มาตรการป้องกันการแตกร้าวที่ปลายอย่างมีประสิทธิภาพในการเชื่อมอาร์คที่จมอยู่ใต้น้ำแนวเชื่อมตามยาว

ในการผลิตภาชนะรับความดัน เมื่อใช้การเชื่อมอาร์กแบบจุ่มในการเชื่อมแนวเชื่อมตามยาวของกระบอกสูบ รอยแตกร้าว (ต่อไปนี้จะเรียกว่ารอยแตกที่ขั้ว) มักเกิดขึ้นที่หรือใกล้ปลายแนวเชื่อมตามยาว

หลายคนได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับเรื่องนี้ และเชื่อว่าสาเหตุหลักของการแตกที่เทอร์มินัลคือเมื่อส่วนเชื่อมใกล้กับขั้วของการเชื่อมตามยาว การเชื่อมจะขยายและทำให้เสียรูปในทิศทางตามแนวแกน และมาพร้อมกับความตึงเครียดตามขวางใน ทิศทางแนวตั้งและแนวแกน ความผิดปกติแบบเปิด

ตัวกระบอกสูบยังมีความเครียดจากการแข็งตัวของงานเย็นและความเครียดในการประกอบในกระบวนการรีด การผลิต และการประกอบ ในระหว่างกระบวนการเชื่อม เนื่องจากการจำกัดการเชื่อมตำแหน่งเทอร์มินัลและแผ่นตีส่วนโค้ง ทำให้เกิดการยืดขนาดใหญ่ที่ส่วนท้ายของความเค้นในการเชื่อม

เมื่อส่วนโค้งเคลื่อนไปที่ตำแหน่งการเชื่อมของเทอร์มินัลและแผ่นตีส่วนโค้ง เนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนและการเสียรูปของชิ้นส่วนนี้ ความเครียดแรงดึงตามขวางของเทอร์มินัลการเชื่อมจะผ่อนคลาย และแรงยึดเกาะจะลดลง เพื่อให้โลหะเชื่อมเพียงแค่ แข็งตัวที่ขั้วเชื่อม รอยแตกที่ขั้วเกิดจากความเค้นดึงขนาดใหญ่

จากการวิเคราะห์เหตุผลข้างต้น จึงเสนอมาตรการรับมือ 2 ประการ คือ

หนึ่งคือการเพิ่มความกว้างของแผ่นตีส่วนโค้งเพื่อเพิ่มแรงยึดเกาะ

ประการที่สองคือการใช้แผ่นตีส่วนโค้งยึดเหนี่ยวแบบยืดหยุ่นแบบมีรู

อย่างไรก็ตาม หลังจากใช้มาตรการตอบโต้ข้างต้นในทางปฏิบัติแล้ว ปัญหายังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างมีประสิทธิผล:

ตัวอย่างเช่น แม้ว่าจะใช้แผ่นตีส่วนโค้งยึดแบบยืดหยุ่น แต่รอยแตกที่เทอร์มินัลของการเชื่อมตามยาวจะยังคงเกิดขึ้น และรอยแตกของเทอร์มินัลมักเกิดขึ้นเมื่อเชื่อมกระบอกสูบที่มีความหนาน้อย มีความแข็งแกร่งต่ำ และถูกบังคับประกอบ

อย่างไรก็ตาม เมื่อมีแผ่นทดสอบผลิตภัณฑ์ในส่วนขยายของรอยเชื่อมตามยาวของกระบอกสูบ แม้ว่าการเชื่อมแทคและเงื่อนไขอื่นๆ จะเหมือนกับเมื่อไม่มีแผ่นทดสอบผลิตภัณฑ์ แต่จะมีรอยแตกที่ขั้วต่อเล็กน้อยในตะเข็บตามยาว

หลังจากการทดสอบและวิเคราะห์ซ้ำแล้วซ้ำอีก พบว่าการเกิดรอยแตกร้าวที่ปลายตะเข็บตามยาวไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับความเค้นดึงขนาดใหญ่ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จุดเชื่อมปลายเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับสาเหตุที่สำคัญอย่างยิ่งอีกหลายประการอีกด้วย

