เชื่อมได้ดีเท่ากับเหล็กหรือไม่?

เหล็กมีชื่อเสียงในด้านความแข็งแรงและความทนทานทำให้เป็นหลักในการก่อสร้างการผลิตและวิศวกรรม เมื่อชิ้นส่วนเหล็กเข้าร่วมโดยการเชื่อมคำถามที่สำคัญเกิดขึ้น: "การเชื่อมนั้นแข็งแกร่งเท่ากับเหล็กหรือไม่?" คำตอบขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการรวมถึงกระบวนการเชื่อมวัสดุฟิลเลอร์การออกแบบร่วมและคุณภาพของการเชื่อม ในสภาวะที่เหมาะสมที่สุด - การเชื่อมที่ดำเนินการสามารถจับคู่หรือเกินความแข็งแรงของเหล็กฐาน อย่างไรก็ตามข้อบกพร่องในเทคนิคหรือการเลือกวัสดุสามารถทำให้การเชื่อมอ่อนแอกว่าเหล็กที่เข้าร่วม

รอยเชื่อมบรรลุความแข็งแรงได้อย่างไร

ความแข็งแรงของการเชื่อมนั้นเกิดจากความสามารถในการสร้างพันธะโลหะด้วยเหล็กฐาน ในระหว่างการเชื่อมวัสดุโลหะฐานและฟิลเลอร์ (ถ้าใช้) จะถูกทำให้ร้อนกับสถานะหลอมเหลวทำให้อะตอมของพวกเขาสามารถผสมที่ข้อต่อ เมื่อเชื่อมทำให้เย็นลงส่วนผสมนี้จะเป็นโครงสร้างที่เป็นของแข็งและเป็นเอกภาพซึ่งขอบเขตระหว่างการเชื่อมและเหล็กฐานเกือบจะแยกไม่ออกในระดับโมเลกุล เมื่อทำอย่างถูกต้องพันธะนี้จะกระจายความเครียดอย่างสม่ำเสมอทั่วข้อต่อเช่นเดียวกับที่มันไหลผ่านเหล็กชิ้นเดียว

วัสดุฟิลเลอร์มีบทบาทสำคัญในการจับคู่ความแข็งแรงของเหล็ก ช่างเชื่อมเลือกโลหะฟิลเลอร์ (เช่นอิเล็กโทรด E7018 สำหรับเหล็กอ่อน) ออกแบบมาเพื่อให้ตรงกับความต้านทานแรงดึงของเหล็กฐาน โดยทั่วไปแล้วเหล็กอ่อนจะมีความต้านทานแรงดึง 60,000-80,000 psi (ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) และโลหะฟิลเลอร์ E7018 ถูกกำหนดเพื่อให้ได้ 70,000 psi - การจับคู่วัสดุฐานอย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับเหล็กความแข็งแรงสูง - (เช่นความต้านทานแรงดึง 100,000 psi) ฟิลเลอร์พิเศษเช่น E11018-G ถูกใช้เพื่อให้แน่ใจว่าการเชื่อมทันกับประสิทธิภาพของเหล็ก

การออกแบบร่วมกันยังมีอิทธิพลต่อการเชื่อมสามารถจับคู่ความแข็งแรงของเหล็กได้หรือไม่ ข้อต่อที่ออกแบบมาอย่างถูกต้อง - เช่นการเชื่อมก้น - เต็ม (ที่เชื่อมแทรกความหนาทั้งหมดของเหล็ก) - ช่วยเพิ่มพื้นที่สัมผัสของรอยเชื่อมด้วยโลหะฐาน สิ่งนี้ช่วยให้การเชื่อมสามารถแบ่งปันโหลดได้อย่างสม่ำเสมอด้วยเหล็กโดยรอบ ตัวอย่างเช่นการเชื่อมแบบเต็ม - เชื่อมบนแผ่นเหล็กหนา ๆ ½ - นิ้วโดยใช้ฟิลเลอร์ที่ตรงกันมักจะล้มเหลวในเหล็กฐาน (ไม่ใช่รอยเชื่อม)

เมื่อรอยเชื่อมอาจอ่อนแอกว่าเหล็กกล้า

แม้จะมีศักยภาพของพวกเขารอยเชื่อมอาจขาดความแข็งแรงของเหล็กเนื่องจากปัจจัยที่หลีกเลี่ยงหรือหลีกเลี่ยงไม่ได้:

