อลูมิเนียมเกรดไหนเชื่อมได้ เชื่อมอย่างไรไม่ให้ร้าว

อลูมิเนียมเกรดไหนเชื่อมได้บ้าง

คำตอบสั้นที่สุด: อลูมิเนียมที่เชื่อมได้ดี ได้แก่ ซีรีส์ 5xxx (5083, 5052), 6xxx (6061, 6063), 3xxx (3003) และ 1xxx ส่วนเกรดที่ไม่ควรเชื่อมคือ 7xxx อย่าง 7075 และ 2xxx อย่าง 2024 เพราะเสี่ยงร้าวร้อน (Hot Cracking) สูงมาก แม้เชื่อมติดก็อาจแตกระหว่างใช้งาน นอกจากเรื่องเกรดแล้ว ผลเชื่อมยังขึ้นกับลวดเชื่อม แก๊สคุม และการเตรียมผิว ซึ่งบทความนี้จะสรุปให้ครบ

ตารางสรุป: เกรดไหนเชื่อมได้ เชื่อมยาก หรือไม่ควรเชื่อม

ทำไม 7075 ไม่ควรเชื่อม

เหตุผลอยู่ที่สังกะสีและทองแดงในสูตรอัลลอยด์ เมื่อโลหะผสมเหล่านี้ถูกความร้อนจากแสงอาร์ก จะเกิดปัญหาสองอย่างพร้อมกัน

1. ร้าวร้อน (Hot Cracking / Solidification Cracking) — โลหะหลอมที่มีสังกะสี แมกนีเซียม และทองแดงสูงมีช่วงการแข็งตัวกว้าง แรงหดตัวขณะเย็นจะดึงเม็ดเนื้อที่ยังอ่อนอยู่จนแยกเป็นรอยร้าวกลางรอยเชื่อม ลวดเชื่อมทั่วไปแก้ปัญหานี้ไม่ได้ เพราะส่วนผสมของรอยเชื่อมยังตกอยู่ในช่วงเสี่ยง
2. ร้าวในโซนละลายบางส่วน (Liquation Cracking) — บริเวณ HAZ ของ 7075 มีเฟสจุดหลอมต่ำสะสมที่ขอบเม็ด เมื่อโดนความร้อนซ้ำจะละลายเฉพาะจุดแล้วร้าวตามแนวขอบเม็ด

แม้ช่างฝีมือดีทำให้รอยเชื่อมติดสวย ความแข็งแรงบริเวณนั้นก็ตกจาก 572 MPa เหลือไม่ถึงครึ่ง และยังเสี่ยงร้าวจากการกัดกร่อนใต้แรงเค้น (Stress Corrosion Cracking) ระหว่างใช้งาน ดังนั้นงาน อลูมิเนียม 7075 ควรออกแบบให้ประกอบด้วยน็อตหรือกัดจากเนื้อเดียวแทนการเชื่อม ส่วน 2xxx อย่าง 2024 มีพฤติกรรมเดียวกันเพราะทองแดงสูง จึงเห็นงานอากาศยานใช้หมุดย้ำมาตั้งแต่สมัยแรก

6061 เชื่อมได้ แต่ต้องยอมรับว่ารอยเชื่อมอ่อนลง

อลูมิเนียม 6061-T6 ได้ความแข็งแรงราว 310 MPa จากการชุบความร้อน เมื่อเชื่อม ความร้อนจะล้าง temper บริเวณ HAZ ให้อ่อนลงใกล้สภาวะ T4 คือสูญเสียความแข็งแรงราว 40–50% นี่ไม่ใช่ความผิดพลาดของช่าง แต่เป็นธรรมชาติของวัสดุ วิศวกรออกแบบจึงมักคิดความแข็งแรงของจุดเชื่อม 6061 ในสภาวะ as-welded ที่ประมาณ 165–170 MPa หรือชุบความร้อนใหม่ทั้งชิ้นหลังเชื่อมถ้าขนาดและต้นทุนเอื้อม

