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1 WPS, PQR & WPQ を理解しましょう! 溶接エンシ ニアリンク 講座 笹口技術士事務所 2015 年 10 月 25 日 SAM PROFESSIONAL ENGINEERING CONSULTANT 本解説書の記載内容を 当事務所の許可無く複写または転載することは法律で禁止されています 本書の内容は ASME Committee や AI の確認を得たものではありません 実際の Code の解釈や運用にあっては 顧客の溶接エンジニア あるいは AI の確認を得てください 笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

2 1. 溶接認定 (WPS/PQR/WPQ について ) 1.1 WPS と ASME Section IX 溶接認定とは製品の溶接部の品質を確保するためには 溶接欠陥をなくすことはもちろんではあるが しかしそれだけでは十分ではない 設計上必要な強度や靭性 またその溶接部が特殊な使用に耐えうる性能 ( 耐食性や耐割れ性 耐摩耗性など ) などを有していることも 溶接部の品質を確保するためには必要な要求事項である しかしながら 出来上がってしまった製品溶接部の各種性能を確認することは ほとんど不可能といわざるを得ない 一方 溶接を行うためには 溶接施工上のさまざまな条件を事前に決定しておかなければならない つまり その条件に従って溶接すれば その製品の溶接部に要求される性能が ( 結果的に ) 確保できるということを事前に確認しておかなければならない このことを 溶接施工法を認定する という 同時に 製品の溶接部の品質に一番大きく関与する溶接士や溶接オペレータの技量も 事前に確認しておく必要がある つまり 技量が認定された溶接士 が製品の溶接作業に従事しなくてはならない このように 溶接の認定 (Qualification) は 溶接に関するエンジニアリング業務の中でもっとも重要な位置を占めるもので 溶接施工法の認定と溶接士の技量認定がある 本章では 1.2 項で溶接施工法認定 1.3 項で溶接士の技量認定について 詳しく説明する WPS の作成 6 章で説明したように 溶接設計のアウトプットが WPS (Welding Procedure Specification 溶接施工要領書) である WPS には溶接施工上必要な条件が規定されるのであるから WPS は溶接士や溶接作業に従事する人たちへの施工 ( 作業 ) 指示書となる したがって 1.2 項に従って認定された WPS (Qualified WPS) は 溶接作業を行なう工場や現場の作業場に配布され 溶接士や溶接管理者 溶接検査員が常に確認できるようにされていなければならない 図 1 WPS の作成 図 2 WPS の内容 笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

3 具体的には 次の (1)(2) に示したような条件 (Variables) が WPS に規定される ただし この (1)(2) の条件 (Variables) がすべてではないので 詳細は ASME IX (1.1.3 項参照 ) を確認いただきたい 基本的には ASME IX が推奨する WPS のフォーマットに従って WPS を作成すれば 必要な溶接条件 (Variables) を網羅できる仕組みになっている (1) WPS に規定される溶接条件 (Variables) の例 : 各種溶接方法に共通のもの (a) 継手形状たとえば 製品の溶接継手は突合せ継手か隅肉継手か 裏当て付きか否か さらに 開先角度やルートギャップの許容範囲などを規定する (b) 母材の種類と板厚製品として溶接される材料を明確にする また その製品に使用される母材に対する特別要求事項 ( たとえば Ceq の規定など ) があれば 記載することが望ましい また その WPS がカバーする製品の溶接部の板厚範囲を規定する (c) 溶接材料の種類と溶接金属厚さ使用する溶接材料の種類と棒径 ( ワイヤ径 ) を規定する また その溶材に対する特別要求事項があれば 記載することが望ましい また その溶材を使ってできる製品の溶接金属厚さの範囲を規定する (d) 溶接姿勢製品の溶接を行ってよい溶接姿勢を規定する (e) 予熱温度とパス間温度製品の溶接を行うときに許容される 各パス溶接直前の材料の最低温度 ( 予熱温度 ) と最高温度 ( パス間温度 ) を規定する (f) 溶接後熱処理 (PWHT) PWHT を行なうか行なわないか 行なう場合は 保持温度と保持時間の範囲を規定する (g) 電源特性と溶接入熱使用する電源特性 ( 交流か直流か 直流の場合は極性 ) を規定する また 使用する電流 電圧の範囲とともに 許容される溶接入熱の範囲を規定する (h) 溶接テクニック運棒でウィービングを行なうか否か 裏はつりを行うか否か またその方法 単パス溶接か多パス ( 複数パス ) 溶接か などを規定する (2) WPS に規定される溶接条件の例 : 特別な溶接方法だけに規定されるもの (a) シールドガス (GTAW, GMAW, FCAW など ) シールドガスの種類 バッキングガスの有無や種類などを規定する (b) 電源特性 (GMAW, FCAW など ) 溶滴移行形態 ( スプレーアーク 短絡アークなど ) を規定する 笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

