ประเภทสแตนเลส sus316 (UNS S31600), ประเภท 316L (UNS S31603)
ประเภท 316/316L เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกโครเมียมนิกเกิลที่มีโมลิบดีนัม การเติมโมลิบดีนัมช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนที่มากกว่า 304/304L ในสภาพแวดล้อมที่เป็นฮาไลด์ รวมทั้งในกรดรีดิวซ์ เช่น กรดซัลฟิวริกและกรดฟอสฟอริก ประเภท 316L สามารถได้รับการรับรองคู่เป็น 316 เมื่อองค์ประกอบเป็นไปตามขีดจำกัดคาร์บอนต่ำที่ 316L และระดับความแข็งแรงที่สูงขึ้นเล็กน้อยที่ 316 ควรระบุประเภท 316L สำหรับงานเชื่อม เนื่องจากรุ่นคาร์บอนต่ำจะกำจัดการตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์ และเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนในสภาพที่เป็นรอยเชื่อม
Type 316/316L ต้านทานการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศและในสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์ปานกลาง นอกจากนี้ยังต้านทานการกัดกร่อนในบรรยากาศทางทะเลและต้านทานการกัดกร่อนตามขอบเกรนได้ดีเยี่ยมในสภาวะที่มีการเชื่อม Type 316/316L มีความแข็งแรงและความเหนียวดีเยี่ยมที่อุณหภูมิเย็นจัด Type 316/316L ไม่เป็นแม่เหล็กเมื่อผ่านการอบอ่อน แต่อาจกลายเป็นแม่เหล็กเล็กน้อยเนื่องจากการทำงานในที่เย็นจัด
การเชื่อมจุดต้านทานของเหล็กกล้าไร้สนิมเฟอริติก SUS316L Austenitic/SUS425: ลักษณะการเชื่อม สมบัติเชิงกล การเปลี่ยนรูปแบบเฟสและการทำให้แข็งตัว
ศึกษาลักษณะการเชื่อมและสมบัติเชิงกลของรอยต่อตักของเหล็กกล้าไร้สนิม SUS316L/SUS425 โดยใช้การเชื่อมจุดต้านทานภายใต้กระแสเชื่อมและเวลาเชื่อมที่แปรผัน กระแสเชื่อมแปรผันระหว่าง 7.0, 8.5 และ 10.0 kA และเวลาในการเชื่อมระหว่าง 25, 38 และ 50 รอบ คุณลักษณะด้านคุณภาพการเชื่อมที่ศึกษา ได้แก่ ความลึกของการหลอมรวม ความลึกของการเยื้อง และเส้นผ่านศูนย์กลางของนักเก็ต และสมบัติเชิงกลรวมถึงแรงเฉือนแรงดึง (TSF) และความแข็งระดับไมโครวิคเกอร์ การแปลงเฟสและการทำให้แข็งตัวมีลักษณะเฉพาะโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดและเอ็กซ์เรย์สเปกโทรเมตรีแบบกระจายพลังงาน ร่วมกับ Schaeffler และแผนภาพเฟสทำนายแบบหลอกไบนารี ผลการวิจัยพบว่า คุณภาพการเชื่อมมีความสัมพันธ์เชิงบวกกับกระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อม เช่นเดียวกับ TSF และความแข็งระดับไมโคร บรรลุสภาวะการเชื่อมที่เหมาะสมภายใต้กระแสเชื่อม 10.0 kA และเวลาในการเชื่อม 25 รอบ ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม โซนฟิวชันแสดงเกรนเรียงเป็นแนวที่มีทิศทางการอัด ซึ่งประกอบด้วยออสเทนไนต์ เฟอร์ไรต์ และมาร์เทนไซต์ และการแข็งตัวเป็นของเฟอร์ไรต์บวกกับวิดมันสแตทเทนออสเทนไนต์
คำสำคัญ: การเชื่อมจุดต้านทาน ; เหล็กกล้าไร้สนิมที่แตกต่างกัน ; การแปลงเฟส ; โหมดการแข็งตัว ; ลักษณะคุณภาพการเชื่อม
1. บทนำ
การเชื่อมจุดด้วยความต้านทาน (RSW) เป็นที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ การบิน และการผลิต เนื่องจากความเรียบง่าย ความสามารถในการทำงานอัตโนมัติ การบำรุงรักษาที่ง่าย และความคุ้มค่า [ 1 , 2 , 3 ] โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในอุตสาหกรรมยานยนต์ เกรดสเตนเลสสตีลเฟอร์ริติกและออสเทนนิติกที่แตกต่างกันถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในท่อไอเสีย เนื่องจากรูปลักษณ์ที่สวยงาม ความสามารถในการเชื่อม และความทนทานต่อการกัดกร่อน [ 4]. โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ส่วนของไอเสียภายใต้อุณหภูมิที่ต่ำกว่านั้นทำจากเหล็กกล้าไร้สนิมเฟอริติก ในขณะที่ส่วนที่สัมผัสกับอุณหภูมิสูงจะทำจากเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก การใช้ RSW กับเกรดเหล็กกล้าไร้สนิมที่ต่างกันทำให้รอยเชื่อมมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวเนื่องจากความร้อนสูง และโอกาสจะเพิ่มขึ้นเป็นทวีคูณหากใช้ฝาปิดอิเล็กโทรดที่ไม่เหมาะสม ทำให้เกิดความเครียดตกค้างสะสม [ 4 , 5 ] ในอุตสาหกรรมยานยนต์ การแตกร้าวจากการทำให้แข็งตัวโดยปกติจะเกิดขึ้นในการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีคุณสมบัติทางโลหะวิทยา กายภาพ และทางกลที่แตกต่างกัน [6] ทำให้เกิดเสียงดัง การสั่นสะเทือน และความแข็งแรงลดลง [ 7 ]
