ASME B31 3に準拠した溶接後熱処理 (PWHT)

現在の圧力容器や配管の設計基準では、溶接後熱処理（PWHT）が必須となる板厚のしきい値が規定されており、これは通常、鋼材のシャルピー試験特性に関連している。

大型の炭素鋼組立品のPWHTは、長い保持時間と遅い加熱/冷却速度が要求されるため、高価なプロセスである。したがって、可能な限りPWHT要件を免除することができれば有利である。

限界厚さ

現在の配管および圧力容器業界の設計規則では、 溶接部品の板厚がある値を超える場合は必ず PWHTを実施しなければならないと規定されている。このアプローチは、PWHTが必要かどうかを評価する簡単でわかりやすい手段を提供する一方で、その解釈は時に保守的すぎることがあります。

規格間の一貫性のない要件や適用除外は、特定の冶金学的または構造的な考慮事項ではなく、業界分野特有の慣行に起因することが多い。このプロジェクトのために実施された調査では、破壊力学の方法論によってより大きな一貫性を達成することが可能かどうかが調査された。

破壊力学の理論によれば、溶接部加工の完全 性を損なうことなく、PWHTの上限を下げるこ とを正当化することができる。例えば、炭素含有率の低い胴突き溶接管材 のソケット溶接部は、最低浸炭期間と特殊な補修 溶接技術の要件を満たす限り、減厚要求事項が適 用される可能性がある。

シャルピー試験

シャルピー試験は、さまざまな材料の耐衝撃性と靭性を測定するために不可欠な方法であり、エンジニアや溶接の専門家に、ストレスのかかる条件下で材料がどのような性能を発揮するかについての貴重な知見を提供し、十分な情報に基づいた意思決定と適切な対応を支援します。

標準試験片は、寸法10mm×10mm×55mmの正方形断面の棒からなり、一方の面には、先端半径0.25mmで、通常45度の角度で加工されたV字型の切り欠きがある。振り子棒で衝撃を与え、吸収されたエネルギーCvを測定する試験が行われる。

圧力容器と配管に関する現行の規格は、溶接部の厚さがシャルピー試験結果から導き出された所定の値を超えた場合に、PWHT試験を実施しなければならないと規定しているが、保守主義や工学的慣行の違いによるものもあり、規格間でかなりばらつきがある。この論文では、規格間で要求事項に違いがある理由を調べるとともに、PWHTを除外するためのより一貫したアプローチを可能にする可能性のある方法を提供します。

免除

要件や適用除外に関して、様々な規格の間に些細な違いが存在する。これらの違いは、異なる工学的慣行や技術データの解釈に起因している可能性がある。その結果、不必要なPMHTを引き起こし、不必要なメンテナンス・コストや運転停止時間を引き起こす可能性がある。

現行のパイプ・コードの規制では、P-4および P-5A材を使用するソケット溶接部は、のど厚 が1/2インチを下回らなければPWHTを義務付けられてい ない。

また、B31.3の支配的な板厚要件と同様に、 溶接のど厚さを考慮した免除規定も改正され るべきである。この要件を緩和することで、不必要なPWHTを 減らし、運転停止期間を短縮することで、発電 業界に大幅なコスト削減をもたらす可能性があ る。さらに、これらの鋼材を規格間でより統一的に扱うことで、疲労応力を軽減し、機器の寿命を延ばすことができるはずである。現行の適用除外は、溶接のど厚さだけでなく、B31.3の板厚要件も考慮するよう修正されるべきである。

必要条件

溶接継手は、その強度を阻害する様々な 変数の影響を受けるため、PWHTが必要にな る正確な日時を提示することは不可能である。しかし、十分な予熱温度、ソーク時間、 制御された冷却システムにより、使用上の必 要性と材料組成に基づく板厚の制限を満たすこ とができる。

予熱温度およびソーク時間の要件は、溶接技 術によって異なる。一般的なガイドラインとして は、溶接厚さ25mmにつき1時間のピーク値予熱 を維持すべきである。

予熱用途を規定する要件は、様々な規制コードによって異なる。例えば、ASME B31.3は、管材 料に基づく要件を記載しているが、BS EN 13445 [25]は、より保守的なアプローチを取ることを提案している。どの規格や基準に準拠しているかに関係なく、 PWHTの要件をうまく満たすためには、ASME セ クションIXで設定された最小き裂進展抵抗基準を満 たし、これらのような他の適用基準をも満たす、十 分な溶接方法の適格性を実証する必要がある。