วิธีจับคู่ม้วนเหล็กเคลือบสังกะสี-อลูมิเนียม (Galvalume) กับเครื่องจักรแปรรูปโลหะที่แตกต่างกัน

การเข้าใจลักษณะการแปรรูปม้วนเหล็กเคลือบแกลวาลูม

ม้วนเหล็กเคลือบกาลวาลูม (Galvalume) หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า ม้วนอะลูซิงค์ (Aluzinc) หรือม้วน GL เป็นผลิตภัณฑ์เหล็กที่ผ่านการเคลือบด้วยโลหะผสมที่มีส่วนประกอบของอลูมิเนียมร้อยละ 55 ซิงค์ร้อยละ 43.4 และซิลิคอนร้อยละ 1.6 ซึ่งนำมาเคลือบบนแผ่นเหล็กโดยกระบวนการจุ่มร้อนแบบต่อเนื่อง (continuous hot-dip process) องค์ประกอบพิเศษของชั้นเคลือบนี้ทำให้ม้วนเหล็กกาลวาลูมที่สามารถขึ้นรูปได้มีคุณสมบัติในการประมวลผลที่แตกต่างจากทั้งเหล็กเปล่าและม้วนเหล็กชุบสังกะสีแบบมาตรฐาน โดยส่วนประกอบของอลูมิเนียมจะสร้างชั้นออกไซด์ที่แน่นหนา ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมภายนอกอย่างยอดเยี่ยม ในขณะที่เฟสของซิงค์จะทำหน้าที่เป็นระบบป้องกันแบบเสียสละ (sacrificial protection) บริเวณขอบตัดของวัสดุ ส่วนการเติมซิลิคอนนั้นมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงการยึดเกาะของชั้นเคลือบระหว่างการขึ้นรูปด้วยความเร็วสูง ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเมื่อต้องจับคู่วัสดุนี้กับเครื่องจักรแปรรูปโลหะ การเข้าใจคุณสมบัติทางโลหะวิทยาเหล่านี้จึงมีความสำคัญต่อการเลือกพารามิเตอร์ของเครื่องจักรให้เหมาะสม เนื่องจากชั้นเคลือบ Al-Zn ร้อยละ 55 นั้นมีพฤติกรรมที่แตกต่างจากชั้นเคลือบซิงค์บริสุทธิ์อย่างชัดเจนในระหว่างการดัด การขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ (stamping) และการขึ้นรูปแบบม้วน (roll forming) ม้วนเหล็กกาลวาลูมเกรด DX51D+AZ ผิวแบบสแปงเกิลทั่วไป (regular spangle surface) ที่ผลิตตามมาตรฐาน ASTM A792 หรือ JIS G3321 มีความสามารถในการขึ้นรูปได้ดีเยี่ยม เมื่อตั้งค่าพารามิเตอร์ของเครื่องจักรให้เหมาะสม

