溶接後熱処理 (PWHT) - pwht solutions

溶接後熱処理(PWHT)は、溶接残留応力を低減し、脆性破壊を最小限に抑えるために不可欠なプロセスである。お客様のプロジェクト要件によっては、PWHTは溶接規定および規制に従って必須となる場合もあります。

PWHT工程は時間と労力がかかるため、特殊な機器や設備、厳格な品質保証措置が必要となる。

アニーリング

アニーリングは、最も広く利用されている熱処理のひとつである。この技術では、被加工材を高温に加熱してから再び徐冷することで、金属中の原子が再配列し、応力が緩和されて延性が回復する。アニーリングは、PWHTの重要なステップであり、その後の機械的工程における亀裂や破壊のリスクを低減する。さらに、（石油）化学、ボイラー建設、海洋産業などの特定のプロジェクトでは、頻繁に必要となる。

焼鈍は、溶接熱影響部（HAZ）の物理的特性も改善する。溶接の際、溶融材料は溶接継ぎ目の両側で凝固し、破断や脆性を起こしやすい腐食に弱い部分が残る。焼鈍によって融点を下げることで、焼鈍はこれらの問題を大幅に軽減する。

応力除去焼鈍は、大型鋳造品、溶接部品、冷間成形品の冷間加工や熱サイクルによって生じる内部応力を緩和するために使用される。この方法では、目標温度まで正確に加熱した後、冷却速度を制御する徐冷プロセスを開始する。

再結晶焼鈍（RCA）とは、合金を臨界温度以上に加熱した後、ゆっくりと冷却することにより、合金の組織内に未損傷の結晶粒を形成させ、変形した結晶粒を新しい未変形の結晶粒に置き換えることで、金属の硬度を低下させ、硬度低下を促進させる技術である。再結晶焼鈍はまた、材料の微細組織と粒径の微細化にも役立つため、微細組織を微細化すると同時に硬度をさらに低下させることができる。

ノーマライゼーション

溶接工程では、溶接部とその周囲の材料との間に温度勾配が生じ、残留応力の蓄積につながり、これが荷重応力と組み合わさって、溶接部の破損や応力腐食割れの原因となる。PWHTは、これらの残留応力を緩和し、溶接された材料の靭性と延性を改善すると同時に、圧力容器と配管のほとんどの規格と仕様で要求されている割れに対する耐性を向上させます。

焼ならし処理とは、金属を臨界温度まで加熱した後、静止空気中で冷却する熱処理の一形態で、冷却時にパーライト、マルテンサイト、フェライトを生成し、冷却後の靭性の保持を助けるとともに、歪みを減少させ、強度を高める。焼ならしは、応力腐食割れから鋼を保護するため、高濃度の塩分や風化にさらされる鋼に特に推奨される。

PWHTは、化学成分や材料の厚さなど、いくつかの要因によって異なる。溶接後熱処理は、溶接継ぎ目を囲む環状帯を加熱することで実施できる場合が多い。

温度管理

溶接の進行に伴い、溶接部と母材との間に温度勾配が生じ、許容できないレベルまで上昇し、水素誘起割れ（HIC）や応力腐食割れ（SCC）を引き起こす可能性がある。PWHTは、このような応力を緩和し、溶接された部品の耐食性を高めるのに役立つ。

PWHTは、溶接材を初期変態温度より低い温度まで加熱した後、徐々に冷却するもので、内部応力を緩和し、より均質な金属組織を形成すると同時に、硬度を低下させ、機械的特性を改善することを目的とする。

焼戻し脆化、過軟化、再加熱割れ、歪みなどの悪影響を最小限に抑えるため、PWHT温度の許容誤差、温度保持時間、加熱速度の設定と管理には注意が必要である。さらに、PWHT温度は、溶接手順の認定仕様書に規定された限界値を超えてはならない。

PWHTは、溶接工程の中でも複雑で時間のかかる部分であり、プロジェクトのタイムラインとコストに、複雑さと費用の両方を上乗せする可能性がある。制御が難しく、最適な結果を得るには高度な技能が必要である一方、監視や品質管理が不十分であれば、不十分な結果に終わり、コストと期間がさらに増大する可能性がある。さらに、加熱/冷却サイクルを繰り返すと、特定の合金では熱疲労が発生し、寿命が大幅に短くなることがあります。リブラザームの 6 ゾーンランプ/ソーク PWHT 温度コントローラは、熱処理プロセス全体を通して適切な温度を維持することで、このような懸念を軽減するのに役立ちます。

モニタリング

モニタリングは、あらゆる介入、プロジェクト、政策に不可欠な要素である。モニタリングは、介入策が正しく実施され、望ましい結果が得られることを保証する一方で、課題を特定し、意思決定に情報を提供するのに役立つ。モニタリングは、プログラムや政策の成功のために、その存続期間を通じてデータを収集する必要がある。

大規模なプロジェクトでは、組み立てに多大な労力と時間がかかる。この工程を管理する訓練された人材を見つけることも、困難であることが判明するかもしれません。さらに、加熱と冷却のサイクルを監視せずに放置すると、材料によっては損傷を受ける可能性があります。これは、溶接部品に歪みや反りを生じさせ、寸法精度や構造的完全性に影響を与え、機器の適切な機能を回復するために追加の検査や修理が必要になる可能性があります。

PWHT処理は、応力腐食割れに対する耐性を改善し、歪みリスクを低減し、機器の寿命を延ばすことで、こうした問題を緩和し、圧力機器の故障リスクを最小限に抑えるのに役立ちます。PWHT処理は、パイプライン、原子力発電所をはじめ、溶接材料が高温や腐食の多い環境にさらされる可能性のある多くの用途（石油・ガスパイプライン、原子力発電所をはじめ、溶接材料が高温や腐食の多い環境にさらされる可能性のある多くの用途（石油・ガスパイプライン、ボイラー、機器エンジニアリング加工、海洋加工など））において不可欠です。多くの産業が、業界標準の加工基準に従ってPWHTを利用している。その例としては、石油・ガス産業の加工を含め、PWHT手順を使用する石油・ガス産業の加工がある一方、航空宇宙産業のボイラーや設備エンジニアリングの加工など、材料の溶接部品を加工する際にPWHTを使用しなければならない石油・ガス産業のPWHT加工基準など、加工にPWHTを含めることを必要とする特定の基準を採用する産業もある。