ترک (Crack) و انواع آن در بازرسی جوش و پایپینگ
- • سرعت سرد شدن، پیشرمایش و پسگرمایش
- • دمای بین پاسی
- • تنش
- • طرح اتصال نادرست
- • گرده جوش نامناسب
- • فیکس بودن قطعات
- • انتخاب پرکننده نامناسب
- • جدایش و تفکیک
- • نفوذ هیدروژن در ناحیه جوش
- • قطع ناگهانی قوس الکتریکی
- انواع ترک
- • ترک گرم
- • ترک سرد
- انواع ترک به لحاظ شکل ظاهری
- • ترک طولی (Longitudinal Crack)
- • ترک عرضی (Transverse Crack)
- • ترک تشعشعی
- • ترک چاله (Crater Crack)
- • ترک های انشعابی (Branching Cracks)
- • Toe Crackترک پنجه
- • ترك گلویی(Throat Crack)
- • ترکهاي زیر مهره اي(Under Bead Cracks)
- • ترك مویی ( Micro Cracks/Micro Fissures)
ترک یک ناپیوستگی و پارگی موضعی در قطعه جوشکاری شده به حساب می آید و به محض ایجاد باید از قطعه حذف گردد. با دانستن علل به وجود آمدن ترکها می‌توانیم قبل از رخ دادن مانع از پیدایش و پیشروی آنها شده و یک قطعه ایمن و با کیفیت را داشته باشیم.
• سرعت سرد شدن، پیشرمایش و پسگرمایش
سرعت سرد شدن مذاب جوش یک عامل بسیار مهم در جلوگیری از پدیدار شدن عیوب مختلفی نظیر ترکها است. بر اساس استاندارد، قبل از شروع عملیات های گرم نظیر عملیات جوشکاری و یا شکل‌دهی، قطعات می بایست در یک دمای خاص قرار داشته باشند که به این دما “دمای پیشگرمایش” گفته می شود. کنترل دمای پیشگرمایش یکی از فاکتورهای مهم برای جلوگیری از ایجاد ترک در قطعات پس از جوشکاری یا شکل دهی قطعات است.
دمای پسگرمایش نیز عامل مهمی برای جلوگیری از ایجاد ترک در قطعات است. دمای پسگرمایش جزو الزامات جوشکاری نیست ولی ممکن است بر حسب نیاز و تقاضای کارفرما تقاضا شود. کنترل سرد شدن قطعه پس از جوشکاری با استفاده از کنترل دمای آن در حین تغییر حالت فلز جوش از حالت ذوب به انجماد یک مانع مهم برای ایجاد ترک به حساب می آید. نکته قابل توجه این است که عملیات پس گرمایش با عملیات تنش زدایی (PWHT) تفاوت اساسی دارد.
دمای پیشگرمایش و پس گرمایش را می توان از طریق شعله های گازی در محل جوشکاری کنترل نمود و برای بازرسی آن نیز با استفاده از دماسنج های لیزری یا گچ های حرارتی کنترل نمود.
• دمای بین پاسی
کنترل دمای قطعات پس از توقف جوشکاری در بین لایه های مختلف جوشکاری تا شروع مجدد جوشکاری در ترک خوردگی اهمیت فراوانی دارد. جوشکاران و اپراتورهای جوشکاری، پس از جوشکاری هر لایه از جوش، جهت تعویض الکترود یا رفع خستگی اندک زمانی را سپری می کنند که در این زمان دمای قطعات جوشکاری شده با سرعتی مشخص کاهش می یابد. سرعت کاهش دمای قطعات به ضریب رسانایی حرارت آن ها بستگی دارد. در برخی از متریال ها این ضریب بالا بوده و با سرعت بالا این قطعات سرد می شوند. این قطعات برای ادامه جوشکاری می بایست در درجه حرارت مورد نیاز بر اساس استاندارد پیشگرمایش شوند.
• تنش
قطعات جوشکاری شده در محل نصبشان ممکن است تحت بارگزاری قرار گیرند و نیروهای خارجی بر آن ها وارد شود. این نیروها در سازه های فلزی می تواند ناشی از وزن تجهیزاتی که بر روی سازه های کنار آن قرار می گیرد باشد و یا ناشی از نیروی سیال درون یک لوله می تواند باشد. یک عیب در جوش می تواند محل تمرکز تنش در قطعه گردد و به محض بارگزاری قطعه، باعث ایجاد خسارت گردد. اگر تنش های موضعی به وجود آمده در قطعه بیشتر از مقاومت تسلیم متریال قطعه باشد شکست محتمل است.
