การประชมวชาการแหงชาต มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9
267
อทธพลของการอบออนหลงการเชอมดวยความเสยดทานเหลก AISI 1045
INFLUENCE OF ANNEALING AFTER FRICTIONWELDING AISI 1045 STEEL
วษณ แฟงเมอง1, ศรชย ตอสกล2
Wisanu Fangmuang1, Sirichai Torsakul2
บทคดยอ
บทความนมวตถประสงคเพอศกษาอทธพลของการอบออนหลงการเชอมดวยความเสยดทานเหลก
AISI 1045 ซงในการทดลองภายใตเงอนไขการเชอมคอ แรงดนในการอด 20 , 30 และ 40 บาร เวลาในการอด 2 ,
3 และ 4 วนาท ความเรวรอบ 1,800 รอบตอนาท อณหภมในการอบออน 790 องศาเซลเซยส นาชนงานทดสอบ
แรงดง ทดสอบความแขง และตรวจสอบโครงสรางจลภาคทบรเวณรอยเชอม หลงทาการวเคราะหผลจากการ
เชอมดวยความเสยดทาน พบวาแนวเชอมมความแขงแรงมากกวาชนงาน เพราะจากผลการทดสอบแรงดง
ตาแหนงทขาดออกจากกนอยนอกบรเวณแนวเชอมซงอยในสวนของชนงาน และคาความตานทานแรงดงชนงาน
เชอมทง 3 เงอนไขไมแตกตางกน เวลาและแรงดนทใชในการอดทเพมสงขนสงผลตอความแขงของแนวเชอม โดย
เวลาและแรงดนในการอดทสงขนสงผลใหความแขงของแนวเชอมลดลง โครงสรางจลภาคของแนวเชอมทก
เงอนไขในการทดลอง ไมแตกตางกนอนเนองมาจากผลของการอบออนหลงการเชอม เพราะการอบออนทาให
โครงสรางถกปรบสภาพอยในสภาวะทสมดล
คาสาคญ : การเชอมดวยความเสยดทาน , การอบออน , เหลกกลาคารบอนปานกลาง
Abstract
The purpose of this paper was to study influence of annealing after friction welding of AISI
1045 steel with the experimental welding condition of 20, 30 and 40 bars compressor, compressing
time for 2, 3 and 4 seconds, 1,800 rpm and annealing temperature of 790 degree Celsius. The work
piece was tested for tensile stress, hardness and microstructure at the weld bead after the analysis of
result of friction welding and it was found that the weld bead had more strength than the work piece
since according to the result of tensile stress test, it was torn at the position outside the weld bead on
the work piece and there was no difference of resistance value for tensile stress under 3 conditions.
The increase of time and compressor used in compressing process affect the strength of weld bead
by mean that the increase of time and compressor reduced the strength of weld bead. The structures
of weld bead under all experimental conditions had no significant difference due to the result of
1,2,ภาควชาวศวกรรมอตสาหการ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลธญบร อาเภอธญบร จงหวดปทมธาน 12110 1,2,Department of Industrial Engineering, Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Thanyaburi,
Pathumthani 12110
การประชมวชาการแหงชาต มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9
268
annealing after welding since the annealing caused its structure to be reconditioned to produce
balance of the structure.
