ความเค้นตกค้างจากการเชื่อมเกิดจากการกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอของแนวเชื่อมที่เกิดจากการเชื่อม การขยายตัวและหดตัวเนื่องจากความร้อนของโลหะเชื่อม เป็นต้น ดังนั้นความเค้นตกค้างจึงเกิดขึ้นพร้อมๆ กับโครงสร้างการเชื่อมอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
วิธีที่พบมากที่สุดในการกำจัดความเค้นตกค้างคือการอบชุบด้วยอุณหภูมิสูง นั่นคือ การเชื่อมจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิหนึ่งและคงไว้เป็นเวลาช่วงระยะเวลาหนึ่งภายในเตาเผาเพื่อการอบชุบ จากนั้นขีดจำกัดผลผลิตของวัสดุที่อุณหภูมิสูงจะลดลง ทำให้เกิดการไหลของพลาสติกในสถานที่ที่มีความเค้นภายในสูง การเปลี่ยนรูปยืดหยุ่นจะค่อยๆ ลดลง และการเปลี่ยนรูปพลาสติกจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นเพื่อลดความเค้น
1. การเลือกวิธีการอบชุบด้วยความร้อน
ผลกระทบของการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมต่อความแข็งแรงแรงดึงและขีดจำกัดการไหลหนืดของโลหะนั้นสัมพันธ์กับอุณหภูมิและระยะเวลาการยึดเกาะของการอบชุบด้วยความร้อน ผลกระทบของการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมต่อความเหนียวต่อแรงกระแทกของโลหะเชื่อมนั้นแตกต่างกันไปตามเกรดเหล็กต่างๆ
การอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมโดยทั่วไปจะใช้การอบชุบด้วยอุณหภูมิสูงเพียงครั้งเดียวหรือการทำให้เป็นมาตรฐานและการอบชุบด้วยอุณหภูมิสูง สำหรับรอยเชื่อมด้วยก๊าซ จะใช้การทำให้เป็นมาตรฐานและการอบชุบด้วยอุณหภูมิสูง เนื่องจากเกรนของรอยเชื่อมด้วยก๊าซและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนนั้นหยาบ และจำเป็นต้องทำให้เกรนละเอียด จึงใช้การทำให้เป็นมาตรฐาน
อย่างไรก็ตาม การทำให้เป็นมาตรฐานเพียงครั้งเดียวไม่สามารถขจัดความเครียดตกค้างได้ ดังนั้นจึงต้องใช้การอบชุบที่อุณหภูมิสูงเพื่อขจัดความเครียด การอบชุบที่อุณหภูมิปานกลางเพียงครั้งเดียวเหมาะสำหรับการประกอบและเชื่อมภาชนะเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำธรรมดาขนาดใหญ่ที่ประกอบในสถานที่เท่านั้น และมีวัตถุประสงค์เพื่อขจัดความเครียดตกค้างบางส่วนและกำจัดไฮโดรเจน
ในกรณีส่วนใหญ่ จะใช้การอบชุบด้วยอุณหภูมิสูงเพียงครั้งเดียว การให้ความร้อนและความเย็นในการอบชุบด้วยความร้อนไม่ควรเร็วเกินไป และผนังด้านในและด้านนอกควรมีความสม่ำเสมอ
2. วิธีการอบชุบด้วยความร้อนสำหรับภาชนะรับแรงดัน
มีวิธีการอบชุบด้วยความร้อน 2 ประเภทที่ใช้ในภาชนะรับแรงดัน ประเภทหนึ่งคือการอบชุบด้วยความร้อนเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกล อีกประเภทหนึ่งคือการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม (PWHT) โดยทั่วไป การอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมคือการอบชุบบริเวณที่เชื่อมหรือส่วนประกอบที่เชื่อมหลังจากเชื่อมชิ้นงานแล้ว
