การประชมวชาการแหงชาต มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9

267

อทธพลของการอบออนหลงการเชอมดวยความเสยดทานเหลก AISI 1045

INFLUENCE OF ANNEALING AFTER FRICTIONWELDING AISI 1045 STEEL

วษณ แฟงเมอง1, ศรชย ตอสกล2

Wisanu Fangmuang1, Sirichai Torsakul2

บทคดยอ

บทความนมวตถประสงคเพอศกษาอทธพลของการอบออนหลงการเชอมดวยความเสยดทานเหลก

AISI 1045 ซงในการทดลองภายใตเงอนไขการเชอมคอ แรงดนในการอด 20 , 30 และ 40 บาร เวลาในการอด 2 ,

3 และ 4 วนาท ความเรวรอบ 1,800 รอบตอนาท อณหภมในการอบออน 790 องศาเซลเซยส นาชนงานทดสอบ

แรงดง ทดสอบความแขง และตรวจสอบโครงสรางจลภาคทบรเวณรอยเชอม หลงทาการวเคราะหผลจากการ

เชอมดวยความเสยดทาน พบวาแนวเชอมมความแขงแรงมากกวาชนงาน เพราะจากผลการทดสอบแรงดง

ตาแหนงทขาดออกจากกนอยนอกบรเวณแนวเชอมซงอยในสวนของชนงาน และคาความตานทานแรงดงชนงาน

เชอมทง 3 เงอนไขไมแตกตางกน เวลาและแรงดนทใชในการอดทเพมสงขนสงผลตอความแขงของแนวเชอม โดย

เวลาและแรงดนในการอดทสงขนสงผลใหความแขงของแนวเชอมลดลง โครงสรางจลภาคของแนวเชอมทก

เงอนไขในการทดลอง ไมแตกตางกนอนเนองมาจากผลของการอบออนหลงการเชอม เพราะการอบออนทาให

โครงสรางถกปรบสภาพอยในสภาวะทสมดล

คาสาคญ : การเชอมดวยความเสยดทาน , การอบออน , เหลกกลาคารบอนปานกลาง

Abstract

The purpose of this paper was to study influence of annealing after friction welding of AISI

1045 steel with the experimental welding condition of 20, 30 and 40 bars compressor, compressing

time for 2, 3 and 4 seconds, 1,800 rpm and annealing temperature of 790 degree Celsius. The work

piece was tested for tensile stress, hardness and microstructure at the weld bead after the analysis of

result of friction welding and it was found that the weld bead had more strength than the work piece

since according to the result of tensile stress test, it was torn at the position outside the weld bead on

the work piece and there was no difference of resistance value for tensile stress under 3 conditions.

The increase of time and compressor used in compressing process affect the strength of weld bead

by mean that the increase of time and compressor reduced the strength of weld bead. The structures

of weld bead under all experimental conditions had no significant difference due to the result of

1,2,ภาควชาวศวกรรมอตสาหการ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลธญบร อาเภอธญบร จงหวดปทมธาน 12110 1,2,Department of Industrial Engineering, Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Thanyaburi, Thanyaburi,

Pathumthani 12110

การประชมวชาการแหงชาต มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9

268

annealing after welding since the annealing caused its structure to be reconditioned to produce

balance of the structure.

Keywords: friction welding, annealing, medium carbon steel

E-mail address : Wisanu205@hotmail.com

คานา

การเชอมตอวสดดวยความเสยดทานเปนอกวธการหนงทใหรอยเชอมทด มคาความแขงสงเนองจากสามารถ

เชอมชนงานไดทงหนาสมผส แตกตางจากการเชอมดวยวธการอนทเชอมไดเฉพาะผวดานนอกเทานนไมสามารถ

ซมลกเขาถงดานในของชนงานได อกทงการเชอมโดยวธการอนนนตองอาศยชางฝมอทมทกษะ ความชานาญ

คณสมบตลวดเชอมกมสวนสาคญในการเชอม ซงในการเชอมดวยความเสยดทานนนถกนามาใชใน

ภาคอตสาหกรรมมากขน จงทาใหมผสนใจศกษาวจยเกยวกบการเชอมดวยความเสยดทานมากขนเชนกน ซง

วสดทนามาเชอมดวยความเสยดทานนนมทงวสดชนดเดยวกน และวสดตางชนดกน การศกษาวจยเครองเชอม

ดวยแรงเสยดทาน [1] เวลาในการเสยดทาน [2] แรงดนและเวลาในการเชอม [3] ความเรวรอบในการหมน

