耐熱鋼の溶接方法 溶接工程をご紹介します

耐熱鋼とは、高温下での熱安定性と熱強度を兼ね備えた鋼のことを指します。熱安定性とは、高温条件下で化学的安定性（耐食性、非酸化性）を維持する鋼の能力を指します。熱強度とは、高温条件下での鋼の十分な強度を指します。耐熱性は主にクロム、モリブデン、バナジウム、チタン、ニオブなどの合金元素によって確保されています。したがって、溶接材料の選択は、母材の合金元素の含有量に基づいて決定する必要があります。耐熱鋼は、石油および石油化学産業の装置の構造に広く使用されています。私たちがよく触れるパーライト系耐熱鋼のほとんどは、15CrMo、1Cr5Mo などの合金含有量が低いものです。

1 クロムモリブデン耐熱鋼の溶接性

クロムとモリブデンはパーライト耐熱鋼の主な合金元素であり、金属の高温強度と高温酸化耐性を大幅に向上させます。しかし、これらは金属の溶接性能を悪化させ、溶接部や熱影響部に焼き入れの傾向があります。空冷後は硬くて脆いマルテンサイト組織が生成しやすく、溶接継手の機械的性質に影響を与えるだけでなく、大きな内部応力が発生して低温割れが発生しやすくなります。

したがって、耐熱鋼を溶接する際の主な問題は亀裂であり、亀裂の発生要因は、組織、応力、溶接部の水素量の3つとなります。したがって、合理的な溶接プロセスを開発することが特に重要です。

2 パーライト耐熱鋼の溶接工程

2.1 ベベル

ベベルは通常、火炎またはプラズマ切断プロセスによって処理されます。必要に応じて、切断面を予熱する必要があります。研磨後、ベベルのクラックを除去するために PT 検査を実行する必要があります。通常はV字溝が使用され、溝角度は60°です。クラック防止の観点からは、開先角度は大きい方が有利ですが、溶接量が多くなります。同時に溝と内側の両面を研磨して油分や錆を落とします。水分やその他の汚染物質（水素を除去し、毛穴を防ぐ）。

2.2 ペアリング

内部応力を防ぐため、無理に組み立てることができないことが求められます。クロムモリブデン耐熱鋼は亀裂が発生しやすいため、特に厚い板を溶接する場合は、過度の剛性を避けるために溶接時の溶接拘束を大きくしすぎないようにする必要があります。溶接部を自由に収縮させるタイバー、クランプ、およびクランプの使用は、できる限り避けるべきです。

2.3 溶接方法の選定

現在、石油および石油化学設備のパイプライン溶接に一般的に使用されている溶接方法は、ベース層にはタングステン アーク溶接、充填カバーには電極アーク溶接です。その他の溶接方法としては、溶融不活性ガスシールド溶接（MIG溶接）、CO2ガスシールド溶接、エレクトロスラグ溶接、サブマージアーク自動溶接などがあります。

2.4 溶接材料の選定

溶接材料を選択する原則は、溶接金属の合金組成と強度特性が基本的に母材の対応する指標と一致するか、製品の技術条件によって提案される最小限の性能指標を満たす必要があることです。水素含有量を減らすには、まず低水素アルカリ溶接棒を使用する必要があります。溶接棒やフラックスは所定の工程に従って乾燥させ、必要に応じて取り出してください。溶接棒絶縁バケットに取り付け、必要に応じて取り外す必要があります。溶接棒断熱バケットには 4 つ以下を入れてください。そうでない場合は、再度乾燥する必要があり、乾燥回数は 3 回を超えてはなりません。特定の建設プロセスには詳細な規制があります。クロムモリブデン耐熱鋼を手作業でアーク溶接する場合、A307 電極などのオーステナイト系ステンレス鋼電極も使用できますが、溶接前に予熱が必要です。この方法は、溶接後に熱処理ができない場合に適しています。

2.5 予熱

予熱は、パーライト系耐熱鋼の冷間亀裂を溶接したり応力を緩和したりするための重要なプロセス手段です。溶接品質を確保するには、スポット溶接であっても溶接プロセス中にも、溶接を予熱し、一定の温度範囲内に維持する必要があります。

2.6 溶接後の徐冷

クロムモリブデン耐熱鋼の溶接は溶接後の徐冷が原則です。これは暑い夏でも行う必要があります。一般に、溶接部および溶接直後のシーム付近を覆うためにアスベストクロスが使用されます。小さな溶接部を配置することもできます。 アスベスト布の中でゆっくりと冷却します。

2.7 溶接後の熱処理

溶接直後に熱処理を行う必要があります。これは遅れ割れの発生を防止し、応力を除去して構造を改善するためです。

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3 溶接時の注意事項

(1) この種の鋼を溶接する場合には、予熱、溶接後の徐冷などの措置を講じる必要があります。ただし、予熱温度は高いほど良いです。溶接プロセスの要件に厳密に従う必要があります。

(2) 厚板の場合は多層溶接とし、層間温度は予熱温度以上に抑えてください。溶接は一度に完了する必要があり、中断しないことが最善です。層間で一時停止する必要がある場合は、断熱および徐冷措置を講じ、再度溶接する前に同様の予熱措置を講じる必要があります。

(3) 溶接工程では、アーククレータの充填、接合部の研磨、クレータ割れ（ホットクラック）の除去に注意してください。また、電流が大きくなるほどアーククレーターは深くなります。したがって、溶接パラメータと適切な溶接線エネルギーを選択するには、溶接プロセスの指示に厳密に従ってください。

(4) 施工体制も溶接の品質を左右する重要な要素であり、特に次工程への繋ぎ止めによる溶接全体の品質の無駄を避けるためには、各種作業の連携が重要です。

(5) 気象環境の影響にも注意が必要です。周囲温度が低い場合には、予熱温度を適切に上げて温度の急激な低下を防ぎ、風雨よけなどの応急措置を講じることができます。

4 まとめ

クロムモリブデン耐熱鋼の溶接には予熱、保温、溶接後の熱処理などが必要な工程です。この 3 つは同様に重要であり、無視することはできません。リンクが省略されている場合、重大な結果が生じます。溶接作業者は溶接手順を厳格に実施し、溶接作業者の責任感の指導を強化する必要があります。私たちはチャンスを逃さず、真剣かつ必要性を持ってこのプロセスを実行するように溶接工を指導すべきです。建設プロセス中に溶接プロセスを厳密に実施し、さまざまな種類の作業とうまく協力し、プロセスを合理的に配置する限り、溶接の品質と技術要件を保証できます。