อันดับแรก. การวิเคราะห์สาเหตุของการแตกร้าวของเทอร์มินัล

1. การเปลี่ยนแปลงของสนามอุณหภูมิที่จุดเชื่อมเทอร์มินัล

ในระหว่างการเชื่อมอาร์ค เมื่อแหล่งความร้อนในการเชื่อมอยู่ใกล้กับปลายของการเชื่อมตามยาว สนามอุณหภูมิปกติที่ปลายของการเชื่อมจะเปลี่ยนไป และยิ่งใกล้กับปลายการเชื่อมมากเท่าไร การเปลี่ยนแปลงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

เนื่องจากขนาดของแผ่นตีอาร์กนั้นเล็กกว่าของกระบอกสูบมาก ความจุความร้อนจึงน้อยกว่ามากด้วย และการเชื่อมต่อระหว่างแผ่นตีอาร์กกับกระบอกสูบทำได้โดยการเชื่อมแทคเท่านั้น ดังนั้นจึงถือว่าส่วนใหญ่ไม่ต่อเนื่องกัน .

ดังนั้นสภาพการถ่ายเทความร้อนของรอยเชื่อมเทอร์มินัลจึงแย่มาก ทำให้อุณหภูมิในพื้นที่สูงขึ้น รูปร่างของสระหลอมเหลวจะเปลี่ยนไป และความลึกของการเจาะก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ความเร็วในการแข็งตัวของพูลหลอมเหลวจะช้าลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อขนาดของแผ่นตีอาร์กมีขนาดเล็กเกินไป และรอยเชื่อมระหว่างแผ่นตีอาร์กและกระบอกสูบสั้นเกินไปและบางเกินไป

2. อิทธิพลของความร้อนจากการเชื่อม

เนื่องจากความร้อนในการเชื่อมที่ใช้ในการเชื่อมอาร์กแบบจุ่มมักจะมีขนาดใหญ่กว่าวิธีการเชื่อมแบบอื่น ๆ ความลึกในการเจาะจึงมีมาก ปริมาณของโลหะที่สะสมอยู่มีขนาดใหญ่ และถูกปกคลุมด้วยชั้นฟลักซ์ ดังนั้นสระที่หลอมละลายจึงมีขนาดใหญ่และ ความเร็วในการแข็งตัวของสระหลอมเหลวมีขนาดใหญ่ อัตราการเย็นตัวของตะเข็บเชื่อมและตะเข็บเชื่อมช้ากว่าวิธีการเชื่อมอื่นๆ ส่งผลให้มีเนื้อหยาบและการแยกตัวที่รุนแรงยิ่งขึ้น ซึ่งสร้างสภาวะที่เอื้ออำนวยอย่างยิ่งต่อการเกิดรอยแตกร้าวที่ร้อน

นอกจากนี้ การหดตัวด้านข้างของรอยเชื่อมจะน้อยกว่าการเปิดช่องว่างมาก ดังนั้นแรงดึงด้านข้างของส่วนปลายจึงมีมากกว่าวิธีการเชื่อมแบบอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเพลทที่มีความหนาปานกลางแบบเอียงและเพลททินเนอร์ที่ไม่เอียง

3. สถานการณ์อื่นๆ

หากมีการบังคับประกอบ คุณภาพการประกอบไม่ตรงตามข้อกำหนด ปริมาณสิ่งเจือปน เช่น S และ P ในโลหะฐานสูงเกินไป และการแยกตัวจะนำไปสู่การแตกร้าวด้วย

ประการที่สอง ลักษณะของรอยแตกที่เทอร์มินัล

รอยแตกที่เทอร์มินัลเป็นของรอยแตกจากความร้อนตามธรรมชาติ และรอยแตกจากความร้อนสามารถแบ่งออกเป็นรอยแตกจากการตกผลึกและรอยแตกในช่วงของแข็งย่อยตามระยะของการก่อตัว แม้ว่าส่วนที่เกิดรอยแตกของเทอร์มินัลบางครั้งอาจเป็นเทอร์มินัล แต่บางครั้งก็อยู่ห่างจากพื้นที่รอบ ๆ เทอร์มินัลไม่เกิน 150 มม. บางครั้งก็เป็นรอยแตกที่พื้นผิว และบางครั้งก็เป็นรอยแตกภายใน และส่วนใหญ่เป็นรอยแตกภายในที่ เกิดขึ้นรอบๆ เทอร์มินอล