4 1.1.3 ASME Section IX の役割 (1) ASME Section IX の位置づけ溶接に関する規格といえば ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section IX( 以下 ASME IX と呼ぶ ) がまず引用される しかし この ASME IX を正しく理解しているエンジニアは意外と少ない ASME IX を正しく理解するうえで 次の 2 つのポイントを挙げたい (a) ASME IX は製品の溶接に図 3 ASME IX の理解関しては 一切 何も規定していない ASME IX は 1.2 項 1.3 項で述べるような 溶接施工法と溶接士の技量の認定のための規格であり 製品の溶接に関する規定には一切触れていない たとえば この材料にはどんな溶接材料を使用しなければならないとか この材料には何度の予熱が必要かとか いわゆる製品の溶接に対するスペックについてはまったく関与していない したがって ASME IX でこの WPS は qualify ( 認定 ) されているから この製品の溶接にこの WPS を使ってよい という言い方がしばしばなされるが これ ( の部分) は根本的に間違いである 他の基本 Code や Project Spec. から製品に使用する WPS の規定内容は決まるのであり その WPS を認定するためにはどのような PQR (Procedure Qualification Record 溶接施工認定記録) が必要か を ASME IX は定めているにすぎない (b) ASME IX は溶接の要求事項として 最も下位に位置する規格であるまず溶接に関する規定は ASME IX をベースと考えるべきと思っている方々には これは意外な表現かもしれないが この認識は重要である ASME IX の最初のパラグラフ (QG-100) に それは明確に記述されている たとえば ASME VIII や ASME B31 などで溶接に関する規定があるが それは ASME IX の規定事項に優先される もちろん ASME II, Part C( 溶接材料規格 ) の規定や 各種 Project Spec. の客先要求も然りである あくまで 基本 Code や Project Spec. などに従って作成された WPS と PQR が 正しく認定される / する関係 ( これを Qualified WPS / Supporting PQR という ) になっているかを ASME IX に従って判断するのだということを理解されたい (2) ASME Section IX と同種の規格 ASME IX は ASME B&PV Codes や B31 Piping Codes だけでなく 各種 API Codes など さまざまな規格の Welding Qualification の規格として引用されている かなりオールマイティーな規格といってよいだろう 笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

5 しかしながら ASME IX と同様に 溶接施工法の認定や溶接士の技量認定を規定した規格は他にもある 施工法の認定では 最近は EN/ISO が広く使われ始めているし 溶接士の技量認定では EN がヨーロッパのユーザーで要求されることがある また Steel Structure の分野では たとえば AWS Code の中に施工法や溶接士の認定方法が規定されている 国内でも 施工法の認定規格として JIS Z 3040 が多くの分野で使われ始めているし 各種法規によって 施工法の認定方法にそれぞれ独自の細かい規定がなされているのが現状である ただし 溶接の認定とは如何にあるべきかという基本的な思想がもっとも解りやすく整理されているのが ASME IX であり したがって ASME IX の考え方を理解することが 溶接エンジニアリングの基本であることは 今も変わりないと考えている 以下に ASME IX に従って 溶接施工法の認定 (9.2 項 ) と溶接士 / 溶接オペレータの技量認定 (1.3 項 ) の方法について説明する 1.2 施工法の認定 WPS と PQR 項で 溶接施工法を認定することの意味を説明した ここでもう一度復習しておくと 溶接施工法の認定とは その WPS に従って溶接すれば その製品の溶接部に要求される性能が ( 結果的に ) 確保できるということを事前に確認することである 特図 4 施工法の認定に ASME IX では 溶接部に要求される性能とは あくまで機械的性能 ( 引張強度 継手の延性 ( 曲げ性能 ) 必要に応じて衝撃性能) を指す ちなみに 項で述べたような耐食性や耐摩耗性 あるいは高温クリープ強度や疲労強度 破壊靱性などは ASME IX の施工法認定ではカバーできない もし 製品の継手にこういった特別な性能が要求されるときは 客先と相談の上 別途 適切な試験を実施しなければならない WPS に従って溶接した結果 保証できる機械的性能を事前に確認する試験を Welding Procedure Qualification Test ( 溶接施工法確認試験 ) と呼ぶ 以下 この教材ではこれを Procedure Test ということにするが この Procedure Test の方法は ASME IX に規定されている 笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

6 Procedure Test は まず適当な試験材 (Plate or Pipe) を選び 対象としている WPS に従ってこの試験材を実際に溶接する 溶接が終わった試験材の溶接部から 引張試験片や曲げ試験片など 必要な機械試験片を採取し 実際に機械試験を行うわけである この Procedure Test の結果 1 試験材の溶接に実際に使用した溶接条件 (Variables) の記録 と 2 試験材から採取した機械試験片の試験記録 の 2 つの記録が作成される この Procedure Test の記録を PQR (Procedure Qualification Record) と呼んでいる つまり PQR は試験材の Welding Record と Mechanical Test Record の 2 つから成るもの 図 5 PQR の作成 で 製品の溶接を行う図 6 Qualified WPS Manufacturer/Contractor ( つまり WPS の作成者 ) がその PQR の結果を保証 (Certify) しなくてはならない PQR ができたことで その WPS は初めて認定されたことになり それを Qualified WPS と呼ぶ 一方 Qualified WPS の機械的性能を保証する PQR のことを Supporting PQR と呼び この Qualified WPS と Supporting PQR の両者が一体となって初めて製品の溶接に使用できることになる ASME IX では Qualified WPS には必ず Supporting PQR No. が記載されなければならない と規定されている WPS と PQR の比較 項の説明から理解していただけるように 本来 WPS と PQR は その目的も内容もまったく異なるものである しかしながら 多くのベンダーから提出されてくる書類の中には 明らかに WPS と PQR を混同しているものを見かけることがある WPS と PQR の中身がそっくりコピーされて堂々と作成されているのもあるし フォーマットのタイトルがもともと WPS/PQR となっていて 1 枚で両方の内容をカバーしようとしているものもある 当然 これ笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