หลิวและคณะ [ 8 ] ตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคของ RSW และประสิทธิภาพเชิงกลของออสเทนไนท์สเตนเลส CRHS301LN และรายงานการเปลี่ยนแปลงของมาร์เทนไซต์ที่การแตกหักระหว่างใบหน้า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มาร์เทนไซท์ทำให้เกิดความล้าจากการเชื่อมและการแตกหักตามมา Moshayedi และ Sattari-Far [ 9 ] ตรวจสอบผลกระทบของกระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อมต่อคุณภาพ RSW ของเหล็กกล้าไร้สนิม AISI304 และรายงานว่า กระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อมมีความสัมพันธ์เชิงบวกกับขนาดก้อน โดยกระแสเชื่อมมีบทบาทเด่นกว่า นอกจากนี้ ขนาดของแรงเค้นตกค้างในก้อนเนื้อด้านในมีค่ามากกว่าค่าความเค้นตกค้างในก้อนเนื้อด้านใน และค่าความเค้นตกค้างมีความสัมพันธ์แบบผกผันกับกระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อม จากาดีชา [ 10] ศึกษาผลกระทบของกระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อมต่อค่าความต้านทานแรงดึงสูงสุดของ RSW ของ AISI316L ที่มีความหนา 1.6 มม. และรายงานความล้มเหลวสองโหมด: การฉีกสำหรับชิ้นเชื่อมขนาดใหญ่และการตัดสำหรับชิ้นเล็ก เคียเนอร์ซี และคณะ [ 5 ] ปรับพารามิเตอร์ RSW ของเหล็กกล้าไร้สนิม AISI316L ให้เหมาะสมในแง่ของขนาดชิ้นเล็ก คุณสมบัติทางกล และการแปลงเฟส Alizadeh-Sh และคณะ [ 11 ] บันทึกความสัมพันธ์ระหว่างวัฏจักรความร้อน RSW ของเหล็กกล้าไร้สนิม AISI430 และโครงสร้างจุลภาค สมบัติเชิงกล และการเปลี่ยนเฟสของรอยเชื่อม Vignesh และคณะ [ 12] เสนอพารามิเตอร์การเชื่อม RSW ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ AISI316L/2205 และรายงานการมีอยู่ของเฟอร์ไรต์ในบริเวณที่ได้รับความร้อนของวัสดุทั้งสอง บีน่าและคณะ [ 13 ] รายงานว่า กระแสเชื่อมที่เพิ่มขึ้นสำหรับ RSW ของเหล็กกล้าไร้สนิม AISI430/AISI304 เพิ่มมิติของรอยเชื่อมและความแข็งแรงของรอยเชื่อม อย่างไรก็ตามการเชื่อมได้รับความเดือดร้อนจากโหมดความล้มเหลวในการดึงออก Essoussi และคณะ [ 14 ]
รายงานประสิทธิภาพเชิงกลสำหรับเหล็กกล้าเกรด austenite AISI 304(ASS) และ ferrite AISI 1000 (FS) และรูปแบบการเชื่อมสามแบบของ RSW (ASS/ASS, ASS/FS, FS/FS) ซึ่งพบว่า มีความต้านทานแรงดึงสูงสุดคือ ASS/ASS, ASS/FS และ FS/FS ตามลำดับ และโหมดความล้มเหลวขึ้นอยู่กับขนาดและสัณฐานวิทยาของนักเก็ต อเลเนียสและคณะ [ 15] ศึกษาคุณสมบัติเชิงกลของรอยต่อ RSW ที่แตกต่างกันสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนไนต์/เหล็กอาบสังกะสี และรายงานว่า การมีอยู่ของมาร์เทนไซต์แบบเต็มในรอยเชื่อม ความแข็งแรงของรอยเชื่อมเฉพาะจุดขึ้นอยู่กับความแข็งแรงและความหนาของวัสดุฐาน อาทิตย์และคณะ [ 16 ] ตรวจสอบผลกระทบของขนาดโซนฟิวชันต่อโหมดความล้มเหลว ความต้านทานไฟฟ้าสถิตและการดูดซับพลังงานสำหรับ RSW ของ DP800/TRIP800 ภายใต้สภาวะโหลดแรงเฉือนแบบตัก การศึกษาแสดงให้เห็นว่า ขนาดโซนฟิวชันเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดในคุณภาพการเชื่อม
แม้จะมีสิ่งพิมพ์จำนวนมากเกี่ยวกับผลกระทบของการป้อนความร้อนต่อ RSW ของเหล็กกล้าไร้สนิมที่แตกต่างกัน การวิจัยเกี่ยวกับโครงสร้างจุลภาคและการแข็งตัวของรอยเชื่อม RSW โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเขตหลอมละลายยังมีจำกัด ข้อเท็จจริงนี้อาจเกิดจากความท้าทายในการวัดที่มีอยู่ใน RSW ของเหล็กกล้าไร้สนิมสองชนิดที่มีคุณสมบัติทางกายภาพและเชิงกลที่หลากหลาย นอกเหนือจากอัตราการเย็นตัวอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยี RSW
