ASME VIII 第1部およびPD 5500における溶接後熱処理（PWHT）の肉厚要件

P-4およびP-5A材料に関する現行の製造規格では、PWHTの適用免除に関する板厚基準にかなりのばらつきがあり、その他の点でも差異が見られる。.

一般的に、橋梁や建築物に使用される構造用鋼材は、その肉厚が破壊靭性の要件を満たしている場合、PWHTが免除されることがあります。圧力容器や配管に関する規格では、PWHTの免除に関して異なる要件が規定されていることがよくあります。.

溶接手順

厚肉溶接部材の溶接後熱処理（PWHT）は、その材料および採用された溶接手順によって異なります。PWHTは、冷却速度の不均一によって生じる残留応力に対処するもので、この残留応力は溶接部材の歪みや割れの原因となります。PWHTにより、これらの応力を靭性要件を満たすレベルまで低減することで、溶接部材の寸法安定性と性能の両方を向上させます。.

配管や圧力容器に関する現行の設計基準では、多くの場合、所定の厚さを超える溶接部に対してPWHTが規定されており、その基準はシャルピー衝撃吸収エネルギーに基づく参照靭性値に関連付けられていることが多い。PWHTの要件を常に合理的に軽減できるとは限らないが、一つのアプローチとして、WPSおよびPQRを用いて、使用する溶接技術が適切に認定されていることを確認することが考えられる。.

PWHTの工程は、材料や溶接形状によって異なりますが、一般的には、溶接部をプロジェクトの仕様書や溶接方法のパラメータで定められた保持温度まで加熱し、その温度で所定の時間（通常、溶接厚さ1インチあたり1時間）保持します。正確なモニタリングが重要であり、PWHT終了後はすべての溶接部を綿密に検査する必要があります。.

プリヒート

予熱温度は、新たに堆積した溶接金属に導入される水素の量を制御し、残留応力による割れに対する耐性を高める上で不可欠な要素である。.

炭素含有量など、母材および溶接材料の両方の要因に関連する変数が、予熱要件に影響を与えます。炭素含有量の高い溶接部は、含有量の低い溶接部よりも多くの予熱を必要とします。また、溶接継手に歪みや欠陥を引き起こす可能性のある過熱を防ぐため、その温度を厳密に管理する必要があります。.

適切な予熱温度を算出するために、さまざまな手法が開発されてきました。その一つである「水素制御法」では、炭素相当成分パラメータと、溶加材中の拡散性水素濃度に基づく式を用いて、最小予熱温度要件を決定するための「感受性指数」値を導出します。しかし、残念ながら、これらの手法は実務において常に有効であるとは限らない。例えば、AWS D1.1-96の要件に基づいて大型断面の突合せ溶接を行う場合、亀裂を防止するのに十分な予熱が得られない可能性がある。.

溶接後の熱処理

一般に「応力除去」として知られる溶接後熱処理（PWHT）は、溶接部品の特定の部分をその降伏強度以上に加熱し、長時間にわたって保持する処理です。これにより、微細組織が変化すると同時に、荷重がかかった際に損傷を引き起こす可能性のある残留応力のレベルが低減されます。.

PWHTでは、残留応力を効果的にゼロまで低減することはできません。たとえ慎重な熱サイクル処理を行ったとしても、残留応力は処理対象材料の降伏強度である30%を上回る可能性があります。.

引張応力は、依然として疲労き裂の進展速度や、き裂の形成経路および形状に影響を与える可能性があります。その正確な大きさは、材料特性、PWHTの温度、保温時間、制御された加熱に加え、溶接部材全体で均一な加熱勾配を確保し、熱衝撃を排除するためにその寸法に合わせて設計された支持架台にも依存します。.

免除

発電・プロセス配管用途に使用される鋼材については、適用される各種規格（ASME VIII Div 1 や PD 5500 など）における厚さ制限要件を統一するなどして、より広い厚さ範囲においてPWHTの適用除外とすることが有益である。しかし、鋼種ごとに化学成分や靭性のレベルにばらつきがある上、シャルピー衝撃エネルギー吸収限界厚さについて定められた絶対値が存在しないことを考えると、この課題の解決は困難を極める。.

現在、PWHTの義務化が免除される条件は、炭素含有量、溶接性、使用温度などの要因によって決定されています。長年にわたる研究の結果、これらの要件は当初、適切な工学上の慣行に基づいて策定されたものの、現在ではもはや適切ではないことが明らかになりました。炭素含有量や溶接径に関係なく、最小肉厚を0.625インチに設定することが提案されており、これにより、破壊靭性に対するマスターカーブ手法を適用するためのより適切な基盤が提供されます。.