Effect of welding conditions on residual stress and stress corrosion cracking behavior at butt-welding joints of stainless steel pipes

ステンレス鋼管突合せ溶接部における残留応力と応力腐食割れ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

オーステナイト系ステンレス鋼SUS316L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。この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、SUS316L鋼管溶接継手の溶接残留応力に関する解析評価は重要であり、多くの研究が行われている。本研究では、複数のSUS316鋼管溶接継手試験体を製作し、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した。また、応力解放法及びX線回折法により残留応力分布及びそのばらつきを評価した。これらの測定結果をもとに、有限要素法による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を明らかにした。さらに、求めた残留応力分布を用い、JSME維持規格の手法に基づくSCC進展解析を行った結果、溶接入熱及び速度の不確かさはSCC進展挙動に及ぼす影響が大きいことが示された。

Stress corrosion crackings (SCCs) in recirculation pipes of Type 316L stainless steel (SS) have been observed near butt-welding joints. These SCCs in Type 316L SS grow near the welding zone mainly 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 fabricating a series of butt-welded pipes. Residual stress distributions were measured by stress relief and X-ray diffraction methods. The effects of welding conditions on residual stress have been evaluated by parametric FEM analyses considering the variation of some welding parameters based on the experiments. The effects of welding conditions on crack growth behavior have been also evaluated by using calculated residual stress distributions. It was clearly shown that the uncertainties on welding heat input and speed have strong influences on SCC growth behavior.