ดังนั้น งานวิจัยนี้จึงศึกษาคุณภาพการเชื่อมและคุณสมบัติเชิงกลของรอยต่อตักของเหล็กกล้าไร้สนิม SUS316L และ SUS425 ที่แตกต่างกันโดยใช้ RSW ภายใต้กระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อมที่ผันแปร คุณลักษณะด้านคุณภาพการเชื่อมรวมถึงความลึกของการหลอมรวม ความลึกของการเยื้อง และเส้นผ่านศูนย์กลางของนักเก็ต และสมบัติทางกลที่ศึกษาคือ TSF และความแข็งระดับจุลภาค ลักษณะการเชื่อมถูกกำหนดโดยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง, TSF โดยเครื่องทดสอบสากล และความแข็งระดับจุลภาคโดยเครื่องทดสอบความแข็งแบบวิคเกอร์ นอกจากนี้ การวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคของรอยเชื่อมได้ดำเนินการเพื่อกำหนดลักษณะของการเปลี่ยนเฟสและการทำให้แข็งตัว
- วัสดุและวิธีการ
2.1. วัสดุและกระบวนการเชื่อม
โลหะพื้นฐานคือแผ่นเหล็กกล้าไร้สนิม SUS316L และ SUS425 ที่มีความหนา 1.5 มม. ตารางที่ 1ตารางที่ 2และตารางที่ 3จัดตารางองค์ประกอบทางเคมี คุณสมบัติทางกลและทางกายภาพของโลหะพื้นฐานตามลำดับ โลหะพื้นฐานถูกตัดแยกกันเป็นแผ่นขนาด 125 มม. x 40 มม. (ยาวxกว้าง) และต่อรอบตามมาตรฐาน JIS Z3139 การกำหนดค่าการเชื่อมคือ SUS316L ที่ด้านบนของชิ้นงานทดสอบ SUS425 และเชื่อมเฉพาะจุดโดยใช้เครื่อง 50 kVA AC, 50 Hz RSW โดยมีขั้วไฟฟ้าโลหะผสม CrCuZr หนึ่งคู่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 13 มม. และรัศมี 30 มม. ในการทดลอง กระแสเชื่อมแปรผันระหว่าง 7.0, 8.5 และ 10.0 kA และเวลาในการเชื่อมแปรผันระหว่าง 25, 38 และ 50 รอบ (1 รอบ = 0.02 วินาที) ในขณะเดียวกัน แรงอิเล็กโทรด เวลาในการบีบ เวลาในการคงตัว และบรรยากาศการเชื่อมยังคงที่ (ตารางที่ 4)
2.2. การประเมินทางโลหะวิทยา
หลังจากการเชื่อมแบบจุด ข้อต่อตักจะถูกตัดขวางในทิศทางตามขวาง ชิ้นงานที่ตัดแบ่งได้เตรียมขึ้นตามมาตรฐาน ASTM E407-99 เมตริกคุณภาพการเชื่อมทั้งห้าวัดโดยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (OM, Keyence VHX-600, Wanaque, NJ, USA) และแผนผังแสดงในรูปที่ 1. โครงสร้างจุลภาคของนักเก็ตเชื่อมมีลักษณะตามลำดับด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM, Jeol JSM-6510LV, โตเกียว, ญี่ปุ่น) เอ็กซเรย์สเปกโตรเมตรีแบบกระจายพลังงาน (EDS, Oxford X-Max IE350, High Wycombe, UK) ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบองค์ประกอบทางเคมี โปรไฟล์ความแข็งระดับจุลภาคของแนวเชื่อม (เช่น โลหะพื้นฐาน โซนที่ได้รับความร้อน และโซนฟิวชัน) ถูกกำหนดโดยใช้เครื่องทดสอบความแข็งแบบ Vickers (Future tech FV-700, Kanagawa, Japan) ที่โหลด 50 g เป็นเวลา 10 วินาที TSF ของข้อต่อตักได้รับการประเมินโดยเครื่องทดสอบสากล (SHIMADZU Ag-100, เกียวโต, ญี่ปุ่น) ด้วยความเร็วเคลื่อนที่ 10 มม. นาที −1
3. ผลลัพธ์และการอภิปราย
3.1. ลักษณะการเชื่อม
รูปที่ 2แสดงรูปลักษณ์ที่มองเห็นได้ของรอยเชื่อมจุดต้านทาน SUS316L/SUS425 ซึ่งประกอบด้วยวงแหวนสามวง: วงแหวนหลอม วงแหวนโซนฟิวชัน (FZ) และวงแหวนโซนร้อน (HAZ)
รูปที่ 3 a–c ตามลำดับแสดงลักษณะที่มองเห็นได้ของข้อต่อรอบ SUS316L/SUS425 ภายใต้กระแสเชื่อม 7.0, 8.5 และ 10.0 kA โดยให้เวลาเชื่อม 25, 38 และ 50 รอบ ตามหลักการแล้ว ลักษณะของรอยเชื่อมเฉพาะจุดควรค่อนข้างเรียบ กลมหรือรี และปราศจากการขับออก หลุมสะสมของอิเล็กโทรด และการแตกร้าว [ 17 ] สีของข้อต่อตักจะแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับกระแสเชื่อมและเวลา [ 18]. โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อกระแสเชื่อมและเวลาเชื่อมสูงขึ้น ลักษณะการเชื่อมจะแสดงสีเหลืองขมิ้นเนื่องจากพลังงานความร้อนมากเกินไป ในรูป ลักษณะของรอยต่อโดยทั่วไปได้รับการปรับปรุงด้วยการเพิ่มขึ้นของกระแสเชื่อมและเวลา ยกเว้นสภาวะ 8.5 kA/50 รอบ, 10.0 kA/38 รอบ และ 10.0 kA/50 รอบ ซึ่งสังเกตเห็นหลุมสะสมอิเล็กโทรดที่ด้าน SUS316L ซึ่งเป็นผลมาจากอินพุตความร้อนสูง นอกจากนี้ เส้นผ่านศูนย์กลางของวงแหวนทั้งสาม (วงแหวนหลอม, HAZ และ FZ) มีความสัมพันธ์เชิงบวกกับกระแสเชื่อมและเวลา
