การทำความร้อนเพื่อลดแรงตึงเครียดของชิ้นงานหลังการเชื่อม สามารถใช้แทนการทำความร้อนหลังจากการขึ้นรูปหัวถังด้วยวิธีเย็นได้หรือไม่
Thread Content
ในกระบวนการผลิตของหน่วยงานเรา มีถังแบบตั้งอยู่ 1 ตัว โดยวัสดุหลักคือ Q245 (ในสภาพที่ผ่านการอบร้อนแล้ว) มีขนาด DN1800×20 ตามแบบแปลน จำเป็นต้องมีการปรับสภาพความเครียดของโครงสร้างหลังจากการเชื่อม ดังนั้น เมื่อออกแบบกระบวนการผลิต ผมจึงกำหนดให้ใช้วิธีการขึ้นรูปด้วยความเย็นสำหรับส่วนหัวถัง (เพราะสามารถควบคุมขนาดได้ง่าย และมีต้นทุนการผลิตที่ต่ำ) จากนั้นจึงทำการเชื่อมทั้งหมดเข้าด้วยกัน แล้วค่อยทำการปรับสภาพความเครียดอีกครั้ง ในกรณีนี้ หน่วยงานบางแห่งจะใช้วิธีการขึ้นรูปด้วยความร้อน จากนั้นจึงทำการอบชุบเพื่อให้วัสดุอยู่ในสภาวะที่เหมาะสม แล้วจึงทำการอบชุบเพื่อขจัดความเครียดทั้งหมดหลังการเชื่อม การจัดลำดับขั้นตอนการผลิตแบบนี้ แม้ว่าจะไม่มีปัญหาใหญ่ๆ แต่ต้นทุนการผลิตกลับสูงเกินไป จนไม่มีความจำเป็นเลย ไม่ทราบว่าเพื่อนๆ คิดอย่างไรกับเรื่องนี้บ้าง?
ทั้งในแง่ของประสิทธิภาพและมาตรฐาน ก็ถือว่าเป็นไปได้ทั้งสิ้น
การปรับสภาพความร้อนของหัวปิดรูปวงรีที่ผ่านการขึ้นรูปด้วยความเย็น ควรเป็นไปตามข้อกำหนดในมาตรฐาน GB25198 ข้อ 6.4.5.1
การตัดสินใจว่าจำเป็นต้องทำการปรับสภาพด้วยความร้อนหรือไม่ สามารถพิจารณาตามข้อกำหนดในมาตรฐาน GB25198 ข้อ 6.4.5.1 ได้ แต่หากอุปกรณ์นี้ได้รับการปรับสภาพด้วยความร้อนเพื่อลดความเครียดหลังการเชื่อมไปแล้ว ก็สามารถใช้การปรับสภาพด้วยความร้อนหลังการเชื่อมแทนได้ ตามข้อกำหนดในมาตรฐาน GB25198 ข้อ 6.4.5.1 แน่นอนว่า การปรับสภาพด้วยความร้อนนี้จะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับการลดความเครียดของส่วนปลายอุปกรณ์ด้วยเช่นกัน
ความหนาโดยประมาณของฝาปิดถังนี้คือ 20 มม. แต่ขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุที่ใช้ โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 22 มม. ซึ่งกรณีนี้อัตราการเปลี่ยนรูปจากการขึ้นรูปแบบเย็นจะเกิน 5% จึงจำเป็นต้องทำการอบชุบความร้อนเพื่อฟื้นฟูคุณสมบัติของวัสดุ ตามข้อกำหนดของ GB150 การทำความร้อนหลังการเชื่อมไม่สามารถใช้แทนการทำความร้อนเพื่อฟื้นฟูคุณสมบัติได้ เมื่อเปรียบเทียบแล้ว การทำการนอร์มัลไซซิ่งหลังจากการขึ้นรูปความร้อนของหัวถังนี้ กับการทำความร้อนเพื่อฟื้นฟูคุณสมบัติหลังจากการขึ้นรูปเย็นนั้น ไม่ส่งผลกระทบมากนักต่อต้นทุน
