高温合金溶接の注意点は？

高温合金は、その優れた高温強度、耐酸化性、耐食性により、航空宇宙、エネルギー、電力などのハイエンド産業分野で広く使用されている。しかし、複雑な材料組成と特殊な物理的特性のため、溶接工程は難題に満ちており、溶接品質を確保するためには、多方面から工程の詳細を厳密に管理する必要があります。

高温合金は、その基材によってニッケル基、コバルト基、鉄基、その他の種類に分けられる。異なる種類の合金の溶接には、対応する組成の溶接ワイヤまたは電極を使用する必要がある。例えば、ニッケル基の高温合金を溶接する場合、溶接ワイヤはニッケル含有量を母材と一致させ、高温強度を維持するためにクロム、モリブデンなどの元素を適量添加する必要があり、コバルト基の合金は粒界脆化を避けるために炭素含有量を制御する必要がある。溶接材料と母材との組成差が大き過ぎると、 溶接部に脆性相が形成されやすくなり、継手の 高温性能が著しく低下する。

溶接入熱の制御は接合部の品質に直接影響する。高温合金は熱伝導性が悪く、熱膨張係数が高い。過度の入熱は、溶接部や熱影響部の結晶粒の粗大 化を引き起こし、材料の靭性や耐クリープ性を低下 させる。不十分な入熱は、不完全な融合や不完全な溶け 込みなどの欠陥を引き起こす可能性がある。実際の作業では、溶接電流、電圧、溶接速度を合 金の種類に応じて調整する必要がある。例えば、析出強化高温合金の場合、強化相の 溶解と損失を減らすために、通常、より小さな入 熱が使用される。

溶接工程中の保護対策は極めて重要である。ほとんどの高温合金は、高温で空気中の酸素、窒素、水素などの元素と反応しやすく、脆い化合物を形成したり、気孔の形成を引き起こしたりする。そのため、溶接中の完全な保護のために不活性ガスを使用する必要があり、保護範囲は溶融池だけでなく、一定値以上の高温の熱影響部をカバーする必要がある。ある種の酸化しやすい合金の場合は、溶接開先を厳密に清掃し、表面の酸化皮膜や油汚れを除去し、必要であれば後方保護措置を講じる必要がある。

溶接後の処理工程は、接合部の性能を確保 する上で極めて重要なステップである。高温合金は通常、溶接後に大きな残留応力を発生させるため、材料の機械的特性を回復させながら、熱処理によってこの残留応力を緩和する必要がある。高温合金の種類によって、熱処理プロセスには大きな違いがある。固溶体強化合金は粒径を微細化する固溶化処理が必要であり、析出強化合金は時効処理によって強化相を析出させる必要がある。また、板厚の大きい溶接部品では、急冷による割れを避けるために冷却速度を制御する必要がある。

要するに、高温合金溶接は、材料のマッチング、プロセス・パラメーター、保護措置から溶接後の処理に至るまで、完全なプロセス管理を必要とする体系的なプロジェクトである。科学的な溶接標準に厳格に従うことによってのみ、溶接欠陥を減らし、高温使用環境における接合部の信頼性と安定性を確保することができる。高温合金の応用分野の絶え間ない拡大に伴い、その溶接技術に対する要求も増加し続け、より精密で効率的な方向への溶接プロセスの開発が促進される。