เชื่อมท่อเหล็กทนความร้อน P11 หรือ P22 เสร็จ แนวสวย ตรวจด้วยตาผ่าน แต่ผ่านไปไม่กี่ชั่วโมงหรือข้ามคืนกลับเจอรอยร้าวที่ขอบแนว — อาการนี้แทบทุกครั้งมาจาก “ความร้อน” ไม่ใช่ฝีมือมือเชื่อม บทความนี้อธิบายว่าทำไมเหล็ก Cr-Mo ต้องพรีฮีต คุมอุณหภูมิระหว่างแนว และอบคลายเครียดหลังเชื่อม (PWHT) และถ้าข้ามขั้นตอนไหนจะเจออะไร
ทำไมเหล็ก Cr-Mo ร้าวง่ายกว่าเหล็กเหนียว
โครเมียมและโมลิบดินัมทำให้เหล็ก “ชุบแข็งตัวเองได้ง่าย” (hardenability สูง) เมื่อเขตกระทบร้อน (HAZ) ข้างแนวเชื่อมเย็นตัวเร็ว เนื้อเหล็กจะกลายเป็นโครงสร้างแข็งเปราะ (มาร์เทนไซต์/เบนไนต์) ความแข็งอาจพุ่งเกิน 350–400 HV ขณะที่เหล็กคาร์บอนทั่วไปในสภาพเดียวกันยังนิ่มกว่ามาก
รอยร้าวที่เจอบ่อยที่สุดคือ ร้าวเย็นจากไฮโดรเจน (hydrogen-induced cracking) ซึ่งเกิดเมื่อมี 3 อย่างพร้อมกัน
- เนื้อแข็งเปราะใน HAZ — จากการเย็นตัวเร็ว
- ไฮโดรเจน — จากความชื้นในฟลักซ์ลวด น้ำค้าง คราบน้ำมัน สนิม สี บนผิวงาน
- ความเค้น — จากการหดตัวของแนวเชื่อมและการยึดรั้ง (ท่อที่ติดตั้งอยู่กับที่ยึดรั้งสูงมาก)
ไฮโดรเจนค่อย ๆ แพร่ไปรวมตัวในเนื้อแข็ง จึงร้าว ทีหลัง — อาจหลายชั่วโมงจนถึง 1–2 วันหลังเชื่อม ทั้งพรีฮีต อุณหภูมิระหว่างแนว และ PWHT ล้วนออกแบบมาตัดปัจจัยใดปัจจัยหนึ่งในสามข้อนี้ (สาเหตุร้าวแบบอื่นของงานเชื่อมทั่วไปอ่านได้ที่ ปัญหาแนวเชื่อมแตก สาเหตุและวิธีแก้)
ช่วงอุณหภูมิที่พบบ่อยในงาน P11 / P22
ตัวเลขด้านล่างเป็น ช่วงอ้างอิงที่พบบ่อย ใน code และ WPS ของงานท่อแรงดัน เพื่อให้เห็นภาพลำดับความร้อน ไม่ใช่ค่าที่เอาไปใช้แทน WPS ได้ — ค่าจริงขึ้นกับ code ที่งานอ้าง (ASME Section I, B31.1, B31.3 ฯลฯ) ความหนา และส่วนผสมของเหล็ก
| หัวข้อ | P11 / P12 / T11 (1–1.25Cr-0.5Mo) | P22 / T22 (2.25Cr-1Mo) |
|---|---|---|
| กลุ่มตาม ASME IX | P-No. 4 | P-No. 5A |
| ลวด TIG ที่คู่กัน | ER80S-B2 | ER90S-B3 |
| พรีฮีตขั้นต่ำ (ที่พบบ่อย) | ราว 120–200°C | ราว 150–250°C |
| อุณหภูมิระหว่างแนวสูงสุด (ที่พบบ่อย) | ราว 300°C | ราว 300–350°C |
| PWHT (ที่พบบ่อย) | ราว 700–750°C | ราว 700–760°C |
| เวลาแช่ PWHT | ราว 1 ชม. ต่อความหนา 25 มม. (มีเวลาขั้นต่ำตาม code) | ราว 1 ชม. ต่อความหนา 25 มม. (มีเวลาขั้นต่ำตาม code) |
ยึด WPS ที่ผ่านการรับรองของงานเสมอ บาง code ยกเว้น PWHT ให้ท่อผนังบาง/ขนาดเล็กภายใต้เงื่อนไข เช่น ต้องพรีฮีตตามกำหนดและจำกัดคาร์บอน — อย่าตัดสินใจตัด PWHT เอง ให้ดูข้อกำหนดใน code ฉบับที่งานอ้าง
พรีฮีต: ไม่ใช่แค่ “อุ่นให้ร้อน”
การอุ่นชิ้นงานก่อนเชื่อมช่วย 3 เรื่องพร้อมกัน — ชะลอการเย็นตัว ให้ HAZ ไม่แข็งจัด, ไล่ไฮโดรเจนและความชื้น ออกจากเนื้อและผิวงาน และ ลดความต่างอุณหภูมิ ทำให้ความเค้นจากการหดตัวน้อยลง
