Nứt vẫn là một trong những khuyết tật nghiêm trọng nhất gặp phải trong quá trình sản xuất ống hàn và cũng là một trong những khuyết tật ít ổn định nhất -. Không giống như sai lệch kích thước hoặc khuyết tật bề mặt, vết nứt trong đường hàn là một khuyết tật cấu trúc có thể lan truyền dưới tải trọng sử dụng và dẫn đến hư hỏng hoàn toàn. Các vết nứt trong ống hàn thường được phân loại theo hướng của chúng so với đường hàn thành hai loại:vết nứt dọc, chạy song song với đường hàn vàvết nứt ngang, chạy ngang qua nó. Bài viết này tập trung cụ thể vào vết nứt ngang - tại sao nó hình thành và nhà sản xuất cần kiểm soát những gì để ngăn chặn nó, đặc biệt chú ý đến hình xoắn ốc (SSAW) ống hàn, trong đó hình dạng của đường nối xoắn ốc bổ sung thêm những cân nhắc riêng cho quá trình luyện kim hàn nói chung có liên quan.
Các vết nứt ngang thực sự đến từ đâu
Các vết nứt ngang trong ống hàn thường hình thành trong quá trình hóa rắn và kết tinh của chính kim loại mối hàn chứ không phải sau đó. Khi vũng hàn nóng chảy nguội đi, nó đông cứng dần dần từ mép ngoài của vũng hàn vào trong về phía đường tâm, với các hạt phát triển theo hướng dòng nhiệt. Sự đông đặc này đi kèm với sự co rút thể tích - kim loại chỉ chiếm ít không gian hơn khi nó chuyển từ chất lỏng sang chất rắn và tiếp tục co lại khi nguội hơn nữa về nhiệt độ phòng.
Sự co rút đó tạo raứng suất kéodọc theo mối hàn và do kim loại cơ bản xung quanh và kim loại mối hàn đã-đông cứng chống lại sự co lại nên ứng suất phát triển tập trung nhiều nhất ở đường tâm của mối hàn, nơi kim loại lỏng cuối cùng đông đặc lại và nơi các ranh giới hạt từ hai phía của vũng gặp nhau gần như{1}}đối đầu. Nếu vùng đường tâm đó không thể chịu được ứng suất kéo - do cấu trúc hạt không thuận lợi, do các nguyên tố vi lượng có hại đã làm suy yếu ranh giới hạt hoặc do bản thân ứng suất cao hơn mức cần thiết do kiểm soát quá trình kém -, vết nứt sẽ mở ra vuông góc với hướng hàn. Hướng vuông góc đó chính xác là nguyên nhân khiến nó trở thành vết nứt ngang chứ không phải vết nứt dọc.
Sơ đồ dưới đây minh họa cơ chế này: mặt trước hóa rắn kéo theo mỏ hàn, ứng suất co ngót kéo qua đường hàn khi bể nguội và dẫn đến vết nứt mở ra ở đường tâm nơi ứng suất đó tập trung.
Ký tự đại diện luyện kim: Ô nhiễm đồng
Ứng suất co ngót đông đặc là điều kiện cơ bản của mọi mối hàn - nó không thể được loại bỏ hoàn toàn mà chỉ được quản lý. Nhưng yếu tố thứ hai biến ứng suất co ngót thông thường thành vết nứt thực sự dễ dàng hơn nhiều: sự hiện diện của tạp chất có điểm nóng chảy-{3}}thấp trong kim loại mối hàn và trong quá trình sản xuất ống hàn-xoắn ốc,đồng là kẻ phạm tội phổ biến nhất.
Đồng đi vào bể hàn từ một nguồn không mong muốn: lớp phủ đồng mỏng được phủ lên dây hàn để ngăn ngừa rỉ sét bề mặt trong quá trình bảo quản và cải thiện sự tiếp xúc điện và cấp điện qua thiết bị hàn. Khi dây đi qua đầu tiếp xúc ở tốc độ cao, ma sát dần dần làm mòn lỗ khoan của đầu và các hạt đồng mịn - từ lớp phủ dây và, ở các đầu bị mòn, từ bản thân đầu tiếp xúc bằng đồng - bong ra và được đưa vào dòng chảy và hồ quang, cuối cùng đến vũng hàn nóng chảy.
