การเชื่อมทุกครั้งจะสะสมพลังงานไว้ในโลหะฐาน พลังงานนั้นซึ่งวัดจากการป้อนความร้อน จะควบคุมขนาดของ-โซนที่ได้รับผลกระทบ (HAZ) ความร้อน (HAZ) โดยตรง อัตราการทำความเย็น และสุดท้ายคือโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของรอยเชื่อม สำหรับเหล็กสเตนเลส ซึ่งข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพหลักคือความต้านทานการกัดกร่อน การควบคุมอินพุตความร้อนไม่ใช่ทางเลือก แต่เป็นพื้นฐาน
อินพุตความร้อนคำนวณจากพารามิเตอร์การเชื่อมสามแบบ: กระแสไฟ (กระแสไฟฟ้า) แรงดันไฟฟ้า และความเร็วในการเคลื่อนที่ ความสัมพันธ์นั้นตรงไปตรงมา: ความร้อนที่ป้อนเข้าเท่ากับผลคูณของกระแสและแรงดัน หารด้วยความเร็วในการเคลื่อนที่ พร้อมด้วยปัจจัยแก้ไขสำหรับกระบวนการเชื่อม แม้ว่าความเรียบง่ายนี้ การป้อนความร้อนยังคงเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่ถูกเข้าใจผิดและใช้ผิดมากที่สุดในการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิม

ทำไมมันถึงสำคัญมากกว่าที่คุณคิด? เนื่องจากผลของการป้อนความร้อนที่ไม่ถูกต้องอาจไม่สามารถมองเห็นได้ในทันทีเสมอไป รอยเชื่อมที่ผ่านการตรวจสอบด้วยสายตาและการถ่ายภาพรังสีอาจยังคงใช้งานไม่ได้เนื่องจากการแพ้ การสร้างเฟสซิกมา หรือการเติบโตของเกรนที่มากเกินไป ซึ่งทั้งหมดนี้เชื่อมโยงโดยตรงกับวงจรความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการเชื่อม บทความนี้จะอธิบายพื้นฐานทางโลหะวิทยาสำหรับขีดจำกัดอินพุตความร้อน และให้คำแนะนำที่เป็นประโยชน์สำหรับตระกูลสเตนเลสประเภทต่างๆ
การคำนวณอินพุตความร้อน
สูตรมาตรฐานสำหรับการป้อนความร้อนได้มาจากฟิสิกส์พื้นฐาน กำลัง (วัตต์) เท่ากับแรงดันไฟฟ้าคูณด้วยกระแสไฟฟ้า พลังงาน (จูล) เท่ากับกำลังคูณตามเวลา ในการเชื่อม เราสนใจพลังงานต่อหน่วยความยาวของการเชื่อม ซึ่งหมายความว่าเราหารด้วยความเร็วในการเคลื่อนที่
ปัจจัยด้านประสิทธิภาพจะพิจารณาถึงความร้อนที่สูญเสียไปต่อสิ่งแวดล้อม เช่น การแผ่รังสี การพาความร้อน และการกระเด็น กระบวนการเชื่อมที่แตกต่างกันมีประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน:
ตารางที่ 1: ปัจจัยประสิทธิภาพการป้อนความร้อนตามกระบวนการเชื่อม
|
กระบวนการเชื่อม |
ปัจจัยด้านประสิทธิภาพ (k) |
ช่วงอินพุตความร้อนทั่วไป |
|
SMAW (ส่วนโค้งโลหะป้องกัน) |
0.70 - 0.85 |
1.0 - 3.0 กิโลจูล/มม |
|
GMAW (อาร์คโลหะแก๊ส) |
0.75 - 0.90 |
0.8 - 2.5 กิโลจูล/มม |
|
GTAW (อาร์คทังสเตนแก๊ส) |
0.60 - 0.70 |
0.5 - 2.0 กิโลจูล/มม |
|
SAW (ส่วนโค้งที่จมอยู่ใต้น้ำ) |
0.90 - 0.99 |
2.0 - 5.0 กิโลจูล/มม |
|
FCAW (ส่วนโค้งฟลักซ์คอร์) |
0.75 - 0.90 |
1.0 - 3.0 กิโลจูล/มม |
