JPH06218573A - 溶接部の応力腐食割れ防止方法およびその溶接構造 - Google Patents

溶接部の応力腐食割れ防止方法およびその溶接構造

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JPH06218573A
JPH06218573A JP1140493A JP1140493A JPH06218573A JP H06218573 A JPH06218573 A JP H06218573A JP 1140493 A JP1140493 A JP 1140493A JP 1140493 A JP1140493 A JP 1140493A JP H06218573 A JPH06218573 A JP H06218573A
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JP
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weld bead
build
corrosion cracking
welding
weld
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JP1140493A
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Kiyoshi Yamauchi
清 山内
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Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 多層の溶接ビードからなるニッケル基高合金
の溶接構造において、最終の溶接ビードに発生する高い
残留応力を緩和すると共に、炭化物等の生成による弾性
限界の増大をはかり、腐食性環境中における応力腐食割
れを防止する。 【構成】 1000℃以上の加熱もしくは熱影響により
炭化物が析出して弾性限界が増大する溶接材料(例えば
Ni基合金)を用いて多層溶接ビードからなる溶接接合
部を形成した後、最終の溶接ビード部を1000℃以上
に加熱する熱処理を行う。 【効果】 高い残留応力を有する最終の溶接ビード部の
残留応力を低減することができ、かつ炭化物の析出によ
る材料の弾性限界が増大し応力腐食割れに対する抵抗力
を確保することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は各種プラントの溶接部の
構造に係わり、特に溶接部の腐食性環境中における応力
腐食割れを防止するのに好適な溶接方法およびその溶接
構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の各種プラントにおける腐食性環境
中での溶接部の応力腐食割れを防止する方法は多く提案
されている。しかしながら、多層溶接ビードによる溶接
接合の最終の溶接ビード部における残留応力は特に高
く、この残留応力を充分に低減し得る溶接接合技術はい
まだ十分に確立されていない。図2に、溶接構造物の外
観と溶接ビードの積層状況の1例を示す。最終の溶接ビ
ードは6である。この溶接構造において、高濃度の酸素
を含む高温水環境に触れるのは、溶接ビード5および溶
接ビード6側である。したがって、溶接ビード5および
溶接ビード6における溶接残留応力は低い方が望まし
い。図4は、図3に示す線分X−Y上の位置、α、βお
よびγにおける溶接残留応力を示す。最終の溶接ビード
6は、後続の溶接ビードの熱影響を受けた溶接ビード5
よりも溶接残留応力が高い。したがって、最終の溶接ビ
ード6における溶接残留応力を低減することができれ
ば、応力腐食割れに対して著しく抵抗力のある溶接継ぎ
手を得ることができる。従来の溶接部の残留応力改善方
法として、例えば特開昭63−118017号公報に提
案されているごとく、母材(原子炉圧力容器などに用い
られる低合金鋼等)の溶接部の上に、マルテンサイト変
態しやすい溶接材料によって追加肉盛り溶接を行い、9
00℃程度に加熱した後、急速冷却を行ってマルテンサ
