1 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

1

โดย

ศิวะพงษ์ ลัมพาภิวัฒน์ (Welding Technology)

IWE

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

การเชื่อมไฟฟ้าระบบ

Gas Tungsten Arc

TIG , GTAW

2 of 52

การเชื่อมโดยกรรมวิธี Gas Tungsten Arc Welding (GTAW)

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

2

เรียกอีกอย่างหนึ่งว่าการเชื่อมแบบ Tungsten Inert Gas (TIG)

  • เริ่มพัฒนามาตั้งแต่ปี 1930 เพื่อใช้ในการเชื่อมแมกนีเซียมและอลูมิเนียมในโครงสร้างอากาศยานแทนการย้ำหมุด โดยใช้การอาร์คด้วยแท่งทังสเตนและใช้แก๊สฮีเลียมเป็นแก๊สปกคลุมแนวเชื่อม ในสมัยนั้นเรียกการเชื่อมแบบนี้ว่า HeliArc ในปัจจุบันได้เปลี่ยนชื่อเรียกใหม่ แต่หลักการทำงานยังคงเดิม
  • ส่วนมากใช้ในการเชื่อมอลูมิเนียม สแตนเลส แมกนีเซียม ทองแดง ไทเทเนียม และการเชื่อมเหล็กหรือท่อในแนวราก (Root pass)

3 of 52

ข้อดีของการเชื่อม TIG

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

3

1. ให้แนวเชื่อมที่คุณภาพสูง และการบิดตัวน้อย

2. ปราศจาก Spatter และควัน เมื่อเทียบกับการเชื่อมวิธีอื่นๆ

3. สามารถเชื่อมแบบเติมลวดเชื่อมหรือไม่เติมก็ได้

4. สามารถใช้เครื่องเชื่อมได้หลายขนาด

5. สามารถเชื่อมโลหะได้เกือบทั้งหมด และสามารถเชื่อมโลหะต่างชนิดกันได้ด้วย

6. สามารถควบคุมปริมาณความร้อนได้ดี

4 of 52

ข้อจำกัดของการเชื่อม TIG

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

4

1. ให้อัตราการเติมลวดช้ามาก เมื่อเทียบกับกระบวนการเชื่อมอื่นๆ

2. ต้องใช้ช่างเชื่อมที่ค่อนข้างมีความชำนาญกว่าการเชื่อมอื่นๆ

3. หากเชื่อมงานที่หนาเกิน 9.5 มม. จะค่อนข้างเปลืองลวดเชื่อมกว่าวิธีการเชื่อมอื่นๆ

4. เชื่อมในสถานที่ที่มีลมพัดแรงได้ไม่ดี เนื่องจากจะทำให้แก๊สทำการปกป้องแนวเชื่อมได้ไม่เพียงพอ

5 of 52

การเชื่อมด้วยไฟฟ้าอาร์คแบบใช้แก๊สคลุมแนวเชื่อม�ประเภท แก๊สทังสเตนอาร์ค �( Gas Tungsten Arc Welding ; GTAW)

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

5

Also Called

TIG

( Tungsten Inert Gas )

Weld pool temperature up to 2500 oC

6 of 52

องค์ประกอบของการเชื่อม TIG

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

6

1. เครื่องเชื่อม

2. แก๊สปกคลุมแนวเชื่อม

3. ทังสเตนอิเล็คโทรด

4. ลวดเชื่อม

5. อุปกรณ์อื่นๆ 5.1 Torch 5.2 Nozzle 5.3 Regulator

7 of 52

เครื่องเชื่อม

  • ระบบ DC-Rectifier 🡪 จ่ายกระแสเชื่อมระบบ DC
  • ระบบ AC/DC-Rectifier 🡪 จ่ายกระแสเชื่อมระบบ AC และ DC
  • ระบบ DC- Inverter 🡪 จ่ายกระแสเชื่อมระบบ DC
  • ระบบ AC/DC- Inverter 🡪 จ่ายกระแสเชื่อมระบบ AC และ DC

