กระบวนการเชื่อมผสมแบบใหม่สำหรับปรับปรุงสมบัติรอยเชื่อมสำหรับชิ้นส่วนพาหนะทางรางน้ำหนักเบา

กระบวนการเชื่อมวัสดุอะลูมิเนียม ถือได้ว่ามีขั้นตอนและความยากเมื่อเทียบกับการเชื่อมวัสดุเหล็กกล้า เนื่องจากวัสดุอะลูมิเนียมมีคุณสมบัติทางด้านความสามารถในการนำความร้อน และการนำไฟฟ้าดีกว่าวัสดุเหล็กมาก อีกทั้งชั้นออกไซด์ฟิล์มของอะลูมิเนียมจะมีความแข็งแรงและจุดหลอมเหลวสูงกว่าเนื้อวัสดุอะลูมิเนียมเป็นอย่างมาก คุณสมบัติต่างๆของอะลูมิเนียมเหล่านี้จะส่งผลกระทบให้ความสามารถในการเชื่อมต่ำลง และมีโอกาสที่จะเกิดข้อบกพร่องในงานเชื่อมได้เป็นจำนวนมาก แต่อย่างไรก็ตาม ด้วยความต้องการการใช้งานวัสดุอะลูมิเนียมที่มีเพิ่มมากขึ้น จึงทำให้หลายๆหน่วยงานจำเป็นต้องมีการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีการเชื่อมอะลูมิเนียม เพื่อให้ได้งานเชื่อมที่มีคุณภาพสูง และมีผลิตภาพการผลิต (Productivity) สูง ซึ่งปัจจุบันในปัจจุบันกระบวนการเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊สคลุม เป็นหนึ่งในกระบวนการเชื่อมที่ได้รับความนิยมเป็นอย่างมากในการเชื่อมวัสดุอะลูมิเนียม เนื่องจากสามารถทำการเชื่อมให้ได้ชิ้นงานที่มีคุณภาพสูง การเชื่อมวัสดุอะลูมิเนียมมีความจำเป็นต้องเลือกใช้กระแสไฟฟ้าชนิดไฟฟ้ากระแสสลับ เนื่องจากในระหว่างทำการเชื่อม จะมีการเกิดปฏิกิริยาทำความสะอาดผิวอะลูมิเนียมออกไซด์ หรือปฏิกิริยาที่เรียกว่า ปฏิกิริยาทำความสะอาดแคโทดิก ผลจากการทำความสะอาดผิวอะลูมิเนียมออกไซด์ในระหว่างทำการเชื่อมดังกล่าว จะทำให้แนวเชื่อมที่ได้มีคุณภาพ และมีความสะอาดของแนวเชื่อมที่ดี นอกจากนี้กระบวนการเชื่อมประเภทอาร์กโลหะแก๊สคลุม เป็นอีกหนึ่งกระบวนการเชื่อมที่นำมาประยุกต์ใช้กับวัสดุอะลูมิเนียมอย่างแพร่หลาย เนื่องจากเป็นกระบวนการเชื่อมที่ให้อัตราการป้อนเติมน้ำโลหะสูง (Deposition rate) และสามารถทำการเชื่อมที่มีผลิตภาพการผลิตที่สูง แต่ผลจากกระบวนการเชื่อมดังกล่าวพบว่ามีข้อบกพร่องในงานเชื่อมชนิดรูพรุน (Porosity) อยู่เป็นจำนวนมาก ซึ่งมีสาเหตุมาจาก วัสดุอะลูมิเนียมที่หลอมเหลวมีความสามารถในการละลายแก๊สไฮโดรเจนได้เป็นจำนวนมาก หากในระหว่างดำเนินการเชื่อมมีการทำความสะอาดผิวอะลูมิเนียมออกไซด์ที่ไม่เพียงพอ จะทำให้ฟองแก๊สที่เป็นสาเหตุของรูพรุน ตกค้างอยู่ในแนวเชื่อมเป็นจำนวนมากตามไปด้วย เนื่องจากฟองแก๊สจะถูกอะลูมิเนียมออกไซด์ปกคลุมไว้