Keywords: friction welding, annealing, medium carbon steel
E-mail address : [email protected]
คานา
การเชอมตอวสดดวยความเสยดทานเปนอกวธการหนงทใหรอยเชอมทด มคาความแขงสงเนองจากสามารถ
เชอมชนงานไดทงหนาสมผส แตกตางจากการเชอมดวยวธการอนทเชอมไดเฉพาะผวดานนอกเทานนไมสามารถ
ซมลกเขาถงดานในของชนงานได อกทงการเชอมโดยวธการอนนนตองอาศยชางฝมอทมทกษะ ความชานาญ
คณสมบตลวดเชอมกมสวนสาคญในการเชอม ซงในการเชอมดวยความเสยดทานนนถกนามาใชใน
ภาคอตสาหกรรมมากขน จงทาใหมผสนใจศกษาวจยเกยวกบการเชอมดวยความเสยดทานมากขนเชนกน ซง
วสดทนามาเชอมดวยความเสยดทานนนมทงวสดชนดเดยวกน และวสดตางชนดกน การศกษาวจยเครองเชอม
ดวยแรงเสยดทาน [1] เวลาในการเสยดทาน [2] แรงดนและเวลาในการเชอม [3] ความเรวรอบในการหมน
ชนงาน [4] ตลอดจนการพฒนาเทคนคการเชอมแบบแรงเสยดทานสาหรบเชอมตอโลหะ [5] และในเงอนไขอนท
กาลงศกษาอย ในสวนของงานทดลองนเปนการศกษาอทธพลของอณหภมในการอบออนหลงการเชอมทมผลตอ
รอยเชอมเหลก AISI 1045 และศกษาในสวนของอทธพลเวลาในการเสยดทาน แรงดนในการเสยดทาน โดยการ
ทดลองนจะทาการทดสอบความแขงทจดกงกลางแนวนอนของชนงาน ทดสอบแรงดงเพอหาคาความแขงแรงของ
รอยเชอม และวเคราะหโครงสรางจลภาคของรอยเชอมเพอหาขนาดของเกรน (Grain size) บรเวณรอยเชอม
อปกรณและวธการ
เครองมอและวธการศกษา
ในการทดลองไดใชหลกการเชอมดวยความเสยดทานโดยอาศยหลกการเปลยนความเสยดทานเปน
พลงงานความรอนเพอใหชนงานสองชนเชอมตอกน โดยในการเชอมจะจบยดชนงานดานหนงไมใหหมน และ
ชนงานอกดานจะหมนดวยความเรวรอบตามเงอนไขทกาหนดไว จากนนเพมแรงดนใหกบชนงานฝงทไมหมนให
เกดความเสยดทานกบชนงานฝงทกาลงหมน โดยใชเวลาในการเสยดทาน 4 วนาทแรงดนในการเสยดทาน 14 bar
จนเกดความรอนขนบรเวณทเสยดทานอณหภมใกลถงจดหลอมละลายกอนทจะใหแรงดนในการอดอดชนงานทง
สองใหเกดการเชอมประสานกนขน โดยใชเวลาในการอดตามเงอนไขทกาหนดเมอชนงานทงสองชนประสานรวม
เปนเนอเดยวกนแลวใหหยดความเรวในการหมนทนท และปลอยชนงานใหเยนตวกอนนาชนงานออกจากอปกรณ
จบยด ดงแสดงในรปท 1
รปท 1 แสดงลกษณะการจบยดและเชอมดวยความเสยดทาน [6]
การประชมวชาการแหงชาต มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9
269
เครองเชอมดวยความเสยดทาน
ในการทดลองครงนไดประยกตใชเครองกลงยนศนยเปนเครองเชอมดวยความเสยดทาน และทาการ
ออกแบบหวจบและระบบแรงดนไฮดรอลกสฝงชนงานทไมหมนใชในการเชอมดวยความเสยดทาน เพอใชในการ
ทดลองครงน ซงไดจดสรางขนตามเงอนไขของการทดลอง ในการนาเครองกลงยนศนยมาประยกตใชในการเชอม
ดวยความเสยดทานนอกจากจะสามารถกาหนดความเรวรอบในการหมนไดแลว การหยดชนงานในทนททนใดก
สาคญ ตองอาศยเครองกลงทใชระบบมอเตอรชนดมเบรคแบบแมเหลกไฟฟาหรอ Electromagnetic Brakes
