JP4538394B2 - Residual stress improvement welding method and welded structure - Google Patents
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Description
本発明は、開先継手の管部材又は板部材の片面溶接で生じる裏面側の裏ビード部分及びその近傍の残留応力を改善する残留応力改善溶接施工法及びその溶接構造物に関する。 The present invention relates to a residual stress improving welding method and a welded structure for improving a residual stress in a back bead portion on a back surface side and a vicinity thereof generated by one-side welding of a pipe member or a plate member of a groove joint.
原子力発電プラントや火力発電プラントの容器,配管,構成部品などの溶接構造物に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼材は、溶接などによって結晶粒界にCr炭化物が析出し易く、結晶粒界近傍にCr欠乏層の形成により腐食に対する割れ感受性(材料の鋭敏化)が高くなることが知られている。また、溶接部分(溶接金属部及び隣接する熱影響部)には、高い引張残留応力が存在しており、高温水などの厳しい腐食環境下で使用されると、応力腐食割れが発生し易い。この応力腐食割れを防止するためには、前記材料の鋭敏化,引張応力,腐食環境の3因子の中から1つの因子を取り除く必要がある。このため、特に、高温水などの腐食環境下にさらされる溶接部分の表面及び近傍に残留する引張応力を圧縮応力に改善する又は大幅低減することが強く求められている。 Austenitic stainless steel materials used in welded structures such as containers, pipes, and components of nuclear power plants and thermal power plants tend to precipitate Cr carbide at the grain boundaries due to welding, and a Cr-deficient layer near the grain boundaries. It is known that crack formation (sensitization of material) against corrosion is enhanced by the formation of the above. Further, a high tensile residual stress exists in the welded portion (welded metal portion and adjacent heat affected zone), and stress corrosion cracking is likely to occur when used in a severe corrosive environment such as high-temperature water. In order to prevent this stress corrosion cracking, it is necessary to remove one factor from the three factors of sensitization of the material, tensile stress, and corrosive environment. For this reason, in particular, there is a strong demand to improve or significantly reduce the tensile stress remaining on and near the surface of the welded portion exposed to a corrosive environment such as high-temperature water to a compressive stress.
従来から溶接材部分の引張残留応力の低減に関する溶接方法や溶接装置が幾つか提案されている。例えば、特許文献1(特公昭53−38246号公報)に記載の配管系の熱処理方法では、溶接組み立て後の配管の内部に冷却水を存在させ、前記配管の外部を加熱して管内面と管外面との間に温度差を発生させ、管内面を引張降伏させ、管外面を圧縮降伏させることが提案されている。 Conventionally, several welding methods and welding apparatuses for reducing the tensile residual stress of the welded material portion have been proposed. For example, in the piping system heat treatment method described in Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 53-38246), cooling water is present inside the pipe after welding assembly, and the outside of the pipe is heated so that the inner surface of the pipe and the pipe are heated. It has been proposed to generate a temperature difference with the outer surface, to cause tensile yielding of the inner surface of the tube, and compression yielding of the outer surface of the tube.
また、特許文献2(特開2001−141629号公報)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接部位の予防保全方法及び装置では、線状の溶接部位を追従しながら高周波加熱コイルを移動させ、この高周波加熱コイルによって溶接部位を応力降伏点の温度より高い温度まで加熱する手順と、過熱領域に冷却水を噴出して急速冷却する手順を有することが提案されている。 In the preventive maintenance method and apparatus for an austenitic stainless steel welded part described in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-141629), the high-frequency heating coil is moved while following the linear welded part, and this high-frequency heating is performed. It has been proposed to have a procedure for heating a welded part to a temperature higher than the stress yield point temperature by a coil, and a procedure for rapidly cooling a jet of cooling water in an overheated region.
一方、特許文献3(特表平9−512485号公報)に記載の金属部品を接合する方法及び装置では、選定速度(毎分127cm以上)で走行する電極先端のチップ近傍に溶接材を連続的に供給する段階と、前記チップからの放電電流によって溶接材料を開先内で連続的に溶融する段階と、溶接ビードを形成する段階とを有し、前記電極はチップに接合及び電気的に接続された非円形断面のブレードを有し、所定数の溶接パス全体で圧縮性のある最終残留応力状態を外部にヒートシンク媒体なしで生成して達成することが提案されている。 On the other hand, in the method and apparatus for joining metal parts described in Patent Document 3 (Japanese Patent Publication No. 9-512485), the welding material is continuously applied in the vicinity of the tip of the electrode tip that travels at a selected speed (127 cm / min or more). A welding current is continuously melted in the groove by a discharge current from the tip, and a weld bead is formed, and the electrode is joined and electrically connected to the tip. It has been proposed to achieve a final residual stress state that is compressible over a predetermined number of weld passes and is generated without an external heat sink medium.
また、特許文献4(特表平9−512486号公報)は前記特許文献3と同一の出願人より出願されたものである。この特許文献4に記載の高いトーチ走行速度を用いて溶接金属部品における残留応力を緩和する方法では、キャップパス(最終仕上溶接)の際に、毎分254mm(10インチ)より速いトーチ走行速度で溶接継手の遠表面(開先表面側)を加熱(溶融)して、近表面(開先底面側)と遠表面との間に温度分布を生成させる段階と、遠表面を冷却させて、圧縮応力又は小さな引張応力を前記近表面に生成させる段階とを内面側にヒートシンク(水冷)なしで実施することが提案されている。
Patent Document 4 (Japanese Patent Publication No. 9-512486) is filed by the same applicant as
また、特許文献5(特開平2−258190号公報)に記載の配管の改善方法では、圧力容器の炉水を保持した状態で、1〜30kJ/cmの範囲の入熱量で溶接熱影響部を加熱する領域と、1〜5kJ/cmの範囲の入熱量で溶接熱影響部を加熱する領域とに分けることが提案されている。 Moreover, in the piping improvement method described in Patent Document 5 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-258190), the welding heat affected zone is formed with a heat input in the range of 1 to 30 kJ / cm while holding the reactor water in the pressure vessel. It has been proposed to divide into a heating area and a heating area of the welding heat affected zone with a heat input in the range of 1 to 5 kJ / cm.
また、特許文献6(特公昭59−21711号公報)に記載のステンレス鋼材の溶接方法では、溶接継手部近傍の腐食性流体に接する面に耐食材料を事前に肉盛し、この肉盛部に隣接及び前記腐食性流体に接する部分に5kJ/cm以下の入熱条件で溶融処理し、その後に、前記継手部に開先を形成して溶接することが提案されている。 In addition, in the method for welding stainless steel materials described in Patent Document 6 (Japanese Patent Publication No. 59-21711), a corrosion-resistant material is previously deposited on the surface in contact with the corrosive fluid near the weld joint, It has been proposed to melt the adjacent portion and the portion in contact with the corrosive fluid under a heat input condition of 5 kJ / cm or less, and then form a groove in the joint and weld it.
さらに、特許文献7(特公昭62−19953号公報)に記載のオーステナイト系ステンレス鋼の狭開先継手の多層盛溶接方法では、開先最深部に近い側の層をオーステナイト系溶加材を用いて溶着(溶接)し、前記層に隣接する外側の少なくとも1つの層をマルテンサイト系溶加材を用いて溶接することが提案されている。 Furthermore, in the multi-layer welding method for narrow groove joints of austenitic stainless steel described in Patent Document 7 (Japanese Patent Publication No. 62-19953), an austenitic filler material is used for the layer closer to the deepest groove. It has been proposed to weld (weld) and weld at least one outer layer adjacent to the layer using a martensitic filler material.
