溶接後熱処理

溶接後熱処理（ようせつごねつしょり、、PWHT）は、溶接後の部材を所定の温度まで加熱し、一定時間保持した後、管理された条件で冷却する熱処理である。主に溶接によって生じた残留応力の低減や、溶接金属および熱影響部の機械的性質の調整を目的として実施される。

目的 溶接では、局所的な加熱と冷却によって部材内に温度差が生じ、溶接部やその周辺に残留応力が発生する。溶接後熱処理は、部材を適切な温度に加熱してクリープ変形などを生じさせることにより、残留応力を低減する。

また、材料や施工条件によっては、溶接金属や熱影響部の硬さを低下させ、延性や靱性などの機械的性質を調整する目的でも行われる。応力腐食割れや硫化物応力割れなどの損傷を防止する観点から、適用法規や規格、使用環境に応じて実施が求められる場合がある。

方法 溶接後熱処理は、主に加熱方法によって炉内熱処理と局部熱処理に分けられる。

炉内熱処理 溶接した部材または構造物全体を熱処理炉に入れ、所定の温度まで加熱して一定時間保持した後、管理された速度で冷却する方法である。部材全体を比較的均一に加熱できる一方、大型構造物では炉の寸法や搬入・搬出などの制約を受ける。

局部熱処理 大型構造物や現地で組み立てられた配管など、全体を炉に入れることが難しい場合に、溶接部とその周辺を局所的に加熱する方法である。電気抵抗加熱装置などを用いることがある。局部的な温度差は新たな熱応力や残留応力を生じさせる可能性があるため、加熱範囲、温度分布、昇温・冷却速度などを適切に管理する必要がある。

熱処理条件 溶接後熱処理の温度、保持時間、昇温速度および冷却速度は、母材の種類、板厚、継手形状、適用される法規・規格などに応じて定められる。炭素鋼や低合金鋼では、熱処理によって強度や靱性が低下する場合もあるため、要求される機械的性質を考慮して条件を決定する必要がある。

日本では、JIS Z 3700「溶接後熱処理方法」などの規格が、施工条件を定める際の基準として用いられる。また、ボイラーや圧力容器など、法規上の要件が定められた設備では、適用される法令や関連規格に従って実施する。

注意点 溶接後熱処理では、加熱中に部材の強度が低下することがあるため、変形や座屈を防ぐ支持方法を検討する必要がある。また、加熱・冷却時の温度差が大きい場合には、熱応力によって新たな残留応力が生じる可能性がある。

材料によっては、熱処理による強度や靱性の低下、割れなどの問題が生じることもある。特に異種材料の継手では、材料ごとの熱的・機械的性質の違いを考慮しなければならない。したがって、溶接後熱処理は一律の条件で実施するのではなく、材料、構造、施工条件および適用規格に基づいて計画する必要がある。

関連項目 溶接 熱処理 残留応力 熱影響部 応力腐食割れ

脚注

外部リンク 日本溶接協会 溶接情報センター「溶接後熱処理（PWHT）による溶接残留応力の低減機構と注意点」 日本溶接協会