JP2013111642A

JP2013111642A - 溶接評価試験用の試験片及び溶接評価試験方法

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Publication number: JP2013111642A
Application number: JP2011262798A
Authority: JP
Inventors: Tadahei Kozuki; 渉平上月; Tomoyuki Yokota; 智之横田; Naoya Hayakawa; 直哉早川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-06-10
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: JP5910039B2

Abstract

【課題】高強度ＵＯＥ鋼管そのものを用いることなくシーム溶接部の低温割れの評価を行う。
【解決手段】溶接評価試験用の試験片１は、高強度ＵＯＥ鋼管と同素材を用いて形成された２枚の平板２ａ，２ｂを突合わせた形態をなし、直線形状の突合わせ部位に沿い開先７，８が両面２ｃ，２ｄにそれぞれ形成された突合せ継手模擬部２と、突合せ継手模擬部２の一の面２ｃの開先７の形成方向に平行になるように該一の面２ｃ上に設けた平板形状の拘束板３，４と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼管の溶接部を評価する技術に関する。

近年、天然ガスや原油輸送パイプラインのトータルコスト削減のため、操業圧力の高圧化や使用鋼材の低減、現地溶接施工コストの削減が可能な高強度ＵＯＥ鋼管が用いられるようになってきている。
この高強度ＵＯＥ鋼管の造管工程（製造工程）の一例を示すと、厚板の端面に開先加工を行った後、プレスにて厚板をＵ形、Ｏ形に２段成形し、さらに合わせ面をいったん仮付けし突合せ継手を形成し、内外面それぞれに形成した開先をシーム溶接する。その後、拡管機で所定の外径に仕上げる。

このような高強度ＵＯＥ鋼管の造管工程では、シーム溶接としてサブマージアーク溶接が広く採用されている。その理由は、サブマージアーク溶接では、ラインパイプや構造用パイプに用いられる高強度ＵＯＥ鋼管を溶接する際に大入熱の高速溶接が可能であり、かつ美麗な形状の溶接ビードが得られるからである。
ここで、高強度ＵＯＥ鋼管の造管工程において、溶接による継ぎ目（シーム部）が存在するため、継ぎ目には母材同様の強度、或いは母材以上の強度を確保する必要がある。しかし、高強度ＵＯＥ鋼管の継ぎ目をサブマージアーク溶接で接合すると、溶接金属に割れが発生しやすくなる。この溶接金属の割れは、低温割れと呼ばれており、高強度ＵＯＥ鋼管の強度が高くなるほど、発生頻度が増加する。また、この溶接金属の低温割れは、溶接方向に対して直交して発生するため、ラインパイプや構造用パイプに用いて応力が付加されると溶接鋼管の破断をひき起こすおそれがある。

このようなことから、造管溶接後に低温割れが発生する溶接条件を知ることは非常に重要である。
ここで、特許文献１には、管の突合せ溶接に関わる割れ評価指標となる溶接割れ試験法が開示されている。
また、特許文献２には、ＵＯＥ鋼管のシーム溶接部に発生する拡管割れに関する評価方法が開示されている。

特開昭６０−２４２３６６号公報特開２００８−２３２８２３号公報

ところで、高強度ＵＯＥ鋼管そのものを対象として種々の試験を実施することは、その鋼管の大きさに起因するコストや効率の問題から非常に困難であるため、より平易な方法で造管溶接後に発生する低温割れの有無を評価する方法が強く望まれている。
しかし、特許文献１に開示されている溶接割れ試験法は、管の突合せ溶接に関わる割れ評価指標によるものであり、高強度ＵＯＥ鋼管のシーム溶接金属を対象とした低温割れ性評価を行うことはできない。

また、特許文献２に開示されている評価方法は、外力が付加された状態における割れの発生の有無を評価する方法であり、低温割れを評価するものではない。
本発明の目的は、以上説明した課題を解決するものであり、高強度ＵＯＥ鋼管そのものを用いることなくシーム溶接部の低温割れの評価を行うことである。

前記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に係る溶接評価試験用の試験片は、高強度ＵＯＥ鋼管と同じ素材を用いて形成された２枚の平板を突合わせた形態をなし、直線形状の前記突合わせ部位に沿い開先が両面にそれぞれ形成された突合せ継手模擬部と、前記突合せ継手模擬部の一の面の開先の形成方向に平行になるように該一の面上に設けた平板形状の拘束板と、を有することを特徴とする。