Đồng nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với thép. Khi vũng hàn đông đặc lại, bất kỳ đồng nào có mặt đều không đông cứng lại với ma trận thép khối -, nó vẫn ở dạng lỏng lâu hơn và phân tách thành các ranh giới hạt, nơi nó làm ướt và làm chúng yếu đi. Đây là một hình thứcsự giòn kim loại-chất lỏng: ranh giới hạt, vốn đã chịu ứng suất kéo do co ngót hóa rắn thông thường, giờ đây có khả năng chống lại ứng suất đó ít hơn nhiều vì đồng đã làm tổn hại đến sự gắn kết của nó. Kết quả là các vết nứt ngang xuất hiện tại các ranh giới{1}}bị nhiễm đồng ở mức ứng suất mà mối hàn không bị nhiễm bẩn có thể chịu đựng được mà không gặp vấn đề gì.
Phòng ngừa: Điều gì thực sự làm giảm vết nứt ngang
Ngăn chặn vết nứt ngang không phải là vấn đề của bất kỳ biện pháp khắc phục nào - nó đòi hỏi phải kiểm soát cả ứng suất co ngót cơ bản và sự nhiễm bẩn luyện kim khiến mối hàn dễ bị tổn thương. Trong thực tế, điều này bao gồm năm lĩnh vực kiểm soát quy trình.
1. Lựa chọn vật liệu hàn
Điểm bắt đầu là chọn dây hàn và thuốc hàn có thành phần hóa học phù hợp với vật liệu cơ bản và không chứa quá nhiều nguyên tố vi lượng có hại. Việc lựa chọn vật tư tiêu hao một cách cẩn thận ngay từ đầu sẽ làm giảm mức tạp chất cơ bản xâm nhập vào bể hàn, điều này làm giảm khả năng xảy ra vết nứt ngang bất kể điều gì khác xảy ra ở cuối quy trình. Đây là quyết định được đưa ra thậm chí trước khi quá trình hàn bắt đầu và nó đặt ra giới hạn về mức độ sạch của kim loại mối hàn - không có biện pháp kiểm soát quy trình tiếp theo nào có thể bù đắp hoàn toàn cho việc lựa chọn vật tư tiêu hao kém.
2. Thiết kế góc xiên và kiểm soát thâm nhập
Hình dạng rãnh hoặc góc xiên tại mối hàn ảnh hưởng trực tiếp đến lượng kim loại hàn được lắng đọng và cách phát triển mô hình hóa rắn. Nguyên tắc chung ở đây là giảm góc xiên của mối hàn bên trong nếu có thể mà không làm mất đi độ sâu thâm nhập mà mối hàn thực sự cần. Góc xiên bên trong nhỏ hơn, kết hợp với độ xuyên thấu thích hợp, dẫn đến thể tích vũng hàn nhỏ hơn và đường hóa rắn ngắn hơn, cả hai đều làm giảm cường độ ứng suất co ngót phát triển khi mối hàn nguội đi. Để có được sự cân bằng này đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa thiết kế góc xiên và các thông số hàn (dòng điện, điện áp, tốc độ di chuyển) thực sự được sử dụng trên dây chuyền, vì thiết kế góc xiên không thể được đánh giá tách biệt khỏi quy trình mà nó được ghép nối.
