耐熱鋼管の溶接時の注意点

耐熱鋼管溶接の基本特性
耐熱鋼管 ボイラー、熱交換器、化学装置などの高温環境で広く使用されています。溶接要件は通常の炭素鋼とは異なります。耐熱鋼管には通常、クロム、ニッケル、モリブデンなどの合金元素が高い割合で含まれています。これらの元素は、高温での強度と耐酸化性を高めますが、高温亀裂の感受性、微細構造の安定性、溶接時のプロセスウィンドウにも影響を与えます。したがって、溶接中は、不適切な取り扱いによる接合部の破損や耐熱性の低下を避けるために、材料の微細構造と応力力学を十分に理解することが不可欠です。

溶接前の準備と予熱の要件
耐熱鋼管を溶接する前に、溶接中に気孔やスラグ混入物の形成を防ぐために、溶接溝とその周囲に油、錆、不純物がないことを確認するために、徹底的な洗浄が不可欠です。予熱は、耐熱鋼、特に高合金元素を含む鋼を溶接する場合に特に重要です。予熱により冷却速度が遅くなり、溶接領域の硬化傾向が軽減され、亀裂のリスクが最小限に抑えられます。鋼種と肉厚に応じて、予熱温度は通常 150°C ～ 350°C の範囲になります。溶接前に温度測定器を使用して、予熱温度が指定の基準を満たしていることを確認する必要があります。

溶接材料の選択とマッチング
溶接の品質を確保するには、適切な溶接材料を選択することが重要です。耐熱鋼管の溶接では、高温環境下での接合強度や耐食性を維持するために、母材の組成に合わせた電極やワイヤを使用するのが一般的です。例えば、Cr-Mo耐熱鋼には低水素電極が必要であり、オーステナイト系耐熱鋼にはニッケルやクロムを含む耐熱消耗品が必要です。消耗品の拡散性水素含有量も考慮する必要があります。水素による亀裂を防ぐために、低水素電極は使用前に乾燥させる必要があります。

溶接プロセスパラメータの制御
耐熱鋼管の溶接では入熱を適切に管理する必要があります。過剰な入熱は結晶粒の粗大化と溶接応力の増加をもたらし、それによって接合部の靭性と耐熱性が低下する可能性があります。過剰な入熱は、不完全な溶融または溶接欠陥を引き起こす可能性があります。マルチパス溶接は通常、単一溶接の熱影響を最小限に抑えるために使用されます。応力集中や亀裂の発生を避けるために、溶接電流、電圧、速度などのパラメータをパイプの材質、厚さ、溶接位置に応じて調整する必要があります。

溶接時の変形と応力の制御
耐熱鋼は溶接時に大きな溶接応力を発生します。不適切な管理を行うと、変形や亀裂が発生する可能性があります。そのため、溶接時の応力を分散させるために対称溶接やスキップ溶接がよく使われます。溶接された部品の過度の変位を防ぐために、適切な治具と固定具も使用されます。肉厚の鋼管の場合、溶接時に部分的に局所加熱することで応力集中を緩和し、溶接後の寸法安定性を確保することができます。

溶接後の熱処理の重要性
耐熱鋼管の溶接継手は冷却中に重大な残留応力を発生し、一部の鋼種では脆性微細構造が発生する可能性もあり、これは長期間高温で使用されるパイプに悪影響を及ぼします。したがって、溶接後の熱処理は必須です。焼き戻しまたは焼きならしを行うと、残留応力が軽減され、微細構造が改善され、接合部の全体的な性能が向上します。溶接継手の良好な高温性能を確保するには、熱処理温度と保持時間をパイプの材質と肉厚に合わせて調整する必要があります。

溶接欠陥の検査と修復
溶接後は、亀裂、気孔、スラグ混入などの欠陥がないことを確認するために、目視検査、X線検査、超音波検査などの方法で溶接品質を徹底的に評価する必要があります。欠陥が発見されたら、プロセス要件に従って修復する必要があります。溶接部を補修する際には、新たな欠陥を防ぐために予熱および後熱処理も行う必要があります。すべての修理プロセスは、その後の品質トレーサビリティのために文書化する必要があります。

耐熱鋼管の溶接注意事項の比較
耐熱鋼の種類により溶接時の注意事項が異なります。例えば、マルテンサイト系、オーステナイト系、二相耐熱鋼では、予熱、溶接材料の選択、溶接後の処理が異なります。次の表は、いくつかの一般的な種類の耐熱鋼を溶接する際の主な注意事項を比較しています。

溶接環境と安全対策
耐熱鋼の溶接は通常、高温かつ高強度の作業条件下で行われるため、安全上の注意を払う必要があります。溶接ヒュームや有害なガスが作業者に影響を与えるのを防ぐために、建設現場では良好な換気を維持する必要があります。溶接作業者は、溶接スパッタによる怪我を防ぐために、保護服、マスク、高温耐性手袋を着用する必要があります。溶接火花による火災を防ぐために、適切な消火設備も利用できるようにする必要があります。