7 らの書類はその内容以前に その書類の存在目的から言って論外である ベンダーの WPS/PQR をレビューする立場にある日揮のエンジニアとして きちんと WPS と PQR の違いを理解することは重要である 以下に WPS と PQR をそれぞれ正確に理解することを目的として 両者の違いをさまざまな視点から比較してみることにする (1) WPS と PQR の目的文字通り WPS は Specification であり PQR は Record である WPS は溶接設計のアウトプット すなわち設計図書であるのに対し PQR は施工法図 7 WPS と PQR の比較 (1) 試験の記録 すなわち品質記録である (2) WPS と PQR の内容 WPS には 基本的に ASME IX で規定されるすべての Variables が記載されるべきである さらに 各ジョブによって特別な指示項目を記載されることが望ましい ( 一般的には 別紙を利用する ) 一方 PQR には ASME IX で規図 8 WPS と PQR の比較 (2) 定される Essential Variables (1.2.3 項参照 ) だけ最小限記載されればよいが それ以外の情報ももちろん記載してよい (3) WPS と PQR の修正 WPS は図面などと同様 内容が修正されれば Revision No. を上げて改訂する必要がある WPS は現場に対する重要な指示書であるから 常に最新の図 9 WPS と PQR の比較 (3) 笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

8 情報が記載されなければならない しかし PQR は試験記録であるから 本来 Revision はありえない ただし PQR で記載ミスがあったりした場合の修正 (Correction) はありうる この場合 ベンダーの Document Control のルールとして PQR でも Rev. No. で管理するという方針があれば それは尊重すべきであり PQR には絶対に Rev. No. を付けてはいけない と言っているのではない (4) WPS と PQR の成立 WPS は設計図書である以上 図面などと同様 ベンダーのしかるべき責任者の承図 10 WPS と PQR の比較 (4) 認 (Approval) が必要である 一方 PQR にはベンダーの QC の責任者による保証 (Certification) が必要である 保証の内容は その試験が規定の規格に従って実施されたことと その記録が正確であることの 2 点である PQR には その保証の宣誓文としかるべき責任者のサインが 必須である (5) WPS と PQR の配布 WPS は溶接作業者への指示書であるから 作業現場に配布され 用意されるべきである PQR は 常に検査員が確認できるように事務所にファイルされていればよく 必ずしも作業現場になくてもよい (6) WPS と PQR への記載のしかた WPS は実作業に対する指 図 11 WPS と PQR の比較 (5) 図 12 WPS と PQR の比較 (6) 笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

9 示書であり PQR は試験の結果報告であるから おのずと記載のしかたが異なる たとえば 数値の記入に際しては WPS では基本的に実施可能な管理の幅 (Range) で記載されるべきである 一方 PQR は記録である以上 実測値 (Single Value) の記入が基本である 施工法認定のためのルール 項で WPS に規定されるべき Variables( 溶接条件 ) について説明した WPS に規定された Variable と PQR に記録された Variable が それぞれ Qualified WPS / Supporting PQR の関係になっているためのルールを示したものが ASME IX である つまり PQR で確認された Variable に対して 製品の溶接を行うための WPS には それぞれ認定される Variable の範囲が定められている 以下に ASME IX の施工法認定のためのルールの中で 基本的な Variables について解説する (1) Essential Variable と Nonessential Variable ベンダーやサブコンが作成した WPS/PQR をレビューするときに ASME IX で最初に見るところは QW-253 の表である ここには 使用する溶接方法ごとに 適用される Variables がすべて網羅されている QW-253 の表では 各 Variable がそれぞれ次の 3 つのうちのどれかに分類されている Essential Variables Supplementary Essential Variables Nonessential Variables それぞれの意味を以下に説明するが WPS とその Supporting PQR を見比べて WPS の Essential Variables( 継手に衝撃性能が要求される場合は Supplementary Essential Variables も含む ) が PQR の Essential Variables に対して ASME IX で規定されている認定範囲以内にあることを確認するのが WPS/PQR のレビューのポイントである (a) Essential Variables さまざまな溶接条件のうち 溶接継手の機械的性能を左右するような重要な因子を Essential Variable と呼ぶ この Essential Variable が Supporting PQR の認定範囲から外れると 別の PQR が必要になる つまり WPS に規定された Essential Variable の範囲が その Supporting PQR に記載された Variable に対して ASME IX に示された認定範囲内にあることを確認しなければならない (b) Supplementary Essential Variables 溶接継手の靭性 ( 衝撃性能 ) にのみ影響を与える因子を Supplementary Essential Variable と呼び その溶接構造物の基本設計製作コード (ASME VIII や ASME B31 など ) で製品の継手に衝撃試験が要求される場合は これを Essential Variable とみなすことになっている したがって 衝撃性能が要求されない継手の WPS/PQR では これは Nonessential Variable と同等である 笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

10 (c) Nonessential Variables Nonessential Variable は 継手の機械的性能には直接影響を与えない因子であり これが変更しても WPS を改訂するだけでよく 新たな PQR は必要としない Nonessential Variables も 溶接を行うために必要な条件であるから もちろん WPS に記載する必要があるが PQR には必ずしも記録される必要はない (2) Essential Variables の解説 (a) Base Metals P-Number( 母材の種類 ) ASME IX では 基本的に溶接に供するすべての母材に対し その材質に応じて P-Number (P-No.) という番号を与え 区分している さらに 鉄鋼材料については P-No. の下に Group Number (Gr-No.) の区分を行なっている たとえば 引張強度が 60ksi( 軟鋼クラス ) の鉄鋼材料である SA-36, 図 13 母材の P-No. SA-106 Gr.B, SA-283 Gr.C, SA-516 Gr.60 などは 板でもパイプでも型鋼でも 製造方法に関係なく P-No.1, Gr-No.1 に区分される また オーステナイト系ステンレス鋼ならば 材料の形状や製造方法に関係なく 304, 304L, 304H, 316, 316L さらに 321 や 347 もすべて P-No.8, Gr-No.1 に区分される そして ASME IX では 図 14 母材の板厚ある P-No. に区分された材料を使って確認された PQR なら 同じ P-No. に区分されるどの母材に対する WPS をも認定 (Qualify) できる となっている たとえば SA-240 Type 304 (Plate) で試験した PQR があれば 304 相当のステンレス鋳鋼品 SA-351 CF8 で製造するバルブの溶接を行うための WPS を ( 他の Variables もすべて認定範囲内にあれば ) 認定 (Qualify) することができるわけである 笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