上記特許文献1の場合には、溶接組み立て時に生じていた配管内面の引張残留応力を圧縮残留応力に変化させるのに有効な方法であると考えられる。しかしながら、溶接設備と異なる大型の高周波加熱設備が必要であるばかりでなく、溶接完了後に、配管の内周部に冷却水を供給しながら外周部を高温加熱するための作業工数及び費用が必要になる。
In the case of the said
また、上記特許文献2の場合には、引張残留応力を低減するための工夫がされている。しかしながら、溶接完了後に、線状の溶接部位表面上を移動させる高周波コイルにより高温加熱し、過熱領域を冷却水の噴射により急速冷却しているため、移動式の加熱及び水冷設備が必要になると共に、この高温加熱及び急速冷却を実施するための作業工数及び費用が必要になる。
Moreover, in the case of the said
一方、上記特許文献3の場合には、外部にヒートシンク媒体を使用せずに、熱効率の高い溶接施工及び狭い開先継手の伝導性自己冷却効果により、引張残留応力及び溶接ひずみを低減する工夫がされている。しかしながら、重要な溶接時の入熱量を規定していないため、引張残留応力を圧縮残留応力に変化させるまでに至らない可能性が高い。また、安価な円形断面のタングステン電極棒と異なる非円筒形(非円形断面)に成形した薄い電極を使用しているため、この薄い電極の製作費が高価になり、さらに、開先内に挿入してアーク溶接する時に生じる電極先端の消耗に伴う電極交換費用もコスト高になる。
On the other hand, in the case of the above-mentioned
また、上記特許文献4の場合には、板厚や管径が比較的小さな開先溶接の残留応力低減に有効な一つの方法と考えられる。しかしながら、母材板厚が厚い開先溶接においては、管内外面(母材表裏面)の温度勾配が小さいため、表面側を加熱溶融するキャップパス
(最終仕上溶接)のみでは、裏面側の残留応力を激減することができない可能性が高い。また、走行速度を重視しているが、重要な溶接時の入熱量を規定していない。さらに、前記特許文献3と同様に、安価な円形断面のタングステン電極棒と異なる非円筒形(非円形断面)に成形した薄い電極を使用しているため、この薄い電極の製作費が高価になり、さらに、開先内に挿入してアーク溶接する時に生じる電極先端の消耗に伴う電極交換費用もコスト高になる。
Moreover, in the case of the said
また、上記特許文献5の場合には、金属組織の改質や耐食性向上に有効な一つの方法であるが、既に溶接済みの溶接熱影響部を所定の入熱条件で加熱処理(溶融処理)している。この加熱処理は、本溶接部分と異なる反対側の裏面側の溶接熱影響部が対象であり、本溶接の施工と全く異なるものであるばかりでなく、外側を炉水で強制水冷している。
Further, in the case of the above-mentioned
また、上記特許文献6の場合には、金属組織の改質や耐食性向上に有効な一つの方法であるが、本溶接前に施工する裏面側の肉盛溶接やこの肉盛溶接による熱影響部の溶融処理、及びその後の開先加工に多大な工数及び費用が必要になる。また、前記熱影響部を溶融処理する入熱条件は5kJ/cm以下で施工しているが、その後に、開先を形成して本溶接する入熱条件や溶接方法については全く記載されていない。さらに、この当時の開先形状は広いため、本溶接では、上記肉盛溶接の入熱条件より数倍高い入熱量を用いて施工する可能性が高い。
Moreover, in the case of the above-mentioned
さらに、上記特許文献7の場合には、管内面の引張残留応力を低減するために、開先継手の材質と同質系のオーステナイト系ワイヤとマルテンサイト系ワイヤとを使い分けて溶接している。引張残留応力の低減に有効であるが、まだ引張応力が残留しており、圧縮応力に変化させるまでには至っていない。マルテンサイト系ワイヤは、開先内の中間層の溶接部分のみに使用されており、開先表面の最終層の溶接部分には使用されていない。また、開先継手の角度が広いため、板厚の厚い開先継手を溶接する場合には、溶接すべき開先断面積及び開先肩幅が増加し、1層1パスずつ積層する溶接が困難であり、1層多パスの多層盛溶接が必要になり、引張残留応力及び収縮変形が増す可能性が高い。溶接方法については、不明であるが、実施例から想定すると、非消耗性のタングステンを電極にするアーク溶接法ではなく、溶接ワイヤ(溶加材)を電極にするアーク溶接法の可能性が高い。
Furthermore, in the case of the above-mentioned
本発明の目的は、開先継手の管部材又は板部材の片面溶接で生じる裏面側の裏ビード部分及びその近傍の残留応力を圧縮応力に改善して応力腐食割れなどを防止するのに有効な残留応力改善溶接施工法及びその溶接構造物を提供することにある。 The object of the present invention is effective in preventing the stress corrosion cracking by improving the backside bead portion on the back side generated by one-side welding of the pipe member or plate member of the groove joint and the residual stress in the vicinity thereof to compressive stress. It is to provide a welding method for improving residual stress and a welded structure thereof.
本発明の残留応力改善溶接施工法は、管部材又は板部材を突き合せて形成した開先継手の片面溶接で生じる裏面側の裏ビード部分及びその近傍の残留応力を改善する残留応力改善溶接施工法であって、前記溶接施工では、非消耗電極方式のアーク溶接によって、開先内のアーク溶接部分に供給する溶接ワイヤを溶着させ、初層溶接で開先底部の裏面側に裏ビードを形成させた後に、板厚の2/5以上3/5以下の範囲の積層ビード高さまで4kJ/cm以上12kJ/cm以下の入熱量範囲で積層溶接し、その後に、残りの開先部分から開先上部の最終層まで、前記入熱量範囲より小さい入熱量の溶接条件に切り替えて積層溶接して、前記裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に圧縮残留応力を形成させ又は前記裏ビードの一部に100MPa以下の引張応力が混在する圧縮残留応力を前記熱影響部分に形成させることを特徴とする。 The welding method for improving residual stress according to the present invention is a welding method for improving residual stress that improves the backside bead portion on the back side generated by one-side welding of a groove joint formed by abutting a pipe member or a plate member and the residual stress in the vicinity thereof. In this welding process, welding wire supplied to the arc welding part in the groove is welded by arc welding using a non-consumable electrode method, and a back bead is formed on the back side of the groove bottom by first layer welding. after allowed to until laminated bead height of 2/5 or 3/5 or less of the range of the plate thickness by laminating welded at 4 kJ / cm or more 12 kJ / cm or less in the heat input range, thereafter, the groove from the rest of the groove portions Switch to welding conditions with a heat input smaller than the heat input range up to the final layer of the upper layer and perform laminar welding to form compressive residual stress in the back bead part and the heat affected part in the vicinity thereof, or a part of the back bead the following 100MPa The compressive residual stress Zhang stresses are mixed, characterized in that to form the heat-affected portion.
また、本発明の溶接構造物は、管部材又は板部材を突き合せて形成した開先継手の片面溶接で生じる裏面側の裏ビード部分及びその近傍の残留応力を改善する溶接構造物において、開先底部の裏面側に裏ビードを形成した初層溶接金属部と接する部分から板厚の2/5以上3/5以下の範囲の積層ビード高さまで4kJ/cm以上12kJ/cm以下の入熱量範囲で積層溶接して形成した第1の積層溶接金属部と、この第1の積層溶接金属部と接する残りの開先部分から開先上部の最終層まで、前記入熱量範囲より小さい入熱量の溶接条件に切り替えて積層溶接して形成した第2の積層溶接金属部とを備え、前記裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に圧縮残留応力を形成させ又は前記裏ビードの一部に100MPa以下の引張応力が混在する圧縮残留応力を前記熱影響部分に形成させることを特徴とする。
Further, the welded structure of the present invention is a welded structure that improves the backside bead portion on the back side generated by single-sided welding of a groove joint formed by abutting a pipe member or a plate member and the residual stress in the vicinity thereof. Heat input range from 4kJ / cm to 12kJ / cm from the part contacting the first layer weld metal part where the back bead is formed on the back side of the bottom to the laminated bead height in the range of 2/5 to 3/5 of the plate thickness Welding with a heat input smaller than the heat input range from the first groove weld metal part formed by lamination welding in
すなわち、本発明の残留応力改善溶接施工法では、初層溶接で開先底部の裏面側に裏ビードを形成させた後に、特定の積層ビード高さまで4kJ/cm以上12kJ/cm以下の入熱量範囲で積層溶接し、その後に、残りの開先部分から開先上部の最終層まで、上記入熱量範囲より小さい入熱量で積層溶接して、前記裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に圧縮残留応力を形成させ又は前記裏ビードの一部に僅かな引張応力が混在する圧縮残留応力を前記熱影響部分に形成させることにより、腐食環境下で適用されても、応力腐食割れを防止することができる。また、溶接中に内面側を水冷したり、溶接完了後に高価な加熱処理装置を設けたり、加熱処理を行う必要がなく、溶接施工のみであり、製作コストを低減することができ、良好な溶接品質を確保し、ワイヤ使用量及び溶接所要時間を削減することもできる。 That is, in the residual stress improving welding method of the present invention, after a back bead is formed on the back side of the groove bottom by first layer welding, a heat input range of 4 kJ / cm or more and 12 kJ / cm or less up to a specific laminated bead height. After that, welding is performed with a heat input smaller than the above heat input range from the remaining groove portion to the final layer at the top of the groove , and compression residual is applied to the back bead portion and the heat affected portion in the vicinity thereof. Even if it is applied in a corrosive environment, stress corrosion cracking can be prevented by forming stress or forming a compressive residual stress in the heat-affected zone where a slight tensile stress is mixed in a part of the back bead. it can. In addition, there is no need to water-cool the inner surface during welding, or to provide an expensive heat treatment device after the completion of welding, or to perform heat treatment, only welding work can be performed, the production cost can be reduced, good welding Quality can be ensured and the amount of wire used and the time required for welding can be reduced.
また、前記開先継手は、開先底幅を4mm以上7mm以下の範囲、開先角度を2度以上8度以下の範囲に形成することにより、低入熱量の積層溶接が施工でき、同時に、溶接すべき開先断面積を減少し、溶接による収縮変形や俵絞め変形を抑制し、溶接ワイヤの使用量を削減することができる。好ましくは前記開先底幅を4mm以上6mm以下の範囲、開先角度を4度以上6度以下の範囲に形成するとよい。 In addition, the groove joint can be formed into a laminated bottom with a low heat input by forming a groove bottom width in a range of 4 mm to 7 mm and a groove angle in a range of 2 degrees to 8 degrees, It is possible to reduce the groove cross-sectional area to be welded, suppress shrinkage deformation and squeezing deformation due to welding, and reduce the amount of welding wire used. Preferably, the groove bottom width is formed in the range of 4 mm to 6 mm, and the groove angle is set in the range of 4 degrees to 6 degrees.