ที่มา: AWS D1.6:2017; ASME มาตราทรงเครื่อง (2023); โลหะผสมการเชื่อม, Kou (2003)
ตัวอย่างการคำนวณ: การเชื่อม GTAW ที่ผลิตที่ 12 โวลต์ 150 แอมแปร์ และความเร็วการเคลื่อนที่ 150 มม./นาที: อินพุตความร้อน=(12 x 150 x 0.6 x 60) / (150 x 1000)=0.43 กิโลจูล/มม. นี่เป็นการป้อนความร้อนที่ค่อนข้างต่ำ ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับสเตนเลสออสเทนนิติก{12}}หน้าตัดบาง
เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก: การป้อนความร้อนปานกลางช่วยป้องกันการแพ้
เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกเป็นสเตนเลสตระกูลที่สามารถเชื่อมได้มากที่สุด แต่ก็ไม่สามารถต้านทานความเสียหายจากความร้อนได้ ความเสี่ยงหลักคือการเกิดอาการแพ้ การตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์ที่ขอบเขตเกรนเมื่อโลหะผ่านช่วงอุณหภูมิ 500-850 องศาเซลเซียส การป้อนความร้อนสูงจะยืดเวลาที่ HAZ ใช้ในโซนอุณหภูมิวิกฤตนี้ ซึ่งเพิ่มความรุนแรงของอาการแพ้

เกรดคาร์บอนต่ำ- (304L, 316L) และเกรดเสถียร (321, 347) ได้รับการพัฒนาขึ้นโดยเฉพาะเพื่อต้านทานการแพ้ อย่างไรก็ตาม แม้เกรดเหล่านี้ก็ไม่สามารถต้านทานผลกระทบจากความร้อนที่มากเกินไปได้ ความร้อนสูงยังทำให้เกรนเติบโต ซึ่งสามารถลดความเหนียวและเพิ่มความเสี่ยงของการแตกร้าวร้อนในโลหะเชื่อมออสเทนนิติกอย่างสมบูรณ์
ช่วงอินพุตความร้อนที่แนะนำสำหรับเกรดออสเทนนิติกนั้นสมดุลระหว่างข้อกำหนดที่แข่งขันกันสองประการ: ความร้อนที่เพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่ามีการหลอมเหลวและสระเชื่อมที่เพียงพอ แต่ไม่มากจนเกินไปจน HAZ ใช้เวลามากเกินไปในช่วงการแพ้ การควบคุมอุณหภูมิระหว่างทาง (โดยทั่วไปจะต่ำกว่า 150 องศาเซลเซียส) ยังช่วยลดการสัมผัสความร้อนสะสมอีกด้วย
ตารางที่ 2: แนวทางการป้อนความร้อนสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก
|
ระดับ |
อินพุตความร้อนที่แนะนำ |
อุณหภูมิระหว่างทางสูงสุด |
ความเสี่ยงเบื้องต้นจากความร้อนที่มากเกินไป |
|
304 / 304L |
1.0 - 2.5 กิโลจูล/มม |
150 C |
การแพ้, การเจริญเติบโตของเมล็ดพืช |
|
316 / 316L |
1.0 - 2.5 กิโลจูล/มม |
150 C |
การแพ้ ความต้านทานการกัดกร่อนลดลง |
|
321 (Ti-เสถียร) |
1.0 - 2.5 กิโลจูล/มม |
200 C |
การเจริญเติบโตของเมล็ดข้าว ความเหนียวลดลง |
|
347 (Nb-เสถียร) |
1.0 - 2.5 กิโลจูล/มม |
200 C |
การเจริญเติบโตของเมล็ดข้าว ความเสี่ยงในการแตกร้าว |
|
310 / 310S |
0.8 - 2.0 กิโลจูล/มม |
150 C |
การแตกร้าวร้อน การเจริญเติบโตของเมล็ดพืช |
ที่มา: Outokumpu Stainless Steel Handbook (2020); AWS D1.6:2017; ASME มาตรา VIII แผนก 1 (2023)
ดูเพล็กซ์สเตนเลสสตีล: การป้อนความร้อนจะควบคุมสมดุลของเฟอร์ไรต์ออสเทนไนต์-
