JPS6018292A - 溶接継手部の残留応力処理法 - Google Patents

溶接継手部の残留応力処理法

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JPS6018292A
JPS6018292A JP12052584A JP12052584A JPS6018292A JP S6018292 A JPS6018292 A JP S6018292A JP 12052584 A JP12052584 A JP 12052584A JP 12052584 A JP12052584 A JP 12052584A JP S6018292 A JPS6018292 A JP S6018292A
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residual stress
heating
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stress
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Masanori Watanabe
渡辺 正紀
Hisao Aoki
青木 尚夫
Koji Fujieda
藤枝 幸二
Yasushi Morii
森井 泰
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Topy Industries Ltd
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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Topy Industries Ltd
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属材料を溶接によっC接続するに際して、溶
接継手部に溶接後に発生する残留応ツノを低減もしくは
制御する処理方払に関りるものである。
一般に金属材料を、溶接する場合たとえば容器や構造物
を製作するに際しての溶接作業や配管を連結するため等
の溶接作業におい−Cは、金属材料の溶接継手部には、
溶接後の冷却に伴って生ずる収縮と拘束とによって、残
留応力が発生することは避けられない。
即ちM1図は、外的拘束のない二枚の金属材料をその端
面で突合u−C溶接しで接続した場合に金属材料に発生
する残留応力の分布状態を模式的に示したものである。
ここにσ×、σYは夫々溶接線Mに直角yj向並びに溶
接線に治った方面に光ど[gる残留応力を示(ものであ
り、いずれも溶接中央部では引張り残留応力が発生し、
周囲に行くにしたがって圧縮残留応力となる。これらの
特性は一般によく知られているものぐあり、特に溶接方
向の応力σYの値は材料の降伏点又はそれ以上の値を示
すこともまた知られている。
そし”C上記した如き発生した引張り残留応力は製作物
及び構築物を損傷せしめる等障害を惹起する大きな原因
となる場合がある。
たとえばオーステナイト系ステンレス鋼を使用した容器
、 4FJ造物、配管等においでは、材質、使用環境、
応力発生状況などの条件により、その程度の差はあるが
応力腐食割れが発生(]、オオースブナイトステンレス
鋼を使用する場合の最も大きな問題となっている。又高
張力鋼2合金鋼においても同様に残留応ツノの存在に起
因づる応力腐食割れ、その他の発生は数多く児られる。
このようなことより溶接後の金属材料の残留応力を緩和
させるため、炉内応力除去焼鈍(T hcr−n+al
 S tress Relief 丁reatme++
t in Furnace)が広く採用されている。
しかしながらこのような方法では、たとえば5US30
=1ステンレス鋼の如き金属材料の応ツノ除去に対しで
適用した場合、溶接後約850℃に加熱し、熱分布を均
等化ジ゛る為徐冷することにょっC残留応力の緩和は可
能であるが、このような^温度に加熱することは、上記
の金属材料ではクロムカーバイドが発生し、これににつ
て粒界11ル食を惹起し、機械的性質を低下せしめるよ
うな別の問題が生じる。更には850℃又はそれ以上の
温度に加熱りることは構造物の人さい変形を伴うことや
、加熱により表面に酸化物が発生ずるなどの欠点があり
技術的にも経湾的にも問題があった。
又−り高張力鋼1合金鋼の残留応力を緩和ざUるため従
来の上記の加熱により行なう場合、調質鋼では加熱温度
