การเสียรูปจากการเชื่อมเป็นปัญหาทั่วไปใน การผลิตเหล็กโครงสร้างและการก่อสร้าง เหล็ก การเสียรูปมากเกินไปอาจส่งผลต่อความแม่นยำของมิติของส่วนประกอบเหล็ก ทำให้เกิดปัญหาระหว่างการประกอบและการติดตั้ง และลดประสิทธิภาพโดยรวมของโครงสร้างเหล็กที่เสร็จสมบูรณ์

ในกรณีที่รุนแรง การเสียรูปในการเชื่อมอาจทำให้เกิดโมเมนต์การดัดงอ ความเค้นทุติยภูมิ และปัญหาการจัดตำแหน่งเพิ่มเติม ดังนั้นการควบคุมการบิดเบี้ยวของการเชื่อมอย่างมีประสิทธิผลจึงเป็นส่วนสำคัญของการออกแบบโครงสร้างเหล็ก การผลิต และการจัดการคุณภาพ

เหตุใดการเชื่อมเสียรูปจึงเกิดขึ้น?

ในระหว่างการเชื่อม เหล็กรอบๆ แนวเชื่อมจะได้รับความร้อนอย่างรวดเร็วแล้วเย็นตัวลงไม่สม่ำเสมอ การขยายตัวและการหดตัวเนื่องจากความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอนี้อาจทำให้เกิด:

• การเสียรูปเชิงมุม

• การหดตัวตามยาว

• การหดตัวตามขวาง

• การดัดงอ

• การบิด

• การโก่งงอในท้องถิ่น

• ส่วนเบี่ยงเบนมิติโดยรวม

ปริมาณของการเสียรูปขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ความหนาของแผ่น ขนาดการเชื่อม การป้อนความร้อน การออกแบบรอยต่อ ลำดับการเชื่อม สภาวะการควบคุม และคุณสมบัติของวัสดุ

วิธีการควบคุมการเสียรูปของการเชื่อม

1. ลดหน้าตัดการเชื่อม

เมื่อยังคงสามารถตอบสนองความต้องการด้านคุณภาพการเชื่อมและความแข็งแรงของโครงสร้างได้ มุมของร่องและช่องว่างของรูตควรมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

การลดปริมาณโลหะเชื่อมที่สะสมจะช่วยลดการป้อนความร้อนและการหดตัวของการเชื่อม

2. ควบคุมอินพุตความร้อนในการเชื่อม

สำหรับเหล็กที่เหมาะสมซึ่งมีกำลังให้ผลผลิตต่ำกว่าประมาณ 345 MPa และมีความสามารถในการชุบแข็งค่อนข้างต่ำ ควรหลีกเลี่ยงการใช้ความร้อนที่มากเกินไป

ในกรณีที่ได้รับอนุญาตตามขั้นตอนการเชื่อมที่เกี่ยวข้อง ควรควบคุมอุณหภูมิการอุ่นและระหว่างทางอย่างเหมาะสม

กระบวนการเชื่อมที่ใช้ความร้อนต่ำ เช่น การเชื่อมแบบป้องกันก๊าซ CO₂ สามารถช่วยลดการเปลี่ยนรูปเนื่องจากความร้อนได้

พารามิเตอร์การเชื่อมทั้งหมดควรเป็นไปตามขั้นตอนการเชื่อมที่ได้รับอนุมัติและมาตรฐานโครงการที่เกี่ยวข้อง

3. ใช้การเชื่อมแบบหลายรอบสำหรับแผ่นหนา

สำหรับแผ่นเหล็กหนา โดยทั่วไปการเชื่อมแบบหลายรอบจะดีกว่าการเชื่อมขนาดใหญ่ในการผ่านครั้งเดียว

การเชื่อมหลายรอบช่วยให้ควบคุมการกระจายความร้อนได้ดีขึ้น และช่วยลดการเสียรูปเฉพาะจุดมากเกินไป

