การเชื่อม

การเชื่อมต้านทาน

การเชื่อมต้านทาน (Resistance Welding) เป็นการสร้างความร้อนจากการผ่านกระแสไฟฟ้าผ่านโลหะที่มีความต้านทานไฟฟ้า ซึ่งบริเวณที่มีความต้านทานสูงคือบริเวณรอยที่ผิวโลหะคนละชิ้นมาสัมผัสกัน จะเกิดความร้อนสูงสุด  ทำให้โลหะหลอมละลายเกิดเป็นบ่อหลอมเชื่อมต่อโลหะทั้งสองชิ้นเข้าด้วยกันที่มีกระแสไฟฟ้า (1000–100,000 A) ไหลผ่านโลหะ โดยทั่วไปกระบวนการเชื่อมนี้ทำให้เกิดมลพิษต่ำ แต่มีข้อจำกัดด้านการใช้งานที่ไม่หลากหลาย และอุปกรณ์มีราคาแพง
การเชื่อมจุด (spot weld) เป็นการเชื่อมโดยอาศัยแรงอัด ชนิดหนึ่งที่เป็นที่นิยมใช้งานเชื่อมต่อแผ่นโลหะที่วางซ้อนกันโดยมีความหนาได้ถึง 3 มิลลิเมตร ในการเชื่อมนั้น อิเล็กโทรดสองชิ้นจะทำหน้าที่นำกระแสไฟฟ้าเข้าสู่ชิ้นงานและ กดชิ้นงานในเวลาเดียวกัน  ข้อดีของกระบวนการนี้คือ ใช้พลังงานน้อย และไม่ทำให้ชิ้นงานเสียรูป ทำงานได้เร็ว ทำเป็นระบบอัติโนมัติได้ง่าย และไม่จำเป็นต้องใช้ลวดเติม  แต่ความแข็งแรงของแนวเชื่อมที่ได้จะต่ำกว่าการเชื่อมด้วยกระบวนการอื่นๆ  กระบวนการเชื่อมจุดนี้ ใช้มากให้อุตสาหกรรมรถยนต์ โดยประยุกต์ใช้กับแขนหุ่นยนต์ ในรถยนต์คันหนึ่งอาจมีรอยเชื่อมจุด ได้มากถึงหลายพันจุด 
การเชื่อมตะเข็บ (seam welding) คล้ายกับการเชื่อมจุด แต่มีข้อแตกต่างที่การเชื่อมแบบตะเข็บนั้น รอยเชื่อมต่อเนื่องเป็นแนว ไม่ได้เป็นจุด เนื่องจากไม่ได้ใช้อิเล็กโทรดรูปแท่งแบบจุด แต่ใช้เป็นลักษณะวงล้อ

การเชื่อม Laser

การเชื่อมด้วยลำเลเซอร์ (Laser beam welding, LBW) คือกระบวนการหนึ่งของการเชื่อมวัสดุ โดยใช้พลังงานจากลำเลเซอร์หลอมชิ้นงานบริเวณที่ ลำเลเซอร์ตกกระทบ โดยพลังงานที่เข้าสู่ชิ้นงานมีความหนาแน่นสูง ทำให้สามารถเชื่อมโดยรอยเชื่อมแคบและลึกได้  เหมาะกับการเชื่อมงานที่ต้องการการซึมลึก
การเชื่อมด้วยลำเลอเซอร์นั้นอาศัยพลังงานความเข้มสูง (ระดับ 1 เมกะวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร) ทำให้ได้บริเวณกระทบร้อน (Heat-Affected Zone, HAZ) ที่มีขนาดเล็ก และมีอัตราการเย็นตัวที่เร็ว  ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของลำเลเซอร์ ณ จุดที่เลเซอร์ตกกระทบบนชิ้นงานอยู่ระหว่าง 0.2 มม ถึง 13 มม

