การแก้ปัญหาความแตกหักจากการเชื่อมที่พบบ่อยในท่อโลหะผสมนิกเกิล: คู่มือปฏิบัติจริง

การแก้ปัญหาความแตกหักจากการเชื่อมที่พบบ่อยในท่อโลหะผสมนิกเกิล: คู่มือปฏิบัติจริง

การเชื่อมท่อโลหะผสมนิกเกิล เช่น ที่ทำจาก Alloy 625, C-276, 400 หรือ 600 เป็นงานที่สำคัญยิ่งในอุตสาหกรรมตั้งแต่การแปรรูปทางเคมีไปจนถึงน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่ง โลหะผสมเหล่านี้ได้รับเลือกเนื่องจากมีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนและความร้อนสูงได้ดีเยี่ยม แต่พฤติกรรมการเชื่อมของมันแตกต่างอย่างชัดเจนจากเหล็กคาร์บอนหรือเหล็กสเตนเลส

การแตกร้าวระหว่างหรือหลังจากการเชื่อมเป็นปัญหาที่สร้างความเสียหายและอันตรายอย่างมาก คู่มือนี้จะช่วยแยกแยะทฤษฎีออกและให้วิธีการตรงไปตรงมาและใช้ได้จริงในการป้องกันและแก้ไขปัญหาการแตกร้าวจากการเชื่อมที่พบบ่อยที่สุด

เหตุใดโลหะผสมนิกเกิลจึงแตกร้าว: สาเหตุหลัก

ก่อนที่จะพิจารณาทางแก้ปัญหา ควรทำความเข้าใจถึงสาเหตุหลักสองประการ

1. การปนเปื้อน: โลหะผสมนิกเกิลมีความไวต่อสิ่งเจือปนอย่างมาก แม้มีเพียงปริมาณเล็กน้อยของกำมะถัน ตะกั่ว ฟอสฟอรัส หรือธาตุอื่นๆ ที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ ก็สามารถทำให้เกิดรอยแตกร้าวได้

2. แรงดึงเครียดตกค้างสูง: โลหะผสมนิกเกิลมีความสามารถในการนำความร้อนต่ำกว่าและมีอัตราการขยายตัวจากความร้อนสูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน ส่งผลให้เกิดแรงดึงเครียดตกค้างสูงหลังจากการเชื่อม ซึ่งอาจทำให้แนวเชื่อมแยกออกจากกันหากไม่ได้รับการจัดการอย่างเหมาะสม

การระบุและแก้ไขปัญหารอยแตกทั่วไป

1. รอยแตกขณะร้อน (การแตกตัวขณะแข็งตัว)

• ลักษณะของรอยแตก: รอยแตกตามแนวขอบเกรนที่เกิดขึ้นภายในเนื้อโลหะเชื่อมเองในขณะที่เริ่มแข็งตัว โดยมักพบว่าอยู่ตรงกลางแนวเส้นเชื่อม

• สาเหตุหลัก: การปนเปื้อน (จากวัสดุฐาน ลวดเชื่อม หรือสภาพแวดล้อม) หรือองค์ประกอบทางเคมีของการเชื่อมที่ไม่เหมาะสม จนก่อให้เกิดโครงสร้างจุลภาคที่เสี่ยงต่อการเกิดรอยแตกร้าว

การป้องกันและแนวทางแก้ไขที่เป็นประโยชน์:

• ความสะอาดอย่างประณีตถือเป็นสิ่งจำเป็น: นี่คือกฎข้อที่ 1

  • ทำความสะอาดพื้นผิวด้านในและด้านนอกของท่อ พื้นที่ร่องเชื่อม และบริเวณโดยรอบด้วยแปรงลวดสแตนเลสเฉพาะทาง

  • ใช้สารทำละลาย เช่น อะซิโตน ในการขจัดคราบน้ำมัน สี และจาระบีออกให้หมด ควรหลีกเลี่ยงการใช้สารทำละลายที่มีคลอรีนหากเป็นไปได้

• ควบคุมการออกแบบต่อข้อและปริมาณความร้อน:

