วิธีการลดของเสียในกระบวนการเชื่อมจุด ของกระบวนการผลิตชิ้นงาน Spring House Defect Reduction of spot welding process during manufacturing process of Spring House วีรพงษ์ ศิริภัทรางกูร* ไพบูลย์ ช่วงทอง ภาควิชาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี แขวงบางมด เขตทุ่งครุ กรุงเทพมหานคร 10140 E-MAIL:WEERAPONG.SIL@TSPKK.CO.TH บทคดัย่อ งานวิจัยนี้เป็นการหาสาเหตุข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นจากการ ผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ และปรับปรุงกระบวนการเชื่อมจุดของ ชิ้นส่วน Spring House จากการเก็บข้อมูลและวิเคราะห์โดย แผนภูมิพาเรโต้ไดอะแกรมมีสัดส่วนของเสียที่พบ ได้แก่ การ เชื่อมไม่ติด การเชื่อมระเบิด การเชื่อมมีครีบ วิธีการปรับปรุงลด ของเสียดังกล่าววิเคราะห์โดยการใช้แผนภูมิก้างปลา ตั้ง สมมุติฐานเพื่อหาสาเหตุและด าเนินการการทดลองจาก กระบวนการผลิตด้วยการเชื่อมจุดต่อเนื่องจ านวน 4000 ชิ้น และท าการศึกษาความร้อนที่เกิดขึ้นกับแท่งอิเล็คโทรด การเสีย สกึกร่อนทห่ี น้าผวิสมัผสั ศกึษาการกระแสไฟฟ้า แรงดนัของ กระแส แรงกดของอิเล็คโทรด จากผลการทดสอบสมมติฐาน พบว่าแท่งอิเล็คโทรด เกิดความร้อนสะสมเป็นระยะเวลานาน ท า ให้ความสามารถในการน ากระแสฟ้าลดลง ส่งผลให้คุณภาพของ รอยเชื่อม (Nugget Size) มีขนาดไม่ได้ตามมาตรฐาน Mazda Engineering Standard (MES.) ที่บริษัทกรณีศึกษาใช้อ้างอิง ผลจากวิจัยหาสาเหตุของเสียนี้ ได้น าไปสู่การปรับปรุง กระบวนการการเชื่อมจุดในสายการผลิตชิ้นส่วน Spring House โดยปรับค่าพารามเิตอร์ ของกระแสไฟฟ้า แรงดนัของ กระแสไฟฟ้า แรงกดของอเิลค็โทรด ในเครื่องเชื่อมแบบจุด เพื่อ ลดความร้อนที่เกิดขึ้น และติดตั้งอุปกรณ์ฉนวนป้องกนั กระแสไฟฟ้ารวั่ ในขณะทา การเชอ่ืมจุดและได้ท าการตรวจสอบ แท่งอิเล็คโทรดทุกๆ 200 ชิ้น เพื่อยืนยันผลการวิเคราะห์สาเหตุ ที่ท าให้ชิ้นงานเชื่อมเสียหาย ผลจากการตรวจสอบสมมติฐาน โดยได้ท าการสุ่มชิ้นงานมาตรวจสอบสภาพรอยเชื่อมซึ่งมีขนาด ตรงตามมาตรฐาน Mazda Engineering Standard (MES) ค าหลัก การเชื่อมแบบจุด, Spring House, มาตรฐาน Mazda Engineering Standard (MES) 1.บทน า วิธีการเชื่อมจุด (Spot Welding Method) เป็นวิธีการที่ใช้ การเชื่อมโลหะแผ่นให้ติดกัน นิยมใช้งานอย่างแพร่หลายใน อุตสาหกรรมชิ้นส่วนยานยนต์ ซึ่งบริษัทกรณีศึกษามีนโยบาย เพิ่มประสิทธิภาพในการพัฒนาและปรับปรุงการผลิตในการลด ต้นทุน นโยบายพัฒนาปรับปรุงคุณภาพอย่างต่อเนื่อง คณะผู้ ศึกษาได้เลือกกระบวนผลิตชิ้นงาน Spring House ที่มีปริมาณ ของเสียที่เกิดจากกระบวนการเชื่อมจุดในปริมาณมาก โดยคณะผู้วิจัยได้ศึกษาพารามิเตอร์ที่มีผลต่อกระบวนการเชื่อม จุดเพื่อหาค่าพาราเมเตอร์ที่เหมาะสมในการผลิตชิ้นงานนี้ บริษัทกรณีศึกษาเป็นผู้ผลิต Chassis Frame ของรถกะบะ รุ่นที่มีขนาดน ้าหนักหน่ึงตนั ซง่ึประสบปญั หาขอ้รอ้งเรยีนจาก บริษัทลูกค้า ในเรื่องของงานเชื่อมจุดไม่ติด เมื่อท าการเก็บ ข้อมูลและวิเคราะห์พบว่า สัดส่วนของปญั หาการเชื่อมไม่ติดใน กระบวนการเชื่อมจุดมีผลมาจากพารามิเตอร์ต่างๆกระบวนการ เชื่อมยังไม่สอดคล้องกบัสถานการผลติชน้ิงานในปจัจุบนั จึงต้อง ท าการวิจัยหาสภาวะที่เหมาะสมกระบวนการเชื่อมจุดเพื่อลด ปริมาณของเสียที่เกิดขึ้น และสามารถลดขั้นตอนการแก้ไขงานที่ มีข้อบกพร่องลงไปได้ ผู้วิจัยอ้างอิงมาตรฐาน ของบริษัทลูกค้า คือ Mazda Engineering Standard (MES) เนื่องจากเป็นมาตรฐานที่ใช้ใน อ้างอิงระหว่างบริษัทผู้ล่งมอบและบริษัทลูกค้า ซึ่งมาตรฐาน ดังกล่าวได้กล่าวถึง การก าหนดสัญลักษณ์และแบ่งระดับของ มาตรฐานคุณภาพชิ้นงาน ดังต่อไปนี้ 1.