สแตนเลสดูเพล็กซ์ได้รับความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อนเป็นพิเศษจากโครงสร้างจุลภาคที่สมดุลของออสเทนไนต์ประมาณ 50% และเฟอร์ไรต์ 50% การเชื่อมจะรบกวนความสมดุลนี้ วงจรความร้อนที่รวดเร็วเอื้อต่อการเกิดเฟอร์ไรต์ และหากความร้อนที่ป้อนเข้ามาต่ำเกินไป โลหะเชื่อมและ HAZ ก็สามารถกักเก็บเฟอร์ไรต์ไว้ได้มากเกินไป (มากกว่า 70%) ซึ่งจะช่วยลดความเหนียวและความต้านทานการกัดกร่อน
ในทางกลับกัน หากอินพุตความร้อนสูงเกินไป เวลาที่ขยายออกไปที่อุณหภูมิสูงขึ้นจะส่งเสริมการก่อตัวของเฟสอินเตอร์เมทัลลิกที่เป็นอันตราย โดยเฉพาะเฟสซิกมาและเฟสไค ระยะเหล่านี้ใช้โครเมียมและโมลิบดีนัมจากเมทริกซ์ที่อยู่รอบๆ ทำให้เกิดโซนที่หมดลงซึ่งไวต่อการเกิดรูพรุนและการกัดกร่อนจากความเค้นแตก การสร้างเฟสซิกมาถือเป็นความเสี่ยงด้านโลหะวิทยาที่ร้ายแรงที่สุดในการเชื่อมแบบดูเพล็กซ์
วิธีการแก้ปัญหาคือช่องป้อนความร้อนที่ได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวัง รวมกับโลหะตัวเติมที่เหมาะสม โลหะตัวเติมสำหรับเกรดดูเพล็กซ์จะอัลลอยด์-กับนิกเกิลมากเกินไป (โดยทั่วไปคือ 8-9%) เพื่อส่งเสริมการเปลี่ยนรูปออสเทนไนต์ในระหว่างการทำความเย็น ความร้อนที่ป้อนเข้าจะต้องสูงพอที่จะเผื่อเวลาในการเปลี่ยนรูปออสเทนไนต์ แต่ไม่สูงจนเกิดเฟสซิกมา
ตารางที่ 3: แนวทางการป้อนความร้อนสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์
|
เกรดดูเพล็กซ์ |
ช่วงอินพุตความร้อน |
แม็กซ์อินเตอร์พาส |
ข้อกำหนดอัตราการทำความเย็น |
เป้าหมายเฟสสมดุล |
|
2205 (UNS S31803) |
0.5 - 2.5 กิโลจูล/มม |
150 C |
ไม่สำคัญหากอยู่ในระยะ |
ออสเทนไนต์ 45-55% |
|
2507 (UNS S32750) |
0.5 - 2.0 กิโลจูล/มม |
150 C |
ควรระบายความร้อนปานกลาง |
ออสเทนไนต์ 45-55% |
|
2304 (UNS S32304) |
0.5 - 2.5 กิโลจูล/มม |
150 C |
ไม่สำคัญ |
ออสเทนไนต์ 45-55% |
|
ลีนดูเพล็กซ์ (2101) |
0.8 - 2.5 กิโลจูล/มม |
150 C |
ระบายความร้อนได้เร็วขึ้นที่ยอมรับได้ |
ออสเทนไนต์ 40-60% |
ที่มา: Outokumpu Duplex Stainless Steel Handbook (2015); แนวทางการเชื่อมของ Sandvik SAF 2205/2507; เนซ MR0175/ISO 15156
สแตนเลสมาร์เทนซิติก: ใส่ความร้อนต่ำพร้อมอุ่นก่อนป้องกันการแตกร้าว
เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกจะเปลี่ยนเป็นมาร์เทนไซต์แข็งและเปราะเมื่อเย็นลงจากอุณหภูมิออสเทนไนซ์ การเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้เกิดความเค้นตกค้างสูง และทำให้ HAZ ไวต่อการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน-อย่างมาก (เรียกอีกอย่างว่าการแตกร้าวล่าช้าหรือการแตกร้าวเย็น) เหล็กกล้ามาร์เทนซิติกต่างจากเกรดออสเตนิติกตรงที่ไม่ได้รับการปกป้องด้วยโครงสร้างผลึก FCC ที่มีความเสถียร
