กระบวนการเชื่อม นายธนรัช ธนากร

หน่ วยที่ 4 กระบวนการเชื่อมแก๊ ส ออกซิ - อะเซทิลนี

หลักการเชื่อมโลหะด้ วยแก๊ สออกซี-อะเซทิลนี กรรมวิธีการเชื่อมโลหะด้ วยแก๊ สออกซีอะเซทิลีน ( OXY ACETYLENE WELDING : OAW ) เป็ น

กรรมวิ ธี ก ารเชื่ อ มโลหะแบบหลอมเหลว โดยใช้ค วามร้ อนจาก เชื้ อ เพลิ ง ซึ่ งเป็ นแก๊ ส ผสมระหว่างแก๊ ส อะเซทิลีนกับแก๊สออกซิ เจนบริ สุทธิ์ เปลวไฟจากการ เผาไหม้จะเกิ ดความร้อนในปริ มาณสู ง ทาให้ชิ้นงาน

หลอมเป็ นเนื้อเดียวกัน โดยที่ลวดเชื่อมจะเติมหรื อไม่เติมก็ได้ข้ ึนอยูก่ บั ความหนาของงานและชนิดของรอยต่อ

ช นิ ด ข อ ง แ ก๊ ส เ ชื้ อ เ พ ลิ ง แ ล ะ ค่ า ค ว า ม ร้ อ น สู ง สุ ด

แก๊ สเชื้ อเพลิ งมี ห ลายชนิ ด ถ้าผสมกับออกซิ เ จนแล้ว จะให้ความร้ อนที่ สูงขึ้ น กว่าการเผาไหม้ ปก ติ ส า ห รั บ ใ น อุ ต สา ห ก รรม ก า รเ ชื่ อ ม โลห ะ ด้ ว ย แ ก๊ ส นั้ น แ ก๊ สผสม ร ะ ห ว่ า ง

แก๊สออกซิ เจนกับแก๊สอะเซทิลีน เป็ นที่นิยมใช้กนั อย่างแพร่ หลาย เพราะให้ค่าความร้อนสู งกว่า เชื้อเพลิงชนิดอื่น

ชนิดของแก๊ สเชื้อเพลิงและค่ าความร้ อนสูงสุด ชนิดของแก๊สเชื้อเพลิง

ออกซิเจน + ออกซิเจน + ออกซิเจน + ออกซิเจน + อากาศ + อากาศ +

อะเซทิลีน ไฮโดรเจน โพรเพน มีเทน อะเซทิลีน โพรเพน

ความร้ อนสู งสุ ดโดยประมาณ

3,480 0C หรื อ 6,300 0F 2,980 0C หรื อ 5,400 0F 2,930 0C หรื อ 5,300 0F 2,760 0C หรื อ 5,000 0F 2,500 0C หรื อ 4,532 0F 1,750 0C หรื อ 3,182 0F

เ ป ล ว ไ ฟ ใ น ก า ร เ ชื่ อ ม โ ล ห ะ ด้ ว ย แ ก๊ ส อ อ ก ซี อ ะ เ ซ ทิ ลี น การเชื่ อมแก๊สเป็ นกรรมวิธีการเชื่ อมโลหะที่ใช้กนั มานาน ซึ่ งในปั จจุบนั ก็ยงั ได้รับความนิ ยมกัน

แพร่ หลาย ความร้อนจากการเผาไหม้ระหว่างแก๊สออกซิ เจนและแก๊สอะเซทิลีน ให้เปลวไฟที่มีความร้อนสู ง ป ร ะ ม า ณ 6 , 3 0 0 อ ง ศ า ฟ า เ ร น ไ ฮ ต์ ห รื อ 3 , 4 8 0

องศาเซลเซี ยส เพียงพอที่จะทาให้โลหะแต่ละชนิ ดหลอมรวมเป็ นเนื้ อเดียวกัน เมื่อเย็นตัวลงโลหะสองชิ้นจะ ติดกันมีความแข็งแรงเท่ากับหรื อมากกว่าเนื้อโลหะเดิม เปลวไฟที่ใช้สาหรับเชื่อมจะมีองค์ประกอบ ดังนี้