ขดลวดเคลือบสังกะสี-อลูมิเนียมที่ตรงกันกับเครื่องขึ้นรูปแบบโรล

การขึ้นรูปแบบรีด (Roll forming) เป็นวิธีการแปรรูปที่พบได้บ่อยที่สุดสำหรับม้วนเหล็กเคลือบสารกัลวาลูม (galvalume steel coil) โดยเฉพาะในการผลิตแผ่นหลังคาลูกฟูก แผ่นผนังหุ้ม และชิ้นส่วนโครงสร้าง เมื่อเลือกม้วนเหล็กเคลือบสารกัลวาลูมให้สอดคล้องกับสายการผลิตรีดแบบต่อเนื่อง (roll forming line) จะต้องพิจารณาปัจจัยหลายประการ ทั้งนี้ เส้นผ่านศูนย์กลางด้านในของม้วน (coil inner diameter) ต้องสอดคล้องกับข้อกำหนดของอุปกรณ์ถอดม้วน (uncoiler) โดยขนาดมาตรฐานที่ใช้กันทั่วไปคือ 508 มม. หรือ 610 มม. ช่วงความหนาของวัสดุตั้งแต่ 0.09 ถึง 3.0 มม. ครอบคลุมการใช้งานส่วนใหญ่ของการรีดแบบต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม เครื่องจักรจะต้องมีค่าความสามารถในการรีด (machine rating) ที่สอดคล้องกับความหนาของวัสดุ (gauge) ที่ใช้จริง ความเร็วในการรีดแบบต่อเนื่องสำหรับม้วนเหล็กเคลือบสารกัลวาลูมที่สามารถขึ้นรูปได้โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 15 ถึง 45 เมตรต่อนาที ซึ่งขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของรูปทรงที่ต้องการและระยะความหนาของวัสดุ ชั้นเคลือบอะลูมิเนียม-สังกะสี (Al-Zn) ที่มีสัดส่วน 55 เปอร์เซ็นต์ มีคุณสมบัติยึดเกาะได้ดีเยี่ยม เนื่องจากมีการเติมซิลิคอน ทำให้ชั้นเคลือบไม่หลุดลอกหรือล่อนออกจากพื้นผิวแม้ในขณะขึ้นรูปด้วยรัศมีการโค้งที่แคบมาก อย่างไรก็ตาม ลูกกลิ้งที่ใช้ขึ้นรูปควรมีความสะอาดและปราศจากสิ่งสกปรก เพราะพื้นผิวที่อุดมด้วยอลูมิเนียมมีความไวต่อรอยขีดข่วนจากลูกกลิ้งมากกว่าพื้นผิวที่เคลือบด้วยสังกะสีบริสุทธิ์ ความต้องการหล่อลื่นโดยทั่วไปต่ำกว่าเหล็กเปลือย แต่การใช้น้ำมันหล่อลื่นสำหรับขึ้นรูปชนิดเบาอาจช่วยยืดอายุการใช้งานของลูกกลิ้งและปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวของผลิตภัณฑ์

ความเข้ากันได้กับการขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์และการดัดด้วยเครื่องกด

การขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์และการดัดด้วยเครื่องกดต้องคำนึงถึงคุณสมบัติของชั้นเคลือบกาลวาลูมอย่างรอบคอบ เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อชั้นเคลือบและสึกหรอของเครื่องมือ แผ่นเหล็กเคลือบกาลวาลูมที่สามารถขึ้นรูปได้ดี มักใช้เกรดซับสเตรตเป็นม้วนเหล็ก DX51D+AZ ซึ่งมีความเหนียวดี โดยค่าความยืดตัวสูงกว่าร้อยละ 22 สำหรับเกรดที่ใช้ขึ้นรูปลึก การตั้งระยะห่างระหว่างแม่พิมพ์ (die clearance) สำหรับการขึ้นรูปแผ่นเหล็กเคลือบกาลวาลูมควรกว้างกว่าระยะห่างที่ใช้กับเหล็กเปล่าที่มีความหนาเท่ากันประมาณร้อยละ 5 ถึง 10 เพื่อรองรับชั้นเคลือบและป้องกันการเกิดรอยขีดข่วน (galling) วัสดุที่ใช้ทำหัวเจาะ (punch) และแม่พิมพ์ (die) ควรเลือกให้มีความต้านทานการสึกหรอสูง เนื่องจากส่วนประกอบอะลูมิเนียมในชั้นเคลือบมีความขัดกร่อนมากกว่าสังกะสีบริสุทธิ์ จึงอาจเร่งให้เครื่องมือสึกหรอเร็วขึ้นในกระบวนการผลิตปริมาณสูง สำหรับการดัดด้วยเครื่องกดตัวเบรก (press brake) รัศมีโค้งด้านในขั้นต่ำควรไม่น้อยกว่า 1.5 เท่าของความหนาของวัสดุ สำหรับชั้นเคลือบที่มีความหนาไม่เกิน AZ150 และไม่น้อยกว่า 2 เท่าของความหนาของวัสดุ สำหรับชั้นเคลือบที่หนากว่านั้น การรักษาผิวด้วยกระบวนการ skin-pass ซึ่งผู้จัดจำหน่ายคุณภาพส่วนใหญ่ใช้ จะช่วยปรับปรุงความสม่ำเสมอของผิววัสดุ และลดความเสี่ยงของการเกิดรอยแตกลาย (stretcher strains) ขณะขึ้นรูป ทำให้วัสดุมีพฤติกรรมที่คาดการณ์ได้ดีขึ้นในสายการผลิตขึ้นรูปแบบอัตโนมัติ

