การหลุดร่อนของแผ่นเหล็กและการแตกร้าวแบบเปราะเย็นหลังจากการตัดและการเชื่อมด้วยไฟแผ่นเหล็ก โดยทั่วไปจะมีลักษณะที่เหมือนกัน ซึ่งทั้งสองอย่างนี้เป็นรอยแตกตรงกลางแผ่น จากมุมมองการใช้งานต้องถอดแผ่นเหล็กที่แยกออกจากกัน การแยกส่วนทั้งหมดควรถูกลบออกทั้งหมด และสามารถเอาการแยกส่วนเฉพาะออกได้ภายในเครื่อง รอยแตกร้าวเย็นเปราะของแผ่นเหล็กปรากฏเป็นรอยแตกตรงกลาง ซึ่งบางคนเรียกว่า "รอยแตก" เพื่อความสะดวกในการวิเคราะห์ ควรนิยามว่า "การแตกร้าวแบบเปราะเย็น" จะดีกว่า ข้อบกพร่องนี้สามารถรักษาได้ด้วยมาตรการแก้ไขและเทคโนโลยีการเชื่อมที่เหมาะสมโดยไม่ทำให้เสีย

1. การแยกแผ่นเหล็ก
การแยกชั้นเป็นช่องว่างเฉพาะที่ในหน้าตัดของแผ่นเหล็ก (บิลเล็ต) ซึ่งทำให้หน้าตัดของแผ่นเหล็กกลายเป็นชั้นเฉพาะที่ มันเป็นข้อบกพร่องร้ายแรงในเหล็ก แผ่นเหล็กต้องไม่หลุดลอก ดูรูปที่ 1 การแยกชั้นเรียกอีกอย่างว่าชั้นระหว่างชั้นและการแยกชั้นซึ่งเป็นข้อบกพร่องภายในของเหล็ก ฟองอากาศในแท่งโลหะ (เหล็กแท่ง) การรวมตัวที่ไม่ใช่โลหะขนาดใหญ่ ช่องว่างการหดตัวที่เหลือซึ่งไม่ได้ถอดออกหรือพับออกจนหมด และการแยกส่วนที่รุนแรงอาจทำให้เกิดการแบ่งชั้นของเหล็ก และขั้นตอนการลดการหมุนอย่างไม่สมเหตุสมผลอาจทำให้การแบ่งชั้นรุนแรงขึ้น

2. ประเภทของการแบ่งชั้นแผ่นเหล็ก
การแบ่งชั้นจะปรากฏในตำแหน่งและรูปแบบที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับสาเหตุ บางส่วนถูกซ่อนอยู่ภายในเหล็ก และพื้นผิวด้านในขนานหรือขนานกับพื้นผิวเหล็กอย่างมาก บางส่วนขยายไปถึงพื้นผิวเหล็กและทำให้เกิดข้อบกพร่องบนพื้นผิวคล้ายร่องบนพื้นผิวเหล็ก โดยทั่วไปมีสองรูปแบบ:
ประการแรกคือการแบ่งชั้นแบบเปิด ข้อบกพร่องในการแบ่งชั้นนี้สามารถพบได้ด้วยตาเปล่าบนการแตกหักของเหล็ก และโดยทั่วไปสามารถตรวจสอบซ้ำได้ในโรงงานเหล็กและโรงงานผลิต
ประการที่สองคือการแบ่งชั้นแบบปิด ข้อบกพร่องในการแบ่งชั้นนี้ไม่สามารถมองเห็นได้ในการแตกหักของเหล็ก และเป็นการยากที่จะพบได้ในโรงงานผลิตหากไม่มีการตรวจจับข้อบกพร่องด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง 100% ของแผ่นเหล็กแต่ละแผ่น เป็นชั้นปิดภายในแผ่นเหล็ก ข้อบกพร่องในการแบ่งชั้นนี้ถูกนำมาจากโรงถลุงไปยังโรงงานผลิต และสุดท้ายก็แปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์เพื่อการขนส่ง
การมีอยู่ของข้อบกพร่องในการแยกชั้นจะช่วยลดความหนาประสิทธิผลของแผ่นเหล็กในบริเวณที่แยกส่วนให้รับภาระ และลดความสามารถในการรับน้ำหนักในทิศทางเดียวกับการแยกส่วน รูปร่างขอบของข้อบกพร่องการแยกส่วนมีความคม ซึ่งไวต่อความเค้นมากและจะทำให้เกิดความเข้มข้นของความเค้นร้ายแรง หากมีการบรรทุก การขนถ่าย การทำความร้อน และการทำความเย็นซ้ำๆ ในระหว่างการทำงาน จะเกิดความเครียดสลับขนาดใหญ่ในบริเวณที่มีความเข้มข้นของความเครียด ส่งผลให้เกิดความเหนื่อยล้าจากความเครียด

3. วิธีการประเมินรอยแตกร้าวเย็น
3.1 วิธีการประเมินความเทียบเท่าคาร์บอนของแนวโน้มการแตกร้าวเย็นของเหล็ก