11 このことは なるべく数少ない PQR で 効率よくなるべく多くの WPS を Qualify するべき という ASME IX の最も基本的な思想を反映している Base Metal の種類に対する認定範囲については QW-424 に詳細が規定されている (b) Base Metals Thickness ( 母材の板厚 ) ASME IX では 38mm t 以上の極厚板の場合を除いて 基本的には PQR で使用した試験材の板厚の 2 倍の厚さまでの WPS を認定 (Qualify) できる Base Metal の板厚の認定範囲については QW-451 に詳細が規定され図 15 溶材の F-No. ている (c) Filler Metals F-Number ( 溶接材料の種類 ) 母材の P-No. と同様 溶接材料も F-Number (F-No.) で区分されている ただし 鉄鋼材料の SMAW 用被覆溶接棒 ( 一般に手溶接棒と呼ばれる ) が フラックスの種類によって F-No.1 から F-No.5 に区分されている以外は F-No. 図 16 溶材の A-No. はあまり施工法の認定に関与しない 一方 鉄鋼材料の溶接材料については その溶接金属の成分によって A-Number (A-No.) が追加される これらの F-No., A-No. については 溶接材料メーカーのカタログなどで 溶接材料のブランドごとにそれぞれ該当する F-No. と A-No. が明記されているの図 17 溶接金属の厚さ笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

12 で 参考にされたい (d) Deposited Weld Metal Thickness( 溶接金属厚さ ) ASME IX では (b) の母材の板厚だけでなく 溶接金属の肉厚も Variable となっている 母材の板厚 ( 肉厚 ) と溶接金属の肉厚はどこが違うのか と疑問に思うかもしれないが これは余盛を考慮するとかいうことではない 通常 1 種類の溶接方法で継手の全板厚を完全溶込み (Full Penetration) 溶接する場合は 母材の板厚と溶接金属の肉厚は同じである しかし 製品の溶接が部分溶込みの開先溶接の場合は WPS では使用する母材の板厚と要求される溶接金属の溶込み深さ ( 溶接金属厚さ ) を それぞれ別に規定する必要がある 別の例では 配管の溶接で初層にティグ溶接 (GTAW) を使用し その後被覆アーク溶接 (SMAW) を行う場合は WPS では GTAW と SMAW のそれぞれの溶接金属の肉厚を規定するとともに それぞれの認定範囲が Supporting PQR に記録されたそれぞれの溶接方法の溶接金属厚さによって決まってくることになる したがって この溶接金属厚さは 特に 2 種類以上の溶接方法をコンビネーションで使用するときには 非常に重要となる 溶接金属厚さの認定範囲についても 母材の板厚と同様 QW-451 に詳細が規定されている (e) Preheat Temperature( 予熱温度 ) 予熱 (Preheating) とは 図 18 予熱温度溶接をスタートする前に溶接部周辺の母材を規定温度まで加熱することをいう しかし ASME IX では 予熱を行うか行わないかの違い 予熱する場合の加熱方法は問わない ASME IX では 予熱温度 とは 溶接を開始する直前の あるいは多パス盛の溶接では各パスの溶接を開始する直前の溶接部の最低図 19 パス間温度温度 と明確に定義されて笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

13 いる したがって 冬場の韓国で予熱バーナーを使って溶接部を 50 に加熱することと 夏のサウジアラビアの炎天下で材料が自然に 50 まで加熱されているのは WPS 上は同じことである つまり どちらも予熱温度は 50 である 多パス盛の溶接では 溶接中も各パスの開始直前で常に規定された予熱温度 ( 最低温度 ) が保持されていなければならない ASME IX では PQR で実測した予熱温度 ( 各パスの直前の溶接部の温度の中でもっとも低いもの ) より WPS の予熱温度が 55 以上下回ってはならない と規定されている 解りやすくいえば Supporting PQR の予熱温度が 95 の場合は WPS の予熱温度は常に 40 以上に保持されるように規定されていなければならない もう一つ ASME IX では パス間温度 を 溶接を開始する直前の あるいは多パス盛の溶接では各パスの溶接を開始する直前の溶接部の最高温度 と定義されている つまり 予熱温度もパス間温度も同じもので ただその最低温度が予熱温度 最高温度がパス間温度と区別されるだけである したがって 製品の溶接を行っている間は 常に WPS で規定された予熱温度以上 かつパス間温度以下に保持しながら溶接されなければならない ただし パス間温度は Supplementary Essential Variable と規定されているので 継手に衝撃性能が要求される場合にのみ WPS のパス間温度は図 20 PWHT 温度 Supporting PQR のパス間温度より 55 以上上回ってはならないことになる (f) Postweld Heat Treatment ( 溶接後熱処理 ) ASME IX では 溶接後に行ういかなる熱処理も溶接後熱処理 (PWHT) と呼ぶ したがって 通常理解されている応力除去焼鈍 (SR) だけでなく オーステナイト系ステンレス鋼の図 21 PWHT 保持時間笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

