ข้อบกพร่องและสาเหตุของการเชื่อมท่อเหล็ก

การเชื่อมเป็นงานสำคัญในการก่อสร้างโครงการขนาดใหญ่ คุณภาพและประสิทธิภาพของการเชื่อมส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัยในการดำเนินงานและระยะเวลาการผลิตของโครงการ เนื่องจากระดับทักษะของช่างเชื่อมแตกต่างกัน กระบวนการเชื่อมจึงไม่สม่ำเสมอและมีโอกาสเกิดข้อบกพร่องมากมาย จึงจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ประเภทและสาเหตุของข้อบกพร่อง เพื่อลดหรือป้องกันการเกิดข้อบกพร่องในการเชื่อมและปรับปรุงคุณภาพของโครงการให้แล้วเสร็จ

ประการแรก ขนาดของรอยเชื่อมไม่เป็นไปตามข้อกำหนด
รอยเชื่อมที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด ได้แก่ รอยเชื่อมที่ไม่เรียบ ไม่สม่ำเสมอ ความสูงของการเสริมแรงรอยเชื่อมต่ำหรือสูงเกินไป ความกว้างของรอยเชื่อมที่แตกต่างกัน และการโก่งงอหรือการหย่อนตัวมากเกินไปของรอยเชื่อมแบบฟิลเล็ต สาเหตุมีดังนี้:
1. มุมร่องเชื่อมไม่เหมาะสม หรือช่องว่างในการประกอบไม่เท่ากัน
2. กระแสเชื่อมมากเกินไปหรือน้อยเกินไป หรือเลือกข้อกำหนดการเชื่อมไม่ถูกต้อง
3. ความเร็วในการป้อนลวดเชื่อมไม่สม่ำเสมอ และมุมของลวดเชื่อม (หรือด้ามจับลวดเชื่อม) ไม่เหมาะสม

ประการที่สอง รอยแตก
รอยแตกมีลักษณะปลายแหลมคม มีความเข้มข้นของความเค้นสูง และส่งผลกระทบอย่างมากต่อการรับน้ำหนักแบบสลับ แรงกระแทก และแรงดึงคงที่ ถือเป็นข้อบกพร่องที่อันตรายที่สุดในการเชื่อม ตามสาเหตุของการเกิด สามารถแบ่งออกเป็น รอยแตกเย็น รอยแตกร้อน และรอยแตกจากการให้ความร้อนซ้ำ (รอยแตกเย็น) หมายถึง รอยแตกที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า 200°C ซึ่งมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับไฮโดรเจน สาเหตุหลักของการเกิดรอยแตกเหล่านี้ ได้แก่:
1. อุณหภูมิการอุ่นก่อนเชื่อมและมาตรการระบายความร้อนช้าๆ หลังการเชื่อมนั้นไม่เหมาะสมสำหรับชิ้นงานที่มีความหนา
2. การเลือกใช้วัสดุเชื่อมที่ไม่เหมาะสม
3. ความแข็งแรงของรอยเชื่อมมีมากเกินไป และกระบวนการเชื่อมนั้นไม่สมเหตุสมผล
4. โครงสร้างที่เปราะและแข็งเกิดขึ้นในรอยเชื่อมและบริเวณใกล้เคียง
5. การเลือกข้อกำหนดการเชื่อมที่ไม่เหมาะสม
(รอยแตกที่เกิดจากความร้อน) หมายถึง รอยแตกที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 300°C (ส่วนใหญ่เป็นรอยแตกจากการแข็งตัว) สาเหตุหลักของการเกิดรอยแตกเหล่านี้ ได้แก่:
1. อิทธิพลของส่วนประกอบ ปัญหานี้เกิดขึ้นได้ง่ายเมื่อเชื่อมเหล็กกล้าออสเทนไนต์บริสุทธิ์ เหล็กกล้าผสมนิกเกลสูงบางชนิด และโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก
2. รอยเชื่อมมีสารเจือปนที่เป็นอันตรายมากกว่า เช่น กำมะถัน
3. การเลือกสภาวะการเชื่อมและรูปแบบรอยต่อที่ไม่เหมาะสม
(รอยแตกจากการให้ความร้อนซ้ำ) คือรอยแตกที่เกิดจากการอบคลายความเครียด หมายถึงรอยแตกตามขอบเกรนในบริเวณที่ได้รับความร้อนของพื้นที่เชื่อมที่มีความแข็งแรงสูง เนื่องจากการอบชุบความร้อนหลังการเชื่อมหรือการใช้งานที่อุณหภูมิสูง สาเหตุหลักของการเกิดรอยแตกเหล่านี้ ได้แก่:
1. สภาวะการอบชุบความร้อนที่ไม่เหมาะสมสำหรับการคลายความเครียดด้วยการอบอ่อน
2. อิทธิพลของส่วนประกอบโลหะผสม ธาตุต่างๆ เช่น โครเมียม โมลิบเดนัม วานาเดียม และโบรอน มีแนวโน้มที่จะเพิ่มโอกาสการแตกร้าวจากการให้ความร้อนซ้ำ
3. การเลือกวัสดุเชื่อมและข้อกำหนดการเชื่อมที่ไม่เหมาะสม
4. การออกแบบโครงสร้างที่ไม่เหมาะสมทำให้เกิดความเค้นกระจุกตัวสูง