3. Định hình chính xác và căn chỉnh cuộn
Cụ thể là trong ống hàn-xoắn ốc, độ chính xác của quá trình tạo hình cuộn-để định hình dải phẳng vào thân ống xoắn ốc có ảnh hưởng trực tiếp đến ứng suất dư hiện diện tại mối hàn trước khi bắt đầu hàn. Nếu các cạnh dải không được căn chỉnh chính xác - khe hở nhất quán, chiều cao cạnh nhất quán, độ cong nhất quán phù hợp với đường kính ống dự định - thì mối hàn phải điều chỉnh sự không khớp hình học bên cạnh độ co ngót do đông cứng thông thường. Ứng suất dư tăng thêm đó làm giảm biên có sẵn trước khi vết nứt ngang bắt đầu. Tạo hình chính xác, đôi khi được gọi là "điều chỉnh hình dạng" trên sàn sản xuất, làm giảm ứng suất dư này tại nguồn thay vì cố gắng bù lại nó sau này trong các thông số hàn.
4. Kiểm soát hệ số dạng mối hàn
cáchệ số dạng hàn- tỷ lệ giữa chiều rộng bề mặt của mối hàn với độ sâu thâm nhập của nó - có mối quan hệ trực tiếp và được ghi chép rõ ràng-với khả năng bị nứt. Một vũng hàn sâu, hẹp đông cứng lại với các hạt phát triển dốc vào trong từ cả hai phía và gần như gặp nhau-ở đường tâm, tập trung ứng suất co ngót dọc theo một dải hẹp. Vũng hàn rộng hơn, nông hơn cho phép các hạt phát triển về phía tâm ở góc nông hơn, phân bổ ứng suất co ngót tổng thể tương tự trên một khu vực rộng hơn thay vì tập trung vào nó.
Là một mục tiêu thực tế, hệ số dạng mối hàn thường được giữtrên 1(chiều rộng hạt lớn hơn độ sâu thâm nhập) đặc biệt để tránh sự tập trung ứng suất này. Điều này được kiểm soát chủ yếu thông qua cài đặt dòng điện hàn, điện áp và tốc độ di chuyển và cần được xác minh như một phần của quá trình đánh giá thông thường thay vì giả định chỉ từ cài đặt thông số danh nghĩa, vì độ mòn điện cực, điều kiện từ thông và thậm chí cả nhiệt độ môi trường có thể thay đổi hình dạng hạt thực tế được tạo ra trong một ngày nhất định.
5. Đầu tiếp xúc và kiểm soát ô nhiễm đồng
Bởi vì ô nhiễm đồng là một yếu tố gây tổn hại không tương xứng so với số lượng nhỏ thực tế có liên quan, nên nó cần được kiểm soát quy trình chuyên dụng hơn là bị coi là tác dụng phụ của chất lượng vật tư tiêu hao nói chung. Điều này bao gồm kiểm tra theo lịch trình và thay thế các đầu tiếp xúc trước khi lỗ khoan bị mài mòn đáng kể, giám sát việc cấp dây xem có bong tróc hoặc xuống cấp lớp phủ có thể nhìn thấy hay không và trong một số trường hợp, chỉ định dây bằng phương pháp xử lý bề mặt nhẹ hơn hoặc thay thế trong đó việc thu nhận đồng là một vấn đề tái diễn. Bởi vì con đường ô nhiễm này phần lớn không thể nhìn thấy được trong mối hàn đã hoàn thiện cho đến khi vết nứt thực sự xuất hiện, nên đây là một trong những lĩnh vực mà kỷ luật bảo trì phòng ngừa quan trọng hơn việc khắc phục sự cố phản ứng.
Hướng dẫn mua hàng: Đánh giá các phương pháp ngăn ngừa vết nứt-của nhà cung cấp ống hàn
Đối với người mua tìm nguồn cung ứng SSAW hoặc ống hàn khác, vết nứt ngang phần lớn không thể nhìn thấy được trong chứng chỉ nhà máy tiêu chuẩn trừ khi nó đã tiến triển thành một khiếm khuyết có thể phát hiện được do-thử nghiệm không phá hủy - phát hiện tại thời điểm đó một chiều dài đã bị từ chối hoặc sửa chữa, làm tăng thêm rủi ro về chi phí và lịch trình cho đơn đặt hàng. Cách tiếp cận đáng tin cậy hơn là đánh giá xem liệu các biện pháp kiểm soát quy trình của nhà cung cấp có làm cho vết nứt ngang khó xảy ra ngay từ đầu hay không. Những điểm sau đây cần được xác nhận trước khi đặt hàng, đặc biệt đối với các dự án có-thông số kỹ thuật lớn hơn hoặc cao hơn:
- Hỏi cách giám sát hệ số dạng mối hàn chứ không chỉ thiết lập.Nhà cung cấp có thể mô tả cách đo lường và xác minh tỷ lệ chiều rộng -đến{1}}chiều sâu của hạt thực sự trong quá trình sản xuất - thay vì chỉ trích dẫn bảng tham số mục tiêu - đang thể hiện khả năng kiểm soát quy trình thực tế chứ không phải thông số kỹ thuật trên giấy.
