Weldability Atlas · ภาค 1 · วิธีคิด

บทที่ 3

ไฮโดรเจน: ตัวแปรที่ถูกที่สุดในการคุม

ไฮโดรเจนเข้าสู่เนื้อเชื่อมจากลวด ฟลักซ์ แก๊ส และความชื้น มาตรฐานระบุว่าการลดไฮโดรเจนเป็นวิธีกันรอยร้าวที่ได้ผลแน่นอนที่สุด และเป็นวิธีที่ไม่ต้องเผาแก๊สแม้แต่ลิตรเดียว

อาร์กแยกน้ำและสารประกอบไฮโดรคาร์บอนออกเป็นอะตอมไฮโดรเจน ซึ่งละลายในโลหะหลอมเหลวได้มาก เมื่อโลหะแข็งและเย็นลง ความสามารถในการละลายลดลงมาก ไฮโดรเจนส่วนเกินจึงแพร่ออกจากเนื้อเชื่อมไปยัง HAZ และออกสู่ผิว ถ้ารอยเชื่อมเย็นถึงอุณหภูมิห้องก่อนที่ไฮโดรเจนจะออกไปพอ และบริเวณนั้นแข็งและรับความเค้นอยู่ รอยร้าวจะเกิดตามมาภายในไม่กี่ชั่วโมงถึงหลายวัน

วัดและจัดระดับอย่างไร

ปริมาณที่ใช้คือไฮโดรเจนที่แพร่ได้ หน่วยเป็นมิลลิลิตรต่อเนื้อเชื่อม 100 กรัม วัดตาม ISO 3690 ผู้ผลิตลวดเป็นผู้ระบุค่าตามสภาพการส่งมอบและการอบที่กำหนด Method A จัดเป็นห้าระดับ

ระดับ ไฮโดรเจน (ml/100 g) กระบวนการที่มักอยู่ในระดับนี้
A เกิน 15 ลวดหุ้มฟลักซ์ชนิด rutile และ cellulosic
B เกิน 10 ถึง 15 ลวดหุ้มฟลักซ์ชนิด basic ลวดไส้ฟลักซ์ และ submerged arc ตามการจัดชั้นของผู้ผลิต
C เกิน 5 ถึง 10 เช่นเดียวกับ B และเป็นระดับที่พบบ่อยของ submerged arc
D เกิน 3 ถึง 5 ลวดตันของ MIG/MAG และ TIG และลวดชนิดอื่นที่ผู้ผลิตจัดชั้นถึงระดับนี้
E ไม่เกิน 3 ใช้ได้เมื่อมีการประเมินเฉพาะเท่านั้น

ไฮโดรเจนมีค่าเท่ากับ preheat กี่องศา

สูตรของ Method B แยกผลของแต่ละตัวแปรออกจากกันได้ ส่วนของไฮโดรเจนคือ 62 × HD0.35 − 100 องศาเซลเซียส

ไฮโดรเจน HD (ml/100 g) 3 5 10 15
ส่วนของ preheat จากไฮโดรเจน (°C) -9 +9 +39 +60

การเปลี่ยนจากลวดที่ให้ไฮโดรเจน 15 ml/100 g เป็น 5 ml/100 g ลด preheat ที่ต้องการลงประมาณ 51 °C โดยไม่เปลี่ยนอย่างอื่น และผลนี้แรงขึ้นที่ไฮโดรเจนต่ำ การลดจาก 5 เหลือ 3 ให้ผลอีกประมาณ 18 °C

ตัวเลขนี้คือเหตุผลทางเศรษฐศาสตร์ของลวดไฮโดรเจนต่ำ ส่วนต่างราคาลวดเทียบได้กับค่าแก๊ส ค่าแรง และเวลาของการ preheat ที่สูงขึ้นหลายสิบองศาทุกรอยต่อ

ระดับของลวดเป็นคำสัญญาที่มีเงื่อนไข

ลวดระดับ D ให้ผลระดับ D ต่อเมื่อถูกเก็บและอบตามที่ผู้ผลิตกำหนด EN 1011-2 จึงวางข้อแนะนำเรื่องการจัดการลวดไว้ในข้อหลักของมาตรฐาน

ที่ระดับ E ไฮโดรเจนจากลวดต่ำจนแหล่งอื่นเริ่มมีน้ำหนัก มาตรฐานให้คิดถึงไฮโดรเจนจากแก๊สปกคลุมและความชื้นในอากาศด้วย

เร่งให้ออกหลังเชื่อม

ไฮโดรเจนแพร่ออกได้เร็วในช่วงประมาณ 300 ถึง 100 °C การทำให้รอยเชื่อมอยู่ในช่วงนี้นานขึ้นจึงลดไฮโดรเจนที่เหลือ มีสองระดับ ระดับแรกคือรักษาอุณหภูมิ interpass ต่ำสุดไว้หลังเชื่อมเสร็จ ระดับที่สองคือเพิ่มอุณหภูมิเป็น 200 ถึง 300 °C ทันทีก่อนที่รอยเชื่อมจะเย็นต่ำกว่า interpass ต่ำสุด และคงไว้อย่างน้อย 2 ชั่วโมง งานหนาใช้อุณหภูมิปลายบนและเวลานานขึ้น

post-heating เหมาะเช่นกันเมื่อต้องปล่อยให้รอยต่อที่เชื่อมยังไม่เต็มเย็นลง เพราะรอยต่อที่เติมไม่เต็มมีหน้าตัดรับแรงน้อยและมีรอยบากที่ราก

เวลารอก่อนตรวจ

รอยร้าวจากไฮโดรเจนเกิดช้า การตรวจทันทีหลังเชื่อมจึงให้ผลผ่านที่ไม่มีความหมาย EN 1011-2 ระบุว่าโดยทั่วไปต้องรออย่างน้อย 16 ชั่วโมงก่อนตรวจรับงานในสภาพหลังเชื่อม เวลานี้ลดได้สำหรับงานบางที่ความต้านแรงครากต่ำกว่า 500 N/mm² และต้องเพิ่มเมื่อหนาเกิน 50 mm หรือความต้านแรงครากเกิน 500 N/mm² เวลาที่ใช้ต้องบันทึกในรายงานการตรวจ ส่วนรอยเชื่อมที่ผ่านการอบไล่ไฮโดรเจนหรืออบคลายความเค้นแล้ว ไม่ต้องรอเพิ่ม

คำถามท้ายบท

แนวคำตอบ
  1. เริ่มจากไฮโดรเจน ลวด rutile อยู่ระดับ A ซึ่งเป็นระดับที่ต้องการ preheat สูงที่สุด การเปลี่ยนเป็นลวดไฮโดรเจนต่ำลดค่า preheat ที่ต้องการได้หลายสิบองศา สิ่งที่ต้องเปลี่ยนในระบบคือการเก็บ การอบ และการเบิกลวด บันทึกอุณหภูมิตู้อบ และการคำนวณ preheat ใหม่ลงใน WPS ที่ต้องรับรองตามข้อกำหนดของงาน
  2. ใช้ไม่ได้ รอยร้าวจากไฮโดรเจนเกิดช้า ผลตรวจมีความหมายต่อเมื่อรู้ว่าตรวจหลังเชื่อมเสร็จนานเท่าใด มาตรฐานกำหนดให้บันทึกเวลารอในรายงานการตรวจ