すべての溶接後の熱処理が有益であるわけではないことに注意してください

01 熱処理方法の選択

金属の引張強さとクリープ限界に対する溶接後の熱処理の影響は、熱処理の温度と保持時間に関係します。溶接金属の衝撃靱性に対する溶接後の熱処理の影響は、鋼の種類によって異なります。溶接後の熱処理では、通常、高温焼戻しを 1 回行うか、焼きならしと高温焼戻しを組み合わせて行います。ガス溶接の溶接には、焼きならしと高温焼き戻しの熱処理が使用されます。これは、ガス溶接の溶接部や熱影響部の結晶粒が粗く、結晶粒を微細化する必要があるため、焼きならし処理が行われるためです。ただし、一度の焼きならしだけでは残留応力を除去することはできないため、応力を除去するには高温焼戻しが必要です。単一中温焼戻しは、現場で組み立てられる大型の一般低炭素鋼容器の組立溶接にのみ適しており、その目的は残留応力の部分的な除去と脱水素を達成することです。ほとんどの場合、単一の高温焼戻しが使用されます。熱処理の加熱と冷却は速すぎてはならず、内壁と外壁は均一でなければなりません。

02 圧力容器の熱処理方法

圧力容器の熱処理方法には、機械的性質を向上させるための熱処理と、機械的性質を向上させるための熱処理の2種類があります。もう 1 つは溶接後熱処理 (PWHT) です。広義には、溶接後熱処理とは、ワークを溶接した後、溶接部分または溶接された部品の熱処理を指します。具体的な内容としては、歪取り焼鈍、完全焼鈍、溶体化、焼きならし、焼きならし焼戻し、焼き戻し、低温歪取り、析出熱処理等が挙げられます。狭義の溶接後熱処理は歪取り焼鈍のみを指しますが、つまり、溶接部の性能を向上させ、溶接残留応力などの悪影響を排除するために、溶接部および関連部品を金属相変態温度点 2 以下に均一かつ十分に加熱し、その後均一に冷却します。多くの場合、議論される溶接後の熱処理は、本質的に溶接後の応力除去熱処理です。

03溶接後熱処理の目的

1. 溶接残留応力を緩和します。
2. 構造の形状とサイズを安定させ、歪みを軽減します。
3. 以下を含め、母材と溶接継手の性能を向上させます。溶接金属の塑性を向上させます。 b.熱影響部の硬度を下げる。 c.破壊靱性を向上させます。 d.疲労強度を向上させます。 e.冷間成形時に低下した降伏強度を回復または向上させます。
4. 応力腐食に対する耐性が向上します。
5. 遅れ割れの発生を防ぐために、溶接金属中に有害なガス、特に水素をさらに放出します。

04PWHTの要否の判断

圧力容器に溶接後の熱処理が必要かどうかは、設計時に明確に指定する必要があり、現在の圧力容器の設計仕様にはこれに対する要件があります。
溶接された圧力容器の場合、溶接部に大きな残留応力が存在し、残留応力による悪影響が生じます。特定の条件下でのみ発現します。残留応力が溶接部の水素と結合すると、熱影響部の硬化が促進され、低温割れや遅れ割れが発生します。
溶接部に残留する静的応力や負荷運転時の動的応力に媒体の腐食作用が加わると、応力腐食と呼ばれる亀裂腐食が発生することがあります。応力腐食割れの発生には、溶接残留応力と溶接による母材の硬化が重要な要因となります。

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研究結果は、金属材料に対する変形と残留応力の主な影響は、金属を均一腐食から局所腐食、つまり粒界または粒内腐食に変化させることであることを示しています。もちろん、金属腐食割れと粒界腐食は両方とも、金属に特定の特性を備えた媒体で発生します。残留応力が存在する場合、腐食性媒体の組成、濃度、温度、母材の組成、組織、表面状態、応力状態などの違いにより、腐食損傷の性質が変化する場合があります。そして溶接部。

