溶接欠陥分析

　　溶接欠陥は、製品部品、特にボイラー圧力容器や圧力配管の使用中に重大な危険をもたらす可能性があり、その危険性を過小評価することはできません。

　　1．溶接部に欠陥があると、溶接部の耐荷重断面積が減少し、静的引張強度が低下します。

　　2．欠陥によってノッチが形成されると、ノッチの先端部に応力集中と脆化現象が発生し、容易に亀裂が発生し、拡大します。

　　3．欠陥が溶接部を貫通すると、漏洩が発生し、機器や配管の気密性に影響を与えます。

　　いかなる種類の溶接欠陥も、構造物に何らかの程度の危険をもたらします。軽微な場合は製品の機械的特性が低下し、製品寿命が短縮されますが、重症の場合は脆性破壊が発生し、最悪の場合は災害につながり、国民経済に大きな損失をもたらす可能性があります。

　　表面欠陥と内部欠陥の2種類に分類できます。

　　一般的な表面欠陥：気孔、スラグ介在、溶け込み不足、溶接不足、亀裂など。

　　気孔：溶接時に溶融池内の気泡が凝固中に放出されずに残留して形成された空洞を気孔といいます。気孔は溶接における重大な欠陥の1つです。気孔は溶接接合部の有効断面積を減少させ、応力集中をもたらし、接合部の強度、延性、疲労強度を低下させます。気孔の発生部位によって、表面気孔と内部気孔に分類されます。気孔の分布状態によって、単一気孔、散在気孔、密集気孔、連続気孔に分類されます。気孔の形状によって、線状気孔、針状気孔、円形気孔、楕円形気孔などに分類されます。フィルム上の気孔欠陥の画像表現：フィルム上では黒い点として表示され、黒く長い線状のものやその他の不規則な形状のものもあります。気孔の輪郭は一般的に滑らかで、気孔の中心部は黒く、縁に向かって黒さが減少します。

　　気孔発生原因：

　　具体的には2つのタイプに分類されます。

　　1．冶金学的要因による気孔への影響。

　　溶接時、溶接金属が冶金反応を起こすと気孔が発生します。アーク溶接の溶接棒フラックスとフラックスは保護作用を発揮する際に化学反応を起こし、気孔を生成することもあります。母材表面の油汚れ、錆、汚れの分解、フラックスの化学成分含有量なども気孔の原因となる可能性があります。

　　2．工程要因による気孔への影響。

　　工程要因には、溶接手順、電流の種類、アークの長さ、操作技術などがあります。直流逆接の場合、気孔の発生傾向が最も小さくなります。これは、ワークが陰極であるためです。

　　以下では、冶金学的要因と工程要因の2つの要因が気孔に与える影響について具体的に説明します。

　　1．溶接棒またはフラックスを規定どおりに乾燥させなかった場合、または乾燥温度が規定に適合しない場合、これらの溶接材料とフラックスを使用すると、溶接中に気孔が発生しやすくなります。アルカリ性溶接棒の乾燥温度は350～450℃、酸性溶接棒の乾燥温度は200℃以下、一般的には70～150℃です。溶接棒の使用には溶接棒保温容器を使用し、4時間以内に使い切る必要があります。4時間以上使用しなかった溶接棒は、倉庫に戻して再乾燥する必要があります。サブマージアーク溶接では、フラックスが湿っていると、溶接ビードに連続気孔が発生します。

　　2．溶接棒フラックスの劣化、剥離、または乾燥温度が高すぎると、フラックスの一部成分が変質します。

　　3．溶接前に母材の金属錆、油汚れを除去しなかった場合、またはフラックスに異種ガス発生物質が混入した場合。

　　4．溶融金属の冷却速度が速すぎたり、アーク熱量が小さすぎたり、溶接速度が速すぎたりすると、気体が溶融池から上昇して放出される前に閉じ込められます。

　　5．電流が大きすぎると、溶接棒が赤くなり、フラックスが劣化したり、低水素型溶接棒の溶接でアークが長すぎたりします。

　　6．手動タングステンアーク溶接では、アルゴンの純度が低く、保護が不十分です。溶接には純度99.99％のアルゴンを使用する必要があります。溶接時には事前にガスを送気し、遅れてガスを停止する必要があります。ガス管と水管を正しく接続し、混同しないようにしてください。溶接前の清掃作業を行い、保護ガス流量、ノズルサイズ、電極突出長などを適切に選択する必要があります。

　　7．アークが長すぎたり、偏向したりすると、溶融池の保護効果が悪くなり、空気が溶融池に侵入します。低水素型溶接棒の溶接では、短アーク溶接を行い、揺動を組み合わせることで気体の放出を促進します。

　　8．溶接棒の操作方法が不適切で、アークの終了動作が速すぎると、縮孔が発生しやすくなり、接合部の開始動作が不適切だと、密集気孔が発生しやすくなります。

　　9．溶接電流が小さすぎたり、溶接速度が速すぎたりすると、溶融池の存在時間が短くなり、気体が溶融金属から放出される時間がありません。

　　10．母材と溶接棒芯線の炭素含有量が高く、溶接棒フラックスの脱酸能力が低い場合。

　　気孔の発生防止対策：

　　1．溶接前に、ビード両側の20～30mm範囲の油汚れ、錆、水分をきれいに除去します。

　　2．溶接棒の説明書に記載されている温度と時間で溶接棒を乾燥させます。

　　3．溶接パラメータを適切に選択し、適切に操作し、予熱を行います。

　　4．可能な限り短アーク溶接を行い、屋外溶接工事には防風設備を設けます。

　　5．芯線が腐食したり、フラックスが割れたり、剥離したり、偏心度が大きすぎたりするなど、劣化している溶接棒は使用できません。

　　介在物の発生原因：

　　溶接部における介在物の種類：

　　1．酸化物。鉄鋼材料の溶接では、酸化物介在物は一般的であり、手動アーク溶接とサブマージアーク溶接で低炭素鋼を溶接する場合、酸化物介在物の成分は主にSiO2です。これらの酸化物介在物は、主に溶融池反応中に生成されます。