โรงงานผลิตหลายแห่งก็ทำแบบนี้กัน คือใช้วิธีการอบร้อนแบบครบวงจรแทนการอบร้อนด้วยความร้อนสูง ที่จริงแล้ว การบำบัดความร้อนทั้งสองแบบนี้มีหน้าที่แตกต่างกัน และให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันด้วย การปรับสภาพด้วยความร้อนโดยรวมนั้นคือการทำให้วัสดุเย็นลง โดยมีจุดประสงค์หลักเพื่อขจัดความเครียดส่วนเกินที่เกิดขึ้นในบริเวณรอยเชื่อม โดยจะทำการทำให้วัสดุเย็นลงในเตา และอุณหภูมิในการให้ความร้อนก ； การอบร้อนคือการฟื้นฟูคุณสมบัติทางกลของวัสดุ โดยใช้วิธีการระบายความร้อนแบบอากาศ
สำหรับฝาปิดที่ผ่านการขึ้นรูปในอุณหภูมิต่ำ จะมีการเปลี่ยนรูปของบริเวณปากฝาปิดอย่างมาก มีแรงดันภายในเกิดขึ้น และยังมีปรากฏการณ์การแข็งตัวของวัสดุจากการแปรรูปอีกด้วย! เมื่อความแข็งแรงของวัสดุพื้นฐานหรือส่วนหัวที่ได้รับการขึ้นรูปมีค่าสูง และมีแรงอัดมาก การเชื่อมกับตัวถังจะทำให้เกิดปัญหาเช่น การบิดเบี้ยวหรือรอยแตกได้ ดังนั้นจึงแนะนำให้ทำการอบอ่อนส่วนหัวหลังจากการขึ้นรูปเสร็จแล้ว สำหรับวัสดุ Q245R แล้ว ปัญหาที่กล่าวมาข้างต้นจะลดลงอย่างมาก หากมีช่วงเวลาระหว่างการขึ้นรูปฝาปิดกับการผลิตอุปกรณ์ค่อนข้างจำกัด เพื่อประหยัดต้นทุน จึงแนะนำให้รวมขั้นตอนการอบความร้อนเข้าด้วยกัน
1. หากเป็นการขึ้นรูปแบบเย็น สามารถใช้วิธีการอบร้อนแบบครบวงจรในขั้นตอนสุดท้ายแทนการอบร้อนสำหรับส่วนหัวได้； 2. หากเป็นการขึ้นรูปด้วยความร้อน จำเป็นต้องตรวจสอบว่าอุณหภูมิในการขึ้นรูปนั้นอยู่ที่เท่าไร หากสูงกว่าอุณหภูมิการอบแบบนอร์มัลไอซิ่ง ก็จำเป็นต้องนำชิ้นส่วนที่ใช้ทำฝาปิดไปผ่านกระบวนการอบแบบนอร์มัลไอซิ่งเพื่อฟื้นฟูคุณสมบัติของวัสดุอีกครั้ง ； หากอุณหภูมิในการรีดร้อนต่ำกว่าอุณหภูมิการทำให้เหล็กแข็งตัว ก็อาจเพียงแค่ทำการปรับสภาพเหล็กด้วยความร้อนโดยรวมในขั้นตอนสุดท้ายเท่านั้น
โพสต์นี้ถูกแก้ไขครั้งสุดท้ายโดย thinker21 เมื่อวันที่ 28 ธันวาคม 2016 เวลา 15:53 น. ในหัวข้อ “การอัดด้วยความเย็น”
ผมได้พิจารณาคำตอบของเพื่อนๆ อย่างละเอียดแล้ว ซึ่งล้วนมีเหตุผลทั้งสิ้น จากนั้นจึงได้อ่านมาตรฐานอีกครั้ง เพื่อทำความเข้าใจปัญหานี้ให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น: หนึ่ง ตามมาตรฐาน GB/T25198-2010 “ฝาปิดภาชนะรับแรงดัน” ข้อ (6.4.5.1): ฝาปิดทรงถัง ทรงรี ทรงจาน และฝาปิดแบบก้นแบนที่ทำจากเหล็กซึ่งขึ้นรูปจากแผ่นเดียวหรือประกอบจากแผ่นหลายแผ่น จะต้องผ่านการอบชุบความร้อนหลังจากการขึ้นรูปแบบเย็น ที่นี่ มาตรฐานไม่ได้ระบุไว้อย่างชัดเจนว่าควรใช้วิธีการปรับสภาพด้วยความร้อนแบบใด แต่จากความเข้าใจของเราในอดีตคือการปรับสภาพด้วยความร้อนเพื่อลดความเครียดในวัสดุ ข้อ 2: สำหรับชิ้นส่วนที่ทำจากแผ่นเหล็กซึ่งถูกนำมาใช้ในการรับแรงอัดตามมาตรฐาน GB150-2011 ข้อ 8.1.1 หากชิ้นส่วนดังกล่าวเป็นไปตามเงื่อนไขใดเงื่อนไขหนึ่งในข้อ a) ถึง e) และอัตราการเปลี่ยนรูปของชิ้นส่วนนั้นเกินกว่าค่าที่ระบุไว้ในตารางที่ 4 (สำหรับเหล็กคาร์บอนและเหล็กโลหะผสมที่มีอัตราการเปลี่ยนรูปมากกว่า 5%) ก็จำเป็นต้องมีการปรับสภาพของวัสดุหลังจากการขึ้นรูป เพื่อให้วัสดุกลับมามีคุณสมบัติตามเดิมอีกครั้ง ก) ภาชนะสำหรับบรรจุสารที่มีความเป็นพิษร้ายแรงหรืออันตรายสูง ； ข) รูปภาพแสดงถึงภาชนะที่มีปัญหาเรื่องการกัดกร่อนจากความเครียด ； ค) สำหรับเหล็กคาร์บอน เหล็กโลหะผสมต่ำ ความหนาก่อนการขึ้นรูปมากกว่า 16 มม ； ด) สำหรับเหล็กคาร์บอนและเหล็กโลหะผสมที่มีส่วนผสมน้อย อัตราการลดความหนาหลังการขึ้นรูปจะมากกว่า 10%
ง) (ถูกยกเลิกไปแล้วในตารางแก้ไขหมายเลข 1)
ข้อ 3 คำอธิบายมาตรฐาน GB150-2011 เกี่ยวกับข้อ 8.1.1:
1. สำหรับชิ้นส่วนที่ถูกขึ้นรูปด้วยวิธีการเย็น จะมีการวัดระดับความแข็งของวัสดุจากอัตราการเปลี่ยนรูป หากชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุต่างกันมีอัตราการเปลี่ยนรูปที่เท่ากัน ก็จำเป็นต้องมีการปรับสมบัติของวัสดุด้วยการอบร้อนหลังการขึ้นรูป โดย “การอบร้อนเพื่อปรับสมบัติของวัสดุ” หมายถึง:
ก) สำหรับเหล็กคาร์บอนและเหล็กโลหะผสมที่มีส่วนผสมน้อย หมายถึงการอบที่อุณหภูมิที่เหมาะสม เพื่อขจัดความเครียดสะสมและผลกระทบเชิงลบอื่นๆ การเกิดผลึกใหม่คือ เมื่ออุณหภูมิในการเผาให้อ่อนตัวสูงพอและใช้เวลานานพอ ในโครงสร้างจุลภาคของโลหะหรือโลหะผสมที่ได้รับการดัดแปลง จะเกิดเม็ดผลึกใหม่ที่ปราศจากความเครียดขึ้นมา—ซึ่งก็คือแกนกลางของการเกิดผลึกใหม่นั่นเอง ผลึกใหม่จะเติบโตขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งโครงสร้างที่บิดเบี้ยวเดิมหายไปโดยสิ้นเชิง และคุณสมบัติของโลหะหรือโลหะผสมก็เปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก กระบวนการนี้เรียกว่า การเกิดผลึกใหม่ โดยอุณหภูมิที่เริ่มมีการสร้างผลึกใหม่ขึ้นมานั้น เรียกว่าอุณหภูมิเริ่มต้นของการเกิดการรีคริสตัลไลซ์ ส่วนอุณหภูมิที่โครงสร้างทางจุลทรรศน์ถูกแทนที่ด้วยผลึกใหม่ทั้งหมดนั้น เรียกว่าอุณหภูมิสิ้นสุดของการเกิดการรีคริสตัลไลซ์ หรืออุณหภูมิการรีคริสตัลไลซ์ที่สมบูรณ์ ช่วงอุณหภูมิที่ใช้ในกระบวนการรีคริสตัลไลซ์นั้น ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสม ระดับการเปลี่ยนรูปของโครงสร้าง ขนาดของผลึกเดิม และอุณหภูมิในการอบชุบ ในทางปฏิบัติ มักจะใช้ค่าเฉลี่ยของอุณหภูมิเริ่มต้นและอุณหภูมิสิ้นสุดของกระบวนการรีคริสตัลไลซ์เป็นตัวชี้วัดระดับความเสถียรทางความร้อนของโลหะหรือโลหะผสม ซึ่งเรียกว่า “อุณหภูมิรีคริสตัลไลซ์” ข) สำหรับเหล็กกล้าอัลลอยสูง เช่น เหล็กกล้าแบบออสเทนนิติก แบบเฟอร์ไรต์ และเหล็กกล้าไร้สนิมแบบดูเปิลฟาส์ เป็นต้น เนื่องจากในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปด้วยความเย็น โครงสร้างโลหะจะเปลี่ยนแปลงไปตามอัตราการเปลี่ยนรูปที่เกิดขึ้น ดังนั้น การอบชุบเพื่อกำจัดความเครียดแบบทั่วไปเพียงอย่างเดียวจึงไม่สามารถฟื้นฟูคุณสมบัติของวัสดุได้ (รวมถึงคุณสมบัติทางกลและความต้านทานต่อการกัดกร่อน) ดังนั้น โดยปกติจึงจำเป็นต้องทำการอบชุบวัสดุในสภาพเดิมก่อนนำมาใช้งาน เพื่อให้ได้คุณสมบัติของวัสดุตามที่ต้องการ สรุปได้ดังนี้: 1. หากอัตราการเปลี่ยนรูปของฝาปิดไม่เกิน 5% (สำหรับเหล็กคาร์บอนและเหล็กโลหะผสมชนิดอ่อน) ตามมาตรฐาน GB150 ก็ไม่จำเป็นต้องทำการปรับสภาพวัสดุด้วยการอบความร้อน แต่ตามมาตรฐาน GB/T25198 กลับจำเป็นต้องมีการอบความร้อน ผมเข้าใจว่าการอบเพื่อลดความเครียดก็เพียงพอแล้ว หากอุปกรณ์กำหนดให้ต้องมีการอบเพื่อลดความเครียดหลังการเชื่อม ก็สามารถใช้วิธีการอบเพื่อลดความเครียดหลังการเชื่อมแทนการอบเพื่อปรับรูปฝาปิดได้ 2. หากอัตราการเปลี่ยนรูปของฝาปิดสูงกว่า 5% (สำหรับเหล็กคาร์บอนและเหล็กโลหะผสมชนิดอ่อน) และความหนาของวัสดุที่ใช้สูงกว่า 16 มม. หรือความหนาของผนังลดลงมากกว่า 10% ตามข้อกำหนดของ GB150 จำเป็นต้องทำการอบชุบที่อุณหภูมิที่เหมาะสมเพื่อให้เกิดการสร้างโครงสร้างใหม่ของโลหะ โดยมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อแก้ไขปัญหาการแข็งตัวของโลหะหลังจากการขึ้นรูปด้วยความเย็น รวมถึงการลดความเครียดในโลหะด้วย ในกรณีนี้ จำเป็นต้องมีแผ่นทดสอบจากวัสดุดิบของฝาปิดด้วย ในขณะนี้ การปรับสภาพความเครียดหลังการเชื่อมของอุปกรณ์นั้น ไม่สามารถมาแทนที่การปรับสภาพอุณหภูมิเพื่อให้เกิดการตกผลึกใหม่หลังจากการขึ้นรูปด้วยความเย็นได้ 3. ในตอนนี้ก็เกิดคำถามขึ้นมาอีกว่า ทำไมการปฏิบัติตามมาตรฐานถึงใช้เวลานานขนาดนี้ และทำไมผู้คนถึงไม่ให้ความสำคัญหรือเข้าใจเกี่ยวกับกระบวนการอบชุบเพื่อลดอุณหภูมิการตกผลึกด้วยล่ะ?