また、前記溶接では、非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を施工し、開先内のアーク溶接部分に溶接ワイヤを供給して溶着させることにより、開先底部から開先上部まで溶接スパッタの発生がない美麗な溶接ビードを形成することができる。さらに、前記溶接ワイヤは、前記管部材又は板部材と同種の溶接ワイヤを使用することにより、ステンレス鋼材や低炭素鋼材であっても、溶接すべき開先内を管部材又は板部材と同種の溶接ワイヤで充填して確実に埋めることができる。例えば、前記管部材又は板部材がオーステナイト系ステンレス材の場合、この管部材又は板部材と同種のオーステナイト系ワイヤを使用すればよい。また、前記オーステナイト系ワイヤの代わりにニッケル合金のインコネル系ワイヤを前記後半の積層溶接で使用することにより、管部材又は板部材との線膨張係数の偏差で生じる溶接変形の抑制効果によって、裏面側の裏ビード部分及びその近傍の熱影響部に大きな圧縮残留応力が形成され、応力腐食割れを未然に防止することができる。 Also, in the above welding, non-consumable electrode type pulse arc welding or direct current arc welding is performed, and welding is performed by supplying a welding wire to the arc welding portion in the groove to weld it from the groove bottom to the groove top. It is possible to form a beautiful weld bead that does not generate spatter. Furthermore, the welding wire uses the same kind of welding wire as the pipe member or plate member, so that even in a stainless steel material or a low carbon steel material, the inside of the groove to be welded is the same kind as the pipe member or plate member. It can be filled reliably with a welding wire. For example, when the tube member or plate member is an austenitic stainless material, an austenite wire of the same type as the tube member or plate member may be used. In addition, by using nickel alloy inconel wire instead of the austenite wire in the latter half of the lamination welding, the effect of suppressing welding deformation caused by deviation of the linear expansion coefficient from the pipe member or plate member can be reduced. A large compressive residual stress is formed in the back bead portion and the heat affected zone in the vicinity thereof, and stress corrosion cracking can be prevented in advance.
また、前記特定の積層ビード高さは、板厚の2/5以上3/5以下の範囲であり、この積層ビード高さまで所定の入熱量範囲(4kJ/cm以上12kJ/cm以下)で積層溶接することにより、開先幅方向の収縮変形(塑性変形)が適度に進展し、前記裏ビード部分及びその近傍の残留応力を引張応力から極大の圧縮応力に変化させることができる。この圧縮応力は、開先内を積層溶接する積層ビード高さや入熱量や開先形状や板厚によって大きく変化し、開先幅方向の収縮変形が収束に至る積層ビード高さ辺りで極大になる。また、前記収縮変形が収束に至る積層ビード高さは、溶接すべき開先継手の板厚のおよそ半分又はこの近傍である。したがって、開先形状や板厚に対応した適正な前記入熱量範囲で特定範囲の積層ビード高さまで積層溶接することによって、最も効果的に極大の圧縮応力を得ることができる。一方、後半の積層溶接では、残りの開先部分から開先上部の最終層まで、2kJ/cm以上6kJ/cm以下の入熱量範囲の1つ又は複数の入熱条件又はこれに該当する溶接条件を用いて積層溶接することにより、溶接表面側に生じる俵絞め変形の進展を小さく抑制することができる。この俵絞め変形の抑制によって反対側の裏面側の裏ビード部分及びその近傍に加わる引張応力が抑制され、溶接完了後の裏ビード部分及びその近傍の熱影響部に圧縮残留応力を形成させ又は前記裏ビードの一部に僅かな引張応力が混在する圧縮残留応力を前記熱影響部分に形成させることができる。 The specific laminated bead height is in the range of 2/5 or more and 3/5 or less of the plate thickness, and laminated welding is performed within a predetermined heat input range (4 kJ / cm or more and 12 kJ / cm or less) up to the laminated bead height. By doing so, shrinkage deformation (plastic deformation) in the groove width direction progresses appropriately, and the residual stress in the back bead portion and its vicinity can be changed from tensile stress to maximum compressive stress. This compressive stress changes greatly depending on the height of the laminated beads, heat input, groove shape, and plate thickness, which are laminated and welded in the groove, and becomes maximum around the height of the laminated beads where the shrinkage deformation in the groove width direction converges. . The laminated bead height at which the shrinkage deformation converges is approximately half of the plate thickness of the groove joint to be welded or the vicinity thereof. Therefore, the maximum compressive stress can be obtained most effectively by laminating and welding up to a specific range of laminated bead heights within the appropriate heat input range corresponding to the groove shape and plate thickness. On the other hand, in the latter layer welding, one or a plurality of heat input conditions in the heat input range of 2 kJ / cm or more and 6 kJ / cm or less from the remaining groove part to the final layer on the groove upper part or welding conditions corresponding thereto. By performing laminating welding using, it is possible to suppress the progress of wrinkling deformation that occurs on the welding surface side. The tensile stress applied to the back bead portion on the reverse side on the opposite side and the vicinity thereof is suppressed by the suppression of the wrinkle deformation, and a compressive residual stress is formed on the back bead portion and the heat affected zone in the vicinity thereof after the welding is completed. A compressive residual stress in which a slight tensile stress is mixed in a part of the back bead can be formed in the heat-affected portion.
また、本発明の溶接構造物では、開先底部の裏面側に裏ビードを形成した初層溶接金属部と接する部分から特定の積層ビード高さまで4kJ/cm以上12kJ/cm以下の入熱量範囲で積層溶接して形成した第1の積層溶接金属部と、この第1の積層溶接金属部と接する残りの開先部分から開先上部の最終層まで、上記入熱量範囲より小さい入熱量で積層溶接して形成した第2の積層溶接金属部とを備え、前記裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に圧縮残留応力を形成させ又は前記裏ビードの一部に僅かな引張応力が混在する圧縮残留応力を前記熱影響部分に形成させることにより、腐食環境下で適用されても、応力腐食割れを防止することができる。
In the welded structure of the present invention, the heat input range is 4 kJ / cm or more and 12 kJ / cm or less from the part contacting the first layer weld metal part where the back bead is formed on the back side of the groove bottom part to the specific laminated bead height. Laminate welding with a heat input smaller than the above heat input range from the first groove weld metal part formed by lamination welding and the remaining groove portion in contact with the first metal weld weld part to the final layer on the groove upper part A compressive residual in which a compressive residual stress is formed in the back bead portion and a heat-affected portion in the vicinity thereof, or a slight tensile stress is mixed in a part of the back bead. By forming stress in the heat-affected zone, stress corrosion cracking can be prevented even when applied in a corrosive environment.
以上述べたように、本発明の残留応力改善溶接施工法及びその溶接構造物によれば、発電プラント,化学プラントなど腐食環境下で適用されても、応力腐食割れを防止することができる。また、溶接中に内面側を水冷したり、溶接完了後に高価な加熱処理装置を設けたり、加熱処理を行う必要がなく、溶接施工のみであり、製作コストを低減することができ、良好な溶接品質を確保し、ワイヤ使用量及び溶接所要時間を削減することもできる。 As described above, according to the residual stress improving welding method and its welded structure of the present invention, stress corrosion cracking can be prevented even when applied in a corrosive environment such as a power plant or a chemical plant. In addition, there is no need to water-cool the inner surface during welding, or to provide an expensive heat treatment device after the completion of welding, or to perform heat treatment, only welding work can be performed, the production cost can be reduced, good welding Quality can be ensured and the amount of wire used and the time required for welding can be reduced.
以下、本発明の内容について、図1〜図9の実施例に用いて具体的に説明する。 Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in FIGS.
図1は、本発明の残留応力改善法及びその溶接構造物における溶接過程で変化する裏ビード部分の応力解析結果の一実施例を示す説明図である。また、図2は、他の一実施例であり、複数の入熱量及び入熱切替えで各々溶接した時の応力変化を示している。さらに、図3は、本発明の残留応力改善法及びその溶接構造物の溶接手順概要の一実施例を示す説明図であり、図中の(1)は開先継手の開先底部を初層裏波溶接した時の溶接断面、(2)は特定の積層ビード高さHbまで積層溶接した時の溶接断面、(3)は残りの開先部分から開先上部の最終層まで積層溶接した時の溶接断面である。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the residual stress improvement method of the present invention and the stress analysis result of the back bead portion that changes during the welding process in the welded structure. Moreover, FIG. 2 is another Example and has shown the stress change when each is welded by several heat input and heat input switching. Furthermore, FIG. 3 is explanatory drawing which shows one Example of the welding-process outline | summary of the residual stress improvement method and its welded structure of this invention, (1) in the figure is the first layer in the groove bottom part of a groove joint. Welding cross section when reverse wave welding is performed, (2) is the welding cross section when laminating and welding to a specific laminated bead height Hb, and (3) is when laminating and welding from the remaining groove portion to the final layer above the groove It is a welding cross section.
図1及び図2に示すように、初層溶接で開先低部の裏面側に裏ビードを形成させると、裏ビード部分には、収縮変形によって最初に引張応力が生成する。この引張応力は入熱量が大きいほど高くなる傾向がある。裏ビード形成に必要な入熱量は、開先底部の厚み(ルートフェイスf)や幅wの大きさ,材質の違いによって異なるが、概ね4〜20kJ/cmの入熱量範囲で形成可能であり、好ましくは6〜12kJ/cmで対応すればよい。なお、単位長さ当りの入熱量Q(kJ/cm)は、平均溶接電流Ia(A),平均アーク電圧Ea(V)と溶接速度V(mm/s)との関係式{Q=Ia*Ea/(100*V)}より算出することができる。 As shown in FIGS. 1 and 2, when a back bead is formed on the back side of the groove lower portion by initial layer welding, tensile stress is first generated in the back bead portion due to shrinkage deformation. This tensile stress tends to increase as the heat input increases. The amount of heat input required for forming the back bead varies depending on the thickness of the groove bottom (root face f), the width w, and the material, but it can be formed in a heat input range of approximately 4-20 kJ / cm. Preferably, it may be 6 to 12 kJ / cm. Note that the heat input Q (kJ / cm) per unit length is a relational expression of the average welding current Ia (A), average arc voltage Ea (V) and welding speed V (mm / s) {Q = Ia * Ea / (100 * V)}.