สัญลักษณ์ AR RANK กล่าวถึงข้อก าหนดที่เกี่ยวข้องกับ กฏหมายระหว่างประเทศซึ่งให้ความส าคัญเกี่ยวกับความ ปลอดภัยสูง เนื่องจากว่าชิ้นส่วนอาจก่อให้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรง ต่อบุคคลตามท้องถนน 2.สัญลักษณ์ A RANK กล่าวถึงข้อก าหนดที่เกี่ยวข้องกับความ ปลอดภัยต่อผู้ใช้งาน และความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม 3.สัญลักษณ์ B RANK กล่าวถึงข้อก าหนดที่เกี่ยวข้องกับ คุณภาพการใช้งานโดยทั่วไป การเลือกขนาดของอิเล็คโทรด เพื่อให้มีขนาดและรูปร่างที่เหมาะสมกับการใช้งาน การ ตรวจสอบผิวหน้าสัมผัสของอิเล็คโทรด การเลือกเครื่องมือ ตรวจสอบเครื่องเครื่องเชื่อมจุด (Spot Welding Machine) และ การทดสอบรอยเชื่อมชิ้นงาน (Nugget) เพื่อให้คุณภาพของ ชิ้นงานมีความแข็งแรง ตรงตามมาตรฐาน MES. ที่ได้ก าหนด เอาไว้ [1] กระบวนการเชื่อมจุด (Spot Welding Process) เป็น วิธีการเชื่อมที่ท าให้ผิวหน้าของชิ้นงานติดกันเป็นจุด โดยการ วางโลหะชิ้นงาน 2 แผ่นประกบติดกัน โดยเกิดจากความร้อนที่ การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจ าปี 2554 20-21 ตุลาคม 2554 670 เป็นผลมาจากกระแสไฟฟ้าไหลผ่านชน้ิงานทเป็นตัวต้านทาน ่ี แล้วใช้แรงกดจากอิเล็กโทรด (Electrode) ท าให้ผิวหน้าของ ชิ้นงานตรงรอยเชื่อม (Nugget) หลอมละลายติดกันในช่วงเวลา สั้นๆ โดยใชแ้รงดนัไฟฟ้าต่ า และใชก้ระแสไฟฟ้าสงู ภายหลัง จากไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอิเล็กโทรดแล้ว ชิ้นงานจะค่อยๆ เย็นตัวลงจนกระทั่งอยู่ ในสภาวะของแข็ง ดังแสดงในรูปที่ 1 โดยรอยเชื่อมจุดมีขนาดประมาณพื้นที่สัมผัสของอิเล็กโทรดที่ใช้ กระบวนการเชื่อมจุดนั้น มีพารามิเตอร์ที่ส าคัญต่อคุณภาพของ ชิ้นงาน ได้แก่ กระแสไฟฟ้า ความต้านทาน เวลาที่ใช้ในการ เชื่อม ความหนาของโลหะ ชนิดของโลหะ รวมถึงชนิดและขนาด ของอิเล็กโทรด เป็นต้น [2] กระบวนการเชื่อมจุด ประกอบด้วย 4 ขั้นตอน ดังนี้ 1. เวลากดชิ้นงาน (Squeezing time) คือ เป็นช่วงเวลาการกด อิเล็กโทรดแนบกับชิ้นงานก่อนปล่อยกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน 2. เวลาเชื่อม (Welding Time) คือ ช่วงเวลาทก่ีระแสไฟฟ้าไหล ผ่านชิ้นงานเพื่อให้เกิดความร้อนจนหลอมชิ้นงานเชื่อมติดกัน 3. เวลากดแช่ (Hold Time) คือ เวลาที่กดแช่งานค้างไว้ หลงัจากกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแลว้ ซึ่งรอยเชื่อมจะเริ่มเย็นและ แข็งตัวจนมีความแข็งเพิ่มมากขึ้น 4. เวลาเปลี่ยนงาน (Off Time) คือ เวลาที่ อิเล็กโทรดเคลื่อนที่ ออกจากชิ้นงานจากจุดเดิมเพื่อไปเชื่อมจุดเชื่อมจุดอื่นต่อไป [3] รูปที่1(บน) แสดงกระบวนการเชื่อมจุด และ (ล่าง) เครื่องเชื่อม จุด (Spot Welding Machine) ของบริษัทกรณีศึกษา 3.วตัถปุ ระสงคง์านวิจยั 3.1 เพื่อปรับปรุงกระบวนการผลิต ของชิ้นส่วน Spring House 3.2 ศึกษากระบวนการเชื่อมจุด 3.3เพื่อหาสาเหตุที่ท าให้เกิดการเชื่อมไม่ติดกัน ลดของเสีย (Defect) ที่เกิดจากกระบวนการผลิต การออกแบบทดลอง ท าการทดลองโดยการท าการทดสอบตามสมมติฐานที่ได้ ตั้งไว้และท าการออกแบบการทดลองให้สอดคล้องกับสมมติฐาน นั้น โดยเก็บข้อมูลที่ได้จากการทดลองเพื่อน ามาตรวจสอบ สมมติฐาน แนวทางการออกแบบการทดลองประกอบไปด้วย 4 ขั้นตอน ดังนี้ 1) วางแผนการด าเนินการวิจัย ทราบถงึปญั หา วัตถุประสงค์ และแผนปรับปรุง 2) การตั้งสมมติฐานเพื่อน าไปสู่ การทดลอง โดยวิธีการตั้งสมมติฐานแผนภูมิก้างปลา 3) ท าการทดลองและสรุปผลเพื่อหาค่าพารามิเตอร์ที่เหมาะสม ในการตั้งเครื่องเชื่อมจุด (Spot Welding Machine) 4) ตรวจสอบยืนยัน ติดตามผลการทดลองหลังจากปรับ ค่าพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุด 4.