ข้อกำหนดสำหรับสายการผลิตแบบตัดแยกและตัดให้ได้ความยาวที่ต้องการ

การตัดแยก (Slitting) และการตัดให้ได้ความยาวที่กำหนด (cut-to-length) เป็นขั้นตอนการแปรรูปที่จำเป็นอย่างยิ่ง ซึ่งใช้เปลี่ยนขดลวดเหล็กเคลือบสังกะสี-อลูมิเนียม (galvalume) แบบเต็มความกว้างให้กลายเป็นขดลวดที่แคบลงหรือแผ่นเรียบสำหรับการใช้งานเฉพาะทาง เมื่อจับคู่ขดลวดเหล็กเคลือบสังกะสี-อลูมิเนียมกับเครื่องตัดแยก ระยะห่างของใบมีดตัด (shear blade clearance) ต้องปรับตั้งค่าอย่างแม่นยำตามความหนาและแรงดึงของวัสดุ สำหรับขดลวดเหล็กเคลือบสังกะสี-อลูมิเนียมที่มีความหนาตั้งแต่ 0.09 ถึง 3.0 มิลลิเมตร ระยะห่างของใบมีดตัดโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงร้อยละ 5 ถึง 12 ของความหนาของวัสดุ ชั้นเคลือบที่มีส่วนประกอบอะลูมิเนียม-สังกะสีในอัตราส่วน 55:45 มีความแข็งมากกว่าสังกะสีบริสุทธิ์ ซึ่งหมายความว่าใบมีดตัดอาจสึกกร่อนเร็วกว่าปกติและจำเป็นต้องลับบ่อยขึ้น ความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ร้อยละ 1 ทั้งในด้านความกว้างและความหนา ซึ่งผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงสามารถควบคุมได้อย่างสม่ำเสมอ จะช่วยรับประกันคุณภาพของขอบที่ตัดได้อย่างมีเสถียรภาพ สำหรับสายการผลิตแบบตัดให้ได้ความยาวที่กำหนด เครื่องกลิ้งแบน (flattener rolls) ต้องปรับให้เหมาะสมเพื่อกำจัดความโค้งจากขดลวด (coil set) โดยไม่ก่อให้เกิดข้อบกพร่องด้านความเรียบใหม่ขึ้น ผิวเคลือบที่มีลายผลึก (regular spangle surface) ของขดลวดเหล็กเคลือบสังกะสี-อลูมิเนียมโดยทั่วไปสามารถใช้งานร่วมกับระบบตัดแบบโรตารีเชียร์ (rotary shear) และระบบตัดแบบฟลายอิงเชียร์ (flying shear) ได้ดี อย่างไรก็ตาม การเคลือบป้องกันรอยนิ้วมือ (anti-fingerprint treatment) ที่ผู้จัดจำหน่ายบางรายเสนอ สามารถช่วยให้การจัดการวัสดุง่ายขึ้นและลดการเกิดรอยขีดข่วนบนพื้นผิวขณะนำแผ่นมาเรียงซ้อนกัน

ข้อพิจารณาเกี่ยวกับการเชื่อมและการต่อวัสดุแผ่นเหล็กเคลือบสังกะสี-อลูมิเนียม (Galvalume)

