ทำไมเหล็กคาร์บอนสูงจึงเชื่อมยากกว่า

เหล็กกล้าคาร์บอนสูงหมายถึงเหล็กคาร์บอนที่มี w (C) สูงกว่า 0.6% ซึ่งมีแนวโน้มที่จะแข็งตัวมากกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง และการก่อตัวของมาร์เทนไซต์คาร์บอนสูง มีความไวต่อการก่อตัวของรอยแตกเย็นมากกว่า

ในเวลาเดียวกัน องค์กรมาร์เทนไซต์ก่อตัวขึ้นในบริเวณที่ได้รับความร้อนจากการเชื่อม ซึ่งมีคุณสมบัติแข็งและเปราะ ส่งผลให้ความเป็นพลาสติกและความเหนียวของข้อต่อลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นความสามารถในการเชื่อมของเหล็กกล้าคาร์บอนสูงจึงค่อนข้างต่ำ และต้องใช้กระบวนการเชื่อมแบบพิเศษเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพของข้อต่อ

ดังนั้นในโครงสร้างแบบเชื่อมจึงไม่ค่อยได้ใช้งาน เหล็กกล้าคาร์บอนสูงส่วนใหญ่จะใช้สำหรับชิ้นส่วนเครื่องจักรที่ต้องการความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอสูง เช่น เพลา เฟืองและข้อต่อขนาดใหญ่ เป็นต้น

เพื่อประหยัดเหล็กและลดความซับซ้อนของกระบวนการตัดเฉือน ชิ้นส่วนเครื่องจักรเหล่านี้มักจะถูกนำมารวมกันในโครงสร้างแบบเชื่อมด้วย ในการผลิตเครื่องจักรหนัก ยังต้องเผชิญกับการเชื่อมส่วนประกอบเหล็กกล้าคาร์บอนสูงอีกด้วย

เมื่อพัฒนากระบวนการเชื่อมของการเชื่อมเหล็กกล้าคาร์บอนสูง ควรมีการวิเคราะห์ที่ครอบคลุมเกี่ยวกับข้อบกพร่องในการเชื่อมต่างๆ ที่อาจเกิดขึ้น และควรใช้มาตรการกระบวนการเชื่อมที่เกี่ยวข้อง

---

1 ความสามารถในการเชื่อมของเหล็กกล้าคาร์บอนสูง

1.1 วิธีการเชื่อม

เหล็กกล้าคาร์บอนสูงส่วนใหญ่จะใช้สำหรับโครงสร้างที่มีความแข็งสูงและทนต่อการสึกหรอสูง ดังนั้นวิธีการเชื่อมหลักคือการเชื่อมอาร์กด้วยไฟฟ้า การประสาน และการเชื่อมอาร์กใต้น้ำ

1.2 วัสดุเชื่อม

การเชื่อมเหล็กคาร์บอนสูงโดยทั่วไปไม่ต้องการความแข็งแรงของรอยต่อและวัสดุฐาน โดยทั่วไปการเชื่อมอาร์กของอิเล็กโทรดเชื่อมจะใช้เพื่อขจัดความจุของกำมะถัน ปริมาณไฮโดรเจนต่ำของการแพร่กระจายของโลหะที่สะสม ความเหนียวที่ดีของลวดเชื่อมชนิดไฮโดรเจนต่ำ ในความต้องการของโลหะเชื่อมและวัสดุหลักและความแข็งแรงอื่น ๆ ควรใช้อิเล็กโทรดไฮโดรเจนต่ำในระดับที่สอดคล้องกัน ในโลหะเชื่อมและวัสดุแม่และความแข็งแรงอื่นๆ ควรใช้ระดับความแข็งแรงต่ำกว่าวัสดุแม่ของอิเล็กโทรดไฮโดรเจนต่ำ อย่าลืมเลือกระดับความแข็งแรงมากกว่าอิเล็กโทรดสูงของวัสดุแม่ หากไม่อนุญาตให้อุ่นวัสดุฐานเมื่อทำการเชื่อม เพื่อป้องกันการแตกร้าวด้วยความเย็นในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน สามารถใช้ลวดเชื่อมสเตนเลสออสเทนนิติกเพื่อให้ได้พลาสติกที่ดีและมีโครงสร้างออสเทนนิติกต้านทานการแตกร้าว

1.3 การเตรียมเอียง

เพื่อจำกัดเศษมวลของคาร์บอนในโลหะเชื่อม ควรลดอัตราส่วนฟิวชั่น ดังนั้นการใช้มุมเอียงรูปตัว U หรือ V โดยทั่วไปเมื่อทำการเชื่อม และให้ความสนใจกับมุมเอียงและมุมเอียงทั้งสองด้านของช่วง 20 มม. ของน้ำมัน สนิมและการรักษาอื่น ๆ ที่สะอาด

