溶接入熱量計算機

入熱量、炭素当量、予熱温度、HAZ特性を計算. AWS D1.1/EN 1011-2に基づく溶接入熱量、炭素当量（IIW/Pcm計算式）、予熱要件、HAZ硬さを計算。水素誘起割れ防止に重要です。.…

AWS D1.1/EN 1011-2に基づく溶接入熱量、炭素当量（IIW/Pcm計算式）、予熱要件、HAZ硬さを計算。水素誘起割れ防止に重要です。

溶接入熱量はなぜ重要ですか？

入熱は溶接の単位長さあたりに投入されるエネルギーであり、冷却速度、ミクロ組織、溶接部および熱影響部(HAZ)の機械的特性を直接左右します。入熱が大きすぎると、結晶粒の粗大化、じん性の低下、過大な変形が生じます。小さすぎると、融合不良や HAZ の高硬度化を引き起こします。

炭素当量(CE)は、母材の焼入れ性と割れ感受性を予測します。IIW 式(CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15)は C > 0.18% の鋼に使用されます。Pcm 式は低炭素鋼(C < 0.18%)に使用されます。CE > 0.45 の場合、一般に水素誘起割れを防止するための予熱が必要です。

予熱温度は、CE、材料板厚、水素量、入熱の複合的な影響によって決定されます。EN 1011-2 が計算方法を規定しています。予熱により冷却速度が遅くなり、溶接部が 150°C(これを下回ると水素が閉じ込められて低温割れの原因となる温度)以下に冷える前に、水素を拡散・放出させることができます。

Formula: 入熱 (kJ/mm) = (η × V × I × 60) / (溶接速度 × 1000) CE(IIW) = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 Pcm = C + Si/30 + (Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B

計算例

GMAW 溶接、28V、250A、溶接速度 300 mm/min、アーク効率 0.85 の場合: 入熱 = (0.85 × 28 × 250 × 60)/(300 × 1000) = 1.19 kJ/mm。C=0.18%、Mn=1.2% の鋼の場合: CE(IIW) = 0.18 + 1.2/6 = 0.38。予熱は不要です(CE < 0.45)。

このツールの使用場面

溶接施工要領書（WPS）を開発し、炭素当量と材料厚さに基づく予熱温度を決定
溶接品質問題の検討 — 入熱量がHAZ特性劣化を防止するための許容範囲内であったか確認
溶接用の新しい母材を認定 — 手順試験前にCEを計算して割れ感受性を評価
溶接士のコード遵守を監査 — 記録されたパラメータがWPS認定範囲内の入熱量を生成するか検証

避けるべき一般的な間違い

間違ったCE公式の使用 — IIW公式はC>0.18%鋼用、PcmはC<0.18%鋼用
アーク効率の忘れ — GMAWは約0.85、SMAW約0.80、GTAW約0.65
パス間温度を考慮せずにマルチパス溶接に単一パスの入熱計算を適用
水素管理の無視 — 正しい予熱があっても非低水素消耗品や湿った電極を使用すると低温割れが発生し得る

結果の解釈方法

CE (IIW) < 0.40：低い焼入性 — 厚さ25 mm超または気温5°C未満でない限り一般的に予熱不要
CE (IIW) 0.40-0.60：中程度の焼入性 — 一般的に予熱が必要、温度は厚さと水素レベルに依存
CE (IIW) > 0.60：高い焼入性 — 義務的予熱（多くの場合150-250°C）、厳格な水素管理、溶接後熱処理が必要な可能性
割れリスク「高」または「非常に高い」 — 停止して手順を見直す；溶接前に追加の予防措置が必須

よくある質問

最大入熱量を超えるとどのような問題が生じますか？

過大な入熱は次の問題を引き起こします：(1) HAZ（熱影響部）での結晶粒の粗大化による靭性低下（シャルピー衝撃値が大幅に低下）、(2) 変形と残留応力の増大、(3) 特性が劣化したHAZの拡大、(4) 感受性の高い合金における高温割れのリスク、(5) 規格要求違反の可能性（AWS D1.1は事前認定WPSの入熱を制限）。調質鋼では、過大な入熱によりHAZが規定最小硬さを下回って軟化することがあります。

予熱はどのような場合に必要で、温度はどのように決定しますか？

予熱が必要なのは、CE > 0.45（IIW式）、板厚 > 25 mm、または周囲温度が5°C未満の場合です。最小予熱温度は、CE、板厚、水素量、入熱に基づき、EN 1011-2またはAWS D1.1のガイドラインを用いて計算します。典型値：板厚25 mmでCE=0.45の場合は75°C、高CE鋼では最大200°C。予熱は継手の両側それぞれ少なくとも75 mmの範囲に均一に施さなければなりません。

t8/5冷却時間とその実用的意義は何ですか？

t8/5（800°Cから500°Cへの冷却時間）はHAZの微細組織を決定します。速い冷却（短いt8/5 < 5秒）はマルテンサイトを生成 — 硬く脆く割れに敏感。遅い冷却（長いt8/5 > 25秒）はフェライト/パーライトを生成 — 柔らかいが結晶粒粗大化により靱性が低下。最適範囲は鋼種により異なり、構造用鋼では一般的に8-15秒です。