จะเห็นได้ว่าธรรมชาติของรอยแตกของเทอร์มินัลโดยพื้นฐานแล้วเป็นของรอยแตกของเฟสกึ่งของแข็ง นั่นคือเมื่อขั้วเชื่อมยังคงอยู่ในสถานะของเหลว แม้ว่าสระหลอมเหลวใกล้กับเทอร์มินัลจะแข็งตัวแล้ว แต่ก็ยังอยู่ที่ อุณหภูมิสูงต่ำกว่าเส้นโซลิดัสเล็กน้อย สถานะความแรงเป็นศูนย์ รอยแตกจะถูกสร้างขึ้นภายใต้การกระทำของความเค้นในการเชื่อมที่ซับซ้อน (ส่วนใหญ่เป็นความเค้นแรงดึง) ที่ส่วนปลาย

ชั้นผิวของรอยเชื่อมที่อยู่ใกล้พื้นผิวนั้นกระจายความร้อนได้ง่าย อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ และมีความแข็งแรงและความเป็นพลาสติกที่ดีเยี่ยมอยู่แล้ว ดังนั้นรอยแตกที่ขั้วต่อมักเกิดขึ้นภายในรอยเชื่อมและไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

ที่สาม. มาตรการป้องกันการแตกร้าวของขั้วต่อ

จากการวิเคราะห์สาเหตุของการแตกที่ขั้วข้างต้น จะเห็นได้ว่ามาตรการที่สำคัญที่สุดในการเอาชนะการแตกที่ขั้วของตะเข็บตามยาวของการเชื่อมอาร์กที่จมอยู่ใต้น้ำคือ:

1. เพิ่มขนาดของแผ่นตีอาร์คอย่างเหมาะสม

ผู้คนมักไม่คุ้นเคยกับความสำคัญของแผ่นตีอาร์กมากพอ โดยคิดว่าหน้าที่ของแผ่นตีอาร์กนั้นเป็นเพียงการดึงปล่องอาร์คออกจากการเชื่อมเมื่อส่วนโค้งถูกปิด เพื่อที่จะประหยัดเหล็ก เหล็กสไตรเกอร์บางรุ่นจึงถูกสร้างให้มีขนาดเล็กมากและกลายเป็น “สไตรเกอร์อาร์ค” อย่างแท้จริง การปฏิบัติเหล่านี้ผิดมาก แผ่นตีส่วนโค้งมีสี่ฟังก์ชั่น:

(1) นำส่วนที่ขาดของแนวเชื่อมเมื่ออาร์คเริ่มต้น และนำปล่องอาร์คเมื่ออาร์คหยุดที่ด้านนอกของแนวเชื่อม

(2) เพิ่มระดับความยับยั้งชั่งใจที่ส่วนปลายของตะเข็บตามยาว และทนต่อแรงดึงขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นที่ส่วนปลาย

(3) ปรับปรุงสนามอุณหภูมิของส่วนเทอร์มินัลซึ่งเอื้อต่อการนำความร้อนและไม่ทำให้อุณหภูมิของส่วนเทอร์มินัลสูงเกินไป

(4) ปรับปรุงการกระจายสนามแม่เหล็กที่ส่วนขั้วต่อและลดระดับการโก่งตัวของสนามแม่เหล็ก

เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์สี่ประการข้างต้น แผ่นตีอาร์กจะต้องมีขนาดเพียงพอ ความหนาควรเท่ากับการเชื่อม และขนาดควรขึ้นอยู่กับขนาดของการเชื่อมและความหนาของแผ่นเหล็ก สำหรับภาชนะรับความดันทั่วไปแนะนำว่าความยาวและความกว้างไม่ควรน้อยกว่า 140 มม.

