก็บ