ชนงาน [4] ตลอดจนการพฒนาเทคนคการเชอมแบบแรงเสยดทานสาหรบเชอมตอโลหะ [5] และในเงอนไขอนท

กาลงศกษาอย ในสวนของงานทดลองนเปนการศกษาอทธพลของอณหภมในการอบออนหลงการเชอมทมผลตอ

รอยเชอมเหลก AISI 1045 และศกษาในสวนของอทธพลเวลาในการเสยดทาน แรงดนในการเสยดทาน โดยการ

ทดลองนจะทาการทดสอบความแขงทจดกงกลางแนวนอนของชนงาน ทดสอบแรงดงเพอหาคาความแขงแรงของ

รอยเชอม และวเคราะหโครงสรางจลภาคของรอยเชอมเพอหาขนาดของเกรน (Grain size) บรเวณรอยเชอม

อปกรณและวธการ

เครองมอและวธการศกษา

ในการทดลองไดใชหลกการเชอมดวยความเสยดทานโดยอาศยหลกการเปลยนความเสยดทานเปน

พลงงานความรอนเพอใหชนงานสองชนเชอมตอกน โดยในการเชอมจะจบยดชนงานดานหนงไมใหหมน และ

ชนงานอกดานจะหมนดวยความเรวรอบตามเงอนไขทกาหนดไว จากนนเพมแรงดนใหกบชนงานฝงทไมหมนให

เกดความเสยดทานกบชนงานฝงทกาลงหมน โดยใชเวลาในการเสยดทาน 4 วนาทแรงดนในการเสยดทาน 14 bar

จนเกดความรอนขนบรเวณทเสยดทานอณหภมใกลถงจดหลอมละลายกอนทจะใหแรงดนในการอดอดชนงานทง

สองใหเกดการเชอมประสานกนขน โดยใชเวลาในการอดตามเงอนไขทกาหนดเมอชนงานทงสองชนประสานรวม

เปนเนอเดยวกนแลวใหหยดความเรวในการหมนทนท และปลอยชนงานใหเยนตวกอนนาชนงานออกจากอปกรณ

จบยด ดงแสดงในรปท 1

รปท 1 แสดงลกษณะการจบยดและเชอมดวยความเสยดทาน [6]

การประชมวชาการแหงชาต มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9

269

เครองเชอมดวยความเสยดทาน

ในการทดลองครงนไดประยกตใชเครองกลงยนศนยเปนเครองเชอมดวยความเสยดทาน และทาการ

ออกแบบหวจบและระบบแรงดนไฮดรอลกสฝงชนงานทไมหมนใชในการเชอมดวยความเสยดทาน เพอใชในการ

ทดลองครงน ซงไดจดสรางขนตามเงอนไขของการทดลอง ในการนาเครองกลงยนศนยมาประยกตใชในการเชอม

ดวยความเสยดทานนอกจากจะสามารถกาหนดความเรวรอบในการหมนไดแลว การหยดชนงานในทนททนใดก

สาคญ ตองอาศยเครองกลงทใชระบบมอเตอรชนดมเบรคแบบแมเหลกไฟฟาหรอ Electromagnetic Brakes

Motor ทาใหหยดหวจบไดโดยทนททนใด

รปท 2 เครองเชอมดวยความเสยดทาน

วสดทใชในการทดลอง

ในการทดลองครงนวสดทเลอกใชคอเหลกกลาคารบอนปานกลาง ขนาดเสนผานศนยกลาง 10 มลลเมตร

ความยาว 100 มลลเมตร ทาการกลงผวหนาชนงานใหเรยบ จานวนสองชน ดงแสดงในรปท 3 มาทาการเชอมตอ

