12種類の溶接割れ： 原因、検出方法、および対策
溶接割れは、金属が凝固する時、冷却後、熱処理中、または使用中に発生する可能性があります。凝固割れなどの名称は、割れの発生過程を表し、つま先割れ、根元割れ、横割れなどは、割れの位置や方向を表します。修理方法を選択する前に、検査計画を立て、原因を特定するために、これらの両方の情報を活用してください。
溶接割れの12種類を一覧で紹介
これらは、現場やエンジニアリングにおいて役立つ用語であり、互いに排他的な12種類の故障メカニズムや網羅的な分類ではありません。1つの亀裂が複数の項目に該当する場合もあります。以下のヒントは、調査すべき事項を判断するのに役立ちますが、診断を確定するものではありません。
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| 亀裂の種類 | 典型的な手がかり | 次に調査する |
|---|---|---|
| 1. 凝固割れ | 溶接金属内部の亀裂で、多くの場合、中心線付近に発生する。 | 溶接部の化学組成、凝固パターン、ビード形状、および拘束条件 |
| 2. クレーター状の亀裂 | 溶接停止部での亀裂（星形になることもある） | 終端クレーターの形状と溶接終了順序 |
| 3. 液化割れ | 溶融境界付近または再加熱された溶接金属に亀裂が生じる。 | 合金、熱履歴、および局所的な粒界溶融の証拠 |
| 4. 熱影響部水素割れ | 冷却後に溶接部付近で鋼材に亀裂が生じる。発見が遅れる可能性がある。 | 水素源、熱影響部硬度、および応力 |
| 5. 溶接金属の水素割れ | 脆弱な鋼溶接金属内部の亀裂、時には横方向 | 堆積金属、水素制御、冷却、および拘束 |
| 6. アンダービードのひび割れ | 溶接ビードの下、通常は熱影響部（HAZ）に発生する亀裂 | 表面下における影響範囲；水素誘起割れは鋼材における主要な懸念事項である。 |
| 7. つま先のひび割れ | 溶接面と母材の接合部に亀裂が入る | 形成時間、局所的な形状、熱影響部の状態、および使用時の負荷 |
| 8. 根のひび割れ | 溶接ルート部またはその周辺に亀裂が発生 | 根の形状、融合、拘束、および実際の亀裂発生メカニズム |
| 9. 横方向の亀裂 | 溶接方向に沿って走る亀裂 | 材料とタイミング。方向性だけでは原因を説明できない。 |
| 10. 層状断裂 | 拘束された継ぎ目の下の圧延鋼板に段差状の亀裂が生じた。 | 板厚方向のひずみ、介在物、および板材の延性 |
| 11. 再加熱によるひび割れ | 熱処理または高温使用に伴う、脆性合金の亀裂 | 合金の状態、熱処理記録、および粒界損傷 |
| 12. 応力腐食割れ | 引張応力下における特定の材料／環境の組み合わせでの亀裂 | 使用時の化学組成、温度、応力、および亀裂形態 |
亀裂が疑われる箇所を研削または溶接する前に、影響を受けた部分を特定して保持し、写真や検査証拠を保存し、担当の溶接または検査機関に連絡してください。表面の薄い線状の亀裂では、亀裂の深さや残存耐荷重能力はわかりません。
溶接部の亀裂はどのように説明すべきでしょうか？
原因を特定する前に、観察できたことを書き留めておきましょう。そうすることで、検査員は早まった推測に基づいて修理の決定を下すことなく、有用な情報を得ることができます。
- それはいつ最初に発見されたのですか？
- 溶接中、冷却後、熱処理後、それとも使用後？発見された時期が必ずしも形成時期とは限りません。
- どこにあるの？
- 溶接部の内部、つまり溶接部の先端部や根元部、熱影響部（HAZ）、それとも母材のさらに奥でしょうか？ HAZとは、溶接熱によって変化した近傍の金属のことです。
- それはどちらの方向に走りますか？
- 縦方向とは溶接線に沿った方向、横方向とは溶接線を横切る方向を意味します。分岐、長さ、および明確な基準点に対する位置を記録してください。
- それを取り巻く状況はどのようなものか？
- 材料のグレード、厚さ、溶加材、接合部、溶接手順、温度履歴、および使用時の負荷や化学物質を記録してください。
