特定の種類の金属フランジ、特に高圧、高温、または重要な用途向けのものについては、溶接後熱処理（PWHT）は、推奨される慣行であるだけでなく、接合部の完全性と寿命を確保するための重要なステップです。PWHTは、応力緩和とも呼ばれ、溶接されたコンポーネントを制御された方法で加熱、保持、冷却することにより、残留応力を軽減し、溶接部および周囲の熱影響部（HAZ）の機械的特性を向上させるものです。
溶接は、その性質上、金属に大きな熱応力を導入します。溶融した溶接金属が凝固して冷却されると収縮し、周囲の母材を引っ張ります。この不均一な加熱と冷却は、以下を生み出します。
残留応力： これらは、外部の力（溶接熱など）が取り除かれた後でも材料内に「閉じ込められた」内部応力です。高い残留応力は、以下につながる可能性があります。
歪みと反り： フランジの平面性に影響し、適切なガスケットの着座を困難にします。
亀裂： 特に感受性の高い材料では、残留応力は遅延水素亀裂や応力腐食割れを引き起こす可能性があります。
疲労寿命の低下： 高い残留応力は、既存の負荷として作用し、材料の繰り返し負荷に対する耐性を低下させる可能性があります。
微細構造と機械的特性の変化： 溶接中の急速な加熱と冷却は、溶接金属とHAZの微細構造を変化させ、場合によってはより硬く、より脆い領域を引き起こす可能性があります。
PWHTは、これらの問題に以下のように対処します。
応力緩和： 溶接されたフランジ（またはパイプに溶接されたフランジの溶接ネック）を特定の温度（変態温度以下）まで加熱し、一定期間保持してからゆっくりと冷却することにより、金属内の原子が再配置されます。これにより、内部残留応力が軽減または再分配され、コンポーネントがより安定し、歪みや亀裂が発生しにくくなります。
靭性と延性の向上： 一部の合金鋼では、PWHTにより、溶接中に形成された硬く脆い微細構造が焼き戻され、靭性と延性が向上します。これは、脆性破壊が懸念される用途（例：低温用途）にとって特に重要です。
水素除去： PWHTは、溶接部とHAZから閉じ込められた水素を拡散させやすくし、遅延水素亀裂を防ぎます。これは、特定の高強度鋼にとって重要な懸念事項です。
PWHTの要件は、通常、以下によって決定されます。
材料の種類： 一般的に、高温用途で使用される合金鋼（例：ASTM A182 F11、F22のようなクロムモリブデン鋼）、または特定の炭素鋼（特に厚いセクション）。ステンレス鋼は、一般的に応力緩和のためのPWHTを必要としませんが、耐食性のために焼鈍処理を受ける場合があります。
厚さ： 厚いセクションは、高い残留応力の影響を受けやすく、多くの場合、PWHTが必要です。溶接コード（例：ASME B31.1、B31.3、ASME Section VIII）は、特定の材料についてPWHTが必須となる最小厚さを規定しています。
使用条件： 高圧、高温、繰り返し負荷、または応力腐食割れのリスクがある腐食性環境を伴う用途では、PWHTが必要となることがよくあります。
コード要件： さまざまな国際的および業界固有の溶接および圧力容器コード（例：ASMEボイラーおよび圧力容器コード、API規格）は、材料、厚さ、および使用条件に基づいてPWHTを義務付けています。
制御された加熱と冷却： 新しい応力や亀裂を防ぐために、加熱と冷却の速度を慎重に制御する必要があります。
温度均一性： 溶接部全体を均一に加熱する必要があります。
設備： PWHTは、大型炉または局所熱処理（例：溶接部周囲の電気抵抗加熱エレメントまたは誘導コイルの使用）で実行できます。
コストとロジスティクス： PWHTは、製造および製作プロセスにコストと時間を追加します。
結論として、多くの重要な用途において、金属フランジの完全性は、溶接後熱処理を受けなければ完了しません。この重要な冶金プロセスは、潜在的に応力がかかり脆い溶接部を、より安定した、靭性があり、耐久性のある接合部に変え、パイピングシステム全体の安全性と長期的な信頼性を根本的に向上させます。
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