14 溶接部に実施される固溶化熱処理や安定化熱処理も PWHT である ただし 炭素鋼の厚板や Cr-Mo 鋼で行なわれる直後熱 (Postheating) は PWHT とはみなされない PWHT の有無と保持温度の範囲は重要な Essential Variable であるが 保持時間については 一部の材料を除き Supplementary Essential Variables となっている 一般に SR の場合は変態点 ( 下部変態点 A1 変態点 ) 以下で熱処理されるので 保持温度に関係なく PWHT を行なうか行なわないかが Essential Variable となるケースが多い PWHT の保持温度の区分は QW に規定されている PWHT の保持時間については 継手に衝撃性能が要求される場合にのみ 製品 (WPS) で実施される PWHT の最長保持時間 ( コードで要求される最少時間ではない ) に対し PQR で確認した PWHT の保持時間がその 80% 以上になっていなければならない したがって WPS には 本来 PWHT の保持時間の上限も規定されるべきである (g) Shielding Gas( シールドガス ) GTAW, GMAW, FCAW のようなガスシールドアーク溶接では シールドガスの種類や 混合ガスの場合の混合比などの変更は Essential Variable である また よく問題になる Backing Gas の種類や有無などは 施工法の認定では Essential Variable ではない つまり あくまで ASME IX の規定内では 図 22 シールドガス PQR で Argon Gas Backing を行なって試験しても 実際の製品の WPS では Gas Backing を行なわないで施工できることになる このあたりが ASME IX の解釈でよく誤解されるのであるが 先の 項で解説したように たとえば設計コードや客先スペックで 初層 TIG には Backing Gas を使うように要求されていれば WPS には Backing Gas あり と規定しなければならないのである 製品の溶接に Backing Gas が要求されない場合は 仮にBacking Gas を行って作成した PQR でも それを Supporting PQR としても良い と ASME IX は言っているのにすぎないのである つまり ASME IX は ( 裏波の酸化などの懸念がなければ ) Backing Gas の有無が継手の機械的性能 ( 引張強度や靭性 ) に影響を及ぼさないと判断しているわけである ASME IX で Essential Variable になっていないからといって WPS に笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

15 Backing Gas なし と書いていいと言っているのではない これは非常に重要な認識なので あらためて 項の説明を理解して欲しい (h) Welding Positions( 溶接姿勢 ) これ以降の 2 項は ASME IX の Essential Variables ではないが ともに重要な Supplementary Essential Variables なので 追記しておく 継手に衝撃性能が要求される場合は 製品の溶接 (WPS) を立向上進で溶接する場合は PQR も立向上進溶接で試験しなければならない 逆に言えば 立向上進図 23 溶接姿勢で行なった PQR は すべての溶接姿勢の WPS を認定 (Qualify) できる したがって 衝撃性能の要求のあるなしに関わらず ASME IX に従って Procedure Test を行なう場合は 試験材が板の場合は立向上進 (3G-upward) で パイプの試験材を使う場合は立向上進を含む水平固定管 (5G) ( 溶接姿勢の記号については 項参照 ) で行なうのが通常である (i) Heat Input( 溶接入熱 ) 溶接の結果 パスごとに 溶接方向の単位長さ当りに加えられたジュール熱を溶接入熱と呼ぶ 一般に 入熱が高くなると 溶接金属ならびに母材の溶接熱影響部の靭性が低下する したがって 継手に衝撃性能が要求される場合は PQR で確認した最大入熱量を上回って 製品の溶接 (WPS) を行なうことができ図 24 溶接入熱ない PQR を作成するときは その PQR が将来 衝撃性能を要求される継手の WPS を認定 (Qualify) するケースがあることを想定して 必ず各パスの入熱を実測しておくことが望ましい (3) 確認試験の方法 項で説明したように PQR を作成するためには Procedure Test の溶笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

16 接でさまざまな Essential Variables を記録した上 試験材から必要な機械試験片を採取し 機械試験を行わなければならない ASME IX で要求される機械試験片は QW-451 に規定されている ただし ASME IX の基本要求は 引張試験と曲げ試験のみであり たとえば衝撃試験片の採取方法などは ( 一部 ASME IX にも要求事項はあるが ) 基本コードや客先スペックを確認しなければならない もちろん コードやスペックの要求で 硬さ試験やマクロ観察試験 ミクロ観察試験等々を実施する場合は おのおの該当する要求事項に従って試験片を採取し 試験を行わなければならない また PQR の作成 すなわち Procedure Test の実施は あくまでベンダー / サブコンの自主管理であり PQR の Certification( 証明 ) は必ず施工者が行なわなくてはならない 日揮は ベンダー / サブコンへの発注者の立場であるので もちろんできる限り Procedure Test には立会い できあがった PQR には立会いのサインをすることが望ましい また 契約によって日揮の客先や第三者検査機関 (TPI) の立会いが要求されている場合は 立会い項目を明確にしたうえで 確実に PQR への客先 /TPI の Endorsement のサインを受ける必要がある これは 日揮の QC 部門の重要な責務である ASME IX では Procedure Test には非破壊試験が要求されない これは Procedure Test が溶接部の機械的性能を確認するという目的からいって 至極当然のことである ただし 項 (2) で述べた EN/ISO などの他の規格では Procedure Test の試験材に非破壊試験が要求される場合があるので 注意が必要である 1.3 溶接士の技量認定 Welder と Welding Operator 溶接施工法の認定が 製品溶接部の品質を確保する上で極めて重要であることは これまでの説明で十分に理解していただいたはずである もう一つ 製品の溶接部の品質を左右するものが 実際に製品の溶接を行う作業者の技量である 実際の溶接作業を考えたときには むしろ WPS/PQR の確認よりも 溶接作業者の技量が問題になる場合の方が多いかもしれない 図 25 Welder と Welding Operator 笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