การเชื่อมเทอร์มิท

การเชื่อมเทอร์มิทเป็นกระบวนการเชื่อมที่ใช้มากในการเชื่อมต่อรางรถไฟ อาศัยการหลอมผงเหล็กและอะลูมิเนียมที่อุณหภูมิประมาณ 2450°

ความเค้นตกค้างหรือความเค้นที่เหลืออยู่ (Residual stress)

ความเค้นตกค้าง คือ สิ่งที่ตกค้างอยู่ เป็นสาเหตุเริ่มต้นของการเกิดความเค้นทั้งหมด (จากแรงภายนอก, จากการไม่สมดุลของความร้อน) ซึ่งต้องกำจัดออก เป็นความเค้นที่เหลืออยู่ระหว่างพื้นที่หน้าตัดชิ้นงาน แม้ว่าไม่มีความเค้นภายนอกมากระทำ ความเค้นคงเหลือเกิดขึ้นจากหลายเหตุผล รวมทั้งการไม่ยืดหยุ่นให้ชิ้นงานเกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง และผลจากการปรับปรุงด้วยความร้อน ความร้อนจากการเชื่อมเป็นสาเหตุให้ชิ้นงานขยายตัวในวงจำกัด เช่นการเชื่อมแบบหลอมละลาย หรือการจับยึดชิ้นงานระหว่างการเชื่อม เมื่อเนื้อรอยเชื่อมเกิดเย็นตัว บางพื้นที่เย็นก่อนและเกิดการหดตัวก่อนส่วนอื่น ความเค้นตกค้างที่เหลืออยู่ คือสิ่งที่ได้จากการหลอม รวมทั้งการเย็นตัวของชิ้นงานที่ไม่สมดุลกัน
ขณะที่ไม่สามารถควบคุมความเค้นตกค้างได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่ต้องการ การออกแบบจำนวนมากขึ้นกับมัน ตัวอย่างเช่น ความแข็งแรงของกระจก และการเผื่อความเค้นล่วงหน้าของคอนกรีต ความเค้นในคอนกรีต ขึ้นกับการป้องกันความเปราะ เสียหาย ให้ทำนองเดียวกัน ความโน้มเอียงสู่การเกิดโครงสร้างที่แข็งเปราะ (marensite) การก่อรูปแบบของความเค้นในมีดดาบโดยเจาะจงให้คมมีความแข็ง สามารถป้องกันการแตกที่คมดาบ บางอย่างเช่น ลำกล้องปืน ทำด้วยท่อสองท่อให้ยึดติดกัน ท่อด้านในถูกบีบอัดขณะภายนอกทำให้ขยายออกได้ เพื่อป้องกันการแตกจากร่องที่เป็นเกลียวของลำกล้องแน เมื่อกระสุนพุ่งออกไป ปกติชิ้นส่วนทำให้ร้อนหรือจุ่มในของเหลวไนโตรเจนเหลว (liquid nitrogen) เพื่อช่วยส่วนประกอบ
การบีบอัดที่เหมาะสมโดยทั่วไปจะทำอย่างรอบคอบของการใช้ความเค้นตกค้าง สลักเกลียวพวงมาลัยของยานยนต์ ตัวอย่างเช่น การกดรูของดุมล้อ รูมีขนาดเล็กกว่าสลัก เพื่อต้องการอัดแรงผ่านสลักให้เกิดความเค้นตกค้าง ความเค้นตกค้างจะผูกติดเข้าด้วยกันกับชิ้นส่วน ต้วอย่างอื่นๆเช่นตะปู เป็นต้น

เหล็กกล้า (Steel)