ข้อบกพร่องในการเชื่อม

ข้อบกพร่องในการเชื่อมเป็นเหตุผลหลักสำหรับการลดความแข็งแรง รูพรุน (ฟองก๊าซเล็ก ๆ ที่ติดอยู่ในรอยเชื่อม) สร้างจุดอ่อนที่ความเครียดสามารถมีสมาธิลดความแข็งแรงของแรงดึงของการเชื่อม การเชื่อมที่มีความพรุน 5% อาจสูญเสีย 10-15% ของความแข็งแรงที่ตั้งใจไว้ ฟิวชั่นที่ไม่สมบูรณ์ - โดยที่การเชื่อมล้มเหลวในการผูกมัดอย่างเต็มที่กับเหล็กฐาน - ทำให้ช่องว่างที่ทำหน้าที่เหมือนรอยแตก ในทำนองเดียวกัน undercut (ร่องตามขอบเชื่อม) ลดการข้ามที่มีประสิทธิภาพ - พื้นที่ส่วนของข้อต่อทำให้อ่อนลงเมื่อเทียบกับเหล็กที่ไม่ได้รับ

ความร้อน - ปัญหาโซน (HAZ) ที่ได้รับผลกระทบ

ความร้อนของการเชื่อมจะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคของเหล็กใกล้กับเชื่อมทำให้เกิดความร้อน - โซนที่ได้รับผลกระทบ (HAZ) ในบางเหล็ก - โดยเฉพาะอย่างยิ่งสูง - คาร์บอนหรือโลหะผสมเหล็ก - การระบายความร้อนอย่างรวดเร็วหลังจากการเชื่อมสามารถทำให้ HAZ เปราะได้ ความเปราะบางนี้ช่วยลดความสามารถของ HAZ ในการดูดซับความเครียดทำให้ข้อต่อล้มเหลวในพื้นที่นี้แม้ว่าการเชื่อมนั้นแข็งแกร่ง ตัวอย่างเช่นการเชื่อมสูง - ความแข็งแรงต่ำ - โลหะผสม (HSLA) โดยไม่ต้องอุ่นหรือโพสต์ - การรักษาความร้อนเชื่อมสามารถทำให้ HAZ อ่อนแอกว่าทั้งการเชื่อมและเหล็กฐาน

วัสดุที่ไม่ตรงกัน

การใช้วัสดุฟิลเลอร์ที่มีความแข็งแรงต่ำกว่าเหล็กฐานรับประกันการเชื่อมที่อ่อนแอกว่า ถ้าเหล็กอ่อน (60,000 psi) เชื่อมด้วยฟิลเลอร์ที่ออกแบบมาสำหรับเหล็กความแข็งแรงต่ำ - (40,000 psi) การเชื่อมจะล้มเหลวก่อนที่โลหะฐาน ในทำนองเดียวกันการเชื่อมเหล็กที่แตกต่างกัน (เช่นเหล็กกล้าอ่อนไปยังสแตนเลส) โดยไม่มีฟิลเลอร์ที่เข้ากันได้สามารถสร้างสารประกอบ intermetallic ที่เปราะบางในการเชื่อมลดความแข็งแรงด้านล่างของวัสดุฐานทั้งสอง

การออกแบบร่วมที่ไม่ดี

ข้อต่อที่ออกแบบมาไม่ดีบ่อนทำลายแม้แต่การเชื่อมที่ดีที่สุด ตัวอย่างเช่นการเชื่อมเนื้อที่มีความยาวขาขนาดเล็กมีพื้นที่แยกขนาดเล็กกว่า - พื้นที่ส่วนหนึ่งกว่าเหล็กฐาน จำกัด โหลด - ความจุแบริ่ง การเชื่อมเหล็กบาง ๆ ที่มีข้อต่อที่สร้างความเข้มข้นของความเครียด -} เช่นมุมที่คมชัด - สามารถทำให้การเชื่อมล้มเหลวภายใต้ความตึงเครียดแม้ว่าโลหะเชื่อมนั้นแข็งแกร่ง

