Εγκάρσια ρωγμή σε συγκολλημένο χαλύβδινο σωλήνα: ριζικές αιτίες και πρόληψη

Η ρωγμή παραμένει ένα από τα πιο σοβαρά ελαττώματα που συναντώνται στην παραγωγή συγκολλημένων σωλήνων και είναι επίσης ένα από τα λιγότερο επιεικώς - σε αντίθεση με μια απόκλιση διαστάσεων ή ένα ψεγάδι στην επιφάνεια, μια ρωγμή στη ραφή συγκόλλησης είναι ένα δομικό ελάττωμα που μπορεί να διαδοθεί υπό το φορτίο λειτουργίας και να οδηγήσει σε πλήρη αστοχία. Οι ρωγμές στον συγκολλημένο σωλήνα ταξινομούνται γενικά ανάλογα με τον προσανατολισμό τους σε σχέση με τη γραμμή συγκόλλησης σε δύο κατηγορίες:διαμήκεις ρωγμές, που τρέχουν παράλληλα με τη ραφή συγκόλλησης, καιεγκάρσιες ρωγμές, που το διασχίζουν. Αυτό το άρθρο εστιάζει ειδικά στην εγκάρσια ρωγμή - γιατί σχηματίζεται και τι πρέπει να ελέγξει ένας παραγωγός για να την αποτρέψει, με ιδιαίτερη προσοχή στη σπειροειδή (SSAW) συγκολλημένος σωλήνας, όπου η γεωμετρία της ελικοειδούς ραφής προσθέτει τις δικές της εκτιμήσεις στη γενική μεταλλουργία συγκόλλησης που εμπλέκεται.

Οι εγκάρσιες ρωγμές στον συγκολλημένο σωλήνα σχηματίζονται συνήθως κατά τη στερεοποίηση και την κρυστάλλωση του ίδιου του μετάλλου συγκόλλησης και όχι μετά. Καθώς η λιωμένη δεξαμενή συγκόλλησης ψύχεται, στερεοποιείται προοδευτικά από τα εξωτερικά άκρα της πισίνας προς τα μέσα προς την κεντρική γραμμή, με τους κόκκους να αναπτύσσονται προς την κατεύθυνση της ροής θερμότητας. Αυτή η στερεοποίηση συνοδεύεται από ογκομετρική συρρίκνωση - το μέταλλο απλά καταλαμβάνει λιγότερο χώρο καθώς μεταβαίνει από υγρό σε στερεό και συνεχίζει να συστέλλεται καθώς ψύχεται περαιτέρω προς τη θερμοκρασία δωματίου.

Αυτή η συρρίκνωση δημιουργείεφελκυστική τάσηκατά μήκος της συγκόλλησης και επειδή το περιβάλλον βασικό μέταλλο και το ήδη-στερεοποιημένο μέταλλο συγκόλλησης αντιστέκονται στη συστολή, η τάση ανάπτυξης συγκεντρώνεται περισσότερο στην κεντρική γραμμή της συγκόλλησης, όπου στερεοποιείται το τελευταίο υγρό μέταλλο και όπου τα όρια κόκκων εκατέρωθεν της δεξαμενής συναντώνται σχεδόν κατά μέτωπο-. Εάν αυτή η περιοχή κεντρικής γραμμής δεν μπορεί να υποδεχτεί την τάση εφελκυσμού - επειδή η δομή του κόκκου είναι δυσμενής, επειδή τα επιβλαβή ιχνοστοιχεία έχουν αποδυναμώσει τα όρια των κόκκων ή επειδή η ίδια η τάση είναι μεγαλύτερη από ό,τι χρειάζεται λόγω κακού ελέγχου της διαδικασίας - ανοίγει μια ρωγμή κάθετα προς την κατεύθυνση της συγκόλλησης. Αυτός ο κάθετος προσανατολισμός είναι ακριβώς αυτό που το κάνει εγκάρσια ρωγμή και όχι διαμήκη.

Το παρακάτω διάγραμμα απεικονίζει αυτόν τον μηχανισμό: το μέτωπο στερεοποίησης που ακολουθεί τον πυρσό συγκόλλησης, η τάση συρρίκνωσης που τραβιέται κατά μήκος της γραμμής συγκόλλησης καθώς ψύχεται η πισίνα και το προκύπτον άνοιγμα ρωγμής στην κεντρική γραμμή όπου συγκεντρώνεται αυτή η τάση.