เนื่องจากแนวโน้มการแข็งตัวและการแตกร้าวเย็นของบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนในการเชื่อมสัมพันธ์กับองค์ประกอบทางเคมีของเหล็ก จึงมีการใช้องค์ประกอบทางเคมีเพื่อประเมินความไวของรอยแตกร้าวเย็นในเหล็กทางอ้อม ปริมาณธาตุโลหะผสมในเหล็กจะถูกแปลงเป็นปริมาณคาร์บอนที่เท่ากันตามหน้าที่ ซึ่งใช้เป็นตัวบ่งชี้พารามิเตอร์สำหรับการประเมินแนวโน้มการแตกร้าวเย็นของเหล็กโดยประมาณ ซึ่งก็คือวิธีเทียบเท่าคาร์บอน สำหรับวิธีการเทียบเท่าคาร์บอนของเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำ สถาบันการเชื่อมระหว่างประเทศ (IIW) แนะนำสูตร: Ceq(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/ 15. ตามสูตร ยิ่งค่าเทียบเท่าคาร์บอนมากขึ้น แนวโน้มการแข็งตัวของเหล็กเชื่อมก็จะยิ่งมากขึ้น และทำให้เกิดรอยแตกร้าวเย็นในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนได้ง่ายขึ้น ดังนั้นจึงสามารถใช้ค่าเทียบเท่าคาร์บอนเพื่อประเมินความสามารถในการเชื่อมของเหล็กได้ และสามารถเสนอสภาวะกระบวนการที่ดีที่สุดในการป้องกันรอยแตกร้าวจากการเชื่อมตามความสามารถในการเชื่อมได้ เมื่อใช้สูตรที่แนะนำโดยสถาบันนานาชาติ ถ้า Ceq(IIW)＜0.4% มีแนวโน้มการแข็งตัวไม่ดีนัก เชื่อมได้ดี และไม่จำเป็นต้องอุ่นก่อนจึงทำการเชื่อม ถ้า Ceq (IIW)＝0.4%~0.6% โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมากกว่า 0.5% เหล็กจะแข็งตัวได้ง่าย ซึ่งหมายความว่าความสามารถในการเชื่อมลดลง และจำเป็นต้องอุ่นเครื่องระหว่างการเชื่อมเพื่อป้องกันการแตกร้าวจากการเชื่อม ควรเพิ่มอุณหภูมิอุ่นตามเมื่อความหนาของแผ่นเพิ่มขึ้น
3.2 ดัชนีความไวของรอยแตกร้าวในการเชื่อม
นอกเหนือจากองค์ประกอบทางเคมีแล้ว สาเหตุของการแตกร้าวขณะเย็นในการเชื่อมเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงผสมต่ำยังรวมถึงปริมาณไฮโดรเจนที่แพร่กระจายได้ในโลหะที่สะสมอยู่ ความเครียดจากข้อจำกัดของข้อต่อ เป็นต้น Ito et al. ของญี่ปุ่นได้ทำการทดสอบจำนวนมากกับเหล็กมากกว่า 200 ชนิดโดยใช้การทดสอบวิจัยเหล็กร่องรูปตัว Y แบบเอียงและสูตรที่นำเสนอ เช่น ดัชนีความไวต่อรอยแตกร้าวเนื่องจากความเย็นที่กำหนดโดยองค์ประกอบทางเคมี ไฮโดรเจนที่แพร่กระจายได้ และข้อจำกัด (หรือความหนาของแผ่นเหล็ก) และใช้ดัชนีความไวของรอยแตกร้าวเย็นเพื่อกำหนดอุณหภูมิอุ่นที่ต้องการก่อนการเชื่อมเพื่อป้องกันรอยแตกเย็น เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่าสูตรต่อไปนี้สามารถใช้กับเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงโลหะผสมต่ำที่มีปริมาณคาร์บอนไม่เกิน 0.16% และความต้านทานแรงดึง 400-900MPa PCM=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B (%);
ชิ้น=Pcm+[H]/60+t/600 (%)
ถึง=1440ชิ้น-392 (℃)
โดยที่: [H]——ปริมาณไฮโดรเจนที่แพร่กระจายได้ของโลหะที่สะสม โดยวัดตามมาตรฐาน JIS 3113 ของญี่ปุ่น (มล./100 ก.) t —— ความหนาของแผ่น (มม.); ถึง —— อุณหภูมิอุ่นขั้นต่ำก่อนการเชื่อม (℃)