初層溶接後に積層する第1の積層溶接((ii)前半溶接)では、図1及び図2に示したように、開先幅方向の収縮変形(塑性変形)の進行によって、前記裏ビード部分に大きな圧縮応力が付加され、また、入熱量や板厚の大きさによって圧縮応力の極大値が変化する解析結果になっている。特に、裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に付加される圧縮応力は、開先内を積層溶接する積層ビード高さHbや入熱量Qや板厚Tや開先形状によって大きく変化し、開先幅方向の収縮変形が収束に至る積層ビード高さ辺りで極大になる。また、圧縮応力の極大値は、板厚Tが厚くなるに従って積層ビード高さの比率Hb/Tが大きくなる方向に移行しており、例えば、板厚Tが20mmの場合で0.4 前後の位置、
40mmの場合で0.6 前後の位置に変化している。したがって、前記(ii)前半溶接では、各板厚Tに対応した積層ビード高さHbまで、適正な入熱量範囲Q1の入熱条件又はこれに該当する溶接条件で複数パス積層溶接することによって、最も効果的に極大の圧縮応力を得ることができる。適正な入熱量範囲Q1は、4kJ/cm以上12kJ/cm以下である。また、特定の積層ビード高さHbは、板厚Tの概ね3/10以上7/10以下(0.3*
T≦Hb≦0.7*T) の範囲であり、好ましくは板厚Tの2/5以上3/5以下 (0.4*T≦Hb≦0.6*T)の範囲にするとよい。なお、前記第1の積層溶接で使用する入熱量Q1が4kJ/cmより小さ過ぎると、溶融領域の過小及び開先幅方向の収縮変形不足によって、裏面側の裏ビード部分及びその近傍に付加される圧縮応力が大きくならない可能性があるので好ましくない。反対に、この入熱量Q1が12kJ/cmより大き過ぎると、溶融領域の過大及び開先幅方向の収縮変形増大によって、裏面側の裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に付加される圧縮応力が抑制されて小さくなる可能性があるので好ましくない。
In the first laminated welding ((ii) first half welding) laminated after the first layer welding, as shown in FIGS. 1 and 2, the back bead portion is formed by the progress of shrinkage deformation (plastic deformation) in the groove width direction. In this analysis result, a large compressive stress is applied, and the maximum value of the compressive stress changes depending on the amount of heat input and the thickness of the plate. In particular, the compressive stress applied to the back bead portion and the heat-affected portion in the vicinity thereof varies greatly depending on the stack bead height Hb, the heat input Q, the plate thickness T, and the groove shape, which are laminated and welded in the groove. The shrinkage deformation in the tip width direction is maximized around the height of the laminated bead where convergence is reached. Further, the maximum value of the compressive stress shifts in the direction in which the ratio Hb / T of the laminated bead height increases as the plate thickness T increases. For example, when the plate thickness T is 20 mm, the maximum value is about 0.4. position,
In the case of 40 mm, the position has changed to about 0.6. Therefore, in the above-mentioned (ii) first half welding, up to the laminated bead height Hb corresponding to each plate thickness T, multiple-pass laminating welding is performed under a heat input condition of an appropriate heat input amount range Q1 or a welding condition corresponding thereto, The maximum compressive stress can be obtained most effectively. The appropriate heat input range Q1 is 4 kJ / cm or more and 12 kJ / cm or less. Further, the specific laminated bead height Hb is approximately 3/10 to 7/10 of the plate thickness T (0.3 *
T ≦ Hb ≦ 0.7 * T), preferably 2/5 or more and 3/5 or less of the plate thickness T (0.4 * T ≦ Hb ≦ 0.6 * T). If the heat input Q1 used in the first laminating welding is less than 4 kJ / cm, it is added to the back bead portion on the back side and the vicinity thereof due to the melting region being too small and the shrinkage deformation in the groove width direction being insufficient. This is not preferable because the compressive stress may not increase. On the contrary, if this heat input Q1 is more than 12 kJ / cm, the compressive stress applied to the back bead portion on the back side and the heat affected portion in the vicinity thereof due to excessive melting region and increased shrinkage deformation in the groove width direction. Is not preferable because it may be suppressed and become smaller.
また、図1及び図2に示したように、第2の積層溶接((iii) 後半溶接)では、残りの開先部分から開先上部の最終層まで低入熱量(2≦Q2≦6kJ/cm)で積層溶接することにより、溶接表面側に生じる俵絞め変形が小さく抑制され、裏面側の裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に生じる反作用の引張応力を抑制して圧縮残留応力が形成される。裏ビード部分及びその近傍に生じる引張応力は、主に入熱量や板厚の大きさに依存し、板厚Tが薄くなるほど高めになる傾向があるが、低入熱量で積層溶接すると、前記引張応力が抑制されて、圧縮残留応力が形成される解析結果になっている。したがって、前記(iii)後半溶接では、低入熱条件に切替えて積層溶接することにより、板厚Tが異なっても、裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に圧縮残留応力を形成させることができる。また、板厚が厚い40mmの場合は、(ii) 前半溶接及び(iii)後半溶接をほぼ同一の特定入熱条件で施工して、裏ビード部分及びその近傍に圧縮応力を残留させることも可能であるが、前記(iii) 後半溶接時に低入熱切替えの積層溶接を施工することにより、上述したように、圧縮残留応力が確実に形成され、腐食環境下で適用されても、応力腐食割れを防止することができ、長寿命化に寄与することができる。なお、前記(iii) 後半溶接で使用する入熱量Q2が2kJ/cmより小さいと、溶接できずに融合不良が生じる可能性があるので好ましくない。反対に、この入熱量Q2が6kJ/cmより大き過ぎると、前記俵絞め変形が増加進展し、裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に加わる引張応力が上昇して残留することになるので好ましくない。 Further, as shown in FIGS. 1 and 2, in the second lamination welding ((iii) second half welding), a low heat input (2 ≦ Q2 ≦ 6 kJ / second) from the remaining groove portion to the final layer on the groove upper portion. In order to reduce compressive deformation on the weld surface side and to suppress reaction tensile stress in the back bead part on the back side and the heat affected part in the vicinity, compressive residual stress is formed. Is done. The tensile stress generated in the back bead portion and the vicinity thereof mainly depends on the amount of heat input and the thickness of the plate, and tends to increase as the plate thickness T decreases. The analysis result is that the stress is suppressed and the compressive residual stress is formed. Therefore, in the above-mentioned (iii) second-half welding, even if the plate thickness T is changed by switching to a low heat input condition, even if the plate thickness T is different, compressive residual stress can be formed in the back bead portion and the heat affected portion in the vicinity thereof. it can. If the plate thickness is 40mm, (ii) the first half welding and (iii) second half welding can be applied under almost the same specific heat input conditions to leave compressive stress in the back bead and its vicinity. However, even if (iii) the lamination welding with low heat input switching is applied during the latter half welding, as described above, the compressive residual stress is reliably formed, and even if applied in a corrosive environment, the stress corrosion cracking Can be prevented, and can contribute to a longer life. In addition, it is not preferable that the heat input Q2 used in the (iii) second half welding is smaller than 2 kJ / cm because welding may not be possible and poor fusion may occur. On the other hand, if the heat input Q2 is more than 6 kJ / cm, it is preferable because the wrinkling deformation increases and the tensile stress applied to the back bead portion and the heat affected portion in the vicinity thereof increases and remains. Absent.
上述したように、本発明の残留応力改善溶接施工法では、初層溶接で開先底部の裏面側に裏ビードを形成させた後に、特定の積層ビード高さまで4kJ/cm以上12kJ/cm以下の入熱量範囲で積層溶接し、その後に、残りの開先部分から開先上部の最終層まで2kJ/cm以上6kJ/cm以下の入熱量範囲で積層溶接して、前記裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に圧縮残留応力を形成させ又は前記裏ビードの一部に僅かな引張応力が混在する圧縮残留応力を前記熱影響部分に形成させることにより、腐食環境下で適用されても、応力腐食割れを防止することができる。また、溶接中に内面側を水冷したり、溶接完了後に高価な加熱処理装置を設けたり、加熱処理を行う必要がなく、溶接施工のみであり、製作コストを低減することができ、良好な溶接品質を確保し、ワイヤ使用量及び溶接所要時間を削減することもできる。 As described above, in the residual stress improving welding method of the present invention, the back bead is formed on the back surface side of the groove bottom portion in the first layer welding, and then the specific laminated bead height is 4 kJ / cm or more and 12 kJ / cm or less. Lamination welding is performed in the heat input range, and then lamination welding is performed in the heat input range of 2 kJ / cm or more and 6 kJ / cm or less from the remaining groove portion to the final layer above the groove, and the back bead portion and its vicinity Even if it is applied in a corrosive environment by forming a compressive residual stress in the heat-affected zone or by forming a compressive residual stress in the heat-affected zone in which a small amount of tensile stress is mixed in a part of the back bead, stress corrosion Cracking can be prevented. In addition, there is no need to water-cool the inner surface during welding, or to provide an expensive heat treatment device after the completion of welding, or to perform heat treatment, only welding work can be performed, the production cost can be reduced, good welding Quality can be ensured and the amount of wire used and the time required for welding can be reduced.
