การสร้างชั้นผิวเคลือบอะลูมิเนียมผสมบนพื้นผิวเหล็กกล้าคาร์บอน S45C ด้วยกระบวนการเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊สคลุม

Abstract

กระบวนการเชื่อมเป็นหนึ่งในวิธีการซ่อมที่มีประสิทธิผลในการเติมชั้นโลหะบนพื้นผิวที่เสียหายของชิ้นส่วนเครื่องจักรกลเกษตรซึ่งเกิดการเสียหายขณะถูกนำไปใช้งาน ด้วยเหตุนี้การหาค่าตัวแปรการเชื่อมที่มีความเหมาะสมสามารถทำให้เกิดการปรับปรุงสมบัติทางกลของพื้นผิวที่เสียหายจึงเป็นหัวข้อสำคัญที่มีการดำเนินการต่อเนื่องเพื่อยืดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนเครื่องจักรกล งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์เพื่อศึกษาตัวแปรการสร้างชั้นผิวเคลือบอะลูมิเนียมบนผิวเหล็กกล้าคาร์บอน S45C ด้วยการเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊สคลุม วัสดุในการทดลอง คือ เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง JIS-S45C ทรงกระบอกกลวงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 135 มิลลิเมตร เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 85 มิลลิเมตร ยาว 100 มิลลิเมตร โลหะเชื่อมพอกแข็งถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวภายนอกของทรงกระบอกด้วยการเชื่อมทิกและลวดเชื่อมอะลูมิเนียม ตัวแปรการเชื่อมประกอบด้วยกระแสเชื่อม 170 - 200 แอมแปร์ ความเร็วเดินแนว 100 มิลลิเมตรต่อนาที อัตราการป้อนลวด 200 - 800 มิลลิเมตรต่อนาที และจำนวนแนวเชื่อมอะลูมิเนียม 1-3 ชั้น ชิ้นงานที่ผ่านการเชื่อมถูกเตรียมด้วยวิธีการทางกลเพื่อตรวจสอบความแข็ง ความต้านทานการสึกหรอ และโครงสร้างมหภาคและจุลภาค ผลการทดลองโดยสรุปมีดังนี้ ตัวแปรการเชื่อมที่เหมาะสมให้ความแข็งสูงสุด 846.3 วิกเกอร์สเกล และเปอร์เซ็นต์การที่สูญเสียน้ำหนักมีค่าเท่ากับ 1.04 เปอร์เซ็นต์ พบได้ที่การเชื่อมทับแนว 2 ชั้น กระแสเชื่อม 190 แอมแปร์ ความเร็วเดินแนว 100 มิลลิเมตรต่อนาที อัตราการป้อนลวด 200 มิลลิเมตรต่อนาที การเพิ่มกระแสเชื่อมและจำนวนชั้นในการเชื่อมทับแนวมีแนวโน้มทำให้ความแข็งของชั้นผิวสัมผัสระหว่าง อะลูมิเนียมและพื้นผิวเหล็กกล้าคาร์บอนเพิ่มสูงขึ้น การวิเคราะห์ส่วนผสมทางเคมีของผิวสัมผัสรอยต่อแสดงการก่อตัวของสารประกอบกึ่งโลหะระหว่างเหล็กและอะลูมิเนียมทำให้ความแข็งของชั้นผิวสัมผัสรอยต่อมีความแข็งและต้านทานการสึกหรอสูง

The welding process is an effective repair process for adding a metal layer on a worn surface of an agricultural machinery part that was damaged from use. Therefore, it is important to find the optimal welding process parameters that can improve the mechanical properties of a worn surface in order to continuously prolong the service time of the machinery parts. This work aimed to study the effect of an aluminum cladding parameter on a S45C carbon steel surface properties by using gas tungsten arc welding. The material used in this experiment was a hollowed cylindrical shape of JIS - S45C medium carbon steel which had an outer diameter of 135 mm, an inner diameter of 85 mm, and a length of 100 mm. An aluminum weld metal was produced on the outer surface of the cylinder by using gas tungsten arc welded with an aluminum wired electrode. The welding process parameters were welding currents of 170 - 200 A, a welding speed of 100 mm/min, wire feed rates of 200 - 800 mm/min, and the single, double and triple welding layers of aluminum. The welded specimens were mechanically prepared and investigated for hardness, wear resistance, and macro/ micro structure. The summarized experiment results are as follows. The welding parameter was optimized with a maximum hardness of 846.3 HV and a weight loss of 1.04 percent when testing the double welding layers at the welding current of 190 A, the welding speed of 100 mm/min, and the wire feed rate of 200 mm/min. Increasing the welding current and the number of overlapping layers tended to increase the hardness of the aluminum cladding on the carbon steel surface. A chemical composition analysis of the joint interface showed that the formation of Fe-Al intermetallic compound which tended to increase hardness and wear resistance of the joint interface.