炭素鋼管の溶接後熱処理（PWHT）要件

炭素鋼配管を用いた多くのプロジェクトでは、BS 2633 や類似の規格が、炭素含有量の低い低合金鋼について、厚さ 19mm までは PWHT を省略できると定めていることを利用して、PWHT を省略している。こうした要件は、米国の規格で定められた要件を満たすか、あるいはそれを上回る傾向にある。しかし、BS 2633では、より高い予熱要件が規定されている。.

溶接手順

PWHT（溶接後熱処理）は、単なる工程の一段階にとどまらず、設備の健全性、作業員の安全、および長期的な性能に直接影響を与える不可欠な工学プロセスです。PWHTは、残留応力を低減すると同時に微細組織を微細化することで、応力腐食割れを防止し、その発生を未然に防ぎます。.

PWHTとは、溶接部を高温に長時間加熱し、その金属マトリックスに内部応力を吸収・再配分させることで、脆性破壊のリスクを低減し、靭性と延性を向上させ、水素による損傷を防ぐ処理である。.

最適なPWHTレベルを達成するためには、溶接手順に予熱および溶接後熱処理の両方に関する措置を盛り込む必要があります。これには、適切な予熱の種類や温度の選定、加熱・保持温度の監視、および品質管理措置の実施が含まれます。.

PWHTのみでは、溶接に使用される材料の硬度を低下させ、延性を高めるには不十分な場合があり、高度な資格を持つ溶接担当者が追加の工程を実施する必要がある場合があります。.

予熱

最近の研究では、サーモビジョンカメラと熱伝達解析を用いた、多パス修復溶接における予熱の実験的・解析的手法が開発され、いずれの手法もその精度が実証された。.

2014年版のASME B31.3以降、厚肉炭素鋼配管については、臨界オーステナイト温度以上に予熱され、かつ多層溶接工法を用いて溶接が行われる限り、PWHTが免除されるようになった。これは、従来の要件とは重要な違いである。.

これらの新たな適用除外措置はコスト削減につながる可能性がありますが、選択する際には慎重に検討すべきリスクも伴います。これらの溶接部は、腐食や性能上の問題が生じる可能性があります。さらに、PWHT（溶接後熱処理）の要件がないため、設計上の不備が生じ、場合によっては再溶接が必要になる恐れがあります。これを防ぐためには、予熱を行うことが推奨されます。.

溶接後熱処理

溶接後熱処理（PWHT）とは、溶接部を特定の温度まで短時間加熱した後、ゆっくりと冷却する処理であり、これにより応力を緩和し、溶接部の靭性を高めることができます。ただし、PWHTは、材料の物性を低下させる過熱や加熱不足を避けるため、慎重に行う必要があります。.

PWHTでは、溶接部を厚さ1インチあたり約1時間、550～625℃の温度まで加熱し、その微細組織をオーステナイトから等軸双晶マルテンサイトへと変化させ、靭性を高めつつ硬度を低下させることで、機械的特性を変化させます。.

構造用溶接部においては、場合によってはPWHTが必要となることもありますが、そうでない場合もあります。 ASME B31.1およびB31.3では、多層溶接が採用され、予熱措置が講じられている場合、圧力容器、配管システム、および貯蔵タンクに使用されるC-Mn鋼管について、溶接後のPWHTを施さずに壁厚を制限することが認められています。.

参加資格

表331.1.3は、以前のPWHTの肉厚制限に関する免除規定が過度に制限的あるいは過度に保守的であった可能性があるという懸念に応じ、2014年にPWHT測定の対象となった炭素鋼製プロセス配管のPWHT要件に対して行われた重要な変更の詳細を示している。.

EPRIが後援した試験（参考文献1）により、P No. 4材料は、熱処理温度の上昇に伴い、硬度および靭性に著しい変動が生じることが明らかになった。特に、P No. 1材料とP No. 4材料の異種材料接合部において、その傾向が顕著であった。.

B31.3の2014年改訂により、P No 1材料グループに該当するすべての炭素鋼材料、およびすべての規定厚さおよび溶接種について、溶接前に95℃以上の予熱を行う場合、溶接後熱処理が免除されることとなった。このアプローチは、英国のBS 2633が推奨しているものと同様ですが、非破壊検査（NDE）検査員は、すべての工程が規格の要件に準拠していることを引き続き確認しなければなりません。.