3.2. เมตริกคุณภาพการเชื่อม
รูปที่ 4แสดงโครงสร้างมหภาคของข้อต่อ RSW SUS316L/SUS425 ภายใต้กระแสเชื่อม 7.0, 8.5 และ 10.0 kA โดยให้เวลาเชื่อม 25, 38 และ 50 รอบ คุณภาพการเชื่อมได้รับการประเมินโดยเมตริกคุณภาพ 5 รายการ ได้แก่ ความลึกของการหลอม (t1, t2) ความลึกของการเยื้อง (h1, h2) และเส้นผ่านศูนย์กลางของนักเก็ต (di) การทดสอบ แต่ละครั้งทำซ้ำสามครั้งและรายงานค่าเฉลี่ย ตามมาตรฐาน JIS Z3140 ความลึกของรอยต่อตักของการหลอมรวมและความลึกของการเยื้องควรอยู่ที่ 20%–80% (0.3–1.2 มม.) และน้อยกว่า 30% (<0.45 มม.) ของความหนาของวัสดุทินเนอร์ ตามลำดับ และเส้นผ่านศูนย์กลางของนักเก็ตควรมีขนาดใหญ่กว่า 5.2 มม. ในรูป คุณภาพการเชื่อมโดยทั่วไปดีขึ้นเมื่อกระแสเชื่อมและเวลาเพิ่มขึ้น ยกเว้นต่ำกว่า 8.5 kA/50 รอบ (รูปที่ 4 f), 10.0 kA/38 รอบ (รูปที่ 4h) และสภาวะ 10.0 kA/50 รอบ (รูปที่ 4 i)
ตารางที่ 5แสดงผลการทดลองเกี่ยวกับความลึกของการหลอมรวม (t1, t2) ความลึกของการเยื้อง (h1, h2) และเส้นผ่านศูนย์กลางของนักเก็ต (di) ของรอยเชื่อม SUS316L/SUS425 รูปที่ 5 a–e ตามลำดับแสดงโครงร่างของผลกระทบของกระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อม เงื่อนไขการทำงานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเมตริกคุณภาพ แต่ละรายการสามารถเลือกได้จากโครงร่างโครงร่าง อย่างไรก็ตาม สภาวะการทำงานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเมตริกคุณภาพ แต่ละรายการนั้นไม่เหมือนกัน การเพิ่มประสิทธิภาพแบบหลายวัตถุประสงค์สำหรับมาตรวัดคุณภาพทั้งหมดแสดงอยู่ในส่วนที่ 3.5ของบทความนี้ ควรสังเกตว่า เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว ความลึกของการหลอมรวมของ SUS425 นั้นลึกกว่าเนื่องจากความแข็ง ความต้านทานแรงดึง และการยืดตัวที่ต่ำกว่า [ 18] และสำหรับ h1 และ h2 อินพุตความร้อนทำให้เกิดการขยายตัวในมิติของชิ้นงาน โดยที่ขนาดจะขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะ [ 14]. โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การขยายตัวทางความร้อนของ SUS316L นั้นมากกว่าการขยายตัวทางความร้อนของ SUS425 ในขณะที่ค่าการนำความร้อนต่ำกว่า ทำให้มี t2 และ h2 ที่ด้าน SUS425 มากขึ้น ในการวิจัยปัจจุบันนี้ มีการสังเกตการเกิดขึ้นของรอยเชื่อม ซึ่งเป็นผลมาจากพลังงานความร้อนที่มากเกินไป การไล่ออกจะเพิ่มความลึกของการเยื้องและลดความลึกของการหลอมรวม สำหรับขนาดนักเก็ต โดยการเปรียบเทียบ กระแสเชื่อมมีบทบาทชี้ขาดมากกว่าในเส้นผ่านศูนย์กลางนักเก็ต นอกจากนี้ ความต้านทานไฟฟ้าของโลหะพื้นฐานมีอิทธิพลต่อคุณภาพการเชื่อม โดยที่ความต้านทานไฟฟ้าที่มากขึ้นต้องการอินพุตความร้อนที่มากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความต้านทานไฟฟ้าของ SUS316L ที่ 20 °C (75 μΩ·m) มากกว่า SUS425 (61 μΩ·m)
3.3. แรงเฉือนแรงดึง
ชิ้นงานทดสอบเตรียมตาม JIS Z3139 และตาม JIS Z3140 แรงเฉือนดึงสำหรับแผ่นโลหะที่มีความหนา 1.5 มม. ควรมากกว่า 7650 N รูปที่ 6 a–c ตามลำดับแสดงค่าเฉลี่ยของแรงเฉือนแรงดึงของรอยต่อตักที่ 7.0, 8.5 และ 10.0 kA กระแสเชื่อม ให้การเชื่อม 25, 38 และ 50 รอบครั้ง . ในรูปที่ 6 a กระแสเชื่อมต่ำกว่า 7.0 kA TSF เพิ่มขึ้นตามระยะเวลาการเชื่อมที่เพิ่มขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง TSF และเวลาในการเชื่อม ซึ่งกำหนดกระแสเชื่อม 7.0 kA มีความสัมพันธ์กันในเชิงบวก ในรูปที่ 6 b ที่ 8.5 kA ค่า TSF เกือบจะเท่ากัน (15,200 นิวตัน) สำหรับเวลาเชื่อม 25 และ 38 รอบ แต่ลดลงภายใต้เวลาเชื่อมที่เพิ่มขึ้น (50 รอบ) ในรูปที่ 6c ภายใต้กระแสเชื่อม 10.0 kA ค่า TSF สูงสุด (15,618.8 N) ทำได้ที่เวลาเชื่อม 25 รอบ และลดลงเมื่อเวลาเชื่อมเพิ่มขึ้น โดยพื้นฐานแล้ว TSF จะถูกควบคุมโดยกระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อินพุตความร้อนที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มขนาดนักเก็ตและ TSF [ 13 , 19 ] อย่างไรก็ตาม การป้อนความร้อนที่มากเกินไปทำให้เกิดการขับออก ซึ่งส่งผลให้ขนาดนักเก็ตและความแข็งแรงของนักเก็ตลดลง [ 20 ] ในการวิจัยปัจจุบันนี้ TSF ที่เกี่ยวข้องกับเงื่อนไขการทดลองทั้งหมดเป็นไปตามเกณฑ์ JIS Z3140 (>7650 N) ในขณะเดียวกัน TSF ที่เหมาะสมที่สุด (15,618.8 N) สามารถทำได้ภายใต้กระแสเชื่อม 10.0 kA และเวลาในการเชื่อม 25 รอบ
รูปที่ 7แสดงการแตกหักของพื้นผิวของโหมดความล้มเหลวในการดึงออก ความล้มเหลวของการแตกหักเกิดขึ้นในทุกสภาวะการทดลองและเริ่มต้นจาก HAZ ที่ด้าน SUS425 การแตกหักเป็นผลมาจากการตอบโต้ระหว่างความเค้นและแรงดึง [ 21 ] และความแข็งต่ำของ SUS425 ในทางตรงกันข้าม ไม่เกิดการแตกหักที่ด้าน SUS316L เนื่องจากมีความต้านทานแรงดึงสูง [ 13 ]
3.4. ความแข็งของรอยเชื่อมขนาดเล็ก
การวัดความแข็งระดับไมโครวิคเกอร์ดำเนินการกับวัสดุฐาน (BM), HAZ และ FZ ของชิ้นงานเชื่อม รูปที่ 8รูปที่ 9และรูปที่ 10แสดงโปรไฟล์ความแข็งระดับจุลภาคของชิ้นงานเชื่อมภายใต้กระแสเชื่อม 7.0, 8.5 และ 10.0 kA โดยให้เวลาเชื่อม 25, 38 และ 50 รอบตามลำดับ ผลลัพธ์โดยรวมแสดงให้เห็นว่า โดยการเปรียบเทียบ ความแข็งระดับจุลภาคของ SUS425 และ BM และ HAZ นั้นต่ำกว่าเนื่องจากเฟสเฟอร์ไรต์ทั้งหมด ความแข็งระดับไมโครของ FZ ของ SUS316L และ SUS425 เกือบจะเหมือนกัน โดยทั่วไป ความแข็งระดับจุลภาคของ HAZ และ FZ จะเพิ่มขึ้นตามกระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อม โดยเฉพาะความแข็งระดับจุลภาคของ SUS316L และ SUS425 คือ 194.4 HV และ 165.0 HV และความแข็งระดับจุลภาคของ HAZ ที่สอดคล้องกันคือ 236–263 HV และ 231–248 HV ความแข็งระดับจุลภาคของ FZ สำหรับทุกสภาวะการทดลองคือ 300–320 HV ซึ่งเป็นผลมาจากการมีอยู่ของมาร์เทนไซต์
3.5. การเพิ่มประสิทธิภาพของพารามิเตอร์การเชื่อม
ในการเพิ่มประสิทธิภาพ งานวิจัยนี้คำนึงถึงคุณภาพการเชื่อม (เช่น ห้าเมตริกคุณภาพ) ที่มีแรงขับออกและแรงเฉือนน้อยที่สุด ในการเชื่อมแบบจุด การขับออกโดยปกติจะเกิดขึ้นในกรณีที่ได้รับความร้อนสูง ซึ่งนำไปสู่การสูญเสียโลหะหลอมเหลว [ 22 ] ยิ่งไปกว่านั้น การขับออกจะเพิ่มความลึกของการเยื้องในขณะที่ลดความลึกของฟิวชัน เส้นผ่านศูนย์กลางของนักเก็ต และแรงเฉือนแรงดึง โดยทั่วไป แรงเฉือนแรงดึงจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของกระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อม จากการวัดคุณภาพการเชื่อมและ TSF สภาพการเชื่อมที่เหมาะสมจะแสดงในตารางที่ 6และสอดคล้องกับงานก่อนหน้าของผู้เขียน [ 23]. ในการวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาค กระแสเชื่อมจะแปรผันระหว่าง 7.0, 8.5 และ 10.0 kA ในขณะที่เวลาเชื่อมคงที่ที่ 25 รอบ
3.6. โครงสร้างจุลภาคของการเชื่อม
รูปที่ 11แสดงแผนผังของการวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคเฉพาะพื้นที่ ซึ่งประกอบด้วยพื้นที่ A (ส่วนของ SUS316L และนักเก็ต), B (ส่วนของ SUS425 และนักเก็ต) และ C (นักเก็ตเชื่อม) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พื้นที่ A แสดงถึง BM (SUS316L) และ HAZ พื้นที่ B BM (SUS425) และ HAZ; และพื้นที่ C FZ การวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคดำเนินการโดยใช้ OM และ SEM และองค์ประกอบทางเคมีดำเนินการโดยใช้ EDS