4. ใช้การเชื่อมเป็นระยะเมื่อได้รับอนุญาต

สำหรับตัวทำให้แข็งตามยาวและตัวทำให้แข็งตามขวาง การเชื่อมเป็นระยะสามารถลดปริมาณโลหะเชื่อมและความร้อนทั้งหมดได้เมื่อได้รับอนุญาตตามข้อกำหนดการออกแบบโครงสร้าง

อย่างไรก็ตาม การเชื่อมต่อเนื่องควรใช้เมื่อจำเป็นโดยการคำนวณโครงสร้าง ข้อกำหนดด้านความล้า ข้อกำหนดในการปิดผนึก หรือข้อกำหนดเฉพาะของโครงการ

5. ใช้การเชื่อมแบบสมมาตร

เมื่อสามารถเข้าถึงข้อต่อทั้งสองด้านได้ ควรพิจารณาร่องสองด้านที่สมมาตร

สำหรับการเชื่อมแบบหลายรอบ ควรวางรอยเชื่อมรอบแกนกลางของส่วนประกอบอย่างสมมาตรทุกครั้งที่เป็นไปได้

ซึ่งจะช่วยปรับสมดุลการหดตัวของการเชื่อมและลดการบิดเบือนเชิงมุม

6. เพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อม T-Joint

สำหรับข้อต่อ T ที่หนาหรือข้อต่อรูปไม้กางเขน การเชื่อมแบบร่องอาจเหมาะสมกว่าการเชื่อมฟิเลต์ทั่วไปขนาดใหญ่

เมื่อออกแบบอย่างเหมาะสม การเชื่อมแบบร่องสามารถลดปริมาตรเนื้อโลหะเชื่อมที่ต้องการได้ในขณะที่ยังคงความแข็งแรงของรอยเชื่อมที่จำเป็นไว้

7. ใช้การเปลี่ยนรูปก่อนการเชื่อม

การตั้งค่าล่วงหน้าหรือการเสียรูปแบบย้อนกลับสามารถทำได้ก่อนการเชื่อมเพื่อชดเชยการบิดเบือนเชิงมุมที่คาดหวัง

หลังจากการเชื่อมและการระบายความร้อน ส่วนประกอบสามารถกลับมาใกล้กับรูปทรงที่ต้องการมากขึ้น

วิธีการนี้มักใช้กับคานเหล็ก ส่วน H แผ่น และส่วนประกอบอื่นๆ ที่ประดิษฐ์ขึ้น

8. ปล่อยให้การเชื่อมหดตัว

ค่าเผื่อขนาดสามารถนำมารวมไว้ระหว่างการผลิตเพื่อชดเชยการหดตัวตามยาวและตามขวางที่คาดไว้

ตัวอย่างเช่น ส่วน H ที่ประดิษฐ์ขึ้นอาจต้องใช้ความยาวเพิ่มเติมเพื่อชดเชยการหดตัวของรอยเชื่อมตามยาว

ค่าเผื่อที่แท้จริงควรถูกกำหนดตาม:

• ขนาดส่วนประกอบ

• ความหนาของแผ่น

• ขนาดเชื่อม

• กระบวนการเชื่อม

• การกำหนดค่าร่วมกัน

• ประสบการณ์การประดิษฐ์

• ขั้นตอนการเชื่อมที่ได้รับอนุมัติ

แทนที่จะอาศัยค่าคงที่เพียงค่าเดียว ควรตรวจสอบค่าเผื่อการหดตัวตามเงื่อนไขการผลิตจริง

9. ปรับปรุงความเรียบของวัสดุและความแม่นยำในการประกอบ

สำหรับส่วนประกอบที่เป็นเหล็กขนาดยาว การบิดตัวมักจะลดลงได้โดยการปรับปรุงความเรียบของแผ่นเหล็กและความแม่นยำในการประกอบส่วนประกอบ

ปัจจัยสำคัญ ได้แก่ :

• มุมร่องที่แม่นยำ

• ช่องว่างของรากสม่ำเสมอ

• การจัดตำแหน่งสมาชิกที่ถูกต้อง

• ตำแหน่งการเชื่อมที่เหมาะสม

• ทิศทางอิเล็กโทรดหรือหัวเชื่อมที่แม่นยำ

• พารามิเตอร์การเชื่อมที่สม่ำเสมอ

การรักษาสภาพการเชื่อมที่สม่ำเสมอตลอดทั้งส่วนประกอบช่วยลดการเสียรูปตามยาวและเชิงมุมที่ไม่สม่ำเสมอ

