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溶接パイプの溶接補強が高すぎる場合の対処方法

溶接止端部の過剰な溶接補強は、応力腐食割れの原因になりやすいです。突合せ継手における応力集中は、主に溶接補強によって誘発されます。特に、溶接部が母材と接する溶接止端部の応力が最も高くなります。

応力集中係数の大きさは、溶接補強材の高さ(h)、溶接止端部の角度(θ)、コーナー半径(r)に依存します。溶接補強材の高さ(h)が増加すると、角度(θ)が大きくなり、半径(r)が小さくなり、応力集中係数が増加します。

溶接補強材の高さが大きくなると応力集中が激しくなり、逆説的に溶接継手の強度が低下します。溶接後に余分な溶接補強材を除去することで、母材の高さを下回らない限り、応力集中を軽減でき、場合によっては溶接継手の強度を向上させることさえできます。

外部溶接補強が厚いと、腐食防止に悪影響を及ぼします。エポキシ樹脂を含浸させたガラスクロスを腐食防止に使用する場合、外部溶接補強が厚いと、溶接の先端をしっかりと圧縮することが困難になることがあります。さらに、溶接部が高くなると、保護層の厚さが外部溶接の頂点から測定されるため、より厚い腐食防止層が必要になり、腐食防止のコストが増加します。

スパイラルサブマージアーク溶接では、外部溶接部に「ザトウクジラ」形状が発生することが多く、腐食防止の品質保証がさらに複雑になります。そのため、外部溶接部の「ザトウクジラ」形状を軽減または除去するには、溶接ヘッドの空間位置と溶接パラメータを調整することが重要です。

外部溶接補強が多すぎると、水圧試験および拡張後のパイプの形状に影響します。直管サブマージアーク溶接パイプの場合、水圧試験および拡張中、パイプは両側に 1 つずつ、鋼管の内部空洞の拡張サイズに一致する寸法の 2 つの外部金型で囲まれます。その結果、溶接補強が多すぎると、拡張中に溶接部のせん断応力が大きくなり、溶接の両側に「小さな直線エッジ」の現象が発生します。

しかし、経験上、外部溶接補強材を約 2 mm に制御すると、水圧試験および拡張時に「小さな直線エッジ」現象は発生せず、パイプの形状が維持されます。これは、溶接補強材の高さが小さいほど、溶接ジョイントにかかるせん断応力が小さくなるためです。このせん断応力が弾性変形範囲内にとどまる限り、パイプは荷重を除荷すると弾性反発により元の形状に戻ります。

内部溶接の補強が多すぎると、伝送媒体のエネルギー損失が増加します。伝送に使用されるサブマージアーク溶接パイプの内面に腐食防止コーティングが施されていない場合、内部溶接の補強が多すぎると伝送媒体に対する摩擦抵抗が増加し、伝送パイプラインでのエネルギー消費が増加します。