รูปที่ 12 a,b แสดงโครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก SUS316L และเฟอร์ริติก SUS425 ตามลำดับ จากนั้นหาค่าเทียบเท่าโครเมียม (Cr eq) และเทียบเท่านิกเกิล (Ni eq) โดยใช้ EDS องค์ประกอบทางเคมีของ EDS ถูกซ้อนทับบนเฟสไดอะแกรมของ Schaeffler (รูปที่ 13) Cr eqและ Ni eqของ SUS 316L เท่ากับ 20.84 และ 10.06 และ SUS425 เท่ากับ 16.48 และ 0.37 ตามลำดับ โครงสร้างจุลภาคของ SUS316L เป็นออสเทนนิติกและเฟอริติก ในขณะที่ SUS425 เป็นเฟอร์ริติกทั้งหมด เกรนของ SUS316L มีความหยาบน้อยกว่า SUS425
รูปที่ 14รูปที่ 15และรูปที่ 16ตามลำดับแสดงโครงสร้างจุลภาคภาคตัดขวางภายใต้กระแสเชื่อม 7.0, 8.5 และ 10.0 kA โดยให้เวลาเชื่อม 25 รอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งรูปที่ 14 a,b, รูปที่ 15 a,b และรูปที่ 16 a,b แสดงพื้นที่ A (SUS316L และ HAZ) ของชิ้นงานเชื่อมภายใต้กระแสเชื่อม 7.0, 8.5 และ 10.0 kA ตามลำดับ โดยให้เวลาเชื่อม 25 รอบ ผลลัพธ์บ่งชี้ว่า เหล็กกล้าไร้สนิม SUS316L ไม่มีการเปลี่ยนแปลงเฟสระหว่าง RSW ทำให้ได้ก้อนเชื่อมขนาดใหญ่ขึ้นและ HAZ รูปที่ 14 c รูปที่ 15 c และรูปที่ 16c แสดงพื้นที่ A, B และ C ตามลำดับภายใต้กระแสเชื่อม 7.0, 8.5 และ 10.0 kA รูปที่ 14 d รูปที่ 15 d และรูปที่ 16 d ตามลำดับแสดงพื้นที่ C (รอยเชื่อมหรือ FZ) ของชิ้นงานเชื่อมภายใต้กระแสเชื่อม 7.0, 8.5 และ 10.0 kA โดยให้เวลาเชื่อม 25 รอบ FZ เหมือนกันสำหรับเงื่อนไขการทดลองทั้งหมด โดยแสดงเกรนแนวตั้งที่มีทิศทางการอัด [ 9 , 24 ] ที่มีออสเทนไนต์ เฟอร์ไรต์ และมาร์เทนไซต์ เศษส่วนปริมาตรของออสเทนไนต์ เฟอร์ไรต์ และมาร์เทนไซต์มีความสัมพันธ์เชิงบวกกับกระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อม ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างจุลภาคของนักเก็ตรอยเชื่อม รูปที่ 14 e–f รูปที่ 15 e–f และรูปที่ 16e–f แสดงพื้นที่ B (SUS425 และ HAZ) ตามลำดับของชิ้นงานเชื่อมภายใต้กระแสเชื่อม 7.0, 8.5 และ 10.0 kA โดยให้เวลาเชื่อม 25 รอบ อินพุตความร้อนไม่เหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟส แต่มีการเจริญเติบโตของเกรนเฟอร์ริติก (เช่น เกรนหยาบ) เม็ดหยาบของ SUS425 HAZ ทำให้ความเหนียวและความแข็งแรงลดลง [ 25 ] ซ้อนทับบนเฟสไดอะแกรมของ Schaeffler ค่า Cr eqและ Ni eqของ SUS316L เท่ากับ 23.36 และ 12.79 และของ SUS425 เท่ากับ 19.16 และ 0.71 ตามลำดับ โครงสร้างจุลภาคของ SUS316L เป็นออสเทนนิติกและเฟอริติก ในขณะที่ SUS425 เป็นเฟอร์ริติก
ตารางที่ 7แสดงตารางองค์ประกอบทางเคมี EDS ของชิ้นงานเชื่อมภายใต้กระแสเชื่อมแบบแปรผัน โดยให้เวลาเชื่อม 25 รอบ องค์ประกอบทางเคมีของรอยเชื่อมมีความสัมพันธ์เชิงบวกกับกระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กระแสเชื่อมที่เพิ่มขึ้นทำให้ปริมาณ Cr ที่ด้าน SUS425 เพิ่มขึ้นและปริมาณ Ni ที่ด้าน SUS316L ลดลง นอกจากนี้ อินพุตความร้อนส่งผลให้มี Ni ใน FZ ที่ด้าน SUS425 และ Ni เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่อกระแสเชื่อมเพิ่มขึ้นจาก 7.0 kA เป็น 8.5 kA แต่ลดลงต่ำกว่า 10.0 kA กระแสเชื่อม อย่างไรก็ตาม Mo ลดลงเมื่อกระแสเชื่อมเพิ่มขึ้น (7.0 kA ถึง 8.5 kA) จากนั้นจึงเอียงต่ำกว่ากระแสเชื่อม 10.0 kA ในขณะที่ Si ลดลงเมื่อกระแสเชื่อมเพิ่มขึ้น
สามารถทำนายโครงสร้างจุลภาคของ FZ ของ SUS316L/SUS425 RSW ได้โดยใช้เฟสไดอะแกรมของ Schaeffler (รูปที่ 13) และผลลัพธ์จะแสดงเป็นตารางในตารางที่ 8 ซึ่งค่า Cr eqและ Ni eqอยู่ที่ 19.74–21.98 และ 5.93–8.53 ตามลำดับ บ่งชี้การมีอยู่ของออสเทนไนต์บวกกับมาร์เทนไซต์และเฟอร์ไรต์ เฟส austenite บวก martensite บวก ferrite ช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความแข็งของครากในขณะที่การยืดตัวลดลง [ 25 ] รูปที่ 17 a,b แสดงภาพ OM 100x และ 200x ตามลำดับของ FZ ของ SUS316L/SUS425 RSW ที่สภาวะการเชื่อมที่เหมาะสมที่สุด (10.0 kA/25 รอบ) โครงสร้างจุลภาคของ FZ ใกล้เคียงกับการทำนายของแผนภาพเฟสแชฟฟ์เลอร์ (รูปที่ 13).