ประการที่สาม รูขุมขน
ในระหว่างกระบวนการเชื่อม รูที่เกิดขึ้นภายในหรือบนพื้นผิวของโลหะเชื่อมเนื่องจากก๊าซไม่มีเวลาไหลออกไปได้ทันท่วงทีนั้น เกิดจากสาเหตุดังต่อไปนี้:
1. การอบแห้งลวดเชื่อมและฟลักซ์ไม่เพียงพอ
2. กระบวนการเชื่อมไม่เสถียรเพียงพอ แรงดันอาร์คสูงเกินไป อาร์คยาวเกินไป ความเร็วในการเชื่อมเร็วเกินไป และกระแสไฟฟ้าน้อยเกินไป
3. คราบน้ำมันและสนิมบนพื้นผิวของโลหะเชื่อมและวัสดุฐานไม่ได้ถูกทำความสะอาดออก
4. ไม่ได้ใช้วิธีการย้อนกลับเพื่อหลอมจุดเริ่มต้นของอาร์ค
5. อุณหภูมิการอุ่นเครื่องต่ำเกินไป
6. จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของประกายไฟไม่ได้เหลื่อมกัน
7. การป้องกันบริเวณเชื่อมไม่ดีพอ พื้นที่หลอมเหลวกว้างเกินไป
8. แหล่งจ่ายไฟ AC มีแนวโน้มที่จะเกิดรูพรุน ในขณะที่การต่อไฟ DC กลับด้านมีแนวโน้มที่จะเกิดรูพรุนน้อยที่สุด

ประการที่สี่ การเชื่อมปุ่ม
ในระหว่างกระบวนการเชื่อม โลหะหลอมเหลวจะไหลไปยังวัสดุเดิมที่ยังไม่หลอมเหลวนอกรอยเชื่อม ทำให้เกิดเป็นก้อนโลหะ ซึ่งเปลี่ยนแปลงพื้นที่หน้าตัดของรอยเชื่อมและไม่เอื้อต่อการรับแรงแบบไดนามิก สาเหตุของเรื่องนี้คือ:
1. ระยะอาร์คยาวเกินไป และกระแสเชื่อมด้านล่างสูงเกินไป
2. กระแสไฟฟ้าสูงเกินไปในระหว่างการเชื่อมแนวตั้ง และการแกว่งของลวดไม่เหมาะสม
3. ช่องว่างในการประกอบรอยเชื่อมกว้างเกินไป

ประการที่ห้า หลุมโค้ง
รอยเชื่อมมีลักษณะเนื้อขาดหายและยุบตัวอย่างเห็นได้ชัดที่ปลาย สาเหตุมาจาก:
1. การทำงานที่ไม่ถูกต้องระหว่างการปิดอาร์คเชื่อม และระยะเวลาในการดับอาร์คสั้นเกินไป
2. ในระหว่างการเชื่อมแบบอัตโนมัติ การป้อนลวดและการจ่ายไฟจะถูกตัดพร้อมกัน และลวดจะไม่หยุดไหลจนกว่าไฟจะดับลง

