1. ホットクラック
1.1 凝固亀裂
1.1.1 形成のメカニズム
凝固の後期段階では、低融点の共晶液膜が粒間結合を弱め、引張応力によって割れが生じます。
不純物含有量の多い炭素鋼や低合金鋼の溶接部、および単相オーステナイト鋼やニッケル基合金の溶接部によく見られます。
1.1.2 影響要因
溶接金属中の硫黄、リン、炭素、シリコンの含有量が多いと、凝固割れが発生しやすくなります。
溶接電流が高すぎたり、溶接速度が遅かったりするなど、溶接部が高温に保たれる時間が長くなる不適切な溶接プロセスパラメータも、簡単に割れを引き起こします。
1.1.3 予防措置
母材および溶接材料中の硫黄、リンなどの不純物含有量を厳密に管理します。
溶接プロセスのパラメータを最適化し、溶接電流と速度を適切に制御し、溶接部の長時間の高温暴露を回避します。
1.2 高温液状化ひび割れ
1.2.1 形成のメカニズム
溶接熱サイクルのピーク温度により、熱影響部および多層溶接部間で再溶融が発生し、応力下で亀裂が発生します。
主に、クロムとニッケルを含む高強度鋼、オーステナイト鋼、ニッケル基合金の溶接部付近または多層溶接部間で発生します。
1.2.2 影響要因
母材および溶接ワイヤに含まれる硫黄、リン、シリコン、炭素の濃度が高いと、液状化割れが発生する傾向が大幅に高まります。
溶接入熱が過剰になると、熱影響部の温度が過度に高くなり、結晶粒が粗くなり、材料の可塑性が低下します。
1.2.3 予防措置
液状化割れの影響を受けやすい要素を減らすために、硫黄とリンの含有量が少ない溶接材料を選択します。
溶接入熱を制御して、熱影響部の過熱を回避し、結晶粒を微細化し、材料の可塑性を向上させます。
1.3 ポリゴン化の亀裂
1.3.1 形成のメカニズム
高温・高応力下では、凝固結晶前面の格子欠陥が移動・蓄積し、二次境界を形成します。この低塑性状態では、応力を受けると亀裂が発生します。
主に純金属または単相オーステナイト合金の溶接部または溶接部近傍に発生します。1.3.2 影響要因
溶接継手における残留応力の大きさと分布。残留応力が大きいほど、多角形の割れが発生する傾向が高くなります。
溶接材料の組成と微細構造。例えば、合金元素の含有量が多すぎると、格子欠陥の移動と凝集に影響を及ぼす可能性があります。
1.3.3 予防措置
適切な溶接順序とプロセスを使用して、溶接残留応力を低減します。
適切な溶接材料を選択し、合金元素の含有量を制御して、格子欠陥の過剰な凝集を回避します。
2. 再加熱割れ
2.1 形成のメカニズム
析出強化合金元素を含む鋼で作られた厚板溶接構造物では、応力緩和熱処理時や使用時に熱影響部の粗粒領域に亀裂が発生します。
主に低合金高強度鋼、パーライト耐熱鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基合金の熱影響部の粗粒部に発生します。
2.2 影響要因
バナジウム、モリブデン、チタンなどの析出強化元素の存在などの鋼の化学組成は、再加熱割れを促進します。
溶接入熱や予熱温度などの溶接プロセスパラメータは、熱影響部の結晶粒度や残留応力の分布に影響します。
2.3 予防措置
鋼の組成を最適化して、析出強化元素の含有量を減らします。
予熱温度を適切に上げ、溶接入熱を減らすなど、溶接プロセスのパラメータを適切に制御して、熱影響部の結晶粒を微細化します。
3. 冷間割れ：
3.1 遅延割れ
3.1.1 形成のメカニズム
硬化した微細組織、水素、拘束応力の複合作用により遅延特性を持つ亀裂が発生します。
主に低合金鋼、中合金鋼、中炭素鋼、高炭素鋼の熱影響部に発生しますが、場合によっては溶接金属にも発生します。
3.1.2 影響要因
溶接部の水素含有量。水素は遅延割れを引き起こす主な要因であり、水素含有量が高いほど割れが発生する傾向が高くなります。
溶接継手の拘束応力。拘束応力が大きいほど、ひび割れが発生しやすくなります。
3.1.3 予防措置
溶接材料の水素含有量を厳密に管理し、低水素溶接材料を使用します。
溶接継手の拘束応力を低減するために予熱および後熱対策を講じる。3.2 焼入れ割れ
3.2.1 形成のメカニズム
溶接直後に発見され、主に溶接ストレス下での硬化構造の形成によって引き起こされます。
高強度鋼や超高強度鋼の溶接継手によく見られます。
3.2.2 影響要因
過度の溶接速度や冷却速度などの溶接プロセスパラメータは、硬化構造の形成に容易につながります。
溶接継手の幾何学的形状とサイズ。複雑な形状と厚い継手は焼入れ割れが発生しやすくなります。
3.2.3 予防措置
溶接プロセスのパラメータを最適化し、溶接速度と冷却速度を制御して、硬化構造の形成を回避します。
応力集中点を減らすために合理的な溶接継手設計を採用します。
3.3 低塑性脆化亀裂
3.3.1 形成のメカニズム
塑性が低い材料を低温まで冷却すると、収縮力によってひずみが材料の塑性限界を超えるか、材料が脆くなって亀裂が生じます。
遅延現象はなく、主に低温で動作する溶接構造物で発生します。
3.3.2 影響要因
材料の低温靭性。低温靭性の低い材料は低塑性脆化割れが発生しやすくなります。
溶接接合部の残留応力。残留応力が高いと、割れが発生しやすくなります。
3.3.3 予防措置
低温靭性に優れた溶接材料を選択してください。
溶接プロセスを最適化して溶接残留応力を低減します。
4. ラメラ断裂：
4.1 形成のメカニズム
鋼板内部には層状の介在物が存在し、溶接時に圧延方向と垂直な応力により層状の裂け目が生じます。
大型石油プラットフォームや厚肉圧力容器の製造工程でよく見られます。
4.2 影響要因
鋼板の品質。層状介在物の含有量が多いと、層状の裂け目が発生しやすくなります。
溶接入熱や溶接順序などの溶接プロセスパラメータは、溶接応力の分布に影響します。
4.3 予防措置
鋼板の品質を厳しく管理し、層状介在物を低減します。
溶接プロセスを最適化し、溶接入熱と溶接順序を適切に制御して溶接応力を低減します。
5. 応力腐食割れ
5.1 形成のメカニズム
腐食性媒体と応力の複合作用により溶接構造物に発生する遅れ割れ。影響要因としては、材料の種類、腐食性媒体の種類、構造形状、溶接プロセス、溶接材料、応力緩和の程度などが挙げられます。
5.2 影響要因
材料の耐食性。耐食性が低い材料は応力腐食割れが発生しやすくなります。
腐食性媒体の種類と濃度。強い腐食性媒体は亀裂の形成を加速します。
5.3 予防措置
耐食性に優れた溶接材料を選択してください。
コーティング保護や陰極保護などの効果的な防食対策を採用します。
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