มาตรการป้องกันรอยร้าวที่ปลายอย่างมีประสิทธิภาพในการเชื่อมอาร์คใต้น้ำตามแนวยาว

ในการผลิตภาชนะรับความดัน เมื่อใช้การเชื่อมอาร์คใต้น้ำเพื่อเชื่อมรอยเชื่อมตามยาวของกระบอกสูบ รอยร้าว (ต่อไปนี้จะเรียกว่ารอยร้าวที่ปลาย) มักจะเกิดขึ้นที่หรือใกล้ส่วนปลายของรอยเชื่อมตามยาว

หลายคนได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับเรื่องนี้ และเชื่อว่าสาเหตุหลักของการแตกของเทอร์มินอลคือ เมื่อส่วนโค้งเชื่อมใกล้กับเทอร์มินอลของรอยเชื่อมตามยาว รอยเชื่อมจะขยายและเปลี่ยนรูปในแนวแกน และมาพร้อมกับแรงดึงตามขวางใน ทิศทางแนวตั้งและแนวแกนการเสียรูปแบบเปิด

ตัวถังยังมีความเครียดในการชุบแข็งและความเครียดในการประกอบในกระบวนการรีด การผลิต และการประกอบในระหว่างกระบวนการเชื่อม เนื่องจากการยับยั้งการเชื่อมตำแหน่งเทอร์มินอลและแผ่นป้องกันส่วนโค้ง ทำให้เกิดการยืดขนาดใหญ่ที่ส่วนท้ายของความเค้นเชื่อม

เมื่อส่วนโค้งเคลื่อนไปยังรอยเชื่อมตำแหน่งเทอร์มินอลและแผ่นตีอาร์ค เนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนและการเสียรูปของส่วนนี้ ความเค้นดึงตามขวางของเทอร์มินอลการเชื่อมจะผ่อนคลาย และแรงยึดเกาะจะลดลง เพื่อให้โลหะเชื่อมเพียง แข็งตัวที่ขั้วเชื่อม รอยร้าวของขั้วเกิดจากความเค้นดึงขนาดใหญ่

จากการวิเคราะห์เหตุผลข้างต้น ขอเสนอแนวทางรับมือ 2 ประการคือ

หนึ่งคือการเพิ่มความกว้างของแผ่นตีส่วนโค้งเพื่อเพิ่มแรงยึดเกาะ

ประการที่สองคือการใช้แผ่นตีโค้งงอยืดหยุ่น slotted

อย่างไรก็ตาม หลังจากใช้มาตรการรับมือข้างต้นในทางปฏิบัติแล้ว ปัญหายังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างมีประสิทธิภาพ:

ตัวอย่างเช่น แม้ว่าจะใช้แผ่นกันกระแทกส่วนโค้งแบบยืดหยุ่น รอยแตกของขั้วต่อของรอยเชื่อมตามยาวจะยังคงเกิดขึ้น และรอยแตกของขั้วต่อมักจะเกิดขึ้นเมื่อเชื่อมกระบอกสูบที่มีความหนาน้อย ความแข็งแกร่งต่ำ และการประกอบแบบบังคับ

อย่างไรก็ตาม เมื่อมีแผ่นทดสอบผลิตภัณฑ์ในส่วนที่ขยายออกของแนวเชื่อมตามยาวของกระบอกสูบ แม้ว่าการเชื่อมแทคและเงื่อนไขอื่นๆ จะเหมือนกับเมื่อไม่มีแผ่นทดสอบผลิตภัณฑ์ แต่ก็มีรอยแตกของขั้วต่อเล็กน้อยในตะเข็บตามยาว

หลังจากการทดสอบและการวิเคราะห์ซ้ำแล้วซ้ำอีก พบว่าการเกิดรอยร้าวที่ปลายตะเข็บตามยาวนั้นไม่ได้เกี่ยวข้องกับความเค้นดึงขนาดใหญ่ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ที่ปลายแนวเชื่อมเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับสาเหตุสำคัญอื่นๆ อีกหลายประการ

