Welding fundamentals and processes ตอนที่ 20
เอกสารอ้างอิง : Thomas J. Lienert. ASM handbook. Volume 06A welding fundamentals and processes. ASM international handbook committee. Materials park. Ohio. USA. 2011.
นำเสนอโดย ผศ.สิทธิพงษ์ แสงอินทร์
Orientation and
alignment.
การออกแบบที่รักษาตำแหน่งและแนวจัดเรียงสัมพัทธ์ของชิ้นส่วนประกอบ
ช่วยประหยัดเวลาในขั้นตอน fit-up และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการสร้าง
joint ที่มีคุณภาพสูง ตัวอย่างเช่นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับ
furnace brazing หรือ diffusion bonding โดยใช้
interlayers ได้รับประโยชน์จากการออกแบบ joint ประเภทนี้ เนื่องจากกระบวนการดังกล่าวจำเป็นต้องมีการวางล่วงหน้า (preplacement)
ของ brazing filler หรือ interlayer ลงในบริเวณ joint
Joint location
and accessibility. joints จำเป็นต้องเปิดให้เข้าถึงได้อย่างเหมาะสม
การเข้าถึงที่จำกัดส่งผลให้คุณภาพและประสิทธิภาพโดยรวมลดลง
ขึ้นอยู่กับวิธีการเชื่อม ในกรณีของ arc welding ตัวอย่างเช่น
การออกแบบ weld joint ใช้ bevel angles และ root openings เพื่อเพิ่มความสามารถในการเข้าถึงตำแหน่ง
welding torch (หรือ electrode) และเพื่อให้เกิด
weld penetration ที่เพียงพอ bevel angles ที่ดีที่สุดคือมุมที่ให้การเข้าถึงได้ดี
ขณะเดียวกันก็ลดปริมาณ weld metal ที่ต้องใช้ในการทำ
joint ให้สมบูรณ์
Unequal section
thickness. ความหนา (thickness) เมื่อ
members ในชุดประกอบมีความหนาของหน้าตัดไม่เท่ากัน
การออกแบบแนวเชื่อมควรเอื้อต่อการถ่ายเทของรูปแบบความเค้น (stress pattern)
อย่างราบรื่นระหว่างชิ้นส่วนที่มีความหนาไม่เท่ากัน
บางครั้งต้องมีการปรับเปลี่ยนรูปแบบเพื่อให้สอดคล้องกับกระบวนการเชื่อม สำหรับ fillet
weld ด้วยกระบวนการอาร์ก ถ้าความแตกต่างของความหนาไม่มากนัก
การเบนอาร์กไปยังชิ้นที่หนากว่าอาจให้การหลอมละลายที่เหมาะสมได้, หากความแตกต่างมาก การถ่ายเทความร้อนจะไม่สมดุล, การใช้กระแสสูงเพื่อให้หลอมชิ้นหนา
อาจทำให้ชิ้นบางเกิด undercut และแนวเชื่อมคุณภาพต่ำ
ในทางกลับกัน การลดกระแสให้เหมาะกับชิ้นบาง
ก็อาจทำให้หลอมไม่เพียงพอในชิ้นหนาและเกิดแนวเชื่อมที่ไม่ดีได้เช่นกัน
กรณีใช้ความร้อนต่ำเกินไปอาจทำให้เกิด underbead cracking ในวัสดุโครงสร้างบางชนิด
วิธีทั่วไปในการลดความแตกต่างของการถ่ายเทความร้อน (heat sink
differential) คือการใช้แผ่นรองทองแดงด้านหลังชิ้นบางระหว่างการเชื่อมแบบหลอมหลอม
(fusion welding) เพื่อให้เป็นตัวดูดความร้อน (chill
block) อีกวิธีคือการลบมุมหรือตัดปลายชิ้นส่วน (taper) หนึ่งหรือทั้งสองด้านเพื่อให้ความหนาที่จุดเชื่อมเท่ากัน
หรือเมื่อเชื่อมท่อสองเส้นที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในและความหนาผนังต่างกัน
มักใช้ตัวลดขนาด (reducer) ที่ปลายด้านหนึ่งมีขนาดเท่าท่อใหญ่
และอีกด้านเท่าท่อเล็ก
