อิทธิพลรูปแบบโลหะเติมที่มีผลต่อสมบัติรอยต่อชนท่อเหล็กกล้าไร้สนิม ต่างชนิด AISI 304 และ AISI 316L

Abstract

รอยต่อท่อเหล็กกล้าไร้สนิมถูกใช้งานเพิ่มขึ้นในอุตสาหการผลิตน้ำผลไม้เนื่องจากความต้องโครงสร้างที่มีความยืดหยุ่น ความต้านทานการกัดกร่อน และเกณฑ์การเลือกใช้วัสดุเกรดอาหาร อย่างไรก็ตามการหาค่าตัวแปรการเชื่อมที่เหมาะสมเพื่อทำให้เกิดรอยต่อที่มีความสมบูรณ์เป็นสิ่งที่ท้าทายและมีการศึกษาอย่างต่อเนื่องเพื่อยืดอายุการใช้งานของรอยต่อ ด้วยเหตุนี้งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์เพื่อ 1) ศึกษาอิทธิพลตัวแปรการเชื่อมทิกที่มีผลต่อสมบัติทางกลของรอยต่อท่อเหล็กกล้าไร้สนิม AISI 304 และ AISI 316L และ 2) ศึกษาและเปรียบเทียบความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างโลหะวิทยาของสมบัติทางกล ของรอยต่อท่อเหล็กกล้าไร้สนิม AISI 304 และ AISI 316L ท่อเหล็กกล้าไร้สนิม AISI 304 และ AISI 316L ไร้ตะเข็บที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 60.3 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 54.7 มม. คือ วัสดุหลักในการทดลองนี้ ชิ้นทดสอบรอยต่อชนท่อเหล็กกล้าไร้สนิมต่างชนิดที่มีความยาวรวม 120 มม. ถูกเตรียมด้วยการเชื่อมอาร์กทังสะเตนแก๊สคลุมตามแนวรอยต่อชนตามเส้นรอบวงด้วยตัวแปรกระบวนการเชื่อมที่กำหนด รอยต่อที่ได้จากการเชื่อมถูกนำไปทำการเตรียมและศึกษาความแข็งแรงดึง ความแข็ง และโครงสร้างจุลภาค ผลการทดลองโดยสรุปมีดังนี้ การเพิ่มกระแสเชื่อมในการเชื่อมรอยต่อด้วยโลหะเติมทั้ง 3 ชนิดคือ ER309LSi ER316L และ ER316LSi ส่งผลโดยตรงต่อความสมบูรณ์ของโลหะเชื่อมในรอยต่อและทำให้เกิดการเพิ่มความแข็งแรงของรอยต่อ อย่างไรก็ตามการใช้กระแสเชื่อมที่มีค่าสูงที่ท้าให้เกิดค่าความร้อนขาเข้าสูงไม่แนะนำให้ทำการเชื่อมรอยต่อนี้เนื่องจากสามารถทำให้เกิดโลหะเชื่อมที่ไม่สมบูรณ์และเป็นจุดเริ่มต้นในการเกิดการพังทลายของชิ้นทดสอบ การเปลี่ยนแปลงโลหะเติมที่มีส่วนผสมทางเคมีของธาตุผสมที่แตกต่างมีแนวโน้มในการเปลี่ยนแปลงสมบัติทางกลและโครงสร้างจุลภาคของโลหะเชื่อม โลหะเติมที่มีปริมาณโครเมียมสูงส่งผลท้าให้เกิดการเพิ่มความแข็งและความแข็งแรงดึงของโลหะเชื่อมเนื่องจากการเพิ่มเฟสโครเมียมคาร์ไบด์ที่กระจายตัวสม่ำเสมอในพื้นหลักโลหะเชื่อม สภาวะตัวแปรการเชื่อมที่เหมาะสมที่ทำให้ได้ความแข็งแรงดึงสูงสุด 607 เมกะปาสคาล คือ กระแสเชื่อม 140 แอมแปร์ รอยต่อชนแบบไม่มีร่องบาก และโลหะเติม ER309LSi

Dissimilar stainless steel tube joint was increasingly applied in fruit juice manufacturing industry according to the requirement of a flexible structure, a local corrosion resistance, and the food grade material selection criteria. However, an optimized welding process parameter for producing a sound joint was challenged and continuously studied. Therefore, this research aimed to: 1) study an effect of TIG welding process parameters on AISI 304 and AISI 316L stainless steels butt joint properties and 2) identify the relationship between the microstructure and the mechanical properties of the AISI 304 and AISI 316L stainless steels butt joints. The AISI 304 and AISI 316L stainless steel seamless tubes with an outer diameter of 60.3 mm and an inner diameter of 54.7 mm, were used as base materials in this experiment. The dissimilar stainless steel tube butt joints, 120 mm in total length, were prepared using a gas tungsten arc welding (GTAW) along the circumference butt line with specific welding process parameters. Then, the tensile strength, the hardness, and the microstructure of the produced joints were investigated. The study results revealed that the increase of the welding current using three different filler metals - ER309LSi, ER316L, and ER316LSi - directly affected the sound weld metal of the joint. Moreover, it increased the tensile strength of the joint. However, the high welding current was not recommended for welding the joint because it produced high heat input that caused the incomplete weld metal. This incomplete point could lead to fractures in the test specimen. The filler metals that contained various alloying elements tended to vary mechanical properties and microstructure of the weld metal. In addition, the filler metal contained high chromium that could increase the hardness and the tensile strength of the weld metal because it increased the chromium carbide phase of the uniform dispersion in the weld metal matrix. The optimum welding process parameter that produced the maximum tensile strength of 607 MPa was the welding current of 140 A, the no V groove butt joint, and ER309Lsi filler metal.