    ดังนั้น หากมีการประยุกต์นำกระบวนการเชื่อมแบบผสม ระหว่างกระบวนการเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊สคลุม และกระบวนการเชื่อมอาร์กโลหะแก๊สคลุม จะเป็นการนำข้อได้เปรียบของทั้งสองกระบวนการเชื่อม มาปรับปรุงสมบัติของเนื้อโลหะเชื่อมของวัสดุอะลูมิเนียมผสมได้ อีกทั้งยังส่งผลให้ได้เนื้อโลหะเชื่อมที่มีความเร็วในการเชื่อมที่สูง รวมถึงมีอัตราการป้อนเติมน้ำโลหะที่สูงอีกด้วย คุณลักษณะของเนื้อโลหะเชื่อมที่กล่าวมา จะเป็นสิ่งที่อุตสาหกรรมต่างๆที่มีการใช้กระบวนการเชื่อมบนวัสดุอะลูมิเนียมผสมมีความต้องการเป็นอย่างมาก และจะส่งผสให้อุตสาหกรรมต่างๆมีการเพิ่มศักยภาพการผลิตให้ให้เพิ่มสูงขึ้น และมีความก้าวหน้าด้านเทคโนโลยีงานเชื่อมที่เพิ่มสูงขึ้น

    ผลการจากการเชื่อมแบบผสมระหว่างกระบวนการเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊สคลุม และกระบวนการเชื่อมอาร์กโลหะแก๊สคลุม มีความเป็นไปได้ที่ความร้อนของทั้งสองกระบวนการเชื่อม ซึ่งความร้อนในการเชื่อมมีความเป็นไปได้ที่จะเพิ่มความสามารถในการหลอมละลายของเนื้อโลหะเชื่อม และสามารถเพิ่มการหลอมลึกให้กับชิ้นงานเชื่อม ซึ่งผลการการหลอมที่เพิ่มขึ้นดังกล่าว ส่งผลให้เนื้อโลหะเชื่อมมีความเป็นไปได้ที่จะหลอมละลายเนื้อโลหะฐานโดยสมบูรณ์ (Complete fusion) และมีการหลอมลึกโดยสมบูรณ์ (Complete Joint Penetration) ถือเป็นการเพิ่มคุณภาพให้กับเนื้อโลหะเชื่อม และเป็นการลดความไม่ต่อเนื่องที่เกี่ยวข้องกับการหลอมละลายไม่สมบูรณ์ได้เป็นอย่างดี

    ทั้งนี้วัสดุอลูมิเนียมผสม เป็นวัสดุที่มีความเสี่ยงที่จะเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาค และเปลี่ยนแปลงสมบัติทางกล ทำให้มีสมบัติทางกลด้านความแข็งแรงที่ลดลง ซึ่งบริเวณกระทบร้อนของชิ้นงานวัสดุอลูมิเนียมที่ผ่านการเชื่อม จะเป็นบริเวณที่อยู่ติดกับเนื้อโลหะเชื่อมและไม่มีการหลอมละลายจะได้รับความร้อนจากการเชื่อม และเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาค รวมถึงมีการเปลี่ยนแปลงสมบัติทางกลดังที่กล่าวมาข้างต้น ดังนั้นงานวิจัยนี้จำเป็นต้องศึกษาผลกระทบด้านความร้อนที่เกิดขึ้นในบริเวณกระทบร้อนของชิ้นงานเชื่อม โดยจะทำการเปรียบเทียบผลกระทบทางความร้อนของกระบวนการเชื่อมอาร์กโลหะแก๊สคลุม ที่มีความแตกต่างด้านรูปแบบการอาร์ก และการถ่ายโอนน้ำโลหะซึ่งจะประกอบไปด้วยรูปแบบดังต่อไปนี้ 1) รูปแบบการอาร์กแบบกระแสไฟตรงขั้วบวก (Conventional DCEP arc) 2. การอาร์กแบบพัลส์ (Pulsed arc) 3. การอาร์กที่ใช้เทคโนโลยีการถ่ายโอนน้ำโลหะชนิด Cold Metal Transfer (CMT) ซึ่งรูปแบบการเชื่อมทั้งสามประเภท จะเป็นรูปแบบการเชื่อมที่มิความนิยมเป็นอย่างมากในอุตสาหกรรม และเป็นรูปแบบการอาร์กที่ให้ผลกระทบด้านความร้อนที่แตกต่างกัน ดังนั้นจากผลการศึกษาผลกระทบด้านความร้อนของทั้งสามรูปแบบการเชื่อม มีความเป็นไปได้ที่จะทำให้บริเวณกระทบร้อนของชิ้นงานเชื่อมได้รับผลกระทบทางความร้อนที่น้อย และยังคงมาสมบัติทางกลที่เหมาะสมกับการนำไปใช้งาน รวมถึงมีการหลอมลึกของเนื้อโลหะเชื่อมที่สมบูรณ์ในขณะเดียวกันด้วย