การควบคุมอินพุตความร้อนในการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิม

Jun 25, 2026

ฝากข้อความ

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

 

Heat Input Control in Stainless Steel Welding

 

ทำไมมันถึงสำคัญมากกว่าที่คุณคิด? เนื่องจากผลของการป้อนความร้อนที่ไม่ถูกต้องอาจไม่สามารถมองเห็นได้ในทันทีเสมอไป รอยเชื่อมที่ผ่านการตรวจสอบด้วยสายตาและการถ่ายภาพรังสีอาจยังคงใช้งานไม่ได้เนื่องจากการแพ้ การสร้างเฟสซิกมา หรือการเติบโตของเกรนที่มากเกินไป ซึ่งทั้งหมดนี้เชื่อมโยงโดยตรงกับวงจรความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการเชื่อม บทความนี้จะอธิบายพื้นฐานทางโลหะวิทยาสำหรับขีดจำกัดอินพุตความร้อน และให้คำแนะนำที่เป็นประโยชน์สำหรับตระกูลสเตนเลสประเภทต่างๆ

 

การคำนวณอินพุตความร้อน

 
อินพุตความร้อน (กิโลจูล/มม.)=(แรงดันไฟฟ้า x กระแสไฟ x 60) / (ความเร็วการเคลื่อนที่ x 1,000) พร้อมปัจจัยด้านประสิทธิภาพสำหรับแต่ละกระบวนการ
 

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

 
สำหรับเกรดออสเทนนิติก 304/316 ปริมาณความร้อนควรจำกัดไว้ที่ 1.5-2.5 กิโลจูล/มม. เพื่อลดเวลาในช่วงการแพ้
 

เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกเป็นสเตนเลสตระกูลที่สามารถเชื่อมได้มากที่สุด แต่ก็ไม่สามารถต้านทานความเสียหายจากความร้อนได้ ความเสี่ยงหลักคือการเกิดอาการแพ้ การตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์ที่ขอบเขตเกรนเมื่อโลหะผ่านช่วงอุณหภูมิ 500-850 องศาเซลเซียส การป้อนความร้อนสูงจะยืดเวลาที่ HAZ ใช้ในโซนอุณหภูมิวิกฤตนี้ ซึ่งเพิ่มความรุนแรงของอาการแพ้

 

Austenitic Stainless Steels Moderate Heat Input Prevents Sensitization

 

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-

 
สำหรับเกรดดูเพล็กซ์ 2205/2507 อินพุตความร้อน 0.5-2.5 กิโลจูล/มม. โดยมีอินเตอร์พาสต่ำกว่า 150 C จะรักษาสมดุลของเฟสวิกฤต 50/50
 

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

 
เกรดมาร์เทนซิติก (410, 420) ต้องการความร้อนต่ำ (1.0-2.0 กิโลจูล/มม.) รวมกับการอุ่นก่อนเพื่อป้องกันการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน
 

เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติกจะเปลี่ยนเป็นมาร์เทนไซต์แข็งและเปราะเมื่อเย็นลงจากอุณหภูมิออสเทนไนซ์ การเปลี่ยนแปลงนี้ทำให้เกิดความเค้นตกค้างสูง และทำให้ HAZ ไวต่อการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน-อย่างมาก (เรียกอีกอย่างว่าการแตกร้าวล่าช้าหรือการแตกร้าวเย็น) เหล็กกล้ามาร์เทนซิติกต่างจากเกรดออสเตนิติกตรงที่ไม่ได้รับการปกป้องด้วยโครงสร้างผลึก FCC ที่มีความเสถียร

 

การควบคุมอินพุตความร้อนสำหรับเกรดมาร์เทนซิติกมีจุดประสงค์สองประการ ประการแรก การป้อนความร้อนที่มากเกินไปจะเพิ่มขนาดของ HAZ ที่แข็งตัว ทำให้เกิดวัสดุที่เปราะในปริมาณมากขึ้น ประการที่สอง การป้อนความร้อนต่ำรวมกับการอุ่นก่อนจะทำให้อัตราการเย็นตัวช้าลง ซึ่งช่วยลดความแข็งของมาร์เทนไซต์ และช่วยให้ไฮโดรเจนมีเวลามากขึ้นในการแพร่กระจายออกจากบริเวณรอยเชื่อม

 

Martensitic Stainless Steels Low Heat Input with Preheat Prevents Cracking

 

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

 
อัตราการทำความเย็นที่กำหนดโดยการป้อนความร้อนรวมกับความหนาของส่วนและการอุ่นก่อนเป็นตัวแปรทางโลหะวิทยาที่แท้จริง
 

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

 
ในการเชื่อมหลาย- แต่ละรอบจะอุ่นรอบก่อนหน้า การควบคุมอุณหภูมิระหว่างทางถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับเกรดดูเพล็กซ์และออสเทนนิติก
 

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

 
ความล้มเหลวที่เชื่อมโยงกับความร้อนที่มากเกินไป ได้แก่ การกัดกร่อนตามขอบเกรน การเกิดรูพรุน การกัดกร่อนจากความเค้นแตก และการแตกหักแบบเปราะ
 

ผลที่ตามมาของการควบคุมอินพุตความร้อนที่ไม่ดีนั้นไม่ได้เป็นไปตามทฤษฎี ซึ่งปรากฏอยู่เป็นประจำในรายงานการวิเคราะห์ความล้มเหลวในอุตสาหกรรมต่างๆ การทำความเข้าใจโหมดความล้มเหลวเหล่านี้ช่วยให้วิศวกรและผู้ตรวจสอบรับรู้อาการและติดตามกลับไปยังสาเหตุที่แท้จริง

 

Consequences of Excessive Heat Input

 

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

 
การควบคุมอินพุตความร้อนที่มีประสิทธิภาพจำเป็นต้องมีขีดจำกัด WPS ที่ชัดเจน อุปกรณ์ที่ผ่านการปรับเทียบ และช่างเชื่อมที่ได้รับการฝึกอบรมซึ่งเข้าใจผลที่ตามมาของโลหะวิทยา
 

การควบคุมอินพุตความร้อนเริ่มต้นในสำนักงานวิศวกรรมและสิ้นสุดที่พื้นโรงงาน ข้อกำหนดขั้นตอนการเชื่อม (WPS) ต้องมีขีดจำกัดอินพุตความร้อนอย่างชัดเจน ไม่ใช่เพียงพารามิเตอร์พื้นฐานของจำนวนแอมแปร์ แรงดันไฟฟ้า และความเร็วในการเคลื่อนที่ สำหรับการใช้งานที่สำคัญ WPS ควรระบุช่วงที่ยอมรับได้สำหรับแต่ละพารามิเตอร์และขีดจำกัดอินพุตความร้อนที่คำนวณได้

 

Practical Heat Input Control From WPS to Shop Floor

 

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

 

ส่งคำถาม
มาหาเรา
และเริ่ม RFQ ของคุณตอนนี้
ติดต่อเรา