ในรอยเชื่อมหรือบริเวณใกล้รอยเชื่อม เนื่องจากอิทธิพลของการเชื่อม การรวมกันของอะตอมของวัสดุจะถูกทำลาย และรอยต่อที่เกิดจากการก่อตัวของส่วนต่อประสานใหม่เรียกว่ารอยร้าวจากการเชื่อม ซึ่งมีลักษณะเป็นช่องว่างที่แหลมคม และอัตราส่วนกว้างยาว
รอยแตกสามารถแบ่งออกเป็นรอยแตกร้อน รอยแตกเย็น รอยแตกจากการกัดกร่อนจากความเครียด และการฉีกขาดของแผ่นลาเมลลาร์ตามอุณหภูมิและเวลาที่เกิดขึ้น ในการผลิตงานเชื่อม มีหลายจุดที่เกิดรอยร้าว มีรอยร้าวปรากฏบนผิวรอยเชื่อมและสามารถสังเกตได้ด้วยตาเปล่า บางส่วนถูกซ่อนอยู่ในรอยเชื่อมและสามารถพบได้ผ่านการตรวจจับข้อบกพร่องเท่านั้น บางส่วนเกิดขึ้นบนรอยเชื่อม และบางส่วนเกิดขึ้นในเขตที่ได้รับความร้อน เป็นที่น่าสังเกตว่าบางครั้งรอยร้าวเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเชื่อม และบางครั้งปรากฏขึ้นหลังจากวางหรือใช้งานรอยเชื่อมเป็นระยะเวลาหนึ่งหลังการเชื่อม หลังนี้เรียกว่ารอยแตกที่ล่าช้าซึ่งเป็นอันตรายมากกว่า ตำแหน่งและประเภทของรอยแตกทั่วไปแสดงไว้ในภาพด้านล่าง
รูปภาพ
ตำแหน่งและประเภทของรอยแตกทั่วไป
2. อันตรายจากรอยร้าวจากการเชื่อม
รอยร้าวจากการเชื่อมเป็นข้อบกพร่องที่อันตรายที่สุด นอกจากการลดความสามารถในการรับน้ำหนักของรอยเชื่อมแล้ว ช่องว่างคมที่ส่วนท้ายของรอยร้าวจะทำให้เกิดความเข้มข้นของความเครียดอย่างรุนแรง ส่งเสริมการขยายตัวของรอยร้าว และในที่สุดก็นำไปสู่การทำลายโครงสร้างรอยเชื่อม และผลิตภัณฑ์จะเป็น ทิ้ง ทำให้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรง. โดยทั่วไป รอยร้าวเป็นรอยตำหนิที่แก้ไขไม่ได้ในรอยเชื่อม เมื่อพบแล้วควรถอดออกมาซ่อมแซมและเชื่อมให้เรียบร้อย
3. สาเหตุและแนวทางป้องกันรอยเชื่อม
เนื่องจากสาเหตุและกลไกการก่อตัวที่แตกต่างกันของรอยแตกที่แตกต่างกัน รอยแตกร้าวแบบร้อน รอยแตกแบบเย็น และรอยแตกแบบอุ่นทั้งสามประเภทจะกล่าวถึงแยกกันด้านล่างนี้
3.1 ร้าวร้อน
รอยแตกเนื่องจากความร้อนโดยทั่วไปหมายถึงรอยแตกที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง (ตั้งแต่ช่วงอุณหภูมิใกล้การแข็งตัวไปจนถึงเหนือเส้น A3 บนแผนภาพความสมดุลของธาตุเหล็ก-คาร์บอน) ดังแสดงในรูปด้านล่าง หรือที่เรียกว่ารอยแตกที่อุณหภูมิสูงหรือรอยแตกจากการตกผลึก
รูปภาพ
รอยร้าวร้อนมักเกิดขึ้นภายในรอยเชื่อม และบางครั้งอาจปรากฏขึ้นในบริเวณที่ได้รับความร้อนด้วย ดังแสดงในรูป
รูปภาพ
เหตุผล:
เนื่องจากปรากฏการณ์การแยกตัวในสระหลอมเหลวของการเชื่อมระหว่างกระบวนการตกผลึก จุดหลอมเหลวต่ำยูเทคติกและสิ่งสกปรกทำให้เกิดการแยกตัวในชั้นของเหลวในระหว่างกระบวนการตกผลึก และความแข็งแรงหลังจากการแข็งตัวก็ต่ำเช่นกัน เมื่อความเค้นในการเชื่อมมีมากพอ ของเหลวที่อยู่ระหว่างชั้นจะถูกปล่อยออกมา ชั้นหรือโลหะแข็งที่เพิ่งแข็งตัวจะดึงออกจากกันเพื่อสร้างรอยร้าว