イト変態によって生じる相対的な寸法の増加現象を利用
して、追加肉盛り溶接部に降伏点を超えた引張り応力を
発生させて応力降伏が生じていた母材および溶接部を収
縮させることにより圧縮残留応力を付与するか、あるい
は引張り残留応力の低減を行い、その後、追加肉盛り溶
接部を除去することにより溶接部の残留応力を改善する
という方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術は、
炭素鋼、低合金鋼等によって構成される容器、配管など
の溶接部に発生しやすい高い引張り残留応力を改善する
方法であり、溶接部にマルテンサイト変態しやすい溶接
材料によって追加肉盛り溶接を行い、熱処理を行った
後、マルテンサイト変態によって生じる相対的な寸法の
増加現象を利用して追加肉盛り溶接部に引張り応力を発
生させ、その後、追加肉盛り溶接部を除去して、母材お
よび溶接部の引張り残留応力の低減を行う方法である
が、この残留応力の改善処理だけでは十分に残留応力を
除去することができないという問題があった。そして、
従来の高合金鋼等の肉盛り溶接において、後続の溶接ビ
ードの熱影響を受けない最終の溶接ビードに発生する高
い溶接残留応力を排除し、かつ溶着金属の弾性限界を向
上させることによる応力腐食割れ防止方法についての開
示は全くなかった。
【0004】本発明の目的は、多層の溶接ビードからな
る高合金鋼の溶接構造において、後続の溶接ビードの熱
影響を受けない最終の溶接ビードに発生する高い溶接残
留応力を排除すると共に、溶着金属に炭化物等を析出さ
せることにより弾性限界を増大させて溶接部の応力腐食
割れを防止する方法ならびにその溶接構造を提供するこ
とにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、1000℃以上の加熱もしくは熱影響によ
り炭化物等が析出して弾性限界が増大する溶接材料を用
いて、多層の溶接ビードからなる肉盛り溶接部を形成す
る方法において、上記肉盛り溶接部の表層の最終の溶接
ビード部近傍に対して、1000℃以上の熱影響を与え
る追加の肉盛り溶接ビードを形成した後、該追加の肉盛
り溶接ビードを除去するか、あるいは肉盛り溶接部を形
成した後、該肉盛り溶接部の表層近傍の溶接ビードを1
000℃以上に加熱することにより、1000℃以上の
加熱(例えば高周波誘導加熱などによる)または溶接ビ
ードによる熱影響を与えて炭化物等の析出による弾性限
界の増大をはかり、応力腐食割れの下限界応力以下とし
た多層の溶接ビードからなる肉盛り溶接構造とするもの
である。本発明に用いられる溶接材料としては、例えば
表1に示す組成のニッケル基合金系の溶接金属を用いる
ことが好ましく、1000℃以上の加熱もしくは熱影響
を与えることによりNbCなどの炭化物等の析出により
弾性限界を増大させることができる。
【0006】
【表1】
【0007】
【作用】本発明の多層の溶接ビードからなる肉盛り溶接
部を形成する場合に、溶接ビードが後熱処理されると、
あるいは後熱影響を受けると、溶接のままよりも弾性限
が大きくなる溶接材料を用いるのは以下の理由によるも
のである。すなわち、溶接材料にある一定の同じ応力が
付与されたとき、応力腐食割れの抵抗性が大きい溶接材
料は、弾性限界の小さな溶接材料よりも弾性限界の大き
な溶接材料である。これは、塑性域の大きな応力ほど応
力腐食割れが発生しやすいためである。逆に弾性域の応
力レベルに近づけば近づくほど、応力腐食割れは発生し
難くなる。したがって、図5に示す如く、溶接のままの
ビードでσRの高い溶接残留応力が発生したとすると、
溶接のままのビードの応力歪み(ε)曲線A上では、弾
性限σ1よりも高い応力であり、この応力レベルは塑性
域に位置する。そこで、この溶接ビードを溶接構造物の
状態で、後熱処理されると、あるいは後熱影響を受ける
と弾性限界が大きくなり、曲線Bに示す応力歪み曲線と
なる。溶接のままでの残留応力と歪みの値がp点にあっ
た場合、後熱処理されるか、あるいは後熱影響を受けた
後も残留応力と歪みがp点付近にあるものと考えられる
ことから、曲線Bの弾性限よりも低い値となる。すなわ
ち、応力腐食割れが発生しない条件となる。そして、1