การดา เนินงานวิจยั 4.1 การวิเคราะห์ข้อมูลเบื้องต้น จากการวิเคราะห์ข้อมูลในอดีตที่ผ่านมาของโรงงาน กรณีศึกษาเกี่ยวกับปญั หาทเ่ีกดิขน้ึในกระบวนการเชอ่ืมจุด ชิ้นส่วน Spring House ตั้งแต่เดือน ตุลาคม ถึง พฤศจิกายน 2553 พบว่า ปริมาณการผลิต 3,475 ชิ้น มีปริมาณของเสีย เกิดขึ้นคิดเป็นสัดส่วน 10.22% ดังแสดงในรูปที่ 2 ประกอบด้วย การเชื่อมไม่ติดของชิ้นงาน การเชื่อมไม่สมบูรณ์ดังแสดงในรูปที่ 3 และการเชื่อมเสียรูป เกิดจากการปรับแรงกดของ อิเล็คโทรดที่ มากเกินไปท าให้ชิ้นงานที่ผ่านกระบวนการเชื่อมจุดเสียรูป ลักษณะข้อบกพร่องดังกล่าว ส่งผลใหเ้กดิปญั หาในการน า ชิ้นงานไปประกอบเข้ากับชิ้นส่วน Shock up ซึ่งชิ้นงานที่ ประกอบเสร็จแล้ว ไม่สามารถรับแรงกระแทกในขั้นตอนการ ตรวจสอบคุณภาพได้ท าให้ชิ้นงานที่ผ่านการเชื่อมจุด หลุดออก จากกันท าให้ต้องเสียเวลา เป็นต้นทุนที่ลูกค้าต้องเสียเพิ่ม ประมาณ 250,000 บาท/ lot การผลิต รูปที่ 2 ปริมาณของเสียตั้งแต่เดือน ตุลาคมถึง พฤศจิกายน 2553 การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจ าปี 2554 20-21 ตุลาคม 2554 671 รูปที่ 2 (บน) ชิ้นงานที่เชื่อมไม่ติดกัน (ล่าง) ชิ้นงานผ่านการ เชื่อมไม่สมบูรณ์ 4.2 การตั้งสมมติฐาน ผู้ด าเนินการวิจัยได้ตั้งสมมุติฐานแผนภูมิก้างปลา ดังต่อไปนี้โดยเรมิ่ จากสมมตฐิานปจัจยัทเ่ีป็นผลมาจากพนกังาน (Man) วิธีการตรวจสอบหาสาเหตุ เริ่มจากเอกสารการฝึกอบรม การสอบถามความเข้าใจของพนักงานและวิธีการปฏิบัติงาน สมมตฐิานปจัจยัทเ่ีป็นผลมาจากวสัดุทใ่ีชใ้นการเชอ่ืม (Material) โดยตรวจสอบส่วนผสมทางเคมี (mill sheet) วัสดุที่ใช้ในการ ผลิต Spring House และลวดที่ใช้ในการเชื่อม สมมตฐิานปจัจยัทม่ีผีลมาจากเครอ่ืงเชื่อมแบบจุด (Machine) โดยตรวจสอบโครงสร้างของเครื่องเชื่อมจุด ระบบจ่าย กระแสไฟฟ้า ระบบการทา งานของแรงกด สมมตฐิานปจัจยัเป็น ผลมาจากกระบวนการเชื่อมแบบจุด (Method) ซง่ึในงานวจิยัน้ี ผวู้จิยัจะศกึษาปจัจยัทเ่ีป็นผลมาจาก กระบวนการเชื่อมแบบจุด โดยตั้งสมมติฐาน 3 ข้อเพื่อหาสาเหตุ การเชื่อมที่ไม่ติดกัน ดังต่อไปนี้ 1.สมมุติฐานข้อแรก วิธีการประกอบชิ้นงานระหว่างชิ้นงาน ด้านบนและด้านล่างมีช่องว่าง (GAP) เมื่อท าการเชื่อมบริเวณ ผิวของชิ้นงานไม่เรียบเนื่องจากเกิดการเสียรูปที่บริเวณผิวสัมผัส เมื่อชิ้นงานได้รับความร้อนจากการเชื่อม 2.สมมุติฐานข้อที่สอง ระบบหล่อเย็นในท่อระบายความร้อนไหล ไม่สะดวก ท าให้เกิดความร้อนสะสมบริเวณผิวสัมผัสของ อิเล็คโทรด เกิดการเสียรูปของผิวอิเล็คโทรด ท าให้ ความสามารถในการน าไฟฟ้าลดลง เนื่องจากตามข้อมูล แผนการผลิต ได้ท าการเชื่อมชิ้นงานต่อเนื่องกัน 4000 ชิ้นโดย ไม่พักเครื่อง เมื่อตรวจสอบที่ผิวสัมผัสของอิเล็คโทรดพบว่าผิว ไม่เรียบ เกิดการเสียรูปแบบถาวร รูปที่ 3 แผนภมู กิา้งปลาแสดงปจัจยัทม่ีผีลต่อการเชอ่ืมแบบจุด ผู้ด าเนินการวิจัยท าการวัดอุณหภูมิของผิวสัมผัสอิเล็คโทรด และ ชิ้นงานตรงบริเวณรอยเชื่อมอย่างต่อเนื่อง พบการเปลี่ยนแปลง ของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นตามรูปที่ 4 รูปที่ 4 รูปแสดงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของ ผิวสัมผัสอิเล็คโทรด ท าการวัดขนาดของรอยเชื่อม (Nugget) โดยผู้วิจัยได้ท าการสุ่ม ตรวจชิ้นงานโดยแบ่งระยะการเก็บตัวอย่างตามช่วงของอุณหภูมิ ผิวสัมผัสอิเล็คโทรดที่มีการเปลี่ยนแปลง โดยน าไปวัดขนาดของ รอยเชื่อม โดยการน าชน้ิงานไปตดัดว้ยเครอ่ืงตดัไฟฟ้า ตดัผ่าน ต าแหน่งรอยเชื่อม (Nugget) ทั้งสามจุด ดังรูปที่ 5 ขัดผิวงาน ตรงผิวรอยตัดและน าชิ้นงานไปกัดกรด จากนั้นน าชิ้นงานงานไป ถ่ายภาพและวัดขนาดของรอยเชื่อม (Nugget) โดยวัดขนาดของ จุด P 1 และ P 2