การควบคุมอินพุตความร้อนสำหรับเกรดมาร์เทนซิติกมีจุดประสงค์สองประการ ประการแรก การป้อนความร้อนที่มากเกินไปจะเพิ่มขนาดของ HAZ ที่แข็งตัว ทำให้เกิดวัสดุที่เปราะในปริมาณมากขึ้น ประการที่สอง การป้อนความร้อนต่ำรวมกับการอุ่นก่อนจะทำให้อัตราการเย็นตัวช้าลง ซึ่งช่วยลดความแข็งของมาร์เทนไซต์ และช่วยให้ไฮโดรเจนมีเวลามากขึ้นในการแพร่กระจายออกจากบริเวณรอยเชื่อม

การอุ่นเป็นสิ่งสำคัญสำหรับเกรดมาร์เทนซิติก อุณหภูมิอุ่นก่อนขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอนและความหนาของส่วน แต่โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 200-300 องศาเซลเซียส ต้องรักษาอุณหภูมิระหว่างทางให้สูงกว่าค่าต่ำสุดที่อุ่นไว้ การอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม (อุณหภูมิ 650-750 C) เป็นสิ่งจำเป็นเกือบทุกครั้ง
ตารางที่ 4: ข้อกำหนดการป้อนความร้อนและการอุ่นล่วงหน้าสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก
|
เกรดมาร์เทนซิติก |
ปริมาณคาร์บอน |
อินพุตความร้อนที่แนะนำ |
เปิดอุณหภูมิ |
จำเป็นต้องมี PWHT |
|
410 (ยูเอ็นเอส S41000) |
0.08-0.15% |
1.0 - 2.0 กิโลจูล/มม |
200-300 C |
ใช่ (อารมณ์) |
|
420 (ยูเอ็นเอส S42000) |
0.16-0.25% |
0.8 - 1.5 กิโลจูล/มม |
250-350 C |
ใช่ (อารมณ์) |
|
431 (UNS S43100) |
0.12-0.22% |
0.8 - 1.5 กิโลจูล/มม |
200-300 C |
ใช่ (อารมณ์) |
|
17-4PH (UNS S17400) |
สูงสุด 0.07% |
1.0 - 2.0 กิโลจูล/มม |
100-150 C |
ใช่ (อายุ) |
ที่มา: คู่มือพิเศษของ ASM: Stainless Steels (1994); AWS D1.6:2017; ASME มาตรา VIII แผนก 1
การเชื่อมต่ออัตราการทำความเย็น: เหตุใดการป้อนความร้อนเพียงอย่างเดียวจึงไม่เพียงพอ
การป้อนความร้อนคือการวัดพลังงานที่สะสม แต่เป็นอัตราการเย็นตัวที่กำหนดโครงสร้างจุลภาคสุดท้าย การป้อนความร้อนแบบเดียวกันที่นำไปใช้กับแผ่นขนาด 3 มม. จะทำให้อัตราการเย็นตัวเร็วกว่าเมื่อใช้กับแผ่นขนาด 25 มม. นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงต้องพิจารณาคำแนะนำการป้อนความร้อนควบคู่กับความหนาของส่วนเสมอ
อัตราการทำความเย็นในการเชื่อมโดยทั่วไปจะวัดเป็นเวลาที่ทำให้เย็นลงตั้งแต่ 800 ถึง 500 องศาเซลเซียส (t8/5) สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอน พารามิเตอร์นี้จะกำหนดความแข็งและโครงสร้างจุลภาคของ HAZ โดยตรง สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม ช่วงอุณหภูมิวิกฤติจะแตกต่างกัน สำหรับอาการแพ้ เวลาที่ใช้ระหว่าง 850 ถึง 500 องศาเซลเซียสเป็นสิ่งสำคัญ