เหล็กกล้าเป็นโลหะผสมประกอบด้วยธาตุเหล็ก (iron) , คาร์บอน 0.2-1.7 หรือ 2.0% ไม่เกินกว่านี้โดยน้ำหนัก (C:1000-10,8.67Fe) ขึ้นกับเกรดที่ใช้งาน คาร์บอนเป็นธาตุที่มีผลอย่างมากต่อโลหะผสม แต่ธาตุอื่นๆที่นำมาใช้เช่น แมงกานีส, ทังสะเตน, คาร์บอนและธาตุอื่นๆทำหน้าที่ให้เกิดปฏิกิริยาการชุบแข็งในผลึกอะตอมของเหล็ก จากการเลื่อนไหลของโครงสร้างอื่นๆภายในเนื้อเหล็กกล้า จำนวนของธาตที่ผสมและรูปแบบของมันเป็นตัวควบคุมบทบาทในเหล็กกล้า (ธาตุตัวถูกละลาย ขั้นตอนการตกตะกอน) เช่น ความแข็ง ความเหนียว ความทนต่อแรงดึงของการมีผลต่อเหล็กกล้า เหล็กกล้าที่มีการเพิ่มคาร์บอนสามารถให้ความแข็งที่เพิ่มขึ้นมากกว่าเหล็กแต่ให้ความเปราะมากขึ้นด้วย การถูกละลายได้ของคาร์บอนในเหล็ก (iron) ในรูปแบบออสเตนไนต์ คือ 2.14% โดยน้ำหนัก การเกิดขึ้นที่ 1149 C คาร์บอนที่เข้มข้นมากกว่านี้หรืออุณหภูมิต่กว่านี้จะสร้างโครงสร้างเซีเมนไต์ (โครงสร้างเปราะ) โลหะผสมที่มีคาร์บอนมากกว่านี้ คือเหล็กหล่อที่ได้มาจากการหลอม (Cast iron) เพราะมันมีจุดหลอมต่ำ เหล็กกล้ามีความโดดเด่นจากเหล็กเหนียว (wrought iron) ซึ่งมีธาตุอื่นผสมเพียงเล็กน้อย 1-3% ของน้ำหนักโดยสแลก (slag) ในรูปแบบของอนุภาคขนาดเล็กในทุกทิศทาง การให้เกรนที่มีลักษณะโครงสร้างเหล็ก มันมีความต้านทานต่อสนิมมากกว่าเหล็กกล้าและเชื่อมได้ง่าย ในทุกวันนี้เราพูดเกี่ยวกับอุตสาหกรรมเหล็กและเหล็กกล้า เหมือนกับว่าเจาะจงเพียงเป็นอย่างเดียวกัน แต่สิ่งที่เกิดขึ้นในประวัติศาสตร์ พวกมันได้เคยถูกแบ่งไว้เป็น 2 แบบ

อะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมและอะลูมิเนียมอัลลอยสามารถเชื่อมด้วยกระบวนการเชื่อมในกลุ่มอาร์คได้ แต่มีความซับซ้อน และยากกว่าการเชื่อมเหล็กกล้า เนื่องจาก อะลูมิเนียมมีค่าความจุความร้อนแฝงสูง นั่นหมายถึงต้องใช้ความร้อนเป็นปริมาณมาก กว่าที่จะทำให้เกิดบ่อหลอมได้ อีกทั้งยังนำความร้อนได้ดี ทำให้ความร้อนจากอาร์คถูกถ่ายเทไปสู้บริเวณอื่น บริเวณที่ต้องการเชื่อมจึงเกิดบ่อหลอมยาก เมื่อเทียบกับการเชื่อมเหล็กกล้า  
คุณสมบัติอีกประการหนึ่งของอะลูมิเนียมที่เป็นประโยชน์ต่อการใช้งาน คือการที่มีชั้นออกไซด์ฟิล์มที่ผิวของอะลูเนียมเกิดขึ้นตามธรรมชาติ  ชั้นออกไซด์ฟิล์มนี้มีความแข็งแรง ช่วยป้องกันผิวชิ้นงานจากการกัดกร่อนได้ดี เมื่อเชื่อมอะลูมิเนียม ชั้นออกไซด์นี้จะขัดขวางทำให้เนื้องานกับลวดที่เติมเข้าไปในบ่อหล่อม ไม่รวมเป็นเนื้อเดียวกัน จึงต้องใช้เทคนิคการเชื่อมที่เฉพาะสำหรับอะลูมิเนียม เช่นการปรับตั้งค่ากระแสไฟฟ้าเป็นกระแสสลับในการเชื่อมทิก เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ 
อะลูมิเนียมเกิดการบิดเสียรูปได้ง่ายในขณะเชื่อมเมื่อเทียบกับการเชื่อมเหล็กกล้า เนื่องจากมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่สูง
การเกิดการแตกร้าวร้อน (Hot cracking) เป็นการแตกร้าวที่พบมากที่สุดในการเชื่อมอะลูมิเนียม การแตกร้าวนี้เกิดขึ้นเมื่อบ่อหลอมกำลังเย็นตัวลงเข้าใกล้จุดที่เปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นของแข็ง (Solidus) สาเหตุมาจากการออกแบบกระบวนการหรือการปรับตั้งค่าไม่เหมาะสม และมีธาตุอื่นที่มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าอะลูมิเนียมเจือปน  นอกจากนี้ ยังเกิดปัญหาการเกิดโพรงอากาศเล็กๆ ในเนื้อเชื่อมมากกว่าการเชื่อมเหล็กกล้าอีกด้วย

