消耗品コーナー：4150クロムで溶接割れ問題を解決

Q: 現在、直径 30 インチ、厚さ 2 インチの 4150 鋼管を厚さ 3 インチの 1018 鋼板に溶接した製品を製造しています。パイプは3/8インチです。ベベルを付け、トリプルパス溶接を使用して接合します。最近、当社は 1% のニッケルを含む ER80 フィラー金属から ER70S-6 フィラー金属に切り替えました。現在、4150 側の溶接止端に隣接して、場合によっては溶接金属内に発生する溶接亀裂が発生しています。私たちは 400 度 F の予熱を使用しています。ひび割れをなくす方法について何か提案はありますか?

A: この問題は、クロムモリブデン (CrMo) または高強度低合金鋼を溶接する場合にはまったく珍しいことではありません。まず、材料の特性を理解する必要があります。

AISI/SAE 1018 鋼は低炭素 (炭素 0.05 ～ 0.3 パーセント) グレードに適合し、炭素含有量は 0.14 ～ 0.2 パーセントです。最小降伏強さ (YS) は 53,700 PSI、極限引張強さ (UTS) は 63,800 PSI です。炭素含有量が比較的低く、炭素当量を大幅に増加させる重要な合金元素が他にないため、溶接中に考慮すべきことは他にあまりありません。ただし、アプリケーションの厚さを考慮して、溶接の予熱を行うことをお勧めします。

AISI/SAE 4150 は、41XX シリーズ CrMo 合金鋼とみなされます。さまざまなグレードの合金組成はわずかに異なり、炭素含有量を表す SAE 指定子の最後の 2 つの数字によって識別されます。また、0.48 ～ 0.53 パーセントの炭素を含む中炭素 (0.3 ～ 0.8 パーセントの炭素) 鋼グレードともみなされるため、名前に「50」が付いています。機械的特性は 1018 鋼と比較して優れています。 4150 鋼は、焼きなまし状態で最小 YS が 55,100 PSI、UTS が 106,000 PSI です。合金の添加により炭素含有量が増加し、炭素当量が約 0.88 と計算されるため、溶接後の考慮事項とともに、溶接を行う前の予熱が必要です。

あなたのアプリケーションに関しては、3 つの点がそれをさらに困難にしています。まず、材料の厚さがかなり厚いため、冷却速度が速くなります。第 2 に、高強度合金鋼は通常、マルテンサイト形成や水素誘起亀裂が発生しやすい微細構造を持っています。第三に、パイプとプレートの溶接構造は、拘束性の高い溶接継手構成であると考えられます。

以前は 1% のニッケルを含む ER80 製品を使用していましたが、亀裂が発生したことはないと述べました。溶接パラメータ、入熱、溶接サイズに応じて、ニッケル含有量が溶接後の亀裂に対する耐性に影響する可能性があります。 1018 プレートはフィラーメタルのマッチングを考慮するための主要な材料であるため、ER70S-6 電極に変更しても問題は発生しませんでした。一般的なルールは、強度の低い材料に合わせることであることに注意してください。

母材の状態 (つまり、焼きなましまたは正規化)、シールドガスの種類、溶接電極の種類またはプロセス、溶接ビードのサイズ、技術、および関連するすべての溶接パラメータなど、問題の分析に役立つ変数がいくつか欠落しています。さらに、溶接後のどのような手順に従いましたか?

4150 材料は炭素当量が高く、厚さが 2 インチであるため、仮付け溶接を含む溶接作業の前に最低 600 度の予熱を適用することをお勧めします。仮付け溶接や取り付け前の予熱を省略することがよくあります。仮付け溶接は依然として溶接とみなされ、溶接アークの極端な温度と冷たい母材により、仮付け溶接部は熱影響部 (HAZ) とともに信じられないほど急速に冷却され、影響を受けやすい材料に小さな亀裂が生じます。亀裂が一度形成されると、亀裂の伝播と故障の原因を阻止するものは何もありません。

取り付け前に、均一かつ徹底的な浸漬予熱を適用します。最小限の予熱を維持しながら、コンポーネントを所定の位置に仮付け溶接します。冷却が可能になる前に、1/4 ～ 5/16 インチに相当する溶接ビードを使用して、接合部を完全に溶接します。フィレ。可能であれば溶接がパイプの周囲で連続していることを確認するか、反対側のセクションを溶接して溶接の収縮応力のバランスをとってください。

たとえば、12 時の位置から 3 時の位置までのセクションを溶接する場合、次のセクションは 6 時の位置から 9 時の位置まで溶接する必要があります。完全溶接後、潜在的な水素を材料から拡散させるために、厚さ 1 インチあたり 1 時間 (この場合は 2 時間) 最低予熱温度を維持します。その後、予熱源を取り外し、数層の防火ブランケットやセラミック断熱材などの適切な断熱材で溶接部を完全に覆います。