ประการที่หก การตัดใต้
หลังจากที่ประกายไฟหลอมละลายวัสดุเดิมที่ขอบรอยเชื่อมแล้ว โลหะเชื่อมจะไม่เข้าไปเติมเต็ม ทำให้เกิดช่องว่างขึ้น ช่องว่างนี้จะทำให้ส่วนที่รับแรงของรอยเชื่อมอ่อนแอลง ลดความแข็งแรงของรอยเชื่อม ทำให้เกิดการกระจุกตัวของความเค้น และอาจทำให้เกิดความเสียหายต่อบริเวณที่ถูกตัดออก สาเหตุของเรื่องนี้มีดังนี้:
1. กระแสไฟฟ้าสูงเกินไป ความยาวของอาร์คมากเกินไป ความเร็วในการป้อนแท่งเชื่อมไม่เหมาะสม และความร้อนจากอาร์คสูงเกินไป
2. แรงดันไฟฟ้าในการเชื่อมแบบจุ่มอาร์คต่ำเกินไป และความเร็วในการเชื่อมสูงเกินไป
3. มุมเอียงของอิเล็กโทรดและสายไฟไม่ถูกต้อง

ประการที่เจ็ด การปนเปื้อนของตะกรัน
มีสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะอยู่ภายในเนื้อโลหะเชื่อมหรือบริเวณแนวหลอมเหลว สิ่งเจือปนจากตะกรันส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกล และระดับของผลกระทบนั้นสัมพันธ์กับจำนวนและรูปร่างของสิ่งเจือปน สาเหตุของเรื่องนี้มีดังนี้:
1. ในระหว่างการเชื่อมหลายชั้นนั้น จะไม่มีการทำความสะอาดเศษตะกรันจากการเชื่อมแต่ละชั้นออก
2. มีสนิมขึ้นหนาบริเวณรอยเชื่อม
3. คุณสมบัติทางกายภาพของสารเคลือบอิเล็กโทรดไม่เหมาะสม
4. รูปทรงของชั้นรอยเชื่อมไม่ดี และมุมร่องได้รับการออกแบบไม่เหมาะสม
5. อัตราส่วนระหว่างความกว้างของรอยเชื่อมกับความลึกของรอยเชื่อมนั้นน้อยเกินไป และรอยบากลึกเกินไป
6. กระแสไฟน้อยเกินไป ความเร็วในการเชื่อมเร็วเกินไป และตะกรันไม่มีเวลาที่จะลอยออกไป

ประการที่แปด การเจาะไม่สมบูรณ์
เกิดการหลอมรวมที่ไม่สมบูรณ์เฉพาะจุดระหว่างวัสดุเดิมหรือระหว่างวัสดุเดิมกับโลหะที่เชื่อมเติมเข้าไป โดยทั่วไปจะเกิดขึ้นที่โคนรอยเชื่อมของการเชื่อมด้านเดียว มีความไวต่อความเค้นสูง และส่งผลกระทบอย่างมากต่อความแข็งแรง ความล้า และคุณสมบัติอื่นๆ สาเหตุของการเกิดมีดังนี้:
1. การออกแบบร่องไม่ดี มุมแคบ ขอบทื่อขนาดใหญ่ และช่องว่างเล็กเกินไป
2. มุมของแท่งเชื่อมและลวดเชื่อมไม่ถูกต้อง
3. กระแสไฟน้อยเกินไป แรงดันไฟต่ำเกินไป ความเร็วในการเชื่อมเร็วเกินไป ระยะอาร์คยาวเกินไป มีสนามแม่เหล็กรบกวน เป็นต้น
4. มีสนิมหนาเกาะอยู่บนรอยเชื่อมและยังไม่ได้ทำความสะอาดออก
5. ความคลาดเคลื่อนในการเชื่อมระหว่างการเชื่อมแบบจุ่มอาร์ค