ต ำแหน่งในการวัดขนาดรอยเชื่อมตัด (Nugget) การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจ าปี 2554 20-21 ตุลาคม 2554 672 รูปที่ 6 ขนาดรอยเชื่อมด้านกว้าง P1 และรอยเชื่อมด้านลึก P2 5 ผลการทดลอง สมมตุ ิฐานข้อที่1 รูปร่างของชิ้นงานเสียรูป (Emboss) จากการทดลอง โดย วิธีการเคาะทดสอบรอยเชื่อมของชิ้นงาน (Knocking Nugget) โดยใช้เครื่องมือ Half Failure Tester กระแทกที่รอยเชื่อมของ ชิ้นงานทั้งสามจุดดังรูปที่ 7 ผลปรากฏว่า ชิ้นงานไม่หลุด ออก จากกัน ดังนั้นสมมุติฐานข้อแรกไม่มีผลต่อการเกิดชิ้นงานเชื่อม ไม่ติดกัน ดังรูปที่ 8 รูปที่ 7 การทดสอบรอยเชื่อมด้วยวิธีการกระแทก Knocking Nugget [1] รูปที่ 8 ชิ้นงานที่ผ่านการทดสอบแบบ Knocking Nugget ทั้ง สามจุดไม่หลุดออกจากกัน สมมตุ ิฐานข้อที่สอง ความกว้างและความลึกของรอยเชื่อม Nugget ในตารางที่ 1มี ขนาดเล็กลง เมื่ออุณหภูมิผิวสัมผัสของอิเล็คโทรด เพิ่มขึ้น เป็นไปตามความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและค่าความต้านทาน ที่เพิ่มขึ้นในกระบวนการเชื่อมแบบจุดที่แสดงไว้ในรูปที่ 9 ตารางที่ 1 ขนาดของรอยเชื่อม ที่อุณหภูมิต่างๆ ช่วงอุณหภูมิ [ °C] ความกว้างของ Nugget P1 [mm] ความลึกของ Nugget P2 [mm] 792 ถึง 800 4.36 (N.G.) 0.76 816 ถึง 820 3.17 (N.G.) 0.3 (N.G.) 830 ถึง 834 3.18 (N.G.) 0.28 (N.G.) รูปที่9 ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิของอิเล็คโทรดและค่า ความตา้นทานไฟฟ้า [2] 6. การพิสจูน์สมมติฐาน หลังจากที่ได้ท าการปรับปรุงประสิทธิภาพการระบายความร้อน โดยเปลี่ยนระบบวาล์วและท่อที่ช ารุดบางส่วน และได้ท าการเก็บ ข้อมูลโดยวัดอุณหภูมิของผิวสัมผัสอิเล็คโทรดทุกๆ การเชื่อม ชิ้นงาน 200 ชิ้น สามารถยืนยันสมมติฐานที่ สอง โดยใช้การเปรียบเทียบข้อมูลเกี่ยวกับสัดส่วนของเสียระหว่าง ก่อนหลังการปรับปรุง ซึ่งสามารถแสดงได้ดังรูปที่ 10 รูปที่ 10 แผนภาพแสดงสัดส่วนของเสียระหว่างก่อนและหลัง การปรับปรุงกระบวนการระบายความร้อน 7. สรุปผลการทดลอง ผลการศึกษาเกี่ยวกับการปรับปรุงกระบวนการเชื่อมโดยการ ประยุกต์ใช้หลักการวิเคราะห์ด้วยแผนภูมิก้างปลาเป็นเครื่องมือ เชิงสถิติในการปรับปรุงแก้ไขกระบวนการ เชื่อมจุดชิ้นส่วน Spring House พบว่าสาเหตุหลักของการเชื่อมชิ้นงาน Spring House ที่รอยเชื่อมของชิ้นงานชิ้นงานไม่ติดกันนั้นเกิดจาก ระบบระบายความร้อนมีประสิทธิภาพลดลง และในกระบวนการ เชื่อมแบบจุดในสายการผลิตนั้น ไม่มีมาตรการการตรวจวัด อุณหภูมิของอิเล็คโทรด ท าให้เมื่อมีการเชื่อมชิ้นงานเป็นระยะ เวลานานๆ อย่างต่อเนื่องท าให้ความต้านทานของเครื่องเชื่อม แบบจุดเพมิ่ ขน้ึ กระแสไฟฟ้าไหลผ่านชน้ิงานลดลงทา ใหร้อย เชื่อมจะมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ เมื่อท าการปรับปรุงระบบการ ระบายความร้อน พบว่า สัดส่วนของเสียของกระะบวนการเชื่อม การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจ าปี 2554 20-21 ตุลาคม 2554 673 จุดภายหลังการปรับปรุง มีค่าลดลงจากกระะบวนการเชื่อมจุด ภายหลังการปรับปรุง โดยของเสียที่เกิดจากการเชื่อมไม่ติด ลดลงจากเดิม คิดเป็น % = 25% เอกสารอ้างอิง [1] Mazda Engineering Standard (MES.); 1996 NO.W4132 1004A [2] American Welding Society, 2001, “Weld Quality”, Welding Handbook, 9th ed., Vol.1, USA [3] B-W. Cha and S-J. Na. 2003. A Study on the Relationship Between Welding Conditions and Residual Stress of Resistance Spot Welded 304- Type Stainless Steels. Journal of Manufacturing Systems.