อันดับแรก.การวิเคราะห์สาเหตุของการแตกของขั้วต่อ

1. การเปลี่ยนแปลงของฟิลด์อุณหภูมิที่ส่วนเชื่อมของขั้วต่อ

ในระหว่างการเชื่อมอาร์ค เมื่อแหล่งความร้อนในการเชื่อมอยู่ใกล้กับจุดสิ้นสุดของรอยเชื่อมตามยาว ช่องอุณหภูมิปกติที่ส่วนท้ายของรอยเชื่อมจะเปลี่ยนไป และยิ่งเข้าใกล้จุดสิ้นสุดมาก การเปลี่ยนแปลงก็จะยิ่งมากขึ้น

เนื่องจากขนาดของแผ่นตีอาร์คมีขนาดเล็กกว่ากระบอกสูบมาก ความจุความร้อนจึงเล็กกว่ามาก และการเชื่อมต่อระหว่างแผ่นตีอาร์คกับกระบอกสูบทำได้โดยการเชื่อมด้วยตะปูเท่านั้น ดังนั้นจึงถือได้ว่าไม่ต่อเนื่องกันเป็นส่วนใหญ่ .

ดังนั้นสภาพการถ่ายเทความร้อนของรอยเชื่อมของเทอร์มินอลจึงต่ำมาก ทำให้อุณหภูมิในพื้นที่สูงขึ้น รูปร่างของแอ่งหลอมเหลวเปลี่ยนไป และความลึกของการเจาะก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วยความเร็วในการแข็งตัวของบ่อหลอมเหลวจะช้าลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อขนาดของแผ่นตีอาร์คเล็กเกินไป และรอยเชื่อมระหว่างแผ่นตีอาร์คกับกระบอกสูบสั้นและบางเกินไป

2. อิทธิพลของการป้อนความร้อนในการเชื่อม

เนื่องจากการป้อนความร้อนในการเชื่อมที่ใช้ในการเชื่อมอาร์กใต้น้ำมักจะมีขนาดใหญ่กว่าวิธีการเชื่อมอื่นๆ มาก ความลึกของการเจาะจึงสูง ปริมาณของโลหะที่สะสมจึงมีมาก และถูกปกคลุมด้วยชั้นฟลักซ์ ดังนั้นแอ่งหลอมเหลวจึงมีขนาดใหญ่และ ความเร็วการแข็งตัวของสระหลอมเหลวมีขนาดใหญ่อัตราการเย็นตัวของรอยเชื่อมและรอยเชื่อมจะช้ากว่าวิธีการเชื่อมแบบอื่น ส่งผลให้เกรนหยาบกว่าและการแยกตัวที่รุนแรงกว่า ซึ่งสร้างเงื่อนไขที่เอื้ออำนวยอย่างยิ่งสำหรับการเกิดรอยร้าวร้อน

นอกจากนี้ การหดตัวด้านข้างของรอยเชื่อมยังเล็กกว่าการเปิดช่องว่างมาก ดังนั้นแรงดึงด้านข้างของส่วนปลายจึงมากกว่าการเชื่อมด้วยวิธีอื่นๆโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเพลตหนาปานกลางแบบเอียงและเพลตทินเนอร์แบบไม่เอียง

3. สถานการณ์อื่นๆ

หากมีการบังคับการประกอบ คุณภาพการประกอบไม่เป็นไปตามข้อกำหนด สารเจือปน เช่น S และ P ในโลหะฐานสูงเกินไป และการแยกจะนำไปสู่การแตกร้าว

ประการที่สอง ลักษณะของขั้วแตก

รอยแตกของเทอร์มินอลเป็นของรอยแตกจากความร้อนตามธรรมชาติ และรอยแตกจากความร้อนสามารถแบ่งออกเป็นรอยแตกจากการตกผลึกและรอยแตกในเฟสของแข็งย่อยตามขั้นตอนของการก่อตัวแม้ว่าส่วนที่เกิดรอยร้าวของเทอร์มินอลในบางครั้งจะเป็นที่เทอร์มินอล แต่บางครั้งก็อยู่ห่างจากบริเวณรอบๆ เทอร์มินอลไม่เกิน 150 มม. บางครั้งก็เป็นรอยแตกที่พื้นผิว และบางครั้งก็เป็นรอยแตกภายใน และกรณีส่วนใหญ่ก็เป็นรอยแตกภายในที่ เกิดขึ้นบริเวณเทอร์มินอล

