試験・調査報告

試験・調査報告●解説コーナー溶接高温割れ感受性評価1.溶接高温割れの種類溶接金属および熱影響部(HeatAffectedZone,HAZ)では、液相線温度直下で極めて延性が低下する凝固脆性温度領域(BrittlenessTemperatureRange,BTR)と、さらに低温になるにつれ、延性が再び低下する延性低下温度領域(Ductility-dipTemperatureRange,DTR)が存在します(図1)。溶接高温割れとは、溶接施工時、溶接金属やHAZが高温にある時に発生する割れであり、BTRでは、溶接金属の凝固割れやHAZまたは多層溶接金属部の液化割れに、DTRでは、HAZまたは溶接金属の延性低下割れに、それぞれ注意が必要です。凝固割れは溶接金属の凝固時、溶質元素が液相中に濃化することで凝固温度が低下した最終凝固部に、収縮ひずみが加わって発生します。凝固割れ発生の模式図を図2に示します。BTRの大きさは凝固割れ感受性を評価する上で重要な指標とされています。また、割れ発生領域に接するように引かれた線は割れ発生までの限界ひずみを表しており、これを超えて割れ発生領域と交差するようなひずみがかかった場合、割れが発生すると考えられています。液化割れはHAZまたは多層溶接金属部において、溶融した粒界に熱ひずみが加わって発生します。延性低下割れはHAZまたは溶接金属において、高温で強度が低下した粒界に熱ひずみが加わって発生します。2.溶接高温割れ評価試験溶接高温割れ感受性を評価する試験方法の一つとして、JISでは「C形ジグ拘束突合せ溶接割れ試験方法(JISZ3155)」が規定されています。この試験は試験板を拘束した状態で溶接を行って割れの有無を調べるものであり、溶接部に加わるひずみを制御することはできません。一方、試験板を外力によって強制的に変形させて溶接高温割れ感受性を評価する試験として、広く実施されているのがバレストレイン試験です。この試験では、溶接中の試験板を瞬時に曲げることで、高温割れを発生させます。また、板厚と曲げ半径を変えることで、試験板の変形量を調整し、その変形量と発生した割れの数や大きさから、高温割れ感受性を評価します。溶接金属の凝固割れを評価するにはトランスバレストレイン試験(溶接方向と曲げ方向が垂直)が、HAZの液化割れや延性低下割れを評価するにはロンジバレストレイン試験(溶接方向と曲げ方向が平行)が、それぞれ適していると考えられています。(a)試験機全景(b)曲げ変形時写真1弊社バレストレイン試験機(a)トランスバレストレイン試験(b)ロンジバレストレイン試験試験条件母材板厚ひずみ量溶接電流アーク電圧溶接速度インコネル6005mm4%120A12V80mm/min写真2バレストレイン試験の割れ発生領域と割れの拡大像(黄枠線内)凝固割れ、液化割れ発生延性低下割れ発生延性低下温度領域(DTR)高温延性曲線凝固脆性温度領域(BTR)延性L:液相線温度S:固相線温度R:再結晶温度SR温度低温側L高温側図1金属材料の高温延性曲線の模式図割れ発生固相線温度S限界ひずみ曲線凝固脆性温度領域(BTR)凝固割れ発生領域液相線温度Lひずみ割れ発生せず高温側温度低温側図2凝固割れ発生の模式図192018Spring