Η τάση συρρίκνωσης στερεοποίησης είναι μια βασική συνθήκη κάθε συγκόλλησης - δεν μπορεί να εξαλειφθεί πλήρως, μόνο η διαχείριση. Αλλά ένας δεύτερος παράγοντας μετατρέπει τη συνηθισμένη τάση συρρίκνωσης σε πραγματική ρωγμή πολύ πιο εύκολα: η παρουσία ακαθαρσιών χαμηλού-σημείου τήξης-στο μέταλλο συγκόλλησης και στην παραγωγή σπειροειδών-συγκολλημένων σωλήνων,ο χαλκός είναι ο πιο συνηθισμένος παραβάτης.

Ο χαλκός εισέρχεται στη δεξαμενή συγκόλλησης από μια απροσδόκητη πηγή: η λεπτή επικάλυψη χαλκού που εφαρμόζεται στο σύρμα συγκόλλησης για να αποτρέψει τη σκουριά της επιφάνειας κατά την αποθήκευση και να βελτιώσει την ηλεκτρική επαφή και την τροφοδοσία μέσω του εξοπλισμού συγκόλλησης. Καθώς το σύρμα τροφοδοτείται μέσω του άκρου επαφής με υψηλή ταχύτητα, η τριβή σταδιακά φθείρει την οπή του άκρου και τα λεπτά σωματίδια χαλκού - τόσο από την επίστρωση του σύρματος όσο και, στις φθαρμένες άκρες, από το ίδιο το χάλκινο άκρο επαφής - ξεφλουδίζονται και μεταφέρονται στη ροή και στο τόξο, φτάνοντας τελικά στη λιμνούλα συγκόλλησης.

Ο χαλκός λιώνει σε πολύ χαμηλότερη θερμοκρασία από τον χάλυβα. Καθώς η δεξαμενή συγκόλλησης στερεοποιείται, ο χαλκός που υπάρχει δεν στερεοποιείται με τη μήτρα χύδην χάλυβα - παραμένει υγρή περισσότερο και διαχωρίζεται στα όρια των κόκκων, όπου τα διαβρέχει και τα εξασθενεί. Αυτή είναι μια μορφήευθραυστότητα υγρού-μετάλλου: το όριο των κόκκων, ήδη υπό τάση εφελκυσμού από την κανονική συρρίκνωση στερεοποίησης, έχει τώρα πολύ μικρότερη αντίσταση σε αυτή την τάση επειδή ο χαλκός έχει θέσει σε κίνδυνο τη συνοχή του. Το αποτέλεσμα είναι ότι οι εγκάρσιες ρωγμές εμφανίζονται στα μολυσμένα όρια από χαλκό-σε επίπεδα τάσης που μια μη μολυσμένη συγκόλληση θα ανεχόταν χωρίς πρόβλημα.

Η πρόληψη της εγκάρσιας ρωγμής δεν είναι θέμα οποιασδήποτε επιδιόρθωσης - απαιτεί έλεγχο τόσο της υποκείμενης τάσης συρρίκνωσης όσο και της μεταλλουργικής μόλυνσης που καθιστά τη συγκόλληση ευάλωτη σε αυτήν. Στην πράξη, αυτό ανάγεται σε πέντε τομείς ελέγχου διαδικασίας.

1. Επιλογή αναλώσιμων συγκόλλησης

Το σημείο εκκίνησης είναι η επιλογή σύρματος συγκόλλησης και ροής με χημεία κατάλληλη για το υλικό βάσης και απαλλαγμένη από υπερβολικά επιβλαβή ιχνοστοιχεία. Η προσεκτική επιλογή αναλώσιμων μειώνει το βασικό επίπεδο των ακαθαρσιών που εισέρχονται στη δεξαμενή συγκόλλησης αρχικά, γεγονός που μειώνει την πιθανότητα εγκάρσιας ρωγμής ανεξάρτητα από το τι άλλο συμβαίνει κατάντη στη διαδικασία. Αυτή είναι μια απόφαση που λαμβάνεται πριν καν ξεκινήσει η συγκόλληση και θέτει το ανώτατο όριο για το πόσο καθαρό μπορεί να είναι - το μέταλλο συγκόλλησης, κανένας βαθμός ελέγχου της διαδικασίας κατάντη δεν μπορεί να αντισταθμίσει πλήρως μια κακή επιλογή αναλώσιμου.