วิธีการลดของเสียในกระบวนการเชื่อมจุด ของกระบวนการผลิตชิ้นงาน Spring House Defect Reduction of spot welding process during manufacturing process of Spring House วีรพงษ์ ศิริภัทรางกูร* ไพบูลย์ ช่วงทอง ภาควิชาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี แขวงบางมด เขตทุ่งครุ กรุงเทพมหานคร 10140 E-MAIL:WEERAPONG.SIL@TSPKK.CO.TH บทคดัย่อ งานวิจัยนี้เป็นการหาสาเหตุข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นจากการ ผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ และปรับปรุงกระบวนการเชื่อมจุดของ ชิ้นส่วน Spring House จากการเก็บข้อมูลและวิเคราะห์โดย แผนภูมิพาเรโต้ไดอะแกรมมีสัดส่วนของเสียที่พบ ได้แก่ การ เชื่อมไม่ติด การเชื่อมระเบิด การเชื่อมมีครีบ วิธีการปรับปรุงลด ของเสียดังกล่าววิเคราะห์โดยการใช้แผนภูมิก้างปลา ตั้ง สมมุติฐานเพื่อหาสาเหตุและด าเนินการการทดลองจาก กระบวนการผลิตด้วยการเชื่อมจุดต่อเนื่องจ านวน 4000 ชิ้น และท าการศึกษาความร้อนที่เกิดขึ้นกับแท่งอิเล็คโทรด การเสีย สกึกร่อนทห่ี น้าผวิสมัผสั ศกึษาการกระแสไฟฟ้า แรงดนัของ กระแส แรงกดของอิเล็คโทรด จากผลการทดสอบสมมติฐาน พบว่าแท่งอิเล็คโทรด เกิดความร้อนสะสมเป็นระยะเวลานาน ท า ให้ความสามารถในการน ากระแสฟ้าลดลง ส่งผลให้คุณภาพของ รอยเชื่อม (Nugget Size) มีขนาดไม่ได้ตามมาตรฐาน Mazda Engineering Standard (MES.) ที่บริษัทกรณีศึกษาใช้อ้างอิง ผลจากวิจัยหาสาเหตุของเสียนี้ ได้น าไปสู่การปรับปรุง กระบวนการการเชื่อมจุดในสายการผลิตชิ้นส่วน Spring House โดยปรับค่าพารามเิตอร์ ของกระแสไฟฟ้า แรงดนัของ กระแสไฟฟ้า แรงกดของอเิลค็โทรด ในเครื่องเชื่อมแบบจุด เพื่อ ลดความร้อนที่เกิดขึ้น และติดตั้งอุปกรณ์ฉนวนป้องกนั กระแสไฟฟ้ารวั่ ในขณะทา การเชอ่ืมจุดและได้ท าการตรวจสอบ แท่งอิเล็คโทรดทุกๆ 200 ชิ้น เพื่อยืนยันผลการวิเคราะห์สาเหตุ ที่ท าให้ชิ้นงานเชื่อมเสียหาย ผลจากการตรวจสอบสมมติฐาน โดยได้ท าการสุ่มชิ้นงานมาตรวจสอบสภาพรอยเชื่อมซึ่งมีขนาด ตรงตามมาตรฐาน Mazda Engineering Standard (MES) ค าหลัก การเชื่อมแบบจุด, Spring House, มาตรฐาน Mazda Engineering Standard (MES) 1.บทน า วิธีการเชื่อมจุด (Spot Welding Method) เป็นวิธีการที่ใช้ การเชื่อมโลหะแผ่นให้ติดกัน นิยมใช้งานอย่างแพร่หลายใน อุตสาหกรรมชิ้นส่วนยานยนต์ ซึ่งบริษัทกรณีศึกษามีนโยบาย เพิ่มประสิทธิภาพในการพัฒนาและปรับปรุงการผลิตในการลด ต้นทุน นโยบายพัฒนาปรับปรุงคุณภาพอย่างต่อเนื่อง คณะผู้ ศึกษาได้เลือกกระบวนผลิตชิ้นงาน Spring House ที่มีปริมาณ ของเสียที่เกิดจากกระบวนการเชื่อมจุดในปริมาณมาก โดยคณะผู้วิจัยได้ศึกษาพารามิเตอร์ที่มีผลต่อกระบวนการเชื่อม จุดเพื่อหาค่าพาราเมเตอร์ที่เหมาะสมในการผลิตชิ้นงานนี้ บริษัทกรณีศึกษาเป็นผู้ผลิต Chassis Frame ของรถกะบะ รุ่นที่มีขนาดน ้าหนักหน่ึงตนั ซง่ึประสบปญั หาขอ้รอ้งเรยีนจาก บริษัทลูกค้า ในเรื่องของงานเชื่อมจุดไม่ติด เมื่อท าการเก็บ ข้อมูลและวิเคราะห์พบว่า สัดส่วนของปญั หาการเชื่อมไม่ติดใน กระบวนการเชื่อมจุดมีผลมาจากพารามิเตอร์ต่างๆกระบวนการ เชื่อมยังไม่สอดคล้องกบัสถานการผลติชน้ิงานในปจัจุบนั จึงต้อง ท าการวิจัยหาสภาวะที่เหมาะสมกระบวนการเชื่อมจุดเพื่อลด ปริมาณของเสียที่เกิดขึ้น และสามารถลดขั้นตอนการแก้ไขงานที่ มีข้อบกพร่องลงไปได้ ผู้วิจัยอ้างอิงมาตรฐาน ของบริษัทลูกค้า คือ Mazda Engineering Standard (MES) เนื่องจากเป็นมาตรฐานที่ใช้ใน อ้างอิงระหว่างบริษัทผู้ล่งมอบและบริษัทลูกค้า ซึ่งมาตรฐาน ดังกล่าวได้กล่าวถึง การก าหนดสัญลักษณ์และแบ่งระดับของ มาตรฐานคุณภาพชิ้นงาน ดังต่อไปนี้ 1.