นอกจากนี้ หากมียูเทคติกส์ที่หลอมละลายต่ำและสิ่งเจือปนบนขอบเกรนของโลหะฐาน สารประกอบที่หลอมละลายต่ำเหล่านี้จะหลอมละลายเพื่อก่อตัวเป็นชั้นของเหลวในบริเวณที่ได้รับความร้อนที่อุณหภูมิความร้อนสูงเกินจุดหลอมเหลว เมื่อความเค้นแรงดึงในการเชื่อมมีมากพอ จะถูกดึงออกจากกันเพื่อสร้างรอยร้าวเหลวในบริเวณที่ได้รับความร้อน
กล่าวโดยย่อ การเกิดรอยแตกเนื่องจากความร้อนเป็นผลมาจากผลรวมของปัจจัยทางโลหะวิทยาและทางกล
การป้องกัน:
มาตรการป้องกันรอยแตกร้าวจากความร้อนสามารถเริ่มต้นได้จากสองปัจจัยด้านโลหะวิทยาและปัจจัยทางกล
ควบคุมเนื้อหาขององค์ประกอบที่เป็นอันตรายและสิ่งเจือปนในโลหะพื้นฐานและวัสดุสิ้นเปลืองในการเชื่อม
จำกัดเนื้อหาขององค์ประกอบที่แยกได้ง่ายและสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายในโลหะพื้นฐานและวัสดุเชื่อม (รวมถึงลวดเชื่อม ลวดเชื่อม ฟลักซ์และก๊าซป้องกัน) โดยเฉพาะอย่างยิ่งควรควบคุมเนื้อหาขององค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ เช่น กำมะถันและฟอสฟอรัส และควรลดปริมาณคาร์บอนลง
กำมะถันแทบไม่ละลายในเหล็ก และก่อตัวเป็นเหล็กซัลไฟด์ (FeS) ซึ่งมีเหล็กเป็นจุดหลอมเหลวต่ำ ในระหว่างการเชื่อม การปรากฏตัวของเหล็กซัลไฟด์จะนำไปสู่การแตกร้าวร้อนของรอยเชื่อมและรอยแตกเหลวในบริเวณที่ได้รับความร้อน ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพการเชื่อมลดลง กำมะถันชนิดเดียวกันนี้มีอยู่ในขอบเกรนในรูปของฟิล์ม ซึ่งจะช่วยลดความเป็นพลาสติกและความเหนียวของเหล็ก โดยทั่วไป ปริมาณกำมะถันในเหล็กที่ใช้เชื่อมไม่ควรเกิน 0.045 เปอร์เซ็นต์ บางครั้งต้องมีการควบคุมที่เข้มงวดมากขึ้น
ฟอสฟอรัสจะลดความปั้นและความเหนียวของเหล็ก เพิ่มอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านที่เปราะของเหล็ก และทำให้เกิดรอยร้าวในรอยเชื่อมและบริเวณที่ได้รับความร้อน ปริมาณฟอสฟอรัสไม่ควรเกิน 0.055 เปอร์เซ็นต์ บางครั้งต้องมีการควบคุมที่เข้มงวดมากขึ้น
ประสิทธิภาพการเชื่อมของวัสดุมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับปริมาณคาร์บอน ยิ่งเหล็กมีปริมาณคาร์บอนสูงเท่าใดความสามารถในการเชื่อมก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น โดยทั่วไปเชื่อกันว่าปริมาณคาร์บอนในรอยเชื่อมถูกควบคุมให้ต่ำกว่า 0.10 เปอร์เซ็นต์ และความไวในการแตกร้าวเนื่องจากความร้อนสามารถลดลงได้อย่างมาก
ปรับองค์ประกอบทางเคมีของโลหะเชื่อม ปรับปรุงโครงสร้างของรอยเชื่อม ปรับแต่งเกรนของรอยเชื่อมเพื่อปรับปรุงความเป็นพลาสติก ลดหรือกระจายระดับการแยกตัว และควบคุมผลกระทบที่เป็นอันตรายของยูเทคติกที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ
ตัวอย่างเช่น เมื่อเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก การใช้เชื่อมโครงสร้างสองเฟสของออสเทนไนท์และเฟอร์ไรต์สามารถปรับปรุงความต้านทานการแตกร้าวเนื่องจากความร้อนได้ รอยเชื่อมออสเทนนิติกเฟสเดียวมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยร้าวที่ร้อน
