การเชื่อมความเค้นตกค้าง

ความเค้นตกค้างจากการเชื่อมหมายถึงความเค้นภายในที่เกิดขึ้นในโครงสร้างรอยเชื่อม เนื่องจากการเสียรูปเนื่องจากความร้อนที่จำกัดในระหว่างกระบวนการเชื่อม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในระหว่างการหลอม การแข็งตัว และการหดตัวด้วยความเย็นของโลหะเชื่อม ความเครียดจากความร้อนที่มีนัยสำคัญจะเกิดขึ้นเนื่องจากข้อจำกัด ทำให้เป็นองค์ประกอบหลักของความเค้นตกค้าง ในทางตรงกันข้าม ความเค้นภายในที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางโลหะวิทยาระหว่างกระบวนการทำความเย็นเป็นองค์ประกอบรองของความเค้นตกค้าง ยิ่งความแข็งแกร่งของโครงสร้างมากขึ้นและระดับข้อจำกัดที่สูงขึ้น ความเค้นตกค้างก็จะยิ่งมากขึ้น และด้วยเหตุนี้ ผลกระทบต่อความสามารถในการรับน้ำหนักของโครงสร้างก็จะยิ่งมีนัยสำคัญมากขึ้นเท่านั้น บทความนี้จะกล่าวถึงผลกระทบของความเค้นตกค้างในการเชื่อมต่อโครงสร้างเป็นหลัก

ผลกระทบของความเค้นตกค้างในการเชื่อมต่อโครงสร้างหรือส่วนประกอบ

ความเค้นตกค้างจากการเชื่อมคือความเค้นเริ่มต้นที่ปรากฏบนหน้าตัดของส่วนประกอบ แม้กระทั่งก่อนที่จะรับภาระภายนอกก็ตาม ในช่วงอายุการใช้งานของส่วนประกอบ ความเค้นตกค้างเหล่านี้รวมกับความเค้นในการทำงานที่เกิดจากโหลดภายนอก ซึ่งนำไปสู่การเสียรูปทุติยภูมิและการกระจายตัวของความเค้นตกค้างซ้ำ สิ่งนี้ไม่เพียงแต่ลดความแข็งและเสถียรภาพของโครงสร้างเท่านั้น แต่ยังส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความแข็งแรงเมื่อยล้าของโครงสร้าง ความต้านทานการแตกหักแบบเปราะ ความต้านทานต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น และการแตกร้าวที่อุณหภูมิสูง

ผลกระทบต่อความแข็งของโครงสร้าง

เมื่อความเค้นรวมจากแรงภายนอกและความเค้นตกค้างในพื้นที่หนึ่งของโครงสร้างถึงจุดคราก วัสดุในพื้นที่นั้นจะเกิดการเสียรูปแบบพลาสติกเฉพาะจุด และสูญเสียความสามารถในการรับน้ำหนักเพิ่มเติม ส่งผลให้หน้าตัดขวางที่มีประสิทธิภาพลดลง พื้นที่และส่งผลให้มีความแข็งของโครงสร้างด้วย ตัวอย่างเช่น ในโครงสร้างที่มีรอยเชื่อมตามยาวและแนวขวาง (เช่น รอยเชื่อมแผ่นซี่โครงบนคาน I) หรือโครงสร้างที่ผ่านการยืดเปลวไฟให้ตรง ความเค้นดึงตกค้างที่มีนัยสำคัญอาจถูกสร้างขึ้นในหน้าตัดขวางที่ใหญ่ขึ้น แม้ว่าช่วงการกระจายของความเค้นเหล่านี้ตามความยาวของส่วนประกอบอาจไม่ครอบคลุมมากนัก แต่ผลกระทบต่อความแข็งยังคงมีอยู่อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับคานเชื่อมที่ต้องผ่านเปลวไฟยืดให้ตรง ความแข็งจะลดลงอย่างเห็นได้ชัดในระหว่างการบรรทุกและการคืนตัวที่ลดลงในระหว่างการขนถ่าย ซึ่งไม่สามารถมองข้ามได้สำหรับโครงสร้างที่มีความต้องการสูงด้านความแม่นยำและความเสถียรของมิติ

ผลกระทบต่อความแข็งแรงของโหลดแบบคงที่

สำหรับวัสดุที่เปราะซึ่งไม่สามารถเปลี่ยนรูปพลาสติกได้ ความเค้นภายในส่วนประกอบจะไม่สามารถกระจายอย่างสม่ำเสมอเมื่อแรงภายนอกเพิ่มขึ้น จุดสูงสุดของความเค้นจะยังคงเพิ่มขึ้นต่อไปจนกว่าจะถึงขีดจำกัดผลผลิตของวัสดุ ทำให้เกิดความล้มเหลวเฉพาะที่ และนำไปสู่การแตกหักของส่วนประกอบทั้งหมดในที่สุด การมีอยู่ของความเค้นตกค้างในวัสดุที่เปราะจะช่วยลดความสามารถในการรับน้ำหนักของวัสดุ ส่งผลให้เกิดการแตกหักได้ สำหรับวัสดุที่มีความเหนียว การมีอยู่ของความเค้นตกค้างแรงดึงแบบสามแกนในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำสามารถขัดขวางการเกิดการเปลี่ยนรูปพลาสติกได้ ซึ่งช่วยลดความสามารถในการรับน้ำหนักของส่วนประกอบได้อย่างมาก

โดยสรุป ความเค้นตกค้างจากการเชื่อมมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของโครงสร้าง การออกแบบที่สมเหตุสมผลและการควบคุมกระบวนการสามารถลดความเค้นตกค้าง จึงช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและความทนทานของโครงสร้างที่เชื่อม