JPS63118017A - 溶接部の残留応力改善方法 - Google Patents

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】 「産業上のｉｌｌ用分野」 本発明は、溶接部の残留応力改善方法に係り、特に、炭
素鋼材、低合金鋼等によって構成されている容器、配管
、鋼板の表面に、補修溶接、肉盛り溶接を施した場合に
発生し易い溶接部１ｍの高い引っ張り残留応力を改善す
る方法に関するしのである。

「従来の技術」 一般に、原子カプラント、化学プラント、火力プラント
等には、各種構造物の構成材料として、炭素鋼及び低合
金鋼等が多用されている。これらの構造物において、そ
の供用期間中に疲労、応力腐食割れ、ピッティング、二
ロ一リヨン等により、割れや局部的な肉厚の減少等の現
象が発生しｌこ場合は、構造物を構成している炭素鋼等
の母（４の表面に、補修溶接や肉盛り溶接を行なって補
強する等の対策が実施される。

第３図によって、補修溶接の概略技術を説明ずろと、母
［４Ｍに発生した欠陥部Ｃを除去することによって形成
された窪部１１を、適宜溶接金属によって補修溶接した
溶接金属（溶接部）Ｗの表面部分には、溶接金属Ｗの急
速な熱収縮に基づいて、高い残留応力が発生することが
知られており、表面の残留応力の分布は、第３図に分布
曲線を併記しているように、溶接部Ｗの付近では引っ張
り応力σとなっている。このため、補修溶接後において
ら、溶接部Ｗの付近には、高い引っ張り残留応力σに基
づいて、再び疲労割れ及び応力腐食割れ等の欠陥が生じ
易くなっている。また、これらの補修溶接に際して、母
材の予熱や応力除去熱処理をすることが有効であるとさ
れているが、据え付は後の大型構造物では、このような
対策を施すことが困短である。

これに対処する一つの方法として、第４図に示す補修溶
接技術が開発されている。第４図（Ａ）に示すように、
母材Ｍに欠陥部Ｃが生じてその大きさが許容限度を越え
ている場合には、実線で示すように、欠陥部Ｃを含む母
ＫＭの肉を除去し、形成された窪部１−１を補修溶接に
よって埋め戻すのであるが、その際に、溶接部近傍の母
材Ｍの組織中に、溶接熱の影響により硬化部（脆化部）
が残されないように、ハーフビード法を適用しながら溶
接が行なわれる。

つまり、第４図（Ｂ）のように、初層溶接ビードｗａを
形成した後、第４図（Ｃ）に示すように、半分削った状
態のハーフビードｗｂとし、次いで、その上に、第２層
以下の溶接ビードを形成し、溶接熱をハーフビードｗｂ
の直下の母材Ｍの組織に及ぼすことによって、母材Ｍの
組織中の溶接熱影響硬化部を軟化して靭性を回復さける
ものである。

しかる後、第４図（Ｄ）に示すように、溶接金属Ｗが母
材Ｍの表面から盛り上がるように溶接を施す乙のである
。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、第４図に示すように、ハーフビード法を
適用しても、補修溶接を施した溶接部Ｗの付近では、前
述した溶接時の熱収縮に基づいて、第３図の応力分布の
ように、依然として引っ張り残留応力σが残された状態
となっており、補修溶接後においても、応力腐食割れ、
水素ぜい化割れおよび疲労割れなどの発生や進展原因を
解消することができない。

本発明は、これらの問題点を解決して、補修溶接箇所に
好ましくは圧縮残留応力を付与し、あるいは引っ張り残
留応力を積極的に低減することを目的としているもので
ある。

「問題点を解決するための手段及び作用」母＋４におけ
る溶接の盛り上がり部の上に、マルテンサイト変態し易
い溶接材料によって追加肉盛り溶接を行ない、マルテン
サイト変態に基づく相対的な寸法の増加によって、溶接
金属の一部に降伏点を超えた引っ張り応力を発生させる
。また、追加肉盛り溶接部を急速加熱、急速冷却して、
追加肉盛り溶接部におけるマルテンサイト変態化を促進
させろ。その後、追加肉盛り溶接部と溶接の盛り上がり
部とを除去することにより、残された母材及び溶接部の
組織中に、圧縮残留応力を発生させること、あるいは引
っ張り残、留応力を低減させることを行なうしのである
。