1.4 การอุ่นเครื่อง

การเชื่อมอิเล็กโทรดเหล็กโครงสร้าง การเชื่อมจะต้องอุ่นก่อน และควบคุมอุณหภูมิที่ 250 ℃ ~ 350 ℃

1.5 การประมวลผลระหว่างชั้น

การเชื่อมหลายชั้นหลายช่อง การเชื่อมครั้งแรกโดยใช้ลวดเชื่อมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก การเชื่อมกระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก โดยทั่วไปวางชิ้นงานในการเชื่อมแบบกึ่งตั้งพื้นหรือใช้การแกว่งด้านข้างของลวดเชื่อมเพื่อให้โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนทั้งหมดของวัสดุหลักได้รับความร้อนในช่วงเวลาสั้น ๆ เพื่อให้ได้ผลการอุ่นเครื่องและฉนวน

1.6 การอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม

ทันทีหลังจากการเชื่อม ชิ้นงานจะถูกวางในเตาให้ความร้อนและคงไว้ที่อุณหภูมิ 650°C เพื่อบรรเทาความเครียด

---

2 ข้อบกพร่องในการเชื่อมเหล็กคาร์บอนสูงและมาตรการป้องกัน

เนื่องจากเหล็กกล้าคาร์บอนสูงมีแนวโน้มการแข็งตัวที่มีขนาดใหญ่มาก ในการเชื่อมจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดการแตกร้าวจากความร้อนและการแตกร้าวจากความเย็น

2.1 มาตรการป้องกันการแตกร้าวจากความร้อน

(1) ควบคุมองค์ประกอบทางเคมีของการเชื่อม ควบคุมปริมาณกำมะถันและฟอสฟอรัสอย่างเข้มงวด และเพิ่มปริมาณแมงกานีสอย่างเหมาะสมเพื่อปรับปรุงโครงสร้างการเชื่อมและลดการแยกตัว

2) ควบคุมรูปร่างของส่วนเชื่อม อัตราส่วนความกว้างต่อความลึกควรใหญ่กว่าเล็กน้อยเพื่อหลีกเลี่ยงการเบี่ยงเบนของจุดศูนย์กลางการเชื่อม

(3) สำหรับชิ้นส่วนเชื่อมที่มีความแข็ง ควรเลือกพารามิเตอร์การเชื่อมที่เหมาะสม ลำดับและทิศทางการเชื่อมที่เหมาะสม

4) มีการใช้มาตรการอุ่นเครื่องและระบายความร้อนช้าๆ เมื่อจำเป็นเพื่อป้องกันการเกิดรอยแตกร้าวจากความร้อน

(5) ปรับปรุงความเป็นด่างของอิเล็กโทรดหรือฟลักซ์เพื่อลดปริมาณสิ่งเจือปนของรอยเชื่อมและปรับปรุงระดับการแยกตัว

2.2 มาตรการป้องกันการแตกร้าวด้วยความเย็น 

1) การอุ่นก่อนการเชื่อมและการระบายความร้อนช้าๆ หลังการเชื่อมไม่เพียงแต่ช่วยลดความแข็งและความเปราะบางของโซนที่ได้รับความร้อน แต่ยังช่วยเร่งการแพร่กระจายของไฮโดรเจนออกไปด้านนอกในแนวเชื่อมอีกด้วย

2) การเลือกมาตรการการเชื่อมที่เหมาะสม

3) ใช้ลำดับการประกอบและการเชื่อมที่เหมาะสมเพื่อลดความเครียดจากข้อจำกัดของรอยเชื่อม และปรับปรุงสถานะความเครียดของชิ้นส่วนที่เชื่อม

4) เลือกวัสดุการเชื่อมที่เหมาะสม เช็ดลวดเชื่อมและฟลักซ์ให้แห้งก่อนทำการเชื่อม และเตรียมให้พร้อมใช้ขณะใช้งาน

5) ก่อนการเชื่อม ควรกำจัดน้ำ สนิม และสิ่งสกปรกอื่นๆ บนพื้นผิวโลหะฐานรอบๆ มุมเอียงออกอย่างระมัดระวัง เพื่อลดปริมาณไฮโดรเจนที่กระจายอยู่ในแนวเชื่อม

6) ควรทำการบำบัดไฮโดรเจนทันทีก่อนการเชื่อม เพื่อให้ไฮโดรเจนสามารถหลุดออกจากรอยเชื่อมได้เต็มที่

7) การบรรเทาความเครียดควรดำเนินการทันทีหลังการเชื่อมเพื่อส่งเสริมการแพร่กระจายของไฮโดรเจนในตะเข็บเชื่อมออกไปด้านนอก