การทดสอบเพื่อเปรียบเทียบการเชื่อมและความแข็งแรงของเหล็ก

เพื่อตรวจสอบว่าการเชื่อมตรงกับความแข็งแรงของเหล็กวิศวกรใช้การทดสอบแรงดึงหรือไม่ ตัวอย่างของรอยเชื่อมถูกดึงออกจากกันในเครื่องและแรงที่จำเป็นในการทำลายมันถูกวัด หากตัวอย่างแตกในเหล็กฐาน (ไม่ใช่การเชื่อมหรือ HAZ) การเชื่อมจะได้รับการยืนยันว่าแข็งแรงเท่ากับเหล็ก หากมันแตกในการเชื่อมหรือ HAZ การเชื่อมจะอ่อนแอกว่าและการปรับกระบวนการเป็นสิ่งจำเป็น

ตัวอย่างเช่นการทดสอบแรงดึงบนข้อต่อเหล็กอ่อนที่มีรอยเชื่อมอย่างเหมาะสมมักจะแสดงแรงแตกเท่ากับแท่งเหล็กแข็งในมิติเดียวกัน สิ่งนี้เป็นการยืนยันว่าการเชื่อมได้รับ "ความแข็งแรงของโลหะแม่" - คำศัพท์อุตสาหกรรมสำหรับการเชื่อมที่แข็งแกร่งเท่ากับเหล็กฐาน

จริง - ตัวอย่างโลกของความแข็งแกร่งของการเชื่อม

ในการใช้งานโครงสร้างเช่นคานสะพานหรือกรอบอาคารเชื่อมได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ตรงกับความแข็งแรงของคานเหล็ก ข้อต่อรอยเชื่อมในโครงสร้างเหล่านี้ได้รับการทดสอบอย่างเข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขาสามารถทนต่อการโหลดเช่นเดียวกับเหล็กเอง ในทำนองเดียวกันในการผลิตยานยนต์การเชื่อมในส่วนประกอบของแชสซีได้รับการออกแบบให้แข็งแรงเท่ากับโครงเหล็กทำให้มั่นใจได้ว่ายานพาหนะยังคงความสมบูรณ์ของโครงสร้างในการชนกัน

ในทางกลับกันการเชื่อมในแอพพลิเคชั่นความเครียดต่ำ -} - เช่นงานตกแต่งโลหะ - อาจไม่จำเป็นต้องจับคู่ความแข็งแรงของเหล็ก การเชื่อมที่ถือราวบันไดเหล็กไปยังโพสต์เช่นจำเป็นต้องรองรับการโหลดแสงเท่านั้นดังนั้นจุดอ่อนเล็กน้อยจึงเป็นที่ยอมรับได้

ข้อสรุป

การเชื่อมอาจมีความแข็งแรงเท่ากับเหล็ก แต่ขึ้นอยู่กับการดำเนินการอย่างรอบคอบ ดี - ข้อต่อที่ออกแบบมา, วัสดุฟิลเลอร์ที่ตรงกัน, เทคนิคการเชื่อมที่เหมาะสมและความสนใจในการโพสต์ - การรักษาด้วยการเชื่อม (เช่นการบำบัดความร้อนสำหรับเหล็กกล้าอัลลอยด์) ช่วยให้รอยเชื่อมได้รับความแข็งแรงเช่นเดียวกับเหล็กฐาน อย่างไรก็ตามข้อบกพร่องความไม่ตรงกันของวัสดุหรือการควบคุมกระบวนการที่ไม่ดีจะทำให้การเชื่อมอ่อนแอลง

ในการใช้งานที่สำคัญซึ่งความปลอดภัยและความทนทานเป็นสิ่งสำคัญยิ่งเชื่อมได้รับการทดสอบอย่างเข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขาจะตอบสนองหรือเกินความแข็งแรงของเหล็ก เพื่อจุดประสงค์ในทางปฏิบัติส่วนใหญ่ด้วยการฝึกอบรมที่เหมาะสมและการยึดมั่นในมาตรฐานการเชื่อมสามารถจับคู่ความแข็งแรงของเหล็กที่พวกเขาเข้าร่วม - ทำให้การเชื่อมเป็นวิธีการที่เชื่อถือได้สำหรับการสร้างการเชื่อมต่อที่แข็งแกร่งและถาวรในโครงสร้างเหล็ก