การศึกษาโครงสร้างจุลภาคของเหล็กคาร์บอนต่ำที่เชื่อมด้วยความเสียดทาน

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาโครงสร้างจุลภาคของเหล็กคาร์บอนต่ำที่เชื่อมด้วยความเสียดทาน ในขั้นตอนการศึกษาได้ทำการสร้างและพัฒนาเครื่องเชื่อมด้วยความเสียดทานขึ้นมาใหม่ โดยกำหนดให้มีคุณสมบัติในการทำงานได้ตามเงือนไขการทดลองคือ สามารถควบคุมแรงดันในการทำงานของเครื่องใ่วงการทำงานต่าง ๆ ได้ สามารถควบคุมเวลาในการทำงานในช่วงเวลาการทำงานต่าง ๆ ได้ สามารถควบคุมความเร็วในการเคลื่อนที่ของกระบอกอัดไฮดรอลิกส์ได้ สามารถควบคุมความเร็วในการหมุนของชิ้นงานเชื่อมได้ และสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องตั้งแต่เริ่มต้นกระบวนการเชื่อมจนกระทั่งเสร็จสิ้นกระบวนการ เงื่อนไขต่าง ๆ ที่กล่าวมานี้เครื่องเชื่อมด้วยความเสียดทานที่สร้างและพัฒนาขึ้นมาสามารถทำงานได้ตามเงื่อนไขที่กำหนดได้เป็นอย่างดี
หลังจากเสร็จสิ้นขั้นตอนการสร้างเครื่องเชื่อมด้วยความเสียดทานในข้างต้น ได้ทำการกำหนดวัสดุการทดลอง โดยใช้เหล็กเพลาขาวขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 10 mm. และจากการนำเหล็กที่จะใช้ในการทดลองไปวิเคราะห์หาเปอร์เซ็นต์คาร์บอนพบว่าเป็นเหล็กชนิด AISI 1015 และผลการทดสอบค่าความแข็งแรงกับค่าความแข็ง ผลที่ได้จากการเฉลี่ย คือ 780 MPa, 202 HV ตามลำดับ
ที่มาของการกำหนดเงื่อนไขในการทดลองได้จากการศึกษางานวิจัยที่เกี่ยวข้อง และข้อจำกัดบางประการของเครื่องเชื่อมด้วยความเสียดทานที่สร้างขึ้นมา โดยเงื่อนไขของตัวแปรในการทดลองเบื้องต้น ดังนี้ ช่วงเวลาในการเสียดทาน 5 ช่วง คือ 7, 9, 11, 13 และ 15 Sec. ช่วงแรงดันในการเสียดทาน 7 ช่วง คือ 10, 15, 20, 25, 30, 35 และ 40 Bar ในส่วนของเงื่อนไขตัวแปรอื่น ๆ กำหนดให้เป็นค่าคงที่ คือ เวลาในการอัด 3 Sec. แรงดันในการอัด 60 Bar และความเร็วรอบในการหมุนชิ้นงานเชื่อม 1,200 rpm ผลการทดลองในเบื้องต้นพบว่า เวลาในการเสียดทานที่ 9 Sec. และแรงดันในการเสียดทานที่ 10 Bar ให้ผลการเชื่อมที่เหมาะสมที่สุด โดยมีค่าความแข็งแรงของรอยเชื่อมที่ 913 MPa ซึ่งให้ค่าความแข็งแรงของรอยเชื่อมสูงกว่าค่าความแข็งแรงของชิ้นงานเดิมถึง 17.09% แต่จากผลการทดลองค่าความแข็งของรอยเชื่อมกลับพบว่าค่าความแข็งที่รอยเชื่อมมีค่าต่ำกว่าค่าความแข็งของชิ้นงานเดิม จึงนำชิ้นงานที่ผ่านการเชื่อมด้วยเงื่อนไขที่เหมาะที่สุดดังกล่าว มาทำการวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาค ผลจากการวิเคราะห์พบว่าสาเหตุที่ทำให้รอยเชื่อมมีขนาดเล็กลงกว่าเกรนของชิ้นเดิม โดยเกรนที่รอยเชื่อมมี G number 13.87 และเกรนของชิ้นงานเดิมมี G nummber 10.05-10.88 ผลจากการที่เกรนที่รอยเชื่อมมีขนาดเล็กลงทำให้รอยเชื่อมมีความแข็งแรงมากขึ้นกว่าชิ้นงานเดิม ในส่วนของค่าความแข็งที่รอยเชื่อมลดลงนั้น จากวิเคราะห์ด้วยเครื่อง Image Analyser พบว่า บริเวณรอยเชื่อมมีเฟสของ Pearlite ซึ่งมีค่าความแข็งอยู่ที่ 175-370 BHN น้อยกว่าส่วนที่อยู่ห่างออกไปจากรอยเชื่อม การที่รอยเชื่อมที่เกิดจากการเชื่อมด้วยความเสียดทานมีเฟสของ Ferrite ซึ่งมีค่าความแข็งอยู่ที่ 70-150 BHN มากขึ้นกว่าชิ้นงานเดิม จะส่งผลให้บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากการเชื่อมด้วยความเสียดทานมีค่าความแข็งลดต่ำลง และเมื่อระยะห่างออกไปอิทธิพลของผลกระทบจากการเชื่อมค่อย ๆ หมดไป ทำค่าความแข็งกลับสู่ค่าความเดิมของมัน