2. Σχεδιασμός λοξοτομής και έλεγχος διείσδυσης

Η γεωμετρία της αυλάκωσης ή της λοξότμησης στην ένωση συγκόλλησης επηρεάζει άμεσα την ποσότητα του μετάλλου συγκόλλησης που εναποτίθεται και τον τρόπο με τον οποίο αναπτύσσεται το σχέδιο στερεοποίησης. Η γενική αρχή εδώ είναι να μειώνεται η εσωτερική λοξότμηση συγκόλλησης όπου είναι δυνατόν, χωρίς να θυσιάζεται το βάθος διείσδυσης που πραγματικά χρειάζεται ο σύνδεσμος. Μια μικρότερη εσωτερική λοξότμηση, σε συνδυασμό με επαρκή διείσδυση, οδηγεί σε μικρότερο όγκο δεξαμενής συγκόλλησης και μικρότερη διαδρομή στερεοποίησης, τα οποία μειώνουν το μέγεθος της τάσης συρρίκνωσης που αναπτύσσεται καθώς ψύχεται η συγκόλληση. Η σωστή ισορροπία απαιτεί στενό συντονισμό μεταξύ του σχεδιασμού λοξοτομής και των παραμέτρων συγκόλλησης (ρεύμα, τάση, ταχύτητα διαδρομής) που χρησιμοποιούνται στην πραγματικότητα στη γραμμή, καθώς ένα σχέδιο λοξοτομής δεν μπορεί να αξιολογηθεί μεμονωμένα από τη διαδικασία με την οποία συνδυάζεται.

3. Μορφοποίηση ακριβείας και ευθυγράμμιση κυλίνδρων

Ειδικά σε σπειροειδείς-συγκολλημένους σωλήνες, η ακρίβεια της διαδικασίας διαμόρφωσης του κυλίνδρου-που διαμορφώνει την επίπεδη λωρίδα στο σώμα του ελικοειδούς σωλήνα έχει άμεση σχέση με την υπολειπόμενη τάση που υπάρχει στον σύνδεσμο συγκόλλησης πριν ακόμη ξεκινήσει η συγκόλληση. Εάν τα άκρα της λωρίδας δεν έλθουν σε ακριβή ευθυγράμμιση - σταθερό κενό, σταθερό ύψος ακμής, σταθερή καμπυλότητα που ταιριάζει με την προβλεπόμενη διάμετρο σωλήνα -, η συγκόλληση πρέπει να φιλοξενήσει μια γεωμετρική αναντιστοιχία επιπλέον της κανονικής συρρίκνωσης στερεοποίησης. Αυτή η πρόσθετη υπολειμματική τάση μειώνει το διαθέσιμο περιθώριο πριν από την έναρξη μιας εγκάρσιας ρωγμής. Η ακριβής διαμόρφωση, που μερικές φορές αναφέρεται ως "συντονισμός σχήματος" στο δάπεδο παραγωγής, μειώνει αυτήν την υπολειπόμενη τάση στην πηγή αντί να προσπαθεί να την αντισταθμίσει αργότερα στις παραμέτρους συγκόλλησης.

4. Έλεγχος Συντελεστή Μορφής Συγκόλλησης

Οπαράγοντας μορφής συγκόλλησης- ο λόγος του πλάτους της επιφάνειας του σφαιριδίου συγκόλλησης προς το βάθος διείσδυσής του - έχει μια άμεση και καλά τεκμηριωμένη σχέση με την επιδεκτικότητα ρωγμών. Μια στενή, βαθιά δεξαμενή συγκόλλησης στερεοποιείται με κόκκους να αναπτύσσονται απότομα προς τα μέσα και από τις δύο πλευρές και να συναντώνται σχεδόν-στην κεντρική γραμμή, συγκεντρώνοντας την τάση συρρίκνωσης κατά μήκος μιας στενής ταινίας. Μια ευρύτερη, πιο ρηχή δεξαμενή συγκόλλησης επιτρέπει στους κόκκους να αναπτύσσονται προς το κέντρο με μικρότερη γωνία, κατανέμοντας την ίδια συνολική τάση συρρίκνωσης σε μια ευρύτερη περιοχή αντί να τη συγκεντρώνει.

