ด้วยการพัฒนาของอุตสาหกรรมเหล็ก ปิโตรเคมี เรือ และพลังงานไฟฟ้า โครงสร้างเชื่อมจึงมีแนวโน้มที่จะพัฒนาไปในทิศทางของขนาดใหญ่ ความจุขนาดใหญ่ และพารามิเตอร์สูง และบางส่วนยังคงทำงานในอุณหภูมิต่ำ เย็นจัด สื่อที่กัดกร่อน และสภาพแวดล้อมอื่นๆ
เหล็กกล้าที่มีความแข็งแรงสูง โลหะผสมต่ำ โลหะผสมปานกลางและสูง เหล็กกล้าที่มีความแข็งแรงสูงมาก และวัสดุโลหะผสมต่างๆ จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย อย่างไรก็ตาม การนำเกรดเหล็กและโลหะผสมเหล่านี้มาใช้ ก่อให้เกิดปัญหาใหม่ๆ มากมายในการผลิตงานเชื่อม โดยปัญหาที่พบบ่อยที่สุดและร้ายแรงที่สุดก็คือรอยแตกร้าวที่เกิดจากการเชื่อม
รอยแตกร้าวบางครั้งอาจเกิดขึ้นระหว่างการเชื่อม และบางครั้งอาจเกิดขึ้นระหว่างการวางหรือการทำงาน และเรียกว่ารอยแตกร้าวที่ล่าช้า เนื่องจากไม่สามารถตรวจพบรอยแตกร้าวดังกล่าวในระหว่างการผลิต ความเสียหายจากรอยแตกร้าวดังกล่าวจึงร้ายแรงยิ่งขึ้น รอยแตกร้าวที่เกิดขึ้นในกระบวนการเชื่อมมีหลายประเภท จากการวิจัยในปัจจุบัน พบว่าสามารถแบ่งได้คร่าวๆ เป็น 5 ประเภทตามลักษณะของรอยแตกร้าว ดังนี้
No1. รอยแตกร้าวร้อน
รอยแตกร้าวจากความร้อนเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงในระหว่างการเชื่อม จึงเรียกว่ารอยแตกร้าวจากความร้อน โดยรูปร่าง ช่วงอุณหภูมิ และสาเหตุหลักของรอยแตกร้าวจากความร้อนจะแตกต่างกันไปตามวัสดุของโลหะที่เชื่อม ดังนั้น รอยแตกร้าวจากความร้อนจึงแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่ รอยแตกร้าวจากการตกผลึก รอยแตกร้าวจากการเหลว และรอยแตกร้าวหลายเหลี่ยม
1. รอยแตกร้าวของคริสตัล
ในขั้นตอนปลายของการตกผลึก ฟิล์มของเหลวที่เกิดจากยูเทกติกปริมาตรต่ำจะทำให้การเชื่อมต่อระหว่างเมล็ดพืชอ่อนแอลง และเกิดรอยแตกร้าวขึ้นภายใต้การกระทำของแรงดึง
มักเกิดขึ้นกับรอยเชื่อมเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าผสมต่ำที่มีสิ่งเจือปนสูง (มีปริมาณกำมะถัน ฟอสฟอรัส เหล็ก คาร์บอน และซิลิกอนสูง) และรอยเชื่อมเหล็กออสเทนนิติกเฟสเดียว โลหะผสมนิกเกิล และโลหะผสมอลูมิเนียมบางส่วน ในแต่ละกรณี รอยแตกร้าวแบบผลึกอาจเกิดขึ้นได้ในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนด้วย
2. รอยแตกร้าวจากอุณหภูมิสูง
ภายใต้การกระทำของอุณหภูมิสูงสุดของรอบความร้อนในการเชื่อม การหลอมละลายซ้ำจะเกิดขึ้นในโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนและระหว่างชั้นของการเชื่อมหลายชั้น และรอยแตกร้าวจะเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของความเค้น
มักพบในเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงที่มีโครเมียมและนิกเกิล เหล็กออสเทนนิติก และโลหะผสมนิกเกิลบางชนิดในบริเวณใกล้รอยต่อหรือระหว่างรอยเชื่อมหลายชั้น เมื่อปริมาณกำมะถัน ฟอสฟอรัส และซิลิกอนคาร์บอนในโลหะพื้นฐานและลวดเชื่อมมีสูง แนวโน้มของการแตกร้าวจากการเหลวจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก
3. รอยร้าวพหุภาคี
ในส่วนของการตกผลึกที่เป็นของแข็ง ภายใต้การกระทำของอุณหภูมิและความเครียดที่สูง ข้อบกพร่องของโครงตาข่ายจะเคลื่อนที่และรวมตัวกันเพื่อสร้างขอบเขตรอง ซึ่งจะอยู่ในสถานะพลาสติกต่ำที่อุณหภูมิสูง และรอยแตกจะถูกสร้างขึ้นภายใต้การกระทำของความเครียด
รอยแตกร้าวหลายด้านส่วนใหญ่เกิดขึ้นในรอยเชื่อมโลหะบริสุทธิ์หรือโลหะผสมออสเทนนิติกเฟสเดียว หรือในบริเวณใกล้รอยเชื่อม และจัดอยู่ในประเภทของรอยแตกร้าวแบบร้อน
No.2. รอยแตกร้าวจากการอุ่นเครื่อง