指示とは試験結果であり、必ずしも亀裂を示すものではありません。表面形状、傷、または試験条件によっては、誤った指示が生じる可能性があります。評価結果は、該当する合否判定基準に基づいて判定されます。写真から許容亀裂長を勝手に決めつけないでください。
溶接部の高温割れの原因は何ですか？
高温割れは、金属が加えられた応力に耐えきれなくなった高温時に発生します。凝固割れは、新たに凝固する溶接金属に発生し、液化割れは、溶接部近傍の材料、または別の溶接パスによって再加熱された材料の局所的な溶融によって発生します。
1. 凝固割れ
溶接部が凝固する際、成長する結晶粒の間に残る最後の液体部分は、周囲の固体部分よりも強度が低い場合があります。収縮や拘束によってこの部分が十分に強度を得る前に引き裂かれると、亀裂が発生します。亀裂は溶接部の中心線に沿って発生することが多いですが、中心線に沿っているというだけでは断定できません。
確認すべき事項：母材と溶加材の化学組成、汚染、溶接形状、接合状態、溶接速度、拘束状態。有効な溶接組成は、溶融した母材と溶加材の両方を含みます。したがって、ワイヤ交換時には、ラベルだけでなく、希釈率（それぞれの寄与率）も確認する必要があります。
2. クレーターの亀裂
溶接停止部における最終溶融池にクレーター状の亀裂が生じる。溶融池の端が十分に充填されていない、あるいは凹状になっている場合、凝固時の収縮を吸収するのに十分な金属が残らない可能性がある。
確認事項：停止手順、クレーターの充填、および許可された排水処理方法。代表的なサンプルで停止処理を試行してください。表面が滑らかに修復されたとしても、既存の亀裂が除去されたという証拠にはなりません。
3. 液化割れ
加熱中に、周囲の材料がほぼ固体状態を保っていても、一部の構成要素は局所的に溶融する。ひずみによって、溶融線付近や、後続の溶接パスで再加熱された溶接金属において、これらの弱くなった境界が分離することがある。
確認すべき事項：合金の種類と状態、溶加材との相互作用、熱サイクル、必要に応じて金属組織断面。アルミニウム合金やニッケル合金の溶接部付近に亀裂が生じた場合でも、鋼材の水素割れ対策を必ずしも適用すべきではない。
公開された例：合金と充填材の両方が重要な理由
TWIの研究では、80mm厚の6082-T651アルミニウム板にMIG溶接が用いられました。5356溶加材を用いた突合せ溶接部には熱影響部（HAZ）に液化割れが発生しましたが、4043A溶加材を用いた突合せ溶接部には液化割れは発生しませんでした。これは、その研究で使用された材料と手順に関する証拠であり、すべてのアルミニウム接合部で5356を置き換えるべきだという普遍的な指示ではありません。
実践的な教訓は、補修方法を選択する前に、材料、充填剤、手順の組み合わせをすべて記録しておくことです。TWIの元の研究と試験条件をお読みください。
メカニズムに関する参考文献：凝固割れに関するTWI、溶接割れの用語とクレーター割れに関するAWS。
鋼材における低温割れまたは遅延割れの原因は何ですか？
フェライト系鋼における大きな懸念事項の一つは、水素誘起割れである。拡散性水素、割れやすい微細構造、引張応力という3つの条件が同時に作用することで割れが発生する。溶接部は最初は健全に見えても、冷却後に割れることがある。ただし、この説明はあらゆる金属やあらゆる使用上の不具合にそのまま当てはめるべきではない。
4. 熱影響部水素割れ
これらの亀裂は、熱影響部、特に溶接によって鋼の構造が変化した溶融境界付近で発生することが多い。硬く脆弱な領域は、水素と引張応力が同時に存在すると、さらに脆弱になる。
確認事項：材料の化学組成、厚さ、冷却履歴、該当する場合は熱影響部の硬度、水分または汚染、および溶接手順への準拠。
5. 溶接金属の水素割れ
水素誘起割れは、溶着された鋼溶接金属内部でも発生する可能性がある。高強度溶接部では、割れは溶接部に沿ってではなく、溶接部を横切るように発生することがある。
確認すべき事項：溶加材の分類と保管、溶着金属の強度、水素制御、拘束、および熱処理方法。熱影響部（HAZ）のみを保護することを目的とした予熱計画では、溶接金属を十分に保護できない可能性があります。