กนดวยความเสยดทาน หลงจากนนนาชนงานทผานการเชอมตอกนแลวไปทาการอบออนเพอคลายความเครยด

หรอเพอทาใหความแขงของชนงานลดลงกลายเปนเหลกทออนนม

รปท 3 ชนงานเหลก AISI 1045 ขนาดเสนผานศนยกลาง 10 มลลเมตร ยาว 100 มลลเมตร

วธการทดลอง

ในการทดลองนไดกาหนดเงอนไขในการทดลองไว 6 เงอนไข คอ ความเรวรอบ, แรงดนในการเสยดทาน,

เวลาในการเสยดทาน, เวลาในการอด, แรงดนในการอด และอณหภมในการอบออน โดยคาเงอนไขในการทดลอง

ดงแสดงในตารางท 1

ชดควบคม

ปมนามนไฮดรอลกส

หวจบฝงชนงานไมหมน

หวจบฝงชนงานหมน

กระบอกไฮดรอลกส

การประชมวชาการแหงชาต มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9

270

ตารางท 1 เงอนไขการทดลอง

รายการ คาเงอนไข

ความเรวรอบ 1,800 rpm

แรงดนในการเสยดทาน 14 bar

เวลาในการเสยดทาน 4 sec

เวลาในการอด 2 , 3 , 4 sec

แรงดนในการอด 20 , 30 , 40 bar

อณหภมในการอบออน 790 c

จากนนนาชนงานทตดไดความยาว 100 มลลเมตร ทาการกลงผวหนาชนงานใหเรยบ จบยดบนเครอง

เชอมดวยความเสยดทาน และทาการเชอมตามเงอนไขทละเงอนไข แสดงดงรปท 4 เมอทาการเชอมเสรจแตละ

เงอนไขนาชนงานออกจากเครองเชอมแลวปลอยใหเยนตวในอากาศ จากนนนาชนงานทไดจากการเชอมทดลอง

ไปเขาเตาอบชบโลหะ ทาการอบออนดวยอณหภม 790 c เวลารวม 2 ชวโมงแลวปลอยใหเยนตวลงในเตาอบชบ

โลหะจนถงอณหภมหอง

เมอไดชนงานทผานการอบออนแลวนาชนงานทไดมาขนรปทาชนงานทดสอบแรงดงตามมาตรฐาน

DIN 50125 Type A แสดงดงรปท 5 และนาชนงานบางสวนไปเตรยมทาชนทดสอบความแขงรอยเชอมตาม

ตาแหนงทกาหนด แสดงดงรปท 6 และเตรยมชนงานสาหรบการตรวจสอบโครงสรางทางโลหะวทยา

รปท 4 แสดงลกษณะการจบยดและเชอมชนงาน

หวจบฝงชนงานไมหมน หวจบฝงชนงานหมน

การประชมวชาการแหงชาต มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9

271

รปท 5 การเตรยมชนงานทดสอบแรงดง รปท 6 ตาแหนงในการกดทดสอบความแขง (แนวนอน)