​

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

7

8 of 52

รูปแบบการต่อวงจรการเชื่อม

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

8

DCSP , DCEN

Direct Current Straight Polarity

Direct Current Electrode Negative

+

-

1/3 Heat

2/3 Heat

+

-

1/3 Heat

2/3 Heat

DCRP , DCEP

Direct Current Reverse Polarity

Direct Current Electrode Positive

AC Alternating Current

RP = ½ Cycle

SP = ½ Cycle

DCSP DCRP AC

DC -

DC +

9 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

9

ลักษณะแนวเชื่อมจากการต่อวงจรการเชื่อม (TIG)

10 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

10

Cleaning action

11 of 52

การเลือกใช้กระแสเชื่อม

  • กระแสสลับ 🡪 สำหรับการเชื่อมอลูมิเนียม หรือแมกนีเซียม

​

  • กระแสตรง อิเล็คโทรดขั้วลบ 🡪 สำหรับการเชื่อมเหล็ก สเตนเลส ทองเหลือง ทองแดง หรือโลหะอื่นๆ ที่ไม่ใช่อลูมิเนียม หรือแมกนีเซียม

  • กระแสตรง อิเล็คโทรดขั้วบวก 🡪 ใช้ได้ แต่ไม่นิยมใช้ เนื่องจากจะต้องใช้อิเล็คโทรดขนาดใหญ่กว่าถึง 3-4 เท่าเมื่อเทียบกับ DCEN ที่ระดับกระแสเดียวกัน

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

11

12 of 52

กระแสเชื่อมแบบ AC

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

12

1 Cycle

13 of 52

การปรับสมดุลย์คลื่น AC�(AC Balance wave control)

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

13

  • จะทำงานในการเชื่อมแบบ

TIG AC เท่านั้น

  • สามารถตั้งในระบบ

อัตโนมัติได้ (Auto)

  • ที่ตำแหน่ง 0 จะทำความ

สะอาดดีที่สุด (0-2)

  • ที่ตำแหน่ง 10 จะซึมลึกดีที่สุด (4-10)

14 of 52

กระแสเชื่อมแบบ DC

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

14

1 Cycle

15 of 52

สวิทช์ปรับประเภทการเชื่อม

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

15

กดสวิชท์ (จังหวะ 1 )

ปล่อยสวิชท์ (จังหวะ 2 )

แก๊สปกคลุมไหล 0.5 วินาที ก่อนอาร์ค (ปรับเวลาไม่ได้)

แก๊สปกคลุมไหล 0.5-10 วินาที หลังอาร์ค (ปรับเวลาได้)

กระแสเชื่อมแบบพัลส์ ปรับโดยรีโมท

2-Step ( การเชื่อม 2 จังหวะ)

4-Step ( การเชื่อม 4 จังหวะ)

กดสวิชท์

(จังหวะ 1 )

ปล่อยสวิชท์

(จังหวะ 2 )

กดสวิชท์

(จังหวะ 3 )

ปล่อยสวิชท์

(จังหวะ 4 )

แก๊สปกคลุมไหล 0.5 วินาที ก่อนอาร์ค (ปรับเวลาไม่ได้)

แก๊สปกคลุมไหล 0.5-10 วินาที หลังอาร์ค (ปรับเวลาได้)

16 of 52

การปรับระยะเวลากระแสเชื่อมลาดลง�(Slope-down Adjustment)

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

16

25 A

100 A

0 A

0 A

25 A

ทำงานในการเชื่อม TIG ระบบ 4 จังหวะเท่านั้น

ปรับระยะเวลาได้ตั้งแต่ 0.5 –10 วินาที

ระดับกระแสที่ลดลงเหลือประมาณ 25 % +/- 10 % ของค่ากระแสเชื่อมที่ตั้งไว้

Automatic Slope-up 0.5 sec.