จะเห็นได้ว่าลักษณะของการแตกของเทอร์มินอลโดยพื้นฐานแล้วเป็นของรอยแตกเฟสกึ่งของแข็ง กล่าวคือ เมื่อเทอร์มินอลเชื่อมยังอยู่ในสถานะของเหลว แม้ว่าแอ่งหลอมเหลวใกล้เทอร์มินอลจะแข็งตัวแล้ว แต่ก็ยังคงอยู่ที่ระดับ อุณหภูมิสูงต่ำกว่าเส้นโซลิดัสเล็กน้อย สถานะความแข็งแรงเป็นศูนย์ รอยแตกจะเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของความเค้นเชื่อมที่ซับซ้อน (ส่วนใหญ่เป็นความเค้นดึง) ที่ขั้ว

ชั้นผิวของรอยเชื่อมที่อยู่ใกล้กับพื้นผิวนั้นกระจายความร้อนได้ง่าย อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ และมีความแข็งแรงและความเป็นพลาสติกที่ดีเยี่ยมอยู่แล้ว ดังนั้นรอยแตกของขั้วมักจะอยู่ภายในรอยเชื่อมและไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

ที่สาม.มาตรการป้องกันการแตกของขั้วต่อ

จากการวิเคราะห์สาเหตุของการแตกของเทอร์มินอลข้างต้น จะเห็นได้ว่ามาตรการที่สำคัญที่สุดในการเอาชนะการแตกของเทอร์มินอลของตะเข็บตามยาวของการเชื่อมอาร์คที่จมอยู่ใต้น้ำคือ:

1. เพิ่มขนาดของแผ่นตีโค้งให้เหมาะสม

ผู้คนมักไม่ค่อยคุ้นเคยกับความสำคัญของแผ่นอาร์คสไตรค์ โดยคิดว่าการทำงานของอาร์กสไตรค์เพลทเป็นเพียงการนำปล่องอาร์คออกจากแนวเชื่อมเมื่ออาร์คปิดลงเพื่อประหยัดเหล็ก เหล็กเส้นบางชิ้นจึงถูกสร้างให้มีขนาดเล็กมากและกลายเป็นการปฏิบัติเหล่านี้ผิดมากแผ่นตีโค้งมีหน้าที่สี่ประการ:

(1) นำส่วนที่หักของรอยเชื่อมเมื่อเริ่มอาร์ค และปล่องอาร์กเมื่อหยุดอาร์คให้อยู่ด้านนอกของรอยเชื่อม

(2) เสริมสร้างระดับการยับยั้งชั่งใจที่ส่วนปลายของตะเข็บตามยาว และรับแรงดึงขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นที่ส่วนปลาย

(3) ปรับปรุงฟิลด์อุณหภูมิของส่วนปลายซึ่งเอื้อต่อการนำความร้อนและไม่ทำให้อุณหภูมิของส่วนปลายสูงเกินไป

(4) ปรับปรุงการกระจายสนามแม่เหล็กที่ส่วนปลายและลดระดับการเบี่ยงเบนของสนามแม่เหล็ก

เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์สี่ประการข้างต้น แผ่นตีอาร์คต้องมีขนาดเพียงพอ ความหนาควรเท่ากับรอยเชื่อม และขนาดควรขึ้นอยู่กับขนาดของรอยเชื่อมและความหนาของแผ่นเหล็กสำหรับภาชนะรับแรงดันทั่วไป ขอแนะนำว่า ความยาวและความกว้างไม่ควรน้อยกว่า 140 มม.