สัญลักษณ์ AR RANK กล่าวถึงข้อก าหนดที่เกี่ยวข้องกับ กฏหมายระหว่างประเทศซึ่งให้ความส าคัญเกี่ยวกับความ ปลอดภัยสูง เนื่องจากว่าชิ้นส่วนอาจก่อให้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรง ต่อบุคคลตามท้องถนน 2.สัญลักษณ์ A RANK กล่าวถึงข้อก าหนดที่เกี่ยวข้องกับความ ปลอดภัยต่อผู้ใช้งาน และความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม 3.สัญลักษณ์ B RANK กล่าวถึงข้อก าหนดที่เกี่ยวข้องกับ คุณภาพการใช้งานโดยทั่วไป การเลือกขนาดของอิเล็คโทรด เพื่อให้มีขนาดและรูปร่างที่เหมาะสมกับการใช้งาน การ ตรวจสอบผิวหน้าสัมผัสของอิเล็คโทรด การเลือกเครื่องมือ ตรวจสอบเครื่องเครื่องเชื่อมจุด (Spot Welding Machine) และ การทดสอบรอยเชื่อมชิ้นงาน (Nugget) เพื่อให้คุณภาพของ ชิ้นงานมีความแข็งแรง ตรงตามมาตรฐาน MES. ที่ได้ก าหนด เอาไว้ [1] กระบวนการเชื่อมจุด (Spot Welding Process) เป็น วิธีการเชื่อมที่ท าให้ผิวหน้าของชิ้นงานติดกันเป็นจุด โดยการ วางโลหะชิ้นงาน 2 แผ่นประกบติดกัน โดยเกิดจากความร้อนที่ การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจ าปี 2554 20-21 ตุลาคม 2554 670 เป็นผลมาจากกระแสไฟฟ้าไหลผ่านชน้ิงานทเป็นตัวต้านทาน ่ี แล้วใช้แรงกดจากอิเล็กโทรด (Electrode) ท าให้ผิวหน้าของ ชิ้นงานตรงรอยเชื่อม (Nugget) หลอมละลายติดกันในช่วงเวลา สั้นๆ โดยใชแ้รงดนัไฟฟ้าต่ า และใชก้ระแสไฟฟ้าสงู ภายหลัง จากไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอิเล็กโทรดแล้ว ชิ้นงานจะค่อยๆ เย็นตัวลงจนกระทั่งอยู่ ในสภาวะของแข็ง ดังแสดงในรูปที่ 1 โดยรอยเชื่อมจุดมีขนาดประมาณพื้นที่สัมผัสของอิเล็กโทรดที่ใช้ กระบวนการเชื่อมจุดนั้น มีพารามิเตอร์ที่ส าคัญต่อคุณภาพของ ชิ้นงาน ได้แก่ กระแสไฟฟ้า ความต้านทาน เวลาที่ใช้ในการ เชื่อม ความหนาของโลหะ ชนิดของโลหะ รวมถึงชนิดและขนาด ของอิเล็กโทรด เป็นต้น [2] กระบวนการเชื่อมจุด ประกอบด้วย 4 ขั้นตอน ดังนี้ 1. เวลากดชิ้นงาน (Squeezing time) คือ เป็นช่วงเวลาการกด อิเล็กโทรดแนบกับชิ้นงานก่อนปล่อยกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน 2. เวลาเชื่อม (Welding Time) คือ ช่วงเวลาทก่ีระแสไฟฟ้าไหล ผ่านชิ้นงานเพื่อให้เกิดความร้อนจนหลอมชิ้นงานเชื่อมติดกัน 3. เวลากดแช่ (Hold Time) คือ เวลาที่กดแช่งานค้างไว้ หลงัจากกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแลว้ ซึ่งรอยเชื่อมจะเริ่มเย็นและ แข็งตัวจนมีความแข็งเพิ่มมากขึ้น 4. เวลาเปลี่ยนงาน (Off Time) คือ เวลาที่ อิเล็กโทรดเคลื่อนที่ ออกจากชิ้นงานจากจุดเดิมเพื่อไปเชื่อมจุดเชื่อมจุดอื่นต่อไป [3] รูปที่1(บน) แสดงกระบวนการเชื่อมจุด และ (ล่าง) เครื่องเชื่อม จุด (Spot Welding Machine) ของบริษัทกรณีศึกษา 3.วตัถปุ ระสงคง์านวิจยั 3.1 เพื่อปรับปรุงกระบวนการผลิต ของชิ้นส่วน Spring House 3.2 ศึกษากระบวนการเชื่อมจุด 3.3เพื่อหาสาเหตุที่ท าให้เกิดการเชื่อมไม่ติดกัน ลดของเสีย (Defect) ที่เกิดจากกระบวนการผลิต การออกแบบทดลอง ท าการทดลองโดยการท าการทดสอบตามสมมติฐานที่ได้ ตั้งไว้และท าการออกแบบการทดลองให้สอดคล้องกับสมมติฐาน นั้น โดยเก็บข้อมูลที่ได้จากการทดลองเพื่อน ามาตรวจสอบ สมมติฐาน แนวทางการออกแบบการทดลองประกอบไปด้วย 4 ขั้นตอน ดังนี้ 1) วางแผนการด าเนินการวิจัย ทราบถงึปญั หา วัตถุประสงค์ และแผนปรับปรุง 2) การตั้งสมมติฐานเพื่อน าไปสู่ การทดลอง โดยวิธีการตั้งสมมติฐานแผนภูมิก้างปลา 3) ท าการทดลองและสรุปผลเพื่อหาค่าพารามิเตอร์ที่เหมาะสม ในการตั้งเครื่องเชื่อมจุด (Spot Welding Machine) 4) ตรวจสอบยืนยัน ติดตามผลการทดลองหลังจากปรับ ค่าพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุด 4.