Motor ทาใหหยดหวจบไดโดยทนททนใด
รปท 2 เครองเชอมดวยความเสยดทาน
วสดทใชในการทดลอง
ในการทดลองครงนวสดทเลอกใชคอเหลกกลาคารบอนปานกลาง ขนาดเสนผานศนยกลาง 10 มลลเมตร
ความยาว 100 มลลเมตร ทาการกลงผวหนาชนงานใหเรยบ จานวนสองชน ดงแสดงในรปท 3 มาทาการเชอมตอ
กนดวยความเสยดทาน หลงจากนนนาชนงานทผานการเชอมตอกนแลวไปทาการอบออนเพอคลายความเครยด
หรอเพอทาใหความแขงของชนงานลดลงกลายเปนเหลกทออนนม
รปท 3 ชนงานเหลก AISI 1045 ขนาดเสนผานศนยกลาง 10 มลลเมตร ยาว 100 มลลเมตร
วธการทดลอง
ในการทดลองนไดกาหนดเงอนไขในการทดลองไว 6 เงอนไข คอ ความเรวรอบ, แรงดนในการเสยดทาน,
เวลาในการเสยดทาน, เวลาในการอด, แรงดนในการอด และอณหภมในการอบออน โดยคาเงอนไขในการทดลอง
ดงแสดงในตารางท 1
ชดควบคม
ปมนามนไฮดรอลกส
หวจบฝงชนงานไมหมน
หวจบฝงชนงานหมน
กระบอกไฮดรอลกส
การประชมวชาการแหงชาต มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9
270
ตารางท 1 เงอนไขการทดลอง
รายการ คาเงอนไข
ความเรวรอบ 1,800 rpm
แรงดนในการเสยดทาน 14 bar
เวลาในการเสยดทาน 4 sec
เวลาในการอด 2 , 3 , 4 sec
แรงดนในการอด 20 , 30 , 40 bar
อณหภมในการอบออน 790 c
จากนนนาชนงานทตดไดความยาว 100 มลลเมตร ทาการกลงผวหนาชนงานใหเรยบ จบยดบนเครอง
เชอมดวยความเสยดทาน และทาการเชอมตามเงอนไขทละเงอนไข แสดงดงรปท 4 เมอทาการเชอมเสรจแตละ
เงอนไขนาชนงานออกจากเครองเชอมแลวปลอยใหเยนตวในอากาศ จากนนนาชนงานทไดจากการเชอมทดลอง
ไปเขาเตาอบชบโลหะ ทาการอบออนดวยอณหภม 790 c เวลารวม 2 ชวโมงแลวปลอยใหเยนตวลงในเตาอบชบ
โลหะจนถงอณหภมหอง
เมอไดชนงานทผานการอบออนแลวนาชนงานทไดมาขนรปทาชนงานทดสอบแรงดงตามมาตรฐาน
DIN 50125 Type A แสดงดงรปท 5 และนาชนงานบางสวนไปเตรยมทาชนทดสอบความแขงรอยเชอมตาม
ตาแหนงทกาหนด แสดงดงรปท 6 และเตรยมชนงานสาหรบการตรวจสอบโครงสรางทางโลหะวทยา
รปท 4 แสดงลกษณะการจบยดและเชอมชนงาน
หวจบฝงชนงานไมหมน หวจบฝงชนงานหมน
การประชมวชาการแหงชาต มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9
271
รปท 5 การเตรยมชนงานทดสอบแรงดง รปท 6 ตาแหนงในการกดทดสอบความแขง (แนวนอน)
หลงจากเตรยมชนงานทดสอบแรงดงแลว นาชนงานเขาเครองทดสอบแรงดงเพอตรวจสอบคาการรบ
แรงดง และนาชนทดสอบความแขงเขาเครองทดสอบความแขง ซงในการทดสอบความแขงจะใชการทดสอบ
ความแขงแบบวคเกอร โดยการทดสอบหาคาความแขงจะทดสอบบรเวณรอยเชอมและพนทกระทบรอน และนา
ชนงานสาหรบการตรวจสอบโครงสรางจลภาคไปทาการตรวจสอบตามกระบวนการทางโลหะวทยาแลวถายภาพ
โครงสรางจลภาคเพอนามาวเคราะหโครงสรางและระบขนาดเกรน (Grain size) ตามลาดบ
ผลและวจารณผลการทดลอง
