溶接後熱処理（PWHT）コード

によって アドミンエイトで 製品関連オン 投稿日:

現在の配管と圧力容器の設計基準では、材料の厚さが確立されたしきい値を超える場合、PWHTが必要な場合があると規定されており、これは通常シャルピー・エネルギーを測定することによって決定される。炭素鋼や低合金鋼の中には、適切な予熱サイクルを利用すれば、適用除外となるものもあります。

鋼管のガース溶接部は、Mohr社による評価を受け、PWHT処理を必要としない可能性があることが示された。

ASME PWHTとは？

溶接後熱処理(PWHT)は、圧力容器や配管機器の 溶接残留応力を緩和するために、ますます一般 的になっている技術で、き裂の発生や脆性破壊の傾向を 低減するために、ある板厚閾値以上の炭素鋼溶接 部に必要と規定されていることが多い。残念ながら、大きな部品にPWHTを実施することは、遠隔地や部品の重量が大きいため、現実的でなかったり、コストがかかったりすることがあります。そのため、スポットPWHTやブルズアイPWHTの構成が代わりに採用されることがあります。

このような構成では通常、歪み、隣接溶接部の割れ、深刻な残留応力の発生を防止するサイズと位置のソーク、加熱、勾配制御バンドが利用される。残念ながら、これらの設計は複雑なため、熱-機械的応答を正確に予測することは、エンジニアリングを極めて困難なものにしています。この調査で使用された高度な計算シミュレーション技術は、機器の修理後に実施される局所的なPWHT構成が、機器のダウンタイムをさらに延長するような、歪みや亀裂などのコストのかかる追加損傷を引き起こさないことを保証する方法を解析者に提供します。

現在の圧力容器と配管の設計規定では、溶接部の厚さが材料のシャルピー衝撃試験特性によって決定される量を超えた場合にPWHTを行うことが一般的に義務付けられていますが、要件は規定によって異なり、さまざまな規定で指定されている厚さ制限の間には大きなばらつきがあります。私たちの調査により、PD5500で使用されているのと同様のアプローチを取ることで、これらのばらつきのある仕様のいくつかに対処できる可能性があることがわかりました。

ASME PWHT厚さのしきい値とは何ですか？

表1に示すように、配管と圧力容器の規格は通常、C-Mn鋼に対して19mmまでのPWHTを要求しているが、橋梁用のBS 5400や建築用の2633[25]のような一般的な構造工学規格は、PWHTの要求から免除されるために、より低い免除閾値を設定している場合がある。これらの相違は、鋼材の化学組成の違いに加え、破壊靭性（図示のとおり）に対する要求の違いに起因していると思われる。

溶接後熱処理は、溶接金属と母材組織の両方を 焼戻しすることで残留張力を大幅に減少させ、 溶接部の残留応力を大幅に低減し、強度と靭性を 高め、環境支援割れのリスクを低減する。

PWHTはまた、圧力機器にとってコスト高となり、修理可能性を回復するために必要な修理ダウンタイムを長引かせる熱歪みを低減することができます。予熱と冷却速度の理想的なバランスをとることで、適切なPWHTを達成することが成功の鍵です。

高度な非線形FEAシミュレーションを活用することで、圧力機器の修理に最適なPWHT配置を決定することができます。さまざまな予熱・冷却条件に対する溶接部の熱機械反応をシミュレーションすることで、この方法は、残留応力だけでなく歪みも最小化する最適な局所的PWHT配置を特定します。

ASME PWHT予熱しきい値とは何ですか？

現在の圧力機器と配管の設計規定では、溶接厚さが特定の限界値を超えた場合にのみPWHTを実施しなければならないと規定されており、通常、材料のシャルピー試験特性または最低使用温度要件によって決定されます。この制限板厚法は、脆性破壊から機器を保護することに成功したことから明らかなように、産業界で長い間利用されてきました。

しかし、PWHTの使用は、多大なエネルギーを消費し、温室効果ガスの排出やその他の環境問題の一因となり、その運転と維持に関連する追加コストが発生する。さらに、機器の耐用年数の間に何度もPWHTサイクルが必要になることもあり、その維持・管理に関連するコストがさらにかさむ。

そのため、より寛容な材料特性を生み出すことで、PWHTの必要性を低減する取り組みが盛んに行われている。これによって、より強度の高い炭素鋼を使用する設備が可能になると同時に、エネルギー使用量と、環境的に支援されたクラッキング・プロセスに関連するリスクの両方が減少する。

この目標を達成するために、予熱温度の使用やマルチパス溶接などのアプローチが考案されてきた。2014年、ASME B31.3「動力配管」規格が改正され、P-No 1材料グループに適合する炭素鋼の溶接部に対するPWHT義務化の適用除外表が追加された。この例外の下では、厚さ25mm（1インチ）以上のCSは、マルチパス溶接を利用する場合、溶接前に95℃（200degF）の予熱を受けなければならない。

ASME PWHT厚さ免除とは何ですか？

圧力容器と配管に関する現行の製造規準では、 溶接部の板厚が所定の値を超えた場合にPWHTが必 要になる場合があると規定されており、この限界値 は通常、材料のシャルピー試験特性を用いて決定 される。しかし、要件は規格によって異な り、より保守的な規格もあります。

ASME B31.3(2014)では、材料グループP1の 炭素鋼材で、溶接前に95℃の予熱温度を適用す る場合、PWHTの義務免除を認めており、これは 優れた技術的慣行における重要な変化である。この新たな規定は、優れた技術的慣行における実質的な変化を意味する。

PWHTはエネルギー集約的なプロセスであり、温室効果ガスの排出など、環境に大きな影響を与える。さらに、機器の寿命にわたって何度もPWHTを繰り返すと、反りや歪みが生じて大規模な補修が必要になることがあります。複合材補修は、損傷した圧力機器部品の補修において、PWHTに代わる選択肢を提供します。

複合材補修は、金属補修と比較して環境面でいくつかの利点があります。構造的完全性を向上させ、漏れのリスクを減らすことができるだけでなく、高性能材料の組み合わせにより、複合材補修は疲労などの経年劣化に耐える耐久性の高い補修となります。そのため、元のPWHT作業が完了した後も、機器の安全な運転を保証するのに役立ちます。