- Hỏi về khoảng thời gian thay thế đầu tiếp xúc và cách xử lý dây.Một nhà cung cấp có lịch trình bảo trì-phòng ngừa được xác định cho các đầu tiếp xúc và việc bảo quản/xử lý dây hàn có kiểm soát để tránh hư hỏng lớp phủ sẽ chủ động giải quyết con đường nhiễm bẩn đồng thay vì chỉ phản ứng với các khuyết tật sau khi chúng xảy ra.
- Xác nhận dung sai hình thành/căn chỉnh được giữ trước khi hàn, đặc biệt đối với ống hàn-xoắn ốc, vì việc căn chỉnh mép dải trước đường hàn có ảnh hưởng trực tiếp đến ứng suất dư tại mối nối.
- Yêu cầu phạm vi-kiểm tra không phá hủy thực tế được áp dụng cho đường hànThử nghiệm - toàn bộ{1}} phát hiện các vấn đề mà chế độ kiểm tra lấy mẫu có thể bỏ sót và điều này quan trọng hơn đối với các khuyết tật loại vết nứt- so với hầu hết các đặc tính chất lượng khác, vì vết nứt không được phát hiện có thể lan truyền dưới tải vận hành rất lâu sau khi đường ống rời khỏi nhà máy.
- Hỏi xem các thông số hàn có đủ tiêu chuẩn cho mỗi lần sản xuất hay được giả định là tĩnh.Bởi vì hình dạng hạt và chất lượng mối hàn có thể thay đổi theo độ mòn điện cực, điều kiện từ thông và các biến số khác theo thời gian, nhà cung cấp xác định lại các thông số theo định kỳ - thay vì coi chất lượng quy trình ban đầu là vĩnh viễn - sẽ cung cấp khả năng chống nứt ổn định hơn trên toàn bộ đơn đặt hàng chứ không chỉ một số chiều dài đầu tiên được sản xuất.
- Khi đặc điểm kỹ thuật của dự án cho phép, hãy yêu cầu dữ liệu sản xuất hoặc ví dụ từ các đơn đặt hàng trước có đường kính và độ dày thành tương tự, vì độ nhạy cảm với vết nứt bị ảnh hưởng bởi hình dạng ống cũng như các thông số quy trình và hồ sơ theo dõi của nhà cung cấp về các kích thước tương đương là chỉ số trực tiếp hơn so với các tuyên bố chung về hệ thống chất lượng.
Vết nứt ngang cuối cùng là một khuyết tật có thể kiểm soát được, không phải là rủi ro cố hữu của quá trình hàn - nhưng việc kiểm soát nó đòi hỏi phải chú ý đến các chi tiết không hiển thị trên bảng thông số kỹ thuật tiêu chuẩn: hình học hạt, tình trạng đầu tiếp xúc và độ chính xác tạo hình, tất cả đều hoạt động cùng với việc lựa chọn tiêu hao âm thanh. Những người mua hỏi về những chi tiết cụ thể này ở giai đoạn đánh giá chất lượng, thay vì chỉ dựa vào kết quả thử nghiệm hóa học và cơ học, sẽ có lợi thế hơn nhiều trong việc tránh được tác động về tiến độ và chi phí của việc từ chối liên quan đến vết nứt sau này trong dự án.