การเชื่อมม้วนเหล็กกล้าเคลือบด้วยโลหะผสมอลูมิเนียม-สังกะสี (Galvalume) จำเป็นต้องปรับพารามิเตอร์เฉพาะเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าเปลือย เนื่องจากเนื้อหาอลูมิเนียมร้อยละ 55 ส่งผลต่อความเสถียรของอาร์คและพฤติกรรมของแนวเชื่อมที่หลอมละลาย สำหรับการเชื่อมแบบจุดโดยใช้ความต้านทาน (Resistance Spot Welding) ควรเพิ่มกระแสไฟฟ้าในการเชื่อมขึ้นร้อยละ 10 ถึง 20 เมื่อเทียบกับเหล็กกล้าเปลือยที่มีความหนาเท่ากัน และการบำรุงรักษาปลายขั้วไฟฟ้า (Electrode Tip) มีความสำคัญยิ่งขึ้น เนื่องจากอลูมิเนียมอาจสะสมบนขั้วไฟฟ้าทองแดง สำหรับการเชื่อมแบบอาร์คโลหะในบรรยากาศก๊าซ (Gas Metal Arc Welding) จำเป็นต้องกำจัดชั้นเคลือบออกบริเวณรอยเชื่อมก่อนการเชื่อม เพื่อป้องกันการเกิดรูพรุนและสารสิ่งเจือปน โดยทั่วไปจะใช้วิธีขัดด้วยเครื่องจักรหรือทำความสะอาดด้วยสารเคมี แผ่นเหล็กกล้าเคลือบด้วยโลหะผสมอลูมิเนียม-สังกะสี (Galvalume) ที่สามารถขึ้นรูปได้ดีนั้นมักเข้ากันได้กับลวดเชื่อมและวัสดุเสริมมาตรฐานที่ตรงกับเกรดของเหล็กกล้าพื้นฐาน อย่างไรก็ตาม บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (Heat-Affected Zone) จะสูญเสียชั้นเคลือบในท้องถิ่น ซึ่งควรแก้ไขด้วยสีที่อุดมด้วยสังกะสี (Zinc-Rich Paint) หรือสารเคลือบสังกะสีแบบเย็น (Cold Galvanizing Compound) เพื่อป้องกันการกัดกร่อน ผู้ผลิตที่ให้บริการแปรรูป เช่น การเชื่อม การเจาะรู การตัด และการดัด สามารถให้คำแนะนำเกี่ยวกับพารามิเตอร์การเชื่อมที่เหมาะสมสำหรับเกรดและขนาดความหนาของม้วนเหล็กกล้าเคลือบด้วยโลหะผสมอลูมิเนียม-สังกะสี (Galvalume) แต่ละชนิดได้

การประยุกต์ใช้งานจริง: การเลือกเครื่องจักรสำหรับสายการผลิตหลังคา

ผู้ผลิตแผ่นหลังคาในเอเชียกลางเมื่อเร็วๆ นี้ได้ลงทุนในสายการผลิตใหม่เพื่อแปรรูปม้วนเหล็กเคลือบสังกะสี-อลูมิเนียม (Galvalume) ให้เป็นแผ่นหลังคาลอน สายการผลิตนี้ประกอบด้วยเครื่องคลายม้วนแบบสองหัวความจุ 15 ตัน เครื่องขึ้นรูปแบบโรลฟอร์มมิ่ง 20 สถานี เครื่องตัดแบบไฮดรอลิกแบบบินได้ (Hydraulic Flying Shear) และระบบจัดเรียงชิ้นงานอัตโนมัติ ผู้ผลิตเลือกใช้ม้วนเหล็กเคลือบสังกะสี-อลูมิเนียม (Galvalume) ที่มีความหนา 0.4 มม. ชั้นเคลือบ AZ150 และเกรด DX51D+AZ จากผู้จัดจำหน่ายที่ให้บริการแปรรูปแบบครบวงจร โดยทำงานร่วมกับผู้จัดจำหน่ายโดยตรงเพื่อให้ข้อมูลจำเพาะของม้วนสอดคล้องกับความสามารถของเครื่องจักร ผู้ผลิตสามารถบรรลุอัตราการผลิตที่เสถียรที่ 30 เมตรต่อนาที โดยไม่มีข้อบกพร่องการลอกของชั้นเคลือบเลยตลอดการผลิตจำนวน 50,000 เมตรเชิงเส้น ความสามารถของผู้จัดจำหน่ายในการจัดหาวัสดุที่ผ่านการรีดเบา (Skin-pass Treated) พร้อมความแบนราบสม่ำเสมอตามค่าความคลาดเคลื่อนที่กำหนดไว้ มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อผลลัพธ์นี้ เนื่องจากหากม้วนมีรูปทรงไม่สม่ำเสมอจะก่อให้เกิดปัญหาการป้อนวัสดุเข้าสู่เครื่องขึ้นรูปแบบโรลฟอร์มมิ่ง กรณีนี้แสดงให้เห็นว่า การจับคู่ม้วนเหล็กเคลือบสังกะสี-อลูมิเนียม (Galvalume) กับเครื่องจักรแปรรูปโลหะอย่างประสบความสำเร็จ จำเป็นต้องอาศัยทั้งการตั้งค่าเครื่องจักรที่ถูกต้อง รวมทั้งการระบุข้อมูลจำเพาะของวัสดุอย่างรอบคอบและการร่วมมือกับผู้จัดจำหน่าย

