เลือกวิธี แล้วลองกับกรณี

สองวิธีมาจากประสบการณ์คนละชุดและให้คำตอบไม่เท่ากัน บทนี้บอกว่าเลือกอย่างไร แล้วใช้ทั้งเล่มกับกรณีสมมติสี่เรื่อง

ที่มาของสองวิธี

สองวิธีเป็นอิสระต่อกัน ไม่มีวิธีใดสร้างจากอีกวิธี กราฟของ Method A ไม่ได้มาจากสมการของ Method B และสมการของ Method B ไม่ได้ปรับให้เข้ากับกราฟของ Method A

EN 1011-2 เขียนเรื่องที่มาไว้สั้น ๆ ว่ามีผู้เสนอวิธีทำนาย preheat ไว้หลายวิธี และมาตรฐานเลือกรวมไว้สองวิธี Method A มาจากประสบการณ์และข้อมูลของเหล็กคาร์บอน-แมงกานีสเป็นหลัก Method B มาจากประสบการณ์และข้อมูลของเหล็กผสมต่ำความแข็งแรงสูงเป็นหลัก

นอกเหนือจากที่มาตรฐานเขียน เป็นที่ทราบกันในวงการว่า Method A สืบมาจากมาตรฐานอังกฤษ BS 5135 ซึ่งตั้งต้นจากแนวคิดความแข็งวิกฤตของ HAZ แล้วปรับเทียบกับผลการทดสอบรอยร้าว จึงใช้ CE แบบ IIW ความหนารวม และระดับไฮโดรเจนเป็นขั้น ส่วน Method B ใช้ CET ซึ่ง Uwer และ Höhne เสนอจากผลการทดสอบรอยร้าวเย็นของเหล็กความแข็งแรงสูง และเป็นวิธีเดียวกับเอกสารแนะนำของอุตสาหกรรมเหล็กเยอรมัน SEW 088 จึงมีพจน์ของไฮโดรเจนเป็นตัวเลขในสมการ ทั้งสองวิธีอาศัยการทดสอบรอยร้าวเหมือนกัน แต่ใช้เหล็ก วิธีทดสอบ และรูปแบบการสรุปผลต่างกัน

ความสับสนที่พบบ่อยมาจากการที่ Method B มีกราฟของตัวเองด้วย กราฟชุดนั้นสร้างจากสมการของ Method B จริง แต่เป็นคนละชุดกับกราฟของ Method A

ที่มาต่างกันอธิบายได้ว่าทำไมสองวิธีจึงใช้ตัวแปรต่างกัน และทำไมจึงให้ค่าไม่เท่ากันสำหรับงานเดียวกัน

สองวิธีเทียบกัน

หัวข้อ	Method A	Method B
ที่มาตามมาตรฐาน	ประสบการณ์และข้อมูลของเหล็กคาร์บอน-แมงกานีสเป็นหลัก	ประสบการณ์และข้อมูลของเหล็กผสมต่ำความแข็งแรงสูงเป็นหลัก
ตัวชี้ส่วนผสม	CE ช่วง 0.30 ถึง 0.70	CET ช่วง 0.2 ถึง 0.5
ความหนา	ความหนารวมของทุกทางที่ความร้อนไหล	ความหนาแผ่น 10 ถึง 90 mm
ไฮโดรเจน	ระดับ A ถึง E	ค่า 1 ถึง 20 ml/100 g
รูปแบบคำตอบ	อ่านจากกราฟ เป็นขั้นของเส้น preheat	คำนวณจากสมการ เป็นค่าต่อเนื่อง
รอยเชื่อมฉาก	ความหนารวมสูงขึ้น จึงมักต้อง preheat สูงขึ้น	แนวเดียวอาจต่ำกว่ารอยต่อชนประมาณ 60 °C
จุดแข็ง	รวมผลของรูปรอยต่อไว้ในความหนารวม	เห็นน้ำหนักของตัวแปรแต่ละตัว และคำนวณซ้ำได้

