I. รอยแตกร้าวจากการเชื่อมคืออะไร?
รอยแตกร้าวจากการเชื่อมส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงใกล้เส้นโซลิดัส และมีลักษณะเฉพาะคือการกระจายตัวตามขอบเกรน บางครั้งอาจเกิดขึ้นตามขอบเขตการเกิดรูปหลายเหลี่ยมที่อุณหภูมิต่ำกว่าเส้นโซลิดัสได้เช่นกัน โดยปกติจะเกิดขึ้นภายในเนื้อโลหะเชื่อม แต่ก็อาจเกิดขึ้นในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (โลหะฐาน) ที่อยู่ติดกับแนวเชื่อมได้เช่นกัน ตามกลไก รูปร่าง และช่วงอุณหภูมิของการเกิดรอยแตกร้าว รอยแตกร้าวจากการเชื่อมสามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ประเภท ได้แก่ รอยแตกร้าวจากการแข็งตัว รอยแตกร้าวจากการหลอมเหลว รอยแตกร้าวจากการเกิดรูปหลายเหลี่ยม และรอยแตกร้าวจากการสูญเสียความเหนียว
2.. รอยแตกร้าวร้อนและรอยแตกร้าวเย็นแตกต่างกันอย่างไร?
1. อุณหภูมิและระยะเวลาการก่อตัวที่แตกต่างกัน
รอยแตกร้าวร้อนมักเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการตกผลึกของรอยเชื่อม ส่วนรอยแตกร้าวเย็นมักเกิดขึ้นเมื่อชิ้นส่วนที่เชื่อมเย็นตัวลงจนถึงอุณหภูมิ 200-300 องศาเซลเซียส บางรอยแตกร้าวเกิดขึ้นทันทีหลังการเชื่อม ในขณะที่บางรอยแตกร้าวอาจเกิดขึ้นล่าช้าไปหลายชั่วโมงถึงหลายสัปดาห์ หรือนานกว่านั้น ดังนั้นรอยแตกร้าวเย็นจึงเรียกอีกอย่างว่ารอยแตกร้าวล่าช้า
2. ตำแหน่งและทิศทางการก่อตัวที่แตกต่างกัน
รอยแตกร้าวจากความร้อนส่วนใหญ่เกิดขึ้นในเนื้อโลหะเชื่อม บางส่วนเป็นรอยแตกร้าวตามยาว บางส่วนเป็นรอยแตกร้าวตามขวาง และบางครั้งรอยแตกร้าวจากความร้อนอาจลามเข้าไปในเนื้อโลหะฐานได้ ส่วนรอยแตกร้าวจากความเย็นส่วนใหญ่เกิดขึ้นในเนื้อโลหะฐานหรือบนแนวเชื่อม ส่วนใหญ่เป็นรอยแตกร้าวตามยาว และมีเพียงเล็กน้อยที่เป็นรอยแตกร้าวตามขวาง
3. ลักษณะภายนอกที่แตกต่างกัน
พื้นผิวรอยแตกที่เกิดจากความร้อนจะมีสีออกซิไดซ์ที่เห็นได้ชัด ส่วนพื้นผิวรอยแตกที่เกิดจากความเย็นจะสว่างและไม่มีสีออกซิไดซ์
4. โครงสร้างทางโลหะวิทยาที่แตกต่างกัน
รอยแตกร้าวร้อนทั้งหมดเป็นรอยแตกร้าวระหว่างเกรน ส่วนรอยแตกร้าวเย็นจะทะลุเข้าไปภายในเกรน หรือเรียกว่ารอยแตกร้าวผ่านเกรน แม้ว่าบางส่วนจะเป็นรอยแตกร้าวระหว่างเกรนเช่นกัน
3.. รอยแตกที่เกิดจากความร้อนเกิดขึ้นได้อย่างไร?