คำถามที่พบบ่อย

รัศมีการดัดที่แนะนำสำหรับขดลวดเหล็กเคลือบกาลวาลูมที่สามารถดัดได้ในระหว่างกระบวนการคือเท่าใด

รัศมีการดัดต่ำสุดสำหรับขดลวดเหล็กเคลือบกาลวาลูมควรอย่างน้อย 1.5 เท่าของความหนาของวัสดุสำหรับชั้นเคลือบ AZ150 และเกรดที่บางกว่านั้น สำหรับชั้นเคลือบที่หนากว่าหรือเกรดที่มีความแข็งแรงสูง แนะนำให้ใช้รัศมีการดัดที่เท่ากับ 2 เท่าของความหนาหรือมากกว่านั้น เพื่อป้องกันไม่ให้ชั้นเคลือบแตกร้าวบริเวณแนวการดัด

สามารถนำขดลวดเหล็กเคลือบกาลวาลูมไปประมวลผลบนสายการขึ้นรูปแบบโรลเดียวกันกับขดลวดเคลือบสังกะสีได้หรือไม่

ใช่ ขดลวดเหล็กเคลือบกาลวาลูมโดยทั่วไปสามารถประมวลผลบนอุปกรณ์ขึ้นรูปแบบโรลเดียวกันกับขดลวดเคลือบสังกะสีได้ เนื่องจากคุณสมบัติในการขึ้นรูปมีความคล้ายคลึงกัน อย่างไรก็ตาม พื้นผิวที่อุดมด้วยอลูมิเนียมมีความแข็งและกัดกร่อนมากกว่า ดังนั้นลูกกลิ้งขึ้นรูปอาจสึกหรอเร็วกว่าปกติ และควรตรวจสอบความเสียหายบ่อยขึ้นเมื่อมีการเปลี่ยนวัสดุระหว่างกัน

เส้นผ่านศูนย์กลางด้านในของขดลวดมีผลต่อความเข้ากันได้กับเครื่องจักรอย่างไร

เส้นผ่านศูนย์กลางด้านในของม้วนวัสดุต้องสอดคล้องกับเพลาขยายของเครื่องถอดม้วนบนเครื่องจักรแปรรูป เส้นผ่านศูนย์กลางมาตรฐานที่ใช้บ่อยที่สุดสำหรับม้วนเหล็กเคลือบสังกะสี-อลูมิเนียม คือ 508 มม. และ 610 มม. หากเส้นผ่านศูนย์กลางของม้วนไม่สอดคล้องกับเครื่องถอดม้วน สามารถใช้ปลอกปรับขนาดได้ แต่การใช้ปลอกดังกล่าวอาจทำให้ความมั่นคงในการถอดม้วนลดลง และทำให้ความเร็วในการผลิตช้าลง