นิกเกิลอัลลอย

นิกเกิลอัลลอยคือ โลหะผสม ที่มีนิกเกิลเป็นสัดส่วนสูงที่สุด โลหะผสมนี้มีสมบัติทางกลดีมาก คือมีความเหนียวสูง สามารถขึ้นรูปได้ มีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนสูง มีความแข็งแรงสูงแม้ในสภาวะอุณหภูมิสูง  ด้วยคุณสมบัติที่ดีดังกล่าว นิกเกิลอัลลอยจึงใช้มากในชิ้นส่วนเครื่องจักรในอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับไอสารเคมีที่มีอุณหภูมิสูง ตลอดจนกังหันแก๊สกำเนิดไฟฟ้า และชิ้นส่วนในเครื่องยนต์ไอพ่น
ชิ้นงานที่ทำจากนิกเกิลอัลลอยสามารถต่อติดกันด้วยกระบวนการเชื่อม การบัดกรี และการแล่นประสาน  สำหรับการเชื่อมนั้นนิยมใช้กระบวนการเชื่อมทิก (TIG welding หรือ GTAW) เนื่องจากให้ผลลัพธ์ที่ดี ในขณะที่กระบวนการเชื่อมอื่นๆ เช่น SMAW, GMAW, FCAW และ SAW นั้นมีการใช้ในระดับที่น้อยกว่า  
ลวดเชื่อมที่เหมาะสมกับการเชื่อมนิกเกิลอัลลอยนั้น โดยทั่วไปใช้ลวดที่มีส่วนผสมทางเคมีที่เหมือนกับตัวชิ้นงานที่จะเชื่อม  แต่มียกเว้นเป็นบางกรณีที่ใช้ลดวเชื่อมที่แตกต่างจากเนื้องาน เพื่อป้องกันการแตกร้อนในแนวเชื่อม และให้ได้คุณสมบัติพิเศษเช่น เพิ่มความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนในสภาวะแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนสูง เป็นต้น

การเชื่อมเพื่อพอกผิว

นอกจากการเชื่อมต่อชิ้นงานเข้าด้วยกันแล้ว  กระบวนการเชื่อมอาร์ค และการเชื่อมแก๊ส ยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการสร้างเนื้อวัสดุบนชิ้นงาน ด้วยการเชื่อมพอกผิว  ซึ่งการพอกผิวนี้ มีหลายลักษณะ สามารถแบ่งตามวัตถุประสงค์ของการใช้งานได้ดังนี้
Cladding หมายถึงการพอกผิวเพื่อการป้องกันการกัดกร่อน
Buttering หมายถึงการทำชั้นพอกผิวเป็นตัวกลางระหว่างชิ้นงานกับเนื้อเชื่อมชั้นบนสุด
Buildup หมายถึงการเชื่อมพอกเนื้อวัสดุเพื่อให้ได้ขนาดบรรลุตามที่กำหนด
Hardfaceing คือการพอกผิวเพื่อเพิ่มความต้านทานการเสียดสี และการให้กับชิ้นงานกระแทก

