TIG Welding Parameters Affecting Properties of Aluminum Cladded Metal on AISI4140 Low Alloy Steel Surface
โดย ปิยธิดา ตุนังกุล
ปี 2566
บทคัดย่อ
วิทยานิพนธ์นี้มีจุดประสงค์ คือ 1) เพื่อศึกษาอิทธิพลตัวแปรการเชื่อมทิก (Tungsten Inert gas welding: TIG Welding) ที่มีผลต่อสมบัติของโลหะเคลือบอะลูมิเนียม (Aluminum cladded metal) บนพื้นผิวเหล็กกล้าผสมต่ำ AISI4140 และ 2) เพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างจุลภาค และสมบัติทางกลของโลหะเคลือบอะลูมิเนียมบนพื้นผิวเหล็กกล้าผสมต่ำ AISI4140
วัสดุในการทดลอง คือ เหล็กกล้าผสมต่ำ AISI4140 ที่มีความกว้าง 75 มิลลิเมตร ความยาว 150 มิลลิเมตร และหนา 13 มิลลิเมตร โลหะเคลือบอะลูมิเนียมถูกสร้างบนพื้นผิวเหล็กกล้าด้วยกระบวนการเชื่อมทิก ตัวแปรการเชื่อม (Welding parameters) ในการทดลองนี้ประกอบด้วยกระแสเชื่อม (Welding current) คือ 75-175 แอมแปร์ ความเร็วของการเดินเชื่อม (Welding speed) คือ 75-175 มิลลิเมตรต่อนาที ระยะซ้อนแนว (Weld overlap distance) ร้อยละ 10-40 ของความกว้างของโลหะเคลือบอะลูมิเนียม (Aluminum cladded metal width) ชิ้นงานเชื่อมถูกทำการตรวจสอบสมบัติประกอบด้วยรูปร่างโลหะเคลือบอะลูมิเนียม ความแข็ง และโครงสร้างจุลภาค
ผลการทดลองโดยสรุปมีดังนี้ การเพิ่มกระแสเชื่อมและการลดความเร็ว ของการเดินเชื่อมส่งผลทำให้เกิดการเพิ่มความกว้างโลหะเคลือบอะลูมิเนียม ความกว้างของพื้นที่กระทบร้อน การหลอมลึกของโลหะเคลือบอะลูมิเนียม และความลึกของพื้นที่กระทบร้อน อย่างไรก็ตามการเพิ่มกระแสเชื่อมและการลดความเร็วของการเดินเชื่อมนี้ทำให้ความนูนของแนวเชื่อมลดลง การตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคพบการก่อตัวของสารประกอบกึ่งโลหะซึ่งเกิดจากการรวมตัวของอะลูมิเนียมและเหล็กที่ผิวสัมผัสระหว่างโลหะเชื่อม (Weld metal: WM) และโลหะฐาน (Base metal: BM) ความหนาของชั้นสารประกอบกึ่งโลหะมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเมื่อกระแสเชื่อมเพิ่มขึ้นและความเร็วของการเดินเชื่อมลดลง การเพิ่มปริมาณอะลูมิเนียมและลดปริมาณเหล็กในชั้นสารประกอบกึ่งโลหะส่งผลทำให้ความแข็งที่ชั้นผิวสัมผัสระหว่างโลหะเชื่อมและโลหะฐานมีค่าเพิ่มขึ้นการเพิ่มระยะซ้อนแนวส่งผลทำ ให้เกิดการลดขนาดโครงสร้างเดนไดรท์ในโลหะเชื่อม โครงสร้างเดนไดรท์ที่มีขนาดเล็กแสดงปริมาณอะลูมิเนียมในแขนเดนไดรท์ที่มีค่าต่ำกว่าปริมาณอะลูมิเนียมในช่องว่างระหว่างแขนเดนไดรท์
Abstract
The purposes of this thesis were: 1) to investigate the influence of Tungsten Inert Gas (TIG) Welding parameters on the properties of aluminum cladded metal (ACM) on AISI4140 low-alloy steel surface and 2) to study a relation of microstructure and mechanical properties of aluminum cladded metal on AISI4140 low-alloy steel.
The experimental material was AISI4140 low-alloy steel with a width of 75 mm, a length of 150 mm, and a thickness of 13 mm. ACM was formed on the steel surface by a TIG welding process. Welding parameters in this experiment consisted of welding current 75-175 amperes, welding speed 75-175 mm per minute, and welding overlap distance ranging from 10-40% of the width of the ACM. The welded piece was examined for properties consisting of ACM geometries, hardness, and microstructure.
The results of the experiment were summarized as follows. Increasing welding current and decreasing welding speed resulted in increasing an ACM bead width, a heat affected zone (HAZ) width, an ACM penetration, and HAZ depth. However, increasing the welding current and decreasing the welding speed decrease the convexity of a weld reinforcement. Microstructure examination showed a formation of an intermetallic compound (IMC) which was a combination of aluminum and iron at the weld metal (WM) and the base metal (BM) interface. The IMC thickness tended to increase as the welding current increased and the welding speed decreased. Increasing the aluminum content and decreasing the iron content in the IMC layer resulted in the increase in the hardness of the WM and the BM interface. The increase of the overlapping distance resulted in a grain refinement of a WM dendrite structure. Smaller dendrite structure revealed the aluminum content in the dendrite arms was lower than the aluminum content in the space between the dendrite arms.