เกณฑ์การยอมรับและการทำความสะอาดคราบสีจากการเชื่อมและรอยไหม้จากความร้อน (AWS D18.2)

การเปลี่ยนสีจากการเชื่อม คือ การเกิดคราบออกไซด์ที่มองเห็นได้บนผิวเหล็กกล้าไร้สนิมบริเวณใกล้รอยเชื่อม โดยสีของคราบดังกล่าวบ่งชี้โดยตรงถึงระดับความร้อนและปริมาณออกซิเจนที่ทำลายฟิล์มโครเมียมออกไซด์ป้องกันผิว ข้อกำหนด AWS D18.2 ให้แผนภูมิตัวอย่างการเปลี่ยนสีจากการเชื่อม ซึ่งจัดลำดับเฉดสีตั้งแต่สีฟางอ่อนที่ยอมรับได้ ไปจนถึงสีน้ำเงินเข้ม เทา และดำที่ไม่สามารถยอมรับได้ เพื่อเป็นเกณฑ์เชิงวัตถุสำหรับผู้ผลิตในการประเมินคุณภาพรอยเชื่อมที่ใช้ในงานด้านสุขาภิบาลและงานที่ต้องทนต่อการกัดกร่อนอย่างเข้มงวด สีที่เข้มขึ้นบ่งชี้ถึงการสูญเสียโครเมียมใต้ชั้นออกไซด์ ซึ่งส่งผลให้ความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนลดลง ดังนั้น เกณฑ์การยอมรับและการทำความสะอาดหลังการเชื่อมจึงมีความสำคัญเทียบเท่ากับคุณภาพของรอยเชื่อมเอง ที่ห้างหุ้นส่วนจำกัดเจ้อเจียงเหวินเชียง สเตนเลสสตีล เราถือว่าสภาพผิวหลังการเชื่อมเป็นส่วนหนึ่งของสินค้าที่ส่งมอบ ไม่ใช่เพียงเรื่องความสวยงามที่ทำเสร็จทีหลัง

เหตุใดจึงเกิดการเปลี่ยนสีจากการเชื่อม และสีแต่ละแบบหมายความว่าอย่างไร
สแตนเลสสตีลต้านทานการกัดกร่อนได้ด้วยฟิล์มผิวเฉื่อยที่ประกอบด้วยโครเมียมออกไซด์ ซึ่งบางและสามารถซ่อมแซมตัวเองได้ เมื่อให้ความร้อนบริเวณรอยเชื่อมในสภาวะที่มีออกซิเจน ฟิล์มนี้จะหนาขึ้นกลายเป็นออกไซด์แบบแทรกแซง (interference oxide) ซึ่งมีสีขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและระดับการสัมผัสกับออกซิเจน เช่นเดียวกับสีที่เกิดจากการอบชุบเหล็กคาร์บอน (temper colors) สีฟางอ่อนและสีทองจางๆ บ่งชี้ว่าเกิดออกไซด์บางๆ ที่อุณหภูมิไม่สูงมากนัก และมีการสูญเสียโครเมียมน้อย ส่วนสีน้ำเงินเข้ม ตามด้วยสีเทาและสีดำ บ่งชี้ว่าเกิดภายใต้อุณหภูมิสูงกว่าและสภาวะที่ออกซิไดซ์มากขึ้น ทำให้เกิดออกไซด์ที่หนากว่า
ปัญหาอยู่ที่สิ่งที่อยู่ใต้สีนั้น ในการสร้างชั้นออกไซด์ที่หนา พื้นผิวจะดึงโครเมียมจากโลหะบริเวณที่อยู่ต่ำกว่าขึ้นมา ทำให้เกิดชั้นที่มีโครเมียมต่ำลง การต้านทานการกัดกร่อนขึ้นอยู่กับการรักษาปริมาณโครเมียมในฟิล์มแบบพาสซีฟไว้ที่ประมาณ 10.5% หรือมากกว่านั้น ดังนั้น ชั้นที่มีโครเมียมต่ำลงภายใต้คราบความร้อนสีเข้มจึงเกิดการกัดกร่อนได้ง่ายกว่ามาก ประสบการณ์จากการใช้งานจริงในสนามและการทดลองในห้องปฏิบัติการต่างเห็นพ้องว่า สีเข้มขึ้นสัมพันธ์กับความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม (pitting) และการกัดกร่อนตามรอยต่อ (crevice corrosion) ที่ลดลง จึงเป็นเหตุผลที่ระบบสำหรับงานสุขาภิบาล งานเภสัชกรรม และระบบที่สัมผัสกับคลอไรด์ จำเป็นต้องควบคุมระดับสีให้เข้มน้อยที่สุด

