อิทธิพลของการเชื่อมเสียดทานแบบกวนซ้ำแนวของรอยต่อเกยระหว่าง อลูมิเนียม AA6063 และเหล็กกล้าไร้สนิม AISI430

Abstract

รอยต่อเกยระหว่างอลูมิเนียมและเหล็กกล้าถูกใช้งานในอุตสาหกรรมรถยนต์เนื่องจากความต้องการโครงสร้างน้าหนักเบาที่ทำให้เกิดการประหยัดพลังงานและรักษาสิ่งแวดล้อม ถึงแม้ว่าการเชื่อมหลอมละลายระหว่างอลูมิเนียมและเหล็กเป็นสิ่งที่ยากลาบาก แต่รอยต่อเกยนี้สามารถเชื่อมในสภาวะของแข็งด้วยการเชื่อมเสียดทานกวนเข้าด้วยกันและแสดงค่าความแข็งแรงของรอยต่อที่มีค่าสูงกว่าโลหะฐานอลูมิเนียม ในการเชื่อมเสียดทานกวนนี้ความแข็งแรงของโลหะเชื่อมสามารถเพิ่มขึ้นได้เมื่อการรวมตัวของวัสดุรอบรอยต่อเพิ่มขึ้น ด้วยเหตุนี้งานวิจัยจึงมีจุดประสงค์ในการเพิ่มการรวมตัวของวัสดุรอยรอยต่อโดยการประยุกต์การเชื่อมเสียดทานกวนซ้ำแนวในการเชื่อมรอยต่อเกยระหว่างอลูมิเนียม AA6063 และเหล็กกล้าไร้สนิม AISI430 วัสดุในการทดลองคือ อลูมิเนียมผสม AA6063 และเหล็กกล้าไร้สนิม AISI430 ขนาดของแผ่นเท่ากับยาว 200 มม. กว้าง 105 มม. และหนา 3 มม. รอนต่อถูกเชื่อมเสียดทานกวนด้วยความเร็วรอบ 250-750 รอบต่อนาที การเดินแนว 175 มม./นาที ระยะการเชื่อมซ้ำ 0-2 มม. และความเอียงเครื่องมือเชื่อม 2 องศา รอยต่อที่ผ่านการเชื่อมถูกนำไปตรวจสอบความแข็งแรง ความแข็ง และโครงสร้างจุลภาค ผลการทดลองโดยสรุปมีดังนี้ การเพิ่มระยะการเชื่อมซ้ำส่งผลทำให้ความแข็งแรงเฉือนของรอยต่อเพิ่มขึ้นตัวแปรการเชื่อมที่ทำให้ได้ความแข็งแรงดึงเฉือน 17460 นิวตัน คือความเร็วรอบ 750 รอบต่อนาที ความเร็วเดินแนว 175 มม./นาที ระยะการเชื่อมซ้ำ 2 มม. และมุมเอียงเครื่องมือเชื่อม 2 องศา การเพิ่มส่วนของเหล็กที่ถูกกวนผ่านผิวสัมผัสเข้าสู่พื้นที่การกวนส่งผลทำให้ความแข็งแรงเพิ่มขึ้นเนื่องจากการเพิ่มพื้นที่การยึดเหนี่ยวของวัสดุ โครงสร้างจุลภาคที่ผิวสัมผัสแสดงการก่อตัวของสารประกอบกึ่งโลหะ FeAl ซึ่งบ่งชี้ให้ทราบว่ารอยต่อมีสมบัติความเหนียวและความแข็งแรง

Aluminum/steel lap joint is applied in automobile industry because of a requirement of the light weight structure that can affect to save energy and preserve environment. Although, fusion welding of aluminum/steel joint is difficult, however, this joint could be solid state welded using friction stir weld (FSW) and show a higher tensile strength than that of the base aluminum. In FSW, an increase of the joint strength could be reached when a combination of the materials around the joint interface was increased. This research aims to investigate the materials combination around the joint interface by applying multi-passes FSW on dissimilar AA6063 aluminum alloy/ AISI430 stainless steel lap joint. Materials in this experiment were AA6063 aluminum alloy and AISI430 stainless steel. Plates dimension was 200 mm. in length, 105 mm. in length and 3.0 mm. in thick. FSW applied to weld the lap joint using a rotating speed of 250-750 rpm, a travelling speed of 175 mm/min, multi-passes distance of 0-2 mm, and a tool tilt angle of 2 degrees. The FSW lap joint was investigated for joint strength, hardness and microstructure. The experimental results showed that increase of the multi-passes distance affected to increase the tensile shear strength of the lap joint. The optimum welding parameter that showed the tensile shear strength of 17460 N was a rotating speed of 750 rpm, a travelling speed of 175 mm/min, multi-passes distance of 2 mm, and a tool tilt angle of 2 degrees. Increase of the steel parts that were stirred by the FSW tool across the joint interface to the stir zone affected to increase the tensile shear strength of the joint because of the bonding area between aluminum and steel was increased. Interface structure of maximum tensile shear strength lap joint also showed the formation of FeAl intermetallic compound phase that implied the ductile properties.