Crater-fill

17 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

17

การเชื่อมด้วยกระแสเชื่อมแบบพัลส์

18 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

18

19 of 52

แก๊สที่ใช้ปกคลุมแนวเชื่อม

  • แก๊สชนิดเดียว 🡪 นิยมใช้คือ แก๊สอาร์กอน (Argon)
    • อาจใช้แก๊สชนิดอื่นได้ เช่น ฮีเลี่ยม (Helium) แต่ราคาสูง

​

  • แก๊สผสมสองชนิด
    • อาร์กอน + ฮีเลียม
    • อาร์กอน + ไฮโดรเจน

​

  • แก๊สที่ใช้ปกคลุมเป็นแก๊สเฉื่อย ( Inert Gas)

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

19

20 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

20

อาร์กอน

นิยมใช้กันทั่วไปในงานเชื่อม GTAW ราคาถูก หาซื้อได้ง่าย มีลักษณะการนำความร้อนต่ำ จึงทำให้ลำอาร์คแคบ เริ่มต้นการอาร์คได้ง่าย ในการเชื่อมด้วยกระแสไฟ AC แนะนำให้ใช้อาร์กอนดีกว่าการใช้ ฮีเลียม เนื่องจากมีปฏิกิริยาทำความสะอาด (Cleaning Action ) ดีกว่า และการอาร์คจะเสถียรกว่าการใช้ฮีเลียม ประการสำคัญ อาร์กอนเป็นก๊าซที่หนักกว่าอากาศในขณะที่ฮีเลียมเป็นก๊าซที่เบากว่าอากาศ ดังนั้นการใช้อาร์กอนเป็นก๊าซปกคลุมแนวเชื่อมจึงใช้อัตราการไหลที่น้อยกว่าฮีเลียม

21 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

21

ฮีเลียม

เป็นก๊าซเฉื่อยที่มีลักษณะการนำความร้อนสูง จึงทำให้ลำอาร์คกว้าง เริ่มต้นการอาร์คได้ยากกว่าอาร์กอน ฮีเลียมจึงนิยมใช้ผสมกับอาร์กอนสำหรับใช้เชื่อมโลหะที่นำความร้อนสูง ในการเชื่อมระบบอัตโนมัติด้วยกระแสตรงอิเล็กโทรดขั้วลบ โดยใช้ก๊าซฮีเลียมจะให้แนวเชื่อมที่มีลักษณะลึกและเชื่อมได้เร็วกว่าการใช้ก๊าซอาร์กอน แต่จำเป็นต้องมีการทำความสะอาดผิวชิ้นงานเพื่อขจัดออกไซด์ โดยเฉพาะการเชื่อมอลูมิเนียม นอกจากนั้นฮีเลียมยังมีการอาร์คที่เสถียรน้อยกว่าอาร์กอนและต้องใช้อัตราการไหลของแก๊สมากกว่าอาร์กอน

22 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

22

อาร์กอน + ฮีเลียม

เป็นการนำข้อดีของก๊าซแต่ละชนิดมาใช้ ก็คือ ใช้การเริ่มต้นอาร์คที่ง่ายและเสถียรของอาร์กอนรวมกับการนำความร้อนที่ดีของฮีเลียม เหมาะสำหรับการนำไปใช้เชื่อมอลูมิเนียมด้วยกระแสไฟ AC ทำให้เพิ่มความเร็วในการเชื่อมและให้อัตราการหลอมลึกที่มากขึ้น ตามปกติจะผสมฮีเลียมประมาณ 25-75 เปอร์เซนต์

23 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

23

อาร์กอน + ไฮโดรเจน (95-5)

การเพิ่มปริมาณไฮโดรเจนจะเพิ่มปริมาณการให้ความร้อนแก่ชิ้นงานเชื่อม ซึ่งทำให้เชื่อมได้เร็วขึ้นและเพิ่มอัตราการหลอมลึกและการไหลตัวดีขึ้น แต่ทำให้แนวเชื่อมค่อนข้างกว้าง การผสมไฮโดรเจนในอาร์กอนจะทำให้ลดบรรยากาศในอาร์คซึ่งจะลดออกซิเจนในบริเวณการเชื่อม นิยมใช้เชื่อมโลหะประเภทสเตนเลสเกรดออสเทนนิติคหรือนิคเกิลผสมสูง แต่ไม่ควรใช้ในโลหะจำพวกเหล็กหรือโลหะผสมต่ำ และไม่ควรใช้เป็นแก๊สรองหลัง(Purging gas ) ในการเชื่อมทองแดงและโลหะผสมทองแดง