เนื้อหาเฉพาะ ได้แก่ การอบเพื่อคลายความเครียด การอบอย่างสมบูรณ์ การหลอมของแข็ง การทำให้เป็นปกติ การทำให้เป็นปกติและการแบ่งเบาภาระ การแบ่งเบาภาระ การบรรเทาความเครียดที่อุณหภูมิต่ำ การอบชุบด้วยความร้อนแบบตกตะกอน ฯลฯ
ในความหมายที่แคบ การอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมหมายถึงการอบเพื่อบรรเทาความเครียดเท่านั้น นั่นคือ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของโซนการเชื่อมและขจัดผลกระทบที่เป็นอันตรายจากความเครียดตกค้างจากการเชื่อม เพื่อให้ความร้อนโซนการเชื่อมและส่วนที่เกี่ยวข้องให้ความร้อนอย่างสม่ำเสมอและเต็มที่ต่ำกว่าจุดอุณหภูมิของการเปลี่ยนเฟสของโลหะ 2 จากนั้นจึงดำเนินการระบายความร้อนให้สม่ำเสมอ ในหลายกรณี การอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมที่กล่าวถึงนั้นโดยพื้นฐานแล้วคือการอบชุบด้วยความร้อนเพื่อบรรเทาความเครียดหลังการเชื่อม
3. วัตถุประสงค์ของการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม
1). คลายความเครียดตกค้างจากการเชื่อม
2) ทำให้รูปร่างและขนาดของโครงสร้างมีความเสถียรและลดการบิดเบือน
3) ปรับปรุงประสิทธิภาพของโลหะฐานและรอยเชื่อม รวมถึง:
ก. ปรับปรุงความยืดหยุ่นของโลหะเชื่อม
ข. ลดความแข็งบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน
c. ปรับปรุงความทนทานต่อการแตกหัก
d. ปรับปรุงความแข็งแกร่งของความเหนื่อยล้า
e. ฟื้นฟูหรือเพิ่มความแข็งแรงผลผลิตที่ลดลงในกระบวนการขึ้นรูปเย็น
4). ปรับปรุงความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนจากความเค้น
5) ปล่อยก๊าซที่เป็นอันตรายในโลหะเชื่อม โดยเฉพาะไฮโดรเจน ออกไปเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดรอยแตกร้าวตามมา
4. การพิจารณาความจำเป็นของ PWHT
ความจำเป็นในการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมสำหรับภาชนะแรงดันควรระบุไว้อย่างชัดเจนในแบบออกแบบ และข้อกำหนดการออกแบบปัจจุบันสำหรับภาชนะแรงดันก็กำหนดให้ต้องระบุสิ่งนี้
ในภาชนะรับแรงดันที่เชื่อมจะมีแรงเครียดตกค้างจำนวนมากในบริเวณที่เชื่อม และความเครียดตกค้างดังกล่าวจะส่งผลเสียต่อชิ้นงาน ซึ่งจะปรากฏออกมาภายใต้เงื่อนไขบางประการ เมื่อแรงเครียดตกค้างรวมกับไฮโดรเจนในรอยเชื่อม จะส่งเสริมให้บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนแข็งตัวขึ้น ส่งผลให้เกิดรอยแตกร้าวจากความเย็นและรอยแตกร้าวที่ล่าช้า
เมื่อความเค้นสถิตตกค้างในแนวเชื่อมหรือความเค้นรับน้ำหนักแบบไดนามิกในการทำงานของการรับน้ำหนักรวมเข้ากับผลการกัดกร่อนของตัวกลาง อาจทำให้เกิดการกัดกร่อนคล้ายรอยแตกร้าว หรือที่เรียกว่าการกัดกร่อนจากความเค้น ความเค้นตกค้างในการเชื่อมและการแข็งตัวของโลหะฐานที่เกิดจากการเชื่อมเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น
ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าผลกระทบหลักของการเสียรูปและความเค้นตกค้างบนวัสดุโลหะคือการเปลี่ยนโลหะจากการกัดกร่อนสม่ำเสมอไปเป็นการกัดกร่อนเฉพาะที่ กล่าวคือ การกัดกร่อนระหว่างเม็ดหรือข้ามเม็ด แน่นอนว่าทั้งการแตกร้าวจากการกัดกร่อนและการกัดกร่อนระหว่างเม็ดของโลหะเกิดขึ้นในสื่อที่มีคุณสมบัติเฉพาะสำหรับโลหะนั้นๆ