一方、図3に示すように、最初の開先形状の製作工程51は、溶接対象の継手部材を所定寸法に機械加工したり、溶接現場に搬送したり、加工後の部材や部品を組立したりする工程である。この継手部材1,2は、主に原子力プラント,火力発電プラント,化学プラントに使用される厚板の配管や容器などの管部材又は板部材であり、突き合せて形成した開先継手の底部から上部まで片面溶接する必要がある。同時に、裏面側の裏ビード15部分及びその近傍に残留する応力を圧縮応力に改善する必要がある。また、次の溶接準備工程52は、溶接台車,溶接トーチ,ワイヤなどの取り付け,溶接電源や溶接制御装置の立上げ,溶接動作の準備を行う工程である。
On the other hand, as shown in FIG. 3, in the first groove
初層裏波溶接工程53は、図3(1)に示したように、開先底部の裏面側に適正範囲の裏ビード幅Bを形成させる初層裏波溶接21(P=1)を行う工程である。また、この初層裏波溶接の前に、開先底部を浅く溶かして接合するワイヤなしの仮付け溶接を行うようにしてもよい。適正範囲の裏ビード幅Bは、例えば4〜7mmに形成するとよい。好ましくは4〜6mmである。裏ビード形成が必要な初層裏波溶接21では、開先底部の裏面側まで溶融可能なアークの入熱条件又はこれに該当する溶接条件を出力させ、裏ビード15の幅Bが適正範囲に形成するように1つ以上の条件因子(例えば、ピーク電流かべース電流か平均溶接電流、ピーク電圧か平均アーク電圧かアーク長,ワイヤ送り速度,溶接速度)を調整又は制御するとよい。
In the first layer
次の第1の積層溶接工程41は、図3(2)に示したように、初層裏波溶接工程53後に、特定の積層ビード高さHbまで特定の入熱量範囲Q1(4≦Q1≦12kJ/cm)で積層溶接する工程である。この第1の積層溶接工程41により、開先幅方向の収縮変形(塑性変形)が適度に進展し、この適度に進展する塑性変形によって裏面側の裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に残留する引張応力を極大の圧縮応力に変化させることができる。溶接すべき特定の積層ビード高さHbは、上述したように、継手部材1,2の板厚Tの2/5以上3/5以下であり、前記入熱量範囲Q1から1つ以上の複数の入熱条件又はこれに該当する溶接条件を用いて積層溶接するとよい。例えば、初層溶接後の数パスを7〜8kJ/cmの入熱条件で溶接し、その後に、入熱量を4〜5kJ/cmに減少させて、板厚半分程度の積層ビード高さHbまで積層溶接することもできる。また、初層溶接後の溶接を5kJ/cm程度の入熱一定条件で前記特定の積層ビード高さHbまで積層溶接することもできる。
As shown in FIG. 3 (2), the next first
また、第1の積層溶接工程41では、前記特定の入量熱量範囲Q1の入熱条件又はこれに該当する溶接条件を1つ以上用いて1層1パスずつ積層溶接することにより、特定の積層ビード高さまで欠陥のない良好な核溶接ビードを得ることができる。同時に、上述したように、開先幅方向の収縮変形(塑性変形)が適度に進展し、裏面側の裏ビード部分及びその近傍に残留する引張応力を極大の圧縮応力に変化させることができる。さらに、前記第1の積層溶接工程41では、前記特定の入量熱量範囲Q1の入熱条件又はこれに該当する溶接条件を1つ以上用いて1層1パスずつ積層溶接する途中で複数パスに振分けて積層溶接することも可能である。
Further, in the first
次の第2の積層溶接工程42は、図3(3)に示したように、前記第1の積層溶接工程41後に、残りの開先部分から開先上部の最終層39(P=N)まで、第2の入熱量範囲Q2(2≦Q2≦6kJ/cm)の入熱条件又はこれに該当する溶接条件を使用して積層溶接する工程である。この第2の積層溶接工程42により、溶接表面側に生じる俵絞め変形が小さく抑制され、反対側の裏面側の裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に圧縮残留応力が形成され、あるいは前記裏ビードの一部に僅かな引張応力(例えば100MPa以下)が混在する圧縮残留応力が前記熱影響部分に形成され、腐食環境下で適用されても、応力腐食割れを防止することができる。前記第2の積層溶接工程42では、前記第2の入熱量範囲Q2から1つ又は複数の入熱条件又はこれに該当する溶接条件を用いて開先上部の最終層まで積層溶接するとよい。例えば、4kJ/cm程度の入熱条件又はこれに該当する溶接条件を選択して最終層まで積層溶接することもできる。また、この積層溶接の途中で入熱条件を減少させて、最終層及びこの近傍の数パスを積層溶接することもできる。
As shown in FIG. 3 (3), the next second
溶接パス毎の入熱条件は、設定又は出力すべき平均電流Ia(A),平均アーク電圧
Ea(V),溶接速度V(mm/s)の条件因子と密接な関係にあり、特定の入熱量Q(kJ/cm)になるように関係式{Q=Ia*Ea/(100*V)}を用いて適正なIa,
Ea,Vの値を決めればよい。また、直流アーク溶接中のアーク電圧は微小変化するが、およその平均値を採用すればよい。パルスアーク溶接中の電流及びアーク電圧は、高いピーク電流(ピーク電圧)と低いベース電流(ベース電圧)とを繰返しているが、およその平均値を採用すればよい。また、前記入熱量Q(又は入熱条件)の制御についても、上記平均電流Iaの増減制御又は溶接速度の増減制御によって容易に達成することが可能である。
The heat input conditions for each welding pass are closely related to the condition factors of the average current Ia (A), average arc voltage Ea (V), and welding speed V (mm / s) to be set or output. Using the relational expression {Q = Ia * Ea / (100 * V)} so that the heat quantity Q (kJ / cm), the appropriate Ia,
What is necessary is just to determine the value of Ea and V. Further, although the arc voltage during DC arc welding changes slightly, an approximate average value may be adopted. The current and arc voltage during pulse arc welding repeat high peak current (peak voltage) and low base current (base voltage), but an approximate average value may be adopted. Also, the control of the heat input Q (or heat input condition) can be easily achieved by the increase / decrease control of the average current Ia or the increase / decrease control of the welding speed.
また、第2の積層溶接工程42では、前記第2の入量熱量範囲Q2の入熱条件又はこれに該当する溶接条件を1つ以上用いて1層1パスずつ積層溶接又は1層1パスずつ積層溶接する途中で複数パスに振分けて積層溶接することにより、低入熱条件であっても、開先壁面を確実に溶融でき、開先上部の最終層39まで欠陥のない良好な各溶接ビードを得ることができる。同時に、溶接表面側に生じる俵絞め変形が小さく抑制され、反対側の裏面側の裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に圧縮残留応力が形成され、腐食環境下で適用されても、応力腐食割れを防止することができる。また、溶接中に内面側を水冷したり、溶接完了後に高価な加熱処理装置を設けたり、加熱処理を行う必要がなく、溶接施工のみであり、製作コストを低減することができ、良好な溶接品質を確保し、ワイヤ使用量及び溶接所要時間を削減することもできる。
Further, in the second
図3に示したように、前記初層裏波溶接工程53,第1及び第2の積層溶接工程41,42では、非消耗電極方式のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を施工し、開先内のアーク溶接部分に溶接ワイヤを供給して溶着させることにより、開先底部から開先上部まで溶接スパッタの発生がない美麗な溶接ビードを形成することができる。溶接ワイヤ5は、継手部材1,2と同種の溶接ワイヤを第1の積層溶接工程41及び第2の積層溶接工程
42で使用することにより、溶接すべき開先内を管部材又は板部材と同種の溶接ワイヤで充填して確実に埋めることができる。特に、前記継手部材1,2がオーステナイト系ステンレス鋼材(例えば、SUS304系,SUS316系)の場合には、この継手部材1,2と同種のオーステナイト系ワイヤ(例えば、Y308系,Y316系のワイヤ)を第1の積層溶接工程41及び第2の積層溶接工程42で使用すればよい。また、前記オーステナイト系ワイヤの代わりにニッケル合金のインコネル系ワイヤを前記第2の積層溶接工程
42で使用することにより、継手部材1,2との線膨張係数の偏差で生じる溶接変形の抑制効果によって、裏面側の裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に残留する圧縮応力を高めることができる。
As shown in FIG. 3, in the first layer back
図4は、本発明の残留応力改善法及び溶接構造物に係わる開先形状,装置概略構成を示す一実施例の説明図であり、(1)は溶接前の継手部材の開先断面、(2)は開先底部中央にインサート材を設けた開先断面、(3)は溶接装置の構成概要及び溶接中の溶接断面を示している。また、図5は、本発明の残留応力改善法及び溶接構造物の溶接概要を示す一実施例の溶接断面であり、(1)は入熱量の切替え及び1層1パスずつ積層溶接した溶接断面、(2)は1層1パスずつ積層溶接する途中で複数パスに振分けて積層溶接した溶接断面を示している。 FIG. 4 is an explanatory view of an embodiment showing a groove shape and an apparatus schematic configuration relating to a residual stress improving method and a welded structure according to the present invention, (1) is a groove cross section of a joint member before welding, 2) is a groove cross section in which an insert material is provided in the center of the groove bottom, and (3) is a schematic configuration of the welding apparatus and a weld cross section during welding. FIG. 5 is a welded cross section of an embodiment showing an outline of welding of a residual stress improving method and a welded structure according to the present invention. (1) is a welded cross section obtained by switching the heat input and laminating and welding one layer at a time. , (2) shows a welded cross-section welded by laminating and welding to a plurality of passes in the course of laminating and welding one pass at a time.