ความสัมพันธ์ระหว่างอินพุตความร้อนและอัตราการทำความเย็นสามารถประมาณได้โดยใช้สมการการไหลของความร้อน สำหรับส่วนที่บาง (ซึ่งความร้อนไหลในสองมิติเป็นหลัก) อัตราการทำความเย็นจะแปรผกผันกับกำลังสองของความร้อนที่ป้อนเข้า สำหรับส่วนที่หนา (การไหลของความร้อนสามมิติ-) อัตราการทำความเย็นจะแปรผกผันกับความร้อนที่ป้อนเข้าไป ซึ่งหมายความว่าในส่วนที่บาง การป้อนความร้อนที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยจะทำให้อัตราการทำความเย็นช้าลงอย่างมาก
ตารางที่ 5: การเปลี่ยนแปลงอัตราการทำความเย็นด้วยอินพุตความร้อนและความหนาของส่วน
|
ความหนาของส่วน |
อินพุตความร้อน 1.0 กิโลจูล/มม |
อินพุตความร้อน 2.0 กิโลจูล/มม |
อินพุตความร้อน 3.0 กิโลจูล/มม |
ผลต่อ HAZ |
|
3 มม. (บาง) |
ระบายความร้อนได้เร็วมาก |
เย็นเร็ว |
ความเย็นปานกลาง |
ความเสี่ยงต่อการแพ้น้อยที่สุด |
|
10 มม. (กลาง) |
เย็นเร็ว |
ความเย็นปานกลาง |
ระบายความร้อนช้า |
ความเสี่ยงต่อการแพ้เพิ่มขึ้น |
|
25 มม. (หนา) |
ความเย็นปานกลาง |
ระบายความร้อนช้า |
ระบายความร้อนช้ามาก |
มีความเสี่ยงที่จะเกิดอาการแพ้สูง |
ที่มา: Welding Metallurgy, Kou (2003); คู่มือ ASM เล่มที่ 6A (2011)
การเชื่อมหลาย-ผ่าน: ความร้อนสะสมและอุณหภูมิระหว่างทาง
การเชื่อม-หลายรอบทำให้เกิดความยุ่งยากที่การเชื่อม-รอบครั้งเดียวไม่มี: การผ่านแต่ละครั้งที่ตามมาจะทำให้โลหะเชื่อมที่อยู่ด้านล่างและ HAZ เข้าสู่วงจรความร้อนเพิ่มเติม สิ่งนี้อาจเป็นประโยชน์หรือเป็นอันตรายได้ขึ้นอยู่กับเกรด สำหรับการเชื่อมออสเทนนิติกบางประเภท ความร้อนจากการผ่านขั้นตอนต่อมาสามารถละลายคาร์ไบด์ที่เกิดขึ้นระหว่างการเชื่อมครั้งก่อนได้ สำหรับเกรดดูเพล็กซ์ การให้ความร้อนซ้ำๆ ในช่วง 600-900 องศาเซลเซียส จะช่วยเร่งการสร้างเฟสซิกมา
อุณหภูมิระหว่างทางคืออุณหภูมิของโซนเชื่อมก่อนที่จะทำการฝากรอบถัดไป สำหรับเหล็กสเตนเลสส่วนใหญ่ ควรเก็บไว้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 150 องศาเซลเซียส เพื่อจำกัดการสัมผัสความร้อนสะสม ข้อมูลจำเพาะดูเพล็กซ์บางอย่างมีข้อจำกัดมากยิ่งขึ้น โดยกำหนดให้ต้องมีอุณหภูมิอินเตอร์พาสต่ำกว่า 100 องศาเซลเซียสสำหรับเกรดดูเพล็กซ์ซุปเปอร์- เช่น 2507
ความหมายในทางปฏิบัติคือการเชื่อม-หลายรอบต้องมีการวางแผนอย่างรอบคอบมากกว่าการเชื่อมผ่านรอบเดียว- ช่างเชื่อมต้องเผื่อเวลาไว้เพียงพอระหว่างการผ่านเพื่อทำความเย็น หรือใช้วิธีการทำความเย็นแบบบังคับ (ลมเป่า ละอองน้ำ) ที่ไม่ปนเปื้อนบริเวณรอยเชื่อม การเชื่อมหลาย-ผ่านอย่างรวดเร็วบนเกรดดูเพล็กซ์หรือซูเปอร์-ดูเพล็กซ์เป็นสาเหตุที่พบบ่อยของการสร้างเฟสซิกมาและความล้มเหลวของบริการที่ตามมา
ตารางที่ 6: คำแนะนำเกี่ยวกับอุณหภูมิระหว่างทางสำหรับการเชื่อมหลายรอบ-
|
ครอบครัวเกรด |
อินเตอร์พาสที่แนะนำ |
ส่งบอลสูงสุดโดยไม่ต้องระบายความร้อน |