6. アンダービードのひび割れ
「アンダービード」とは、亀裂が溶接ビードの下、通常は熱影響部（HAZ）にあることを意味します。水素誘起割れは、感受性の高い鋼材でよく見られる現象ですが、この名称だけでは完全な診断とは言えません。
確認すべき事項：表面下における亀裂の広がりと鋼材の水素割れ発生状況。表面がきれいでも、内部に亀裂が埋まっている可能性は否定できない。
予熱はあらゆる溶接割れを防ぐのでしょうか？いいえ。適切な予熱は、冷却過程を変化させ、水素の放出を促進することで、鋼材の水素割れリスクを低減できます。しかし、凝固割れ、層状割れ、応力腐食割れを自動的に解決するものではありません。温度と保持条件は、インターネット上の一般的な値ではなく、承認された溶接手順に従って設定してください。
つま先、根元、横方向の亀裂は何を物語っているのでしょうか？
これらの用語は位置や方向を表します。検査箇所を特定するのに役立ちますが、どの溶接パラメータを変更すべきかを示すものではありません。
7. つま先のひび割れ
溶接止端部は、溶接面と母材との境界部分です。そこに発生する亀裂は、熱影響部（HAZ）、局所的な応力集中、または使用による損傷に関連している可能性があります。特に部品が既に稼働している場合は、繰り返し荷重による疲労亀裂が発生する可能性が高くなります。
荷重履歴、亀裂発生箇所、溶接形状を確認してください。損傷の原因となる荷重や細部に対処せずに溶接部を補修すると、再び破損する可能性があります。
8. 根のひび割れ
溶接ルート部には、溶接中、冷却後、または使用中に発生した亀裂が含まれることがあります。ルート部の形状、局所的な拘束、および溶融不良は応力状態に影響を与える可能性がありますが、溶融不良と亀裂は異なる所見です。
ギャップを変更したり、溶接パスを追加したりする前に、ルートギャップの状態を検査し、そのメカニズムを解明してください。当社の溶接ルートギャップガイドでは、この調査における接合面について説明しています。
9. 横方向の亀裂
横方向の亀裂は溶接方向と直交する方向に走る。材料、温度履歴、荷重条件によっては、複数のメカニズムが考えられる。
その向きを明確に記録してください。検査計画では、想定される亀裂面を考慮する必要があります。縦方向の欠陥に最適化された設定では、横方向の欠陥を同等にカバーできない場合があります。
用語と場所の参照: AWS 検査トレンド: 溶接割れ。
層状割れ、再加熱割れ、応力腐食割れの原因は何ですか？
不具合の中には、母材、その後の熱処理、または使用環境に大きく依存するものがあります。元の溶接をわずかに異なる設定で繰り返しても、これらの不具合は解決しない可能性があります。
10. 層状断裂
層状裂けは、圧延板の厚み方向の延性が限られている場合、溶接収縮によって板厚全体に裂け目が広がることで発生する。これは介在物と関連しており、拘束の強いT継手や隅継手の下で段差状の経路をたどることがある。
変更すべき点：板厚方向の材料特性、接合部の配置、収縮ひずみを調査する。解決策としては、単に作業員を交代させるだけでなく、板材の品質変更や接合部の設計変更が必要となる場合がある。段差状の外観は手がかりとなるが、確認が必要である。
11. 再加熱によるひび割れ
割れやすい合金は、溶接後熱処理（PWHT）中や高温使用中に割れることがある。一部のクロムモリブデン鋼では、粗粒領域で残留応力が緩和される際に、粒界で損傷が発生する。
確認すべき事項：正確なグレード、溶接部および熱影響部の状態、加熱履歴、局所的な応力集中。溶接後熱処理後に発見された亀裂がすべて溶接後熱処理によって引き起こされたと決めつけないでください。亀裂はそれ以前から存在していて、検出されなかった可能性もあります。
12．応力腐食割れ
応力腐食割れ（SCC）が発生するには、腐食しやすい材料、腐食しやすい環境、および引張応力が必要です。応力は、荷重によるものもあれば、溶接や加工によって生じたものもあります。周囲の表面に一般的な腐食がほとんど見られない場合でも、微細な亀裂が発生する可能性があります。
