コレクション｜溶接予熱のすべてがここに

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職人技

溶接されるワークピースは、溶接前または溶接プロセス中に室温以上に加熱されます。これを予熱といいます。溶接前後の仕様には予熱の要件があります。ただし、場合によっては、他の予熱方法も使用できます。予熱が必要かどうかに関係なく、予熱には次の利点があります。

溶接部と隣接する母材の間に発生する収縮応力を軽減できるため、応力値が高い溶接部に特に適しています。

冷却プロセス中の臨界温度範囲で溶接部の冷却速度を遅くし、過剰硬化を回避し、溶接部と熱影響部 (HAZ) の延性を低下させます。

400°F の温度範囲内では、冷却速度が遅くなり、溶接部や隣接する母材から水素が逃げる時間が長くなり、水素による亀裂が防止されます。

●汚染物質を除去します。

• 予熱量は仕様の最低基準によって決定されるのではなく、次の 1 つまたは複数の方法によって決定されます。

・計算シート

• 炭素当量の推定値

・亀裂パラメータの推定

• スパークテストの推定

•経験則

予熱温度範囲は通常、さまざまな溶接開先のサイズと制約に適合します。最低予熱温度は多くの規格で規定されていますが、場合によっては、より低い予熱温度が使用されることもあれば、より高い予熱温度が使用されることもあります。

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計算シート

人々が利用できる「予熱計算表」は、古くから無数に存在し、さまざまなものがありました。 「予熱計算表」は線、円、定型計算ツールを多数備えており、母材材質と母材厚さを特定することで予熱温度を事前に推定することができます。

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炭素当量

予熱が必要かどうか、またその程度を判断する 1 つの方法は、炭素当量 (CE) です。

CE≤0.45%の場合、予熱は任意に選択可能

0.45 が CE 以下、かつ CE が 0.60% 以下の場合、予熱温度範囲は 400°F ～ 700°F、つまり 200°C ～ 350°C になります。

CE が 0.5 より大きい場合は、遅延亀裂が発生したかどうかを判断するために、最終の非破壊検査を少なくとも 24 時間遅らせることを検討してください。

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亀裂パラメータ

炭素当量が 0.17 wt-% 以下の場合、または高強度鋼が使用される場合は、Ito およびパラメトリック亀裂検出 (Pcm) を使用できます。この方法により、予熱をいつ行うのか、強制予熱をいつ行うのか、具体的にはどの温度まで予熱するのかを正確に予測することができます。

Pcm ≤ 0.15% の場合、予熱はオプションです

0.15%の場合

Pcm が 0.26 ～ 0.28% を超える場合は、400 ～ 700°F (200 ～ 350 °C) までの予熱が必要です。

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スパークテスト

スパーク試験に使用される方法は、炭素鋼の炭素量を推定する方法として数十年にわたって使用されてきました。炭素含有量が多いほど火花は良くなり、予熱の必要性も高くなります。この方法は、特に正確ではありませんが、非常に簡単です。予熱温度の相対レベルを決定できます。

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経験則

予熱温度を選択する別の方法もあります。この方法は精度は劣りますが、それでも効果的であり、炭素含有量が 0.10 wt-% の 10 ポイントごとに予熱温度が 100°F (50°C) 上昇することに基づいて計算されます。たとえば、炭素含有量が 0.25 wt-% の場合、予熱温度は 250°F (125°C) になるか、少なくとも 250°F (125°C) で予熱を開始します。溶接部の近くにコーティングやその他のコンポーネントがある場合、元の製造仕様によって決定された予熱温度は適切ではなくなります。ただし、溶接入熱が標準プロセスで許容される最大値付近である場合、溶接部品に伝達される熱は溶接入​​熱によってバランスがとれ、影響を受ける金属が予熱で指定された最小値以上に加熱される可能性があります。したがって、外部手段により、よりリラックスした予熱を実行できます。

ここで使用されている範囲は正確な変換 (華氏から摂氏) ではなく、これは意図的に行われていることに注意してください。予熱は厳密な科学ではなく、多くの場合、問題が解決する（亀裂が消えるなど）まで予熱温度を上げ続けるのが一般的です。逆に、特定の状況では、推奨値または仕様で要求される温度よりも低い予熱温度を使用しても、目標を達成できる場合があります。

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実用化

また、予熱による材料の軟化を避けるため、実際の作業では細心の注意を払う必要があります。水素がほとんど混入しない溶接プロセスと電極を選択してください。一部の技術では、残留応力を軽減または軽減できます。予熱方法が適切に使用されていることを確認するには、注意深く監視する必要があります。以下の説明の一部は、これらの技術をうまく使用するために重要です。

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溶接ベベルの寸法と技術

溶接時のスキルは、ワークの溶接収縮に大きく影響し、残留応力の結果に大きな影響を与え、入熱の制御に大きな意味を持ち、割れの防止にも大きな影響を与えます。

ショートウェルドはロングウェルドに比べて縦方向の収縮が小さく、バックハンド溶接や特殊な溶接シーケンスを使用することで残留応力を軽減できます。

ホットスポットへのアクセスを制限または遅くします。溶接を大きなステップで移動する代わりに、溶接を小さなステップで移動することによって溶接を実行できます。

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ひび割れを軽減する

クレーターや溶接亀裂は、適切な製造プロセスを使用することで軽減または除去できます。

1) 溶接部の断面が薄くて広い場合に比べて、円形の溶接部は溶接時の割れが最も少ないです。

2) 溶接の突然の開始または停止、溶接作業および溶接シームの形成を防ぐために、上向きまたは下向きのスラッシュ溶接方法を使用するか、溶接電源を使用して電気的に制御してください。