คำนวณดัชนีความไวของรอยแตกร้าวในการเชื่อม Pc ของแผ่นเหล็กที่มีความหนานี้ และอุณหภูมิอุ่นต่ำสุด ถึง ก่อนที่จะแตกร้าว เมื่อผลการคำนวณถึง≥50°C แผ่นเหล็กจะมีความไวต่อรอยร้าวที่เกิดจากความเย็นในการเชื่อม และจำเป็นต้องอุ่นก่อน

4. ซ่อมแซม “การแตกร้าว” ของชิ้นส่วนขนาดใหญ่ที่เปราะเย็น
หลังจากการเชื่อมแผ่นเหล็กเสร็จสิ้น ส่วนหนึ่งของแผ่นเหล็กจะเกิดการแตกร้าว ซึ่งเรียกว่า “การแยกชั้น” ดูรูปที่ 2 ด้านล่างเพื่อดูสัณฐานวิทยาของรอยแตกร้าว ผู้เชี่ยวชาญด้านการเชื่อมเชื่อว่าเป็นการเหมาะสมกว่าที่จะนิยามกระบวนการซ่อมแซมว่าเป็น "กระบวนการซ่อมแซมการเชื่อมของรอยแตกร้าวในทิศทาง Z ในแผ่นเหล็ก" เนื่องจากส่วนประกอบมีขนาดใหญ่ การถอดแผ่นเหล็กออกแล้วจึงเชื่อมใหม่อีกครั้งจึงเป็นงานหนัก ส่วนประกอบทั้งหมดมีแนวโน้มที่จะเสียรูป และส่วนประกอบทั้งหมดจะถูกทำลาย ซึ่งจะทำให้เกิดการสูญเสียครั้งใหญ่
4.1. สาเหตุและมาตรการป้องกันรอยแตกร้าวแบบ Z-direction
รอยแตกในทิศทาง Z ที่เกิดจากการตัดและการเชื่อมถือเป็นรอยแตกร้าวที่เกิดจากความเย็น ยิ่งความแข็งและความหนาของแผ่นเหล็กมากเท่าไร ความน่าจะเป็นที่จะเกิดการแตกร้าวในทิศทาง Z ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น วิธีหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดขึ้นวิธีที่ดีที่สุดคืออุ่นก่อนตัดและเชื่อมและอุณหภูมิอุ่นขึ้นอยู่กับเกรดและความหนาของแผ่นเหล็ก การอุ่นล่วงหน้าสามารถทำได้โดยการตัดปืนและแผ่นทำความร้อนแบบตีนตะขาบแบบอิเล็กทรอนิกส์ และควรวัดอุณหภูมิที่ต้องการที่ด้านหลังของจุดทำความร้อน (หมายเหตุ: ส่วนการตัดแผ่นเหล็กทั้งหมดควรได้รับความร้อนอย่างสม่ำเสมอเพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไปในบริเวณที่สัมผัสกับแหล่งความร้อน) การอุ่นสามารถลดโอกาสที่จะเกิดการแตกร้าวในทิศทาง Z ที่เกิดจากการตัดและการเชื่อม
1. ขั้นแรกให้ใช้เครื่องเจียรบดรอยแตกร้าวจนมองไม่เห็น จากนั้นอุ่นบริเวณรอบๆ การเชื่อมเพื่อซ่อมแซมที่อุณหภูมิประมาณ 100°C จากนั้นใช้การเชื่อมด้วย CO2 (ลวดเชื่อมฟลักซ์คอร์จะดีที่สุด) หลังจากเชื่อมชั้นแรกแล้ว ให้เคาะรอยเชื่อมด้วยค้อนกรวยทันที จากนั้นจึงเชื่อมชั้นถัดไป จากนั้นจึงเคาะรอยเชื่อมด้วยค้อนหลังจากแต่ละชั้น ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุณหภูมิระหว่างชั้นอยู่ที่ ≤200℃
2 หากรอยแตกร้าวลึก ให้อุ่นบริเวณรอบๆ รอยเชื่อมก่อนประมาณ 100°C จากนั้นใช้เครื่องไสคาร์บอนอาร์กเพื่อทำความสะอาดรากทันที จากนั้นใช้เครื่องเจียรมุมบดจนมีความแวววาวของโลหะ (หากอุณหภูมิของ การเชื่อมซ่อมมีอุณหภูมิน้อยกว่า 100°C ให้อุ่นอีกครั้ง) จากนั้นจึงทำการเชื่อม
3 หลังการเชื่อม ให้ใช้อะลูมิเนียมซิลิเกตวูลหรือแร่ใยหินเป็นฉนวนในการเชื่อมเป็นเวลา ≥2 ชั่วโมง
④ ด้วยเหตุผลด้านความปลอดภัย ให้ทำการตรวจจับข้อบกพร่องด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงในพื้นที่ที่ซ่อมแซม