熱溶接後の熱処理

溶接後の加熱処理とは、材料が急激に冷却されて内部応力が生じたり、望ましくない金属組織の変化を引き起こしたりするのを防ぐため、初期の予熱とは異なる温度で材料を加熱する処理のことです。.

PWHTは、溶接金属の引張残留応力をその降伏強度の約30%まで低減し、脆性破壊のリスクを低減するとともに、優れた機械的特性をより容易に得ることができるようにします。.

ストレス解消

溶接後の熱処理は、あらゆる鋼種に対して行うことができ、材料の種類や厚さに応じて調整可能な時間、ワークピースを正確な温度まで加熱することで、溶接部の歪みや早期破損の原因となり得る内部応力を緩和することができます。.

水素ベークアウトや予熱などの応力除去処理には、予熱炉の使用が必要となります。炭素鋼や高合金鋼、あるいは厚肉材を加工する際には、予熱が必要となる場合があります。.

最適な結果を得るためには、予熱炉には、正確な昇温・冷却速度を監視する熱電対を取り付ける必要があります。これにより、熱衝撃を低減し、溶接部が目標温度に速やかに到達できるようにするとともに、溶接部における酸化、再焼鈍、過熱、または水素脆化の発生を防ぐことができます。そのためには、 熱衝撃を防止し、溶接部が熱衝撃を受けることなく目標温度に到達・維持できるようにする必要があります。これにより、熱衝撃だけでなく、溶接部の過熱による水素脆化、溶接部の酸化、再焼戻し、および各ゾーン間の加熱速度の不均一に起因する溶接部の過熱も排除されます。 このようにして熱衝撃を防止すると同時に、熱衝撃を受けることなく目標温度に到達・維持し、溶接部の酸化を防ぎつつ、溶接部の温度変動による水素脆化の発生を招く過熱を回避し、金属の強度・硬度の低下、および再-再焼戻しまたは再焼戻し／再焼戻し／再焼戻しにより、溶接部の酸化や再焼戻しによる強度・硬度の低下を招くことを防ぎ、 溶接部の温度制御により、過熱することなく目標温度に到達することで、水素脆化のリスクを低減し、溶接部の過熱を防ぎ、それによって金属の強度・硬度の低下を防止する。 過熱・焼戻しによる減衰や、溶接部での保持による強度・硬度の低下を低減し、溶接部の腐食や過熱による強度・硬度の損失を減少させ、過熱・脱溶体化／再焼戻し／再減少による損失、あるいは過熱による減少損失を低減し、それによって強度／硬度の損失や過熱損傷／硬度／硬度の低下を減少させ、あるいは過熱／過熱による脆化による損失を低減し、必要に応じて過熱による熱損失後の強度／硬度の損失を低減し、溶接部における水素脆化／溶接部の低下を低減する。.

ノーマライゼーション

熱処理後の部材を焼ならしすることは、内部応力を緩和し、微細組織を自然な状態に戻し、機械的特性を向上させ、溶接やその他の工程における不均一な加熱によって生じる異方性を低減し、成形や加工を容易にし、 加工中や加工後の歪みや割れを低減し、さらにロット間の物性の一貫性を維持するものです。.

焼鈍と同様に、焼ならしでは、溶接部品の内部応力を除去するために、再結晶温度を超えてゆっくりと慎重に加熱した後、空気または水を用いて徐々に冷却します。 焼ならしは、焼鈍とは異なり、冷却がより速く行われるため、焼鈍処理に比べて最終的な金属の延性が低くなります。このため、焼ならしは、構造部材などの重要な部品の強度と信頼性を確保する上で不可欠な工程となっています。.

アニーリング

焼鈍処理は、溶接部品の内部応力を低減し、脆性破壊を防止することで、延性を高め、材料の加工性を向上させます。.

部品や加工品全体を再結晶点を超える温度まで加熱し、その後時間をかけて徐々に冷却する方法は、金属の再結晶を制御するために用いられる手法です。専門家からは、特定の鋼種に適した具体的な温度や保持時間について助言が得られます。.

ガスバーナー、酸素・ガス炎、電気毛布、誘導加熱などの予熱手法をいずれも採用できます。冷却速度を低下させたり、母材に望ましくない金属組織の変化を引き起こしたりするような、局所的で不均一な加熱を避けるためには、対象領域全体で熱分布が均一であることが極めて重要です。こうした加熱は、熱割れ、歪み、あるいは溶接部の破損につながる恐れがあります。 溶接部に適切な加熱時間と均一性が確保されるよう、温度監視技術を採用することが推奨される。これには、例えば赤外線カメラや熱電対の使用などが含まれる。.

焼き戻し

膨張加熱を用いた溶接後熱処理は、残留応力を効果的に低減し、溶接部品の強度を高めることができます。金属を厳密に制御された温度まで慎重に加熱することで、膨張加熱は溶接部の周囲の材料を膨張させ、内部の応力を緩和すると同時に、圧力下での変形や破損から溶接部を保護します。.

後加熱を行うことで、周囲の高濃度の水素が溶接部に浸透して亀裂を引き起こす「水素誘発亀裂（HIC）」の発生リスクを低減することができます。 溶接後、適切な温度まで冷却した直後に、溶接部を一定時間再加熱することで、溶接部の中心部に閉じ込められた水素原子を放出させ、外部へ拡散させることで、HICの発生確率を低減させることができます。.

PWHTは、残留応力を低減・再配分するだけでなく、処理対象の材料に合わせて温度と時間を適切に調整し、適切に実施すれば、焼戻しや時効効果を促進して溶接部の延性と強度を向上させることもできます。ただし、こうした効果は、正しい手順に従い、処理中に適切な時間と温度を用いて実施した場合にのみ得られます。.