การเชื่อมพลาสติก

ดูเพิ่มเติมที่ Plastic welding
พลาสติกโดยทั่วไปแบ่งเป็นสองประเภทคือ ประเภทเทอร์โมเซต และประเภทเทอร์โมพลาสติก 
พลาสติกเทอร์โมเซตนั้นเมื่อผลิตขึ้นรูปครั้งแรกแล้ว ไม่สามารถทำลายพันธะของการยึดเกาะระหว่างกันของโมเลกุลโดยไม่สูญเสียคุณสมบัติของตัวพลาสติกได้ การให้ความร้อนไม่ทำให้เกิดการหลอม แต่จะเกิดการไหม้ดำ เนื่องจากไม่สามารถทำให้เกิดการหลอมได้นี้ พลาสติกประเภทนี้จึงไม่สามารถเชื่อมได้  ตัวอย่างของพลาสติกประเภทนี้คือ อีป๊อกซี่ ซิลิโคน ยางวัลคาไนซ์ โพลีเอสเตอร์ และ โพลียูรีเทน เป็นต้น
พลาสติกประเภทเทอร์โมพลาสติกจะตรงข้ามกับประเภทเทอร์โมเซต กล่าวคือเทอร์โมพลาสติกนี้สามารถเชื่อมได้ เนื่องจากเมื่อให้ความร้อน ตัวพลาสติกเกิดการหลอมเหลว และเกิดการแข็งตัวอีกครั้งเมื่อเย็นตัวลง ตัวอย่างของพลาสติกประเภทนี้ได้แก่ โพลีเอททิลีน โพลีโพรพิลีน โพลีสไตรีน พีวีซี เทฟลอน และสเปคตราลอน เป็นต้น
การเชื่อมพลาสติกมีความคล้ายคลึงกับการเชื่อมแก้ว ขั้นตอนการทำงานคือ ทำความสะอาดชิ้นงาน จากนั้นให้ความร้อน จนเนื้อวัสดุหลอมเป็นของเหลวหนืด  จากนั้นนำชิ้นงานที่ได้รับความร้อนกดเข้ากับชิ้นงานอีกชิ้นหนึ่งที่ต้องการจะเชื่อมต่อเข้าด้วยกันซึ่งได้รับความร้อน เกิดการหลอมเช่นกัน  จะเกิดการแพร่ของโมเลกุลระหว่างผิวสัมผัสเข้าไปผสมกัน จนเกิดเป็นการเชื่อมต่อเข้าเป็นชิ้นเดียวกัน หรือเป็นเนื้อเดียวกัน  เมื่อเย็นตัวลงพลาสติกที่เคยหลอมจะแข็งตัว
แหล่งให้ความร้อนในการเชื่อมพลาสติกมีหลากหลาย เช่น เตาอบ กระแสไฟฟ้า คลื่นเสียงความถี่สูง ลำเลเซอร์ การเสียดสีจนเกิดความร้อน เป็นต้น  
นอกจากนี้เทอร์โมพลาสติกหลายชนิด ยังสามารถเชื่อมต่อกันได้ด้วยกระบวนการทางเคมี โดยการใช้สารละลายเคมี ทำให้ผิวหน้าของวัสดุอ่อนและเหลว จากนั้นนำไปกดเข้ากับอีกชิ้นงานหนึ่ง โมเลกุลของทั้งสองชิ้นจะผสมกัน และทำให้ชิ้นงานเชื่อมต่อกัน วิธีการนี้ใช้มากในการเชื่อมท่อ พีวีซี หรือ เอบีเอส หรือการเชื่อมระหว่างสไตรีนกับโพลีสไตรีน  วิธีการนี้ไม่สามารถใช้กับพลาสติกที่มีความสามารถในการทนสารเคมีสูงได้ เช่นเทฟลอน โพลีเอททิลีน เป็นต้น