図4(1)(2)に示すように、継手部材1,2は、開先底部の裏面1b,2bから開先表面1a,2aの上部まで積層する片面溶接が必要な容器や配管や案内管など厚板の管部材又は板部材を突き合せた狭い開先継手である。また、開先底部中央にインサート材
19を設けた狭い開先継手である。特に、原子力発電プラント,火力発電プラント,化学プラントなどで使用される溶接構造物の継手部材であり、片面溶接の施工が必要であると共に、裏面側の裏ビード15及びその近傍の熱影響部分に生じる残留応力を圧縮応力に改善する必要がある。この継手部材1,2の材質は、主にオーステナイト系ステンレス鋼
(例えば、SUS304系,SUS316系)である。また、この材質と異なる他のオーステナイト系ステンレス鋼(例えば、SUS309系,SUS321系,SUS347系)であってもよい。さらに、ステンレス鋼と異なる低炭素鋼,低合金鋼であってもよい。
As shown in FIGS. 4 (1) and 2 (2), the
また、管部材の開先の継手部材1,2を溶接施工する場合は、この管部材そのものが拘束体となって、溶接過程で生じる反り変形や俵絞め変形を抑制することができる。板部材の開先の継手部材1,2を溶接施工する場合には、溶接過程で生じる反り変形や俵絞め変形を抑制するための変形拘束冶具やこれに該当する拘束部材を設けることにより、前記変形を抑制することができる。
Moreover, when welding the
開先底部の開先幅w又はこの開先底部中央に設けるインサート材19の幅を含む開先幅wを3mm以上7mm以下の寸法範囲、開先上部までの開先角度(片面角度θを2倍した角度)を2度以上8度以下の範囲に形成、好ましくは開先底幅wを4mm以上6mm以下の寸法範囲、開先角度を4度以上6度以下の寸法範囲に形成することにより、上述した低入熱切替えの積層溶接が確実に施工でき、同時に、溶接すべき開先断面積を格段に減少し、溶接による収縮変形や俵絞め変形を抑制し、溶接ワイヤの使用量を削減することができる。なお、前記開先幅wが3mmより狭くなると、開先内3に挿入する電極6の外面と開先内3の壁面との隙間が極端に狭く、しかも、初層溶接及びその後の積層溶接による収縮変形によって開先幅全体が収縮し、開先壁面への電極6の接触やアーク発生が起こり易く、開先上部までの積層溶接が困難となるので好ましくない。反対に、この開先幅wが7mmより広くなると、開先断面積の増加によって溶接パス数及びワイヤ溶着量が増加し、溶接による収縮変形や俵絞め変形が増すことになる。したがって、開先幅wの範囲を3mm以上7mm以下に特定した。開先底部のルートフェイスfについては、約1〜2.5mm の範囲に形成すること、好ましくは約1.5mm 前後に形成することにより、裏面側まで容易に溶融させることができる。また、インサート材19を開先底部中央に設けることにより、開先底部の突合せ部に生じ易い段違いやギャップの影響を緩和することができ、特に、初層裏波溶接時に、凹みのない凸形状でほぼ均一な裏ビード幅を良好に得ることができる。
The groove width w including the groove width w of the groove bottom or the width of the
また、アーク溶接は、図4(3)に示すように、溶接トーチ7(TIGトーチ)に装備した非消耗性の電極6先端と継手部材1,2との間にTIG溶接電源8より給電して開先内でアーク10を発生させ、そのアーク10溶接部分にワイヤ5を送給及び溶融させて溶接するようにしている。TIG溶接電源8は、溶接モードを選択するスイッチによってパルスアーク溶接又は直流アーク溶接の切り換えが可能な溶接電源である。パルスアーク溶接を選択した場合は、このパルスアーク溶接の給電に必要な高いピーク電流と低いべース電流,アーク電圧などの各条件値を任意に出力でき、パルス周波数の任意変更(例えば1Hz〜最大500Hz)もできるようになっている。例えば、1〜10Hz領域の低パルス溶接,10〜100Hz領域の中パルス溶接,100〜500Hz領域の高パルス溶接を行うことができる。また、直流アーク溶接を選択した場合には、平均溶接電流に該当する所望の直流電流,アーク電圧(平均アーク電圧)を出力することができる。
In arc welding, as shown in FIG. 4 (3), power is supplied from a TIG
溶接制御装置9aは、溶接トーチ7及びワイヤ5を搭載した溶接台車4(省略)の走行を指令制御し、TIG溶接電源8の出力を指令制御し、溶接トーチ7(電極6)の左右位置,上下位置を必要に応じて指令制御し、アーク10溶接部分ヘワイヤ5を供給するワイヤ供給装置11を指令制御し、ワイヤ5の左右位置及び上下位置を必要に応じて調整するものである。さらに、操作ペンダント9bは、溶接制御装置9aに接続されており、溶接条件調整手段,トーチ位置及びワイヤ位置調整手段を内蔵している。
The
パルスアーク溶接を選択した場合は、ピーク電流とそのピーク時間,べース電流とそのベース時間、又はパルス周波数とピーク電流の時間比率,電極高さの制御(AVC制御)に使用するピーク電圧又はべース電圧又は平均アーク電圧,ピークワイヤ送りとべースワイヤ送り,溶接速度又はこの溶接速度に該当する走行速度の各条件値を設定したり、これらの条件値を溶接中に割り込んで調整したりすることができる。また、直流アーク溶接を選択した時の場合には、平均溶接電流,電極高さの制御(AVC制御)に使用する平均アーク電圧又はアーク長,ワイヤ送り速度,溶接速度又はこの溶接速度に該当する走行速度の各条件値を設定したり、これらの条件値を溶接中に割り込んで調整したりすることができる。さらに、トーチ位置及びワイヤ位置調整手段により、溶接トーチ7(電極6)の位置ずれ,ワイヤ5の位置ずれを調整したりすることもできるようになっている。さらに、前記溶接ワイヤを前記アーク溶接部分に無通電のまま供給して溶着させ、あるいは前記溶接ワイヤを前記アーク溶接部分に加熱通電しながら供給して溶着させることもできる。ワイヤ加熱通電による溶着量の増加及び溶接能率の向上を図ることができる。
When pulse arc welding is selected, the peak current and its peak time, the base current and its base time, or the time ratio between the pulse frequency and peak current, the peak voltage used for electrode height control (AVC control) or Set each condition value of base voltage or average arc voltage, peak wire feed and base wire feed, welding speed or running speed corresponding to this welding speed, or adjust these conditions by interrupting them during welding be able to. When DC arc welding is selected, it corresponds to the average welding current, average arc voltage or arc length used for electrode height control (AVC control), wire feed speed, welding speed, or this welding speed. Each condition value of traveling speed can be set, or these condition values can be interrupted and adjusted during welding. Further, the position deviation of the welding torch 7 (electrode 6) and the position deviation of the
また、狭開先溶接を施工する溶接装置は、開先内3に挿入する非消耗の電極6の取付け取外し可能な溶接トーチ7と、この溶接トーチ7を開先の継手部材1,2の溶接線方向,上下左右方向に任意移動、溶接ワイヤ5を前記溶接トーチ7先端部分又はアーク10溶接部分に供給及び上下左右位置の調整可能な溶接台車(省略)と、パルスアーク溶接又は直流アーク溶接の選択、所定溶接条件の出力制御可能なTIG溶接電源8と、初層裏波溶接工程53で使用する入熱量範囲の条件設定、初層溶接後に特定の積層ビード高さHbまで積層溶接する第1の積層溶接工程41で使用する第1の入熱量範囲の条件設定、その後に最終層まで積層溶接する第2の積層溶接工程42で使用する第2の入熱量範囲の条件設定が可能な条件設定手段と、この条件設定手段の指示に従って前記溶接台車を駆動制御し、前記TIG溶接電源8を出力制御し、前記溶接トーチ7の左右上下位置、溶接ワイヤ5の送り量及び左右上下位置を調整する溶接制御装置9aとを備えるとすることもできる。
In addition, a welding apparatus for performing narrow groove welding includes a
このような構成の溶接装置により、開先底部の裏面側に裏ビードを形成する前記初層裏波溶接工程、特定の積層高さまで積層溶接する第1の積層溶接工程、残りの開先部分から開先上部の最終層まで積層溶接する第2の積層溶接工程を確実に施工することができる。この一連の溶接施工により、上述したように、溶接表面側に生じる俵絞め変形が小さく抑制され、反対側の裏面側の裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に圧縮残留応力が形成され、あるいは前記裏ビードの一部に僅かな引張応力が混在する圧縮残留応力が前記熱影響部分に形成され、腐食環境下で適用されても、応力腐食割れを防止することができる。また、溶接中に内面側を水冷したり、溶接完了後に高価な加熱処理装置を設けたり、加熱処理を行う必要がなく、溶接施工のみであり、製作コストを低減することができ、良好な溶接品質を確保し、ワイヤ使用量及び溶接所要時間を削減することもできる。 From the welding apparatus having such a configuration, the first layer back wave welding step of forming a back bead on the back side of the groove bottom, the first layer welding step of layer welding up to a specific layer height, and the remaining groove portion The 2nd lamination welding process of carrying out lamination welding to the last layer of a groove upper part can be constructed reliably. By this series of welding operations, as described above, the wrinkle squeezing deformation that occurs on the weld surface side is suppressed to a small extent, and a compressive residual stress is formed on the back bead portion on the back side on the opposite side and the heat-affected portion in the vicinity thereof, or Even if a compressive residual stress in which a slight tensile stress is mixed in a part of the back bead is formed in the heat-affected portion and applied in a corrosive environment, stress corrosion cracking can be prevented. In addition, there is no need to water-cool the inner surface during welding, or to provide an expensive heat treatment device after the completion of welding, or to perform heat treatment, only welding work can be performed, the production cost can be reduced, good welding Quality can be ensured and the amount of wire used and the time required for welding can be reduced.
