高温溶接における高圧プロセス条件の有益な使用

Scientific Reports volume 12、記事番号: 12434 (2022) この記事を引用

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高圧溶接は、さまざまな鋼の多くの水中用途で補修溶接プロセスとして使用されます。 湿式溶接プロセスと乾式溶接プロセスでは違いが生じる場合があります。 周囲圧力が上昇するため、これらのプロセスには、冷却および浸透挙動に影響を与えるプロセス固有の特別な機能が備わっています。 水中用途以外でこれらの効果を積極的に利用することは、現在、科学や応用分野で取り上げられることはほとんどありません。 発表された研究では、高強度構造用鋼に基づいてこれらの利点が確立され、接合された S700MC 鋼の微細構造と接合部の機械的特性に対する影響が特徴付けられています。 高圧環境を使用すると、溶接をシートの深さ方向に向けることができることがわかります。 さらに、この変化は冷却の修正につながり、それ自体が溶接シームの機械的特性に影響を与えることが示されます。

高圧環境条件下での溶接は、水中での生産や修理に長年使用されてきました。 水中での施工場所により、溶接シームの施工には非常に複雑な補助装置が必要になる場合があります1。 たとえば、乾式環境と湿式環境での溶接など、さまざまなタイプの水中溶接プロセスが区別されます2。 乾燥雰囲気で溶接するための装置は、手動溶接用のミニ生息地と同様に、非常に複雑になる場合があります1、3。 さらに、水中溶接関連の研究活動は過去 10 年間で増加しています 2 (図 1)。論文数は増加しており、2020 年には年間約 80 件の論文が出版されると予想されています。

水中溶接研究（2020年第1四半期までのデータ）2．

研究のテーマの 1 つは、水を含む雰囲気と周囲圧力の上昇によるプロセスへの影響です4。 さらに、周囲圧力が増加すると、同じ溶接電圧でアーク長が大幅に減少することが示されました 3、5、6、7、8、9。 電流と電圧への影響に加えて、圧力増加によるスパッタ形成への影響​​も示されています10。

材料の分野では、主に研究されている高張力鋼の微細構造形態、表面粗さ、亀裂挙動に対する水素含有量の明らかな影響が示されています11、12、13、14、15。 アクセルセンら。 X70 パイプライン高張力鋼にさまざまな種類の溶加材を使用すると、さまざまな圧力レベルに適した靭性値を達成できることが示されました 16。 さらに、彼らは、圧力の増加により溶接の溶け込み深さが増加することを示し 16 、ルートギャップの充填や層数の減少など、いくつかの実際的な影響を推定しました。 彼らは、浸透の増加に関する最初の理論を提案し、溶融物中の流動効果に焦点を当てました。 圧力の上昇により、流れが下向きになり、より深い浸透が形成されると述べられています。

また、さまざまな調査に含まれる資料の範囲もますます広範囲になっています。 たとえば、高圧プロセス条件下での銅またはアルミニウム合金 17 と二相ステンレス鋼 18、19 の溶接が研究されています。 アルミニウム合金の場合、アルミニウムの溶接に関する重要な問題である気孔の減少には、最大 10 bar の低圧範囲での高圧溶接の有益な使用が想定されます 17。

一部の材料については、高圧プロセス条件下でのモリブデン合金の溶接 20 や、被覆された多材料パイプラインの溶接 21 など、さらなる研究が求められています。

しかし、周囲圧力の増加による溶接生産におけるプラスの利点については、研究ではほとんど取り上げられていませんが、アーク短縮効果とそれに対応する可能性のある電圧によってアーク内のエネルギー密度の大幅な増加が実現できるため、これは興味深いものです。増加。 さらに、周囲圧力の上昇によりアークが収縮し、局所的なエネルギー密度が増加します。