2. ให้ความสนใจกับการประกอบและการเชื่อมตะปูของแผ่นตีอาร์ค

การเชื่อมตะปูระหว่างแผ่นอาร์กตีกับกระบอกสูบต้องมีความยาวและความหนาเพียงพอโดยทั่วไปแล้ว ความยาวและความหนาของรอยเชื่อมตะปูไม่ควรน้อยกว่า 80% ของความกว้างและความหนาของแผ่นเชื่อมอาร์ก และจำเป็นต้องเชื่อมอย่างต่อเนื่องไม่สามารถเชื่อมแบบ “เฉพาะจุด” ได้ทั้งสองด้านของรอยต่อตามยาว ควรมีความหนาของรอยเชื่อมเพียงพอสำหรับแผ่นขนาดกลางและแผ่นหนา และควรเปิดร่องบางช่องหากจำเป็น

3. ให้ความสนใจกับการเชื่อมตำแหน่งของส่วนปลายของกระบอกสูบ

ในระหว่างการเชื่อมตะปูหลังจากทรงกระบอกโค้งมน เพื่อเพิ่มระดับการยับยั้งที่ปลายตะเข็บตามยาว ความยาวของรอยเชื่อมตะปูที่ปลายตะเข็บตามยาวไม่ควรน้อยกว่า 100 มม. และควรมี รอยเชื่อมมีความหนาเพียงพอ และไม่ควรมีรอยร้าว ข้อบกพร่อง เช่น รอยเชื่อมขาด

4. ควบคุมความร้อนในการเชื่อมอย่างเคร่งครัด

ในระหว่างกระบวนการเชื่อมของภาชนะรับความดัน จะต้องควบคุมความร้อนเข้าในการเชื่อมอย่างเข้มงวดสิ่งนี้ไม่เพียงช่วยให้มั่นใจถึงคุณสมบัติทางกลของรอยเชื่อมเท่านั้น แต่ยังมีบทบาทสำคัญในการป้องกันการแตกร้าวอีกด้วยขนาดของกระแสเชื่อมอาร์คที่จมอยู่ใต้น้ำมีอิทธิพลอย่างมากต่อความไวของรอยร้าวของเทอร์มินอล เนื่องจากขนาดของกระแสเชื่อมสัมพันธ์โดยตรงกับฟิลด์อุณหภูมิและอินพุตความร้อนในการเชื่อม

5. ควบคุมรูปร่างของสระหลอมเหลวและค่าสัมประสิทธิ์รูปร่างของรอยเชื่อมอย่างเคร่งครัด

รูปร่างและฟอร์มแฟกเตอร์ของบ่อเชื่อมในการเชื่อมอาร์คใต้น้ำมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความไวต่อรอยเชื่อมดังนั้นควรควบคุมขนาด รูปร่าง และฟอร์มแฟคเตอร์ของบ่อเชื่อมอย่างเคร่งครัด

สี่บทสรุป

เป็นเรื่องปกติมากที่จะเกิดรอยร้าวที่ขั้วต่อตามยาวเมื่อใช้การเชื่อมอาร์คใต้น้ำเพื่อเชื่อมรอยต่อตามยาวของกระบอกสูบ และไม่ได้รับการแก้ไขอย่างดีมาเป็นเวลาหลายปีจากการทดสอบและการวิเคราะห์ สาเหตุหลักของการแตกร้าวที่ส่วนท้ายของรอยเชื่อมแนวโค้งจมอยู่ใต้น้ำเป็นผลมาจากการกระทำร่วมกันของความเค้นแรงดึงขนาดใหญ่และฟิลด์อุณหภูมิพิเศษในส่วนนี้

การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่ามาตรการต่าง ๆ เช่น การเพิ่มขนาดของแผ่นเชื่อมอาร์คอย่างเหมาะสม การเสริมความแข็งแกร่งในการควบคุมคุณภาพของการเชื่อมแทค และการควบคุมความร้อนในการเชื่อมและรูปร่างของแนวเชื่อมอย่างเข้มงวดสามารถป้องกันการเกิดรอยร้าวที่ปลายท่อที่จมอยู่ใต้น้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ การเชื่อมอาร์ค