Effect of gas tungsten arc welding current on AISI304L and AISI316 stainless steel tube joint properties
โดย นฤเบศร เพียรชัยกุล
ปี 2562
บทคัดย่อ
โครงสร้างระบบการส่งถ่ายและบรรจุน้ำผลไม้ ประกอบด้วยเหล็กกล้าไร้สนิมหลายชนิด กล่าวคือในส่วนของถังบรรจุนั้นในปัจจุบันใช้วัสดุเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทเนติคเกรด AISI304L เนื่องจากเป็นวัสดุที่มีความสามารถในการขึ้นรูป (Formability) สูง มีความต้านทานการกัดกร่อนดีเยี่ยม และมีราคาเหมาะสมในการใช้งาน ขณะเดียวกันในท่อส่งน้ำผลไม้ปัจจุบันได้ถูกกำหนดให้ใช้เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทเนติคเกรด AISI316 ซึ่งเป็นเกรดอาหาร การนำเอาเหล็กกล้าไร้สนิมทั้งสองเกรดมาใช้งานนี้ ส่งผลทำให้เกิดโครงสร้างโลหะต่างชนิดระหว่างเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทเนติคเกรด AISI304L และเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทเนติคเกรด AISI316 ที่จุดต่อของการนำเอาน้ำผลไม้ออกจากถังพัก และเมื่อใช้ไปในระยะเวลาหนึ่งจะทำให้บริเวณรอยเชื่อมเกิดการชำรุดเสียหายจึงต้องทำการเชื่อมซ่อม เพื่อลดค่าใช้จ่ายในการซื้อชิ้นส่วนใหม่มาทดแทนและไม่ก่อให้เกิดขยะอุตสาหกรรม
ในการศึกษาทดลองครั้งนี้จะใช้วัสดุในการทดลอง คือ ท่อเหล็กกล้าไร้สนิม AISI304L และท่อเหล็กกล้าไร้สนิม AISI316 เส้นผ่าศูนย์กลาง 60.3 มิลลิเมตร ความหนา 2.8 มิลลิเมตร ขนาดความยาว 60 มิลลิเมตร รอยต่อถูกทำการเชื่อมอาร์คทังสเตนแก๊สคลุมแบบไม่เติมลวดเชื่อมที่กระแส 90-165 แอมแปร์ และความเร็วเดินแนวเชื่อม 200 มิลลิเมตร/นาที ชิ้นงานที่ถูกผ่านการเชื่อมถูกเตรียมด้วยวิธีทางกล เพื่อทดสอสมบัติต่าง ๆ ประกอบด้วยการทดสอบความแข็งแรงดึง การตรวจสอบความแข็ง และการตรวจสอบโครงสร้าง มหภาคและจุลภาค
ผลการทดลองโดยสรุป มีดังนี้ การเพิ่มขึ้นของความร้อนขาเข้าส่งผลต่อการเพิ่มการหลอมลึกของแนวเชื่อม เพิ่มพื้นที่การเกาะยึดของรอยต่อ และเพิ่มความแข็งแรงดึงของรอยต่อ เมื่อพิจารณาโครงสร้างจุลภาคของแนวการพังทลายของชิ้นส่วนทดสอบความแข็งแรงดึง การเพิ่มขึ้นนี้เนื่องจากการลดขนาดเกรนและช่องว่างระหว่างแขนเดนไดรท์ทุติยภูมิในโลหะเชื่อม ตัวแปรการเชื่อมที่เหมาะสมที่ทำให้เกิดความแข็งแรง 832 เมกกะปาสคาล คือกระแสเชื่อม 135 แอมแปร์ และความเร็วเดินแนวเชื่อม 200 มิลลิเมตร/นาที ค่าความร้อนขาเข้าที่เพิ่มขึ้นทำให้โลหะเชื่อมสมบูรณ์เพิ่มขึ้น
Abstract
The structure of transferring and packing systems for fruit juice comprises many types of stainless steel. At present AISI 304L austenitic stainless steel is used for fruit juice tanks due to a greater formability, an excellent corrosion resistance and reasonable price while AISI 316 austenitic stainless steel which is food grade is designated for making juice pipes. Because of using two types of stainless steel, there is
the difference of metallic structure between AISI 304L austenitic stainless steel and AISI 316 austenitic stainless steel at the connection point pumping fruit juice out of the storage tank, and later, the welded joint will be cracked. In order to reduce cost and industrial waste, it needs to be re-welded instead of buying new parts.
The materials used in this research were AISI 304L and AISI 316 stainless steel pipes with diameter of 60.3 mm, thickness of 2.8 mm, and length of 60 mm. The joints were welded by gas tungsten arc welding (GTAW) without a filler metal and using welding currents at 90-165 amperes and welding speed of 200 mm/min. The welded specimens were prepared by mechanical methods for the tensile strength test, hardness inspection, and macrostructure and microstructure inspection.
The experimental results were summarized as follows: an increase in heat input affected an increase in the deep penetration of the weld bead, an increase in bonded joint area, and increase in tensile strength of the joints. Considering the microstructure of fracture path of the tensile strength specimen, these increases were caused by decreasing grain size and the secondary dendrite arm spacing (SDAS). The optimum welding parameters for tensile strength of 832 MPa were the welding current of 135 amperes and the welding speed of 200 mm/min. The increase in heat input caused a more perfect weld metal.