17 ASME IX では 溶接作業者の名称を Welder と Welding Operator に明確に区別している 溶接方法は 手動溶接 (Manual) 半自動溶接 (Semi-automatic) 機械溶接(Machine) 自動溶接(Automatic) に分けられる ASME IX では このうち 手動溶接と半自動溶接に従事する溶接作業者を溶接士 (Welder) 機械溶接と自動溶接に従事する溶接作業者を溶接オペレータ (Welding Operator) と定義している ただし この教材では Welder と Welding Operator を特に区別する必要がないときは それらを総称して 溶接士 ( 広義の溶接士 ) と呼ぶことがあるので ご注意いただきたい Welder Performance Qualification Test 製品の溶接に従事する溶接士 (Welder and Welding Operator) は 必ず認定された作業者 (Qualified Welder / Qualified Welding Operator) でなければならない ASME IX では それぞれのベンダー / サブコンが 自社の管轄で作業する溶接士が自社の製品を製作するための溶接方法に見合った技量を備えていることを 実際に試験を行って確認することを要求しており このことを溶接士の技量認定 (Welding Performance Qualification) と呼ぶ 図 26 溶接士の技量認定 ASME IX の技量認定では Welder が健全な ( 有害な欠陥のない ) 溶接部を作ることができる技量 ( 能力 ) を有していることを確認するのに対し Welding Operator は その Operator が製品溶接に使用する溶接装置を運転する技量 ( 能力 ) を有しているか否かを確認することを目的としている 溶接士 (Welder and Welding Operator) の技量認定のために行なう試験のことを溶接技量認定試験 (Welding Performance Qualification Test あるいは Welder / Welding Operator Performance Qualification 図 27 WPQ(1) Test) という 以下 この教材笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

18 ではこれを Performance Test ということにするが この Performance Test の方法も ASME IX に詳しく規定されている Performance Test は まず適当な試験材 (Plate or Pipe) を選び 対象としている WPS に従ってこの試験材を実際に溶接する 溶接が終わった試験材の溶接部の目視検査を行った後 試験材から曲げ試験片を採取し 曲げ試験を行って溶接部に欠陥のないことを確認するか あるいは試験材に放射線透過試験 (RT) か超音波探傷試験図 28 WPQ(2) (UT) を行なって 溶接部に有害な欠陥がないことを確認する この Performance Test の結果 1 試験材の溶接に実際に使用した溶接条件 (Variables) と2 目視検査および曲げ試験片の試験結果あるいは RT/UT の結果のどちらか の 2 つの記録が作成される この Performance Test の記録を WPQ (Welder / Welding Operator Performance Qualification Record) と呼んでいる WPQ の場合は さらに その試験の結果から認定される作業範囲 (Qualified Range) も記載されなければならない これが WPQ と PQR の大きな違いである その溶接士を管轄する責任のあるベンダー / サブコン ( 通常は WPS を作成した Manufacturer/Contractor) がその WPQ の結果を保証 (Certify) しなくてはならない つまり PQR と同様に溶接士の資格も自社認定である WPQ ができたことで その Welder / Welding Operator は初めて認定されたことになり それを Qualified Welder / Qualified Welding Operator と呼ぶ Performance Test を行なうための WPS は Qualified WPS でなければならない つまり ASME IX に従えば PQR の作成が先で Performance Test が後ということになる ということは Procedure Test の試験材の溶接を行う溶接士は 必ずしも Qualified Welder / Qualified Welding Operator である必要はなく 逆に Procedure Test が合格して PQR ができた場合は その試験材の溶接を行った溶接士は 自動的にその技量も認定 (Qualify) される この点は 溶接士の技量が免許制で保証される日本のような風土とは根本的に異なる 国内の規格では 施工法認定試験を行うためには 免許を持っている ( 公的資格のある ) 溶接士が試験材を溶接しなければならないのが普通であるので 注意されたい 笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

19 1.3.3 技量認定のためのルール (1) 技量認定における Essential Variable Performance Test を行なって合格した溶接士は ASME IX のルールに従って それぞれの認定作業範囲 (Qualified Range) が与えられる 実際に 製品の溶接に用いる WPS の Variables の範囲が この WPQ に記載された Qualified Range の中にあることが確認されて 初めてその溶接士は 製品の溶接に従事できることになる Performance Qualification( 技量認定 ) に必要な Variables は Procedure Qualification( 施工法認定 ) の Variables に比べれば少ないが それぞれの試験の目的の違いから おのずと確認すべき Variables も異なってくる 以下に Welder の技量認定のための Variables を解説する 施工法認定には Essential Variables と Nonessential Variables があったが 技量認定には Essential Variables しかない ちなみに Welding Operator の技量認定は さらに溶接装置の特徴に応じて簡略化されている Welding Operator の Variables は QW-360 に規定されている (a) Backing( 裏当金 ) 配管の溶接のように 完全溶込みの片側開先溶接で 裏波を出して製品を溶接する場合は Performance Test でも裏波を出して溶接しなくてはならない 裏波を出すということは Backing なし で溶接するということと同義であり 逆に Backing なしで図 29 Backing の有無 Performance Test を行なって合格した溶接士は Backing ありでもなしでも 製品の溶接ができる ただし 裏当金のない両側開先溶接や隅肉溶接 あるいは部分溶込み溶接などはすべて Backing あり とみなされる 製品の継手に裏当金を用いない場合でも 両側突合せ溶接図 30 母材の種類笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