แนวคิด AWS D18.2
AWS D18.2 คือมาตรฐานการยอมรับด้วยการสังเกตด้วยตา ซึ่งจัดทำขึ้นโดยอิงจากแผนภูมิตัวอย่างจริงของรอยเชื่อมที่เปลี่ยนสีบริเวณผิวด้านในของท่อและท่อโลหะสเตนเลสชนิดออสเทนนิติก มันจัดลำดับตัวอย่างไว้เป็นชุดแบบขั้นบันได โดยแต่ละตัวอย่างแสดงระดับความเปลี่ยนสีตั้งแต่ไม่มีการเปลี่ยนสีเลย ไปจนถึงสีเข้มขึ้นเรื่อยๆ และกำหนดหมายเลขกำกับไว้ให้แต่ละระดับ ผู้ผลิตหรือผู้ตรวจสอบจะเปรียบเทียบรอยเชื่อมจริงกับแผนภูมินี้ภายใต้เงื่อนไขการให้แสงที่ระบุไว้ และบันทึกหมายเลขของระดับที่ตรงกัน ยิ่งหมายเลขสูง ยิ่งแสดงว่าสีเข้มขึ้น และยิ่งสูญเสียความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนมากขึ้น
แผนภูมินี้เหมาะใช้กับท่อสำหรับงานสุขาภิบาลเป็นพิเศษ เนื่องจากผิวด้านในสัมผัสกับผลิตภัณฑ์โดยตรง และคุณภาพของการป้องกันอากาศจากด้านหลัง (back-purging) จะเป็นตัวกำหนดผลลัพธ์สุดท้าย คุณค่าของแผนภูมินี้คือ การเปลี่ยนการตัดสินใจเชิงวิจารณญาณแบบว่า "สีเข้มแค่ไหนจึงถือว่ามากเกินไป" ให้กลายเป็นระดับที่สามารถทำซ้ำได้และสื่อสารกันได้อย่างชัดเจน ซึ่งสามารถระบุไว้ในข้อกำหนดทางเทคนิคและตรวจสอบได้เมื่อรับสินค้า

ระดับที่คุณยอมรับได้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดทางเทคนิคที่ใช้บังคับ และระดับความกัดกร่อนของระบบบริการ เช่น ระบบที่ส่งน้ำดื่มอาจยอมรับสีที่เกิดจากการให้ความร้อนได้มากกว่าระบบที่ต้องการความบริสุทธิ์สูงหรือระบบที่มีคลอไรด์สูง

การป้องกันด้วยการไล่อากาศจากด้านใน (back-purging) และการควบคุมอุณหภูมิ
วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการควบคุมสีที่เกิดจากการให้ความร้อน คือ การป้องกันไม่ให้ออกซิเจนเข้าสู่บริเวณรอยเชื่อมขณะเชื่อมและระหว่างการเย็นตัว ให้ไล่อากาศจากด้านในท่อด้วยอาร์กอน พร้อมทั้งป้องกันด้านนอกอย่างเหมาะสม เพื่อรักษาระดับออกซิเจนให้ต่ำกว่าเกณฑ์ที่จะก่อให้เกิดออกไซด์หนาแน่น ดังนั้นรอยเชื่อมที่ผ่านการไล่อากาศอย่างเหมาะสมจะมีผิวมันวาวหรือมีสีเหลืองอ่อนเพียงเล็กน้อย ทั้งนี้ควรดำเนินการไล่อากาศต่อเนื่องจนกว่ารอยเชื่อมจะเย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิที่ทำให้เกิดการออกซิเดชัน เพราะสีที่เกิดจากการให้ความร้อนยังคงพัฒนาต่อไปตราบใดที่โลหะยังร้อนและสัมผัสกับอากาศ
การควบคุมปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้า ความเร็วในการเชื่อม และอุณหภูมิระหว่างชั้นของการเชื่อม จะช่วยจำกัดปริมาณการเกิดออกซิเดชันโดยรวมและความกว้างของโซนที่ได้รับผลกระทบ ความร้อนที่มากเกินไปจะทำให้เกิดสีเข้มและกว้างขึ้น และในเกรดดูเพล็กซ์ยังเสี่ยงต่อความเสียหายทางโลหะวิทยาอีกด้วย การจัดแนวชิ้นงานให้พอดีกันอย่างดีและการใช้เทคนิคที่สม่ำเสมอจะช่วยลดงานแก้ไขซ้ำที่มักเกิดขึ้นจากการให้ความร้อนซ้ำๆ