อันตราย !!!! ห้ามผสมแก๊สชนิดนี้เองโดยไม่ใช้เครื่องผสมที่ถูกต้องและเหมาะสม

24 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

24

Back Gas for stainless steel gas shielded arc welding

25 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

25

26 of 52

เครื่องปรับกำลังดันและควบคุมอัตราการไหล

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

26

วัดอัตราการไหลแบบหน้าปัมท์

วัดอัตราการไหลแบบหลอดแก้ว การอ่านค่า ต้องอ่านที่กึ่งกลางลูกบอลเท่านั้น

27 of 52

อัตราการไหลของแก๊สปกคลุมแนวเชื่อม

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

27

อัตราการไหลของแก๊สขึ้นอยู่กับขนาดแนวเชื่อมที่จะเชื่อม และขึ้นอยู่กับชนิดของรอยต่อด้วย การใช้อัตราการไหลของแก๊สที่มากเกินไปนอกจากจะสิ้นเปลืองแล้วยังจะมีโอกาสทำให้เกิดการอลวนของแก๊สทำให้ดึงเอาออกซิเจนที่อยู่รอบๆ แนวเชื่อมเข้ามารวมตัวกับแนวเชื่อม ทำให้แนวเชื่อมนั้นเกิดข้อบกพร่องได้

โดยทั่วๆ ไป อัตราการไหลของแก๊สจะใช้ประมาณ 7-16 ลิตรต่อนาที (15-35 CFH ) สำหรับแก๊สอาร์กอน และ 14-24 ลิตรต่อนาที (30-50 CFH ) สำหรับแก๊สฮีเลียม

28 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

28

การเลือกใช้อัตราการไหลของแก๊สปกคลุม

29 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

29

ทังสเตนและประเภทของทังสเตน

สำหรับเชื่อมสเตนเลสและโลหะอื่นๆ (DC)

สำหรับเชื่อมอลูมิเนียมและแมกนีซียม (AC)

30 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

30

EWTh-2 🡺 มีลักษณะการอาร์คได้ดี และคงที่ แต่เป็นสาร กัมมันตภาพรังสีอ่อนๆ

EWLa-1 🡺 เริ่มต้นอาร์คได้ดี โดยใช้โวลต์ในการอาร์คต่ำ

EWCe-2 🡺 ดีกว่าทังสเตนชนิด ทอเรียมเล็กน้อยในแง่การอาร์คได้ ง่ายกว่า และการสิ้นเปลืองน้อยกว่า

EWP 🡺 ใช้ในการเชื่อมด้วยกระแส AC แต่ให้การสิ้นเปลือง สูงที่สุด แต่อาจจะเลี่ยงไปใช้ทังสเตนที่ผสม ZrO2 แทนก็ได้ เพื่อให้ประสิทธิภาพดีกว่า

31 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

31

Guidelines,the chart by AWS

DC current (Amps)

AC current (amps)

Ø Electrode

Straight Pol.

Reverse Pol.

Unbalance wave

Balance wave

in.

mm.

DCEN

DCEP

0.010

0.3

0.1 to 15

N/A

0.1 to 15

0.1 to 15

0.020

0.5

0.5 – 20

N/A

5 - 20

5 – 20

0.040

1.0

15 – 80

N/A

10 - 80

20 - 60

0.060

1.6

70 – 150

10 – 20

70 – 150

60 – 120

0.093

2.4

150 – 250

15 – 30

140 – 235

100 – 180

0.125

3.2

250 – 400

25 – 40

225 – 325

160 – 250

0.156

4.0

400 – 500

40 – 55

300 – 400

200 – 320

0.187

4.8

500 – 750

55 – 80

400 – 500

290 – 390

0.250

6.4

750 - 1000

80 - 125

500 - 630

340 - 525

All values are based on the use of Thoriated, Ceriated, or,Lanthanated Tungten electrodes with argon gas.