20 などは WPS には Backing あり と記載されなければならない 同様に 両側突合せ溶接で Performance Test を行なった場合は WPQ には Backing あり と記録する必要がある (b) Base Metals P-Number( 母材の種類 ) Procedure Test と同様 Performance Test でも母材の P-No. は Essential Variable ではあるが 認定区分が広く たとえば鉄鋼材料を使って試験すればすべての鉄鋼材料とニッケル合金の溶接ができるので アルミニウム合金やチタン合金など特殊な材料を除けば Performance Qualification では母材の種類はほとんど問わないと考えてよい また Performance Qualification では 母材の板厚 ( 肉厚 ) は Variable となっていないので まったく考慮する必要はない (c) Pipe Diameter( パイプの外径 ) Procedure Test ではパイプ径は Essential Variable になっていないが Performance Qualification では重要な Essential Variable である たとえば 6 のパイプ材を使って試験を行った溶接士は 2 以下の製品パイプの溶接を行うことができない ただし パイプ径の認定範囲の上限はない つまり ASME IX は 図 31 パイプの外径小径パイプの溶接ほどその技量が難しいと判断しているわけである 配管溶接の Performance Test を計画する場合は 製品のパイプ径を十分に理解したうえで 適切なパイプ試験材を用意する必要がある Pipe Diameter の Qualified Range は QW に規定されている ただし ボスやフランジの差込み継手などの隅肉溶接に対しては 突合せの試験材を使って Performance Test を行なえば すべての径の すべての隅肉サイズの製品の溶接を行うことができる (d) Filler Metals F-Number( 溶接材料の種類 ) Procedure Test では溶接図 32 溶接材料の種類笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

21 材料の F-No. はあまり問題にならないと説明したが Performance Test では 鉄鋼材料の手溶接棒 (F-No.1 ~5) に認定範囲の制限がある しかし それ以外の溶接では 基本的に溶接材料の種類は Essential Variable とはならない (e) Deposited Weld Metal Thickness( 溶接金属厚さ ) Performance 図 33 溶接金属の厚さ Qualification では母材の板厚は Variable ではないが 溶接金属厚さは重要な Essential Variable である ただし Performance Test で 12.7mm(1/2 ) 以上の溶接金属厚さを 3 層以上で盛り上げた場合は 認定される溶接金属厚さは無制限となるので 特に 板材を使って試験を行う場合は 板厚 12.7mm 以上の試験材を使うことがのぞましい また Procedure Test と同様 2 種類以上の溶接方法をコンビネーションで使う場合は それぞれの溶接方法の溶接金属厚さに対して Qualified Range が規定されるので Performance Test を行なうときには 必ず溶接方法ごとに溶接金属の厚さを実測しておく必要がある (f) Welding Positions( 溶接姿勢 ) 溶接姿勢も Performance Qualification の重要な Essential Variable である 溶接姿勢の認定範囲は QW に詳細にまとめられているので よく理解されたい 現場の溶接を想定して すべての溶接姿勢 (F, H, V, O) ができるように溶接士を認定 (qualify) したい場合は Performance Test に板材を使う場合は 2G( 横向 ), 3G( 立向 ), 4G( 上向 ) の 3 姿勢の試験のすべてに合格しなければならない パイプの試験材を使う場合は 斜め 45 に傾斜させた固定管 (6G) を溶接図 34 溶接姿勢 (Plate) すれば すべての姿勢 (F, H, V, O) の溶接が認定される 笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

22 ASME IX でよく誤解されていることの一つに 溶接姿勢の表記の問題がある ASME IX では 溶接姿勢は Flat(F, 下向 ) Horizontal(H, 横向 ) Vertical(V, 立向 ) Overhead(O, 上向 ) の 4 姿勢に区分される これらは 製品の溶接部の開先の向きと溶接方向により 360 あらゆる形状の構造図 35 溶接姿勢 (Pipe) 物の溶接に対して 必ず 4 つの姿勢のどれかに区分されるように F, H, V, O の姿勢が定義されている この詳細は QW-461 を見ていただきたい 従って WPS などで溶接姿勢を記載する場合は F, H, V, O などの表記を用いるのが基本である 一方 それらの表記とは別に ASME IX では Procedure Test や Performance Test を行なうときの試験材の設置のしかたとして 板の突合せの試験では 1G, 2G, 3G, 4G パイプの突合せの試験では 1G, 2G, 5G, 6G などの Test Position と呼ばれる姿勢が定義されている これは 溶接するときの試験材の置き方を決めているのであって 製品の溶接姿勢とは基本的には関係ない 具体的に説明すると 溶接試験を行うときに 平板の試験材を壁のように立てて 溶接を立向 ( 上進か下進 ) で行なうときに この Test Position( 試験姿勢 ) を 3G と呼ぶのであって このときの試験材の傾きも垂直面から ±15 以内になければならないと定められている つまり 1G, 2G などの表記は あくまで Test Position( 試験姿勢 ) であり 製品の溶接姿勢の表記には用いられない 従って 先にも説明したように 溶接姿勢を記載する場合は WPS には必ず F, H, V, O の表記を使用しなければ現実に不都合が生じてくる 一方 PQR や WPQ の溶接姿勢は 実際に試験で採用した Test Position を記録として記載するのであるから 1G, 2G などの記号を使用すべきである (g) Gas Backing( 裏面からのガス保護 ) 図 36 Gas Backing 笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

