Analytical study of the relaxation of welding residual stress by excessive loading for austenitic stainless steel piping welds

オーステナイト系ステンレス鋼管継手に対する過大荷重による溶接残留応力の緩和に関する解析的研究

勝山 仁哉  ; 鬼沢 邦雄 

Katsuyama, Jinya; Onizawa, Kunio

オーステナイト系ステンレス鋼管溶接継手部における応力腐食割れ(SCC)の重要な駆動力である溶接残留応力に関して、地震等の弾性域を超える荷重が負荷された際の残留応力状態の変化を解析により評価した。配管突合せ溶接部を含む三次元有限要素モデルを用い、溶接により発生する残留応力を求めた後、地震荷重を模擬した曲げ及び単軸方向の荷重を変化させて解析を実施した。その結果、曲げ荷重の場合は曲げ方向に平行方向断面、単軸方向の場合は全断面において、それぞれ荷重の増加に伴い、残留応力の緩和量は増加することがわかった。この残留応力の解析結果に基づき、地震のような過大荷重はSCC進展速度を低下させる効果があることを明らかにした。

Welding residual stress is one of the most important factors of stress corrosion cracking (SCC) for austenitic stainless steel in pressure boundary piping. The effect of excessive loading, such as an earthquake, on the residual stress is evaluated by three-dimensional analyses based on finite element method (FEM). After conducting welding residual stress simulation, several loading patterns of prescribed displacements for piping butt-welds have been applied in the axial direction by varying loading level and pattern. Bending moments have been also applied considering the start-finish point of girth welding by varying the loading direction and bending angle. The analyses indicated that higher loading to axial and bending stresses caused higher relaxation of welding residual stress even if the applied stress level is below general yield point. We concluded that the SCC growth rate could decrease as the amount of prescribed displacement increased.