เชื่อม S45C และ SCM440 ต้องอุ่นชิ้นงานก่อนไหม? คู่มือ Preheat สำหรับเหล็กคาร์บอนสูง

คำตอบสั้น ๆ คือ ต้องอุ่นทั้งคู่ โดย S45C ควรอุ่นราว 150 ถึง 250 องศาเซลเซียส ส่วน SCM440 ต้องการมากกว่านั้นคือราว 250 ถึง 350 องศาเซลเซียส และควรอบคลายเครียดหลังเชื่อมด้วย

เหตุผลไม่ใช่เรื่องให้เชื่อมติดง่ายขึ้น แต่เป็นการป้องกันรอยร้าวที่เกิดขึ้นหลังเชื่อมเสร็จไปแล้ว ซึ่งบางครั้งปรากฏหลังงานเย็นสนิทเป็นชั่วโมง

ทำไมเหล็กคาร์บอนสูงถึงร้าวหลังเชื่อม

ตอนเชื่อม เนื้อเหล็กข้างแนวเชื่อมถูกให้ความร้อนสูงมากแล้วเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว เพราะเนื้อเหล็กเย็นรอบข้างดูดความร้อนออกไปเหมือนการชุบแข็ง

ผลคือบริเวณกระทบร้อนข้างแนวเชื่อมกลายเป็นโครงสร้างมาร์เทนไซต์ซึ่งแข็งแต่เปราะ ยิ่งเหล็กมีคาร์บอนสูง โครงสร้างนี้ยิ่งแข็งและเปราะมาก

เมื่อรวมกับอีกสองปัจจัยคือความเค้นตกค้างจากการหดตัว และไฮโดรเจนที่แทรกเข้าไปจากความชื้นในลวดเชื่อมหรือผิวงาน ก็ครบเงื่อนไขการเกิดรอยร้าว

การอุ่นชิ้นงานก่อนช่วยตัดวงจรนี้ด้วยการชะลอการเย็นตัว ทำให้โครงสร้างไม่แข็งเปราะเกินไป และเปิดโอกาสให้ไฮโดรเจนระเหยออกก่อนที่งานจะเย็นสนิท

ประเมินด้วยค่า Carbon Equivalent

วิธีที่ใช้กันทั่วไปคือคำนวณค่า Carbon Equivalent (CE) ซึ่งรวมผลของธาตุผสมทั้งหมดให้เทียบเท่าปริมาณคาร์บอน สูตรที่นิยมคือ

CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15

เกรดที่พบบ่อยอยู่ตรงไหนของตาราง

สังเกตว่า SCM435 มีคาร์บอนน้อยกว่า S45C แต่เชื่อมยากกว่า เพราะมีโครเมียมและโมลิบดีนัมผสมอยู่ ซึ่งดันค่า CE ให้สูงขึ้น นี่คือเหตุผลที่ดูแค่ตัวเลขคาร์บอนอย่างเดียวไม่พอ

ดูรายละเอียดของแต่ละเกรดได้ที่ เกรดเหล็กเพลาที่ได้รับความนิยมในงานอุตสาหกรรม และการเทียบเกรดต่างประเทศที่ ตารางเทียบเกรดเหล็ก JIS DIN AISI

ขั้นตอนปฏิบัติเมื่อต้องเชื่อมเหล็กคาร์บอนสูง

• ทำความสะอาดผิวงานก่อน ขจัดน้ำมัน สนิม ความชื้น และสะเก็ดไฟออกให้หมด เพราะทั้งหมดนี้เป็นแหล่งไฮโดรเจน

• อบลวดเชื่อมให้แห้ง ลวดเชื่อมที่ดูดความชื้นคือแหล่งไฮโดรเจนที่ถูกมองข้ามบ่อยที่สุด ควรใช้ลวดชนิดไฮโดรเจนต่ำ

• อุ่นชิ้นงานให้ทั่วถึง ไม่ใช่เฉพาะจุดที่จะเชื่อม ควรอุ่นบริเวณกว้างรอบแนวเชื่อมและวัดอุณหภูมิด้วยเครื่องวัด ไม่ใช่กะด้วยสายตา

• รักษาอุณหภูมิระหว่างเชื่อม อย่าปล่อยให้งานเย็นลงระหว่างพัก โดยเฉพาะงานหลายแนวเชื่อม

• ให้เย็นตัวช้า ๆ คลุมด้วยฉนวนหรือทรายแห้ง ห้ามใช้น้ำหรือลมเป่าเร่งให้เย็น

• อบคลายเครียดหลังเชื่อม สำหรับงาน SCM440 หรืองานที่รับภาระหนัก ช่วยลดความเค้นตกค้างและลดความเปราะ

