パイプ溶接プロセスにおけるPWHTの重要性

高周波コイルから発生する電流が必要な熱を発生させ、対流によって冷却する。.

研究により、溶接残留応力とHAZ破壊靭性の懸念は、肉厚が5/8インチ未満のパイプ材にPWHT要件を適用する十分な技術的正当性をもたらさないことが実証されている。.

1.残留応力の緩和

溶接は、大きな引張残留応力を発生させ、溶接鋼材の環境支援割れや脆性破壊を引き起こす可能性があります。溶接後熱処理(PWHT)は、このような張力を緩和し、鋼管が使用中に安全に作動し続けることを可能にします。.

従来のPWHTでは、溶接部の強度、耐食性、耐疲労性、または水素損傷防止を最適化するために、溶接部を最低変態温度を超える温度に加熱する。温度の選択は、必要な焼戻し効果と、耐食疲労性または水素損傷に対する必要な材料の耐性レベルによって決まる。.

小面積の残留応力を低減するために局所PWHTを使用する場合、加熱帯の形状を選択することが極めて重要である。弾性解析の結果、可変幅の加熱帯を使用した方が冷却後の残留応力が大きいことが示されたため、可変幅の加熱帯は一定幅の円周帯よりも応力の大きさをより効果的に低減できることが、これまでの研究で明らかになっています。.

これらの知見は、配管規格の現行のPWHT適用除外限度が正確でない可能性があること、特に既存の規格では5/8インチより薄い溶接部の破壊靭性試験を義務付けていないため、材料の溶接性や疲労性能に影響を与えることなくPWHT要件を低減できる可能性があることを示唆している。.

2.溶接の強化

溶接後熱処理 (PWHT) は、溶接工程に不可欠な要素です。さらにPWHTは、動的な負荷条件下で溶接部が弱くなり、脆くなって破損する可能性のある応力集中を除去することで、強度を向上させます。.

PWHTは、焼鈍、焼ならし、焼入れ、焼戻しなどの様々な技法を用いて、金属を所定の温度で所定の時間加熱することで、リスクを低減しながら強度を高める。PWHTの目的は、溶接部の強度を高めると同時に、割れのリスクを低減することである。.

しかし、こうした処理を誤ると、実際に溶接部の強度を弱める可能性がある。これは、熱勾配が適切に制御されない場合に起こる。このような場合、溶接部はある場所で他の場所より高い温度を経験し、様々な速度で膨張と収縮を余儀なくされるため、応力腐食割れや水素誘起割れに対する抵抗力が弱くなる。.

PWHTは、パイプの種類、使用される溶接金属材料、その他の要因によって必要とされる場合とされない場合がある。炭素鋼製のパイプは通常、PWHTを必要とするが、環境応力に対する十分な強度を確保するため、溶接部を設置する前に応力除去熱処理が必要な場合もある。.

3.ひび割れのリスクを低減

溶接後熱処理は、鉄鋼加工に不可欠な要素である。この制御された加熱と冷却の工程は、残留応力を緩和し、溶接部組織を焼き戻し、拡散性水素を除去し、応力腐食割れに対する感受性を低下させ、強度と硬度を高め、さらに強度を向上させる。溶接が不適切に行われたり、完全に省略されたりすると、圧力容器や主要な配管部品のような構造物を壊滅的に破損させる可能性のある粒界超過割れが発生しやすくなる。.

PWHT溶接技術は、溶接部の延性を高めることによって、配管部品の低温割れを低減することもできる。この目標を達成するためには、拡散性水素指数が低い（H4またはH8など）溶加材を使用すべきである。.

予熱を使用することで残留応力が大幅に緩和され、疲労亀裂のリスクが減少することが研究で示されている。しかし、PWHTは、十分な大きさの荷重が経時的に交互に負荷された場合にのみ、大きな効果を発揮することを忘れてはならない。.

この調査によると、PWHTは、どのような肉厚であっても、配管径が大きくなるにつれて、その重要性が低くなることから、PWHTを実施しなければならない時期を制限している現行の規格の適用除外は、標準的な発電所の配管スケジュールに影響を与えることなく改正されるべきであることが示唆された。.

4.欠陥のリスクを低減

多くの配管システムは、高温・高圧の過酷な環境で使用されなければならず、PWHT処理を行わないと、溶接部が熱疲労や破損に見舞われる可能性があります。しかし、PWHT処理を施すと、その金属はこの応力に耐えることができ、システムの安全性と信頼性を向上させながら、故障のリスクを減らすことができます。.

PWHTには多くの利点があるが、場合によっては過剰適用や不適切な適用が行われる危険性がある。過剰な施用は、引張強度とクリープ強度を低下させ、ノッチ靭性を低下させる可能性がある。不適切な施用は、コンクリート表面のひび割れや経粒界ひび割れを引き起こす可能性さえある。.

そのため、配管や圧力容器に関連する様々な規格では、PWHT要件に関して異なる要件が設定されていることが多い。例えば、ASME BP&V Section IおよびVIIIでは、厚さ5/8インチ未満のP-4およびP-5A材料で作られた溶接部は、この要件から除外されています。一方、ANSI B31.3のような他の規格では、厚さ4インチ以下の溶接部に対してのみPWHTを要求しています。.

これらの違いは、規格を起草した専門機関が異なり、彼らの工学的経験と実践に導かれていることに起因する可能性がある。しかし、管材の直径が大きくなるにつれて、溶接性が高くなる傾向があることが分かっている。したがって、肉厚の厚い溶接部では、肉薄の溶接部よりもPWHTの重要性が低くなる。.