ใช้ลวดเชื่อมหรือฟลักซ์พื้นฐานเพื่อลดปริมาณสิ่งเจือปนในรอยเชื่อมและปรับปรุงระดับการแยกตัวระหว่างการตกผลึก
ควบคุมข้อกำหนดการเชื่อม, เพิ่มปัจจัยรูปร่างของรอยเชื่อมอย่างเหมาะสม, ใช้วิธีการเชื่อมแบบหลายชั้นหลายชั้น, หลีกเลี่ยงการแยกจากกึ่งกลาง และป้องกันการแตกร้าวของกึ่งกลาง เมื่อทำการเชื่อม อัตราส่วนของความกว้างของแนวเชื่อมต่อความหนาของรอยเชื่อมบนส่วนเชื่อมแบบรอบเดียวเรียกว่า แฟกเตอร์ของรอยเชื่อม หรือฟอร์มแฟกเตอร์ของรอยเชื่อม เมื่อปัจจัยด้านรูปร่างของรอยเชื่อมมีขนาดเล็กเกินไป รอยเชื่อมจะแคบและลึก และสิ่งเจือปนที่มีจุดหลอมเหลวต่ำจะรวมตัวกันที่ใจกลางของรอยเชื่อม ซึ่งเพิ่มความเป็นไปได้อย่างมากของการเกิดรอยร้าวจากความร้อน เมื่อปัจจัยด้านรูปร่างของรอยเชื่อมมีขนาดใหญ่ รอยเชื่อมจะกว้างและตื้น ยูเทคติกส์ที่หลอมละลายต่ำและสิ่งสกปรกจะสะสมในบริเวณใกล้พื้นผิวของรอยเชื่อม ซึ่งช่วยลดแนวโน้มการแตกร้าวที่กึ่งกลางได้อย่างมาก
ใช้มาตรการเพื่อลดความเครียดในการเชื่อม
ใช้มาตรการทางเทคโนโลยีต่างๆ เพื่อลดความเครียดในการเชื่อม เช่น การใช้ลำดับและวิธีการเชื่อมที่เหมาะสม โดยใช้พลังงานป้อนเข้าในการเชื่อมที่น้อยลง วิธีการอุ่นเครื่องโดยรวมและวิธีการทุบ เป็นต้น
การเติมหลุมอุกกาบาตระหว่างการปิดส่วนโค้งสามารถหลีกเลี่ยงรอยแตกของปล่องอาร์คได้
3.2 รอยแตกเย็น
รอยร้าวเย็นโดยทั่วไปหมายถึงรอยร้าวที่เกิดจากรอยเชื่อมที่อุณหภูมิต่ำกว่า A3 ในระหว่างกระบวนการหล่อเย็น อุณหภูมิที่รอยแตกเกิดขึ้นมักจะต่ำกว่า 300~200 องศา ซึ่งอยู่ในช่วงของอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงของมาร์เทนซิติก ดังนั้นจึงเรียกว่าการแตกร้าวแบบเย็น
รอยแตกเย็นอาจปรากฏขึ้นทันทีหลังการเชื่อมหรือหลังจากเชื่อมเป็นเวลานาน ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่ารอยแตกที่ล่าช้า เนื่องจากการเกิดรอยแตกเย็นนั้นเกี่ยวข้องกับไฮโดรเจน จึงเรียกอีกอย่างว่ารอยแตกที่เกิดจากไฮโดรเจน การสร้างรอยแตกเย็นมีลักษณะล่าช้าซึ่งอาจก่อให้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรงที่ไม่คาดคิดได้ ดังนั้นจึงอันตรายกว่าและต้องให้ความสนใจอย่างเต็มที่
รูปภาพ
สาเหตุของรอยแตกเย็น
เงื่อนไขพื้นฐานสำหรับการก่อตัวของรอยแตกเย็นคือ: การก่อตัวของโครงสร้างแข็งในรอยเชื่อม; การมีอยู่และความเข้มข้นของไฮโดรเจนที่แพร่ได้ และการมีอยู่ของแรงดึงในการเชื่อมขนาดใหญ่ เงื่อนไขทั้งสามนี้มีอิทธิพลซึ่งกันและกันและส่งเสริมซึ่งกันและกัน ภายใต้สถานการณ์ที่แตกต่างกัน ปัจจัยหนึ่งในสามประการอาจนำไปสู่การเกิดรอยร้าวเย็น โดยไฮโดรเจนที่แพร่ได้เป็นปัจจัยที่มีบทบาทมากที่สุดที่กระตุ้นให้เกิดรอยแตกเย็น
มาตรการป้องกันการแตกเย็น
1) ใช้อิเล็กโทรดพื้นฐานหรือฟลักซ์เพื่อลดปริมาณไฮโดรเจนที่กระจายตัวได้ในโลหะเชื่อม อิเล็กโทรดอัลคาไลน์เรียกอีกอย่างว่าอิเล็กโทรดไฮโดรเจนต่ำ ซึ่งสามารถลดปริมาณไฮโดรเจนในโลหะเชื่อมได้