32 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

32

การลับปลายทังสเตน

33 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

33

การลับปลายทังสเตน

(A) For DCSP

(B) For AC

(C) For DCRP

34 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

34

WRONG: crosswise grind marks restrict welding Current, cause arc wander, risk inclusions.

 RIGHT: lengthwise grind marks don’t restrict Current. Mirror finish is even better.

การลับปลายทังสเตนที่ถูกต้อง

35 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

35

ลักษณะการอาร์คผลจากลักษณะปลายทังสเตน

36 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

36

ลักษณะความมนของปลายทังสเตน

37 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

37

ลักษณะแนวเชื่อมจากผลของการลับปลายทังเสตนที่มุมต่างๆ

38 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

38

ลักษณะของเปลวอาร์ค

39 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

39

40 of 52

ลักษณะหัวเชื่อม TIG

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

40

41 of 52

อะไหล่สิ้นเปลือง

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

41

Gas Nozzle

Collet Body

Collet

Short / Long Back cap

Torch Switch

Handle

Tungsten Electrode

42 of 52

การเลือกใช้ขนาด Nozzle

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

42

ควรเลือกใช้ขนาด Nozzle ให้ใหญ่กว่า ขนาด ทังเสตนประมาณ 5 เท่า

43 of 52

�ลวดเชื่อมเติมสำหรับกระบวนการเชื่อมทิก :TIG �(Filler metal for Gas Tungsten Arc Welding)�

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

43

44 of 52

ส่วนต่างๆในการเชื่อม

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

44

45 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

45

คุณสมบัติที่สำคัญและการเลือกใช้งาน

  • ส่วนผสมใกล้เคียงเนื้อโลหะงาน
  • เชื่อมโลหะต่างชนิดสมบัติลวดอาจแตกต่างจากโลหะงานทั้งสอง
  • ผลทางโลหะวิทยา การหลอมรวมตัวกันระหว่างลวดเชื่อมกับงาน
  • สภาวะการใช้งานเช่นความต้านแรงดึง ,สมบัติการนำความร้อน

46 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

46

ลักษณะลวดเชื่อมเติมTIG และPAW

  • กลมตัน(solid wire)
  • ใส้ฟลักซ์ (flux cored) เช่นลวดเชื่อมทิกเหล็กกล้าไร้สนิม เน้น gas shielded อาจให้ alloying elements
  • ใส้ผงโลหะ(metal cored) เน้น alloying elements

47 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

47

ลักษณะลวดเชื่อมเติมTIG และPAW

  • ∅ 0.020″(0.5 mm.) ถึง 3/16″(5mm.)
  • Rod เป็นเส้นยาว 36″(100 cm.)สำหรับป้อนลวดด้วยมือ (manual)
  • ม้วน (spool or coil)สำหรับการป้อนลวดต่อเนื่องแบบใช้กลไก(mechanized welding) หรือแบบอัตโนมัติ (Auto – welding)

48 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

48

ทักษะการเชื่อมเบื้องต้น

49 of 52

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

49

ทักษะการเชื่อมเบื้องต้น

50 of 52

ชนิดของลวดเชื่อม

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

50

ลวดเชื่อมสแตนเลส (ตัน)

ER x x x L(H) AAAA

Electrode หรือ Rod

เบอร์เกรดของสแตนเลส

L = Low carbon , H = High carbon

ธาตุผสมอื่นๆ เพิ่มเติม เช่น Si, Mo

  • USA 🡪 AWS A5.9-92

51 of 52

การคำนวณหากระแสเชื่อมและแรงดันไฟฟ้า

กระแสเชื่อมที่ใช้

กระแสเชื่อมที่ใช้ = 1A /ความหนา 0.025ชม.หรือ 0.001นิ้ว

แรงดันที่ใช้

V = (0.04* I )+10

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

51

52 of 52

THE

END

L.Sivapong 24/12/10 Kmutnb

52