ในรูปที่ 18แผนภาพหลอกไบนารี FeCrNi ที่ 70% Fe [ 5 ] ถูกใช้เพื่อทำนายโหมดการแข็งตัวของ FZ ของ SUS316L/SUS425 RSW อัตราส่วน Cr eq /Ni eqของ FZ ของ SUS316L/SUS425 RSW อยู่ที่ 2.34–3.69 (ตารางที่ 8) ซึ่งเพียงพอที่จะกระตุ้นให้เกิดการแข็งตัวโดย delta ferrite (δ-ferrite) ตามด้วยการเปลี่ยนรูปเป็น ferrite และ austenite และ martensite โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่เย็นลงอย่างรวดเร็ว ในรูปที่ 18การแข็งตัวเริ่มต้นในโหมดเฟอร์ไรต์ออสเทนไนต์ (FA) ส่งผลให้เกิดการแยกตัวของแกมมาจากเฟอร์ไรต์และแอลฟาจากออสเทนไนท์ [ 26 ] และทำให้การแข็งตัวสิ้นสุดในโหมดเฟอร์ไรต์ (F)
รูปที่ 19 a–c ตามลำดับแสดงภาพ SEM ของโหมดการทำให้แข็งตัวของ SUS316L/ SUS425 RSW ภายใต้กระแสเชื่อม 7.0, 8.5, 10.0 kA โดยให้เวลาเชื่อม 25 รอบ ในรูปที่ 19 a ต่ำกว่า 7.0 kA กระแสเชื่อม การแข็งตัวอยู่ในโหมด FA ซึ่งประกอบด้วยออสเทนไนท์และลาธี δ-เฟอร์ไรต์ใน FZ ในรูปที่ 19 b ภายใต้กระแสเชื่อม 8.5 kA การแข็งตัวเป็นของออสเทนไนต์บวกอะซิคูลาร์กับ δ-เฟอร์ไรต์ ในรูปที่ 19 c เมื่อกำหนดสภาวะการเชื่อมที่เหมาะสมที่สุดที่ 10.0 kA/25 รอบ การแข็งตัวเป็นโหมด F ด้วยเฟอร์ไรต์และวิดมันสแตทเทนออสเทนไนต์ ภายใต้สภาวะการเชื่อมที่เหมาะสม Cr และ Mo ถูกกระจายอย่างมากในเฟอร์ไรต์ ส่งผลให้มีเศษส่วนปริมาตรของ δ-เฟอร์ไรต์ใน FZ มาก
านวิจัยนี้ศึกษาคุณภาพการเชื่อมแบบ RSW และคุณสมบัติทางกลของข้อต่อแบบตัก SUS316L/SUS425 ภายใต้กระแสเชื่อมแปรผัน (7.0, 8.5 และ 10.0 kA) และเวลาในการเชื่อม (25, 38 และ 50 รอบ) คุณลักษณะด้านคุณภาพการเชื่อมรวมถึงความลึกของการหลอมรวม ความลึกของการเยื้อง และเส้นผ่านศูนย์กลางของนักเก็ต และคุณสมบัติทางกลที่อยู่ระหว่างการศึกษาคือความแข็ง TSF และไมโครวิคเกอร์ นอกจากนี้ การวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาคของรอยเชื่อมได้ดำเนินการเพื่อกำหนดลักษณะของการเปลี่ยนเฟสและการทำให้แข็งตัว ทำนายการเปลี่ยนเฟสโดยใช้ SEM และ EDS ควบคู่กับเฟสไดอะแกรมของ Schaeffler และไดอะแกรม Fe Cr Ni ที่มี Fe 70% ผลการวิจัยพบว่า เมื่อกระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อมสูงขึ้น ลักษณะการเชื่อมจะแสดงสีเหลืองขมิ้นเนื่องจากพลังงานความร้อนมากเกินไป นอกจากนี้ เส้นผ่านศูนย์กลางของการหลอม HAZ และวงแหวน FZ มีความสัมพันธ์เชิงบวกกับกระแสเชื่อมและเวลา โดยทั่วไปคุณภาพการเชื่อมจะดีขึ้นเมื่อกระแสเชื่อมและเวลาเพิ่มขึ้น ยกเว้นภายใต้เงื่อนไข 8.5 kA/50 รอบ, 10.0 kA/38 รอบ และ 10.0 kA/50 รอบ คุณภาพการเชื่อมที่ดีที่สุดเกิดขึ้นภายใต้กระแสเชื่อม 10.0 kA และเวลาในการเชื่อม 25 รอบ TSF ขึ้นอยู่กับกระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อม โดยที่อินพุตความร้อนที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มขนาดนักเก็ตและ TSF อย่างไรก็ตาม ความร้อนที่ป้อนเข้ามากเกินไปทำให้เกิดการขับออกและความแข็งแรงของนักเก็ต ในการวิจัยปัจจุบันนี้ TSF ที่เหมาะสมบรรลุผลสำเร็จภายใต้สภาวะ 10.0 kA/25 รอบ อย่างไรก็ตาม ความล้มเหลวของการแตกหักเกิดขึ้นในทุกสภาวะการทดลองและเริ่มต้นจาก HAZ ด้าน SUS425 ภายใต้สภาวะการเชื่อมที่เหมาะสม ความแข็งระดับจุลภาคของ SUS425 และ HAZ จะลดลงเนื่องจากเฟสเฟอร์ไรต์ทั้งหมด ในขณะที่ FZ ของ SUS316L และ SUS425 เกือบจะเหมือนกัน ความแข็งระดับจุลภาคของ HAZ และ FZ