3) 溶接収縮や通常の溶接の影響による亀裂を避けるために、溶着には十分な量の材料が必要です。溶接部での不十分な溶着材料によって引き起こされる亀裂を回避したい場合 (多くの製造仕様に対応する要件があります)、経験的なアプローチは次のとおりです。溶着金属の量は少なくとも 3⁄8 インチ (つまり 10 mm)、つまり溶接溝の厚さの 25% でなければなりません。

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予熱方法

作業場や現場では、火炎加熱 (空気燃料またはアセチレン燃料)、抵抗加熱、電子誘導加熱などの手段で予熱できます。どの方法を選択しても、予熱は均一でなければなりません。特別な要件がない場合、予熱は溶接部の厚さ全体に浸透する必要があります。図 1 は、抵抗加熱 (絶縁なし、その後の適用) と誘導加熱を使用するデバイスを示しています。

図 1 – 抵抗加熱 (左) と誘導加熱 (右)

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ウォームアップ監視

温度の測定と監視に使用できるデバイスは数多くあります。溶接するコンポーネント、つまり溶接物は、熱が材料に完全に浸透する前に予熱する必要があります。可能であれば、熱の侵入の程度を検出または評価できます。一般に、ほとんどの溶接用途では、溶接端から一定の距離の温度を監視するだけで十分です。温度値の監視や温度値の読み取りなどの操作は、溶接開先の汚染を引き起こしてはなりません。

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温度インジケーターペン

これらの鉛筆状のスタイラスは特定の温度値で溶けるので、予熱中に到達する最低温度（スタイラスが溶ける温度）を簡単かつ経済的に決定するために使用できます。ただし、欠点もあります。ワークピースの温度がスタイラスの溶解温度より高い場合、スタイラスは機能できなくなります。ワークピースの温度が高すぎる場合は、異なる溶融温度を持つより多くのスタイラス ペンを使用する必要があります。

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電子温度監視

予熱および溶接作業に関しては、接触型高温計や直接読み取り熱電対 (アナログまたはデジタル読み取り機能付き) などの直接測定装置を使用できます。すべての測定デバイスは、温度範囲を測定できるかどうかを何らかの方法で校正するか検証する必要があります。熱電対は継続的に監視し、データ保存ステップを実行できるため、カーブレコーダーまたはデータ収集システムを利用して予熱または PWHT 操作を実行するために使用できます。 AWS D10.10 では、熱電対の配置に関するさまざまなソリューションと例が提供されています。

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「現地法」の監視

何十年もの間、予熱温度が基準に達しているかどうかを判断するために多くの「独自の方法」が使用されてきました。そのうちの 1 つは、唾液や煙の液体をワークピースに直接スプレーすることです。唾液を噴霧した際に発生する「音」をもとに、温度を測定するツールとみなします。精度は良くありませんが、多くの「ベテラン」が使用しています。

より正確に予熱温度を決定する別の方法は、アセチレン トーチを使用して操作することです。まず、炎を高度に炭化した状態に調整する必要があります。その後、予熱が必要な領域に煤の層が蓄積します。その後、溶接トーチを中程度のスモークに調整し、スス部分を加熱します。煤が消えると、表面温度は 400°F (200°C) 以上に達します。

ワークピースと溶接部分が厚さ全体にわたって予熱温度に達していることを確認する必要があります。ほとんどのモニタリングは、ワークピースの外面のみに焦点を当てています。 AWS D10.10 では、パイプ溶接中にワークピースの厚さ全体を加熱する必要がある均熱ゾーンに役立つガイダンスを提供することが推奨されています。

予熱の際、特に抵抗加熱方式や誘導加熱方式の場合は予熱後の母材が過熱しないよう注意してください。現在、多くの貨物所有者は、過熱状態を監視し、過熱を回避するために、各抵抗加熱プレートまたは誘導コイル アセンブリの下に熱電対を配置することを要求しています。

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要約する

予熱が必要かどうかにかかわらず、またどのような予熱方法を使用するかに関係なく、予熱には次の利点があります。まず、溶接および隣接する母材の収縮応力を軽減できます。これは、高度に拘束された溶接継手に特に有益です。第二に、臨界温度範囲でのワークピースの冷却速度を遅くすることができるため、ワークピースの過度の硬化を防ぎ、溶接部と HAZ の軟化を軽減できます。第三に、400°F までワークピースの速度を低下させることができます。(200°C) 温度範囲での冷却速度により、水素が溶接部や隣接する母材から拡散する時間が長くなり、それによって水素誘発亀裂が防止されます。第四に、汚染を除去できる。ここで、予熱する際には、指定された予熱温度で溶接の厚さ全体を均一に加熱するのが最善であることも強調します。局所的に加熱しすぎると、材料が損傷する可能性があるため、避けてください。