　　2．窒化物。

　　3.金属介在物

　　4.スラグ介在物、上記介在物は析出または反応によって生成され、微視的介在物に属します。また、溶接方法が不適切なために溶渣が直接混入したものもあり、一般的にスラグ介在物と呼ばれます。例えば、手動アーク溶接では、溶接棒の操作が不適切な場合、ビードのエッジにスラグ介在物が発生し、横向き溶接では頻繁に発生します。

　　5.タングステン介在物、タングステン電極ガスアーク溶接におけるタングステン電極の損耗により、タングステン電極が溶融池に接触するか、または溶接ワイヤが剥離して溶接部に溶け込むことで生成されます。

　　溶接部にスラグ介在物が発生するのを防ぐ対策：

　　溶接部にスラグ介在物が発生するのを防ぐ最も重要な対策は、溶接棒とフラックスの種類を適切に選択することです。次に、溶接方法に注意を払うことです。

　　1.適切な溶接条件を選択し、溶融池の存在時間を短くしすぎないようにし、溶融池金属の凝固が速すぎるのを防ぎます。

　　2.多層溶接では、前の層の溶接部の溶渣を除去する必要があります。

　　3.溶接棒を適切に振動させ、溶接棒の角度と溶接方法を常に調整し、溶融金属と溶渣を分離して、溶渣が浮き上がるようにします。

　　4.操作時には溶融池を保護し、空気が溶融池に侵入するのを防ぎます。

　　5.溶接速度は速すぎないようにし、溶融池内の溶渣が十分に浮き上がる時間を確保します。

　　6.溶接電流は小さすぎないようにします。

　　フィルム上のスラグ欠陥の画像説明：

　　フィルム上のスラグ介在物の画像は、黒点、黒線、または黒塊で、形状は不規則で、黒度は不規則に変化し、輪郭は滑らかではなく、角のあるものもあります。フィルム上のタングステン介在物は白点です。

　　未溶合の概念と危険性

　　未溶合とは、溶接金属と母材金属、または溶接金属と検査対象金属が溶けて結合していない欠陥のことです。未溶合は、ビードの未溶合、ルートの未溶合、層間の未溶合に分類されます。未溶合は面積欠陥であり、ビードの未溶合とルートの未溶合は、耐荷重面積の減少に非常に顕著であり、応力集中が比較的大きく、危険性が高いです。

　　未溶合が発生する原因：

　　1.溶接電流が小さすぎる、溶接速度が速すぎる。

　　2.溶接棒の角度が不適切。

　　3.アーク偏向現象が発生する。

　　4.溶接が下り坂の位置で行われ、母材が溶ける前に溶融金属で覆われる。

　　5.母材表面に汚れや酸化物が付着し、溶着金属と母材間の溶融結合に影響を与える。

　　未溶合の発生を防ぐ対策：

　　1.溶接線エネルギーを増やす。

　　2.ビードのエッジを完全に溶融する。

　　3.溶接条件が適切で、操作が適切で、溶接速度が均一で、溶接棒の振動が適切である。

　　4.ビード表面またはビード底部エッジの汚れを取り除く。

　　フィルム上の未溶合の画像説明：

　　ビードの未溶合の典型的な画像は、連続または断続的な黒線で、幅は異なり、黒度は不均一で、一側の輪郭は比較的整っていて黒度が大きく、もう一側の輪郭は不規則で黒度が小さく、フィルム上の位置は一般的に溶接部の中心からエッジの1/2のところで、溶接部に沿って縦方向に伸びています。

　　層間の未溶合の典型的な画像は、黒度が大きくない塊状の影で、形状は不規則で、スラグ介在物を伴う場合は、スラグ介在物の部分の黒度が大きくなります。

　　未溶透の概念と危険性：

　　未溶透とは、母材金属が溶けておらず、溶接金属が接合部のルートに達していない欠陥のことです。未溶透は、両面未溶透と片面未溶透に分類されます。未溶透欠陥は比較的危険な欠陥であり、その危険性は欠陥の形状、深さ、長さによって異なります。

　　未溶透が発生する原因：

　　1.溶接電流が小さすぎる、溶接速度が速すぎる。

　　2.ビード角度が小さすぎる。

　　3.ルートのアンダーカットが厚すぎる。

　　4.ビード間隔が小さすぎる。

　　5.溶接棒の角度が不適切。

　　6.アークが長すぎる。

　　フィルム上の未溶透の画像説明：

　　未溶透の典型的な画像は、細くてまっすぐな黒線で、両側の輪郭は非常に整っていて、ビードのアンダーカットの跡であり、幅はちょうどアンダーカットの間隔の幅です。場合によっては、ビードのアンダーカットの一部が溶融し、画像の輪郭がそれほど整わなくなり、幅と黒度が部分的に変化しますが、溶接部のルートにある線状の欠陥であると判断できる限り、未溶透と判断する必要があります。フィルム上の未溶透は、溶接部のルートの投影位置にあり、一般的には溶接部の真ん中にありますが、透視偏向や溶接偏向などの理由で一側に偏っている場合もあります。未溶透は断続的または連続的に分布し、場合によってはフィルム全体を貫通することがあります。

　　未溶透の発生を防ぐ対策：

　　1.ビード形状を適切に選択する。2.組立間隔を適切にする。3.適切な溶接方法を採用する。