Steel Connection (จุดต่อโครงสร้างเหล็ก)
State of the Art – Welding การเชื่อมเหล็กโครงสร้าง ให้เหมาะให้ประหยัดอย่างมีศิลปะ
Pawit Sorthananusak
Tags :
จากโพสต์ก่อนที่ได้นำเสนอศิลปะในการใช้สลักเกลียวหรือ bolt ในขั้นตอนของงานก่อสร้าง ในโพสต์นี้จะขอนำเสนอ trick เล็กๆ น้อยๆ ที่เป็นศิลป์ใน การเชื่อมเหล็กโครงสร้าง เพื่อให้ได้โครงสร้างเหล็กที่ให้สมรรถนะตามที่ผู้ออกแบบต้องการนะครับ
ในบ้านเรานั้น เหล็ก SS400 ถือเป็นเกรดยอดฮิต เป็น top of mind ของบรรดาผู้ใช้นายช่างทั่วประเทศ แต่ท่านทราบกันหรือไม่ว่า SS grade นี้ เป็นเกรดดั้งเดิม มีมาเกือบร้อยปี SS ในที่นี้เป็นตัวย่อของ Steel for Structure หรือเหล็กสำหรับงานโครงสร้าง โดยในประเทศญี่ปุ่นนั้นแรกเริ่มเดิมทีก็ใช้ bolt & nut มาตั้งแต่แรก ซึ่งสามารถใช้ SS grade ได้อย่างไม่เป็นอุปสรรค
ด้วยใช้กับ bolt & nut ในงานก่อสร้างตามวิธีปฏิบัติทั่วไปในประเทศญี่ปุ่น ซึ่งไม่มีงานเชื่อมให้ต้องกังวล SS grade จึงไม่ต้องควบคุมคุณสมบัติทางเคมี คือ ไม่ปรากฏค่าสูงสุดที่ไม่ยอมให้เกินจากนี้ของทั้ง คาร์บอน (C) และ มังกานีส (Mn) ซึ่งเป็น non alloy ที่ประกอบเป็น “เหล็ก”
ซึ่งทำให้เหล็กมีความแข็ง แต่หากมีมากจนเกินไปก็ส่งผลให้เหล็กเปราะ แตกร้าวได้ง่าย และด้วยจุดหลอมเหลวที่สูงกว่าเหล็กมาก เมื่อให้ความร้อนแก่ base material ขณะทำการเชื่อม C และ Mn จะไม่หลอมละลายไปพร้อมกับเหล็กตลอดจน alloy ประเภทอื่นๆ ที่ผสมปนอยู่ ส่งผลให้ การเชื่อมเหล็กโครงสร้าง อาจไม่ได้ผลดีเท่าที่ควร หาก C และ Mn ปะปนอยู่ในปริมาณที่มาก (เพราะมีมีการตรวจควบคุมเพื่อออกใบรับรองมาตรฐานผลิตภัณฑ์)
ทั้งนี้ไม่ได้หมายความว่า SS grade จะนำไปเชื่อมไม่ได้นะครับ แค่ว่ามันมีความเสี่ยงที่จะให้ผลที่ดีได้ไม่เท่ากับ SM grade เพราะ SM grade ซึ่งเป็นเกรดใหม่ ที่พัฒนาขึ้นเพื่ออุตสาหกรรมต่อเรือ (SM ย่อมาจาก Steel for Marine) ซึ่งจำเป็นต้องต่อเรือด้วยการเชื่อม เพื่อให้ การเชื่อมเหล็กโครงสร้าง ได้คุณภาพที่ดี SM grade จึงมีการควบคุมกำกับปริมาณ non alloy หลัก ทุกตัว ทั้ง 5 ตัว C Mn P Si และ S ซึ่งแน่นอนว่า SM grade ย่อมการันตีความสามารถในการเชื่อติดได้ดีกว่า SS grade
หากแบ่งประเภทของการเชื่อมตามลักษณะรูปร่างหน้าตา จะแบ่งได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ การเชื่อมพอก หรือ fillet weld และการเชื่อม (บาก) ร่อง (groove weld) การเชื่อมพอกนี้สามารถทำได้ง่ายกว่าการเชื่อมร่องมาก ใช้วัสดุเชื่อมน้อยกว่า ช่างเชื่อมไม่ถึงกับต้องมีทักษะมาก ไม่ต้องเตรียมการบากขอบผิวก่อนงานเชื่อม ดังนั้น หากสามารถเลือกได้ ควรเลือกงานการเชื่อมพอกก่อนการเชื่อมร่องครับ
อย่างไรก็ดี ในบางครั้งวิศวกรต้องการกำลังรับน้ำหนักและความเหนียวที่มากบริเวณจุดที่ทำการเชื่อม เช่นจุดที่ต้องรับแรงดัดกลับไปกลับมา หรือต้องการให้จุดเชื่อมมีกำลังสูงเสมือนเป็นวัสดุหลัก ก็อาจต้องพิจารณา groove weld เพื่ออำนวยสมรรถนะการใช้งานและความปลอดภัยที่ต้องการไว้ก่อนความประหยัด
ในการเดินรอยเชื่อมพอก 1 ครั้ง เรียกว่า 1 pass โดยปกติแล้วจะเชื่อมมีขนาด weld leg ได้ไม่เกินกว่า 8 มิลลิเมตร (ให้พอเหมาะก็ 6 มิลลิเมตร กำลังดีครับ) ขึ้นกับความหนาของ base material และวิธีการเชื่อมที่ใช้ ซึ่งผู้ออกแบบควรต้องทำการพูดคุยกับ fabricator หรือ ผู้รับเหมาเสียก่อน
ดังนั้นเพื่อเป็นการลดปริมาณการเดินรอยเชื่อม หากว่าสามารถทำได้ควรจะจำกัดให้ weld leg มีขนาดราว 6 – 8 มิลลิเมตร เพื่อลดปริมาณงานของช่างเชื่อมลง ทั้งนี้อย่างที่ได้เคยนำเสนอไปในโพสต์ก่อนหน้า https://www.facebook.com/welovesteelconstruction/posts/1312900232429535 ว่ากำลังรับแรงเฉือนที่ปลอดภัย (allowable shear) ของแนวการเชื่อมพอก เกรดวัสดุเชื่อม E70xx อยู่ที่ราว 1 ตัน ต่อตารางเซนติเมตร (คิดพื้นที่ leg size) นะครับ
การเชื่อมพอกที่ leg size มีขนาดใหญ่มากๆ อาจจะต้องเดินรอยเชื่อมหลายรอบ ยกตัวอย่างเช่น รอยเชื่อมพอกขนาด 12 มิลลิเมตร อาจต้องทำการเดินรอยเชื่อม 4 ครั้ง แต่ได้กำลังรับแรงเฉือนที่ปลอดภัยราว 1.2 ตันต่อเซนติเมตร ซึ่งให้กำลังเท่ากับการเชื่อมพอก ขนาด 6 มิลลิเมตร ที่เดินรอยเชื่อมเพียง 2 ครั้ง
นอกจากนี้ การเชื่อม 2 ด้าน ยังเป็นการช่วยลดปัญหาของการเกิดสนิมหากแนวที่ไม่ได้เชื่อมอีกด้านนั้น ต้องเผชิญกับสภาพอากาศความชื้นจากภายนอก เช่นการนำไปใช้กับโครงที่จอดรถกลางแจ้งนะครับ
อ่านเรื่อง weld ประกอบเพิ่มเติมจากโพสต์