เพิ่มขึ้นตามกระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อม ยิ่งไปกว่านั้น FZ ยังแสดงเกรนแนวเสาที่มีทิศทางการอัด ซึ่งประกอบด้วยออสเทนไนท์ เฟอร์ไรต์ และมาร์เทนไซต์ นอกจากนี้ สัดส่วนปริมาตรของออสเทนไนต์ เฟอร์ไรต์ และมาร์เทนไซต์มีความสัมพันธ์เชิงบวกกับกระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อม การค้นพบนี้ยังเผยให้เห็นว่า การแข็งตัวอยู่ในโหมดเฟอร์ไรต์ด้วยเฟอร์ไรต์และวิดมันสแตทเทนออสเทนไนต์ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมที่สุด นี่อาจเป็นผลมาจากการแพร่กระจายสูงของ Cr และ Mo ในเฟอร์ไรต์ ทำให้เกิดเศษส่วนปริมาตร δ-เฟอร์ไรต์จำนวนมากในโซนฟิวชัน FZ แสดงธัญพืชเรียงเป็นแนวทิศทางการบีบอัด ซึ่งประกอบด้วยออสเทนไนต์ เฟอร์ไรต์ และมาร์เทนไซต์ นอกจากนี้ สัดส่วนปริมาตรของออสเทนไนต์ เฟอร์ไรต์ และมาร์เทนไซต์มีความสัมพันธ์เชิงบวกกับกระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อม การค้นพบนี้ยังเผยให้เห็นว่า การแข็งตัวอยู่ในโหมดเฟอร์ไรต์ด้วยเฟอร์ไรต์และวิดมันสแตทเทนออสเทนไนต์ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมที่สุด นี่อาจเป็นผลมาจากการแพร่กระจายสูงของ Cr และ Mo ในเฟอร์ไรต์ ทำให้เกิดเศษส่วนปริมาตร δ-เฟอร์ไรต์จำนวนมากในโซนฟิวชัน FZ แสดงธัญพืชเรียงเป็นแนวทิศทางการบีบอัด ซึ่งประกอบด้วยออสเทนไนต์ เฟอร์ไรต์ และมาร์เทนไซต์ นอกจากนี้ สัดส่วนปริมาตรของออสเทนไนต์ เฟอร์ไรต์ และมาร์เทนไซต์มีความสัมพันธ์เชิงบวกกับกระแสเชื่อมและเวลาในการเชื่อม การค้นพบนี้ยังเผยให้เห็นว่า การแข็งตัวอยู่ในโหมดเฟอร์ไรต์ด้วยเฟอร์ไรต์และวิดมันสแตทเทนออสเทนไนต์ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมที่สุด นี่อาจเป็นผลมาจากการแพร่กระจายสูงของ Cr และ Mo ในเฟอร์ไรต์
ทำให้เกิดเศษส่วนปริมาตร δ-เฟอร์ไรต์จำนวนมากในโซนฟิวชัน การค้นพบนี้ยังเผยให้เห็นว่า การแข็งตัวอยู่ในโหมดเฟอร์ไรต์ด้วยเฟอร์ไรต์และวิดมันสแตทเทนออสเทนไนต์ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมที่สุด นี่อาจเป็นผลมาจากการแพร่กระจายสูงของ Cr และ Mo ในเฟอร์ไรต์ ทำให้เกิดเศษส่วนปริมาตร δ-เฟอร์ไรต์จำนวนมากในโซนฟิวชัน การค้นพบนี้ยังเผยให้เห็นว่า การแข็งตัวอยู่ในโหมดเฟอร์ไรต์ด้วยเฟอร์ไรต์และวิดมันสแตทเทนออสเทนไนต์ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมที่สุด นี่อาจเป็นผลมาจากการแพร่กระจายสูงของ Cr และ Mo ในเฟอร์ไรต์ ทำให้เกิดเศษส่วนปริมาตร δ-เฟอร์ไรต์จำนวนมากในโซนฟิวชัน