10. ลดรอยเชื่อมที่ไม่จำเป็นให้เหลือน้อยที่สุด

ในระหว่างการออกแบบโครงสร้าง ควรหลีกเลี่ยงการเชื่อมที่ไม่จำเป็นทุกครั้งที่เป็นไปได้

ส่วนเหล็กแผ่นรีด ส่วนประกอบที่ขึ้นรูป หรือโปรไฟล์ที่ได้มาตรฐานอาจถูกนำมาใช้แทนการประกอบที่มีการเชื่อมอย่างแน่นหนาตามความเหมาะสม

การลดจำนวนและขนาดของรอยเชื่อมสามารถช่วย:

• ลดความร้อนจากการเชื่อม

• ลดการเสียรูปให้เหลือน้อยที่สุด

• ลดเวลาในการผลิต

• ต้นทุนการแก้ไขที่ต่ำกว่า

• ปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต

11. ปรับตำแหน่งการเชื่อมให้เหมาะสม

รอยเชื่อมควรอยู่ในตำแหน่งที่ใกล้กับแกนกลางหรือเส้นกึ่งกลางของหน้าตัดให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

รูปแบบการเชื่อมแบบสมมาตรสามารถลดการเสียรูปจากการโค้งงอที่เกิดจากการหดตัวที่ไม่สมดุล

ควรหลีกเลี่ยงความเข้มข้นของการเชื่อม เนื่องจากรอยเชื่อมที่มีระยะห่างกันอย่างใกล้ชิดอาจทำให้เกิดการสะสมความร้อนมากเกินไปและการบิดเบี้ยวเฉพาะที่

12. ใช้ลำดับการเชื่อมที่เหมาะสม

สำหรับส่วนประกอบที่มีการเชื่อมหลายจุด ลำดับการเชื่อมที่เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญ

วิธีการที่เหมาะสมอาจรวมถึง: ขึ้นอยู่กับการออกแบบส่วนประกอบ

• การเชื่อมแบบสมมาตร

• การเชื่อมแบบย้อนกลับ

• ข้ามการเชื่อม

• การเชื่อมส่วน

• เชื่อมจากตรงกลางไปทางปลายทั้งสองข้าง

ลำดับที่วางแผนไว้อย่างดีช่วยกระจายความร้อนได้อย่างสม่ำเสมอยิ่งขึ้น และป้องกันการเสียรูปจากการสะสมในทิศทางเดียว

การควบคุมการเปลี่ยนรูปการเชื่อมในการผลิต

ลดจำนวนรอยเชื่อม

การออกแบบโครงสร้างควรลดการเชื่อมต่อแบบเชื่อมที่ไม่จำเป็นให้เหลือน้อยที่สุด

ในกรณีที่ใช้งานได้จริง ส่วนที่เป็นม้วนหรือส่วนประกอบที่เป็นเหล็กขึ้นรูปสามารถทดแทนชิ้นส่วนเชื่อมที่ประดิษฐ์ขึ้น ซึ่งจะช่วยลดจำนวนตัวทำให้แข็งและรอยต่อที่เชื่อม

สิ่งนี้สามารถลดทั้งการเสียรูปในการเชื่อมและการยืดผมในภายหลังได้อย่างมาก

เลือกรูปร่างและขนาดการเชื่อมที่เหมาะสม

สำหรับข้อต่อชนแผ่นหนา ข้อต่อร่อง X อาจต้องใช้โลหะเชื่อมสะสมน้อยกว่าข้อต่อร่อง V ทั่วไป

การลดปริมาตรโลหะเชื่อมจะช่วยลด:

• อินพุตความร้อนในการเชื่อม

• การหดตัวตามขวาง

• การเสียรูปเชิงมุม

• ความเครียดตกค้าง

สำหรับข้อต่อตัว T ที่ไม่จำเป็นต้องมีการเชื่อมขนาดใหญ่เพื่อความแข็งแรงของโครงสร้าง ควรเลือกขนาดการเชื่อมฟิลเล็ตที่ใช้งานได้จริงขั้นต่ำตามข้อกำหนดการออกแบบที่เกี่ยวข้อง

ในกรณีที่สภาพโครงสร้างเอื้ออำนวย การเชื่อมเป็นระยะๆ อาจช่วยลดการเสียรูปได้เช่นกัน

เพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบโครงสร้าง

การเสียรูปในการเชื่อมควรได้รับการพิจารณาในระหว่างขั้นตอนการออกแบบโครงสร้าง ไม่ใช่เฉพาะในระหว่างการผลิตเท่านั้น

สำหรับโครงสร้างแผ่นเหล็กบาง ควรเลือกความหนาของแผ่น ระยะห่างของตัวทำให้แข็ง และขนาดการเชื่อมที่เหมาะสม เพื่อปรับปรุงเสถียรภาพของโครงสร้างและลดการเสียรูปของคลื่น

โดยทั่วไปการกำหนดค่าโครงสร้างที่เรียบง่ายและสม่ำเสมอมักจะสร้างและควบคุมได้ง่ายกว่ารูปทรงรอยเชื่อมที่ซับซ้อนโดยไม่จำเป็น

การควบคุมการหดตัวตามขวางและตามยาว

ในโครงสร้างที่มีรอยเชื่อมหลายๆ แบบ การหดตัวตามขวางอาจมีนัยสำคัญมากกว่าการหดตัวตามยาว

ด้วยเหตุนี้ จึงควรพิจารณาการวางแนวการเชื่อมและตำแหน่งอย่างรอบคอบในระหว่างการออกแบบ

หากเป็นไปได้ รอยเชื่อมควร:

• ให้จัดวางอย่างสมมาตร

• ตั้งอยู่ใกล้กับเส้นกึ่งกลางของส่วน

• หลีกเลี่ยงความเข้มข้นมากเกินไป

• มุ่งเน้นที่จะลดการเสียรูปในทิศทางวิกฤติให้เหลือน้อยที่สุด

มาตรการเหล่านี้ช่วยลดการโค้งงอ การบิด และการเบี่ยงเบนมิติหลังการเชื่อม

การแก้ไขความผิดปกติของการเชื่อม

แม้ว่าจะมีมาตรการควบคุมที่เหมาะสม แต่การเสียรูปบางส่วนก็ยังอาจเกิดขึ้นได้

วิธีการแก้ไขทั่วไป ได้แก่:

• การยืดผมแบบกลไก

• ควบคุมการยืดผมด้วยความร้อน

• กดแก้ไข

• การยืดเปลวไฟตามที่ได้รับอนุญาต

• การปรับเชิงกลในท้องถิ่น

งานแก้ไขควรดำเนินการอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เหล็กเสียหาย เกิดรอยแตกร้าว หรือส่งผลเสียต่อคุณสมบัติของวัสดุ

บทสรุป

การควบคุมการเปลี่ยนรูปการเชื่อมที่มีประสิทธิภาพต้องอาศัยการประสานงานระหว่าง การออกแบบโครงสร้าง การพัฒนาขั้นตอนการเชื่อม การผลิต การประกอบ ลำดับการเชื่อม และการตรวจสอบคุณภาพ.

แนวทางที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือป้องกันการเสียรูปมากเกินไปทั้งก่อนและระหว่างการเชื่อม แทนที่จะพึ่งพาการแก้ไขหลังการแปรรูปอย่างมาก

ด้วยการควบคุมขนาดการเชื่อม การป้อนความร้อน การออกแบบข้อต่อ ลำดับการเชื่อม ความแม่นยำในการประกอบ และค่าเผื่อการหดตัว ผู้ผลิตเหล็กจึงสามารถบรรลุความแม่นยำของมิติที่สูงขึ้น ประสิทธิภาพการติดตั้งที่ดีขึ้น และประสิทธิภาพโครงสร้างที่เชื่อถือได้มากขึ้น