確認すべき事項：実際の化学物質、温度、暴露履歴、材料の状態、および応力。使用中の亀裂は必ずしも応力腐食割れ（SCC）とは限りません。疲労やその他の損傷メカニズムも考慮する必要があります。溶接補修だけでは、環境が不適切なままであれば再び破損する可能性があります。
溶接部の亀裂を検出できる検査方法はどれですか？
材料、アクセス性、厚さ、および疑われる亀裂の方向に応じて、非破壊検査（NDT）を選択します。表面検査と内部検査では、異なる疑問に答えることができます。NDTによる指示は欠陥の位置特定に役立ちますが、必ずしもその欠陥がどのように形成されたかを特定できるとは限りません。
左右にスワイプして、各方法の制限事項を確認してください。
| 方法 | に便利 | 重要な制限 |
|---|---|---|
| 視覚検査（VT） | 目に見える亀裂、クレーターの形状、位置、および表面の状態 | 微細な亀裂や地中に埋もれた亀裂は排除できない。照明やアクセス状況も重要となる。 |
| 浸透探傷試験（PT） | 適切な非多孔質材料における表面破壊亀裂 | 地中の閉じた亀裂を明らかにしたり、その深さを特定したりすることはできない。表面処理が重要となる。 |
| 磁性粒子検査（MT） | 強磁性材料における表面および表面近傍の亀裂 | アルミニウムやオーステナイト系ステンレス鋼には適用できない一般的な方法です。磁場の方向によって感度が変わります。 |
| 超音波探傷試験（UT）、フェーズドアレイ超音波探傷試験（PAUT）を含む | 内部平面欠陥、および適切な技術による位置とサイズ | 検出範囲は、材質、形状、アクセス性、校正、ビーム方向によって異なります。単一の設定で全ての亀裂を検出できるわけではありません。 |
| 放射線検査（RT） | 技術と形状が適切な内部検査 | 密集した平面状の亀裂は、放射線ビームに対して不利な方向にある場合、検出が困難になることがある。 |
| 金属組織学または破壊解析 | 亀裂の経路、局所構造、およびメカニズムを裏付ける証拠 | 多くの場合、採取した検体が必要となる。検体採取計画は、有用な証拠を保全し、承認を得なければならない。 |
溶接部の検査はいつ行うべきですか？
該当する仕様書および検査計画で定められたタイミングに従ってください。即時検査では、後から発生する水素割れを検出できない場合があります。すべての鋼材、板厚、および製造基準に適合する単一の待機期間はありません。
検査が熱処理、修理、およびサービス実施の前後に行われたかどうかを記録してください。亀裂が後日初めて報告された場合は、以前の方法と範囲を比較してから、亀裂が後から発生したと結論付けてください。
証拠を消し去らないでください。研磨やワイヤーブラシ掛けは、微細な亀裂の上に金属を塗り広げ、表面検査の効果を低下させる可能性があります。まずは状態を写真に撮り、その後、選択した検査方法に指定された準備作業を行ってください。
検査に関する参考資料：浸透探傷検査および磁粉探傷検査、フェーズドアレイおよびTOFD、遅延亀裂検査に関するTWIの検討事項。
ひび割れた溶接部は修理できますか？
ひび割れた溶接部は修理できる場合もありますが、単にひび割れを別のビードで覆うだけでは修理できません。修理の可否は、材質、ひび割れの程度、残存部の長さ、使用状況、および関連法規によって異なります。修理、交換、または許可された技術評価など、最終的な処置については、所轄官庁の承認が必要です。
- パートを保持し、記録を保存する接合部と影響を受けるバッチを特定する。表面を改変する前に、スケール、亀裂の位置、材料識別情報、溶接履歴を記載した写真を撮影する。
- 範囲全体を決定する欠陥の位置を特定するには、適切な検査方法を選択してください。目に見える長さを全体の寸法と同一視したり、反対側が健全であると決めつけたりしないでください。
- 原因を特定し、計画を承認する必要に応じて、溶接、検査、および材料担当者と証拠を検討する。合格基準、除去方法、検査段階、および補修溶接手順について合意する。
- 再溶接前に取り外しを確認する承認された修復計画に基づき、影響を受けた材料を除去し、準備された領域を検査します。残存する形状と厚さが適切であることを確認してください。目視で掘削箇所がきれいだからといって、必ずしも十分とは限りません。