ส่วน อลูมิเนียม 5083 ไม่ได้พึ่งการชุบความร้อนตั้งแต่แรก (แข็งจากการรีด) รอยเชื่อมจึงสูญเสียความแข็งแรงน้อยมาก นี่คือเหตุผลที่ถังบรรทุกน้ำมันและตัวเรือทั้งลำเลือก 5083 ทั้งที่ราคาสูงกว่า 6061

เลือกลวดเชื่อม: 4043 กับ 5356 ต่างกันอย่างไร

ลวดเชื่อมอลูมิเนียม 2 เบอร์ที่ใช้บ่อยที่สุดมีนิสัยต่างกันชัดเจน

• 4043 (อลูมิเนียม-ซิลิกอน 5%) — ไหลดี เชื่อมง่าย รอยเชื่อมไม่ค่อยร้าว เหมาะกับงาน 6xxx ทั่วไป ข้อเสียคือสีรอยเชื่อมเข้มกว่าเนื้อแม่ (ออกเทาเข้มหลังอโนไดซ์) และความแข็งแรงรอยเชื่อมต่ำกว่า
• 5356 (อลูมิเนียม-แมกนีเซียม 5%) — แข็งแรงกว่า สีเข้ากับเนื้อแม่ดีกว่า เหมาะกับ 5xxx และงานที่ต้องอโนไดซ์ภายหลัง แต่ไม่ควรใช้กับชิ้นงานที่ต้องเจอความร้อนเกิน 65 องศาเซลเซียสต่อเนื่อง เพราะเสี่ยงการกัดกร่อนใต้แรงเค้นที่รอยเชื่อม

หลักเลือกง่าย ๆ คือ งาน 6xxx ทั่วไปใช้ 4043 งานที่ต้องการความแข็งแรงรอยเชื่อมสูงหรือเป็น 5xxx ใช้ 5356 หรือ 5183 และห้ามใช้ลวด 4043 กับ 5083 เพราะซิลิกอนจะจับกับแมกนีเซียมเกิดเฟสเปราะที่รอยเชื่อม

เรื่องกระบวนการเชื่อมก็มีผลไม่แพ้กัน ชิ้นบางตั้งแต่ 1–6 มม. นิยมใช้ TIG (กระแส AC) เพราะคุมความร้อนได้ละเอียดและรอยเชื่อมสวย ส่วนชิ้นหนาตั้งแต่ 6 มม. ขึ้นไปหรืองานเชื่อมยาวต่อเนื่อง MIG จะเร็วและคุ้มกว่ามาก แต่ต้องใช้ปืนดันลวดอลูมิเนียมโดยเฉพาะ (Spool Gun หรือระบบ Push-Pull) เพราะลวดอลูมิเนียมนิ่ม ดันทางไกลแล้วพับติดง่าย

ข้อผิดพลาดที่ทำให้รอยเชื่อมอลูมิเนียมร้าวหรือพรุน

1. ไม่ขจัดฟิล์มออกไซด์ก่อนเชื่อม — ผิวอลูมิเนียมมีฟิล์มออกไซด์จุดหลอมสูงกว่าเนื้อโลหะราว 3 เท่า ต้องแปรงด้วยแปรงสเตนเลสเฉพาะงานอลูมิเนียมและเช็ดทำความสะอาดก่อนเชื่อมทุกครั้ง
2. แก๊สคุมไม่พอหรือไม่บริสุทธิ์ — ใช้อาร์กอนบริสุทธิ์สำหรับ TIG และอาร์กอน (หรือผสมฮีเลียมสำหรับชิ้นหนา) สำหรับ MIG ลมพัดหรือแก๊สรั่วทำให้รอยเชื่อมดำและพรุน
3. เชื่อมชิ้นหนาโดยไม่อุ่นนำ — อลูมิเนียมนำความร้อนสูงมาก ชิ้นหนาดูดความร้อนจากแสงอาร์กไปหมด ต้องอุ่นนำราว 100–150 องศาเซลเซียส แต่ห้ามเกินกว่านั้นกับเกรด T6 เพราะจะยิ่งทำลาย temper
4. เชื่อมข้ามเกรดโดยไม่เช็กลวด — เช่น 6061 เชื่อมเข้ากับ 5083 ทำได้แต่ต้องใช้ 5356 และยอมรับว่าสองฝั่งต่างคุณสมบัติกัน
5. ออกแบบให้รอยเชื่อมรับแรงเต็มบนเกรด T6 — อย่าลืมว่ารอยเชื่อม 6061 อ่อนกว่าเนื้อแม่เกือบครึ่งหนึ่ง ถ้าจุดนั้นรับแรงสูง ให้ย้ายรอยเชื่อมไปจุดแรงต่ำหรือเพิ่มความหนาเฉพาะจุด

