溶接速度と溶接品質の関係

溶接速度と溶接品質の関係は、弁証法的に理解されるべきであり、どちらも軽視すべきではない。それは主に加熱段階と結晶化段階に反映される。

1.加熱段階

高周波ストレートシーム溶接管の作業条件下では、管材の端部は室温から溶接温度まで加熱されます。この間、管材の端部は全く保護されず、完全に空気にさらされます。これにより、空気中の酸素、窒素、その他の物質との激しい反応が必然的に発生し、溶接シーム中の窒素と酸化物が著しく増加します。その結果、溶接シーム中の窒素含有量は20～45倍に増加することが測定されています。酸素含有量も同様に7～35倍に増加します。同時に、溶接シームに有益なマンガンや炭素などの合金元素が大量に燃焼・蒸発し、溶接シームの機械的特性が低下します。このことから、溶接速度が遅いほど、溶接シームの品質が悪くなることがわかります。

それだけでなく、加熱された管状ブランクの端部が空気にさらされる時間が長くなるほど、つまり溶接速度が遅いほど、より深い層で非金属酸化物が多く生成されます。これらの深層非金属酸化物は、その後の押出結晶化プロセス中に溶接シームから完全に押し出されることが困難です。結晶化後、非金属介在物として溶接シーム内に残存し、明確な脆い界面を形成します。これにより、溶接微細構造の整合性が損なわれ、溶接部の強度が低下します。溶接速度が速いほど、酸化時間が短くなり、生成される非金属酸化物が少なくなり、表面層に限定されるため、その後の押出プロセス中に溶接シームから容易に押し出されます。また、溶接シーム内に過剰な非金属酸化物残留物も発生せず、溶接シームの強度が高くなります。

2.結晶化段階

金属組織学の原理によれば、高強度溶接部を得るためには、溶接部の微細構造における結晶粒を可能な限り微細化する必要がある。微細化の基本的なアプローチは、短時間で十分な数の結晶核を形成し、それらが大きく成長して結晶化プロセスが終了する前に互いに接触するようにすることである。そのためには、溶接速度を上げて溶接部を加熱ゾーンから速やかに離れさせ、溶接部がより大きな過冷却度で急速に結晶化できるようにする必要がある。過冷却度が増加すると、核生成速度は大幅に増加する一方、成長速度の増加は小さくなるため、溶接部の結晶粒を微細化する目的を達成できる。

したがって、溶接工程の加熱段階から見ても、溶接後の冷却段階から見ても、基本的な溶接条件を満たしているという前提の下では、溶接速度が速いほど、溶接部の品質は向上する。

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