開先内3のアーク10溶接部分に流すシールドガス33は、Ar+数パーセントH2入りの混合ガス又はAr+数十パーセントHe入りの混合ガスを使用すればよい。例えば、Ar+3〜7%H2入りの混合ガスを使用すると、不活性の純Arガスと比べてエネルギ密度やアークの集中性が高まり、溶融状態及び溶け込みを良くでき、溶接速度も上げることができる。また、電極6は、開先幅wより狭い細径で円形断面を有する非消耗性のタングステン電極棒であり、高融点材のLa2O3入りW,Y2O3入りW,ThO2 入りWの電極棒を使用すればよい。例えば、開先幅wより狭い外径φ2.4又はφ1.6の円形断面の電極棒(電極先端のみを円錐形状に加工した電極)を開先内へ挿入して使用することにより、特殊形状の偏平断面(非円形断面)の高価な電極でなくても、開先内のアーク溶接を適正に施工することができる。また、円形断面の細径電極は、安価で使い勝手も良く、さらに、電極交換時でも、消耗部の電極先端を簡単に再研磨加工するのみで再使用することができる。
As the shielding
また、本発明の溶接構造物では、図5に示すように、開先底部の裏面側に裏ビード15を形成した初層溶接金属部410と接する部分から特定の積層ビード高さHbまで、4kJ/cm以上12kJ/cm以下の入熱量範囲Q1で積層溶接して形成した第1の積層溶接金属部411と、この第1の積層溶接金属部411と接する残りの開先部分から開先上部の最終層39まで2kJ/cm以上6kJ/cm以下の入熱量範囲Q2で積層溶接して形成した第2の積層溶接金属部422とを備え、前記裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に圧縮残留応力を形成させ又は前記裏ビードの一部に僅かな引張応力(例えば100MPa以下)が混在する圧縮残留応力を前記熱影響部分に形成させることにより、腐食環境下で適用されても、応力腐食割れを防止することができ、長寿命化に寄与することができる。また、溶接中に内面側を水冷したり、溶接完了後に高価な加熱処理装置を設けたり、加熱処理を行う必要がなく、溶接施工のみであり、製作コストを低減することができ、良好な溶接品質を確保し、ワイヤ使用量及び溶接所要時間を削減することもできる。
Further, in the welded structure of the present invention, as shown in FIG. 5, from the portion in contact with the first layer
前記特定の積層ビード高さHbは、上述したように、継手部材の板厚Tの2/5以上3/5以下であり、前記入熱量範囲Q1から1つ以上の複数の入熱条件又はこれに該当する溶接条件を用いて積層溶接するとよい。また、溶接対象の継手部材1,2がオーステナイト系ステンレス鋼材(例えば、SUS304系,SUS316系)の場合、前記第1の積層溶接金属部は、継手部材1,2の材質と同種のオーステナイト系ワイヤ(例えば、
Y308系,Y316系のワイヤ)を溶着することにより、高温水などの腐食環境下にさらされる内面側又は底面側の溶接裏面部から特定の積層高さまで、継手材と同種のオーステナイト系の溶接金属で充填することができ、同時に、裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に圧縮残留応力を形成させることができる。第2の積層溶接金属部422についても、継手部材1,2の材質と同種の前記オーステナイト系ワイヤを溶着するとよい。また、溶接対象の継手部材1,2が前記オーステナイト系ステンレス鋼材と異なる他のオーステナイト系ステンレス鋼材(例えば、SUS309系,SUS321系,SUS347系)であれば、この継手部材と同種のオーステナイト系ワイヤ(例えば、Y309系,Y347系のワイヤ)を溶着するとよい。さらに、前記継手部材がステンレス鋼と異なる低炭素鋼,低合金鋼であれば、この継手部材と同種のワイヤを使用すればよい。
As described above, the specific laminated bead height Hb is 2/5 or more and 3/5 or less of the plate thickness T of the joint member, and one or more heat input conditions from the heat input range Q1 or this It is good to carry out lamination welding using the welding conditions corresponding to. Further, when the
Y308 series and Y316 series wire), the austenitic weld metal of the same type as the joint material from the inner or bottom welded back surface exposed to a corrosive environment such as high-temperature water to a specific stacking height. At the same time, compressive residual stress can be formed in the back bead portion and the heat affected portion in the vicinity thereof. Also for the second laminated
また、第1の積層溶接金属部411は、前記入量熱量範囲Q1の溶接条件を1つ以上用いて1層1パスずつ積層溶接され、第2の積層溶接金属部422は、前記第2の入量熱量範囲Q2の溶接条件を1つ以上用いて1層1パスずつ積層溶接又は1層1パスずつ積層溶接する途中で複数パスに振分けて積層溶接されることにより、低入熱条件であっても、開先壁面を確実に溶融でき、継手部材1,2の底部から開先上部の最終層まで欠陥のない良好な各溶接ビードを得ることができる。また、上述したように、溶接変形の抑制及び引張応力の抑制によって裏面側の裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に圧縮残留応力が形成され、あるいは前記裏ビードの一部に僅かな引張応力が混在する圧縮残留応力が前記熱影響部分に形成され、腐食環境下で適用されても、応力腐食割れを防止することができ、長寿命化に寄与することができる。
Further, the first laminated
図6は、本発明の残留応力改善法及び溶接構造物の溶接概要を示す他の一実施例の溶接断面である。前記図5との主な相違点は、第2の積層溶接においてニッケル合金のインコネル系ワイヤを使用することであり、その他は図5と同じである。すなわち、図6に示すように、継手部材1,2がオーステナイト系ステンレス材の場合、第1の積層溶接金属部411又は初層溶接金属部410及び第1の積層溶接金属部411は、前記継手部材1,2の材質と同種のオーステナイト系ワイヤ61が溶着され、この上部に積層する第2の積層溶接金属部422には、ニッケル合金のインコネル系ワイヤ62が溶着されている。このように溶着することにより、線膨張係数の偏差で生じる溶接変形の抑制効果によって、裏面側の裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に形成される圧縮残留応力を高めることができ、上述したように、腐食環境下で適用されても、応力腐食割れを防止することができ、長寿命化に寄与することができる。
FIG. 6 is a weld cross-section of another embodiment showing the residual stress improvement method of the present invention and a welding outline of a welded structure. The main difference from FIG. 5 is that a nickel alloy Inconel wire is used in the second lamination welding, and the other points are the same as FIG. That is, as shown in FIG. 6, when the
また、前記第2の積層溶接金属部422は、1層1パスずつ積層溶接又は1層1パスずつ積層溶接する途中で複数パスに振分けて積層溶接されることにより、低入熱条件であっても、開先壁面を確実に溶融でき、開先上部の最終層まで欠陥のない良好な各溶接ビードを得ることができる。また、第2の積層溶接金属部422は、第1の積層溶接金属部411より小さい入熱量で積層溶接することにより、前記第1の積層溶接金属部411と第2の積層溶接金属部422とが接する部分又はこの近傍の溶接断面部を形状変化させることができる。この形状変化は、ビード幅変化,溶け込み変化,積層リップル変化,金属組織変化のいずれか1つ以上であればよい。例えば、積層リップルの密集化によって断面観察を容易にし、金属組織の微細化によって品質を向上することができる。
In addition, the second laminated
また、最終層の溶接終了後に残存する溶接表面側の俵絞め変形量(凹み量)は、板厚や入熱量や開先形状によって変化するが、概ね1.5mm以下であるとよい。好ましくは1.0mm以下である。この俵絞め変形を小さく抑制することにより、裏側に生成される引張応力が小さく抑制され、裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に圧縮残留応力が形成され、腐食環境下で使用される溶接構造物であっても、応力腐食割れを防止することができ、長寿命化に寄与することができる。 Further, the amount of deformation (dent) on the welding surface side remaining after the final layer is welded varies depending on the plate thickness, heat input, and groove shape, but is preferably about 1.5 mm or less. Preferably it is 1.0 mm or less. Welding structure that is used in corrosive environment because the tensile stress generated on the back side is suppressed by suppressing this wrinkling deformation to a small extent, compressive residual stress is formed in the back bead part and the heat affected part in the vicinity. Even if it is a thing, a stress corrosion crack can be prevented and it can contribute to lifetime improvement.
表1は、溶接施工条件の一実施例であり、図1〜図6に示した初層裏波溶接、第1及び第2の積層溶接で使用可能な溶接条件である。 Table 1 shows an example of welding conditions, which are welding conditions that can be used in the first layer back wave welding and the first and second laminated weldings shown in FIGS.