การเชื่อมกระจกหรือแก้ว

ดูเพิ่มเติมที่ Glassblowing

ประเด็นความปลอดภัย

การเชื่อมอาจเป็นอันตรายและส่งผลเสียต่อสุขภาพหากขาดความระมัดระวังในการปฏิบัติงาน อย่างไรก็ตามการใช้เทคโนโลยีและอุปกรณ์ป้องกันสมัยใหม่ก็ลดความเสี่ยงต่างๆ ลงอย่างมาก
เนื่องจากหลาย ๆ ขั้นตอนการทำงานของกระบวนการเชื่อมเกี่ยวข้องกับกระแสไฟฟ้าหรือเปลวไฟ จึงเสี่ยงต่อการเผาไหม้และเพลิงไฟ เพื่อเป็นการป้องการการบาดเจ็บ ผู้เชื่อมสวมอุปกรณ์ป้องกัน อย่างเช่นถุงมือหนัง เสื้อแขนยาว ซึ่งป้องกันร่างกายของผู้ปฏิบัติงานให้ไม่สัมผัสกับความร้อนและเปลวไฟ นอกจากนี้แสงจ้าที่เกิดจากการเชื่อมมีรังสีอัลตราไวโอเลต ยังเป็นอันตรายต่อดวงตา จึงพบเห็นได้ว่าผู้ปฏิบัติงานมีการสวมหน้ากากป้องกันใบหน้าและมีแผ่นป้องกันรังสีและแสงจ้าสำหรับดวงตา
พื้นที่ปฏิบัติงานโดยทั่วไปมีม่านพอลีไวนิลคลอไรด์ เพื่อป้องกันรังสียูวิออกสู่บริเวณอื่น สำหรับป้องกันผลกระทบต่อบุคคลอื่นด้วย แต่ม่านนี้ยังไม่สามรถลดแสงจ้าได้จนอยู่ในระดับปลอดภัย 
ช่างเชื่อมส่วนมากต้องสัมผัสกับแก๊สที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพ กระบวนการเชื่อมฟลักซ์และการเชื่อมไฟฟ้า ทำให้เกิดควันที่มีแก๊สโอโซน คาร์บอนไดออกไซด์ อนุภาคของออกไซด์ต่างๆ ขนาดเล็ก ตลอดจนไอระเหยของโลหะหนักต่าง ๆ ซึ่งเหล่านี้มีผลกระทบต่อ ปอด ตับ ไต ระบบประสาทส่วนกลาง ดังนั้นจึงมีข้อกำหนดเรื่องการป้องกันทางเดินหายใจและระบบการดูดอากาศสำหรับการปฏิบัติงานที่มีมาตรฐาน

มาตรฐานงานเชื่อม

การเชื่อมงานหรือโครงสร้างที่มีความสำคัญ มีผลกระทบต่อชีวิตและทรัพย์สิน เช่นโครงสร้างอาคารขนาดใหญ่ โรงงานอุตสาหกรรม หอกลั่นน้ำมัน ถังรับแรงดันสูง แท่นขุดเจาะน้ำมันในทะเล เรือเดินสมุทร มีมาตรฐานที่นานาชาติยอมรับ  ซึ๋งเป็นเอกสารอ้างอิงสำหรับการปฏิบัติงานสำหรับผู้ที่เกี่ยวข้อง เช่น เจ้าของชิ้นงาน ผู้ผลิต ประกอบชิ้นงาน ช่างเชื่อม ผู้ตรวจสอบ หน่วยงานทางราชการ หน่วยงานระหว่างประเทศ เป็นต้น  มาตรฐานที่ยอมรับในระดับนานาชาติ มีอยู่หลายมาตรฐาน ขึ้นอยู่กับผู้เป็นเจ้าของงานนั้นต้องการให้งานมีมาตรฐานใด หรือบางประเทศมีกฎหมายให้การทำงานต้องเป็นไปตามมาตรฐานที่ระบุ ดูมาตรฐานนานาชาติเพิ่มเติมที่ List of welding codes