2. ให้ความสนใจกับการประกอบและการเชื่อมตะปูของแผ่นตีอาร์ก

การเชื่อมตะปูระหว่างแผ่นตีอาร์คและกระบอกสูบต้องมีความยาวและความหนาเพียงพอ โดยทั่วไป ความยาวและความหนาของรอยเชื่อมแทคไม่ควรน้อยกว่า 80% ของความกว้างและความหนาของแผ่นตีอาร์ค และต้องมีการเชื่อมอย่างต่อเนื่อง ไม่สามารถเชื่อมแบบ "เฉพาะจุด" ได้เพียงอย่างเดียว ทั้งสองด้านของตะเข็บตามยาวควรตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีความหนาของการเชื่อมเพียงพอสำหรับแผ่นขนาดกลางและหนาและควรเปิดร่องบางอันหากจำเป็น

3. ให้ความสนใจกับการเชื่อมตำแหน่งของส่วนขั้วของกระบอกสูบ

ในระหว่างการเชื่อมตะปูหลังจากที่กระบอกสูบถูกปัดเศษแล้ว เพื่อเพิ่มระดับความยับยั้งชั่งใจที่ปลายตะเข็บตามยาว ความยาวของการเชื่อมตะปูที่ปลายตะเข็บตามยาวไม่ควรน้อยกว่า 100 มม. และควรมี การเชื่อมมีความหนาเพียงพอ และไม่ควรมีรอยร้าว ข้อบกพร่อง เช่น ขาดฟิวชัน

4. ควบคุมอินพุตความร้อนในการเชื่อมอย่างเคร่งครัด

ในระหว่างกระบวนการเชื่อมภาชนะรับความดัน ความร้อนจากการเชื่อมจะต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด ซึ่งไม่เพียงแต่รับประกันคุณสมบัติทางกลของรอยเชื่อมเท่านั้น แต่ยังมีบทบาทสำคัญในการป้องกันการแตกร้าวอีกด้วย ขนาดของกระแสเชื่อมเชื่อมอาร์กที่จมอยู่ใต้น้ำมีอิทธิพลอย่างมากต่อความไวของรอยแตกที่เทอร์มินัล เนื่องจากขนาดของกระแสเชื่อมเกี่ยวข้องโดยตรงกับสนามอุณหภูมิและอินพุตความร้อนในการเชื่อม

5. ควบคุมรูปร่างของสระหลอมเหลวและค่าสัมประสิทธิ์รูปร่างการเชื่อมอย่างเคร่งครัด

รูปร่างและรูปแบบของสระเชื่อมในการเชื่อมอาร์กที่จมอยู่ใต้น้ำมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความไวต่อรอยร้าวจากการเชื่อม ดังนั้นควรควบคุมขนาด รูปร่าง และรูปแบบของสระเชื่อมอย่างเคร่งครัด

สี่. บทสรุป

เป็นเรื่องปกติมากที่จะทำให้เกิดรอยแตกที่ขั้วตะเข็บตามยาวเมื่อใช้การเชื่อมอาร์คแบบจุ่มเพื่อเชื่อมตะเข็บตามยาวของกระบอกสูบ และไม่ได้รับการแก้ไขอย่างดีมาหลายปีแล้ว ผ่านการทดสอบและวิเคราะห์ สาเหตุหลักของการแตกร้าวที่ส่วนท้ายของตะเข็บตามยาวของการเชื่อมอาร์กที่จมอยู่ใต้น้ำนั้นเป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของความเค้นดึงขนาดใหญ่และสนามอุณหภูมิพิเศษในส่วนนี้

การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่ามาตรการต่างๆ เช่น การเพิ่มขนาดของแผ่นตีอาร์คอย่างเหมาะสม การเสริมสร้างการควบคุมคุณภาพของการเชื่อมแทค และการควบคุมความร้อนในการเชื่อมและรูปร่างของการเชื่อมอย่างเข้มงวด สามารถป้องกันการเกิดรอยแตกร้าวที่ส่วนท้ายของการเชื่อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ การเชื่อมอาร์ค