Distortion control การออกแบบแนวเชื่อมที่เหมาะสมช่วยลดการเสียรูปที่เกิดจากการเชื่อมได้ กระบวนการเชื่อมแบบหลอมละลายทำให้เกิดการหลอมและแข็งตัวเฉพาะจุด นำไปสู่ความเค้นทางความร้อนสูง ความเค้นเหล่านี้ขึ้นกับชนิดของวัสดุ กระบวนการเชื่อมและขั้นตอนการเชื่อม การลดความยาวแนวเชื่อมหรือปริมาณโลหะเชื่อมที่ต้องเติมเพื่อต่อชิ้นงานให้สมบูรณ์สามารถลดความเค้นตกค้าง (residual stress) และการบิดตัวได้ เช่น intermittent welding แทนการเชื่อมต่อเนื่อง (continuous welding) จะลดความยาวแนวเชื่อมโดยรวมได้
สรุป. การต่อ
(Joining)
เป็นกระบวนการสำคัญในการผลิตอุปกรณ์หรือ assemblies ขนาดใหญ่หรือซับซ้อน การก่อสร้างโครงสร้างที่มีขนาดใหญ่และซับซ้อน
รวมถึงการซ่อมแซม parts, assemblies หรือ structures ที่อยู่ระหว่างการใช้งาน การเชื่อมยังช่วยให้สามารถผสมวัสดุต่างชนิดเพื่อให้ได้ประโยชน์สูงสุดทั้งในด้านประสิทธิภาพและเศรษฐศาสตร์การผลิต, วิธีการเชื่อมพื้นฐานมีทั้งแบบที่ใช้แรงทางกล (mechanical forces)
ระหว่าง parts หรือการ interlock, แรงเคมี (chemical forces) จากการดูดซับที่ผิวหรือการเกิดปฏิกิริยาเคมีโดยตรงและแรงฟิสิกส์
(physical forces) จากธรรมชาติของอะตอมที่ต้องการสร้างพันธะระดับอะตอม
ซึ่งครอบคลุมถึงตัวเลือกเช่น mechanical joining, adhesive bonding และ welding รวมถึง brazing และ
soldering, การต่อทางกล (mechanical joining) ใช้ชิ้นส่วนเสริมที่เรียกว่า fasteners หรือใช้รูปทรงทางเรขาคณิตของ
parts เองเพื่อสร้างแรงหรือการ interlock ข้อได้เปรียบหลักคือสามารถใช้กับวัสดุทุกชนิดและทุกการผสมผสานได้โดยไม่ทำให้สมบัติวัสดุหรือโครงสร้างจุลภาคเสียหาย
และยังสามารถให้ parts เคลื่อนที่สัมพันธ์กันหรือถอดประกอบได้ตามต้องการ, การยึดติดด้วยกาว (adhesive bonding) อาศัยการสร้างพันธะระดับรอง
(secondary bond) ระหว่างสารเคมีที่เรียกว่า adhesive
กับวัสดุงานที่เรียกว่า adherends ความแข็งแรงของ
joint ยังได้จากการ interlock ทางกล,
การแพร่จำกัดหรือแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิตจากการเกิด polarization จุดแข็งของกระบวนการนี้คือการกระจายโหลดได้ดี
ส่วนข้อจำกัดคือความไวต่อการเสื่อมสภาพจากสิ่งแวดล้อม, การเชื่อม
(welding) อาศัยแนวโน้มของอะตอมในธาตุส่วนใหญ่
(ยกเว้นแก๊สเฉื่อย) ที่สร้างพันธะ ionic, covalent หรือ metallic
การเชื่อมเกิดขึ้นได้ด้วยการใช้แรงกดให้เกิดการเปลี่ยนรูปที่ผิวสัมผัสเพื่อให้เกิดจุดสัมผัสระดับอะตอมหรือการเติมอะตอมจากวัสดุหลอมเหลวเข้าไปอุดช่องว่าง
ทำให้ได้แนวเชื่อมที่แข็งแรงเทียบเท่าวัสดุงาน, การเชื่อมใช้กับกับโลหะ,
เซรามิก, แก้วและพอลิเมอร์เทอร์โมพลาสติก
แต่ไม่สามารถเชื่อมระหว่างวัสดุต่างกลุ่มได้ การเชื่อมยังมี subtype สำคัญคือ brazing และ soldering ต่อวัสดุที่เหมือนหรือต่างชนิดกันได้,
สุดท้ายยังมีการประยุกต์หรือผสมผสานวิธีการเชื่อมต่อขั้นพื้นฐานให้เกิดเป็นกระบวนการพิเศษ
เช่น braze welding และ thermal spraying รวมถึง hybrid processes อย่าง weld bonding,
weld brazing และ rivet bonding
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น