มาตรฐานระบุว่าความต่างของที่มาและประสบการณ์ของสองวิธี ใช้เป็นแนวทางเลือกวิธีได้

หลักการเลือก

ดูว่าเหล็กอยู่ใกล้ประสบการณ์ของวิธีใด: เหล็กคาร์บอน-แมงกานีสทั่วไปอยู่ใกล้ Method A เหล็กผสมต่ำความแข็งแรงสูงอยู่ใกล้ Method B
ตรวจช่วงที่ใช้ได้: ทั้งช่วงของตัวชี้ส่วนผสมและขีดของธาตุแต่ละตัว เหล็กที่อยู่นอกช่วงของวิธีหนึ่งต้องใช้อีกวิธี หรือใช้การทดสอบ
ไม่ผสมตัวแปรข้ามวิธี: CE ใช้กับกราฟของ Method A เท่านั้น CET ใช้กับสมการของ Method B เท่านั้น ความหนารวมกับความหนาแผ่นก็เช่นกัน
ไม่เลือกวิธีจากคำตอบ: การคำนวณทั้งสองวิธีแล้วหยิบค่าที่ต่ำกว่า เป็นการเลือกผลลัพธ์ ไม่ใช่การเลือกวิธี
เหล็กทนการคืบและเหล็กใช้งานอุณหภูมิต่ำ: ไม่ใช้ทั้งสองวิธี มาตรฐานให้ใช้ตารางในภาคผนวก C.4 ซึ่งจัดตามชนิดเหล็ก ดูหน้ากลุ่ม 5, 6 และ 9 เลขกลุ่มที่ภาคผนวกนั้นอ้างเป็นของระบบจัดกลุ่มรุ่นก่อน และไม่ตรงกับ ISO/TR 15608:2017

เมื่อสองวิธีให้ค่าต่างกันมากสำหรับงานเดียวกัน ความต่างนั้นเป็นข้อมูล มันบอกว่างานอยู่ใกล้ขอบของประสบการณ์ที่วิธีใดวิธีหนึ่งสร้างขึ้นมา และเป็นเหตุผลที่ควรยืนยันด้วยการทดสอบขั้นตอนการเชื่อม

สิ่งที่ทั้งสองวิธีไม่ได้คิด

การยึดรั้งที่สูงกว่างานผลิตปกติ มาตรฐานระบุว่าข้อแนะนำใช้กับการยึดรั้งระดับปกติเท่านั้น
การเชื่อมเมื่อแผ่นเย็นกว่า 0 °C ซึ่งอาจต้องมีข้อกำหนดพิเศษ
ความเหนียวและความแข็งของ HAZ ซึ่งคุมด้วย t8/5 ดูหน้า HAZ
ความเสี่ยงอื่นทั้งหมดในภาค 2 เช่นร้าวขณะแข็งตัวและฉีกตามชั้น ซึ่ง preheat ไม่ได้แก้

วิธีใช้เล่มนี้กับงานจริง

หากลุ่มของวัสดุจากดัชนีกลุ่มวัสดุ แล้วเปิดหน้าวัสดุ
อ่านช่อง “ตัวแปรที่ WPS ต้องคุม” และจดความเสี่ยงที่หน้านั้นชี้ไป
เปิดหน้าเงื่อนไขของตัวแปรแต่ละตัว หาค่าด้วยวิธีในภาคนี้เมื่อเป็นเหล็กเฟอร์ริติก
เปิดหน้าความเสี่ยง ตรวจว่ามาตรการที่ต้องทำนอก WPS มีเจ้าของแล้ว
ตรวจช่อง “ต้องระบุและบันทึกอะไร” เทียบกับเอกสารที่โรงงานมีจริง

กรณีสมมติสี่เรื่อง

กรณีต่อไปนี้แต่งขึ้นเพื่อฝึกใช้เล่ม ทั้งโรงงาน ชิ้นงาน ส่วนผสม และตัวเลข เป็นค่าสมมติ ไม่ได้มาจากงานตรวจหรือโรงงานจริงแห่งใด

กรณีสมมติที่ 1 · เปลี่ยนลวดเพื่อลดต้นทุน


สถานการณ์	โรงงานโครงสร้างเหล็กเชื่อมรอยต่อชนของแผ่นหนา 40 mm ฝ่ายจัดซื้อเปลี่ยนลวดไส้ฟลักซ์เป็นยี่ห้อที่ถูกกว่า WPS เดิมกำหนด preheat 130 °C สองเดือนต่อมา UT พบรอยร้าวตามขวางในเนื้อเชื่อมของงานที่เชื่อมช่วงฤดูฝน
ตัวเลข	เหล็กมี CET 0.34 heat input 1.0 kJ/mm ลวดเดิมให้ไฮโดรเจน 4 ml/100 g ได้ T_p ประมาณ 126 °C ลวดใหม่ไม่มีข้อมูลรับรอง ถ้าให้ 10 ml/100 g ได้ประมาณ 164 °C
อ่านกรณี	preheat 130 °C พอสำหรับลวดเดิม และไม่พอสำหรับลวดใหม่ประมาณ 34 °C โดยไม่มีใครเปลี่ยน WPS หรือทำผิดขั้นตอนเชื่อม
สงสัยระบบ	ระดับไฮโดรเจนไม่อยู่ในข้อกำหนดการจัดซื้อ การเปลี่ยนยี่ห้อลวดไม่ผ่านการทบทวนของผู้ประสานงานงานเชื่อม และไม่มีข้อกำหนดการเก็บลวดไส้ฟลักซ์ที่เปิดใช้ค้าง
หน้าที่ต้องเปิด	บทที่ 3 · หน้า HD · หน้า Tp · หน้า Ei