ในกรณีที่มีแรงเครียดตกค้าง จะแตกต่างกันไปตามองค์ประกอบ ความเข้มข้น และอุณหภูมิของตัวกลางที่กัดกร่อน ตลอดจนความแตกต่างในองค์ประกอบ โครงสร้าง สถานะของพื้นผิว สถานะของแรงเครียด ฯลฯ ของโลหะฐานและโซนเชื่อม ทำให้ลักษณะของการกัดกร่อนของความเสียหายอาจเปลี่ยนแปลงได้
ควรพิจารณาว่าภาชนะรับแรงดันที่เชื่อมจะต้องผ่านการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมหรือไม่ โดยพิจารณาจากการใช้งานและขนาดของภาชนะ (โดยเฉพาะความหนาของแผ่นผนัง) คุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ และสภาพการทำงาน ในสถานการณ์ต่อไปนี้ ควรพิจารณาการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม:
1) สภาวะการใช้งานที่รุนแรง เช่น ภาชนะที่มีผนังหนา เสี่ยงต่อการแตกเปราะเมื่อทำงานที่อุณหภูมิต่ำ และภาชนะที่รับน้ำหนักมาก และมีการสลับกันบรรทุก
2) ภาชนะรับแรงดันแบบเชื่อมที่มีความหนาเกินขีดจำกัดที่กำหนด ได้แก่ หม้อไอน้ำ ภาชนะรับแรงดันปิโตรเคมี ฯลฯ ที่มีข้อกำหนดและข้อกำหนดพิเศษ
3) ภาชนะรับแรงดันที่มีเสถียรภาพมิติสูง
4).ภาชนะที่ทำด้วยเหล็กซึ่งมีแนวโน้มแข็งตัวสูง
5) ภาชนะรับแรงดันที่มีความเสี่ยงต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อน
6) ภาชนะรับแรงดันอื่น ๆ ที่กำหนดโดยข้อกำหนดพิเศษ ข้อกำหนด และภาพวาด
ในภาชนะรับแรงดันที่เชื่อมด้วยเหล็ก ความเค้นตกค้างจะเกิดขึ้นในบริเวณใกล้กับรอยเชื่อม การเกิดความเค้นนี้เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่ผสมกับออสเทไนต์ นักวิจัยหลายคนชี้ให้เห็นว่าการอบชุบที่อุณหภูมิ 650 องศาสามารถส่งผลดีต่อภาชนะรับแรงดันที่เชื่อมด้วยเหล็กเพื่อขจัดความเค้นตกค้างหลังการเชื่อมได้
ในขณะเดียวกัน เชื่อกันว่าหากไม่ได้ให้ความร้อนอย่างเหมาะสมหลังการเชื่อม จะไม่สามารถสร้างรอยเชื่อมที่ทนทานต่อการกัดกร่อนได้เสมอไป
โดยทั่วไปเชื่อกันว่าการอบชุบด้วยความร้อนเพื่อบรรเทาความเครียดเป็นกระบวนการที่ให้ความร้อนชิ้นงานเชื่อมถึง 500-650 องศาแล้วจึงค่อย ๆ เย็นลง การลดความเครียดเกิดจากการคืบคลานที่อุณหภูมิสูง โดยเริ่มจาก 450 องศาในเหล็กกล้าคาร์บอนและ 550 องศาในเหล็กกล้าที่มีโมลิบดีนัมเป็นส่วนประกอบ
ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น การคลายความเครียดก็จะง่ายขึ้น แต่เมื่ออุณหภูมิการอบชุบเดิมของเหล็กเกินขีดจำกัด ความแข็งแรงของเหล็กก็จะลดลง ดังนั้น การอบชุบเพื่อคลายความเครียดจึงต้องควบคุมองค์ประกอบทั้ง 2 อย่าง คือ อุณหภูมิและเวลา ซึ่งมีความจำเป็น
อย่างไรก็ตาม ในความเค้นภายในของการเชื่อม ความเค้นดึงและความเค้นอัดมักจะมาพร้อมกันเสมอ และมีความเค้นและการเสียรูปยืดหยุ่นในเวลาเดียวกัน เมื่ออุณหภูมิของเหล็กเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงผลผลิตจะลดลง และการเสียรูปยืดหยุ่นเดิมจะกลายเป็นการเสียรูปพลาสติก ซึ่งก็คือการคลายความเค้น