หลงจากเตรยมชนงานทดสอบแรงดงแลว นาชนงานเขาเครองทดสอบแรงดงเพอตรวจสอบคาการรบ

แรงดง และนาชนทดสอบความแขงเขาเครองทดสอบความแขง ซงในการทดสอบความแขงจะใชการทดสอบ

ความแขงแบบวคเกอร โดยการทดสอบหาคาความแขงจะทดสอบบรเวณรอยเชอมและพนทกระทบรอน และนา

ชนงานสาหรบการตรวจสอบโครงสรางจลภาคไปทาการตรวจสอบตามกระบวนการทางโลหะวทยาแลวถายภาพ

โครงสรางจลภาคเพอนามาวเคราะหโครงสรางและระบขนาดเกรน (Grain size) ตามลาดบ

ผลและวจารณผลการทดลอง

จากการทดลองทไดเมอนาผลการทดลองมาวเคราะหผลคาในการรบแรงดง คาความแขง และลกษณะของ

โครงสรางจลภาคทแตกตางกนไปตามเงอนไขทกาหนดไว ซงผลการทดลองทไดมดงน

ผลการวเคราะหคาการรบแรงดง

จากการทดลองพบวา คาการรบแรงดงของรอยเชอมชนงานทผานการอบออนทอณหภม 790 c เวลาในการ

อดและแรงดนในการอดตางกน ความแขงแรงในการรบแรงดงกจะเปลยนแปลงไปตามเงอนไขททดลอง ซงจากการ

วเคราะหผลพบวาคาการรบแรงจะไมตางกนมากนก ซงคาการรบแรงดงทไดจากการทดลองทเวลาในการอด 2 วนาท

แรงดนในการอด 20 bar จะใหคาแรงดงสงสดท 31.66 kn ชนงานทเวลาในการอด 3 วนาท แรงดนในการอด 30 bar

ใหคาแรงดงสงสดท 31.31 kn สวนชนงานทเวลาในการอด 4 วนาท แรงดนในการอด 40 bar ใหคาแรงดงสงสด

31.94 kn แสดงดงรปท 7

รปท 7 เปรยบคาการรบแรงดงของชนงานตามเงอนไข (A) เวลาในการอด 2 วนาท แรงดนในการอด 20 bar ,

(B) เวลาในการอด 3 วนาท แรงดนในการอด 30 bar และ (C) เวลาในการอด 4 วนาท แรงดนในการอด 40 bar

การประชมวชาการแหงชาต มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9

272

ผลการวเคราะหคาความแขง

จากการวเคราะหคาความแขงตรงตาแหนงในการกดทดสอบพบวาชนงานเชอมทผานการอบออนท

อณหภม 790˚c เวลาในการอดและแรงดนในการอดทแตกตางกนสงผลตอความแขงของรอยเชอม ซงพบวาเวลา

ในการอดและแรงดนในการอดทเพมขนจะทาใหความแขงของรอยเชอมลดลง บรเวณรอยเชอมมความแขง

มากกวาสวนทอยนอกบรเวณรอยเชอม แสดงดงรปท 8 คาเฉลยความแขงของชนงานทเวลาในการอด 2 วนาท

แรงดนในการอด 20 bar ใหคาความแขงท 229.44 Hv ชนงานทเวลาในการอด 3 วนาท แรงดนในการอด 30 bar

ใหคาความแขงท 221.25 Hv และชนงานทเวลาในการอด 4 วนาท แรงดนในการอด 40 bar ใหคาความแขงท

212.02 Hv แสดงดงรปท 9

รปท 8 คาความแขงตรงตาแหนงกดทดสอบความแขงบรเวณรอยเชอมบนชนงานทง 3 เงอนไข

รปท 9 เปรยบเทยบคาเฉลยความแขงของชนงานตามเงอนไข (A) เวลาในการอด 2 วนาท แรงดนในการอด 20 bar ,

(B) เวลาในการอด 3 วนาท แรงดนในการอด 30 bar และ (C) เวลาในการอด 4 วนาท แรงดนในการอด 40 bar