1.2.1 สมบัตขิ องเปลวไฟ เปลวไฟที่ใช้ในการเชื่อมโลหะด้วยแก๊สออกซี อะเซทิลีนจะต้องมี สมบัติดงั นี้ 1.2.1.1 มีอุณหภูมิสูงเพียงพอที่จะหลอมละลายชิ้นงาน 1.2.1.2 มีปริ มาณความร้อนเพียงพอเมื่อต้องการ 1.2.1.3 ต้องไม่มีสิ่งสกปรกจากเปลวไฟ หรื อนาวัตถุอย่างใดอย่างหนึ่ ง เข้ามารวมตัวกับ เนื้อโลหะที่หลอมละลาย 1.2.1.4 เปลวไฟต้องไม่เพิม่ ธาตุคาร์ บอนลงในเนื้อโลหะซึ่ งจะทาให้ คุณสมบัติของโลหะ เปลี่ยนไป 1.2.1.5 เปลวไฟต้องไม่เป็ นอันตรายต่อผูป้ ฏิบตั ิงานในทางเคมี

ชนิด ของเปลวไฟ

ชนิดของเปลวไฟ เพื่อให้มีความเหมาะสมกับโลหะงานแต่ละชนิด เปลวไฟในการเชื่อม จึงแบ่งออกเป็ น 3 ชนิด ดังนี้ 1. เปลวลดหรื อเปลวคาร์บอนมาก ( Caburizing Flame ) 2. เปลวกลาง ( Neutral Flame ) 3. เปลวเพิ่มหรื อเปลวออกซิเจนมาก (Oxidizing Flame)

1. เปลวลดหรือเปลวคาร์ บอนมาก ( Caburizing Flame ) เป็ นเปลวที่ได้จากการเผาไหม้ของแก๊สออกซิ เจนและแก๊สอะเซทิลีนผสมกัน โดยมีปริ มาณของแก๊สอะเซทิลีนมากกว่าแก๊ส

ออกซิ เจน เปลวชั้นนอก มีลกั ษณะเป็ นเปลวยาวมีสีส้มล้อมรอบเปลวชั้นใน ซึ่ งมีความยาวครึ่ งหนึ่ งของเปลวชั้นนอก เปลวชั้นในจะมี ลักษณะพริ้ วเหมือนขนนก ในระยะที่ห่างจากกรวยไฟประมาณ 3 มม. จะมีอุณหภูมิ 5,300 องศาฟาเรนไฮต์ ( 2,900 C ) การเผาไหม้จะมี แก๊สอะเซทิลีนเหลืออยูจ่ านวนหนึ่ง จึง เหมาะสาหรับเชื่อมงานที่ตอ้ งการเติมคาร์ บอนที่ผิวโลหะ หรื อเชื่อมโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก ซึ่ งต้องใช้

อุณหภูมิในการหลอมไม่สูงมากนัก เช่นอะลูมิเนียม แมกนีเซียม และใช้ในการบัดกรี แข็ง

( Caburizing Flame ) กรวยใน

เปลวอะเซทิลีน

อัตราส่ วน 2:1 3 mm.

2. เปลวกลาง ( Neutral Flame ) เป็ น เปลวที่ ได้ ม าจากการผสมกั น ระหว่ า งแก๊ ส ออกซิ เจนกั บ อะเซทิ ลี นใน อัต ราส่ ว น 1:1 การเผาไหม้ส มบู ร ณ์ ประกอบด้ ว ยเปลวไฟ 2 ชั้ น ชั้ นในเป็ นกรวยปลา ยม ระยะห่ า งจากปลายกรวยประมาณ 3 มม. จะมี อุ ณ หภู มิ ป ระมาณ 6,000 องศาฟาเรน ไฮต์ หรื อ 3,150 องศาเซลเซียส (3,150 C) เมื่อนา เปลวไฟนี้ไปเผาโลหะที่เป็ นเหล็กจะหลอม ละลายเป็ นบ่อน้ าโลหะคล้ายน้ าเชื่อมเมื่อเย็นลงจะได้แนวเชื่อมที่สะอาดมีความแข็งแรง เปลวไฟ ชนิ ด นี้ จึ ง เหมาะส าหรั บ การเชื่ อ มและตัด โลหะ โดยเฉพาะเหล็ ก เนื่ อ งจากการเผาไหม้ที่ สมบูรณ์ จึงไม่เกิดการเติมธาตุคาร์บอนลงในรอยเชื่อม

( Neutral Flame )

อัตราส่ วน 1:1

3. เปลวเพิม่ หรือเปลวออกซิเจนมาก (Oxidizing Flame) เป็ นเปลวไฟที่ ได้มาจากการผสมกันระหว่างแก๊สออกซิ เจนกับแก๊สอะเซทิ ลีนโดยปรั บให้ออกซิ เจน

