PWHT 溶接後熱処理

溶接後熱処理は、溶接中に生じた残留応力を最小限に抑え、再配分することを目的とした工程であり、残留応力は水素誘発亀裂の発生リスクを高めたり、その他の構造的破損を引き起こしたりする可能性がある。.

PWHTは通常、誘導加熱を用いて行われます。誘導加熱は、高周波の交流電流を利用して磁場と渦電流を発生させ、金属を加熱するもので、PWHTと同様の原理ですが、より迅速に行われます。.

アニーリング

焼鈍は、溶接後の熱処理工程において最も効果的な手法の一つであり、対象部位を特定の温度まで加熱し、所定の時間保持した後、徐々に冷却する工程です。焼鈍を行うことで、材料内の応力を緩和すると同時に、時間の経過とともに材料がより均一に伸縮するよう促します。.

焼鈍は、溶接熱影響部（HAZ）の物性を向上させるのに役立ちます。溶接が行われると、合金中の炭化物などの特定の元素が固溶体から析出し、HAZの脆性を高め、腐食を受けやすくします。しかし、焼鈍を行うことでこの影響を軽減し、溶接部のHAZの構造的健全性を高めることができます。.

PWHT技術は、溶接部における水素誘発亀裂の発生リスクを大幅に低減できるほか、ねじり応力亀裂や繰返し応力亀裂などの他の種類の亀裂も防止することができます。さらに、PWHTを施すことで、必要に応じた補修や交換が容易になり、生産効率全体が向上します。.

PWHT処理を行う際には、最大限の効果を得るために、適切な加熱および冷却方法を採用することが極めて重要です。特に、加熱は溶接部の温度を十分に上昇させるものでなければなりませんが、冷却速度は熱による追加の応力を生じさせないものでなければなりません。断熱材を使用することで、PWHT処理中も溶接部の温度を均一に保つことができます。.

ノーマライゼーション

焼ならしは、溶接部内部の残留応力を除去し、溶接部の延性を高めるための手法です。これは、温度を徐々に上昇させた後、再び徐々に冷却することで行われます。これにより、全体を通じて均一な冷却速度が確保され、圧力機器における変形、反り、および構造的完全性の損なわれを防ぐことができます。 さらに、焼ならしを行うことで、材料を均一なペースで冷却することができ、割れのリスクを低減することができます。.

焼ならしとは、合金成分をより均質かつ等方的な状態に溶解させる処理であり、これにより溶接部の全体的な強度や耐久性における局所的な特性のばらつきを低減するのに役立ちます。また、熱処理中の原子の再配分により、溶接部における水素割れを低減します。.

PWHTの要件は、溶接材料の化学組成や厚さによって異なります。重要な配管や圧力容器の構成部品については、規格によりPWHTが義務付けられている場合があります。また、PWHTを施すことで腐食への耐性を高め、耐用年数を延ばすことができます。.

PWHTは、低炭素鋼や高炭素鋼をはじめとするさまざまな材料や合金に対して実施することができます。材料や用途に応じて、PWHTは残留応力の緩和、溶接部の焼きなまし、水素含有量の低減、および溶接部の引張強度、耐クリープ性、ノッチ靭性の向上に寄与する場合があります。.

ストレス解消

応力除去PWHT（溶接後熱処理、略してPWHT）は、溶接された金属部品の残留応力を緩和するために用いられる追加の熱処理工程です。 この目的を達成するため、この工程では、金属を相変態範囲以下の温度で長時間加熱した後、再びゆっくりと冷却します。これにより、硬度が低下する一方で柔軟性と延性が向上し、材料の割れに対する耐性が高まるほか、過酷な環境や酸性環境下での応力腐食割れの発生リスクも低減されます。.

残留応力のPWHT試験は、溶接規格や圧力容器・配管の設計基準によって義務付けられる場合があります。これは、累積荷重が材料の設計限界値を超え、溶接部の破損、構造物の損傷、さらには人身事故につながる可能性があるためです。.

また、応力除去には、溶接工程中に溶接材料に浸透する高濃度の周囲水素によって引き起こされる水素誘発割れ（HIC）の防止に役立つという追加の利点もあります。 HICは、溶接直後に材料を加熱し、HICを引き起こす前に溶接部から水素を排出させることで回避できます。このため、このようなPWHT処理は、パイプや圧力容器の閉口部溶接など、長尺の部材に適用される傾向があります。.

冷却

多くの溶接プロセスでは、溶接工程中に水素が発生します。水素誘発割れ（HIC）を防ぐためには、この水素を溶接金属や熱影響部（HAZ）から拡散させて除去する必要があります。 通常、これには温度を最高点まで上昇させた後、徐々に下げる工程が含まれますが、これを効果的に行うためには、適切な予熱温度やパス間温度を維持するなどの他の対策も講じる必要があります。.

この方法により、溶接金属内の残留応力を許容可能なレベルまで低減することはできますが、既存の引張残留応力を完全に除去することはできません。.

一般的な手法では、材料の厚さや種類に応じて、最高温度で適切な時間、保圧処理を行います。この保圧処理の時間が長ければ長いほど、残留応力のレベルは低くなります。.

焼ならしは、溶接部の硬度を下げるためのもう一つの効果的な手法であり、特に高濃度の塩分や風化にさらされる材料において有用で、組織の歪みを低減するのに役立ちます。この工程では、材料を最高温度まで加熱した後、ゆっくりと冷却します。これにより、蓄積した余分な水素を除去し、水素誘発割れ（HIC）を防止することもできます。.