Effect of welding conditions on residual stress and SCC behavior at butt-welding joints of recirculation pipes

配管突合せ溶接部における残留応力及び応力腐食割れ進展挙動に及ぼす溶接条件の影響

勝山 仁哉  ; 飛田 徹; 伊藤 裕人; 鬼沢 邦雄 

Katsuyama, Jinya; Tobita, Toru; Ito, Hiroto; Onizawa, Kunio

SUS316Lステンレス鋼製の再循環系配管の突合せ溶接部近傍において応力腐食割れ(SCC)が観察されている。近年顕在化しているSCCは、従来の材料因子及び環境因子の影響に比べ、溶接により生じる高い引張応力、すなわち力学因子の影響が大きいと考えられる。したがって、オーステナイトステンレス鋼配管の溶接残留応力に関する解析的評価は重要であり、多くの研究が行われている。本研究では、複数のSUS316製配管を製作することにより、溶接入熱及び溶接速度のような溶接条件の不確かさを実測により評価した。また破壊分析及び非破壊分析により残留応力分布及びそのばらつきを評価した。これらの結果をもとに、有限要素法(FEM)解析を用いて、溶接条件の不確かさを考慮したパラメトリック解析を行い、溶接条件の違いが溶接残留応力に及ぼす影響について評価した。また、求められた残留応力分布及び日本機械学会維持規格に基づくSCC進展解析を行った。その結果、溶接条件の不確かさによる入熱及び溶接速度の変化は、溶接残留応力及びき裂進展挙動に大きな影響を及ぼすことが明らかとなった。

Stress corrosion cracking (SCC) in recirculation pipes has been observed near butt-welding joints due to high tensile residual stress by welding. In present work, scatters of welding conditions such as heat input and welding speed were measured experimentally by producing a series of butt-welding pipe specimens. Distribution and its scattering of residual stress were also measured by non-destructive and destructive methods. The effects of welding conditions on residual stress have been evaluated by parametric FEM analyses considering the variation of some parameters based on the welding experiments. The effects of welding conditions on crack growth behavior have been also evaluated by SCC growth simulations using calculated residual stress distributions and a procedure in the fitness-for-service code. Welding conditions such as heat input and welding speed have a strong influence on crack growth rate since residual stress is also affected by scatter of these welding conditions.