การเชื่อมในสถานะกึ่งแข็งของอะลูมิเนียมผสมหล่อแบบกึ่งแข็ง 356 โดยใช้แก๊สไนโตรเจนปกคลุม

Semi-Solid State Joining of Semi-Solid Metal Aluminum Alloy 356 Covered by Nitrogen Gas

Abstract

     งานวิจัยนี้จะทำการศึกษาทดลองเชื่อมอะลูมิเนียมผสม 356 ที่หล่อแบบ Semi-Solid  Metal ด้วยกรรมวิธีการเชื่อมในสถานะกึ่งแข็ง  เนื่องจากในปัจจุบันอุตสาหกรรมการหล่ออะลูมิเนียมและการประกอบชิ้นส่วนต่างๆ  มีปัญหาเกี่ยวกับกระบวนการเชื่อมแบบหลอมละลายทำให้ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติต่างๆ ในเนื้อวัสดุ ดังนั้นงานการวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อหาค่าตัวแปร ที่เหมาะสมและศึกษาเปรียบเทียบค่าตัวแปรที่เกี่ยวกับโครงสร้างทางโลหะวิทยาและสมบัติทางกลจากการเชื่อมในสถานะกึ่งแข็งโดยใช้แก๊สปกคลุมแนวเชื่อม ตัวแปรที่ใช้ในการเชื่อม คือ ความเร็วในการหมุนของหัวทอร์ช (Torch tool) ที่ 1,110 และ 1,320 rpm ความเร็วในการเดินแนวเชื่อมที่ 120 และ 160 mm/min  อุณหภูมิในการเชื่อม 590-610 ^o C เป็นเปลวไฟคาร์บูไรซิ่ง และขณะทำการเชื่อมจะใช้แก๊สไนโตรเจนปกคลุมแนวเชื่อมหัวทอร์ชที่ใช้ในการเชื่อมเป็นแบบทรงกระบอกมุมเอียงของหัวหัวทอร์ชขณะทำการเชื่อม 2 องศา

     จากการทดลองและการตรวจสอบ พบว่า ผิวหน้ารอยเชื่อมมีความสมบูรณ์  ไม่พบรอยแตกหรือรอยแยกที่เกิดจากการไม่ประสานของบริเวณด้านบนและด้านล่างรอยเชื่อม โครงสร้างมหภาคของรอยเชื่อมที่ความเร็วในการเดินแนวเชื่อม 120 mm/min ของทั้งสองความเร็วในการหมุนของหัวทอร์ช  จะมีลักษณะรูพรุนบริเวณรอยเชื่อมใหญ่กว่าที่ความเร็วในการเดินแนวเชื่อม 160 mm/min โครงสร้างทางจุลภาค พบว่า ทั้งสองความเร็วในการเดินแนวเชื่อมจะเกิดรูพรุนในบริเวณรอยเชื่อม ที่ความเร็วในการเดินแนวเชื่อม 120 mm/min  จะมีลักษณะการเปลี่ยนแปลงของโครงสร้างเกรนเป็นแบบเดนไดรท์เล็กๆ กระจายทั่วบริเวณรอยเชื่อม โดยเฉพาะที่ 1,320 rpm -160 mm/min  จะมีค่าลักษณะการกระจายตัวของโครงสร้างแบบเดนไดรท์ที่สม่ำเสมอและมีรูพรุนน้อยกว่าตัวแปรอื่นๆ อีกทั้งพบว่าค่าความแข็งแรงดึง (TS) และค่าความเค้นวิกฤติ (YS) ที่ความเร็วในการหมุนของหัวทอร์ชและที่ความเร็วในการเดิน แนวเชื่อม 1,110 rpm -160 mm/min และ 1,320 rpm -160 mm/min มีค่ามากกว่าตัวแปรการเชื่อมที่  1,110 rpm -120 mm/min และ 1,320 rpm -120 mm/min โดยเฉพาะที่ 1,320 rpm -160  mm/min  สามารถสรุปได้ว่ามีค่าความแข็งแรงดึงและค่าความเค้นวิกฤติสูงกว่าตัวแปรอื่นๆ อันเนื่องมาจากความสมบูรณ์ของรอยเชื่อมในสถานะการเชื่อมที่เหมาะสม

     The experimental research aims to test the butt joint welding of SSM 356 aluminum alloy with semi-solid metal processing. Since at present, the aluminum welding and assembling industry had problems with fusion welding process that affected changes in features of materials. This research intends to determine suitable variables and compare metallurgical variables and mechanical characteristics in semi-solid welding using gas to cover weld bead. Variables used in welding included rotation speed of Torch tool at 1,110 and 1,320 rpm, welding speed of 120 and 160 mm/min, welding temperature of carburizing fame at 590-610°C. Nitrogen gas was applied to cover the weld bead. Straight cylindrical torch head was used at tiling angle of 2 degree. 

From the experiment, it was found that the welding surface was perfect without any crack occurred from incoordination of the top and lower area of weld beads. The weld bead macrostructure at welding speed at 120 mm/min in both torch’s rotation speeds had larger porosity than at welding speed of 160 mm/min. Concerning the weld bead microstructure, porosity was found in both welding speed. Moreover, in welding speed of 120 mm/min, the change of grain structure to tiny dendrite dispersed around the welding area. Especially at 1,320 rpm -160 mm/min, the disperse rate of dendrite was smooth and there was less porosity than other variables. In addition, Tensile Strength (TS) and Yield Strength (YS) at rotation speed and welding speed of 1,110 rpm -60 mm/min and 1,320 rpm -60 mm/min, respectively, were higher than at 1,110 rpm -120 mm/min and 1,320 rpm -120 mm/min, especially at 1,320 rpm -160 mm/min. Therefore, it could be concluded that the higher tensile strength and yield strength were results of perfection of weld bead in suitable welding conditions.