สำหรับเหล็กที่มีโครงสร้างเชื่อมแผ่นหนาและมีองค์ประกอบโลหะผสมเสริมความแข็งแรงด้วยการตกตะกอนบางส่วน รอยแตกร้าวที่เกิดขึ้นในส่วนที่เป็นเม็ดหยาบของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนในการเชื่อมระหว่างการอบชุบเพื่อคลายความเค้นหรือการใช้งานที่อุณหภูมิหนึ่งๆ เรียกว่ารอยแตกร้าวจากการให้ความร้อนซ้ำ รอยแตกร้าวจากการให้ความร้อนซ้ำส่วนใหญ่เกิดขึ้นในส่วนที่เป็นเม็ดหยาบของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนในการเชื่อมของเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงที่มีโลหะผสมต่ำ เหล็กทนความร้อนชนิดเพิร์ลไลต์ เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก และโลหะผสมที่มีส่วนประกอบเป็นนิกเกิลบางส่วน
No.4. รอยแตกร้าวเย็น
รอยแตกร้าวจากความเย็นเป็นรอยแตกร้าวประเภทหนึ่งที่พบได้บ่อยในการเชื่อม ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลงเหลือต่ำกว่าหลังจากการเชื่อม รอยแตกร้าวจากความเย็นมักเกิดขึ้นในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนในการเชื่อมของเหล็กกล้าอัลลอยด์ต่ำ เหล็กกล้าอัลลอยด์ปานกลาง เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง และเหล็กกล้าคาร์บอนสูง ในกรณีเฉพาะ เช่น เมื่อเชื่อมเหล็กกล้าที่มีความแข็งแรงสูงมากหรือโลหะผสมไททาเนียมบางชนิด รอยแตกร้าวจากความเย็นยังปรากฏบนโลหะเชื่อมด้วย
ตามประเภทเหล็กและโครงสร้างต่างๆ ที่ต้องเชื่อม ยังมีรอยแตกร้าวเย็นหลายประเภท ซึ่งสามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็น 3 ประเภท ดังต่อไปนี้:
1. รอยแตกร้าวล่าช้า
เป็นรอยแตกร้าวแบบเย็นที่พบได้ทั่วไป โดยมีลักษณะเด่นคือจะไม่ปรากฏทันทีหลังการเชื่อม แต่มีระยะฟักตัวโดยทั่วไป และเป็นรอยแตกร้าวที่มีลักษณะล่าช้า ซึ่งเกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันของโครงสร้างที่แข็งตัว ไฮโดรเจน และความเค้นยับยั้ง
2. การอุดรอยแตกร้าว
รอยแตกร้าวประเภทนี้โดยทั่วไปไม่ได้เกิดขึ้นช้า แต่จะพบทันทีหลังการเชื่อม โดยบางครั้งอาจเกิดขึ้นที่รอยเชื่อม หรือบางครั้งอาจเกิดขึ้นในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน
ส่วนใหญ่จะเป็นโครงสร้างที่แข็งตัว มีรอยแตกร้าวที่เกิดขึ้นจากแรงเชื่อม
3. รอยแตกร้าวจากพลาสติกเปราะบาง
สำหรับวัสดุบางชนิดที่มีค่าความเป็นพลาสติกต่ำ เมื่อเย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำ ความเครียดที่เกิดจากแรงหดตัวจะเกินค่าสำรองพลาสติกของวัสดุเองหรือรอยแตกที่เกิดจากวัสดุที่เปราะ เนื่องจากเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า จึงถือเป็นรอยแตกจากความเย็นอีกรูปแบบหนึ่ง แต่ไม่มีปรากฏการณ์การหน่วงเวลา
No.4. การฉีกขาดแบบลามินาร์
ในกระบวนการผลิตของแท่นผลิตน้ำมันขนาดใหญ่และถังแรงดันที่มีผนังหนา บางครั้งอาจเกิดรอยแตกร้าวขั้นบันไดขนานกับทิศทางการกลิ้ง ซึ่งเรียกว่า การฉีกขาดแบบลามินาร์
ส่วนใหญ่เกิดจากการมีการรวมชั้น (ตามทิศทางการรีด) ภายในแผ่นเหล็ก และความเค้นที่ตั้งฉากกับทิศทางการรีดที่เกิดขึ้นในระหว่างการเชื่อม ส่งผลให้เกิดรูปร่างเป็นชั้น ๆ แบบ "ขั้นบันได" ในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนซึ่งอยู่ห่างจากไฟมากขึ้น
No.5. การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น
โครงสร้างเชื่อมบางส่วน (เช่น เรือและท่อ) มีรอยแตกร้าวที่เกิดขึ้นล่าช้า ซึ่งเกิดจากการกระทำร่วมกันของสื่อที่กัดกร่อนและความเครียด
ปัจจัยที่มีผลต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น ได้แก่ วัสดุของโครงสร้าง ประเภทของสารกัดกร่อน รูปร่างของโครงสร้าง กระบวนการผลิตและการเชื่อม วัสดุที่ใช้เชื่อม และระดับการบรรเทาความเค้น การกัดกร่อนจากความเค้นเกิดขึ้นระหว่างการใช้งาน