เลือกกระบวนการเชื่อมอย่างไร

เชื่อมเลเซอร์มีข้อได้เปรียบเฉพาะตัวกับเหล็กคาร์บอนสูง เพราะความร้อนที่เข้าสู่ชิ้นงานน้อยและแคบมาก บริเวณกระทบร้อนจึงเล็กตามไปด้วย ช่วยลดทั้งการบิดตัวและความเสี่ยงรอยร้าว

กรณีที่ไม่ควรเชื่อม

• เพลาที่ผ่านการชุบแข็งมาแล้ว การเชื่อมจะทำลายความแข็งบริเวณนั้นและสร้างจุดอ่อน ถ้าจำเป็นต้องซ่อมควรอบอ่อนก่อน เชื่อม แล้วชุบแข็งใหม่ทั้งชิ้น

• ชิ้นส่วนหมุนที่รับแรงบิดสูงและมีรอบการทำงานสูง แนวเชื่อมเป็นจุดเริ่มของการล้าตัวเสมอ ควรออกแบบให้เป็นชิ้นเดียวหรือใช้วิธียึดแบบอื่น

• งานที่ต้องการความเที่ยงตรงสูงหลังประกอบ ควรเชื่อมก่อนแล้วจึงกลึงเก็บผิวขั้นสุดท้าย ไม่ใช่กลึงให้ได้ขนาดแล้วค่อยเชื่อม

สำหรับงานที่ต้องการทั้งความแข็งและการเชื่อม ควรพิจารณาใช้เกรดคาร์บอนต่ำแล้วชุบผิวแข็งแทน อ่านต่อได้ที่ เกรดไหนชุบแข็งได้บ้าง

คำถามที่พบบ่อย

ไม่อุ่นแล้วเชื่อมเลยจะเป็นอะไรไหม

บางครั้งดูเหมือนไม่เป็นอะไรทันที นี่คือส่วนที่อันตรายที่สุด เพราะรอยร้าวจากไฮโดรเจนมักปรากฏหลังงานเย็นสนิทไปแล้วหลายชั่วโมง หรือแฝงอยู่ใต้ผิวจนตรวจด้วยตาไม่พบ แล้วไปแตกตอนใช้งานจริง

อุ่นด้วยหัวแก๊สธรรมดาได้ไหม

ได้ แต่ต้องอุ่นให้ทั่วถึงและวัดอุณหภูมิจริงด้วยเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดหรือชอล์กวัดอุณหภูมิ การกะด้วยสายตาหรือดูสีเหล็กไม่แม่นพอสำหรับช่วง 150 ถึง 350 องศา ซึ่งเหล็กยังไม่เปลี่ยนสี

เชื่อมเพลาขาวกับเพลาดำต่างกันไหม

ต่างที่การเตรียมผิวเป็นหลัก เพลาดำต้องขัดสะเก็ดไฟบริเวณแนวเชื่อมออกก่อน ส่วนเพลาขาวผิวสะอาดอยู่แล้ว แต่ถ้าเป็นเกรดเดียวกัน ความยากในการเชื่อมเท่ากัน เพราะขึ้นกับส่วนผสมของเนื้อเหล็ก ไม่ใช่สภาพผิว ดูความต่างได้ที่ เพลาดำคืออะไร

เชื่อมเสร็จแล้วกลึงต่อได้เลยไหม

ควรรอให้เย็นสนิทและอบคลายเครียดก่อน เพราะความเค้นตกค้างจะทำให้ชิ้นงานบิดตัวหลังกลึง ถ้ากลึงทันทีขนาดที่ได้อาจเปลี่ยนไปในภายหลัง

รับงานเชื่อมแบบไหนบ้าง

รองรับทั้งเชื่อมเลเซอร์ TIG MIG และเชื่อมไฟฟ้า โดยช่างผู้ชำนาญการ ดูรายละเอียดที่ บริการงานเชื่อม

สรุป

S45C และ SCM440 เชื่อมได้ แต่ต้องอุ่นชิ้นงานก่อนเสมอ โดย S45C ราว 150 ถึง 250 องศา และ SCM440 ราว 250 ถึง 350 องศา พร้อมอบคลายเครียดหลังเชื่อมสำหรับงานรับภาระหนัก

หัวใจอยู่ที่การควบคุมอัตราการเย็นตัวและกำจัดแหล่งไฮโดรเจน ทั้งการทำความสะอาดผิว การใช้ลวดเชื่อมแห้ง และการปล่อยให้เย็นช้า ๆ