溶接材料の選定原則

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溶接材料の選定原則　溶接材料　耐圧機器の設計図面では、溶接部の性能について規定がなされており、一般的には溶接部の性能は母材以上であるか、または図面で定められた技術的要求事項を満たすことが求められる。 溶接継手は、溶接部、融合部、および熱影響部から構成される。溶接部は、溶接材料によって付着した金属と溶融した母材金属で構成されている。溶接材料の性能はすべて、溶接材料が形成する溶着金属（母材金属を含まない）の性能であり、溶接部の性能を表すものではない。溶接部金属と熱影響部の間では、炭素の移動以外に、溶接中にどのような溶接材料も熱影響部に作用してその特性を変化させることはない。 溶接材料を選定する際には、主に溶接部の金属的性質が考慮され、溶接継手の性能を保証するためには溶接工程（特に溶接後の熱処理や線エネルギーなど）の組み合わせが必要となる。 基本原則 溶接材料の選定における基本原則は、溶接部金属の性能が、対応する母材の規格で定められた下限値以上であるか、または図面で規定された技術的条件を満たしていることである。 溶接材料の選定にあたっては、母材の化学組成、機械的性質、溶接性に加え、耐圧設備の構造的特徴、使用条件、および溶接方法を総合的に考慮し、必要に応じて試験によって決定する。 同一鋼種同士を溶接した溶接部金属 ①炭素鋼、低合金鋼の溶接部金属は機械的性質を保証しなければならず、その引張強度は母材の規格で定められた上限値に30MPaを加えた値を超えてはならない。耐熱型低合金鋼の溶接部金属も、化学組成を保証しなければならない。 ②高合金鋼の溶接部金属は、機械的性質および耐食性を保証しなければならない。 ③ステンレス鋼複合鋼基層の溶接部金属は、機械的性質を保証しなければならず、その引張強度は母材の規格で定められた上限値に30MPaを加えた値を超えてはならない。複合層の溶接部金属は耐食性を保証しなければならず、機械的性質が要求される場合にはその機械的性質も保証しなければならない。重層溶接部と母材溶接部、および重層溶接部と母材鋼板の境界部には、過渡溶接部を用いることが望ましい。 異なる鋼種を溶接した溶接部金属 炭素鋼および低合金鋼の異なる強度レベル間の溶接部金属については、その機械的性質を保証しなければならず、かつその引張強度は、より高強度の母材の規格で定められた上限値を超えてはならない。 オーステナイト系高合金鋼と炭素鋼または低合金鋼との間の溶接部金属は、耐割れ性および機械的性質を確保しなければならない。オーステナイト系よりもクロム・ニッケル含有量が高い合金鋼の母材には、それに見合った溶接材料を使用すべきである。 2つの問題、すなわち溶接部金属と母材の強度の適合性です。圧力容器においては、溶接部の力学的性能が基本的な性能となります。炭素鋼や低合金鋼の場合、溶接部金属の強度が母材の強度と適合しているかどうかは、圧力容器業界や溶接業界における「注目点」であり、多くの研究や議論が行われています。溶接部金属と母材の力学的性質の適合には、強度の適合、塑性の適合、および靭性の適合を統一的に考慮する必要がある。強度型鋼については「等強」の原則に従って溶接材料を選定することで、溶接部に十分な靭性が確保されるが、適切な「超強」もまた接合部の脆性破壊に対する耐性を向上させるのに有効である。強度レベルが700MPa～800MPaの高強度鋼を母材とし、異なる強度レベルの溶接棒を用いて溶接した後に行った落下錘試験および深い切り欠きを有する厚板引張試験の結果、溶接部金属が過度に高強度または過度に低強度である場合、いずれも脆性的な破壊を引き起こしやすく、ほぼ同等の強度を持つ接合部が最も理想的であることがわかった。溶接部の低強度マッチングにより、工程上で予熱温度を下げることができ、冷間割れの感受性も低減される。 通常、溶着金属の名目保証値に基づいて溶接材料が選定されるが、溶着金属の実際の強度はしばしば名目保証値を大幅に上回る。さらに冶金学的要因や融合比の影響も考慮すると、実際の溶接部金属の強度レベルは、溶接材料の溶着金属の名目保証値をはるかに上回ることになる。願望は「低強」のマッチングで、現実は「等強」かもしれない”；願望は「強い」ことですが、現実は「非常に強い」ことになるかもしれないため、溶接部金属の実際の強度レベルに基づいて適合問題を分析する必要があります。 異種溶接金属としては、中・高合金耐熱鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼が使用されるが、溶接性が悪いため、冷間割れを防ぐために予熱温度を高く設定し、層間温度の管理も厳格に行われる。また、溶接後には熱処理も必要であり、溶接工程の条件も厳しく求められる。実際の施工時には、予熱や後熱を避けるために、溶接部の塑性を高めて溶接割れの発生を防ぐ目的で、オーステナイト系鋼の溶接材料を使用することもある。このとき、溶接部の金属は化学組成、金属組織、物理的性質、および力学的性質において母材と大きく異なるため、溶接残留応力は避けられず、溶接継手の使用性能に悪影響を及ぼす可能性がある。