รอยร้าวจากการให้ความร้อนซ้ำ

Defect Atlas · ภาค 2 · Atlas · กลุ่ม 1 · รอยร้าว

Precipitation induced crack (reheat crack, stress relief crack) — กลุ่ม 1 · CRACKS · ANNEX A

มองแล้วรู้

รอยร้าวตามขอบเกรนใน HAZ เกรนหยาบ บางครั้งอยู่ในเนื้อเชื่อม เกิดเมื่อรอยเชื่อมถูกให้ความร้อนอีกครั้งหลังเชื่อมเสร็จ คือระหว่างอบคลายความเค้น หรือระหว่างใช้งานที่อุณหภูมิสูง ตอนเชื่อมเสร็จยังไม่มีรอยร้าวนี้

ISO 6520-1 ภาคผนวก A เรียกว่า precipitation induced crack คนทำงานเรียกว่า reheat cracking หรือ stress relief cracking

ภาพตัดขวางรอยต่อชนแผ่นหนา รอยร้าวอยู่ในแถบ HAZ เกรนหยาบติดแนวหลอมละลาย มักเริ่มที่ขอบแนวซึ่งความเค้นรวมตัว ภาพขยายแสดงรอยร้าวที่เดินตามขอบเกรน ไม่ตัดผ่านเกรน

ทำไมจึงสำคัญ

รอยร้าวเกิดหลังจุดที่คนส่วนใหญ่ถือว่างานเชื่อมจบแล้ว ถ้าการตรวจรับทำก่อนอบ รอยต่อจะมีผลตรวจผ่านครบและมีรอยร้าวไปพร้อมกัน

งานที่เสี่ยงคืองานผนังหนาที่ใช้งานที่อุณหภูมิและความดันสูง เช่นภาชนะรับแรงดัน หัวจ่ายไอน้ำ และท่อของโรงไฟฟ้า การซ่อมหมายถึงเชื่อมซ่อมแล้วอบอีกรอบ ซึ่งพาวัสดุกลับเข้าเงื่อนไขเดิม

อ่านแล้วเข้าใจ

กลไกการเกิด

ความร้อนจากการเชื่อมละลายคาร์ไบด์ของธาตุผสมใน HAZ ส่วนที่ติดแนวหลอมละลาย และทำให้เกรนโตหยาบ เมื่อให้ความร้อนซ้ำ คาร์ไบด์ละเอียดตกตะกอนกลับภายในเกรน เนื้อเกรนจึงแข็งขึ้น

ความเค้นตกค้างคลายตัวได้ด้วยการคืบเท่านั้น เมื่อเนื้อเกรนแข็ง ความเครียดจากการคืบจึงไปรวมที่ขอบเกรน ซึ่งอ่อนกว่าและมีธาตุเจือปนสะสมอยู่ ถ้าความเครียดที่ต้องรับเกินความเหนียวของขอบเกรน ขอบเกรนจะแยกออก

รอยร้าวเกิดขณะอุณหภูมิไต่ผ่านช่วงที่คาร์ไบด์ตกตะกอน ก่อนถึงอุณหภูมิอบ

สาเหตุที่พบบ่อย


วัสดุ	เหล็กทนการคืบที่มีวาเนเดียม โมลิบดีนัม และโครเมียม กลุ่ม Cr-Mo-V ไวที่สุด เหล็กความแข็งแรงสูงที่เติมวาเนเดียมหรือไนโอเบียม เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกชนิดเติมธาตุคงตัว และโลหะผสมนิกเกิลบางชนิดก็เกิดได้
ธาตุเจือปน	ฟอสฟอรัส กำมะถัน ดีบุก พลวง และสารหนู สะสมที่ขอบเกรนและลดความเหนียวของขอบเกรน
โครงสร้าง HAZ	เกรนหยาบจาก heat input สูง หรือจากแนวเชื่อมชั้นเดียวที่ไม่มีชั้นถัดไปมาปรับเกรน
ความเค้น	ชิ้นงานหนา การยึดรั้งสูง และความเค้นตกค้างสูง
จุดรวมความเค้น	ขอบแนวที่คม รอยกัดขอบ และรอยเชื่อมฉากขนาดเล็กบนชิ้นงานหนา
การอบ	อุณหภูมิไต่ช้าผ่านช่วงที่คาร์ไบด์ตกตะกอน หรืออุณหภูมิในชิ้นงานไม่สม่ำเสมอ

ตรวจเจอด้วยวิธีใด

วิธี	โอกาสพบ	เงื่อนไข
VT ระหว่างงาน	○○○ หาไม่พบ	รอยร้าวยังไม่เกิดขณะเชื่อม
VT เมื่อเสร็จ	●○○ ต่ำ	ทำหลังอบ รอยแนบสนิทและมีสเกลจากการอบบัง
PT	●●○ กลาง	เฉพาะรอยที่เปิดถึงผิว ทำหลังอบและหลังทำความสะอาดผิว เป็นวิธีหลักที่ผิวของโลหะที่ไม่เป็นแม่เหล็ก
MT	●●● สูง	วิธีหลักที่ขอบแนวในเหล็กที่เป็นแม่เหล็ก ทำหลังอบ
RT	●○○ ต่ำ	รอยแนบสนิท เดินตามขอบเกรน ทิศทางไม่แน่นอน
UT	●●○ กลาง	รอยใต้ผิวใน HAZ ทำหลังอบ รอยเล็กหลายรอยให้สัญญาณอ่อน

วิธีเสริมและยืนยัน	บทบาท	ใช้เมื่อ
Metallography หรือ replica	ยืนยัน	ยืนยันว่ารอยร้าวเดินตามขอบเกรนใน HAZ เกรนหยาบ