จากการทดลองทไดเมอนาผลการทดลองมาวเคราะหผลคาในการรบแรงดง คาความแขง และลกษณะของ
โครงสรางจลภาคทแตกตางกนไปตามเงอนไขทกาหนดไว ซงผลการทดลองทไดมดงน
ผลการวเคราะหคาการรบแรงดง
จากการทดลองพบวา คาการรบแรงดงของรอยเชอมชนงานทผานการอบออนทอณหภม 790 c เวลาในการ
อดและแรงดนในการอดตางกน ความแขงแรงในการรบแรงดงกจะเปลยนแปลงไปตามเงอนไขททดลอง ซงจากการ
วเคราะหผลพบวาคาการรบแรงจะไมตางกนมากนก ซงคาการรบแรงดงทไดจากการทดลองทเวลาในการอด 2 วนาท
แรงดนในการอด 20 bar จะใหคาแรงดงสงสดท 31.66 kn ชนงานทเวลาในการอด 3 วนาท แรงดนในการอด 30 bar
ใหคาแรงดงสงสดท 31.31 kn สวนชนงานทเวลาในการอด 4 วนาท แรงดนในการอด 40 bar ใหคาแรงดงสงสด
31.94 kn แสดงดงรปท 7
รปท 7 เปรยบคาการรบแรงดงของชนงานตามเงอนไข (A) เวลาในการอด 2 วนาท แรงดนในการอด 20 bar ,
(B) เวลาในการอด 3 วนาท แรงดนในการอด 30 bar และ (C) เวลาในการอด 4 วนาท แรงดนในการอด 40 bar
การประชมวชาการแหงชาต มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9
272
ผลการวเคราะหคาความแขง
จากการวเคราะหคาความแขงตรงตาแหนงในการกดทดสอบพบวาชนงานเชอมทผานการอบออนท
อณหภม 790˚c เวลาในการอดและแรงดนในการอดทแตกตางกนสงผลตอความแขงของรอยเชอม ซงพบวาเวลา
ในการอดและแรงดนในการอดทเพมขนจะทาใหความแขงของรอยเชอมลดลง บรเวณรอยเชอมมความแขง
มากกวาสวนทอยนอกบรเวณรอยเชอม แสดงดงรปท 8 คาเฉลยความแขงของชนงานทเวลาในการอด 2 วนาท
แรงดนในการอด 20 bar ใหคาความแขงท 229.44 Hv ชนงานทเวลาในการอด 3 วนาท แรงดนในการอด 30 bar
ใหคาความแขงท 221.25 Hv และชนงานทเวลาในการอด 4 วนาท แรงดนในการอด 40 bar ใหคาความแขงท
212.02 Hv แสดงดงรปท 9
รปท 8 คาความแขงตรงตาแหนงกดทดสอบความแขงบรเวณรอยเชอมบนชนงานทง 3 เงอนไข
รปท 9 เปรยบเทยบคาเฉลยความแขงของชนงานตามเงอนไข (A) เวลาในการอด 2 วนาท แรงดนในการอด 20 bar ,
(B) เวลาในการอด 3 วนาท แรงดนในการอด 30 bar และ (C) เวลาในการอด 4 วนาท แรงดนในการอด 40 bar
การประชมวชาการแหงชาต มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9
273
ผลการวเคราะหโครงสรางจลภาค
จากผลการวเคราะหโครงสรางจลภาคของการเชอมดวยความเสยดทาน พบวาโครงสรางจลภาคของชนงาน
นอกรอยเชอมทกเงอนไขในการทดลองไมแตกตางกนเนองจากผลของการอบออนหลงการเชอม เพราะการอบ
ออนทาใหโครงสรางถกปรบสภาพใหเกดความสมดลของโครงสรางจงทาใหโครงสรางของชนงานแตละเงอนไม
แตกตางกน ดงแสดงในรปท 10, 11 และ 12
(ก) กาลงขยาย 20 เทา บรเวณนอกรอยเชอม (ข) กาลงขยาย 5 เทา บรเวณรอยเชอม
รปท 10 ภาพถายโครงสรางจลภาคชนงานทเวลาในการอด 2 วนาท แรงดนในการอด 20 bar
(ก) กาลงขยาย 20 เทา บรเวณนอกรอยเชอม (ข) กาลงขยาย 5 เทา บรเวณรอยเชอม