溶接後の圧力容器に溶接後の熱処理が必要かどうかは、圧力容器の目的、サイズ（特に肉厚）、使用材料の性能、使用条件などを総合的に考慮して決定する必要があります。次のいずれかの状況では、溶接後の熱処理を考慮する必要があります。

1. 低温で脆性破壊の危険がある厚肉容器、大きな荷重や交番荷重に耐える容器などの過酷な運転条件。

2. 一定の厚さを超える溶接圧力容器。特別な規制や仕様を持つボイラー、石油化学圧力容器などを含みます。

3. 寸法安定性の高い圧力容器。

4. 硬化しやすい鋼製の容器。

5. 応力腐食割れの危険性がある圧力容器。

6. 特別な規則、仕様書および図面で指定されたその他の圧力容器。

鋼製の溶接圧力容器では、溶接部付近に降伏点に達する残留応力が発生します。この応力の発生は、オーステナイトと混合した組織の変態に関係しています。多くの研究者は、溶接後の残留応力を除去するために、鋼製圧力容器に 650 度で焼き戻しを施すと良い効果が得られると指摘しています。

同時に、溶接後に適切な熱処理を行わなければ、耐食性の溶接継手は得られないと考えられています。

一般に、応力除去熱処理は、溶接されたワークピースを 500 ～ 650 度に加熱し、その後ゆっくり冷却するプロセスであると考えられています。応力の減少は高温でのクリープによって引き起こされ、炭素鋼では 450 度、モリブデン含有鋼では 550 度から始まります。

温度が高いほどストレスは解消されやすくなります。ただし、鋼の元の焼き戻し温度を超えると、鋼の強度は低下します。したがって応力除去のための熱処理は温度と時間の２つの要素を極める必要があり、どちらも必須ではありません。

しかし、溶接部の内部応力には引張応力と圧縮応力が常に伴い、応力と弾性変形が同時に存在します。鋼の温度が上昇すると降伏強度が低下し、本来の弾性変形は応力緩和である塑性変形となります。

加熱温度が高いほど、内部応力はより完全に除去されます。ただし、温度が高すぎると鋼の表面が激しく酸化します。さらに、焼き入れおよび焼き戻しされた鋼の PWHT 温度については、原則として鋼の元の焼き戻し温度を超えてはなりません。通常、鋼の元の焼き戻し温度よりも約 30 度低くなります。そうでないと、材料は焼き入れおよび焼き戻し温度を失います。焼戻し効果が低下し、強度や破壊靱性が低下します。この点は、熱処理作業者にとって特に注意が必要です。

内部応力を除去するための溶接後の熱処理温度が高いほど、鋼の軟化度は大きくなります。通常、内部応力は鋼の再結晶温度まで加熱することで除去できます。再結晶温度は溶融温度と密接に関係しています。一般に、再結晶温度 K = 0.4 X 融解温度 (K) です。熱処理温度は再結晶温度に近いほど残留応力の除去に効果的です。

04 PWHTの総合効果の検討

溶接後の熱処理は絶対に有益というわけではありません。一般に、溶接後の熱処理は残留応力を軽減するのに役立ち、応力腐食に対する厳しい要件がある場合にのみ実行されます。しかし、試験片の衝撃靱性試験では、溶接後の熱処理は溶着金属と熱影響部の靱性の向上に役立たず、熱影響部の結晶粒粗大化範囲内で粒界割れが発生する場合があることが示されました。ゾーン。

さらに、PWHT は応力を除去するために高温での材料強度の低下に依存しています。したがって、PWHT 中に構造の剛性が失われる可能性があります。全体的または部分的に PWHT を採用する構造の場合、熱処理前に高温での溶接部の支持能力を考慮する必要があります。

したがって、溶接後の熱処理を行うかどうかを検討する場合には、熱処理のメリットとデメリットを総合的に比較する必要があります。構造性能という観点から見ると、性能を向上させる面と性能を低下させる面があります。両者を総合的に考慮するという基本作業に基づいて合理的な判断を下すべきである。