を焼戻し温度以下にリ−ることが祠r1の強度を保持す
ることより必須ぐある。このIζめ加熱保持時間を長時
間とりることとなり作業性を低下じしめるばかり(゛な
く、残留応力の緩和を充分達成し得ないのが実情ぐある
1゜ このようなことより溶接後、継手部の両側を上記した加
熱温度より低い温度で加熱して、より効果的な残留応力
を緩和する方法が、1964年ティー、ダブリュ、グリ
ーン(T、 W、 Greene )と1−6エー、ハ
ルツバー (A、Δ、 f−1alzbaur )によ
り提案されたことがあった(つ1ルデイングジヤーナル
(Welding Journal) VOI、25 
、 N。
3 、 Maroll、 1946. p 、171s
 −1,85s) 。この方法は溶接後、溶接継平部両
側を一定幅範囲を200℃前後に加熱した後、溶接部を
常温に保つ為に直らに水冷して両側からの熱膨張力によ
り溶接部を引張り塑性変形を起さぜることにJ:って残
留応力を緩和しJ、うどするいわゆるControll
ed L owTemperature 5tpess
 Re1ief法(低温応力緩和法)と称するものであ
って、EJ41の物理的、冶金的変化を与えないで応力
を緩和する方法として誠に興味深い方法といえよう。し
かしこの方法では、水を使用するため、被溶接金属に酸
化腐食を惹起する恐れがあるばかりでなく、製作過程中
の事であれば水処理に対する処置しとれるが、完成品や
貯槽タンク等の開放検査時にお()る補修溶接部にこの
方法を適用しようと1′れば、作業環境を悪化づ゛るこ
とは否めない。又補修溶接時の形状。
長さは勿論その存在作業場所により所定の加熱位置や加
熱幅などの所定の条件がとれなくて所定の温度では充分
・ぞのL1的を達し得ない場合も生じることがある。所
詮、残留応力処理法としては炉内焼鈍が主流をしめ、法
規などに定められてd3す、かかるjノ法は主流にはな
り得ない宿命にあったと思われる。
本発明は上述の如き現状に鑑みなされたもので、金属材
料の溶接に当って溶接継手部に発生づ“る残留応力を、
金属材料に可及的低い加熱温度好ましくは200°C以
下で加熱するとともに、溶接継手部をO’C以下の冷却
剤の噴流により強制冷却することによる継手部の残留応
力処理り法に関するものである。
以下第2図により本発明方法を説明す゛る。
接続ずべき所望の金属材料A+ 、A2を溶接線Mに沿
って突合せ溶接した後、両金属材料A+。
A2の溶接継手部1の圧縮残留応力が存在する両側2,
2′を火口3,3′から放射される加熱用火炎にて可及
的低い温度好ましくは200℃以下で加熱ツるどともに
直ちに溶接継手部′1の溶接線Mに沿って貯槽4に蓄え
られている液体窒素(沸点的−196℃)、液化炭素ガ
ス(三重点−79℃)。
液体アルゴン〈沸点的−186℃)ある(+)Gま液体
空気(沸点的−194℃)等の冷却剤5を弁6゜可撓管
7を介して噴霧管8より噴霧せしめて該溶接継手部1の
周辺な0℃以下に強制冷却J−る。この場合、冷却剤を
単に注ぐのみでは、この冷却片1が蒸発し、これによつ
−C膜が生じ−C冷却剤が金属表面に達Jるのを妨げ、
効果的な冷却をし41i)ので、好ましくは冷却剤を高
速でかつ連続的【こ噴射づることか有効である。尚溶接
部だtノを冷Ml シて応力緩和をしたいようなときは
、冷却剤の噴流9が被冷却品以外の場所に出来るだ()
当らな(Xようたどえば゛被覆カバー10を段重)ると
よい。
前記の火口3.3′は夫々管11,1丁を介してアセチ
レン、jロパン、液化天然ガス、メタン等の燃料ガス及
び支燃用酸素ガス源(図示Uず)に連通されているとと
もに溶接継手部1の両側2゜2′に加熱用火炎を放射で
きるように金属材料At。
A2の溶接線に沿って冷却剤を噴霧する噴霧管1の両側
に適宜間隔を隔てて配置され、支持部材12に噴霧管8
と共に一体的に保持されている。
この方法によると溶接継手部1のビートの冷却と、その
両側部2,2′の加熱とにJ:って、温度差をより一層
大きくすることが可能であり、これにより補修溶接部な
どで正規の加熱位置や加熱幅が充分とれないような場合
でも残留応力の緩和効果をより一層顕著にすることが可
能である。又溶接継手部1に発生する残留引張応力を積
極的に圧縮残留応力に変換させる事もできる。さらに、
各種欠陥が伴い易い溶接継手部1に生じる最高の残留引
張応力の発生位置を健全な母材鋼に移動ピしめ得る。又
噴霧管8より噴霧される冷却剤を一層低い温度のものを
使用して溶接継手部1の冷却をにり低温にすれば上記溶
接継手部1の両側部2,2′の加熱温度を高く゛するこ
