パイプラインの溶接後熱処理（PWHT）

PWHTは、溶接材の機械的特性を向上させ、残留応力を除去するとともに、溶接に起因する欠陥を低減することを目的とした加熱・冷却処理です。.

PWHT規格は、特にパイプや圧力容器において、さまざまな業界からますます求められるようになっています。.

局所的なPWHTは、通常、配管サイズの加熱用途向けに設計された電気抵抗ヒーターを用いて行われます。これらの自己断熱型ユニットは、地域社会の加熱ニーズを満たすために、対象を絞った温度制御が可能です。.

耐食性

溶接後熱処理（PWHT）とは、制御された加熱・冷却プロセスであり、残留応力を除去することで、溶接された部品や構造物の機械的特性を向上させ、リスクを低減し、溶接に起因する欠陥を減少させるものです。 PWHTは、圧力容器を含む容器やパイプラインシステム、ならびに原子力発電所の設備において、厳格な規制基準に準拠するために必要となる場合があります。.

PWHTは、環境応力腐食割れを防止する効果的な手法であり、溶接部の耐食性と硬度を高めることで、割れが生じにくい状態にする働きがあります。さらに、この処理により、母材の靭性および延性が向上し、構造設計に適したレベルに達します。.

溶接後熱処理（PWHT）が不十分だと、内部応力が生じ、溶接部内で破損を引き起こす可能性があります。これに加え、設計限界を超える荷重応力が加わると、破損や脆性破壊につながる恐れがあります。PWHTの不実施や不適切な実施は、溶接部の破損や、それに続くさらなる溶接部の破損・破壊を招く恐れがあります。.

局所的なPWHTは、通常、電気抵抗加熱を用いて行われます。 パイプの直径に合わせて特別に設計された絶縁型抵抗ヒーターは、高周波電流によって個別に加熱されるコイルで構成されており、これにより所定の温度に達します。このプロセスを監視・記録するために、表示灯やレコーダーを備えた制御システムに加え、コイルへの電力入力割合を選択するためのポテンショメータ装置も備わっています。.

強さ

長年にわたる経験から、原子力用途に使用されるP-4およびP-5の配管材料は概ね満足のいくものであることが示されており、その結果は主に配管の直径ではなく、肉厚に関連する要因に依存しているようである。しかし残念ながら、これらの配管は、溶接部や熱影響部（HAZ）において弾性拘束条件を満たす基準には適合していない。.

現行の規格上の制限を分析した結果、多くの標準的な配管規格において、溶接後の熱処理（PWHT）を省略しても悪影響が生じないことが示されており、これにより、これらのシステムのコストと停止期間の両方を削減できる。.

解析の結果、所定の肉厚において直径が大きくなるにつれて、溶接残留応力が徐々に減少し、パイプの断面内におけるその影響範囲も同様に縮小することが明らかになった。これに伴い剛性も低下し、その結果、この領域内ではより柔軟な挙動が示され、その機械的挙動は平板のそれに類似したものとなる。.

疲労き裂の進展速度は、加わる荷重と材料特性の両方に依存するため、PWHTが疲労性能に及ぼす具体的な利点を一つに特定することは困難です。しかし、PWHTにより溶接部付近の残留応力のピーク値を大幅に低減することができ、それによって応力比に大きな影響を与え、ひいては疲労き裂の進展速度にも大きな影響を及ぼします。.

耐久性

PWHTは多大なエネルギーを消費し、温室効果ガスの排出や環境問題の一因となっています。また、PWHTを複数回繰り返すと、配管材料の強度が著しく低下し、機器の信頼性や耐用年数が損なわれる可能性があり、これは決定を下す前に慎重に検討すべきもう一つの複雑な問題となります。.

溶接後熱処理（PWHT）は、強度、硬度を高め、応力腐食割れなどの溶接に起因する欠陥に対する耐性を向上させることで、溶接された部品や構造物の機械的特性を向上させることを目的とした処理です。さらに、PWHTは、溶接工程で発生する残留応力を低減する効果もあります。.

PWHTに関する要件は、さまざまな規格の条項に規定されており、通常はその微細組織の構成や厚さの制限に重点が置かれている。EPRIによる調査の結果、これらの基準を緩和することで、電力会社にとって財務面および運用面の両方で大幅なコスト削減につながる可能性があることが判明した。.

現行の規格では、PWHTが義務付けられる材料は、肉厚が一定の限界値を超えている必要があると定められている。しかし、解析の結果、特定の肉厚において、パイプの直径が大きくなるほど、溶接残留応力がパイプの断面に影響を及ぼす程度が小さくなることが明らかになった。このことから、原子力用途の配管システムに悪影響を与えることなく、PWHTの要件を緩和できることが示唆される。.

信頼性

石油・ガス産業のパイプライン、原子力発電所、その他の配管用途では、厳格な信頼性基準が求められます。PWHT（溶接後熱処理）は、溶接継手が高圧、腐食環境、熱疲労に耐えられることを保証するものです。ASMEセクションVIIIをはじめとする多くの業界規格では、これらの厳しい基準を満たすため、特定の材料に対してPWHTを義務付けています。.

PWHTは溶接部の微細組織を変化させ、組織を軟化させるとともに応力緩和をもたらします。これにより、使用中に溶接部の破損や亀裂の原因となり得る溶接部やその他の不連続部付近の残留応力を低減できるほか、ピーク残留応力レベルを低下させたり応力比を変化させたりすることで、疲労亀裂の進展を遅らせることができます。.

材料の耐疲労性は、その強度、耐食性、延性、および靭性に依存しており、これらはPWHTによって大幅に高めることができる特性である。 配管に関する各種規格では、PWHTの要件が適用除外となる管径や肉厚について規定が異なっているが、こうした不一致は、設計上の考慮事項の違いというよりは、一般的な慣行や技術データの解釈の違いに起因しているようである（12）。.