การศึกษาการกระจายตัวของอุณหภูมิในเหล็กที่เชื่อมด้วยวิธีเสียดทาน

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการกระจายตัวของอุณหภูมิในเหล็กที่ถูกเชื่อมด้วยวิธีเสียดทาน โดยใช้การสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEA) ซึ่งผลที่ได้จากการทำนายของแบบจำลองจะใช้เทียบผลกับการทดลอง วัสดุที่ใช้ในการทดลองเป็นเหล็กคาร์บอนต่ำ ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 15 mm. ยาว 80 mm. ทำการทอดลองวัดอุณหภูมิโดยใช้เทอร์โมคัปเปิล Type-K วัดอุณหภูมิห่างจากพื้นที่หน้าตัดเสียดทานเป็นระยะ 3 mm., 6 mm. และ 9 mm. ตามลำดับ ชิ้นงานถูกเชื่อมภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกัน 3 ชุด ได้แก่ p1=20, 30 และ 40 bar, T1=15, 18 และ 21 sec., P2=60 bar, T2=5 sec. และความเร็วรอบ (Speed) = 1,300 rpm เพื่อให้ผลการทดลองมีความหลากหลาย
ส่วนในแบบจำลอง FEA ใช้การจำลองในแบบ 2D โดยกำหนดคุณสมบัติวัสดุและเงื่อนไขเหมือนกับการทดลองทุกประการ จากการเปรียบเทียบผลการทดลองและการทำนายของแบบจำลอง พบว่า ผลจากการทดลองในช่วงแรกอุณหภูมิที่วัดได้มีค่าน้อยกว่าค่าจากแบบจำลองเนื่องจ่กในการทดลองเครื่องจักรต้องการเวลาในการสร้างแรงบิด แต่เมื่อเครื่องทำงานเข้าสู่สภาวะปกติ ผลการทดลองมีค่าใกล้เคียงกับผลการทำนายของแบบจำลอง จึงกล่าวได้ว่า แบบจำลอง FEA ที่สามารถทำนายการกระจายตัวของอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำ และยังพบอีกว่า เมื่อมีการเพิ่มแรงดันเสียดทานและเวลาเสียดทานขึ้น ค่าอุณหภูมิของรอยเชื่อมจะมีการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
นอกจากนี้ ได้นำเอาแบบจำลองที่พัฒนาขึ้นไปใช้ในการศึกษาอิทธิพลของตัวแปรแรงดันเสียดทาน (P1) และอิทธิพลของตัวแปรเวลาเสียดทาน (T1) ที่มีผลต่อการกระจายตัวของอุณหภูมิ ผลพบว่า การเพิ่มขึ้นของค่า P1 จะส่งผลให้ชิ้นงานมีอัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิมากขึ้น โดยจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงต้นของการเชื่อม และอัตราการเพิ่มขึ้นจะลดลงเมื่ออุณหภูมิของชิ้นงานสูงกว่า 1,000 องศาเซลเซียส ส่วนในกรณี T1 พบว่า T1 มีอิทธิพลมากในกรณีของการเชื่อมที่มีค่า P1 น้อย ๆ แต่อิทธิพลของ T1 จะลดลงเมื่อ P1 มีค่าสูงขึ้น