となく、大きな温度差が得られ、充分なる残留応力の緩
和が可能となり、耐応力腐食割れ等の発生が防止し得る
又前記第2図の如く溶接継手部1を冷却するのみの処理
で、たとえば0℃〜−100℃に遷移温度を有する軟鋼
や高張力鋼などのフエライ1−系の材料を処理するにあ
たっては、残留応力緩和のため極端な低温度処理過程中
で若し継手部に脆性割れの恐れがある場合には、冷却温
度は必然的に制限されて幾分高めにすることが必要とな
るので、残留応力を充分に満足し得るように緩和し冑な
い。
このような時には本発明の第2図の如き方法で冷却部の
両側を加熱することによって、残留応力緩和を補充し、
満足し得る緩和効果が得られる。勿1この方法の如く、
加熱による膨張力や冷却による収縮力を利用する場合所
定の加熱温度や冷却温度は、材料の膨張係数、降伏点の
大きさに左右させられることは勿論である。、 本発明の方法は上述した如く残留応力処理に種々の効果
を発揮するが、特に引張り残留応力の存在が応力腐食割
れ発生の原因となりやずいオースブナイト系ステンレス
鋼、アルミニウム合金、銅合金、高張力鋼1合金鋼等の
金属材料、更にはこれら金属材料のクラツド鋼の溶接継
手部に本発明方法を適用すると極めて効果的である。
次に本発明方法の実施例を例示し、その溶接線に沿った
残留応力(σY)を、溶接線よりの距離と関連して、従
来方法によるものと比較して第3図に図示する。
実施例 M3図は板厚6mm、240X480w角の軟鋼板の中
心(240mm)にビードを盛り、次の如き処理を行な
ったものの応力分布特性を示したものである。
A)ビード盛り後、未処理のまま人気中に放置した場合
の残留応力の状態(線101) B)ビード盛り後、ビードに沿って液体窒素を噴射し法
部を約−100℃に冷却した場合の残留応力の状態(線
102) C)ビード盛り後、本発明の方法で第2図の如くビード
両側をビード中心より20mm外側より各々約50mm
幅を約200’Cに加熱した後、直ちにビードの中心よ
り両側各々20+nm幅に液体窒素を噴射し、法部を約
−50℃に冷却した場合の残留応力の状態(線103)
この実験は、加熱位置が引張り残留応力の発生位置にか
かっている為、加熱帯に塑性変形を起し、その部分にか
なり高い引張り、応力を発生している。
なお、本実験は実際の工事の状態を想定して行なったも
のである。
これらの残留応力分イIJ特性を比較して明らかなよう
に、本発明により溶接継手部のビードの冷却のみによっ
ても応力値は相当緩和されるが、更にその両側部の加熱
とによって、温度差をより一層人きく°す°ることが可
能であり、これによって加熱位置の選定を誤ったとして
も引張り残留応力を逆に圧縮残留応力に確実に転換リ−
ることも出来る。
又種々の欠陥を伴い易い溶接継手部に生じる最^の残留
引張り応力の位置を健全な母材部に移動しでいる。
【図面の簡単な説明】
第1図は金属材お1の溶接ににって発生する残留応力分
布模式図、第2図は本発明方法の一実施例をに2明する
説明図、第3図は本発明方法による効果を比較しIC図
である。 A+ 、A2は金属tIA料、Mは溶接線、1は溶接継
手部、2,2′はその両側、3,3′は火口、4は冷却
剤、5は低温液化ガス貯槽、7は可撓管、8は噴霧管、
10は被覆カバー〇ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、金属材料を溶接した後、溶接継手部の両側を加熱昇
    温tiしめるとともに、溶接継手部に低温液化ガスを噴
    射せしめて該溶接継手部をO℃以上に強制冷却すること
    を特徴とする溶接継手部の残留応力処理法。 2、金属材料がオーステティ1〜系ステンレス鋼。 アルミニウム合金、銅合金、高張力鋼1合金鋼あるいは
    これら金iu料のブラッド鋼であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の溶接継手部の残留応力処理法
    。 3、低温液化ガスが液体窒素、液化炭酸ガス。 液体アルゴンおよび液体空気より選ばれた冷媒であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の溶接継手部
    の残留応力処理法。
JP12052584A 1984-06-12 1984-06-12 溶接継手部の残留応力処理法 Granted JPS6018292A (ja)

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