จุดติดตามวิกฤต |
|
ออสเตนิติก (304, 316) |
สูงสุด 150 องศาเซลเซียส |
ปกติ 3-4 |
เวลาที่อยู่ในช่วงการแพ้ |
|
ดูเพล็กซ์ (2205) |
สูงสุด 150 องศาเซลเซียส |
ปกติ 2-3 |
การก่อตัวของเฟสซิกมา |
|
ซูเปอร์-ดูเพล็กซ์ (2507) |
สูงสุด 100 องศาเซลเซียส |
2 แนะนำ |
เฟสซิกมา, อินเตอร์เมทัลลิก |
|
มาร์เทนซิติก (410, 420) |
รักษาความร้อนไว้ด้านบน |
ไม่จำกัดหากอุ่น |
การแตกร้าวของไฮโดรเจน |
|
โลหะผสมนิกเกิล (625, C-276) |
สูงสุด 150 องศาเซลเซียส |
ปกติ 3-4 |
การเจริญเติบโตของเมล็ดพืช, การแยกระดับจุลภาค |
ที่มา: Outokumpu Welding Guidelines (2020); คู่มือการเชื่อมโลหะพิเศษ เนซ MR0175
ผลที่ตามมาของการป้อนความร้อนที่มากเกินไป
ผลที่ตามมาของการควบคุมอินพุตความร้อนที่ไม่ดีนั้นไม่ได้เป็นไปตามทฤษฎี ซึ่งปรากฏอยู่เป็นประจำในรายงานการวิเคราะห์ความล้มเหลวในอุตสาหกรรมต่างๆ การทำความเข้าใจโหมดความล้มเหลวเหล่านี้ช่วยให้วิศวกรและผู้ตรวจสอบรับรู้อาการและติดตามกลับไปยังสาเหตุที่แท้จริง

การกัดกร่อนตามขอบเกรน: เกิดจากการทำให้เกิดอาการแพ้ใน HAZ ขอบเขตของเกรนถูกเลือกโจมตี ทำให้เกิดลักษณะ 'น้ำตาล' บนพื้นผิว พบได้ทั่วไปในการเชื่อม 304/316 ที่มีการป้อนความร้อนมากเกินไปโดยไม่มีเกรด L- หรือการคงตัวที่เหมาะสม
การกัดกร่อนแบบรูพรุน: การสร้างเฟสซิกมาในเหล็กดูเพล็กซ์ต้องใช้โครเมียมและโมลิบดีนัม ทำให้เกิดบริเวณที่มีความต้านทานการเกิดรูพรุนลดลง หลุมเริ่มต้นเป็นพิเศษใน HAZ ของการเชื่อมอินพุต-ความร้อน-สูง
การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น (SCC): การป้อนความร้อนสูงจะสร้าง HAZ ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นพร้อมกับความเค้นตกค้างที่สูงขึ้น เมื่อรวมกับภาวะภูมิแพ้ สิ่งนี้จะสร้างสภาวะที่เหมาะสมสำหรับ SCC ในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์-
ความเหนียวลดลง: การเติบโตของเกรนที่มากเกินไปในออสเตนิติก HAZ ช่วยลดความเหนียวในการรับแรงกระแทก ในเหล็กดูเพล็กซ์ ปริมาณเฟอร์ไรต์สูงและเฟสซิกมาจะช่วยลดความเหนียวลงอย่างมาก
การแตกร้าวที่ร้อน: ในโลหะเชื่อมออสเทนนิติกเต็มที่ (310, โลหะผสมนิกเกิลบางชนิด) การป้อนความร้อนสูงจะช่วยยืดเวลาที่ใช้ในช่วงการแข็งตัวที่เปราะ เพิ่มความเสี่ยงของการแตกร้าวจากการแข็งตัว
ตารางที่ 7: โหมดความล้มเหลวที่เชื่อมโยงกับอินพุตความร้อนที่มากเกินไป
|
โหมดความล้มเหลว |
สาเหตุหลัก |
เกรดที่ได้รับผลกระทบมากที่สุด |
การป้องกัน |
|
การกัดกร่อนตามขอบเกรน |
การแพ้ใน HAZ |
304, 316 (ไม่ใช่-เกรด L) |
ใช้เกรด L- จำกัดอินพุตความร้อน |
|
บ่อใน HAZ |
เฟสซิกมา, การสูญเสีย Cr/Mo |
2205, 2507 ดูเพล็กซ์ |
จำกัดอินพุตความร้อน ควบคุมอินเตอร์พาส |
|