000℃以上の熱影響を受けた溶接ビードだけで構成す
るのは、1000℃以上の熱影響を受けると最終の溶接
ビードの高い溶接残留応力が熱的に緩和されて解放され
る効果と、高温加熱によりNbCなどの炭化物等が析出
して溶着金属自身および溶着金属近傍の母材の弾性限界
が高くなる効果によるものである。
【0008】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。 〈実施例1〉表1に示すニッケル基合金からなる母材7
同士を、母材7とほぼ同じ組成のニッケル基合金からな
る溶接金属を用いて溶接接合した状況を示す。なお、ニ
ッケル基合金(インコネルなど)の溶接金属は、Nbを
2.52重量%、Cを0.013重量%含有する。図に示
すごとく、溶接ビード1から溶接ビード6まで形成して
肉盛り溶接部を構成した後、追加溶接ビードaおよびb
を形成した。そして、図2に示すごとく、追加溶接ビー
ドaおよびbをグラインダにより切削除去して本発明の
溶接接合を構成した。追加溶接ビードaと追加溶接ビー
ドbにより、溶接接合を構成している最終の溶接ビード
6に、溶接熱サイクルにより1000℃以上の加熱によ
る熱影響を与えることになる。これにより、1000℃
以上の熱影響を受けた最終の溶接ビード6の高い溶接残
留応力が熱的に緩和され解放される効果と、高温加熱に
よってNbCなどの炭化物が析出し、溶着金属自身およ
びその近傍の母材の弾性限界が高くなる効果が生じた。
本実施例による溶接接合をした結果、残留応力は20k
g/mm2以下となり、母材の材料強度の弾性限界と同
等またはそれ以下となり、高酸素を含有する高温水中な
どでの応力腐食割れを抑制し防止することができた。
【0009】〈実施例2〉図6は本発明の他の実施例で
ある。本実施例においても、実施例1と同様にニッケル
基合金からなる母材板材7同士を、母材板材7と同じ組
成のニッケル基合金よりなる溶接金属を用いて溶接接合
した状況を示す。なお、ニッケル基合金の溶接金属は、
Nbを2.52重量%、Cを0.013重量%含有する。
図6に示すごとく、溶接ビード1から溶接ビード6まで
形成して肉盛り溶接部を構成した後、図7に示す高周波
加熱装置を用いて、溶接ビードを1000℃以上から融
点の間の温度に加熱した。これにより、1000℃以上
に加熱された最終の溶接ビード6の高い溶接残留応力が
熱的に緩和されて解放される効果と、高温加熱によって
NbCなどの炭化物が析出し溶着金属自身およびその近
傍の母材の弾性限界が高くなる効果が生じた。本実施例
による溶接接合をした結果、残留応力が実施例1と同様
に20kg/mm2以下となり、母材の材料強度の弾性
限界と同等またはそれ以下となり、高酸素を含有する高
温水中などでの応力腐食割れを抑制し防止することがで
きた。
【0010】〈実施例3〉図8は、本発明の溶接部の応
力腐食割れ防止方法の他の実施例を示す説明図で、本実
施例においても上記実施例1および2と同様の成分組成
のニッケル基合金からなる母材7同士を用い、母材7と
同じ成分組成のニッケル基合金からなる溶接金属(Nb
2.52重量%、C0.013重量%)で溶接接合した場
合の状況を示したものである。図8に示すごとく、溶接
ビード1から溶接ビード6、および溶接ビード6を覆う
ように溶接ビードaを溶接施工する。その後、電極14
を用いて、溶接ビードaだけを溶融させる。次に、溶接
ビードaをグラインダ等で除去し、本発明の溶接接合構
造を得た。本実施例においても、実施例1〜2と同様
に、1000℃以上、融点以下の温度に加熱された最終
の溶接ビード6の高い溶接残留応力が熱的に緩和されて
解放される効果と、高温加熱によってNbCなどの析出
物が生成し、溶着金属自身およびその近傍の母材の弾性
限界が高くなる効果が生じた。本実施例による溶接接合
をした結果、残留応力は20kg/mm2以下となり、
母材の材料強度の弾性限界と同等またはそれ以下とな
り、高酸素を含有する高温水中などでの応力腐食割れを
抑制し防止することができた。
【0011】
【発明の効果】以上詳細に説明したごとく、本発明の溶
接部の応力腐食割れ防止方法によれば、1000℃以上
の加熱もしくは熱影響により残留応力が緩和されると共