• طرح اتصال نادرست
طرح اتصال جوش، به آرایه کنار هم قرار گرفتن قطعات قبل از جوشکاری گفته می شود. در صورتی که طرح اتصال در نظر گرفته شده مناسب نباشد و یا هنگام اجرا به درستی رعایت نشود می تواند سبب ایجاد شکست در زمان بارگزاری گردد. جوش با عمق زیاد و عرض کم و یا جوش با عمق کم و عرض زیاد از این قبیل محسوب می شود. پدیده ترک خوردگی ناشی از طرح اتصال نادرست یک عامل بسیار مهم در برای بازرسی قطعات در حین فیت آپ اولیه و همچنین بازرسی مجدد بعد از اتمام جوشکاری است.
• گرده جوش نامناسب
از عوامل دیگر تجمیع تنش در یک قطعه، رعایت ابعاد و اندازه گرده جوش است که در استاندارد ها به آن Reinforcement گفته می شود.
• فیکس بودن قطعات
در صورتی که هر کدام از قطعات قبل از شروع جوشکاری تحت تنش باشند، پس از اتمام جوشکاری می توانند به آسانی دچار ترک خوردگی گردند. گاهی اوقات گروه اجرا، جهت تعیین محل درست یک قطعه اقدام به بستن آن در محل و ثابت نگه داشتن آن می کنند. این امر تا زمانی ایرادی ندارد که قطعه تحت بارگزاری نباشد. لذا فیکس بودن قطعات می تواند باعث ایجاد ترک در قطعه گردد.
• انتخاب پرکننده نامناسب
قطعات برای جوشکاری می بایست دارای ویژگی های مشترکی از نظر خواص جوشپذیری باشند که اصطلاحا به این حالت جوشکاری برای دو قطعه مشابه (Similar) گفته می شود، در صورتی که دو قطعه از لحاظ خاصیت جوش پذیری با هم تفاوت داشته باشند یا از دو جنس متفاوت باشند، (Dissimilar)، می توانیم جوشکاری را با استفاده از یک فلز پرکننده (Filler) واسط با ویژگی هر دو قطعه استفاده نماییم. در صورت انتخاب نادرست فلز پرکننده واسط، شرایط برای ایجاد ترک مورد انتظار است.
• جدایش و تفکیک
وجود گوگرد، فسفر، قلع، مس و روی در فلز پایه و ترکیب آن با آهن، سبب کاهش دمای ذوب شده که پس از انجماد و بارگزاری قطعه می تواند ترک خوردگی را افزایش دهد.
• نفوذ هیدروژن در ناحیه جوش
استفاده از الکترودهای مرطوب یا جوشکاری در شرایط وزش باد و شرایط بد آب و هوایی نظیر شرجی می تواند سبب نفوذ هیدروژن و یا سایر گازها به منطقه جوش شده و در مذاب جوش حبس گردد. حبس شدن گازهای ناخالص و هیدروژن سبب تجمیع تنش در آن قطعه می شود که ترک خوردگی یکی از عیوب رایج در این زمان محسوب می شود.
• قطع ناگهانی قوس الکتریکی
مهارت جوشکار و اپراتور جوشکاری در ایجاد یک جوش باکیفیت از عوامل مهمی محسوب می شود. جوشکاران در حین جوشکاری قطعات به محض اینکه به انتهای قطعه می رسند، جریان الکتریکی را به آرامی و با استفاده از یک نیروی کمکی و یا اهرم های پدالی کم میکنند تا از یک عیب رایج به نام چاله انتهای جوش جلوگیری کنند. عیب چاله انتهایی جوش نیز می تواند در حین بارگزاری قطعات سبب تمرکز تنش شده و پدیده ترک خوردگی و شکست را به وجود آورد.
انواع ترک
بر اساس استاندارد AWS B1.11 دو تعریف برای انواع ترک ارائه شده است.
• ترک گرم
در طی سرد شدن مذاب جوش و معمولا در دمای بالای 650 درجه سانتی گراد یا در دماهای بالاتر ترک گرم (انجمادی) ایجاد می شود. سرعت بالای سرد شدن مذاب جوش عامل اصلی محسوب می شود. همانطور که اشاره شد کنترل دمای پیش گرمایش و پس گرمایش می تواند مانع از ایجاد انجماد سریع فلز جوش گردد. ترک گرم می تواند بر روی فلز جوش، مرزدانه و منطقه تحت تاثیر حرارت ایجاد گردد. این عیب اگر در مجاورت جوش ایجاد شود با نام پارگی گرم نیز شناخته می شود.