การกัดกร่อนจากความเครียดแตกร้าว |
การแพ้ + ความเครียดที่ตกค้าง |
เกรดออสเทนนิติกทั้งหมด |
โซลูชั่นหลอมลดความเครียด |
|
ลดแรงกระแทก |
การเจริญเติบโตของเกรนระยะซิกม่า |
304, 316, 2205 |
จำกัดความร้อนเข้า ใช้ฟิลเลอร์ที่เหมาะสม |
|
แตกร้อน |
ช่วงการแข็งตัวที่ขยายออกไป |
310, 347, โลหะผสม Ni บางชนิด |
ใส่ความร้อนต่ำ มีสารตัวเติมที่เหมาะสม |
ที่มา: คู่มือ ASM เล่มที่ 11: การวิเคราะห์ความล้มเหลว (2002); การสำรวจข้อมูลการกัดกร่อนของ NACE; กรณีศึกษาความล้มเหลวของ JN Alloys
การควบคุมอินพุตความร้อนที่ใช้งานได้จริง: จาก WPS ไปจนถึงพื้นที่ร้านค้า
การควบคุมอินพุตความร้อนเริ่มต้นในสำนักงานวิศวกรรมและสิ้นสุดที่พื้นโรงงาน ข้อกำหนดขั้นตอนการเชื่อม (WPS) ต้องมีขีดจำกัดอินพุตความร้อนอย่างชัดเจน ไม่ใช่เพียงพารามิเตอร์พื้นฐานของจำนวนแอมแปร์ แรงดันไฟฟ้า และความเร็วในการเคลื่อนที่ สำหรับการใช้งานที่สำคัญ WPS ควรระบุช่วงที่ยอมรับได้สำหรับแต่ละพารามิเตอร์และขีดจำกัดอินพุตความร้อนที่คำนวณได้

ระบุอินพุตความร้อนใน WPS: อย่าถือว่าการแสดงค่าแอมแปร์และช่วงแรงดันไฟฟ้าเพียงพอ คำนวณและระบุอินพุตความร้อนสูงสุดอย่างชัดเจน (เช่น 'อินพุตความร้อนสูงสุด: 2.0 kJ/mm')
ใช้อุปกรณ์ที่ปรับเทียบแล้ว: แหล่งพลังงานสมัยใหม่สามารถแสดงและบันทึกกระแสไฟและแรงดันไฟฟ้าตามจริงได้ ใช้ข้อมูลนี้เพื่อคำนวณอินพุตความร้อนจริง ไม่ใช่แค่ค่าที่ตั้งไว้
ฝึกอบรมช่างเชื่อมเกี่ยวกับผลที่ตามมา: ช่างเชื่อมที่เข้าใจว่าความร้อนที่มากเกินไปสามารถทำให้เกิดความล้มเหลวในการกัดกร่อนได้ จะได้รับแรงจูงใจมากขึ้นในการควบคุมความเร็วการเคลื่อนที่และอุณหภูมิระหว่างทาง
ตรวจสอบความเร็วการเคลื่อนที่: ความเร็วการเคลื่อนที่เป็นพารามิเตอร์ที่ช่างเชื่อมมักปรับระหว่างการผลิต ให้คำแนะนำเกี่ยวกับวิธีการรักษาความเร็วให้สม่ำเสมอ หรือใช้ระบบกลไก/อัตโนมัติสำหรับการเชื่อมที่สำคัญ
บันทึกอินพุตความร้อนสำหรับการเชื่อมที่สำคัญ: สำหรับภาชนะรับความดัน ส่วนประกอบนอกชายฝั่ง และท่อในโรงงานเคมี คำนวณและบันทึกอินพุตความร้อนจริงสำหรับการเชื่อมแต่ละอัน ช่วยให้สามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ในกรณีที่เกิดความล้มเหลวในอนาคต
ใช้เครื่องคำนวณการป้อนความร้อน: แอปฟรีและเครื่องคำนวณออนไลน์ช่วยให้ช่างเชื่อมคำนวณการป้อนความร้อนจากพารามิเตอร์พื้นฐานได้อย่างรวดเร็ว ส่งเสริมการใช้งานบนพื้นร้านค้า
ต้นทุนของการควบคุมอินพุตความร้อนนั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับต้นทุนของความล้มเหลวในการกัดกร่อนในการให้บริการ ความล้มเหลวในการขุดเจาะในโรงงานเคมีเพียงครั้งเดียวอาจส่งผลให้สูญเสียการผลิต การทำความสะอาดสิ่งแวดล้อม และการเปลี่ยนอุปกรณ์นับล้านดอลลาร์ การลงทุนในการควบคุมอินพุตความร้อนที่เหมาะสมไม่ได้เป็นเพียงวิศวกรรมที่ดีเท่านั้น แต่ยังเป็นการประหยัดที่ดีอีกด้วย
