厚い鋼板の溶接は複雑でやりがいのある作業であり、高度なスキル、専門知識、適切な機器が必要です。私は鋼板のサプライヤーとして、溶接工が厚い鋼材を扱う際に直面する困難を目の当たりにしてきました。このブログ投稿では、厚い鋼板を溶接する際のさまざまな課題を調査し、それらを克服する方法についていくつかの洞察を提供します。
溶接前の準備
厚い鋼板を溶接する際の最初の課題の 1 つは、溶接前の適切な準備です。厚い鋼板は熱容量が大きいことが多いため、溶接時により多くの入熱が必要になります。溶接プロセスを開始する前に、鋼板の表面を徹底的に洗浄することが重要です。表面に汚れ、錆、または油が付着していると、気孔や融着の欠如などの溶接欠陥が発生する可能性があります。
厚鋼板の場合は予熱も必要です。予熱により溶接部の冷却速度が低下し、亀裂のリスクが最小限に抑えられます。予熱温度は鋼の種類、厚さ、使用する溶接プロセスによって異なります。ただし、正しい予熱温度を決定するのは難しい場合があります。温度が低すぎると、亀裂の危険性が依然として高くなります。一方、それが高すぎると、熱影響部 (HAZ) で過度の結晶粒成長が発生し、鋼が弱くなる可能性があります。
溶接前の準備のもう 1 つの側面は、ジョイントの設計です。厚い鋼板の場合、良好な溶け込みと強力な溶接を確保するには、適切な継手の設計が不可欠です。用途に応じて、V ジョイント、U ジョイント、ダブル V ジョイントなど、さまざまなジョイント設計を使用できます。ただし、適切な継手を設計するには、溶接プロセスと鋼の機械的特性をよく理解する必要があります。
入熱と歪み
厚い鋼板を溶接する場合、入熱の制御は大きな課題です。前述したように、厚い鋼は適切な融合を達成するためにより多くの熱を必要とします。ただし、過度の熱入力はいくつかの問題を引き起こす可能性があります。鋼板に歪みが生じる可能性があり、修正が困難で費用がかかる場合があります。熱により鋼材が不均一に膨張・収縮することで歪みが発生します。
入熱を制御するには、溶接工は適切な溶接プロセスとパラメータを選択する必要があります。サブマージ アーク溶接 (SAW) などのプロセスは、制御された方法で高い入熱を提供できるため、厚い鋼板に好まれることがよくあります。ただし、適切なプロセスを使用したとしても、溶接電流、電圧、移動速度などのパラメータを調整することが重要です。過度の歪みを引き起こすことなく融合に十分な熱を確保するには、これらのパラメーターのバランスを慎重に調整する必要があります。
歪みに加えて、高い入熱によって鋼の微細構造も変化する可能性があります。 HAZ は溶接部に隣接する鋼の領域であり、機械的特性が大きく変化する可能性があります。過度の熱は硬くて脆い微細構造の形成を引き起こし、亀裂の危険性を高めます。
溶接品質と欠陥
厚い鋼板の高品質な溶接を確保することは、常に課題です。溶接プロセス中に発生する可能性のある欠陥にはいくつかの種類があります。多孔性は最も一般的な欠陥の 1 つです。これは溶接金属内に気泡が閉じ込められることによって発生します。気孔が多いと溶接が弱くなり、耐疲労性が低下する可能性があります。
融合の欠如も重大な欠陥です。これは、溶接金属が母材または以前に堆積された溶接ビードと適切に融合しない場合に発生します。これにより、関節が弱くなり、破損しやすくなる可能性があります。融着の欠如は、不十分な入熱、不適切な接合準備、または不適切な溶接技術によって引き起こされる可能性があります。
亀裂は、おそらく厚い鋼板の溶接において最も重大な欠陥です。亀裂にはホット亀裂や低温亀裂などさまざまな種類があります。高温亀裂は溶接金属の凝固中に発生しますが、低温亀裂は溶接部が冷えた後に発生します。低温亀裂は、多くの場合、溶接金属内の水素の存在と高い残留応力に関連しています。亀裂を防ぐには、溶接材料中の水素含有量を制御し、適切な予熱および後加熱技術を使用し、残留応力を最小限に抑えることが重要です。
溶接消耗品
厚い鋼板を溶接するには、適切な溶接材料を選択することが重要です。消耗品の選択は、溶接される鋼の種類、溶接プロセス、および溶接部の望ましい特性によって異なります。たとえば、高張力鋼板を溶接する場合、割れのリスクを軽減するために、低水素電極または溶加材がよく使用されます。
ただし、適切な消耗品を見つけるのは難しい場合があります。市場にはさまざまな種類やブランドの溶接消耗品があり、それぞれに独自の特性があります。消耗品の選択に関する正確な情報とガイダンスを提供できる信頼できるサプライヤーと協力することが重要です。
溶接後処理
厚鋼板を溶接した後は、溶接後処理が必要となる場合が多いです。溶接後熱処理 (PWHT) は、残留応力を軽減し、HAZ の微細構造を改善し、亀裂のリスクを軽減するために一般的に使用されます。 PWHT の種類とパラメータは、鋼の種類と溶接プロセスによって異なります。
ただし、PWHT の実行は複雑になる場合があります。特殊な機器と温度と時間の慎重な制御が必要です。 PWHT が正しく行われない場合、溶接の特性に悪影響を及ぼす可能性があります。
課題を克服する
厚い鋼板を溶接する際の課題を克服するには、適切なトレーニング、高度な設備、品質管理の組み合わせが必要です。溶接工は、最新の溶接技術とプロセスについて十分な訓練を受けている必要があります。さまざまな種類の鋼の特性と、適切な溶接パラメータの選択方法をよく理解している必要があります。
先進的な溶接装置への投資も役立ちます。最新の溶接機は入熱やその他のパラメータをより適切に制御できるため、欠陥や歪みのリスクを軽減できます。さらに、超音波検査、放射線検査、磁粉検査などの非破壊検査 (NDT) 方法を使用すると、プロセスの初期段階で欠陥を検出するのに役立ちます。
鋼板サプライヤーとして、当社は以下の高品質鋼板を幅広く提供しています。船舶用鋼板、HR鋼板、 そしてMS鋼板。当社の鋼板はさまざまな溶接用途に適しており、お客様が適切な鋼材と溶接材料を選択できるよう技術サポートを提供できます。
厚い鋼板の溶接で課題に直面している場合、またはプロジェクトに使用する高品質の鋼板をお探しの場合は、当社がお手伝いいたします。お客様の要件について話し合い、調達交渉を開始するには、お問い合わせください。当社は、お客様の溶接ニーズに最適なソリューションを提供することに尽力しています。
参考文献
- アメリカ溶接協会。 「溶接ハンドブック 第 1 巻: 溶接の科学技術」
- AWS D1.1/D1.1M:2020、構造溶接規定 - スチール。
- ASME ボイラーおよび圧力容器規定、セクション IX、溶接およびろう付けの資格。