การดา เนินงานวิจยั 4.1 การวิเคราะห์ข้อมูลเบื้องต้น จากการวิเคราะห์ข้อมูลในอดีตที่ผ่านมาของโรงงาน กรณีศึกษาเกี่ยวกับปญั หาทเ่ีกดิขน้ึในกระบวนการเชอ่ืมจุด ชิ้นส่วน Spring House ตั้งแต่เดือน ตุลาคม ถึง พฤศจิกายน 2553 พบว่า ปริมาณการผลิต 3,475 ชิ้น มีปริมาณของเสีย เกิดขึ้นคิดเป็นสัดส่วน 10.22% ดังแสดงในรูปที่ 2 ประกอบด้วย การเชื่อมไม่ติดของชิ้นงาน การเชื่อมไม่สมบูรณ์ดังแสดงในรูปที่ 3 และการเชื่อมเสียรูป เกิดจากการปรับแรงกดของ อิเล็คโทรดที่ มากเกินไปท าให้ชิ้นงานที่ผ่านกระบวนการเชื่อมจุดเสียรูป ลักษณะข้อบกพร่องดังกล่าว ส่งผลใหเ้กดิปญั หาในการน า ชิ้นงานไปประกอบเข้ากับชิ้นส่วน Shock up ซึ่งชิ้นงานที่ ประกอบเสร็จแล้ว ไม่สามารถรับแรงกระแทกในขั้นตอนการ ตรวจสอบคุณภาพได้ท าให้ชิ้นงานที่ผ่านการเชื่อมจุด หลุดออก จากกันท าให้ต้องเสียเวลา เป็นต้นทุนที่ลูกค้าต้องเสียเพิ่ม ประมาณ 250,000 บาท/ lot การผลิต รูปที่ 2 ปริมาณของเสียตั้งแต่เดือน ตุลาคมถึง พฤศจิกายน 2553 การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจ าปี 2554 20-21 ตุลาคม 2554 671 รูปที่ 2 (บน) ชิ้นงานที่เชื่อมไม่ติดกัน (ล่าง) ชิ้นงานผ่านการ เชื่อมไม่สมบูรณ์ 4.2 การตั้งสมมติฐาน ผู้ด าเนินการวิจัยได้ตั้งสมมุติฐานแผนภูมิก้างปลา ดังต่อไปนี้โดยเรมิ่ จากสมมตฐิานปจัจยัทเ่ีป็นผลมาจากพนกังาน (Man) วิธีการตรวจสอบหาสาเหตุ เริ่มจากเอกสารการฝึกอบรม การสอบถามความเข้าใจของพนักงานและวิธีการปฏิบัติงาน สมมตฐิานปจัจยัทเ่ีป็นผลมาจากวสัดุทใ่ีชใ้นการเชอ่ืม (Material) โดยตรวจสอบส่วนผสมทางเคมี (mill sheet) วัสดุที่ใช้ในการ ผลิต Spring House และลวดที่ใช้ในการเชื่อม สมมตฐิานปจัจยัทม่ีผีลมาจากเครอ่ืงเชื่อมแบบจุด (Machine) โดยตรวจสอบโครงสร้างของเครื่องเชื่อมจุด ระบบจ่าย กระแสไฟฟ้า ระบบการทา งานของแรงกด สมมตฐิานปจัจยัเป็น ผลมาจากกระบวนการเชื่อมแบบจุด (Method) ซง่ึในงานวจิยัน้ี ผวู้จิยัจะศกึษาปจัจยัทเ่ีป็นผลมาจาก กระบวนการเชื่อมแบบจุด โดยตั้งสมมติฐาน 3 ข้อเพื่อหาสาเหตุ การเชื่อมที่ไม่ติดกัน ดังต่อไปนี้ 1.สมมุติฐานข้อแรก วิธีการประกอบชิ้นงานระหว่างชิ้นงาน ด้านบนและด้านล่างมีช่องว่าง (GAP) เมื่อท าการเชื่อมบริเวณ ผิวของชิ้นงานไม่เรียบเนื่องจากเกิดการเสียรูปที่บริเวณผิวสัมผัส เมื่อชิ้นงานได้รับความร้อนจากการเชื่อม 2.สมมุติฐานข้อที่สอง ระบบหล่อเย็นในท่อระบายความร้อนไหล ไม่สะดวก ท าให้เกิดความร้อนสะสมบริเวณผิวสัมผัสของ อิเล็คโทรด เกิดการเสียรูปของผิวอิเล็คโทรด ท าให้ ความสามารถในการน าไฟฟ้าลดลง เนื่องจากตามข้อมูล แผนการผลิต ได้ท าการเชื่อมชิ้นงานต่อเนื่องกัน 4000 ชิ้นโดย ไม่พักเครื่อง เมื่อตรวจสอบที่ผิวสัมผัสของอิเล็คโทรดพบว่าผิว ไม่เรียบ เกิดการเสียรูปแบบถาวร รูปที่ 3 แผนภมู กิา้งปลาแสดงปจัจยัทม่ีผีลต่อการเชอ่ืมแบบจุด ผู้ด าเนินการวิจัยท าการวัดอุณหภูมิของผิวสัมผัสอิเล็คโทรด และ ชิ้นงานตรงบริเวณรอยเชื่อมอย่างต่อเนื่อง พบการเปลี่ยนแปลง ของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นตามรูปที่ 4 รูปที่ 4 รูปแสดงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของ ผิวสัมผัสอิเล็คโทรด ท าการวัดขนาดของรอยเชื่อม (Nugget) โดยผู้วิจัยได้ท าการสุ่ม