การเตรียมโครงสร้างจุลภาคของแนวเชื่อมที่ใช้ลวดเชื่อม Nickel-based Alloy

 การเตรียมโครงสร้างจุลภาคของแนวเชื่อมที่ใช้ลวดเชื่อม Nickel-based Alloy

การวิเคราะห์ทางโลหะวิทยาและสมบัติของแนวเชื่อม กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการตัด เตรียมผิว และขัดละเอียดตัวอย่างเพื่อให้เห็นโครงสร้างภายในของแนวเชื่อมอย่างชัดเจน รวมถึงการกัดกรดเพื่อเพิ่มความชัดเจนของขอบเขตเฟสและบริเวณหลอม

การเตรียมชิ้นงาน
ตัวอย่างแนวเชื่อมถูกตัดให้มีขนาดที่เหมาะสม โดยใช้เครื่องตัดโลหะที่มีสารหล่อเย็นเพื่อลดความร้อนสะสม จากนั้นขัดกระดาษทรายหยาบเริ่มจากเบอร์หยาบ เช่น 240 ไปจนถึงเบอร์ละเอียด 1200
การขัดละเอียด (Polishing)

หลังจากขัดกระดาษทรายแล้ว ตัวอย่างจะถูกขัดละเอียดโดยใช้สารแขวนลอยไดมอนด์เพสต์ (Diamond Suspension) หรืออะลูมินา (Alumina Suspension) ขนาด 1.0 – 0.05 ไมโครเมตร เพื่อให้ได้พื้นผิวที่เรียบและสะท้อนแสง การขัดขั้นสุดท้ายมักใช้น้ำยาซิลิกาแบบคอลลอยด์ที่มีค่า pH ปรับแต่งเพื่อเพิ่มคุณภาพของภาพจุลภาค

การกัดกรด (Etching)

เพื่อให้เห็นโครงสร้างจุลภาคของแนวเชื่อมชัดเจนขึ้น ต้องใช้สารกัดกรดเฉพาะสำหรับโลหะนิกเกิล โดยสารที่นิยมใช้ ได้แก่

Glyceregia (กรดไนตริก + กรดไฮโดรคลอริก + กลีเซอรีน) ใช้สำหรับโลหะนิกเกิลและโลหะผสมนิกเกิล
Aqua Regia (กรดไนตริก + กรดไฮโดรคลอริกในอัตราส่วน 1:3) ใช้ในกรณีที่ต้องการเน้นโครงสร้างของเฟสคาร์ไบด์

Murakami’s Reagent (โพแทสเซียมเฟอริไซยาไนด์ + โซเดียมไฮดรอกไซด์) ช่วยแสดงโครงสร้างคาร์ไบด์ในโลหะผสมนิกเกิล

การตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์
เมื่อเตรียมตัวอย่างเสร็จแล้ว จะนำไปตรวจสอบภายใต้กล้องจุลทรรศน์โลหะวิทยา (Optical Microscope) ที่กำลังขยาย 100x ถึง 1000x หรือกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM - Scanning Electron Microscope) เพื่อวิเคราะห์ลักษณะเฟส การกระจายของธาตุ และพฤติกรรมการตกตะกอนของสารประกอบระหว่างโลหะ

โครงสร้างจุลภาคของแนวเชื่อมนิกเกิลเบส
แนวเชื่อมที่ใช้ลวดเชื่อมนิกเกิลเบสมักมีโครงสร้างแบบเดนไดรต์ (Dendritic Structure) เนื่องจากกลไกการแข็งตัวของโลหะนิกเกิลที่เกิดขึ้นระหว่างการเย็นตัว เฟสที่พบได้บ่อยคือ γ (FCC matrix) และการตกตะกอนของเฟสคาร์ไบด์ เช่น M₆C และ M₂₃C₆ ซึ่งมีผลต่อสมบัติทางกลและการทนต่อการกัดกร่อน

การวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของแนวเชื่อม
เทคนิค Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) และ Electron Probe Microanalysis (EPMA) ใช้ในการระบุองค์ประกอบของธาตุที่อยู่ในแนวเชื่อม เช่น Ni, Cr, Mo, Fe และการตกตะกอนของสารประกอบที่อาจเกิดขึ้น เช่น γ' (Ni₃(Al, Ti)) ซึ่งเป็นเฟสสำคัญที่เพิ่มความแข็งแรงของโลหะผสมนิกเกิล

ผลกระทบจากกระบวนการเชื่อม
ปัจจัยที่ส่งผลต่อโครงสร้างจุลภาคของแนวเชื่อมนิกเกิลเบส ได้แก่ อัตราการเย็นตัว ความร้อนสะสมและปริมาณธาตุผสมที่อยู่ในแนวเชื่อม การเชื่อมที่ให้พลังงานความร้อนสูงเกินไปอาจทำให้เกิดการโตของผลึก ส่งผลต่อสมบัติทางกล เช่น ความแข็งและความเหนียว

การเปรียบเทียบโครงสร้างระหว่างเทคนิคการเชื่อม
GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) ให้โครงสร้างที่มีการตกตะกอนของเฟสคาร์ไบด์อย่างสม่ำเสมอ
GMAW (Gas Metal Arc Welding) มีโครงสร้างเดนไดรต์แบบกึ่งสุ่ม เนื่องจากอัตราการเย็นตัวเร็วขึ้น
LBW (Laser Beam Welding) ให้โครงสร้างที่ละเอียดกว่าเนื่องจากมีอัตราการเย็นตัวสูง

การวิเคราะห์เพิ่มเติม
การตรวจสอบค่าความแข็ง (Microhardness) ของแนวเชื่อมจะถูกดำเนินการโดยใช้เครื่องวัดความแข็งแบบ Vickers Microhardness เพื่อประเมินการเปลี่ยนแปลงของเฟส และการทดสอบแรงดึง (Tensile Test) เพื่อตรวจสอบสมบัติทางกลของแนวเชื่อม

การเตรียมโครงสร้างจุลภาคของแนวเชื่อมที่ใช้ลวดเชื่อมนิกเกิลเบสเป็นกระบวนการที่ซับซ้อน ซึ่งต้องมีการเตรียมตัวอย่างอย่างละเอียดและเลือกใช้สารกัดกรดที่เหมาะสมเพื่อให้เห็นโครงสร้างทางโลหะวิทยาได้อย่างชัดเจน นอกจากนี้ โครงสร้างของแนวเชื่อมขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง เช่น เทคนิคการเชื่อม อัตราการเย็นตัว และองค์ประกอบของลวดเชื่อมที่ใช้ ซึ่งมีผลโดยตรงต่อสมบัติทางกลและการกัดกร่อนของแนวเชื่อม

เอกสารอ้างอิง
Davis, J. R. (2000). Nickel, Cobalt, and Their Alloys. ASM International.
Lippold, J. C., & Kotecki, D. J. (2005). Welding Metallurgy and Weldability of Nickel-Base Alloys. John Wiley & Sons.
Kou, S. (2003). Welding Metallurgy. John Wiley & Sons.
Callister, W. D., & Rethwisch, D. G. (2018). Materials Science and Engineering: An Introduction. Wiley.
American Welding Society (AWS). (2020). Welding Handbook – Volume 4: Materials and Applications, Part 2. AWS.