- อุ่นให้ทั่วรอบท่อ — ไม่ใช่เฉพาะจุดที่จะเชื่อม ช่วงที่ใช้กันทั่วไปคือวัดห่างจากขอบรอยต่อออกไปอย่างน้อยราว 75 มม. ทั้งสองฝั่ง (หรือตามที่ WPS กำหนด)
- ให้ร้อนทะลุความหนา — ท่อผนังหนาต้องให้เวลาความร้อนซึมถึงผิวใน การจุดหัวเผาเร็ว ๆ แค่ผิวนอกร้อนไม่พอ งานใหญ่จึงนิยมแผ่นทำความร้อนไฟฟ้า (ceramic heating pad) หรือขดลวดเหนี่ยวนำ พร้อมเทอร์โมคัปเปิล
- วัดจริง ไม่กะด้วยตา — ใช้ชอล์กวัดอุณหภูมิ (temperature indicating crayon) หรือเทอร์โมมิเตอร์แบบสัมผัส ปืนอินฟราเรดอ่านผิวโลหะมันวาวคลาดเคลื่อนได้มาก
- คงความร้อนตลอดการเชื่อม — อุณหภูมิต้องไม่ตกต่ำกว่าค่าพรีฮีตตลอดทุกแนว
อุณหภูมิระหว่างแนว (interpass) ต้องคุมทั้งต่ำสุดและสูงสุด
หลายคนคุมแค่ “อย่าให้เย็น” แต่จริง ๆ interpass มีเพดานด้วย ถ้าเชื่อมต่อเนื่องจนชิ้นงานร้อนสะสมเกินค่าสูงสุดที่ WPS กำหนด เกรนของเนื้อเชื่อมและ HAZ จะโตหยาบ ความเหนียวลดลง ทางปฏิบัติคือใช้ชอล์กวัดอุณหภูมิ 2 แท่ง — แท่งหนึ่งเช็คว่ายังไม่ต่ำกว่าพรีฮีต อีกแท่งเช็คว่ายังไม่เกินค่าสูงสุด ก่อนเริ่มแนวถัดไปทุกครั้ง
เชื่อมเสร็จแล้วห้ามปล่อยเย็นทันที
จุดที่หน้างานพลาดบ่อยคือเชื่อมเสร็จแล้วปล่อยท่อเย็นลงถึงอุณหภูมิห้อง แล้วค่อยมาอบ PWHT วันรุ่งขึ้น ช่วงที่เย็นลงนี่แหละที่ไฮโดรเจนทำให้ร้าว แนวทางที่ใช้กันมี 2 แบบ (เลือกตาม WPS)
- คงอุณหภูมิพรีฮีตไว้จนถึงเวลาอบ PWHT แล้วขึ้นอุณหภูมิอบต่อเลย
- อบไล่ไฮโดรเจน (post-heat / dehydrogenation) — ยกอุณหภูมิขึ้นสูงกว่าพรีฮีตเล็กน้อยแล้วแช่ไว้ระยะหนึ่งตามที่ WPS กำหนด จากนั้นคลุมฉนวนให้เย็นช้า ๆ แล้วค่อยทำ PWHT ภายหลัง
ถ้าจำเป็นต้องหยุดกลางรอยต่อ (เช่น หมดกะ) ควรเชื่อมให้ได้ความหนาพอสมควรก่อน (อย่างน้อยรากแนวกับแนวทับ หรือตามที่ WPS กำหนด) คลุมฉนวนให้เย็นช้า และพรีฮีตใหม่ให้ถึงค่าก่อนเชื่อมต่อทุกครั้ง
PWHT ทำอะไรให้แนวเชื่อม
การอบหลังเชื่อม (Post Weld Heat Treatment) คือการยกอุณหภูมิทั้งรอยต่อขึ้นไปใกล้ ๆ 700°C แช่ไว้ตามเวลา แล้วลดลงอย่างควบคุม ผลคือ
- อบคืนตัว (temper) เนื้อแข็งเปราะใน HAZ ให้ความแข็งลดลงและเหนียวขึ้น — หลายสเปกกำหนดค่าความแข็งสูงสุดหลังอบไว้ให้วัดตรวจ
- คลายความเค้นตกค้าง ที่เกิดจากการหดตัว ลดโอกาสร้าวทั้งตอนทดสอบแรงดันและตอนใช้งาน
- ไล่ไฮโดรเจนที่เหลือ ออกจากเนื้อโลหะ
- ทำให้คุณสมบัติของแนวเชื่อมตรงกับที่มาตรฐานลวดทดสอบไว้ — ลวด ER80S-B2 / ER90S-B3 ทดสอบกำลังดึงในสภาพผ่าน PWHT