• ترک سرد
ترک سرد، (هیدروژنی)، پس از انجماد کامل شروع خواهد شد و معمولا در دمای نزدیک به دمای محیط رخ می دهد. ترک سرد تا چند ساعت بعد از اتمام جوشکاری و یا حتی در حین سرویس بودن مسیر ممکن است رخ دهد. این ترک ارتباط نزدیکی با هیدروژن شکننده یا تردی هیدروژنی دارد. این ترک هم در مرزدانه و هم ممکن است از مرزدانه ها گذشته و گسترش یابند.
انواع ترک به لحاظ شکل ظاهری
• ترک طولی (Longitudinal Crack)
ترک طولی متاثر از تنش های انقباضی عرضی است که در هنگام سرد شدن سریع جوش رخ می دهد. این ترک موازی با محور جوش پیشروی می کند و در نواحی فلز جوش، فلز پایه، منطقه تحت تاثیر حرارت و مرز جوش رخ می دهد. عواملی نظیر جدایش و تفکیک و شکل نامناسب گرده جوش و شرایط سطحی نامناسب نیز در ایجاد این عیب دخیل اند.
• ترک عرضی (Transverse Crack)
ترک عرضی متاثر از تنش های انقباضی طولی است و اکثریت ناشی از تنش های فشاری عمود بر جوش که قابلیت نرمی زیادی ندارند است. این ترک عمود بر محور طولی جوش است. ترک عرضی با نفوذ هیدروژن به منطقه جوش و افزایش تنش های پسماند و سرد شدن سریع تشدید می شود
• ترک تشعشعی
مجموعه ای از ترک ها که از یک نقطه سرچشمه میگیرند. ترک تشعشعی در ابعاد کوچک به ترک ستاره ای (Star Crack) نیز شناخته می شود.
• ترک چاله (Crater Crack)
ترک انتهای خط جوش که ناشی از عیب دیگری به نام چاله انتهایی جوش است زمانی رخ می دهد که جوشکار انتهای جوش خود را به درستی به اتمام نرساند. ترک چاله جوش یک ترک انقباضی است که ناشی از قطع ناگهانی قوس است.
• ترک های انشعابی (Branching Cracks)
مجموعه ای از ترک ها که منشا آن ها یک ترک اصلی است. در ترک های تشعشعی سرچشمه ترک ها از یک نقطه ها شروع می شد ولی در ترک های انشعابی همه ترک ها از یک ترک اصلی سرچشمه می گیرند.
• Toe Crackترک پنجه
ابعاد این ترکها محدود است و کاملا در فلز جوش جاي میگیرند و یا اینکه از فلز جوش به درون ناحیه اي از فلز پایه که تحت تاثیر حرارت قرار گرفته است و یا حتی در خود فلز پایه رسوخ میکنند. وقتی ترك ابعاد ریزي در حد میکروسکوپی داشته باشد به میکرو ترك یا میکرو فیشر موسوم است.
• ترك گلویی(Throat Crack)
ترکهاي طولی هم جهت با محور جوش در روي سطح آن هستند. ترك گلویی نه همیشه ولی اکثرا جزو ترکهاي گرم به حساب می آید. این ترکها را صرفا در جوشهاي گوشه اي تعریف می کنیم.
• ترکهاي زیر مهره اي(Under Bead Cracks)
ترکهاي سردي هستند که در منطقه تاثیر حرارتی بوجود آمده و معمولا طول کمی دارند. گاهی ممکن است چند ترك زیر مهره اي به هم متصل شده و ترك متوالی تشکیل شود.
این ترکها هم بصورت طولی و هم عرضی یافت می شوند. آنها به فواصل معینی در زیر جوش و همچنین روي مرز دانه ها در منطقه تاثیر حرارتی جایی که تنشهاي باقیمانده به حداکثر می رسد، مشاهده می شوند.
• ترك مویی ( Micro Cracks/Micro Fissures)
وقتی ترك ابعاد ریزي در حد میکروسکوپی داشته باشد به میکرو ترك یا میکرو فیشر موسوم است.