に、炭化物等の析出により弾性限界が増大する溶接材料
を用いて多層の溶接ビードからなる肉盛り溶接部を構成
することができるので、高酸素を含有する高温水中など
の腐食性環境中での応力腐食割れに対する抵抗力を確保
することができ信頼性の高い溶接接合部が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1で例示した多層の溶接ビード
からなる溶接接合部の形成方法を示す模式図。
【図2】本発明の実施例1で作製した溶接接合部の構成
を示す模式図。
【図3】従来の多層の溶接ビードからなる溶接接合部の
構成を示す模式図。
【図4】図3に示す溶接接合部の残留応力の分布を示す
グラフ。
【図5】溶接ビードの応力歪み線図。
【図6】本発明の実施例2で例示した溶接接合部の構成
を示す模式図。
【図7】本発明の実施例2で例示した多層の溶接ビード
からなる溶接接合部の形成方法を示す模式図。
【図8】本発明の実施例3で例示した多層の溶接ビード
からなる溶接接合部の形成方法を示す模式図。
【符号の説明】
1、2、3、4、5、6…溶接ビード 7…母材板材 8、14…電極 9…高周波加熱装置 10…電極冷却装置 11…配線・配管 12…配線 13…電源 15、16…リード線

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1000℃以上の加熱もしくは熱影響によ
    り弾性限界が増大する溶接材料を用いて、多層の溶接ビ
    ードからなる肉盛り溶接部を形成する方法において、上
    記肉盛り溶接部の表層近傍の溶接ビードに対して100
    0℃以上の熱影響を与える追加の肉盛り溶接ビードを形
    成した後、該追加の肉盛り溶接ビードを除去する工程を
    少なくとも含むことを特徴とする溶接部の応力腐食割れ
    防止方法。
  2. 【請求項2】1000℃以上の加熱もしくは熱影響によ
    り弾性限界が増大する溶接材料を用いて、多層の溶接ビ
    ードからなる肉盛り溶接部を形成する方法において、上
    記肉盛り溶接部を形成した後、該肉盛り溶接部の表層近
    傍の溶接ビードを1000℃以上に加熱する工程を少な
    くとも含むことを特徴とする溶接部の応力腐食割れ防止
    方法。
  3. 【請求項3】請求項2において、肉盛り溶接部の表層近
    傍の溶接ビードの加熱は、高周波加熱によることを特徴
    とする溶接部の腐食割れ防止方法。
  4. 【請求項4】溶接材料としてニッケル基合金を用い、請
    求項1ないし請求項3のいずれか1項記載の方法によ
    り、1000℃以上の加熱もしくは熱影響を与えて炭化
    物の析出による弾性限界を増大させた多層の溶接ビード
    からなる肉盛り溶接部を構成してなることを特徴とする
    耐応力腐食割れ性に優れた溶接構造。
  5. 【請求項5】請求項4において、ニッケル基合金はイン
    コネルからなることを特徴とする耐応力腐食割れ性に優
    れた溶接構造。
JP1140493A 1993-01-27 1993-01-27 溶接部の応力腐食割れ防止方法およびその溶接構造 Pending JPH06218573A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003533354A (ja) * 2000-03-17 2003-11-11 クロマロイ ガス タービン コーポレーション ニッケル又はコバルトを主成分とする超合金物品を溶接する方法
JP2011521787A (ja) * 2008-05-30 2011-07-28 スネクマ パルス状の電流およびワイヤによるmig法を用いた金属部品の一部分の製造
JP2016511150A (ja) * 2013-01-31 2016-04-14 シーメンス エナジー インコーポレイテッド 超合金部品の局所修理
WO2024024679A1 (ja) * 2022-07-26 2024-02-01 三菱造船株式会社 タンクの製造方法

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