また、本発明のうち請求項２に係る溶接評価試験用の試験片は、請求項１に係る溶接評価試験用の試験片において、前記開先は、前記突合せ継手模擬部の一端面側から他端面側にわたって形成され、前記突合せ継手模擬部の一端面及び他端面には、平板形状のエンドタブを前記２枚の平板に連架して設けたことを特徴とする。
また、本発明のうち請求項３に係る溶接評価試験方法は、請求項１又は２に記載の溶接評価試験用の試験片を用い前記開先をアーク溶接し、そのアーク溶接部位の溶接金属に生じる割れを基に、高強度ＵＯＥ鋼管の造管工程におけるアーク溶接部の溶接金属の割れを評価することを特徴とする。

本発明のうち請求項１に係る溶接評価試験用の試験片によれば、高強度ＵＯＥ鋼管そのものを用いることなくシーム溶接部の低温割れの評価を行えるようになり、低温割れ性を容易に評価できる。
また、本発明のうち請求項２に係る溶接評価試験用の試験片によれば、溶接後の開先が曲変形することを防止して、溶接ビードを安定化させることができる。

また、本発明のうち請求項３に係る溶接評価試験方法によれば、高強度ＵＯＥ鋼管そのものを用いることなくシーム溶接部の低温割れの評価を行えるようになり、低温割れ性を容易に評価できる。

本実施形態の溶接評価試験用の試験片の構成例を示す斜視図である。本実施形態の溶接評価試験用の試験片の構成例を示す平面図である。図２に示すＡ−Ａ線の断面図である。溶接評価試験の一例を示す図である。溶接評価試験における表面（内面）の開先及び裏面（外面）の開先に対する溶接条件の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
本実施形態は、本発明を適用した溶接評価試験用の試験片である。この試験片は、ＵＯＥ鋼管シーム溶接部における低温割れを評価するための試験片である。
図１〜図３は、試験片１の構成例を示す図である。図１は斜視図であり、図２は平面図であり、図３は図２に示すＡ−Ａ線の断面図である。

図１〜図３に示すように、試験片１は、突合せ継手模擬部２、拘束板３，４、及びエンドタブ５，６を有している。
突合せ継手模擬部２は、高強度ＵＯＥ鋼管の製造工程（造管工程）における突合せ継手を模擬したものであり、すなわち、溶接母材がほぼ同じ面内で突き合わされてその溶接母材間に開先が設けられ溶接される溶接継手を模擬している。このようなことから、突合せ
継手模擬部２は、高強度ＵＯＥ鋼管と同じ素材を用いて形成された２枚の長方形状の平板２ａ，２ｂをつき合わせた形態をなし、直線形状の突合わせた部位に沿い開先７，８が両面２ｃ，２ｄにそれぞれ形成されている。又は、突合せ継手模擬部２は、２枚の長方形状の平板２ａ，２ｂを突合わせて全体として１枚の長方形状の平板の形態をなし、短辺方向の中央に開先７，８が長手方向に沿って両面２ｃ，２ｄにそれぞれ形成されている。

そして、この突合せ継手模擬部２の一方の面２ｃには、該一方の面２ｃに形成された開先７が間に位置され、互いに平行になる２枚の拘束板３，４が設けられている。さらに、突合せ継手模擬部２の長手方向の両端面に、２枚の平板２ａ，２ｂに連架してエンドタブ５，６がそれぞれ設けられている。
なお、以下の説明では、拘束板３，４が設けられている突合せ継手模擬部２の面２ｃを表面といい、突合せ継手模擬部２の他方の面２ｄを裏面といい、突合せ継手模擬部２の表面２ｃに形成された開先７を表面の開先といい、突合せ継手模擬部２の裏面２ｄに形成された開先８を裏面の開先ということにする。

各拘束板３，４は、長手方向が表面の開先７に平行になるように配置された長方形の平板部材である。例えば、各拘束板３，４は、突合せ継手模擬部２の短辺方向において表面の開先７に対して予め設定された距離（例えば７５ｍｍ）に位置されている。
また、エンドタブ５，６は、突合せ継手模擬部２の短辺幅と同程度の幅を有し該突合せ継手模擬部２の端部に連設されている平板部材である。

