สาเหตุของการแตกร้าวเย็นในการเชื่อม

การแคร็กเย็นเป็นประเภทการแคร็กทั่วไปในการผลิตงานเชื่อม ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อการเชื่อมเย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่า สำหรับเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงโลหะผสมต่ำ รอบๆ อุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงของมาร์เทนซิติก องค์ประกอบสามประการของการเกิดรอยแตกร้าวเย็น ได้แก่ แนวโน้มการแข็งตัวของเหล็ก ปริมาณไฮโดรเจนของรอยเชื่อมและการกระจายตัวของรอยเชื่อม และสถานะความเค้นของรอยเชื่อม

---

I. แนวโน้มการแข็งตัว

แนวโน้มการแข็งตัวของเหล็กขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและสภาวะความเย็นเป็นหลัก ยิ่งเหล็กมีแนวโน้มแข็งตัวมากเท่าใด ก็ยิ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดการแตกร้าวเย็นเมื่อทำการเชื่อมมากขึ้นเท่านั้น เพราะยิ่งแนวโน้มการแข็งตัวมากขึ้น หมายความว่ารอยเชื่อมจะทำให้เกิดการจัดเรียงตัวของมาร์เทนไซต์มากขึ้นเมื่อถูกความร้อน และความสามารถในการเปลี่ยนรูปของมาร์เทนไซต์ก็มีแนวโน้มที่จะแตกหักง่าย แนวโน้มการแข็งตัวของรอยเชื่อม นอกเหนือจากองค์ประกอบทางเคมี สภาพความเย็น แต่ยังรวมถึงกระบวนการเชื่อม โครงสร้างของความหนาของแผ่นด้วย

ในบรรดาองค์ประกอบเหล่านั้น อิทธิพลขององค์ประกอบทางเคมีที่มีต่อแนวโน้มการแข็งตัวของเหล็กสามารถประมาณคร่าวๆ ได้โดยใช้วิธีเทียบเท่าคาร์บอน [2] ดังนี้

CE (IIW) = C + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Cu + Ni) / 15

ตัวอย่างเช่น สำหรับแผ่นเหล็กที่มีความหนาน้อยกว่า 20 มม. แนวโน้มการแข็งตัวไม่มีนัยสำคัญเมื่อ CE < 0.4%

โลหะที่มีแนวโน้มการแข็งตัวสูงจะก่อให้เกิดข้อบกพร่องขัดแตะจำนวนมากภายใต้สภาวะความไม่สมดุลทางความร้อน และภายใต้สภาวะความเครียดและความไม่สมดุลทางความร้อน มันจะก่อตัวเป็นแหล่งที่มาของการแตกร้าวและขยายไปสู่การแตกร้าวขนาดมหึมา

หากมีไฮโดรเจนอยู่ในบริเวณรอยเชื่อมและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน มันจะลดความเหนียวลงและทำให้เกิดการเปราะของไฮโดรเจน เนื้อเยื่อชุบแข็งมาร์เทนซิติกที่มีคาร์บอนสูงมีความไวต่อการเปราะของไฮโดรเจนและความไวต่อการแตกร้าวเนื่องจากความเย็น ความแข็งสูงสุดของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนมักใช้ในการเชื่อมเพื่อประเมินแนวโน้มการแข็งตัวของเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงบางชนิด

---

ประการที่สองไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนเป็นปัจจัยสำคัญประการหนึ่งที่ก่อให้เกิดการแตกร้าวเย็นในการเชื่อมเหล็กที่มีความแข็งแรงสูง และทำให้มีลักษณะล่าช้า โดยทั่วไปการแตกร้าวล่าช้าที่เกิดจากไฮโดรเจนเรียกว่า 'การแตกร้าวของไฮโดรเจน' หรือ 'การแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน' สาเหตุของ 'ความล่าช้า' คือต้องใช้เวลาระยะหนึ่งก่อนที่ไฮโดรเจนจะแพร่กระจายในเหล็ก รวมตัวกันที่ข้อบกพร่องระดับจุลภาค ทำให้เกิดความเครียด และแตกร้าว

ยิ่งปริมาณไฮโดรเจนในรอยเชื่อมของเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงมากเท่าใด ความไวต่อการแตกร้าวก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และเมื่อปริมาณไฮโดรเจนมากกว่าค่าวิกฤติที่แน่นอน การแตกร้าวจะเริ่มปรากฏขึ้น ขนาดของค่าวิกฤติจะแตกต่างกันไปในแต่ละกรณี

เมื่อความเข้มข้นของไฮโดรเจนในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจากการเชื่อมสูงเพียงพอ เนื้อเยื่อมาร์เทนซิติกจะเปราะต่อไป (ถ้ามี) และทำให้เกิดรอยแตกร้าว

---

ประการที่สาม สภาวะความเครียด

การแตกร้าวเย็นในการเชื่อมเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับแนวโน้มการแข็งตัวของเหล็ก ผลกระทบที่เป็นอันตรายของไฮโดรเจน แต่ยังขึ้นอยู่กับสภาวะความเค้นของรอยเชื่อมด้วย และบางครั้งสภาวะความเค้นก็มีบทบาทชี้ขาดด้วยซ้ำ ความเครียดจากความร้อน (ความร้อนและความเย็นที่ไม่สม่ำเสมอ) ความเครียดจากการเปลี่ยนเฟส (การเปลี่ยนแปลงปริมาตรขององค์กรระหว่างการเปลี่ยนเฟส) และรูปแบบของโครงสร้าง ลำดับการเชื่อม ฯลฯ ของรอยต่อที่เชื่อมสามารถสร้างแรงจำกัดได้

องค์ประกอบสามประการที่กล่าวมาข้างต้นของการก่อตัวของการแตกร้าวแบบเย็น แต่ละองค์ประกอบมีกฎภายในของตัวเอง แต่ยังส่งผลกระทบต่อกันและกันด้วย โดยทั่วไป บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนและแนวโน้มการแข็งตัวของโลหะเชื่อมเป็นปัจจัยภายในของการแตกร้าว ในขณะที่ไฮโดรเจนสามารถมีบทบาทที่เป็นอันตรายในการทำให้เกิดการแตกร้าวก็ต่อเมื่อมีการก่อตัวของเนื้อเยื่อแข็งตัวในเหล็กเท่านั้น