รปท 11 ภาพถายโครงสรางจลภาคชนงานทเวลาในการอด 3 วนาท แรงดนในการอด 30 bar
(ก) กาลงขยาย 20 เทา บรเวณนอกรอยเชอม (ข) กาลงขยาย 5 เทา บรเวณรอยเชอม
รปท 12 ภาพถายโครงสรางจลภาคชนงานทเวลาในการอด 4 วนาท แรงดนในการอด 40 bar
รอยเชอม ชนงาน Ferrite Pearlite
รอยเชอม ชนงาน
รอยเชอม ชนงาน
Ferrite Pearlite
Ferrite Pearlite
การประชมวชาการแหงชาต มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9
274
สรป
จากการศกษาอทธพลของการอบออนทอณหภม 790 c หลงการเชอมดวยความเสยดทานเหลก AISI 1045
ตามเงอนไขการทดลองทเวลาในการอด 2 วนาท แรงดนในการอด 20 bar, เวลาในการอด 3 วนาท แรงดนในการอด
30 bar และเวลาในการอด 4 วนาท แรงดนในการอด 40 bar ไดขอมลและผลการทดลองซงสรปผลไดดงน
1.แนวเชอมมความแขงแรงมากกวาชนงาน เพราะจากผลการทดสอบแรงดง ตาแหนงทขาดออกจากกนจะ
อยนอกบรเวณรอยเชอมซงอยในสวนของชนงาน และคาความตานทานแรงดงชนงานเชอมทง 3 เงอนไขไม
แตกตางกน
2.เวลาและแรงดนทใชในการอดทเพมสงขนสงผลตอความแขงของรอยเชอมโดยเวลาทใชในการอด และ
แรงดนทสงทาใหความแขงของแนวเชอมลดลง
3.โครงสรางจลภาคของรอยเชอมทกเงอนไขในการทดลอง ไมแตกตางกนเนองจากผลของการอบออนหลง
การเชอม เพราะการอบออนทาใหโครงสรางถกปรบสภาพใหเกดความสมดลของโครงสรางจงทาใหโครงสรางของ
ชนงานแตละเงอนไขไมแตกตางกน
เอกสารอางอง
[1] สรสงห อารยางกร, ชวลต ถนวงศพทกษ, และ ชชาต พยอม. 2552. คณลกษณะของโครงสรางจลภาคของ
รอยเชอมของเหลกคารบอนตาท เ ชอมดวยความเสยดทาน . การประชมวชาการเครอขาย
วศวกรรมเครองกลไทยครงท 23 ,เชยงใหม, ประเทศไทย,4-7 พฤศจกายน 2552
[2] Hascalik A. and Orhan,N (2007). “Effect of particle size on welding of Al2o3 reinforced 6160 Al alloy
composite and SAE 1020 steel” Materials and Design.28: 313-317
[3] Ozdemir,N.,Sarailmaz,F. and Hascalik,A.(2007). “Effect of rotational speed on the interface
properties of friction-welding AISI 304L to 4340 steel” ,(Shot communication) Materials and
Design.28:301-307.
[4] Ates, H., Turker, M. and Kurt,A. (2007). “Effect of friction pressure on the Friction – welded MA956
iron-basd superalloy”,Material and Design.28:948-953
[5] อนนต พรหมสทธ. 2546. การพฒนาเทคนคการเชอมแบบแรงเสยดทานสาหรบเชอมตอโลหะ. วทยานพนธ
วทยาศาสตรมหาบณฑต. สาขาวชาวสดศาสตร. คณะวทยาศาสตร. มหาวทยาลยเชยงใหม.
[6] Sahin Mumin. 2547. Simulation of friction welding using a developed computer program
Department of Mechanical Engineering, Trakya University.