溶接後の鋼板の剥離と冷間脆性割れ(ファイアカット)の違いと対処法

鋼板の層間剥離と鋼板の火切断・溶接後の冷間脆性割れは一般に同じ症状を示し、どちらも板の中央部に亀裂が生じます。使用上、剥離鋼板は除去する必要があります。全体的な剥離は全体的に除去する必要があり、局所的な剥離は局所的に除去することができます。鋼板の冷間脆性亀裂は中央の亀裂として現れ、これを「ひび割れ」と呼ぶ人もいます。解析の便宜上、「冷間脆性亀裂」と定義する方が適切です。この欠陥は、廃棄せずに修復措置と適切な溶接技術によって処理できます。

1. 鋼板の剥離
デラミネーションとは、鋼板(ビレット)の断面に局所的な隙間が生じ、鋼板の断面が局所的な層を形成することである。鋼にとって致命的な欠陥です。鋼板は層間剥離があってはなりません。図 1 を参照してください。層間剥離は層間剥離や層間剥離とも呼ばれ、鋼の内部欠陥です。インゴット (ビレット) 内の気泡、大きな非金属介在物、完全に除去されなかった収縮キャビティの残留または折り曲げ、および極度の偏析はすべて鋼の層状化を引き起こす可能性があり、不当な圧延加工手順は層状化を悪化させる可能性があります。

2. 鋼板の層状化の種類
原因に応じて、層別化はさまざまな場所や形で現れます。一部は鋼の内部に隠れており、内面は鋼の表面と平行またはほぼ平行である。一部は鋼の表面にまで伸びて、鋼の表面に溝状の表面欠陥を形成します。一般に、次の 2 つの形式があります。
1つ目はオープン層化です。この層状欠陥は鋼の破面で肉眼的に発見でき、一般に製鉄所や製造工場で再検査できます。
2つ目は閉鎖層化です。この層状欠陥は鋼の破面では見ることができず、各鋼板の 100% 超音波探傷なしでは製造工場で発見することは困難です。鋼板内部の閉成層です。この層状欠陥は製錬所から製造工場に運ばれ、最終的に製品に加工されて出荷されます。
剥離欠陥が存在すると、荷重に耐えられる剥離領域の鋼板の有効厚さが減少し、剥離と同じ方向の耐荷重能力が低下します。デラミネーション欠陥のエッジ形状は鋭利であり、応力に非常に敏感であり、深刻な応力集中を引き起こします。運転中に荷重、除荷、加熱、冷却を繰り返すと、応力集中部に大きな交番応力が発生し、応力疲労が発生します。

3. 低温割れの評価方法
3.1 炭素当量法 - 鋼の冷間割れ傾向の評価
溶接熱影響部の硬化および低温割れの傾向は鋼の化学組成に関連しているため、化学組成は鋼の低温割れの感受性を間接的に評価するために使用されます。鋼中の合金元素の含有量をその関数に応じて炭素換算量に換算し、鋼の冷間割れ傾向を大まかに評価するパラメータ指標として用いられるのが炭素当量法である。低合金鋼の炭素当量法について、国際溶接協会 (IIW) は次の式を推奨しています: Ceq(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/ 15.式によれば、炭素当量の値が大きいほど溶接鋼の硬化傾向が大きくなり、熱影響部に低温割れが発生しやすくなります。したがって、炭素当量を利用して鋼の溶接性を評価することができ、溶接性に応じて溶接割れを防止する最適な加工条件を提案することができます。国際学会が推奨する配合を使用した場合、Ceq(IIW)<0.4%の場合、硬化傾向は大きくなく、溶接性が良好であり、溶接前の予熱は必要ありません。 Ceq(IIW)=0.4%~0.6%、特に0.5%を超えると硬化しやすくなります。これは溶接性が低下していることを意味しており、溶接割れを防ぐために溶接時に予熱が必要となります。板厚が厚くなるほど予熱温度も高くする必要があります。
3.2 溶接冷間亀裂感受性指数
低合金高張力鋼の溶接における低温割れの原因には、化学組成に加えて、溶着金属中の拡散性水素の含有量、継手の拘束応力などが含まれます。日本の研究者らは、傾斜Y字溝鉄研究試験を用いて200種類を超える鋼種について多数の試験を実施し、化学組成、拡散性水素、拘束(または板厚)によって確立される低温亀裂感受性指数などの式を提案しました。 、低温割れ感受性指数を使用して、低温割れを防ぐために溶接前に必要な予熱温度を決定しました。一般に、炭素含有量が 0.16% 以下で引張強さが 400 ~ 900 MPa の低合金高強度鋼には、次の式が使用できると考えられています。 Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B(%);
Pc=Pcm+[H]/60+t/600 (%)
To=1440Pc-392(℃)
ここで、 [H]——JIS 3113 規格により測定される蒸着金属の拡散性水素量 (ml/100g)。 t——板厚(mm); To——溶接前の最低予熱温度(℃)。
この板厚の鋼板の溶接冷間割れ感受性指数 Pc と割れ発生前の最低予熱温度 To を計算します。計算結果がTo≧50℃の場合、鋼板は一定の溶接冷間割れ感受性を有しており、予熱が必要です。

4. 大型部品の冷間脆性「ひび割れ」の修復
鋼板の溶接が完了すると、鋼板の一部に亀裂が生じることを「デラミネーション」といいます。亀裂の形態については、以下の図 2 を参照してください。溶接の専門家は、この修復プロセスを「鋼板の Z 方向亀裂の溶接修復プロセス」と定義するのがより適切であると考えています。部品が大きいため、鋼板を取り外して再度溶接するのは大変な作業です。部品全体が変形する可能性が高く、部品全体が廃棄されることになり、多大な損失が発生します。
4.1. Z方向クラックの原因と防止策
切断や溶接によって発生するZ方向の亀裂は冷間亀裂です。鋼板の硬度や厚さが大きくなるほど、Z方向の亀裂が発生する可能性が高くなります。この発生を防ぐには、切断や溶接の前に予熱を行うのが最善の方法ですが、予熱温度は鋼板の材質や板厚によって異なります。予熱はカッティングガンと電子クローラー加熱パッドによって行うことができ、必要な温度は加熱ポイントの背面で測定する必要があります。 (注:熱源と接触する領域の局所的な過熱を避けるために、鋼板の切断部分全体を均一に加熱する必要があります) 予熱により、切断および溶接によって引き起こされるZ方向の亀裂の可能性を減らすことができます。
①アングルグラインダーで亀裂が見えなくなるまで研磨し、補修溶接周囲を100℃程度に予熱し、CO2溶接(フラックス入りワイヤが最適)を使用します。最初の層を溶接した後、すぐにコーンハンマーで溶接部をたたき、次の層を溶接し、各層ごとに溶接部をハンマーでたたきます。層間温度が 200℃以下であることを確認してください。
②亀裂が深い場合は、補修溶接部付近を100℃程度に予熱し、直ちにカーボンアークカンナで根元を洗浄し、その後アングルグラインダーで金属光沢が出るまで研削します(き裂温度の場合)。補修溶接は100℃以下で再度予熱してから溶接してください。
③ 溶接後は、ケイ酸アルミニウムウールまたはアスベストを使用して溶接部を 2 時間以上絶縁してください。
④ 安全のため、補修箇所は超音波探傷を行ってください。


投稿日時: 2024 年 6 月 13 日