「実施例」 以下、本発明の炭素鋼材等における肉盛り溶接法の一実
施例を第１図に基づいて説明ずろ。該−実施例では、対
象熱処理材が原子炉圧力容器と１゜て多用されている低
合金Ｍ（例えばＰ３材）である場合について説明するし
のである。

該−実施例において、補修溶接を施すまでの工程は、第
４図において説明した従来技術に準じて実施される。一
部重複して説明する。

［欠陥部の除去］ 母材Ｍを削って欠陥部Ｃを除去する。

［補修溶接］ 欠陥部Ｃの除去によって生じた窪部Ｉ４について、板厚
が必要最小値未満になると、第４図で説明した補修溶接
に孕じて埋め戻す。

［盛り上がり部の形成］ 第４図（Ｄ）において、補修溶接を行なった後の状態に
おいて、溶接金属Ｗの一部が母材Ｍの表面から余分に盛
り上るように配慮する。

［盛り上がり部の整形］ 第１図（Ａ）に鎖線で示している盛り上がり部Ｈの一部
を実線で示すように削り取って、表面を平らな状態とす
るとともに、母材Ｍの表面から溶接金属Ｗが突出してい
る虫を３〜６ｍｍにする。

［追加肉盛り溶接コ 補修溶接時に母材Ｍを予熱している場合は、予熱を解除
して母材Ｍが冷却した状態で、第１図（Ｂ　）に示すよ
うに、盛り上がり部Ｒの上に、溶接肉盛りを行なう。こ
の場合に使用される溶接棒は、補修溶接に用いたものと
同じか、あるいはそれよりら強度レベルの高いもの、か
つ焼き入れ性のよい材料、例えば炭素鋼のけ材に対して
は、低水素系の１）　７０１　ＧやＤ８０１６、低合金
鋼についてはＤ　９０１’６等、または同等強さのティ
グ溶接棒を用いる。

［マルテンザイト変！ｆ３］ 追加肉盛り溶接部Ｘは、急冷することにより容易にマル
テンサイト変態化する。このマルテンサイト変態にと乙
なって、追加肉盛り溶接部Ｘか、盛り上がり部Ｒ１他の
溶接金属Ｗ、母材Ｍ等に対して相対的に大きな寸法（相
対的な体積膨張を生じる）となる。この結果近接してい
る他の金属組織中に引っ張り応力を発生させるＣ第１図
（Ｃ）の矢印参照）。また、この引っ張り応力が降伏点
を越えることによって、肉盛り溶接部Ｘに近接している
盛り上がり部Ｒ及び母材Ｍの一部に、降伏が生じた状態
となる。この場合、肉盛り溶接部Ｘは、補修部より機械
的強度が高いため、広い部分に影響を及ぼず。

［追加熱処理コ 追加肉盛り溶接部Ｘにおけるマルテンサイト変態化を十
分に行なうために、追加熱処理を行なうことらある。即
ち、追加肉盛り溶接部Ｘの表面を、高周波誘導加熱等に
より、母材Ｍ等を予熱していない条件下で、例えば９０
０°Ｃ程度まで急速加熱するととらに、空気、水等によ
り急速冷却して、追加肉盛り溶接部Ｘの表面近傍のマル
テンサイト変態化を促進させる処理を行なう。この場合
の追加熱処理条件は、母材Ｍの表面よりも下方にマルテ
ンサイト変態を生じさせないようにすることが重要であ
り、高周波誘導加熱の場合は、周波数の選定により加熱
深さを設定するとともに、熱量を調整することが行なわ
れる。

