ท่อเหล็กแบบตะเข็บตรงกับท่อเหล็กแบบตะเข็บเกลียวต่างกันอย่างไร

ขั้นตอนแรก: กระบวนการเชื่อม
ในแง่ของกระบวนการเชื่อม วิธีการเชื่อมของท่อเหล็กเกลียวท่อเหล็กแบบตะเข็บตรงก็เหมือนกัน แต่ท่อเหล็กแบบตะเข็บตรงย่อมมีรอยเชื่อมรูปตัว T จำนวนมาก ดังนั้นโอกาสที่จะเกิดข้อบกพร่องในการเชื่อมจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก และเศษเชื่อมที่รอยเชื่อมรูปตัว T จะมีความเค้นสูง และโลหะเชื่อมมักอยู่ในสภาวะความเค้นสามมิติ ซึ่งเพิ่มโอกาสที่จะเกิดรอยแตก ท่อเหล็กแบบเกลียวเชื่อมด้วยแผ่นเหล็ก 16Mn 16Mn เป็นเกรดมาตรฐานแห่งชาติแบบเก่า ปัจจุบันจัดอยู่ในประเภทเหล็กโครงสร้างความแข็งแรงสูงผสมโลหะต่ำ เกรดปัจจุบันเรียกว่า Q345 แต่เหล็ก Q345 เป็นเหล็กเกรดเก่า 12MnV, 14MnNb, 18Nb, 16MnRE, 16Mn และเหล็กประเภทอื่นๆ แทนที่จะใช้แทนเหล็ก 16Mn โดยตรง ในแง่ขององค์ประกอบทางเคมี 16Mn และ Q345 ก็แตกต่างกันด้วย ที่สำคัญกว่านั้น มีความแตกต่างอย่างมากในขนาดกลุ่มความหนาของแผ่นเหล็กทั้งสองแผ่นตามความแตกต่างของความแข็งแรงคราก และสิ่งนี้จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในค่าความเค้นที่ยอมรับได้ของวัสดุที่มีความหนาบางค่าอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้น การนำค่าความเค้นที่ยอมรับได้ของเหล็ก 16Mn มาใช้กับเหล็ก Q345 โดยตรงจึงไม่เหมาะสม แต่ตามข้อกำหนดใหม่ของกระบวนการเชื่อมแบบจุ่มอาร์ค การเชื่อมแต่ละครั้งควรมีจุดเริ่มต้นของอาร์คและจุดดับอาร์ค แต่เมื่อเชื่อมท่อเหล็กแบบตะเข็บตรงกับตะเข็บวงกลม เงื่อนไขนี้ไม่สามารถเกิดขึ้นได้ ดังนั้นอาจมีข้อบกพร่องในการเชื่อมมากขึ้นที่จุดดับอาร์ค

ประการที่สอง: ภายใต้ความกดดัน
ค่าความเค้นที่ยอมรับได้จะถูกกำหนดใหม่โดยขนาดกลุ่มความหนาของเหล็ก สัดส่วนขององค์ประกอบหลักของเหล็ก Q345 เหมือนกับเหล็ก 16Mn ความแตกต่างอยู่ที่การเติมธาตุโลหะผสม V, Ti และ Nb ในปริมาณเล็กน้อย ธาตุโลหะผสม V, Ti และ Nb ในปริมาณเล็กน้อยสามารถช่วยปรับปรุงโครงสร้างผลึก เพิ่มความเหนียวของเหล็ก และปรับปรุงคุณสมบัติทางกลโดยรวมของเหล็กได้อย่างมาก ด้วยเหตุนี้จึงสามารถผลิตแผ่นเหล็กที่มีความหนามากขึ้นได้ ดังนั้น คุณสมบัติทางกลโดยรวมของเหล็ก Q345 จึงควรดีกว่าเหล็ก 16Mn โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากเหล็ก 16Mn ไม่มีคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำ ค่าความเค้นที่ยอมรับได้ของเหล็ก Q345 สูงกว่าเหล็ก 16Mn เล็กน้อย ปริมาณคาร์บอนน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.2% เหล็กชนิดนี้รับประกันความแข็งแรงทางกลเมื่อออกจากโรงงาน และไม่จำเป็นต้องมีส่วนผสมของโลหะผสม กล่าวคือ เมื่อท่อเหล็กตามข้อกำหนดการออกแบบได้รับแรงดันภายใน จะเกิดความเค้นหลักสองอย่างบนผนังท่อ ได้แก่ ความเค้นแนวรัศมี δ และความเค้นตามแนวแกน δ ความเค้นรวม δ ที่รอยเชื่อม โดยที่ α คือมุมเกลียวของรอยเชื่อมของท่อเหล็กแบบเกลียว มุมเกลียวของรอยเชื่อมท่อเหล็กแบบเกลียวโดยทั่วไปคือ 100° ดังนั้นความเค้นรวมที่รอยเชื่อมแบบเกลียวจึงเป็นความเค้นหลักของท่อเหล็กแบบรอยเชื่อมตรง ภายใต้แรงดันใช้งานเดียวกัน ความหนาของผนังท่อเชื่อมแบบเกลียวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางท่อเท่ากันสามารถลดลงได้เมื่อเทียบกับท่อเหล็กแบบรอยเชื่อมตรง ความแข็งแรงเชิงกลสามารถเลือกได้โดยตรงโดยไม่ต้องอบชุบความร้อน ความหมายของ Q345 คือความแข็งแรงคราของวัสดุสามารถถึง 345 MPa