การประชมวชาการแหงชาต มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9

273

ผลการวเคราะหโครงสรางจลภาค

จากผลการวเคราะหโครงสรางจลภาคของการเชอมดวยความเสยดทาน พบวาโครงสรางจลภาคของชนงาน

นอกรอยเชอมทกเงอนไขในการทดลองไมแตกตางกนเนองจากผลของการอบออนหลงการเชอม เพราะการอบ

ออนทาใหโครงสรางถกปรบสภาพใหเกดความสมดลของโครงสรางจงทาใหโครงสรางของชนงานแตละเงอนไม

แตกตางกน ดงแสดงในรปท 10, 11 และ 12

(ก) กาลงขยาย 20 เทา บรเวณนอกรอยเชอม (ข) กาลงขยาย 5 เทา บรเวณรอยเชอม

รปท 10 ภาพถายโครงสรางจลภาคชนงานทเวลาในการอด 2 วนาท แรงดนในการอด 20 bar

(ก) กาลงขยาย 20 เทา บรเวณนอกรอยเชอม (ข) กาลงขยาย 5 เทา บรเวณรอยเชอม

รปท 11 ภาพถายโครงสรางจลภาคชนงานทเวลาในการอด 3 วนาท แรงดนในการอด 30 bar

(ก) กาลงขยาย 20 เทา บรเวณนอกรอยเชอม (ข) กาลงขยาย 5 เทา บรเวณรอยเชอม

รปท 12 ภาพถายโครงสรางจลภาคชนงานทเวลาในการอด 4 วนาท แรงดนในการอด 40 bar

รอยเชอม ชนงาน Ferrite Pearlite

รอยเชอม ชนงาน

รอยเชอม ชนงาน

Ferrite Pearlite

Ferrite Pearlite

การประชมวชาการแหงชาต มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน ครงท 9

274

สรป

จากการศกษาอทธพลของการอบออนทอณหภม 790 c หลงการเชอมดวยความเสยดทานเหลก AISI 1045

ตามเงอนไขการทดลองทเวลาในการอด 2 วนาท แรงดนในการอด 20 bar, เวลาในการอด 3 วนาท แรงดนในการอด

30 bar และเวลาในการอด 4 วนาท แรงดนในการอด 40 bar ไดขอมลและผลการทดลองซงสรปผลไดดงน

1.แนวเชอมมความแขงแรงมากกวาชนงาน เพราะจากผลการทดสอบแรงดง ตาแหนงทขาดออกจากกนจะ

อยนอกบรเวณรอยเชอมซงอยในสวนของชนงาน และคาความตานทานแรงดงชนงานเชอมทง 3 เงอนไขไม

แตกตางกน

2.เวลาและแรงดนทใชในการอดทเพมสงขนสงผลตอความแขงของรอยเชอมโดยเวลาทใชในการอด และ

แรงดนทสงทาใหความแขงของแนวเชอมลดลง

3.โครงสรางจลภาคของรอยเชอมทกเงอนไขในการทดลอง ไมแตกตางกนเนองจากผลของการอบออนหลง

การเชอม เพราะการอบออนทาใหโครงสรางถกปรบสภาพใหเกดความสมดลของโครงสรางจงทาใหโครงสรางของ

ชนงานแตละเงอนไขไมแตกตางกน

เอกสารอางอง

[1] สรสงห อารยางกร, ชวลต ถนวงศพทกษ, และ ชชาต พยอม. 2552. คณลกษณะของโครงสรางจลภาคของ

รอยเชอมของเหลกคารบอนตาท เ ชอมดวยความเสยดทาน . การประชมวชาการเครอขาย

วศวกรรมเครองกลไทยครงท 23 ,เชยงใหม, ประเทศไทย,4-7 พฤศจกายน 2552

[2] Hascalik A. and Orhan,N (2007). “Effect of particle size on welding of Al2o3 reinforced 6160 Al alloy

composite and SAE 1020 steel” Materials and Design.28: 313-317

[3] Ozdemir,N.,Sarailmaz,F. and Hascalik,A.(2007). “Effect of rotational speed on the interface

properties of friction-welding AISI 304L to 4340 steel” ,(Shot communication) Materials and

Design.28:301-307.

[4] Ates, H., Turker, M. and Kurt,A. (2007). “Effect of friction pressure on the Friction – welded MA956

iron-basd superalloy”,Material and Design.28:948-953

[5] อนนต พรหมสทธ. 2546. การพฒนาเทคนคการเชอมแบบแรงเสยดทานสาหรบเชอมตอโลหะ. วทยานพนธ

วทยาศาสตรมหาบณฑต. สาขาวชาวสดศาสตร. คณะวทยาศาสตร. มหาวทยาลยเชยงใหม.

[6] Sahin Mumin. 2547. Simulation of friction welding using a developed computer program

Department of Mechanical Engineering, Trakya University.