- 原因を是正してから、承認された修理を実施してください。問題となっている箇所（材料、充填材、水分、接合方法、温度管理、拘束、終端処理、または使用条件）に対処してください。補修掘削箇所は、元の接合部とは異なる挙動を示す場合があります。
- 合意された基準に基づいて検査し、承認する。必要な検査と保管期間を完了し、結果を文書化し、許可を得てください。繰り返し発生するひび割れは、同じ修理を延々と繰り返すのではなく、再調査が必要です。
これは修理計画の手順であり、溶接手順ではありません。取り外し寸法、予熱、溶加材、熱処理、または許容限界を設定するものではありません。これらの決定は、実際の部品と適用される要件に合致している必要があります。
レーザー溶接における亀裂の発生を減らすにはどうすればよいですか？
レーザー溶接は依然として溶融溶接プロセスです。溶接ビードが狭い、あるいは熱影響部が小さいからといって、接合部が割れないわけではありません。構造用鋼の場合、TWIは、溶接化学組成、溶接速度、溶接形状、準備、接合部の位置合わせ、および拘束条件が凝固割れリスクに関連すると指摘しています。
ベースメタルとフィラーを接合部に合わせてください。
実際のグレード、コーティング、および表面状態を確認してください。溶加材を使用しない溶接では、溶融した母材が溶接部の化学組成を決定します。溶加材を使用する場合は、見た目が適合するワイヤであれば何でも割れを防げるという前提ではなく、溶加材の寄与と希釈度を評価してください。より詳しい説明については、溶加材選定ガイドを参照してください。
パラメータの組み合わせ全体を評価する
出力、移動速度、焦点、ビームの動きは相互に影響し合います。亀裂を減らすような変更は、浸透度、融合度、歪み、表面形状にも影響を与える可能性があります。出力を上げたり移動速度を遅くしたりすることを万能の解決策とするのではなく、代表的なサンプルを比較し、結果を検査してください。
開始、停止、および生産変動を検証する
手順開発には、実際の接合部の隙間、クランプ、コーナー、仮付け溶接、および終端処理の順序を含めてください。直線状の試験片では、すべての生産特性を網羅することはできません。レーザー溶接パラメータガイドには、記録すべき設定項目が説明されています。
レーザー溶接に関する参考資料：TWIによるレーザー溶接構造用鋼における一般的な欠陥の回避方法。ある合金およびプロセスに関する知見は、すべての金属に一般化できるものではありません。
レーザー溶接アプリケーションのレビューでお困りですか？
Oceanplayer Laser社に、材料のグレードと厚さ、接合図、溶加材の詳細、加工設定、およびスケール付きの鮮明な写真を送付してください。亀裂が最初に発見された日時と検査報告書も併せて送付してください。これにより、次の試験や必要な証拠を明確にすることができます。遠隔での写真レビューでは溶接の認証はできません。
技術参考資料
これらの資料は、上記で説明したメカニズムと検査範囲について解説しています。実際のコンポーネントには、現在のプロジェクト仕様書および関連する建設、検査、または修理要件を適用してください。
- AWS: 溶接亀裂 ―用語、位置、および亀裂の特性。
- TWI：凝固割れ — 形成、化学組成、および溶接形状に関する要因。
- TWI：水素割れの識別 ― 影響を受けやすい鋼材、場所、およびタイミング。
- TWI：水素割れ防止 ―工程管理および検査に関する考慮事項。
- TWI：Al-Mg-Si板における液化割れ — 6082-T651研究に起因するもの。
- TWI：層状断裂 ―板厚方向のひずみと板材の特性。
- TWI: 再加熱割れ ― 影響を受けやすい鋼材と熱履歴。
- AMPP：応力腐食割れ ―環境条件およびストレス要因。
- TWI：表面検査方法 — PTおよびMTの機能と限界。
- TWI：高度超音波検査 — PAUTおよびTOFDの原則。
- TWI：構造用鋼のレーザー溶接 — 亀裂に関連するプロセス要因。
オーシャンプレイヤーレーザー· レーザー溶接、洗浄、マーキングのアプリケーションガイド。