ขั้นตอน PWHT ที่ดีต้อง จำกัดอัตราขึ้นและลงอุณหภูมิ (ชิ้นหนายิ่งต้องช้า) ช่วงแช่ต้องอยู่ในกรอบที่กำหนด และมีเครื่องบันทึกอุณหภูมิเป็นหลักฐาน อุณหภูมิอบที่สูงเกินไปจนเข้าใกล้จุดวิกฤตของเหล็ก (ราว 800°C) จะเปลี่ยนโครงสร้างเนื้อเหล็กจนเสียคุณสมบัติ ส่วนอบต่ำเกินไปหรือสั้นเกินไปก็ไม่ได้ผล
ข้ามขั้นตอนไหน เจออะไร
| ขั้นตอนที่ข้าม/ทำผิด | อาการที่ตามมา |
|---|---|
| ไม่พรีฮีต หรือพรีฮีตไม่ทั่ว | HAZ แข็งจัด ร้าวใต้แนวหรือที่ขอบแนว (toe crack) มักโผล่หลังเชื่อมหลายชั่วโมง |
| ลวด/ผิวงานชื้น สกปรก | ไฮโดรเจนเข้าแนวมาก ร้าวเย็น และอาจมีรูพรุน — ลวดธูปต้องเป็นชนิดไฮโดรเจนต่ำและอบแห้งตามผู้ผลิต |
| interpass สูงเกิน | เกรนหยาบ ความเหนียวต่ำ ผลทดสอบกระแทก/ดัดไม่ผ่าน |
| ปล่อยเย็นถึงอุณหภูมิห้องก่อนอบ | ร้าวเย็นช่วงรอ PWHT โดยเฉพาะท่อหนาและรอยต่อที่ยึดรั้งสูง |
| ไม่ทำ PWHT ในงานที่ code บังคับ | ความแข็งสูง ความเค้นค้าง ร้าวตอนทดสอบแรงดันหรือระหว่างใช้งาน และงานไม่ผ่านการตรวจรับ |
| PWHT ร้อนเกิน/ขึ้นลงเร็วเกิน | เนื้อเหล็กเสียคุณสมบัติ ชิ้นงานบิด หรือเกิดความเค้นใหม่ |
สำหรับงาน TIG การใช้ลวดเติมที่สะอาดและแห้งพร้อมแก๊สอาร์กอนช่วยให้ไฮโดรเจนต่ำโดยธรรมชาติ แต่ไม่ได้ทำให้ข้ามพรีฮีตหรือ PWHT ได้ เพราะความแข็งใน HAZ ยังเกิดเหมือนเดิม การเลือกลวดให้ตรงเกรดท่ออ่านภาพรวมได้ที่ คู่มือลวดเติม TIG
สรุป
เหล็ก Cr-Mo ร้าวเพราะ HAZ แข็งเปราะ + ไฮโดรเจน + ความเค้น · พรีฮีต ให้ทั่วและทะลุความหนา (P11 ราว 120–200°C, P22 ราว 150–250°C ตามที่พบบ่อย) · คุม interpass ทั้งต่ำสุดและสูงสุด · อย่าปล่อยเย็นก่อนอบ ให้คงความร้อนหรืออบไล่ไฮโดรเจน · PWHT ราว 700°C กว่า ๆ แช่ตามความหนา ขึ้นลงอย่างควบคุม · ตัวเลขทั้งหมดต้องยึด WPS และ code ของงาน (ASME) เป็นหลัก
สินค้าที่ใช้ในบทความนี้: ลวดเติม TIG ER80S เหล็กทนความร้อน (Cr-Mo) · ลวดเติม TIG ER90S เหล็กทนความร้อน (Cr-Mo)
Happy Metal จำหน่ายลวดเติม TIG Cr-Mo YAWATA SuperHeat 80S-B2 / 90S-B3 และอุปกรณ์งานเชื่อมอาร์กอน — ปรึกษาเรื่องลวดสำหรับงานท่อทนความร้อนได้ที่ LINE @happym หรือโทร 085-926-9797
คำถามที่พบบ่อย
เชื่อมท่อ P22 ไม่พรีฮีตได้ไหม
ไม่ควร เพราะ P22 ชุบแข็งตัวเองได้ง่าย ถ้าไม่พรีฮีต HAZ จะแข็งจัดและเสี่ยงร้าวจากไฮโดรเจนสูง ช่วงที่พบบ่อยคือราว 150–250°C แต่ค่าจริงต้องดูจาก WPS ของงาน
รอยร้าวจากไฮโดรเจนเกิดตอนไหน
มักเกิดหลังเชื่อมเสร็จแล้วหลายชั่วโมงจนถึง 1–2 วัน จึงเรียกว่าร้าวเย็นหรือร้าวล่าช้า งานสำคัญหลายสเปกจึงให้รอระยะหนึ่งก่อนตรวจด้วยวิธีไม่ทำลาย
อบ PWHT ด้วยหัวเผาแก๊สได้ไหม
ทำได้ยากและควบคุมได้ไม่ดี เพราะ PWHT ต้องคุมอัตราขึ้นลง ช่วงแช่ และต้องมีบันทึกอุณหภูมิ งานท่อแรงดันจึงนิยมใช้แผ่นทำความร้อนไฟฟ้าหรือขดลวดเหนี่ยวนำพร้อมเทอร์โมคัปเปิลและเครื่องบันทึก