ง) (ถูกยกเลิกไปแล้วในตารางแก้ไขหมายเลข 1)
ข้อ 3 คำอธิบายมาตรฐาน GB150-2011 เกี่ยวกับข้อ 8.1.1:
1. สำหรับชิ้นส่วนที่ถูกขึ้นรูปด้วยวิธีการเย็น จะมีการวัดระดับความแข็งของวัสดุจากอัตราการเปลี่ยนรูป หากชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุต่างกันมีอัตราการเปลี่ยนรูปที่เท่ากัน ก็จำเป็นต้องมีการปรับสมบัติของวัสดุด้วยการอบร้อนหลังการขึ้นรูป โดย “การอบร้อนเพื่อปรับสมบัติของวัสดุ” หมายถึง:
ก) สำหรับเหล็กคาร์บอนและเหล็กโลหะผสมที่มีส่วนผสมน้อย หมายถึงการอบที่อุณหภูมิที่เหมาะสม เพื่อขจัดความเครียดสะสมและผลกระทบเชิงลบอื่นๆ การเกิดผลึกใหม่คือ เมื่ออุณหภูมิในการเผาให้อ่อนตัวสูงพอและใช้เวลานานพอ ในโครงสร้างจุลภาคของโลหะหรือโลหะผสมที่ได้รับการดัดแปลง จะเกิดเม็ดผลึกใหม่ที่ปราศจากความเครียดขึ้นมา—ซึ่งก็คือแกนกลางของการเกิดผลึกใหม่นั่นเอง ผลึกใหม่จะเติบโตขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งโครงสร้างที่บิดเบี้ยวเดิมหายไปโดยสิ้นเชิง และคุณสมบัติของโลหะหรือโลหะผสมก็เปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก กระบวนการนี้เรียกว่า การเกิดผลึกใหม่ โดยอุณหภูมิที่เริ่มมีการสร้างผลึกใหม่ขึ้นมานั้น เรียกว่าอุณหภูมิเริ่มต้นของการเกิดการรีคริสตัลไลซ์ ส่วนอุณหภูมิที่โครงสร้างทางจุลทรรศน์ถูกแทนที่ด้วยผลึกใหม่ทั้งหมดนั้น เรียกว่าอุณหภูมิสิ้นสุดของการเกิดการรีคริสตัลไลซ์ หรืออุณหภูมิการรีคริสตัลไลซ์ที่สมบูรณ์ ช่วงอุณหภูมิที่ใช้ในกระบวนการรีคริสตัลไลซ์นั้น ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสม ระดับการเปลี่ยนรูปของโครงสร้าง ขนาดของผลึกเดิม และอุณหภูมิในการอบชุบ ในทางปฏิบัติ มักจะใช้ค่าเฉลี่ยของอุณหภูมิเริ่มต้นและอุณหภูมิสิ้นสุดของกระบวนการรีคริสตัลไลซ์เป็นตัวชี้วัดระดับความเสถียรทางความร้อนของโลหะหรือโลหะผสม ซึ่งเรียกว่า “อุณหภูมิรีคริสตัลไลซ์” ข) สำหรับเหล็กกล้าอัลลอยสูง เช่น เหล็กกล้าแบบออสเทนนิติก แบบเฟอร์ไรต์ และเหล็กกล้าไร้สนิมแบบดูเปิลฟาส์ เป็นต้น เนื่องจากในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปด้วยความเย็น โครงสร้างโลหะจะเปลี่ยนแปลงไปตามอัตราการเปลี่ยนรูปที่เกิดขึ้น ดังนั้น การอบชุบเพื่อกำจัดความเครียดแบบทั่วไปเพียงอย่างเดียวจึงไม่สามารถฟื้นฟูคุณสมบัติของวัสดุได้ (รวมถึงคุณสมบัติทางกลและความต้านทานต่อการกัดกร่อน) ดังนั้น โดยปกติจึงจำเป็นต้องทำการอบชุบวัสดุในสภาพเดิมก่อนนำมาใช้งาน เพื่อให้ได้คุณสมบัติของวัสดุตามที่ต้องการ สรุปได้ดังนี้: 1. หากอัตราการเปลี่ยนรูปของฝาปิดไม่เกิน 5% (สำหรับเหล็กคาร์บอนและเหล็กโลหะผสมชนิดอ่อน) ตามมาตรฐาน GB150 ก็ไม่จำเป็นต้องทำการปรับสภาพวัสดุด้วยการอบความร้อน แต่ตามมาตรฐาน GB/T25198 กลับจำเป็นต้องมีการอบความร้อน ผมเข้าใจว่าการอบเพื่อลดความเครียดก็เพียงพอแล้ว หากอุปกรณ์กำหนดให้ต้องมีการอบเพื่อลดความเครียดหลังการเชื่อม ก็สามารถใช้วิธีการอบเพื่อลดความเครียดหลังการเชื่อมแทนการอบเพื่อปรับรูปฝาปิดได้ 2. หากอัตราการเปลี่ยนรูปของฝาปิดสูงกว่า 5% (สำหรับเหล็กคาร์บอนและเหล็กโลหะผสมชนิดอ่อน) และความหนาของวัสดุที่ใช้สูงกว่า 16 มม. หรือความหนาของผนังลดลงมากกว่า 10% ตามข้อกำหนดของ GB150 จำเป็นต้องทำการอบชุบที่อุณหภูมิที่เหมาะสมเพื่อให้เกิดการสร้างโครงสร้างใหม่ของโลหะ โดยมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อแก้ไขปัญหาการแข็งตัวของโลหะหลังจากการขึ้นรูปด้วยความเย็น รวมถึงการลดความเครียดในโลหะด้วย ในกรณีนี้ จำเป็นต้องมีแผ่นทดสอบจากวัสดุดิบของฝาปิดด้วย ในขณะนี้ การปรับสภาพความเครียดหลังการเชื่อมของอุปกรณ์นั้น ไม่สามารถมาแทนที่การปรับสภาพอุณหภูมิเพื่อให้เกิดการตกผลึกใหม่หลังจากการขึ้นรูปด้วยความเย็นได้ 3. ในตอนนี้ก็เกิดคำถามขึ้นมาอีกว่า ทำไมการปฏิบัติตามมาตรฐานถึงใช้เวลานานขนาดนี้ และทำไมผู้คนถึงไม่ให้ความสำคัญหรือเข้าใจเกี่ยวกับกระบวนการอบชุบเพื่อลดอุณหภูมิการตกผลึกด้วยล่ะ?
โพสต์นี้ถูกแก้ไขครั้งสุดท้ายโดย zxhslm เมื่อวันที่ 30 ธันวาคม 2016 เวลา 08:54 การปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุให้กลับมาเป็นเหมือนเดิมอีกครั้ง โดยการทำการรีดความเย็นนั้น มีการกล่าวถึงในคู่มือการฝึกอบรมวิศวกรออกแบบถังอัดแรงดันของอาจารย์ลี ซื่ออี้ โดยระบุว่าสามารถใช้วิธีการอบเพื่อขจัดความเครียดในวัสดุ หรืออาจใช้วิธีการอบแบบนอร์มัลไอซิ่ง หรือนอร์มัลไอซิ่งร่วมกับไฮไอซิ่งก็ได้ ส่วนในประเทศจีนนั้น มักจะใช้วิธีการอบเพื่อขจัดความเครียดในวัสดุเป็นหลัก ผมคิดว่าสิ่งที่เจ้าของกระทู้พูดนั้นทำได้จริง.