ตรวจชิ้นงานโดยแบ่งระยะการเก็บตัวอย่างตามช่วงของอุณหภูมิ ผิวสัมผัสอิเล็คโทรดที่มีการเปลี่ยนแปลง โดยน าไปวัดขนาดของ รอยเชื่อม โดยการน าชน้ิงานไปตดัดว้ยเครอ่ืงตดัไฟฟ้า ตดัผ่าน ต าแหน่งรอยเชื่อม (Nugget) ทั้งสามจุด ดังรูปที่ 5 ขัดผิวงาน ตรงผิวรอยตัดและน าชิ้นงานไปกัดกรด จากนั้นน าชิ้นงานงานไป ถ่ายภาพและวัดขนาดของรอยเชื่อม (Nugget) โดยวัดขนาดของ จุด P 1 และ P 2 ตามรูปที่  าแหน่งในการวัดขนาดรอยเชื่อมตัด (Nugget) การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจ าปี 2554 20-21 ตุลาคม 2554 672 รูปที่ 6 ขนาดรอยเชื่อมด้านกว้าง P1 และรอยเชื่อมด้านลึก P2 5 ผลการทดลอง สมมตุ ิฐานข้อที่1 รูปร่างของชิ้นงานเสียรูป (Emboss) จากการทดลอง โดย วิธีการเคาะทดสอบรอยเชื่อมของชิ้นงาน (Knocking Nugget) โดยใช้เครื่องมือ Half Failure Tester กระแทกที่รอยเชื่อมของ ชิ้นงานทั้งสามจุดดังรูปที่ 7 ผลปรากฏว่า ชิ้นงานไม่หลุด ออก จากกัน ดังนั้นสมมุติฐานข้อแรกไม่มีผลต่อการเกิดชิ้นงานเชื่อม ไม่ติดกัน ดังรูปที่ 8 รูปที่ 7 การทดสอบรอยเชื่อมด้วยวิธีการกระแทก Knocking Nugget [1] รูปที่ 8 ชิ้นงานที่ผ่านการทดสอบแบบ Knocking Nugget ทั้ง สามจุดไม่หลุดออกจากกัน สมมตุ ิฐานข้อที่สอง ความกว้างและความลึกของรอยเชื่อม Nugget ในตารางที่ 1มี ขนาดเล็กลง เมื่ออุณหภูมิผิวสัมผัสของอิเล็คโทรด เพิ่มขึ้น เป็นไปตามความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและค่าความต้านทาน ที่เพิ่มขึ้นในกระบวนการเชื่อมแบบจุดที่แสดงไว้ในรูปที่ 9 ตารางที่ 1 ขนาดของรอยเชื่อม ที่อุณหภูมิต่างๆ ช่วงอุณหภูมิ [ °C] ความกว้างของ Nugget P1 [mm] ความลึกของ Nugget P2 [mm] 792 ถึง 800 4.36 (N.G.) 0.76 816 ถึง 820 3.17 (N.G.) 0.3 (N.G.) 830 ถึง 834 3.18 (N.G.) 0.28 (N.G.) รูปที่9 ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิของอิเล็คโทรดและค่า ความตา้นทานไฟฟ้า [2] 6. การพิสจูน์สมมติฐาน หลังจากที่ได้ท าการปรับปรุงประสิทธิภาพการระบายความร้อน โดยเปลี่ยนระบบวาล์วและท่อที่ช ารุดบางส่วน และได้ท าการเก็บ ข้อมูลโดยวัดอุณหภูมิของผิวสัมผัสอิเล็คโทรดทุกๆ การเชื่อม ชิ้นงาน 200 ชิ้น สามารถยืนยันสมมติฐานที่ สอง โดยใช้การเปรียบเทียบข้อมูลเกี่ยวกับสัดส่วนของเสียระหว่าง ก่อนหลังการปรับปรุง ซึ่งสามารถแสดงได้ดังรูปที่ 10 รูปที่ 10 แผนภาพแสดงสัดส่วนของเสียระหว่างก่อนและหลัง การปรับปรุงกระบวนการระบายความร้อน 7. สรุปผลการทดลอง ผลการศึกษาเกี่ยวกับการปรับปรุงกระบวนการเชื่อมโดยการ ประยุกต์ใช้หลักการวิเคราะห์ด้วยแผนภูมิก้างปลาเป็นเครื่องมือ เชิงสถิติในการปรับปรุงแก้ไขกระบวนการ เชื่อมจุดชิ้นส่วน Spring House พบว่าสาเหตุหลักของการเชื่อมชิ้นงาน Spring House ที่รอยเชื่อมของชิ้นงานชิ้นงานไม่ติดกันนั้นเกิดจาก ระบบระบายความร้อนมีประสิทธิภาพลดลง และในกระบวนการ เชื่อมแบบจุดในสายการผลิตนั้น ไม่มีมาตรการการตรวจวัด อุณหภูมิของอิเล็คโทรด ท าให้เมื่อมีการเชื่อมชิ้นงานเป็นระยะ เวลานานๆ อย่างต่อเนื่องท าให้ความต้านทานของเครื่องเชื่อม แบบจุดเพมิ่ ขน้ึ กระแสไฟฟ้าไหลผ่านชน้ิงานลดลงทา ใหร้อย เชื่อมจะมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ เมื่อท าการปรับปรุงระบบการ ระบายความร้อน พบว่า สัดส่วนของเสียของกระะบวนการเชื่อม การประชุมวิชาการข่ายงานวิศวกรรมอุตสาหการ ประจ าปี 2554 20-21 ตุลาคม 2554 673 จุดภายหลังการปรับปรุง มีค่าลดลงจากกระะบวนการเชื่อมจุด ภายหลังการปรับปรุง โดยของเสียที่เกิดจากการเชื่อมไม่ติด ลดลงจากเดิม คิดเป็น % = 25% เอกสารอ้างอิง [1] Mazda Engineering Standard (MES.); 1996