  • ใช้การออกแบบข้อต่อที่ลดแรงยึดตรึง และช่วยให้เกิดการซึมผ่านได้ดี โดยไม่ต้องใช้ปริมาณโลหะเชื่อมมากเกินไป

  • ใช้ความร้อนป้อนต่ำถึงปานกลาง ความร้อนป้อนที่สูงจะเพิ่มขนาดของอ่างหลอมเหลว และทำให้สิ่งเจือปนแยกตัวกันมากขึ้น ซึ่งส่งเสริมการเกิดรอยแตก ปฏิบัติตามพารามิเตอร์ที่ผู้ผลิตลวดเชื่อมแนะนำ

• เลือกลวดเชื่อมที่เหมาะสม:

  • ใช้ลวดเชื่อมชนิด "เหนือระดับ" ที่ออกแบบมาเพื่อต้านทานการเกิดรอยแตก ตัวอย่างเช่น ใช้ ERNiCrMo-3 (โลหะผสม 625) ลวดเชื่อมสำหรับการเชื่อมโลหะผสมนิกเกิล-โครเมียมทั่วไปหลายชนิด ลวดเชื่อมเหล่านี้มีส่วนประกอบต่างๆ เช่น ไนโอเบียม (Nb) ซึ่งช่วย "ซ่อมแซม" ขอบเกรนระหว่างกระบวนการแข็งตัว

2. การแตกร้าวจากความเหนียวลดลง (DDC)

• ลักษณะของรอยแตก: รอยแตกเล็กๆ ตามแนวเกรนในเนื้อโลหะเชื่อมหรือบริเวณใกล้เส้นหลอมเหลว โดยทั่วไปเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลวมาก

• สาเหตุหลัก: เกิดขึ้นเมื่อความเหนียวของเนื้อโลหะเชื่อมต่ำที่สุดระหว่างการเย็นตัว และไม่สามารถทนต่อแรงดึงหดตัวจากความร้อนได้

การป้องกันและแนวทางแก้ไขที่เป็นประโยชน์:

• เลือกลวดเชื่อมที่ต้านทาน DDC ได้: นี่คือกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพที่สุด ลวดเชื่อมประเภท ERNiCrFe-7 (FM-52) และ ERNiCrCoMo-1 (โลหะผสม 617) ถูกออกแบบมาโดยเฉพาะด้วยโครงสร้างเกรนและองค์ประกอบทางเคมีที่ช่วยป้องกันการเกิด DDC

• เทคนิคการควบคุมการเชื่อม:

  • ใช้ ลากแนวเชื่อมแบบเส้นตรง แทนการลากแนวเชื่อมแบบกว้างและขยับไปมา การลากแนวเชื่อมแบบขยับไปมานั้นจะเพิ่มปริมาณความร้อนโดยรวม และช่วงเวลาที่โลหะอยู่ในช่วงอุณหภูมิวิกฤตซึ่งความเหนียวต่ำ

  • เว้นระยะเวลาระหว่างการเชื่อมแต่ละรอบให้เพียงพอ เพื่อควบคุมอุณหภูมิระหว่างรอบ (โดยทั่วไปต่ำกว่า 150°C / 300°F สำหรับโลหะผสมหลายชนิด) สิ่งนี้ช่วยจัดการวงจรความเครียดจากความร้อน

3. การแตกร้าวเนื่องจากความเครียดและอายุ (SAC)

• ลักษณะของรอยแตก: รอยแตกในโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ของโลหะผสมนิกเกิลแบบแข็งตัวด้วยการตกตะกอน (PH) (เช่น Alloy X-750) หลังจากการอบความร้อนหลังการเชื่อม (PWHT) หรือระหว่างการใช้งานที่อุณหภูมิสูง

• สาเหตุหลัก: โซน HAZ จะแข็งตัวจากวงจรความร้อนของการเชื่อม เมื่อให้ความร้อนครั้งที่สอง (เพื่อลดความเครียดหรือ PWHT) โลหะฐานจะแข็งแรงเร็วกว่าที่โซน HAZ จะคลายตัวผ่านการไหลออกตัว (creep) ทำให้เกิดการแตกร้าวภายใต้ความเครียดที่เหลืออยู่