［盛り上がり部までの除去］ 次いで、第１図（Ｄ）に実線で示すように、肉盛り溶接
部又と盛り上がり部Ｒと（鎖線部分）を削除する。

肉盛り溶接部Ｘを除去すると、他の金属組織を押し広げ
ていた力（マルテンサイト変態部分）がなくなるので、
溶接金属Ｗは収縮し、溶接金属Ｗあるいは母材Ｍの組織
中に応力降伏か生じていた場合は、寸法の収縮によって
圧縮残留応力が発生ずるか、あるいは、組織中の引っ張
り残留応力を低減させることになる。

［改善笑処理後の残留窓ツノ状態］ 第２図は、本発明を板厚さ１００ｍｍの炭素鋼に実施し
た場合の残留応力計測結果応力分布曲線と溶接部の大き
さとを対比させて示したらのである。

第２図に示す結果から、改善後における溶接部近傍の残
留応力は、引っ張り残留応力σについてはほぼ１０　ｋ
ｇ／　ｍｍ”以下、圧縮残留応力−σについては１０　
ｋｇ／　ｍｍ”以上の範囲に収まっていることが明らか
である。

［その他の実施態様］ （ｉ）補修溶接に限定する技術ではなく、肉盛り溶接部
の残留応力改善、一般的な溶接継手における応力改淳に
適用することができる。

（ＩＩ）第４図において説明した溶接金属Ｗが、焼き入
れ性の優れたものである場合には、第４図（Ｄ　）の状
態に追加肉盛り溶接部を追加して補修溶接を完了し、そ
の後、［追加熱処理］の項に示した急速加熱、冷却の熱
処理を追加して、母材よりら盛り上がっている部分にマ
ルテンザイ）・変態を生しさせろことにより、応ノ」改
善を行なうことができろ。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係わる溶接部の残留応力
改善方法によれば、母材におけろ溶接の盛り上かり部の
上に、マルテンサイト変態し易い溶接材料によって追加
肉盛り溶接を行ない、マルテン→ノ゛イト変態によって
生じた相対的な寸法の増加現象を１１１用して、溶（＆
金属中に降伏点を越えた引っ張り応力を発生させ、その
後、母１４表面よりら盛り上がっている部分を除去する
ことにより、残された母材及び溶接部に圧縮の残留応力
を付与すること、あるいは引っ張り残留応力を低減する
こと等の改善を行なうことができる。また、追加溶接を
行なった後に、母材表面より突出している部分を除去す
るしのであるから、熱処理箇所の制限が少なく、補修溶
接部、既存の溶接部における盛り上がり部等の広い範囲
に容易に適用することができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における溶接部の残留応力改善方法の一
実施例の工程説明図、第２図は第１図において改善処理
後の状態における溶接部付近の残留応力の説明図、第３
図は補修溶接の既存技術の説明図、第４図は溶接補修の
従来例、を示す工程説明図である。 Ｍ・・・・・・母材、Ｃ・・・・・・欠陥部、トＩ・・
・・・・窪部、Ｗ・・・・・・溶接金属（溶接部）、ｗ
ａ・・・・・・初層溶接ビード、ｗｂ・・・・・・ハー
フビード、Ｒ・・・・・・盛り上がり部、Ｘ・・・・・
・追加肉盛り溶接部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉ、溶接の盛り上がり部の上にマルテンサイト変態し易
   い溶接材料によって追加肉盛り溶接を行い、該追加肉盛
   り溶接部にマルテンサイト変態を生じさせた後、前記溶
   接の盛り上がり部まで除去することを特徴とする溶接部
   の残留応力改善方法。 ｉｉ、溶接の盛り上がり部の上にマルテンサイト変態し
   易い溶接材料によって追加肉盛り溶接を行い、該追加肉
   盛り溶接部にマルテンサイト変態を生じさせるとともに
   、追加肉盛り溶接部を急速加熱後冷却してマルテンサイ
   ト変態を促進させ、次いで前記溶接の盛り上がり部まで
   除去することを特徴とする溶接部の残留応力改善方法。