次に、この試験片１を用いて行うサブマージアーク溶接による溶接割れ評価試験を図４を参照しつつ説明する。
図４は、溶接割れ評価試験の一例を示す図である。
図４に示すように、先ず、表面の開先７にフラックス１１を散布する。そして、一方のエンドタブ側から溶接を開始し、一定の速度を保ちながら表面の開先７に沿って電極１２を移動させ、消耗する電極１２を供給しつつ反対側のエンドタブ側に電極１２が到達した時点で溶接を終了する。さらに、裏面の開先８に対しても同様な溶接を行う。

ここで、図５には、このときの表面（内面）の開先７及び裏面（外面）の開先８に対する溶接条件の一例を示す。
そして、以上のように溶接を行った試験片１を４８時間以上放置し、表面（内面）と裏面（外面）に形成された溶接ビード１３の表面に発生した割れを評価する。ここでは、常温での水素拡散が低温割れに及ぼす影響を考慮して、溶接後の待機時間を４８時間以上とした。

このような溶接割れ評価試験において本実施形態の試験片１を用いることで、高強度ＵＯＥ鋼管の造管工程の溶接方法と同様に、開先を設けた突合せ継手による溶接を行うことができるために、この試験片１に形成された溶接ビード表面に発生した割れは、高強度ＵＯＥ鋼管の造管工程によって実際に造管された実管で発生した低温割れを示すものとなる。

また、試験片１に拘束板３，４を設けることで、高強度ＵＯＥ鋼管の造管工程によって造管される実管を適切に模擬することができる。これは、拘束板３，４を持たない突合せ継手模擬部２を用いた場合の溶接後の変形状態が、高強度ＵＯＥ鋼管の造管工程のシーム溶接後に実管で発生する変形状態と大きく異なり、その一方で、本実施形態のように、開先（継手）の長手方向に平行になるように突合せ継手模擬部２に拘束板３，４を取り付けることで、試験片１の溶接後の変形状態を、造管工程のシーム溶接後に実管の高強度ＵＯＥ鋼管で発生する変形状態と同等にすることができるからである。

これ関し、ＦＥＭ（Finite Element Method （有限要素法））解析によって、高強度ＵＯＥ鋼管にて突合せ継手をシーム溶接した場合には、溶接線（開先）に対して垂直方向（高強度ＵＯＥ鋼管の周方向）の拘束度はさほど高くなく、溶接線に対して平行方向（高強度ＵＯＥ鋼管の軸方向又は長手方向）の拘束度が比較的高くなる結果を得ることができる。このような結果も得られることから、前述のように、本実施形態では、開先（継手）に平行となるように突合せ継手模擬部２に拘束板３，４を取り付けることで、拘束度が比較的低い方向（溶接線の垂直方向）を拘束せずに拘束度が比較的高い方向（溶接線の平行方向）を拘束して、高強度ＵＯＥ鋼管の突合せ継手のシーム溶接を試験片１のシーム溶接によって模擬し、試験片１の溶接後の変形状態を、シーム溶接後に実管の高強度ＵＯＥ鋼管で発生する変形状態と同等にしている。

また、本実施形態では、試験片１にエンドタブ５，６を設けることで、溶接後の開先が曲変形することを防止して、溶接ビード１３を安定化させることができる。

１試験片、２突合せ継手模擬部、３，４拘束板、５，６エンドタブ、７，８開先

Claims

高強度ＵＯＥ鋼管と同じ素材を用いて形成された２枚の平板を突合わせた形態をなし、直線形状の前記突合わせ部位に沿い開先が両面にそれぞれ形成された突合せ継手模擬部と、
前記突合せ継手模擬部の一の面の開先の形成方向に平行になるように該一の面上に設けた平板形状の拘束板と、
を有することを特徴とする溶接評価試験用の試験片。
前記開先は、前記突合せ継手模擬部の一端面側から他端面側にわたって形成され、
前記突合せ継手模擬部の一端面及び他端面には、平板形状のエンドタブを前記２枚の平板に連架して設けたことを特徴とする請求項１に記載の溶接評価試験用の試験片。
請求項１又は２に記載の溶接評価試験用の試験片を用い前記開先をアーク溶接し、そのアーク溶接部位の溶接金属に生じる割れを基に、高強度ＵＯＥ鋼管の造管工程におけるアーク溶接部の溶接金属の割れを評価することを特徴とする溶接評価試験方法。