炭素鋼の溶接後熱処理

溶接後熱処理（PWHT）は、溶接工程で生じた残留応力を緩和し、再分配するのに役立つ。

熱衝撃、歪み、不均一な応力除去を防ぐため、加熱と冷却の速度を注意深く管理する必要がある。PWHTは、炉または局所的な電気抵抗ブランケットまたはパッドを使用して実施することができる。

アニーリング

PWHTは、溶接部の引張残留応力レベルを大幅に低 下させるが、完全に除去することはできない。大半の疲労サイクルでは、非常に 有害な引張応力が完全に残る。

完全焼鈍では、低共析相と共析相をそれぞれのAc3およびAc1温度より50℃程度高い温度まで加熱し、その後徐々に冷却して平衡構造に近い状態にします。このプロセスは、水素脆化を回避すると同時に、環境支援割れのリスクを低減するのに役立ちます。

小さな部品へのスポットPWHTは可能であるが、注意深く実施しなければならない。ソークバンド、加熱バンド、勾配制御バンドのサイズと配置を正しく行わないと、構造部品に歪みや崩壊が生じたり、残留応力状態が不安定になり致命的な破壊につながる可能性がある。加熱帯内の温度を安定させるために断熱材を使用しなければならない。自動記録温度計も利用しなければならない。

ノーマライゼーション

一般的に低合金鋼に適用されるこの処理は、溶接によって生じた粗粒組織を除去し、材料特性を改善する。さらに、溶接部での抑制されない熱応力を遮断しながら、脆性破壊の危険性を低下させる。

金属を上部臨界点以上の温度に加熱し、断面厚さに比例した時間浸漬した後、制御された冷却下で常温環境下で冷却する。このプロセスにより、きめ細かい組織と均一な微細構造が形成され、内部応力が緩和されるため、成形作業や使用においてより柔軟な材料となる。

完全焼ならしは、炭素鋼および炭素マンガン鋼に最も頻繁に適用され、特定の用途では焼入れの効果的な代替となる。しかし、残念なことに、完全な焼なら し処理によってすべての残留応力が除去されるわけ ではない。疲労設計コードは、この差を考慮するため にさらなる再焼ならしを要求する場合がある。

ストレス解消

応力除去は、成形や機械加工のような製造工程で発生する材料内部の応力（表面での圧縮や芯部での張力など）を軽減するために使用される。応力除去は、材料を一定時間高温に加熱した後、一定時間かけてゆっくりと冷却するという点で、焼きなましと似ている。

応力除去は、溶接部の引張強さを低下させ、 局所的な切り欠きや応力集中部での耐疲労性を強 化する一方、粒界炭化物の析出を増加させるなど、い くつかの利点をもたらす。しかし、応力除去は、PWHT工程で使用される不適切 な冷却技術、温度制御、溶接技術によって悪影響を 受ける可能性がある。結果を最大化するためには、こ れらの要因をこの工程で適切な時間と温度で使用す ることが不可欠である。

焼き戻し

低合金炭素鋼は、十分な強度と靭性を持つ組織を得るために、溶接後熱処理（PWHT）を必要とする。この処理では、部品を特定の温度まで長時間加熱した後、徐々に冷却する。

金属組織の変更は、遅れ割れの可能性を減少させ、延性を増加させるだけでなく、溶接部の耐食性を向上させ、靭性、衝撃強度、脆性破壊に対する耐性を向上させるのに役立つ可能性がある。

PWHTは通常、熱電対を戦略的に配置した制御可能な予熱・加熱システムを使用して、部品に歪みを与えることなく均一な加熱を実現します。スポットPWHTは、パイプの円周溶接部や長い圧力容器の閉塞溶接部のような大きな部品にも利用できますが、熱膨張のばらつきが大きな歪みを引き起こす可能性があるため、この技術のエンジニアリングはより困難になります。