กรณีสมมติที่ 2 · รอยร้าวที่ tack weld


สถานการณ์	ช่างประกอบยึดครีบหนา 20 mm เข้ากับแผ่นหนา 20 mm เป็นรอยต่อตัวที ด้วย tack weld ยาวประมาณ 20 mm ใช้ลวด rutile ที่มีในกล่องเครื่องมือ ไม่ preheat ช่างเชื่อมเชื่อมทับในวันรุ่งขึ้น ผู้ตรวจพบรอยร้าวด้วย MT ที่ tack ของรอยต่อหนึ่งซึ่งยังไม่ได้เชื่อมทับ จึงสั่งเซาะเปิดรอยต่อที่เชื่อมเสร็จแล้วสองจุด และพบรอยร้าวที่รากตรงตำแหน่ง tack ทั้งสองจุด
ตัวเลข	เหล็กมี CE 0.43 ความหนารวมของรอยเชื่อมฉากนี้คือ 20 + 20 + 20 = 60 mm ลวด rutile อยู่ระดับไฮโดรเจน A ตัวอย่างในตาราง C.1 ให้ความหนารวมสูงสุดที่ไม่ต้อง preheat 40 mm ที่ 1.0 kJ/mm สำหรับระดับ A และ 100 mm สำหรับระดับ D
อ่านกรณี	tack สั้นมี heat input ต่ำกว่า 1.0 kJ/mm และความหนารวมเกินขีดอยู่แล้ว จึงเป็นแนวที่เย็นเร็วที่สุดและไฮโดรเจนสูงที่สุดในรอยต่อ ความยาว 20 mm ยังต่ำกว่าค่าต่ำสุด 50 mm ที่มาตรฐานแนะนำ แนวเชื่อมจริงที่ทำตาม WPS ทับลงบนรอยร้าวที่มีอยู่ก่อน
สงสัยระบบ	WPS ไม่ครอบคลุม tack weld ช่างประกอบไม่อยู่ในระบบรับรองและไม่ได้รับลวดจากจุดเบิก และไม่มีการตรวจ tack ก่อนเชื่อมทับ
หน้าที่ต้องเปิด	บทที่ 4 · บทที่ 6 · หน้า Tack · หน้า HD · หน้า Ei

กรณีสมมติที่ 3 · เพิ่มผลผลิตในเหล็กความแข็งแรงสูง


สถานการณ์	โรงงานเชื่อมแขนเครนจากเหล็กกลุ่ม 3 หนา 30 mm ด้วย MAG (135) เพื่อเร่งงาน หัวหน้ากะให้ลดความเร็วเดินเพื่อเติมร่องให้เต็มในจำนวนแนวน้อยลง และเชื่อมต่อเนื่องโดยไม่รอ ไม่มีรอยร้าว NDT ผ่านทั้งหมด แต่ชิ้นทดสอบจากงานผลิตให้พลังงานกระแทกของ HAZ ต่ำกว่าข้อกำหนด และความแข็งแรงของรอยต่อลดลง
ตัวเลข	คิดเป็นแนวเติมในรอยต่อชน ซึ่งมีตัวประกอบรูปทรง 0.9 WPS เดิม: 300 A 30 V ความเร็ว 4 mm/s ได้ 1.80 kJ/mm interpass สูงสุด 150 °C ได้ t8/5 ประมาณ 13 วินาที งานจริง: ความเร็ว 2.5 mm/s ได้ 2.88 kJ/mm และ interpass ขึ้นถึง 250 °C ได้ t8/5 ประมาณ 31 วินาที ถ้าคุม interpass ที่ 150 °C ไว้ จะได้ประมาณ 20 วินาที
อ่านกรณี	ช่วงทั่วไปที่มาตรฐานให้คือ 10 ถึง 25 วินาที งานจริงหลุดขอบบน การลดความเร็วอย่างเดียวหรือการปล่อย interpass ขึ้นอย่างเดียวยังอยู่ในหน้าต่าง คือประมาณ 20 และ 19 วินาที แต่เมื่อเกิดพร้อมกันจึงหลุด ความหนาเปลี่ยนผ่านของเงื่อนไขนี้ประมาณ 31 mm มากกว่าความหนาแผ่นเล็กน้อย การไหลของความร้อนจึงเริ่มเป็นสองมิติ และค่าจริงยาวกว่าที่สูตรสามมิติให้
สงสัยระบบ	WPS มี interpass สูงสุด แต่ไม่มีใครวัดและบันทึกระหว่างงาน ไม่มีการบันทึกความเร็วเดิน และการวัดผลงานนับเฉพาะความยาวแนวต่อกะ
หน้าที่ต้องเปิด	บทที่ 1 · หน้ากลุ่ม 3 · หน้า Q · หน้า Ti · หน้า HAZ