図7は、本発明の残留応力改善法で施工した配管溶接の断面写真を示す一実施例である。また、図8は、図7に示した配管溶接における積層高さと溶接パス毎の入熱量,開先肩幅,裏側の収縮量,表側の俵絞めによる凹み量との関係を示す説明図である。溶接継手の配管は、外径が314mm、板厚が29.5mm 、材質がSUS304系のステンレス鋼である。また、溶接ワイヤは、配管部材又は板部材と同種のオーステナイト系ワイヤ(Y308L)を使用している。初層から最終層まで積層溶接した累計パス数は、31層31パスであるが、積層溶接すべき開先断面積,溶接パス毎の入熱量,ワイヤ溶着量などの違いによって変化する。 FIG. 7 is an example showing a cross-sectional photograph of pipe welding performed by the residual stress improvement method of the present invention. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the stacking height in the pipe welding shown in FIG. 7 and the heat input amount for each welding pass, the groove shoulder width, the shrinkage amount on the back side, and the dent amount due to the front side squeezing. The pipe of the welded joint is SUS304 stainless steel with an outer diameter of 314 mm, a plate thickness of 29.5 mm, and a material. The welding wire uses the same type of austenitic wire (Y308L) as the piping member or plate member. The cumulative number of passes that are laminated and welded from the first layer to the last layer is 31 layers and 31 passes, but varies depending on differences in the groove cross-sectional area to be laminated and welded, the amount of heat input for each welding pass, the amount of wire welding, and the like.
図7及び図8に示すように、仮付け溶接後の(i)初層溶接(裏ビード形成溶接,初層溶接金属部410)では、裏面側に裏ビード15を形成させている。この初層溶接後の第1の積層溶接((ii)前半溶接、第1の溶接金属部411)では、第1の入熱量範囲Q1の特定入熱条件(4≦Q1≦12kJ/cm)又はこれに該当する特定溶接条件を複数用いて積層溶接している。さらに、第2の積層溶接((iii) 後半溶接、第2の溶接金属部422)では、積層ビード高さHb(Σh+f)が板厚Tの半分程度に到達した地点で、前記第1の入熱量範囲Q1で使用した入熱条件又はこれに該当する溶接条件より小さい第2の入熱量範囲Q2の特定入熱条件(2≦Q2≦5kJ/cm)又はこれに該当する特定溶接条件に切替えて開先上部の最終層まで積層溶接している。開先上面の肩幅w、裏面側の収縮量
△L2(所定寸法長さLの収縮)は、主に前記初層溶接及び第1の積層溶接の過程で生じる開先幅方向の収縮変形の進行によって増加している。また、溶接表側に生じる俵絞めによる凹み量△c(俵絞め変形)は、第2の積層溶接の進行過程で生じる結果になっている。このように溶接施工することにより、図7に示したような溶接断面部を良好に得ることができる。また、溶接終了後に残留する表面側の凹み量△cを小さく形成することにより、裏側に生成される引張応力が小さく抑制でき、裏ビード部分及びその近傍に圧縮応力を残留させることができる。ここでは配管溶接を一例に示したが、継手形状が異なる板部材の溶接であってもよい。
As shown in FIGS. 7 and 8, in (i) first layer welding (back bead formation welding, first layer weld metal part 410) after tack welding, a
図9は、溶接施工後の配管内面の残留応力測定結果の一実施例であり、溶接施工は図7及び図8で説明した通りである。残留応力測定は、ひずみゲージ開放法(配管内側の測定箇所にひずみゲージを貼り付け、短冊切りの1次切断開放の工程から最終スリット切りの3次開放の工程を経て、周方向の開放ひずみ値εθと軸方向の開放ひずみ値εzとの測定結果より、周方向の残留応力σθ,軸方向の残留応力を算出)を用いて測定した結果である。裏面側の裏ビード部分及びその近傍の残留応力は、図9に示すように、溶接線直角方向の軸方向残留応力σz(○印の線)が最大で約−35MPaの圧縮応力であり、また、溶接線方向の周方向残留応力σθ(◆印の線)が最大で約−138MPaの圧縮応力になっている。上記の圧縮応力はビード中央部分の値であり、応力腐食割れ防止で最も重要なビード境界部及び溶接熱影響部では、さらに高い圧縮応力が得られている。 FIG. 9 is an example of the residual stress measurement result on the inner surface of the pipe after welding, and the welding is as described in FIGS. 7 and 8. Residual stress measurement is based on the strain gauge opening method (a strain gauge is attached to the measurement point inside the pipe, the strip-cut primary cut-open process goes through the final slit cut-out tertiary open process, and the open strain value in the circumferential direction. This is a result of measurement using a circumferential residual stress σθ and an axial residual stress calculated from a measurement result of εθ and an open strain value εz in the axial direction. As shown in FIG. 9, the backside bead portion on the backside and the residual stress in the vicinity thereof are compressive stresses having a maximum axial residual stress σz (circled line) in the direction perpendicular to the weld line of about −35 MPa. The circumferential residual stress σθ (line marked with ◆) in the weld line direction is a compressive stress of about −138 MPa at the maximum. The above compressive stress is the value at the bead central portion, and higher compressive stress is obtained at the bead boundary and weld heat affected zone, which are the most important for preventing stress corrosion cracking.
このように、本発明の残留応力改善法を施工することにより、裏面側の裏ビード部分及びその近傍の残留応力を圧縮応力に改善でき、腐食環境下で適用されても、応力腐食割れを防止でき、長寿命化に寄与することもできる。また、溶接中に内面側を水冷したり、溶接完了後に高価な加熱処理装置を設けたり、加熱処理を行う必要がなく、溶接施工のみであり、製作コストを低減することができ、良好な溶接品質を確保し、ワイヤ使用量及び溶接所要時間を削減することもできる。 In this way, by applying the residual stress improvement method of the present invention, the residual bead portion on the back side and the residual stress in the vicinity thereof can be improved to compressive stress, and even when applied in a corrosive environment, stress corrosion cracking is prevented. It can also contribute to longer life. In addition, there is no need to water-cool the inner surface during welding, or to provide an expensive heat treatment device after the completion of welding, or to perform heat treatment, only welding work can be performed, the production cost can be reduced, good welding Quality can be ensured and the amount of wire used and the time required for welding can be reduced.
1,2…継手部材、1b,2b…開先裏面、3…開先内、4…溶接台車、5…ワイヤ、6…電極、7…溶接トーチ、8…TIG溶接電源、9a…溶接制御装置、9b…操作ペンダント、10…アーク、11…ワイヤ供給装置、15…裏ビード、19…インサート材、21…初層裏波溶接、39…最終層のビード断面、41…第1の積層溶接工程、42…第2の積層溶接工程、51…開先形状の製作工程、52…溶接準備工程、53…初層裏波溶接工程、56…第1の入熱量範囲Q1、57…第2の入熱量範囲Q2、61…オーステナイト系ワイヤ、62…インコネル系ワイヤ、410…初層溶接金属部、411…第1の溶接金属部、422…第2の溶接金属部、T…板厚、Hb…積層ビード高さ、w…開先底部幅、f…ルートフェイス、2θ…開先角度。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記溶接施工では、非消耗電極方式のアーク溶接によって、開先内のアーク溶接部分に供給する溶接ワイヤを溶着させ、初層溶接で開先底部の裏面側に裏ビードを形成させた後に、板厚の2/5以上3/5以下の範囲の積層ビード高さまで4kJ/cm以上12kJ/cm以下の入熱量範囲で積層溶接し、その後に、残りの開先部分から開先上部の最終層まで、前記入熱量範囲より小さい入熱量の溶接条件に切り替えて積層溶接して、前記裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に圧縮残留応力を形成させ又は前記裏ビードの一部に100MPa以下の引張応力が混在する圧縮残留応力を前記熱影響部分に形成させることを特徴とする残留応力改善溶接施工法。 It is a residual stress improvement welding method for improving the residual bead on the back side and its vicinity, which occurs in one side welding of a groove joint formed by abutting a pipe member or a plate member,
In the welding construction, a welding wire to be supplied to the arc welding portion in the groove is welded by arc welding of a non-consumable electrode method, and a back bead is formed on the back side of the groove bottom portion by first layer welding, and then the plate Laminate welding is performed at a heat input range of 4 kJ / cm to 12 kJ / cm up to a laminated bead height in the range of 2/5 to 3/5 , and then from the remaining groove to the final layer above the groove Then, the welding condition is switched to the welding condition of the heat input smaller than the heat input range, and the lamination welding is performed to form a compressive residual stress in the back bead part and the heat affected part in the vicinity thereof, or a tensile force of 100 MPa or less is applied to a part of the back bead. A welding method for improving residual stress characterized by forming a compressive residual stress mixed with stress in the heat-affected portion.
開先底部の裏面側に裏ビードを形成した初層溶接金属部と接する部分から板厚の2/5以上3/5以下の範囲の積層ビード高さまで4kJ/cm以上12kJ/cm以下の入熱量範囲で積層溶接して形成した第1の積層溶接金属部と、この第1の積層溶接金属部と接する残りの開先部分から開先上部の最終層まで、前記入熱量範囲より小さい入熱量の溶接条件に切り替えて積層溶接して形成した第2の積層溶接金属部とを備え、前記裏ビード部分及びその近傍の熱影響部分に圧縮残留応力を形成させ又は前記裏ビードの一部に100MPa以下の引張応力が混在する圧縮残留応力を前記熱影響部分に形成させることを特徴とする溶接構造物。Heat input of 4 kJ / cm or more and 12 kJ / cm or less from the part contacting the first layer weld metal part where the back bead is formed on the back side of the groove bottom to the laminated bead height in the range of 2/5 or more and 3/5 or less of the plate thickness. A first laminated weld metal portion formed by laminating welding in a range, and a remaining heat input amount smaller than the heat input range from the remaining groove portion in contact with the first laminated weld metal portion to the final layer at the upper portion of the groove. A second laminated welded metal part formed by laminating and switching to welding conditions, and forming a compressive residual stress in the back bead part and the heat-affected part in the vicinity thereof or a part of the back bead of 100 MPa or less A welded structure characterized by forming a compressive residual stress in which the tensile stress is mixed in the heat-affected portion.
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