การศึกษาเปรียบเทียบสมบัติของรอยเชื่อมท่อไอเสียรถยนต์: การทดแทนวัสดุชิ้นส่วนเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทเนติคด้วยเหล็กเหนียวหล่อ

Abstract

การลดต้นทุนการผลิตเป็นหนึ่งในวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มผลผลิตของอุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์ ด้วยเหตุนี้การลดต้นทุนการผลิตโดยการใช้วัสดุที่ถูกกว่าแต่มีสมบัติใกล้เคียงกับวัสดุเดิมจึงถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์ ชิ้นส่วนท่อไอเสียของรถยนต์สมัยใหม่เป็นชิ้นส่วนที่มีการผลิตโดยการใช้วัสดุหลายชนิดที่มีการนำเอาเหล็กกล้าหล่อมาทดแทนเหล็กกล้าไร้สนิม อย่างไรก็ตามการศึกษาเพื่อหาตัวแปรการเชื่อมที่ทำให้ได้สมบัติรอยต่อที่ดีที่สุดเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องมีการทำการศึกษา ด้วยเหตุนี้งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์ในการนำเอาเหล็กเหนียวหล่อ SC410 มาทดแทนเหล็กกล้าไร้สนิม AISI304 ในการผลิตชิ้นส่วนท่อไอเสียของโครงสร้างรถยนต์ และทำการศึกษาอิทธิพลตัวแปรการเชื่อมที่มีผลต่อสมบัติของรอยต่อ วัสดุที่ใช้คือ เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติค AISI304 หนา 10 มิลลิเมตร และเหล็กเหนียวหล่อ SC410 หนา 10 มิลลิเมตร ขนาดกว้าง 50 มิลลิเมตร ยาว 150 มิลลิเมตร แผ่นโลหะถูกประกอบกันเป็นรอยต่อชนและทำการเชื่อมที่มีการเปลี่ยนแปลงตัวแปรการเชื่อมประกอบด้วยกระแสไฟเชื่อม 140-220 แอมแปร์ ความเร็วเดินแนวเชื่อม 200-400 มม. ต่อนาที และอัตราการไหลแก๊ส 10-20 ลิตรต่อนาที รอยต่อชนที่ผ่านการเชื่อมด้วยตัวแปรการเชื่อมที่กำหนดถูกนามาทาการทดสอบสมบัติทางกลและตรวจสอบโครงสร้างทางโลหะวิทยา ผลการทดลองโดยสรุปมีดังนี้ การเพิ่มขึ้นของกระแสในการเชื่อมและความเร็วเดินเชื่อมส่งผลต่อความสมบูรณ์ของแนวเชื่อมและการลดความกว้างของแนวเชื่อมและความซึมลึกของแนวเชื่อม สภาวะการเชื่อมที่ให้ค่าความแข็งแรงกระแทกดีที่สุด คือ กระแสในการเชื่อม 220 แอมแปร์ ความเร็วเดินเชื่อม 200 มม./นาที มีค่าประมาณ 290 J ค่าความแข็งบริเวณพื้นที่กระทบร้อนทั้งสองด้านของแนวเชื่อม และในโลหะเชื่อมทุกสภาวะนั้นมีค่าสูงกว่าโลหะหลักในการทดลองทั้งสองชนิด โครงสร้างจุลภาคของพื้นที่กระทบร้อนด้านรอยต่อด้านเหล็กเหนียวหล่อแสดงเม็ดเกรนมีรูปร่างสมมาตร บริเวณกึ่งกลางของแนวเชื่อมประกอบด้วยเดนไดรท์ละเอียด โครงสร้างจุลภาคของพื้นที่กระทบร้อนด้านเหล็กกล้าไร้สนิมแสดงเม็ดเกรนมีการเรียงตัวที่เป็นระเบียบมากกว่าโครงสร้างจุลภาคโลหะหลัก

Decreasing of the processing cost is one of an effective method to increase a productivity of an automobile industry. For decreasing the process cost, some cheaper materials that show the same properties are introduced to an automobile industry. A muffle part of the recent automobile is one of the parts that is produced using a new combination of materials using cast steel to replace stainless steel. However, a study of welding parameter optimization that produced a sound joint should be investigated. Therefore, this research work aims to introduce the SC410 cast steel to replace AISI304 stainless steel for producing a muffler part of car structure and to investigate the effect of welding parameters that affect to joint properties. Materials used in this experiment were AISI304 austenitic stainless steel and SC410 cast steel that had a dimension of 10 millimeters in thickness, 50 millimeters in width and 150 millimeters in length. The plates were set to be a butt joint and to weld the joint using various welding parameters such as welding current of 140-220 A, traveling speed of 200-400 mm. /min and gas flow rate of 10-20 l/min. The butt joints that were produced by a given welding parameter were an investigation of mechanical test and metallographic examination. The summarized experimental results are as follows. Increasing of a welding current and a travelling speed affected to produce a sound joint and to decrease a width of a weld bead and a penetration of a weld. The optimized welding parameters that showed the impact strength of 290 J were a welding current of 220 A, a traveling speed of 200 mm. /min and a gas flow rate of 20 l/min. The hardness of the heat affected zone and the welded metal of the joint was higher than that of the base metal. The microstructure of the heat affected zone of cast steel side showed a regular grain shape. The middle of the welded metal showed a fine dendrite structure. The microstructure of the stainless steel heat affected zone showed a regular grain that was finer than that of the base metals.