กรณีสมมติที่ 4 · แก้รูพรุนในอะลูมิเนียมด้วยความร้อน


สถานการณ์	โรงงานเชื่อมโครงจากอะลูมิเนียมชุด 6xxx ที่บ่มแล้ว RT พบรูพรุนเกินเกณฑ์ หัวหน้างานเพิ่ม preheat เป็น 150 °C และให้เชื่อมต่อเนื่อง รูพรุนลดลงจนผ่าน แต่การทดสอบแรงดึงของชิ้นทดสอบงานผลิตขาดที่ HAZ ต่ำกว่าค่าที่การออกแบบใช้
ตัวเลข	ค่าแนะนำของ EN 1011-4 สำหรับชุด 6xxx คือ preheat สูงสุด 120 °C และ interpass สูงสุด 100 °C
อ่านกรณี	มาตรการที่ใช้อยู่ในตารางของมาตรฐานจริง คือเพิ่มความร้อนเพื่อให้แก๊สมีเวลาออก แต่เป็นมาตรการที่มีราคาเป็นความแข็งแรงของ HAZ ต้นเหตุของไฮโดรเจนยังอยู่ และ RT ไม่เห็นความเสียหายใหม่ที่เกิดขึ้น
สงสัยระบบ	ไม่มีข้อกำหนดเวลาระหว่างทำความสะอาดกับเชื่อม ไม่มีรอบตรวจสายแก๊ส เกณฑ์รับงานมีแต่ผล RT และไม่มีใครวัด interpass เพราะเชื่อว่าอะลูมิเนียมไม่ต้องคุมอุณหภูมิ
หน้าที่ต้องเปิด	หน้ากลุ่ม 23 · หน้า Prep · หน้า HD · หน้า Ti · หน้า Por · หน้า Soft

สิ่งที่สี่กรณีมีร่วมกัน

ในสามกรณี WPS ถูกต้องในวันที่เขียน ในอีกกรณีหนึ่ง WPS ไม่ครอบคลุมงานที่เกิดปัญหา และไม่มีกรณีใดที่ช่างเชื่อมทำผิดจากสิ่งที่ถูกสั่ง เงื่อนไขหลุดเพราะการตัดสินใจของคนที่ไม่ได้มองตัวเองว่าเกี่ยวกับงานเชื่อม คือฝ่ายจัดซื้อ ช่างประกอบ และหัวหน้ากะ การตั้งเงื่อนไขไม่ให้ร้าวจึงมีสองงาน งานแรกคือหาค่าที่ถูก ซึ่งเล่มนี้ครอบคลุม งานที่สองคือทำให้ค่านั้นอยู่รอดผ่านการตัดสินใจของทั้งโรงงาน ซึ่งเป็นเรื่องของระบบคุณภาพงานเชื่อม

คำถามท้ายบท

วิศวกรคำนวณ preheat ด้วยทั้งสองวิธี ได้ 100 °C จาก Method A และ 60 °C จาก Method B แล้วเขียน 60 °C ลง WPS โดยให้เหตุผลว่า “มาตรฐานอนุญาตทั้งสองวิธี” เหตุผลนี้มีปัญหาตรงไหน
เลือกกรณีสมมติหนึ่งเรื่อง แล้วระบุว่าเอกสารหรือบันทึกฉบับใด ถ้ามีอยู่และถูกใช้จริง จะหยุดปัญหาได้ก่อนเกิด

แนวคำตอบ

มาตรฐานให้สองวิธีเพื่อให้เลือกตามความใกล้ของเหล็กกับประสบการณ์ที่วิธีนั้นสร้างขึ้นมา ไม่ได้ให้เพื่อเลือกค่าที่ต่ำกว่า ต้องตัดสินก่อนว่าเหล็กและรอยต่อเข้ากับวิธีใดและอยู่ในช่วงที่ใช้ได้หรือไม่ ความต่าง 40 °C เองเป็นสัญญาณว่าควรยืนยันด้วยการทดสอบ และถ้าจะใช้ค่าที่ต่ำกว่าคำแนะนำของวิธีที่เหมาะ ต้องมีหลักฐานว่าได้ผล
คำตอบขึ้นกับกรณีที่เลือก ตัวอย่างเช่นกรณีที่ 1 คือข้อกำหนดการจัดซื้อลวดที่ระบุระดับไฮโดรเจน และขั้นตอนทบทวนการเปลี่ยนลวดโดยผู้ประสานงานงานเชื่อม กรณีที่ 2 คือ WPS ที่ครอบคลุม tack weld และการตรวจ tack ก่อนเชื่อมทับ กรณีที่ 3 คือบันทึก interpass และความเร็วเดิน กรณีที่ 4 คือบันทึกเวลาทำความสะอาดและบันทึก interpass