สรุป

• เชื่อมได้ดี: 5083, 5052, 6061, 6063, 3003 และ 1xxx / ไม่ควรเชื่อม: 7075 และ 2024
• 7075 ร้าวร้อนและร้าวที่ HAZ ง่าย แม้เชื่อมติดก็เสียความแข็งแรงมาก — ออกแบบเป็นประกอบน็อตแทน
• 6061-T6 เชื่อมแล้ว HAZ อ่อนลง 40–50% ให้คิดความแข็งแรงจุดเชื่อมที่สภาวะ as-welded เสมอ
• ลวด 4043 สำหรับงาน 6xxx ทั่วไป / 5356 สำหรับ 5xxx และงานอโนไดซ์ และห้ามใช้ 4043 กับ 5083
• แปรงออกไซด์ ใช้อาร์กอนบริสุทธิ์ และอุ่นนำชิ้นหนาอย่างพอดี คือสามเงื่อนไขของรอยเชื่อมที่ไม่ร้าว

คำถามที่พบบ่อย

เชื่อมอลูมิเนียมด้วยเครื่องเชื่อมไฟฟ้าทั่วไปได้ไหม?

ได้ผลไม่ดี อลูมิเนียมต้องใช้ TIG (กระแส AC) หรือ MIG ที่ตั้งค่าสำหรับอลูมิเนียม พร้อมลวดและแก๊สอาร์กอนเฉพาะ เครื่องเชื่อมตะกั่วเหล็กทั่วไปใช้ไม่ได้ เพราะฟิล์มออกไซด์และการนำความร้อนสูงของอลูมิเนียมทำให้รอยเชื่อมไม่ประสานกับเนื้อแม่

6061 กับ 7075 เชื่อมเข้าด้วยกันได้ไหม?

ไม่แนะนำ แม้ฝั่ง 6061 จะเชื่อมได้ แต่ฝั่ง 7075 ยังเสี่ยงร้าวร้อนและร้าวที่ HAZ เช่นเดิม ถ้าแบบบังคับให้ใช้สองเกรดนี้ร่วมกัน ให้ประกอบด้วยน็อตหรือข้อต่อเชิงกลแทน อ่านความต่างของสองเกรดเพิ่มในบทความ อลูมิเนียม 6061 กับ 7075 ต่างกันอย่างไร

รอยเชื่อมอลูมิเนียมอโนไดซ์ได้ไหม?

ได้ แต่สีรอยเชื่อมมักต่างจากเนื้อแม่เพราะลวดเชื่อมคนละสูตรอัลลอยด์ ลวด 4043 จะออกเทาเข้มหลังอโนไดซ์ ส่วน 5356 ให้สีใกล้เนื้อแม่มากกว่า ถ้าผิวสำเร็จต้องสม่ำเสมอมาก ให้เลือก 5356 และแจ้งร้านชุบล่วงหน้า

บทความที่เกี่ยวข้อง

• Temper T6, T651, H112 คืออะไร อ่านอย่างไร
• อลูมิเนียม 6061 กับ 7075 ต่างกันอย่างไร
• เลือกอลูมิเนียมสำหรับงานกลางแจ้งและงานทะเล

ต้องการวัสดุสำหรับงานเชื่อมประกอบ แจ้งเกรดและความหนามาให้ทีม PX Metal แนะนำและตัดเตรียมชิ้นให้พร้อมเชื่อมได้เลยที่ LINE @548vojid หรือโทร 090-960-0063 ตอบกลับภายใน 1 ชั่วโมงในเวลาทำการ