Ως πρακτικός στόχος, γενικά διατηρείται ο παράγοντας μορφής συγκόλλησηςπάνω από 1(πλάτος σφαιριδίου μεγαλύτερο από το βάθος διείσδυσης) ειδικά για να αποφευχθεί αυτή η συγκέντρωση τάσεων. Αυτό ελέγχεται κυρίως μέσω των ρυθμίσεων ρεύματος συγκόλλησης, τάσης και ταχύτητας διαδρομής και θα πρέπει να επαληθεύεται ως μέρος της τυπικής πιστοποίησης της διαδικασίας και όχι μόνο από τις ονομαστικές ρυθμίσεις παραμέτρων, καθώς η φθορά του ηλεκτροδίου, η κατάσταση ροής και ακόμη και η θερμοκρασία περιβάλλοντος μπορούν να μετατοπίσουν την πραγματική γεωμετρία των σφαιριδίων που παράγεται μια δεδομένη ημέρα.

5. Επικοινωνήστε με το άκρο και τον έλεγχο μόλυνσης από χαλκό

Επειδή η μόλυνση από χαλκό είναι ένας τόσο δυσανάλογα επιβλαβής παράγοντας σε σχέση με τις μικρές ποσότητες που εμπλέκονται στην πραγματικότητα, αξίζει ειδικούς ελέγχους διαδικασίας αντί να αντιμετωπίζεται ως παρενέργεια της γενικής ποιότητας αναλώσιμων. Αυτό περιλαμβάνει προγραμματισμένη επιθεώρηση και αντικατάσταση των άκρων επαφής πριν γίνει σημαντική η φθορά της οπής, παρακολούθηση της τροφοδοσίας του σύρματος για ορατή απολέπιση ή υποβάθμιση της επίστρωσης και σε ορισμένες περιπτώσεις καθορισμός του σύρματος με ελαφρύτερο ή εναλλακτική επεξεργασία επιφάνειας όπου η συλλογή χαλκού ήταν ένα επαναλαμβανόμενο πρόβλημα. Επειδή αυτή η οδός μόλυνσης είναι σε μεγάλο βαθμό αόρατη στην τελική συγκόλληση μέχρι να εμφανιστεί μια ρωγμή, είναι ένας από τους τομείς όπου η πειθαρχία της προληπτικής συντήρησης έχει μεγαλύτερη σημασία από την αντιδραστική αντιμετώπιση προβλημάτων.

Για έναν αγοραστή που προμηθεύεται SSAW ή άλλο συγκολλημένο σωλήνα, η εγκάρσια ρωγμή είναι σε μεγάλο βαθμό αόρατη σε ένα τυπικό πιστοποιητικό εργοστασίου, εκτός εάν έχει ήδη εξελιχθεί σε ανιχνεύσιμο ελάττωμα που έχει εντοπιστεί από μη -καταστροφική δοκιμή - κατά το οποίο ένα μήκος έχει ήδη απορριφθεί ή επισκευαστεί, προσθέτοντας κίνδυνο κόστους και χρονοδιαγράμματος στην παραγγελία. Η πιο αξιόπιστη προσέγγιση είναι να αξιολογηθεί εάν οι έλεγχοι διαδικασίας ενός προμηθευτή καθιστούν εξαρχής απίθανο το εγκάρσιο ράγισμα. Τα ακόλουθα σημεία αξίζει να επιβεβαιωθούν πριν από την υποβολή μιας παραγγελίας, ιδιαίτερα για έργα μεγαλύτερων ή υψηλότερων{4}}προδιαγραφών:

• Ρωτήστε πώς παρακολουθείται ο συντελεστής μορφής συγκόλλησης και όχι μόνο ο καθορισμός.Ένας προμηθευτής που μπορεί να περιγράψει πώς μετριέται και επαληθεύεται η αναλογία πλάτους σφαιριδίων-προς- βάθος κατά την παραγωγή - αντί να αναφέρει απλώς ένα φύλλο παραμέτρων στόχου -, επιδεικνύει πραγματικό έλεγχο διαδικασίας και όχι προδιαγραφή χαρτιού.
• Ρωτήστε για τα διαστήματα αντικατάστασης του άκρου επαφής και τις πρακτικές χειρισμού καλωδίων.Ένας προμηθευτής με καθορισμένο χρονοδιάγραμμα προληπτικής-συντήρησης για συμβουλές επαφής και ελεγχόμενη αποθήκευση/χειρισμό του σύρματος συγκόλλησης για την αποφυγή ζημιών στην επίστρωση, αντιμετωπίζει προληπτικά τη οδό μόλυνσης από χαλκό αντί να αντιδρά μόνο σε ελαττώματα μετά την εμφάνιση τους.
• Επιβεβαιώστε τις ανοχές διαμόρφωσης/ευθυγράμμισης που τηρούνται πριν από τη συγκόλληση, ειδικά για σπειροειδείς-συγκολλημένους σωλήνες, καθώς η ευθυγράμμιση των άκρων της λωρίδας πριν από το πέρασμα συγκόλλησης έχει άμεση σχέση με την υπολειπόμενη τάση στον σύνδεσμο.
• Ζητήστε την πραγματική μη-μη καταστροφική κάλυψη δοκιμών που εφαρμόζεται στη ραφή συγκόλλησης- ζητήματα αλιευμάτων δοκιμών πλήρους-μήκους που μπορεί να παραλείψει ένα καθεστώς δειγματοληπτικής επιθεώρησης και αυτό έχει μεγαλύτερη σημασία για ελαττώματα τύπου ρωγμής- παρά για τα περισσότερα άλλα ποιοτικά χαρακτηριστικά, καθώς μια ρωγμή που διαφεύγει από την ανίχνευση μπορεί να διαδοθεί υπό το φορτίο λειτουργίας πολύ μετά την έξοδο του σωλήνα από το μύλο.
• Ρωτήστε εάν οι παράμετροι συγκόλλησης είναι κατάλληλες ανά περίοδο παραγωγής ή υποτίθεται ότι είναι στατικές.Επειδή η γεωμετρία των σφαιριδίων και η ποιότητα συγκόλλησης μπορεί να αλλάξουν με τη φθορά του ηλεκτροδίου, την κατάσταση ροής και άλλες μεταβλητές με την πάροδο του χρόνου, ένας προμηθευτής που επαναπροσδιορίζει τις παραμέτρους περιοδικά - αντί να αντιμετωπίζει μια αρχική πιστοποίηση διαδικασίας ως μόνιμη - προσφέρει πιο σταθερή αντίσταση στις ρωγμές σε μια ολόκληρη παραγγελία, όχι μόνο στα πρώτα μήκη που παράγονται.
• Όπου το επιτρέπει η προδιαγραφή του έργου, ζητήστε δεδομένα παραγωγής ή παραδείγματα από προηγούμενες παραγγελίες παρόμοιας διαμέτρου και πάχους τοιχώματος, καθώς η ευαισθησία σε ρωγμές επηρεάζεται από τη γεωμετρία των σωλήνων καθώς και από τις παραμέτρους της διαδικασίας, και το ιστορικό ενός προμηθευτή σε συγκρίσιμα μεγέθη είναι πιο άμεσος δείκτης από τους γενικούς ισχυρισμούς σχετικά με τα συστήματα ποιότητας.

Το εγκάρσιο ράγισμα είναι τελικά ένα ελεγχόμενο ελάττωμα, όχι εγγενής κίνδυνος της διαδικασίας συγκόλλησης -, αλλά ο έλεγχος του απαιτεί προσοχή σε λεπτομέρειες που δεν εμφανίζονται σε ένα τυπικό φύλλο προδιαγραφών: γεωμετρία σφαιριδίων, κατάσταση άκρου επαφής και ακρίβεια σχηματισμού, όλα μαζί με την επιλογή αναλώσιμων ήχου. Οι αγοραστές που ρωτούν για αυτές τις λεπτομέρειες στο στάδιο της πιστοποίησης, αντί να βασίζονται αποκλειστικά στα αποτελέσματα της χημείας και των μηχανικών δοκιμών, είναι σε πολύ πιο ισχυρή θέση για να αποφύγουν το χρονοδιάγραμμα και τον αντίκτυπο στο κόστος μιας ρωγμής-σχετικής απόρριψης αργότερα στο έργο.

Επικοινωνήστε τώρα