เกณฑ์และข้อกำหนดที่เกี่ยวข้อง

รายการ	D	C	B
รอยร้าวที่ผิว ISO 5817 ข้อ 1.1	ไม่ยอมรับ	ไม่ยอมรับ	ไม่ยอมรับ
รอยร้าวภายใน ISO 5817 ข้อ 2.1	ไม่ยอมรับ	ไม่ยอมรับ	ไม่ยอมรับ

ISO 5817 ไม่ได้กำหนดว่าต้องตรวจเมื่อใด สำหรับวัสดุที่ไวต่อกลไกนี้ การตรวจรับต้องทำหลังอบ อุณหภูมิและเวลาอบกำหนดโดยมาตรฐานผลิตภัณฑ์ เช่น EN 13445-4 ส่วน ISO 17663 กำหนดข้อกำหนดคุณภาพของการอบที่เกี่ยวกับงานเชื่อม

ประเมินความไวจากส่วนผสม

มีสูตรจากงานวิจัยที่ใช้คัดกรองเหล็กกล้าผสมต่ำ คิดจากร้อยละโดยมวลของธาตุ:

ΔG = Cr + 3.3Mo + 8.1V − 2

P_SR = Cr + Cu + 2Mo + 10V + 7Nb + 5Ti − 2

ค่าที่ไม่ติดลบชี้ว่าเหล็กไวต่อการร้าวชนิดนี้ สูตรทั้งสองไม่ได้คิดธาตุเจือปน การยึดรั้ง และรูปทรงขอบแนว จึงใช้คัดกรองได้ แต่ใช้รับรองว่าปลอดภัยไม่ได้

คิดต่อ

ถ้าเจอ ให้สงสัยระบบ

แผน NDT กำหนดการตรวจรับก่อนอบ เพราะสะดวกต่อกำหนดส่งงาน
เปลี่ยนล็อตหรือผู้ผลิตเหล็ก โดยไม่มีใครเทียบธาตุผสมและธาตุเจือปนกับล็อตที่ใช้รับรอง WPS
WPS รับรองบนแผ่นทดสอบที่บางและยึดรั้งน้อยกว่างานจริง
การอบจ้างผู้รับเหมาช่วง บันทึกอุณหภูมิมาจากเทอร์โมคัปเปิลของเตา ไม่ได้ติดที่ส่วนหนาของชิ้นงาน

แก้ไขและป้องกัน

แก้ไข: เซาะออกจนพ้นรอยร้าว ยืนยันด้วย MT หรือ PT ก่อนเชื่อมซ่อม เชื่อมซ่อมด้วยเทคนิคที่ปรับเกรนของ HAZ แล้วทบทวนขั้นตอนการอบก่อนอบซ้ำ เพราะการอบแบบเดิมให้ผลแบบเดิม

ป้องกัน: เลือกเหล็กที่คุมธาตุเจือปน ใช้แนวเชื่อมเล็กหลายชั้นและวางแนวให้ความร้อนของชั้นถัดไปปรับเกรนของ HAZ ชั้นก่อน เจียขอบแนวให้เรียบและแก้รอยกัดขอบก่อนอบ เลี่ยงรายละเอียดรอยต่อที่รวมความเค้น คุมอัตราการไต่อุณหภูมิและความสม่ำเสมอของอุณหภูมิในชิ้นงาน และกำหนดการตรวจรับหลังอบไว้ในแผนตรวจ

คำถามท้ายหน้า

รอยต่อผ่าน MT และ UT ครบก่อนเข้าเตาอบ หลังอบพบรอยร้าวที่ขอบแนว จะสรุปว่าการตรวจก่อนอบผิดพลาดได้หรือไม่ และหลักฐานใดช่วยแยก
การเจียขอบแนวให้เรียบก่อนอบไม่ได้เปลี่ยนส่วนผสมของเหล็ก ทำไมจึงลดความเสี่ยงได้

แนวคำตอบ

1. รอยต่อผ่าน MT และ UT ครบก่อนเข้าเตาอบ หลังอบพบรอยร้าวที่ขอบแนว จะสรุปว่าการตรวจก่อนอบผิดพลาดได้หรือไม่ และหลักฐานใดช่วยแยก

ไม่ได้ รอยร้าวชนิดนี้เกิดระหว่างการอบ ผลตรวจก่อนอบจึงบอกได้เฉพาะสภาพก่อนอบ หลักฐานที่ช่วยแยกคือตำแหน่งและเส้นทางของรอยร้าว ถ้าภาพโลหะวิทยาหรือ replica แสดงรอยร้าวตามขอบเกรนใน HAZ เกรนหยาบของเหล็กที่ไวต่อกลไกนี้ รอยร้าวน่าจะเกิดระหว่างอบ สิ่งที่ต้องแก้คือแผนตรวจ ซึ่งต้องกำหนดการตรวจรับหลังอบ

2. การเจียขอบแนวให้เรียบก่อนอบไม่ได้เปลี่ยนส่วนผสมของเหล็ก ทำไมจึงลดความเสี่ยงได้

ความเค้นตกค้างคลายตัวด้วยความเครียดจากการคืบ ขอบแนวที่คมรวมความเครียดนั้นไว้ที่จุดเดียว และจุดนั้นอยู่บน HAZ เกรนหยาบซึ่งขอบเกรนเหนียวน้อยที่สุด การเจียให้เรียบกระจายความเครียดออก จึงลดโอกาสที่ความเครียดเฉพาะจุดจะเกินความเหนียวของขอบเกรน วิธีนี้ไม่ได้ลดความไวของวัสดุ จึงเป็นการลดความเสี่ยง ไม่ใช่การกำจัดความเสี่ยง