ขั้วเชื่อมทังสเตนผสมทอเรียม
Thoriated Tungsten Electrodes
พิพัฒน์ พิเชษฐพงษ์
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

ในการเชื่อมโลหะโดยใช้ไฟฟ้า เช่น การเชื่อมทิก (TIG, tungsten inert gas) ซึ่งมีการใช้แก๊สเฉื่อยปกคลุมจุดที่เป็นแอ่งหลอมเหลว (weld pool) ของโลหะขณะที่มีการเชื่อม เพื่อป้องกันการปนเปื้อนจากออกซิเจนในอากาศ ขั้วเชื่อมหรืออิเล็กโทรดที่ใช้สำหรับการเชื่อมมักจะทำจากทังสเตน เนื่องจากทังสเตนเป็นโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงกว่าโลหะโดยทั่วไป ทังสเตนจึงมีความคงทนสามารถใช้งานได้นานในงานเชื่อมที่ต้องใช้อุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตามขั้วเชื่อมทังสเตนที่นิยมใช้งานในปัจจุบัน ไม่ได้เป็นทังสเตนบริสุทธิ์ แต่จะเจือด้วยออกไซด์ของโลหะบางชนิด เช่น ทอเรียม เซอร์โคเนียม แลนทานัม อิตเทรียม และซีเรียม ในปริมาณ 1–4 % เพื่อช่วยทำให้การเชื่อมดีขึ้น คือ การเกิดอาร์ก (arc) ง่าย และอาร์กมีความสม่ำเสมอ รับกระแสไฟฟ้าที่ใช้ในการเชื่อมได้มาก ลดการปนเปื้อนในงานเชื่อม และทำให้ขั้วเชื่อมใช้งานได้ทนนาน
โดยทั่วไปแล้ว ขั้วเชื่อมทังสเตนผสมด้วยทอเรียมเป็นที่นิยมใช้กันมากสำหรับการเชื่อมในทางอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น การสร้างประกอบลำตัวเครื่องบิน การก่อสร้างในกระบวนการผลิตของอุตสาหกรรมปิโตรเคมี และอุตสาหกรรมอาหาร โดยขั้วเชื่อมทังสเตนนี้ปกติจะมีทอเรียมออกไซด์เจือปนอยู่ประมาณ 2 % ซึ่งทอเรียมจัดเป็นสารกัมมันตรังสี (radioactive element) ชนิดหนึ่ง มีการสลายกัมมันตรังสี (radioactive decay) ให้รังสีแอลฟาเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งรังสีแอลฟานี้เป็นอนุภาคที่มีประจุ ประกอบด้วยโปรตอน 2 อนุภาค และนิวตรอน 2 อนุภาค ซึ่งก็คือนิวเคลียสของฮีเลียมนั่นเอง รังสีแอลฟามีความสามารถในการทะลุทะลวงต่ำ ผ่านอากาศได้เพียง 2–3 เซนติเมตร กระดาษบาง ๆ ก็สามารถป้องกันและกำบังรังสีได้ แต่รังสีนี้สามารถก่อให้เกิดอันตรายได้หากมีการเข้าไปอยู่ภายในร่างกาย
การที่ทอเรียมให้รังสีแอลฟาที่มีความสามารถในการทะลุทะลวงต่ำ ประกอบกับทอเรียมอยู่ในเนื้อของทังสเตนที่กำบังรังสีได้ ทำให้ปริมาณรังสีจากขั้วเชื่อมทังสเตนผสมด้วยทอเรียมมีค่าต่ำมาก ๆ จนไม่สามารถก่อให้เกิดอันตรายจากการสัมผัสภายนอกได้ อย่างไรก็ตามในการใช้งานขั้วเชื่อมทังสเตนผสมด้วยทอเรียมนี้ ต้องมีการฝนปลายขั้วเชื่อม เพื่อทำให้เปลวอาร์กที่เกิดขึ้นมีรูปทรงสม่ำเสมอ ควบคุมการเชื่อมได้ง่าย ซึ่งในการฝนปลายเชื่อมนี้เอง มีโอกาสที่ฝุ่นผงละอองของขั้วเชื่อมที่มีทอเรียมผสมอยู่หลุดเข้าไปภายในร่างกาย และอาจก่อให้เกิดอันตรายต่อเนื้อเยื่อภายในได้ จึงต้องมีการระมัดระวังในการฝนขั้วเชื่อม โดยควรมีระบบระบายอากาศ การดูดเก็บฝุ่นผงละอองที่ดี และการใส่หน้ากากป้องกันฝุ่นระหว่างการฝนขั้วเชื่อมด้วย ส่วนการฟุ้งกระจายของละอองขั้วเชื่อมระหว่างการเชื่อมนั้น เกิดได้น้อยมาก เนื่องจากขั้วเชื่อมมีการสึกหรอน้อยมากระหว่างการใช้งาน

ดังนั้นในการใช้งานขั้วเชื่อมที่มีทอเรียมผสม ผู้ใช้ควรมีความตระหนักถึงสารกัมมันตรังสีที่อยู่ในขั้วเชื่อม มีการเตรียมการป้องกันที่ดี และควรเลือกใช้ขั้วเชื่อมนี้ เฉพาะงานเชื่อมที่มีความจำเป็นต้องใช้คุณลักษณะพิเศษ ของขั้วเชื่อมนี้จริง ๆ หรือพิจารณาใช้ขั้วเชื่อมทังสเตน ผสมออกไซด์ของโลหะอื่น ที่มีคุณลักษณะใกล้เคียงกันและทดแทนกันได้ อย่างไรก็ตามมีการรายงานว่าปริมาณรังสียังผลทั้งปี (annual effective dose) ที่ผู้ปฏิบัติงานเชื่อมได้รับจากการเชื่อมมีค่าเฉลี่ยสูงสุดประมาณ 16 มิลลิเร็มเท่านั้น ซึ่งยังต่ำกว่าปริมาณรังสีทั้งปีที่คนทั่วไปได้รับจากรังสีในธรรมชาติ คือ 200 - 300 มิลลิเร็ม

แหล่งข้อมูล :

  • http://www.twi.co.uk/content/faq_thoriated.html
  • http://files.aws.org/technical/facts/FACT-27.PDF
  • http://www.iem-inc.com/prmade9.html