การกำจัดคราบสีจากความร้อน
เมื่อคราบสีเกินระดับที่ยอมรับได้ จำเป็นต้องกำจัดคราบสีนั้นออกพร้อมกับชั้นโครเมียมที่ถูกทำลายใต้คราบสีด้วย และต้องทำการสร้างฟิล์มป้องกันผิวใหม่ (repassivation) วิธีที่เลือกใช้ขึ้นอยู่กับความสะดวกในการเข้าถึงพื้นผิวและสภาพการใช้งาน
ยาสีฟันแบบเจลที่มีกรดไนตริกและกรดไฮโดรฟลูออริก ใช้แปรงทาบริเวณรอยเชื่อมเพื่อทำลายชั้นออกไซด์และชั้นที่สูญเสียธาตุออกไปทางเคมี จากนั้นล้างออกอย่างทั่วถึง วิธีนี้คืนสมบัติต้านการกัดกร่อนให้โลหะ แต่ต้องจัดการอย่างระมัดระวังและทำให้ของเสียเป็นกลางก่อนทิ้ง อีกวิธีหนึ่งคือการขัดผิวด้วยไฟฟ้า (electropolishing) ซึ่งจะกำจัดผิวชั้นบางออกด้วยกระบวนการไฟฟ้าเคมี ทิ้งไว้ซึ่งผิวที่เรียบเงาและอุดมด้วยโครเมียม ซึ่งระบบที่ต้องการความบริสุทธิ์สูงนิยมใช้วิธีนี้ ส่วนวิธีกล เช่น การขัดด้วยแปรงลวดสแตนเลส การพ่นวัสดุขัดที่สะอาด หรือการขัดด้วยเครื่องเจียร จะกำจัดคราบสีที่เกิดจากความร้อนออกทางกายภาพ แต่ต้องใช้อุปกรณ์ที่ทำจากสแตนเลสเท่านั้น เพื่อป้องกันไม่ให้อนุภาคเหล็กจากเหล็กกล้าคาร์บอนฝังตัวลงในผิว และหากใช้วิธีกลเพียงอย่างเดียว โดยไม่ตามด้วยการพาสซิเวชัน อาจทิ้งผิวที่มีสมบัติต้านการกัดกร่อนต่ำกว่ามาตรฐาน
หลังการกำจัดคราบสีทุกวิธี ต้องดำเนินการพาสซิเวชันด้วยกรดไนตริกหรือกรดซิตริก เพื่อสร้างชั้นออกไซด์ใหม่ที่สะอาดและอุดมด้วยโครเมียม ซึ่งจะคืนสมบัติต้านการกัดกร่อนที่สูญเสียไปจากคราบสีที่เกิดจากความร้อน

เมื่อคราบสีที่เกิดจากความร้อนยอมรับได้
ไม่จำเป็นต้องกำจัดคราบสีทั้งหมดออกไปทุกครั้ง รอยเปลี่ยนสีแบบสีฟางอ่อนบนรอยเชื่อมที่ผ่านการล้างออกอย่างดีในสภาพการใช้งานทั่วไป มักจะสอดคล้องตามข้อกำหนด และยังคงรักษาคุณสมบัติในการต้านทานการกัดกร่อนไว้ได้เกือบทั้งหมด ให้มาตรฐานที่ควบคุมและสภาพแวดล้อมเป็นผู้กำหนด: งานที่ต้องการความสะอาดสูง ความบริสุทธิ์สูง หรือมีสารคลอไรด์ปนอยู่ จะต้องการรอยเชื่อมที่มีผิวเงาใกล้เคียงกับผิวเดิม ในขณะที่งานที่มีความรุนแรงน้อยกว่านั้นอาจยอมรับระดับ D18.2 ที่ต่ำได้โดยไม่ต้องทำความสะอาด สิ่งสำคัญคือต้องกำหนดระดับที่ยอมรับได้ไว้ล่วงหน้า และตรวจสอบยืนยันให้แน่ชัด แทนที่จะประเมินด้วยสายตาโดยไม่มีเกณฑ์อ้างอิง