มากกว่าอะเซทิ ลีน ลักษณะเปลวมี 2 ชั้น เปลวชั้นในเป็ นรู ปกรวยแหลมหดสั้น เปลวนี้ มีอุณหภูมิสูงกว่าเปลว อีก 2 ชนิด ที่กล่าวมาคือ มีอุณหภูมิประมาณ 6,300 องศาฟาเรนไฮต์ หรื อ 3,480 องศาเซลเซี ยส เมื่อทาการเชื่อมจะ

เกิดประกายไฟหรื อสะเก็ดไฟกระเด็นออกมาจากบ่อหลอมเหลว ทาให้เกิดฟองอากาศไม่เหมาะสมที่จะนาไปใช้ เชื่อมเหล็ก เพราะการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์จะมีออกซิ เจนหลงเหลืออยูแ่ ละจะถูกเติมลงในเนื้ อเหล็ก ทาให้แนวเชื่อม เปราะ แต่นิยมนาไปใช้ในการตัดโลหะแผ่นบาง

(Oxidizing Flame) อัตราส่ วน 2:1

กระบวนการผลิต แก๊ สออกซิ-อะเซทิลนี

กระบวนการเชื่อมแก๊ สออกซิ-อะเซทิลนี แก๊สออกซิเจน (Gas Oxygen) แก๊สออกซิเจนเป็ นแก๊สที่มีมากในอากาศคือ ประมาณ 21 เปอร์เซ็นต์ นอกนั้นเป็ น สารประกอบของน้ าและสารประกอบของหิ นอื่น ๆ แก๊สออกซิเจนมีคุณสมบัติดงั นี้ 1.เป็ นแก๊สที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส 2. สามารถละลายน้ าได้เล็กน้อย 3. สามารถรวมตัวโดยตรงกับธาตุต่าง ๆ ได้มาก

4. ไม่ติดไฟ แต่ช่วยให้ไฟติด 5. แก็สออกซิเจนจะมี 3 สถานะ คือ ของแข็ง ของเหลว และแก๊ส 6. สามารถเอื้อประโยชน์ต่อสิ่ งที่มีชีวติ ในโลกทั้งมวล

การผลิตแก๊สออกซิ เจนโดยทัว่ ไปจะมี 2 วิธี คือ การผลิตแก๊สออกซิเจนจากกการแยกน้ าด้วยไฟฟ้ า และการผลิตแก๊ส ออกซิเจนจากอากาศเหลว 1) การผลิตแก๊สออกซิ เจนจากการแยกน้ าด้วยไฟฟ้ า การผลิตเช่นนี้ จะใช้กระแสไฟฟ้ ากระแสตรง ผ่านลงน้ าเพื่อแยก ธาตุ ซึ่งจะเป็ นการแยกส่ วนประกอบของน้ าออกจากกัน คือ จะได้แก๊สออกซิ เจนกับแก๊ส ไฮโดรเจน โดยแก๊สออกซิ เจนจะถูกแยก ไปเกาะอยูท่ ี่ข้ วั บวก ในอัตรา 1 ส่ วน และแก๊สไฮโดรเจนจะเกาะอยูท่ ี่ข้ วั ลบ ในอัตรา 2 ส่ วน น้ า ที่นามาแยกจะต้องเติมสารตัวนา ไฟฟ้ า ประเภท โซเดียมคลอไรด์ ฯลฯ เพื่อให้ กระแสไฟฟ้ าไหลได้สะดวก วิธีน้ ี ไม่นิยมใช้ในงานอุตสาหกรรม เพราะต้นทุนสู ง