ประการแรก การแยกตัวของสารประกอบยูเทคติกจุดหลอมเหลวต่ำ: สารประกอบยูเทคติกจุดหลอมเหลวต่ำที่เกิดจากปฏิกิริยาทางโลหะวิทยาของธาตุเจือปนกำมะถัน (S) และฟอสฟอรัส (P) ในเหล็กกล้า แสดงให้เห็นถึงการแยกตัวในระดับมหภาคอย่างรุนแรง มักก่อตัวเป็นฟิล์มของเหลวอยู่ตรงกลางรอยเชื่อม
ประการที่สอง อิทธิพลของความเค้นจากการเชื่อม: ความเค้นดึงที่เกิดจากการให้ความร้อนและการเย็นตัวที่ไม่สม่ำเสมอในระหว่างกระบวนการเชื่อมจะส่งเสริมให้ฟิล์มเหลวแตกและร้าว ประการที่สาม ปัจจัยอื่นๆ ได้แก่ คุณสมบัติทางความร้อนและกายภาพที่แตกต่างกันของวัสดุต่างๆ ซึ่งส่งผลให้เกิดความเค้นจากการเชื่อมที่แตกต่างกัน วิธีการเชื่อมและพารามิเตอร์กระบวนการที่แตกต่างกันนำไปสู่การป้อนความร้อนที่แตกต่างกัน และค่าสัมประสิทธิ์รูปร่างของรอยเชื่อมมีผลกระทบอย่างมากต่อการแยกตัว
ประการที่สี่ จะป้องกันการเกิดรอยแตกร้าวจากความร้อนได้อย่างไร?
1. มาตรการทางโลหะวิทยา
มาตรการทางโลหะวิทยาหลักๆ เกี่ยวข้องกับการจำกัดองค์ประกอบทางเคมีของรอยเชื่อม เพื่อลดแนวโน้มการเกิดยูเทคติกจุดหลอมเหลวต่ำในรอยเชื่อม ควรจำกัดปริมาณกำมะถัน (S) และฟอสฟอรัส (P) ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ควรลดปริมาณคาร์บอนในรอยเชื่อม และเพิ่มปริมาณแมงกานีสในลวดเชื่อม ประการที่สอง ควรปรับเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคของรอยเชื่อม เป็นไปไม่ได้ที่จะกำจัดสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายออกไปอย่างสมบูรณ์หรือป้องกันการเกิดยูเทคติกจุดหลอมเหลวต่ำได้ทั้งหมด ดังนั้น เพื่อป้องกันการแตกร้าวภายใต้แรงดึง จึงมักมีการเติมธาตุผสมพิเศษลงในโลหะเชื่อมเพื่อปรับองค์ประกอบทางเคมี ทำให้เกิดโครงสร้างสองเฟสในรอยเชื่อม ซึ่งจะขัดขวางทิศทางการตกผลึกของโลหะเชื่อม ป้องกันการรวมตัวของยูเทคติกจุดหลอมเหลวต่ำ และลดการเกิดรอยแตกร้าวขณะเชื่อม
2. มาตรการกระบวนการ
1) ลดอัตราส่วนการหลอมละลาย ซึ่งหมายถึงการลดการเจือจาง เมื่อเชื่อมชั้นแรกของการเชื่อมหลายชั้น สัดส่วนของโลหะฐานที่หลอมละลายเข้าไปในรอยเชื่อมมีมาก ทำให้ปริมาณคาร์บอน กำมะถัน และฟอสฟอรัสเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดการแตกร้าวจากความร้อนได้ง่าย
2) จำกัดการเกิดความร้อนสูงเกินไป ความร้อนสูงเกินไปของบ่อหลอมเหลวทำให้เกิดรอยแตกร้าวได้ง่าย ลดปริมาณความร้อนโดยใช้กระแสเชื่อมต่ำและความเร็วในการเชื่อมต่ำ อย่าลดปริมาณความร้อนโดยการเพิ่มความเร็วในการเชื่อม แต่ต้องแน่ใจว่ารอยเชื่อมมีรูปทรงที่เหมาะสม
3) เลือกวิธีการเชื่อมและทิศทางการเชื่อมที่เหมาะสมเพื่อลดข้อจำกัด โดยทั่วไปแล้ว การเชื่อมแบบนูนขนาดเล็กจะช่วยลดโอกาสการแตกร้าวได้
4) ใช้ขั้วไฟฟ้าและฟลักซ์พื้นฐาน เนื่องจากตะกรันของขั้วไฟฟ้าและฟลักซ์พื้นฐานมีประสิทธิภาพในการกำจัดกำมะถันสูง
โดยสรุป วิธีพื้นฐานในการป้องกันการแตกร้าวจากความร้อนคือ การลดปริมาณของวัสดุผสมที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ การใช้มาตรการที่เหมาะสมเพื่อลดความเค้นดึงในการเชื่อม การควบคุมค่าสัมประสิทธิ์รูปร่างของรอยเชื่อมอย่างเหมาะสม และการลดกระแสเชื่อม ซึ่งจะช่วยลดการเกิดการแตกร้าวจากความร้อนได้