23 先に Procedure Qualification では Baking Gas の有無は Essential Variable ではないと説明したが Performance Qualification においては Backing Gas の有無は重要な Essential Variable である 片側溶接で裏波出しが要求される継手においては Performance Test で Gas Backing を行って裏波溶接した溶接士は 製品の溶接でも Gas Backing が必ず必要となる 逆に 技量試験で Backing Gas を行わないで裏波溶接を行い合格した溶接士は 製品に Gas Backing が要求される継手でも要求されない継手でも 溶接することができる 製品の WPS に Gas Backing なし と規定されている場合は そこにアサインする溶接士を選ぶ場合に WPQ をよく確認して選ばなければならない 具体的な例を挙げると ステンレス鋼で Qualify された TIG (GTAW) Welder は 試験では Argon Gas Backing を必ず行っているはずなので 製品で Backing Gas を必要としない軟鋼の配管溶接の TIG 溶接ができない 軟鋼よりステンレス鋼の TIG 溶接の方が難しいからといっても ASME IX では認められないわけである (2) 確認試験の方法 項で説明したように WPQ を作成するためには Performance Test で溶接に使用した Essential Variables を記録した上 溶接部の目視検査を行い さらに 曲げ試験あるいは RT を行なって溶接部に有害な欠陥のないことを確認しなければならない ASME IX で要求される曲げ試験片は QW に規定されている Performance Test における RT の方法と判定基準は QW に規定されている ASME IX で Performance Test を行なうときは RT の判定基準は ASME IX で独自に定めた基準に従わなければならない また PQR と同様に WPQ の作成 すなわち Performance Test の実施も あくまでベンダー / サブコンの自主管理であり WPQ の Certification も必ず施工者が行なわなくてはならない 一般に 現場の溶接士に対しては Performance Test に日揮の検査員が立会うが ベンダーの工場溶接士に対しては立会いが要求されるケースはまずないといってもよい 従って 日揮は ベンダーへの発注者の立場として 製品の溶接にアサインされる予定の溶接士 (Qualified Welder and Qualified Welding Operator) のリストを入手し 合せて彼らの WPQ をチェックし 製品の溶接に足りる認定範囲を保持していることを確認する必要がある 現場の溶接士の Performance Test では 単に溶接後の試験材の目視検査や RT Film のチェックだけでなく 試験材の肌合せの様子や溶接中のアークの安定度 適切なグラインダ使用法などのチェック さらに溶接士の態度やマナーなども合せて確認しておきたい また Procedure Test と同様 Performance Test にも客先や第三者検査機関 (TPI) の立会いが要求されている場合は 立会い項目を明確にしたうえで 確実に WPQ への客先 /TPI の Endorsement のサインを受ける必要がある これも 特に現場の QC 部門の重要な責務である 笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

24 (3) 技量認定資格の更新 ASME IX では いったん認定を受けた溶接士の資格は 基本的に永久に継続される したがって 特別なケースがない限り資格の更新は必要ない ただし 特に ASME Stamp Job の場合は Authorized Inspector (AI) が Qualified Welders / Qualified Welding Operators の認定の失効の有無を確認するので ASME IX の要求事項を知っておくべきである その意味で 最後に ASME IX に基づく Performance Qualification の失効 (Expiration) と更新 (Renewal) について解説しておく 一般ジョブではほとんどこのような問題が生じることはないので 参考のためにコードに関わる知識として留めておいていただきたい (a) Expiration と Renewal ASME IX では Qualified Welder / Welding Operator が 認定を受けたある溶接方法について 6 ヶ月以上作業をしなかった場合は その溶接方法の技量認定が失効 (Expire) する したがって 溶接士を管理する施工者は 常にすべての溶接士が 6 ヶ月以上のブランク無しに製品の溶接業務に従事していることを確認し 記録しておく必要がある 6 ヶ月以上仕事をしない図 37 資格の更新 (1) まま認定が失効してしまった場合は その溶接方法を使って どのような試験材 ( 鋼種 板 or 管 板厚 パイプ径 試験姿勢など ) を用いてでも 1 セットの試験を行って合格すれば 失効したすべての認定が更新 (Renew) される もちろん 認定が失効したまま その溶接士が将来も作業をする予定がないのなら その認定を更新する必要図 38 資格の更新 (2) もなく 試験も行う必要がない (b) Revoke と Restoration ASME IX では Qualified Welder / Welding Operator の認定が失効するも笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant

25 う一つの条件が規定されている たとえば ある溶接士に限って その溶接士が認定されているにもかかわらず特定の業務において極めて多くの溶接欠陥を頻発する場合など 製品の溶接部の品質を確保することに疑問が生じた場合は その溶接士に対してその特定業務をカバーする認定の取り消し (Revoke) が要求される ちなみに ASME Stamp Holder の場合は QC Manual の中で この Revoke を決定するための手順を明確に規定しておかなければならない その認定を取り消された溶接士は 問題を生じた製品の溶接に近い条件の試験材を用いて 必ず再試験を行い 必ず合格しなければならない と ASME IX には規定されている なぜならば もしその再試験で不合格になった場合は それまでにその溶接士が溶接した製品の品質がすべて疑問視されてしまうためである 再試験を行って合格した時点で 取り消されていたその溶接士の認定は復活 (Restore) する 認定が復活した溶接士を それ以降も製品の溶接作業に従事させるか否かは もちろん その施工者の判断に委ねられるわけである ASME の Code Stamp が要求されるジョブでは 本来 このような溶接士の維持管理が求められていることだけは理解したい 連絡先 : 笹口技術士事務所 (sasaguchi@jcom.home.ne.jp) 笹口技術士事務所 - Copyright 2015, Sam Professional Engineering Consultant