溶接残留応力を軽減するにはどうすればよいですか?

溶接応力は溶接継手にさまざまな溶接割れを引き起こす重要な要素であり、溶接後に溶接部に残る残留応力は構造物の寿命に影響を与えます。 したがって、部品全体の溶接品質を向上させるためには、小さな溶接残留応力を制御し、低減するための対策を講じる必要があります。

1. 合理的な溶接順序と方向を採用する

(1) 溶接面の溶接部は、縦方向の溶接部と横方向の溶接部（特に横方向）が自由に収縮できるようにしてください。 突合せ溶接を行う場合、溶接方向は自由端を指す必要があります。

(2) 収縮率の大きい溶接部から溶接していきます。 構造上に突合せ溶接またはすみ肉溶接がある場合は、収縮が大きい突合せ溶接を最初に溶接する必要があります。

(3) 最初に短い横方向の溶接を溶接します。

(4) 運転中の応力が大きい溶接部を先に溶接して、内部応力分布を合理化します。

(5) クロスバット溶接を行う場合は、交差部に欠陥が発生しにくい溶接順序を採用する必要があります。 T 字型溶接とクロス溶接を溶接する場合は、図に示すように、交差点で最初に溶接した溶接部をきれいにシャベルで取り除く必要があります。連続溶接によってのみ、T 字型溶接とクロス溶接が横方向に自由に収縮できるため、溶接部分の亀裂を避けるためです。

2. 溶接構造の局部剛性を低下させる

構造剛性が増加すると、それに応じて溶接応力も増加します。 したがって、部品の溶接部分の局所的な剛性を下げることは、応力を軽減するのに有益です。 閉じた溶接またはより剛性の高い溶接を溶接する場合、変形防止方法を使用して応力を軽減できます。 構造の局所的な剛性や、溶接部付近に緩和溝を設ける方法によっては、溶接部の局所的な剛性が低下する可能性があります。

3. 加熱応力低減ゾーン

溶接の際、溶接部の自由な伸縮を妨げる部分を加熱し、溶接部と同時に伸縮させることで溶接応力を軽減することができます。 この方法は、加熱「応力低減ゾーン」法、または同期収縮法と呼ばれます。 加熱された部分は応力緩和ゾーンと呼ばれます。

4. 冷間圧接法を使用して溶接残留応力を低減

冷間溶接の原理は、溶接構造上の温度分布を可能な限り均一にしようとすることであり、溶接部の局所的な温度を可能な限り低く制御する必要があると同時に、溶接部内のこの部品の体積を制御する必要があります。全体的な溶接構造は可能な限り小さくする必要があります。 これは構造上最小限に抑える必要があります。 温度差を小さくする方法により、溶接残留応力を効果的に低減し、熱応力亀裂の傾向を低減できます。

冷間溶接作業では、より小さな直径の電極、より小さな溶接電流を使用し、毎回短い溶接部分のみを溶接します。 たとえば、鋳鉄の補修溶接の場合、各セクションは 1040mm しか溶接できません。 剛性コンポーネントを溶接する場合、各セクションは一度に 1 本または半分の溶接棒のみを溶接します。 各溶接パスの後、次の溶接シームを溶接する前に、触れても熱くなくなる温度まで冷却する必要があります。

5. ハンマー溶接

各溶接部の冷却プロセス中に、小さな丸頭ハンマーを使用して溶接部をたたきます。これにより、溶接金属が塑性引張変形を起こして周囲に広がり、溶接部の収縮を相殺し、内部応力を軽減します。 ハンマリングは均一かつ適度に維持し、過剰なハンマリングによる過度の深いハンマーマークを避ける必要があります。

6. 溶接前の予熱

溶接前の予熱の目的は、溶接部と構造間の温度勾配を低減し、拘束度を低減し、溶接の内部応力を低減するという目的を達成することです。 溶接前の溶接物の予熱は、溶接ゾーン全体または局所的に予熱できます。 予熱方法としては、炉内全体加熱、局所遠赤外線加熱、局所周波数加熱、火炎加熱等があります。