และอาจเกิดการระเบิดได

วงจรการผลิตออกซิเจนจากการแยกน้ าด้วยไฟฟ้ า

2) การผลิตแก๊สออกซิ เจนจากอากาศเหลว (Liquid Air Process) เป็ นการอัดอากาศให้มีความดันสู ง ๆ แล้วลดอุณหภูมิให้ ต่าจนเป็ นอากาศเหลว โดยที่อากาศมีส่วนประกอบของออกซิ เจน 23 เปอร์ เซ็นต์ ไนโตรเจน 75 เปอร์ เซ็นต์ และแก๊สอื่ น ๆ อีก 2 เปอร์ เซ็นต์ และจากอากาศเหลวที่ได้สามารถแยกแก๊สต่าง ๆ ออกจากกันได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้น แล้วลดความดันให้ต่าลง จนติดลบ 320.4 องศาฟาเรนไฮด์ แก๊สไนโตรเจนที่เป็ นของเหลวจะเดือด และระเหยแยกตัวออกไปเหลือเฉพาะออกซิ เจน ส่ วนแก๊สอีก 2 % ส่ วนใหญ่ คือ ละอองน้ า แก๊สคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ แก๊สอาร์กอน (Argon) แก๊สนีออน (Neon) แก๊สฮีเลียม (Helium) แก๊สคาร์ บอนไดอ๊อกไซด์และ น้ าจะแยกออกไปขณะที่อากาศจะถูกอัดเป็ นของเหลว แก๊สที่เหลือจะ ระเหยไปขณะที่ไนโตรเจนแยกตัวออกจากออกซิ เจน จะเหลือ แต่แก๊สออกซิเจนที่เป็ นของเหลวเท่านั้น ทั้งหมด นี้เราจะอาศัยจุดเดือดที่แตกต่างกันของแก๊สชนิดต่าง ๆ และเมื่อมีการเพิ่มอุณหภูมิ ให้สูงขึ้น และลดความดันให้ ต่าลงจนถึงอุณหภูมิ – 297.35 F (-182.9 C) แก๊สออกซิ เจนจะเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็ นแก๊ส ขึ้นมา ซึ่งสามารถนาไปจัดเก็บได้ และมีความบริ สุทธิ์ถึง 99 เปอร์เซ็นต์

วงจรของขั้นตอนการผลิตออกซิเจนจากอากาศเหลว

การผลิตแก๊ สอะเซทิลนี แก๊สอะเซทิลีนเป็ นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนมีสญ ั ลักษณ์ทางเคมี คือ “C2H2” เป็ นแก๊สที่ติดและ ระเบิดได้ มีกลิ่น ฉุนคล้ายอีเธอร์ (ธาตุจาพวกหนึ่งระเหยกลายเป็ นไอได้รวดเร็ว ซึ่งใช้เป็ น ยาสลบ) แก๊ส อะเซทิลีนผสมกับแก๊สออกซิ เจนใช้เชื่อม โลหะและตัดโลหะได้ดี ทั้งในโรงงานอุตสาหกรรมพลาสติก คุณสมบัติของก๊าซอะเซทิลีนมีดงั นี้

1. เป็ นแก็สไม่มีรส มีกลิ่นฉุน 2. เมื่อบริ สุทธิ์ละลายน้ าได้ เป็ นพิษต่อร่ างกาย และถ้าผสมกับอาร์ซิน ฟอสฟิ น หรื อ คาร์บอนมอนอกไซด์ จะเป็ นพิษ ต่อระบบการหายใจอย่างรนแรง 3. เมื่อรวมกับแก๊สออกซิ เจนเมื่อจุดไฟจะเกิดระเบิดอย่างรุ นแรง ให้แสงสว่างจ้า ให้ความ ร้อนสูง 4. ไม่เป็ นกรดแต่มีลกั ษณะเช่นเดียวกับกรด เพราะจะทาปฏิกิริยากับโลหะบางอย่างจะได้ แก๊สไฮโดรเจนออกมา

การผลิตแก๊ สอะเซทิลนี การผลิตแก๊สอะเซทิลีนที่นิยมใช้กนั ทัว่ ๆ ไปจะมี 2 วิธี คือ

1) การผลิตโดยให้แคลเซียมคาร์ไบด์หยดลงในน้ า 2) การผลิตโดยให้น้ าหยดตกลงแคลเซียมคาร์ไบด์ การผลิตแคลเซี ยมคาร์ไบด์ เป็ นวิธีการ เผาหิ นปูน (Calcium Oxide) กับถ่านโค้ก (Coke) ในเตา ไฟฟ้ า โดยให้หลอมละลายเข้าด้วยกัน แล้วปล่อยให้เย็นตัวลงจนแข็งเป็ นก้อน จากนั้นนาไปบดให้ละเอียด แล้ว นาไป ร่ อนให้ได้ขนาดตามต้องการ ผูท้ ี่คิดค้นพบ คือ โทมัส แอล วิลสัน (Thomas L. Wilson) ชาวอเมริ กา แก๊สอะเซทิลีน เกิดขึ้นจาก น้ าทาปฏิกิริยาเคมีกบั แคลเซียมคาร์ไบด์ จากสมการดังนี้

เครื่องผลิตแก๊ สโดยใช้ น้าหยด ลงแคลเซียมคาร์ ไบด์

เครื่องผลิตแก๊ สโดยใช้ แคลเซียมคาร์ ไบด์ หยดลงนา้