2) อิเล็กโทรดและฟลักซ์ควรทำให้แห้งอย่างเคร่งครัดตามข้อกำหนดที่ระบุก่อนใช้งาน นอกจากนี้ ควรทำความสะอาดร่องและลวดเชื่อมอย่างระมัดระวังเพื่อขจัดน้ำมัน น้ำ และจุดสนิม เพื่อลดแหล่งที่มาของไฮโดรเจน
3) เลือกข้อกำหนดการเชื่อมที่เหมาะสมและการป้อนความร้อน เช่น การอุ่นก่อนการเชื่อม การควบคุมอุณหภูมิระหว่างชั้น การเย็นตัวช้าหลังการเชื่อม ฯลฯ เพื่อปรับปรุงสถานะขององค์กรของรอยเชื่อมและโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน
4) ดำเนินการรักษาความร้อนในเวลาหลังจากการเชื่อม หนึ่งคือดำเนินการอบอ่อนเพื่อกำจัดความเครียดภายใน ปรับโครงสร้างที่ดับและปรับปรุงความเหนียว อีกวิธีหนึ่งคือดำเนินการกำจัดไฮโดรเจนเพื่อให้ไฮโดรเจนหลุดออกจากรอยเชื่อมอย่างเต็มที่
5) ปรับปรุงคุณภาพของเหล็ก ลดการรวมชั้นในเหล็ก และใช้มาตรการตั้งแต่การออกแบบโครงสร้างและกระบวนการเชื่อมเพื่อลดแรงดึงเชื่อมในทิศทางของความหนาของแผ่น ซึ่งสามารถป้องกันการฉีกขาดของชั้น
6) ใช้มาตรการทางเทคโนโลยีต่างๆ เพื่อลดความเครียดในการเชื่อม (ดูรอยแตกเนื่องจากความร้อน มาตรการป้องกัน สำหรับรายละเอียด)
3.3 อุ่นแคร็ก
รอยร้าวจากความร้อนเกิดขึ้นจากบริเวณเนื้อหยาบในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของการเชื่อม ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือรอยร้าวบริเวณขอบเกรน รอยร้าวส่วนใหญ่เกิดขึ้นในส่วนของการกระจุกตัวของความเค้น โดยทั่วไปจะก่อตัวขึ้นเมื่อบริเวณรอยเชื่อมได้รับความร้อนอีกครั้ง จึงเรียกว่ารอยร้าวแบบอุ่น
สาเหตุของรอยแตกร้อน
เหตุผลในการอุ่นรอยแตกโดยทั่วไปเชื่อกันว่าระหว่างการอุ่นซ้ำ คาร์ไบด์สารละลายของแข็งที่มีความอิ่มตัวเกิน (ส่วนใหญ่เป็นคาร์ไบด์ของวานาเดียมและโมลิบดีนัม) จะตกตะกอนอีกครั้งในระหว่างกระบวนการให้ความร้อนครั้งแรก ส่งผลให้เกิดการเสริมความแข็งแรงภายในแกรนูลและการเลื่อนหลุด ความเครียดมุ่งเน้นไปที่ขอบเขตของเกรนออสเทนไนต์ในอดีต รอยแตกร้าวก่อตัวขึ้นเมื่อความจุความเครียดพลาสติกของขอบเกรนไม่เพียงพอที่จะต้านทานความเครียดที่เกิดขึ้นระหว่างการคลายความเครียด
อุ่นมาตรการป้องกันการแตกร้าว
1) ลดความเค้นตกค้างและความเข้มข้นของความเครียด เช่น การเพิ่มอุณหภูมิก่อนอุ่น การเย็นตัวช้าลงหลังการเชื่อม และการเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่นระหว่างรอยเชื่อมกับโลหะฐาน
2) ภายใต้สมมติฐานที่เป็นไปตามข้อกำหนดการออกแบบ เลือกวัสดุเชื่อมที่เหมาะสมเพื่อให้ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงของโลหะเชื่อมต่ำกว่าโลหะฐานเล็กน้อย ช่วยให้ความเครียดคลายตัวในแนวเชื่อมและหลีกเลี่ยงรอยแตกใน โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน
3) ในกรณีของการรับประกันความแข็งแรงของข้อต่อที่อุณหภูมิห้อง ให้เพิ่มอุณหภูมิการหลอมเพื่อลดความเครียด ทำให้เกิดการตกตะกอนของอนุภาคคาร์ไบด์ที่ค่อนข้างหยาบเพื่อปรับปรุงความเหนียวที่อุณหภูมิสูง