ยิ่งอุณหภูมิในการให้ความร้อนสูงขึ้นเท่าใด ความเค้นภายในก็จะยิ่งลดลงอย่างเพียงพอ อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิสูงเกินไป พื้นผิวของเหล็กจะเกิดออกซิเดชันอย่างรุนแรง นอกจากนี้ สำหรับอุณหภูมิ PWHT ของเหล็กชุบแข็งและอบชุบ หลักการไม่ควรเกินอุณหภูมิการอบชุบเดิมของเหล็ก ซึ่งโดยทั่วไปจะต่ำกว่าอุณหภูมิการอบชุบเดิมของเหล็กประมาณ 30 องศา มิฉะนั้น วัสดุจะสูญเสียผลการชุบแข็งและอบชุบ และความแข็งแรงและความเหนียวในการแตกหักจะลดลง ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับจุดนี้สำหรับคนงานอบชุบด้วยความร้อน
ยิ่งอุณหภูมิการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมสูงขึ้นเพื่อขจัดความเครียดภายในเท่าใด ระดับความอ่อนตัวของเหล็กก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น โดยปกติแล้ว ความเครียดภายในสามารถขจัดออกไปได้โดยการให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ของเหล็ก อุณหภูมิการตกผลึกใหม่นั้นสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอุณหภูมิการหลอมละลาย
โดยทั่วไป อุณหภูมิการตกผลึกใหม่คือ K=0.4×อุณหภูมิการหลอมเหลว (K) ยิ่งอุณหภูมิการอบชุบด้วยความร้อนใกล้เคียงกับอุณหภูมิการตกผลึกใหม่มากเท่าไร การกำจัดความเครียดตกค้างก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น
5. การพิจารณาผลกระทบโดยรวมของ PWHT
การอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมไม่ได้ให้ประโยชน์อย่างแน่นอน โดยทั่วไป การอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมมีประโยชน์ในการบรรเทาความเค้นตกค้าง และจะดำเนินการเฉพาะเมื่อมีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับการกัดกร่อนจากความเค้นเท่านั้น
อย่างไรก็ตาม การทดสอบความเหนียวต่อแรงกระแทกของชิ้นงานแสดงให้เห็นว่าการอบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมนั้นไม่ดีต่อความเหนียวของโลหะที่สะสมและบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจากการเชื่อม และบางครั้งการแตกร้าวตามเม็ดเกรนอาจเกิดขึ้นภายในช่วงการหยาบของเม็ดเกรนของบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจากการเชื่อม
นอกจากนี้ PWHT ยังต้องอาศัยการลดความแข็งแรงของวัสดุที่อุณหภูมิสูงเพื่อบรรเทาความเค้น ดังนั้น ในระหว่าง PWHT โครงสร้างอาจสูญเสียความแข็งแกร่ง สำหรับโครงสร้างของ PWHT โดยรวมหรือบางส่วน จะต้องพิจารณาการเชื่อมที่อุณหภูมิสูงก่อนการอบชุบด้วยความร้อน
ดังนั้น เมื่อพิจารณาว่าจะดำเนินการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมหรือไม่ ควรเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของการอบชุบด้วยความร้อนอย่างครอบคลุม จากมุมมองของประสิทธิภาพโครงสร้าง มีแง่มุมของการปรับปรุงประสิทธิภาพและมีแง่มุมของการลดประสิทธิภาพ ควรใช้ดุลยพินิจที่สมเหตุสมผลโดยพิจารณาจากทั้งสองแง่มุมอย่างครอบคลุม