คำแนะนำเชิงปฏิบัติ
ระบุระดับการเปลี่ยนสีตามมาตรฐาน AWS D18.2 สูงสุดที่เหมาะสมกับการใช้งาน ป้องกันสีจางหรือเปลี่ยนสีด้วยการควบคุมการไหลของก๊าซป้องกันจากด้านหลัง (back-purging) อย่างเคร่งครัดและการควบคุมความร้อนอย่างแม่นยำ และขจัดและทำกระบวนการ passivation ใหม่สำหรับรอยเชื่อมใดๆ ที่เกินขีดจำกัดที่กำหนด ใช้อุปกรณ์ทำความสะอาดแบบกลไกที่ทำจากสแตนเลสเท่านั้น เพื่อป้องกันการปนเปื้อนด้วยธาตุเหล็ก และล้างพื้นผิวที่ผ่านกระบวนการ pickling ให้สะอาดอย่างทั่วถึง เวิ่นเฉียงผลิตท่อและท่อน้ำสแตนเลสที่ผ่านการเชื่อมด้วยการควบคุมการไหลของก๊าซป้องกันอย่างแม่นยำและทำความสะอาดหลังการเชื่อมอย่างเหมาะสม ห้องปฏิบัติการภายในของเราตรวจสอบคุณภาพรอยเชื่อมและสภาพพื้นผิวอย่างละเอียด เพื่อให้ผลิตภัณฑ์ที่จัดส่งออกมานั้นสอดคล้องกับทั้งข้อกำหนดด้านการเปลี่ยนสีและด้านความต้านทานการกัดกร่อนตามที่การใช้งานของท่านกำหนด

คำถามที่พบบ่อย
คำถาม: การเปลี่ยนสีจากความร้อนขณะเชื่อม (weld heat tint) ลดความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนจริงหรือไม่
คำตอบ: ใช่ การเปลี่ยนสีที่เข้มขึ้นเกิดจากการที่โครเมียมในชั้นโลหะใต้ผิวถูกดึงออกไป ทำให้เกิดชั้นโลหะที่มีโครเมียมต่ำกว่าปกติ ชั้นนี้จึงมีแนวโน้มเกิดการกัดกร่อนแบบจุด (pitting) และการกัดกร่อนในรอยแยก (crevice corrosion) ได้ง่ายขึ้น จึงเป็นเหตุผลที่มาตรฐาน AWS D18.2 จัดระดับความเข้มของการเปลี่ยนสี และเป็นเหตุผลที่การใช้งานที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูงกำหนดข้อจำกัดไว้อย่างเข้มงวด
คำถาม: วิธีที่ดีที่สุดในการป้องกันการเปลี่ยนสีของรอยเชื่อมคืออะไร
ก: การใช้อาร์กอนล้างด้านในรอยต่อและป้องกันด้านนอกช่วยขจัดออกซิเจนระหว่างการเชื่อมและการเย็นตัว ทำให้รอยเชื่อมมีผิวมันวับหรือมีสีเหลืองอ่อน การควบคุมปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้า และการรักษาสภาพการล้างจนกว่ารอยเชื่อมจะเย็นลงเพิ่มเติม จะช่วยจำกัดการเกิดคราบสี

สำหรับท่อสแตนเลสที่ผ่านการเชื่อมด้วยการล้างอย่างควบคุม ทำความสะอาดหลังการเชื่อม และยืนยันคุณภาพรอยเชื่อมแล้ว โปรดติดต่อ Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. ที่ +86 577 8922 2595 / https://www.chinawqsteel.com/