การป้องกันและแนวทางแก้ไขที่เป็นประโยชน์:

• ใช้วัสดุพื้นฐานที่ผ่านการอบที่อุณหภูมิละลาย (Solution-Annealed): ตรวจสอบให้แน่ใจว่าท่ออยู่ในสภาพที่ผ่านการอบที่อุณหภูมิละลายก่อนทำการเชื่อม

• ปรับเปลี่ยนวงจร PWHT:

  • ทำความร้อนให้เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้จนถึงอุณหภูมิการอบชรา เพื่อหลีกเลี่ยงการค้างอยู่ในช่วงอุณหภูมิที่ทำให้เกิดการแตกร้าวง่าย

  • ในกรณีรุนแรง อาจจำเป็นต้องทำการอบผสานแบบเต็มรูปแบบหลังจากการเชื่อม (แต่ก่อนการอบชรา) แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วจะไม่สะดวกในการนำไปใช้กับระบบท่อขนาดใหญ่

• ใช้ลวดเชื่อมที่มีความแข็งแรงต่ำ: ใช้ลวดเชื่อมที่มีความอ่อนกว่าวัสดุฐานที่ผ่านการอบชรา (เช่น AWS ERNiFeCr-1 สำหรับโลหะผสม X-750) ซึ่งจะทำให้ลวดเชื่อมที่อ่อนกว่าสามารถเปลี่ยนรูปร่างและดูดซับแรงเครียดได้ จึงช่วยป้องกันไม่ให้บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนเกิดการแตกร้าว

รายการตรวจสอบขั้นตอนการเชื่อมที่ใช้งานได้จริงของคุณ

เพื่อป้องกันการเกิดรอยแตกตั้งแต่ต้น ให้จัดทำขั้นตอนของคุณตามรายการตรวจสอบนี้:

สิ่งที่ควรทำหากพบรอยแตก

1. หยุดการเชื่อม: ห้ามพยายามเชื่อมทับรอยแตก

2. กำจัดรอยแตกออกให้หมด: ใช้เครื่องเจียรหรือเครื่องกัดลมในการกำจัดรอยแตกทั้งหมด ตรวจสอบการกำจัดอย่างสมบูรณ์โดยใช้การตรวจสอบด้วยของเหลวซึมผ่าน (PT หรือ Dye Check)

3. ระบุสาเหตุหลัก: เกิดจากสิ่งปนเปื้อนหรือไม่? ความร้อนที่ใช้สูงเกินไปหรือเปล่า? ใช้ลวดเชื่อมผิดประเภทหรือไม่? ห้ามเชื่อมซ้ำจนกว่าจะทราบสาเหตุที่แท้จริงของการแตกร้าว

4. การเชื่อมซ้ำ: เมื่อแก้ไขสาเหตุและกำจัดข้อบกพร่องออกอย่างสมบูรณ์แล้ว ให้ทำการเชื่อมพื้นที่นั้นใหม่โดยใช้ขั้นตอนที่ถูกต้อง

สรุป: คือเรื่องของการควบคุม

การเชื่อมท่อโลหะผสมนิกเกิลให้สำเร็จไม่ใช่เรื่องของแรงกดดัน แต่เป็นเรื่องของการควบคุมและความแม่นยำ โดยการเน้นที่ ความสะอาดอย่างพิถีพิถัน , การควบคุมปริมาณความร้อนที่ใช้ และ การเลือกโลหะเติมที่เหมาะสม คุณสามารถผลิตงานเชื่อมที่แข็งแรง ปราศจากรอยแตกได้อย่างสม่ำเสมอ ซึ่งจะช่วยรับประกันความสมบูรณ์และความทนทานของระบบระบบท่อประสิทธิภาพสูงของคุณ

ควรปฏิบัติตามข้อกำหนดขั้นตอนการเชื่อมที่ผ่านการรับรอง (WPS) เสมอ และลงทุนในการฝึกอบรมช่างเชื่อมเพื่อให้เข้าใจเหตุผลเบื้องหลังแนวปฏิบัติเฉพาะเหล่านี้