สรุป
ตารางต่อไปนี้จะรวมคำแนะนำจากบทความนี้ให้อยู่ในรูปแบบข้อมูลอ้างอิงที่รวดเร็ว- วิศวกรและผู้ผลิตสามารถใช้เมทริกซ์นี้เพื่อกำหนดขีดจำกัดอินพุตความร้อนสำหรับการใช้งานเฉพาะของตนได้
ตารางที่ 8: เมทริกซ์การตัดสินใจอินพุตความร้อนโดยตระกูลสเตนเลสสตีล
|
ครอบครัวสแตนเลส |
ช่วงอินพุตความร้อน |
อินเตอร์พาสสูงสุด |
ความเสี่ยงที่สำคัญ |
จุดควบคุมที่สำคัญ |
|
ออสเตนิติก (304L, 316L) |
1.0 - 2.5 กิโลจูล/มม |
150 C |
อาการแพ้ |
ใช้เกรด L- จำกัดเวลาไว้ที่ 500-850 C |
|
เสถียร (321, 347) |
1.0 - 2.5 กิโลจูล/มม |
200 C |
การเจริญเติบโตของเมล็ดพืช |
หลีกเลี่ยงการผ่านมากเกินไป |
|
ดูเพล็กซ์ (2205) |
0.5 - 2.5 กิโลจูล/มม |
150 C |
ซิกม่าเฟส |
ปรับสมดุลออสเทนไนต์/เฟอร์ไรต์ |
|
ซูเปอร์-ดูเพล็กซ์ (2507) |
0.5 - 2.0 กิโลจูล/มม |
100 C |
ซิกม่าเฟส |
การควบคุมการแทรกแซงอย่างเข้มงวด |
|
มาร์เทนซิติก (410, 420) |
0.8 - 2.0 กิโลจูล/มม |
รักษาความร้อนก่อน |
การแตกร้าวของไฮโดรเจน |
ต้องอุ่นเครื่อง + PWHT |
|
การตกตะกอน-การแข็งตัว |
1.0 - 2.0 กิโลจูล/มม |
150 C |
แคร็ก, มีอายุมากเกินไป |
ปฏิบัติตามข้อกำหนดของผู้ผลิต |
|
โลหะผสมนิกเกิล (625, C-276) |
0.8 - 2.0 กิโลจูล/มม |
150 C |
การแบ่งแยกย่อย |
ความร้อนต่ำ ฟิลเลอร์ที่เหมาะสม |
ที่มา: รวบรวมจากแนวทางทางเทคนิคของ AWS D1.6, ASME Section VIII/IX, Outokumpu, Sandvik, Special Metals และ JN Alloys
บทสรุป
อินพุตความร้อนเป็นตัวแปรเดียวที่ควบคุมได้มากที่สุดซึ่งกำหนดคุณภาพและประสิทธิภาพการบริการของการเชื่อมสแตนเลส ผลที่ตามมาทางโลหะวิทยาของการป้อนความร้อน เช่น การแพ้ การสร้างเฟสซิกมา การเติบโตของเกรน และความไม่สมดุลของเฟส เป็นที่เข้าใจและคาดการณ์ได้ดี สิ่งที่มักขาดคือวินัยในการแปลความรู้นี้ไปสู่การปฏิบัติ
คำแนะนำในบทความนี้อิงจากการวิจัยและประสบการณ์ภาคสนามมานานหลายทศวรรษ สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่ขีดจำกัดตามอำเภอใจ -- สิ่งเหล่านี้สะท้อนถึงฟิสิกส์และโลหะวิทยาพื้นฐานของการเชื่อม ด้วยการควบคุมการป้อนความร้อนภายในช่วงที่เหมาะสมสำหรับตระกูลสแตนเลสแต่ละตระกูล ผู้ผลิตสามารถสร้างรอยเชื่อมที่คงความต้านทานการกัดกร่อน คุณสมบัติทางกล และความน่าเชื่อถือในระยะยาวตามที่ลูกค้าคาดหวัง
หากต้องการการสนับสนุนด้านเทคนิคเกี่ยวกับขั้นตอนการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิม การเลือกโลหะเติม หรือการเพิ่มประสิทธิภาพการป้อนความร้อน โปรดติดต่อ JN Alloys -- พันธมิตรของคุณในโซลูชันโลหะผสมประสิทธิภาพสูง
เว็บไซต์:www.jnalloys.com
