🙋
溶接残留応力って何ですか？ 溶接した後も金属の中に「力」が残ってるということですか？
🎓
その通り！大まかに言うと、溶接で金属を部分的に熱して冷やす時に、膨張や収縮が周りに邪魔されて、バネがピンと張ったような状態がそのまま固まってしまうんだ。例えば、自動車のボディや橋の鋼材を溶接した後、その部分に目に見えない大きな引っ張り力が残ることが多いよ。このシミュレーターの「残留応力分布」グラフを見ると、溶接部（中心）が真っ赤（高応力）になっているのがわかるね。
🙋
え、そうなんですか！じゃあ「角変形」や「縦収縮」もそのせいで起こるんですか？上のスライダーで「溶接速度」を遅くしてみたら、グラフの変形量がすごく大きくなりました！
🎓
鋭いね！速度を遅くすると、同じ長さを溶接するのに熱をたくさん入れることになる（熱入力が増える）。そうすると膨張・収縮の量が大きくなって、変形も残留応力も大きくなってしまうんだ。実務では「できるだけ高速で溶接したい」けど、溶け込み不足にならないようにバランスを取るのが難しいところだね。継手の種類を「T継手」に変えてみると、片側だけ拘束されるので、また違った変形の仕方をするよ。
🙋
「PWHT保持時間」ってパラメータもありますね。これを増やすと残留応力が減るのはなぜですか？魔法みたいです。
🎓
魔法じゃなくて、れっきとした物理学だよ！金属は高温になると、かかっていた内部の力（応力）を、クリープ現象で緩和（リラックス）させることができるんだ。現場で多いのは、大型圧力容器を作った後で炉に入れ、600℃くらいで数時間かけてじっくりと応力を抜く「溶接後熱処理」だね。シミュレーターで保持時間を0時間から2時間に変えてみてごらん。応力分布の赤い部分（高応力域）がだいぶ薄くなるのがわかるはずだよ。
溶接法によって異なります。被覆アーク溶接では0.7～0.8、MAG溶接では0.8～0.9、レーザ溶接では0.3～0.5が目安です。不明な場合は0.8を初期値として、実測の溶け込み形状と比較しながら調整してください。
まず板厚と熱入力の値を再確認してください。特に板厚が薄いほど熱入力の影響が大きくなります。次に継手種類と拘束条件の選択が適切か見直してください。拘束が強いほど角変形は抑制されます。
ツール内のPWHT設定項目で、処理温度と保持時間を入力してください。応力低減率が自動計算され、残留応力分布図が更新されます。一般的に600℃×1時間で約70%の応力低減が期待できます。
はい、両方に対応しています。継手種類のドロップダウンから「突合せ」「隅肉」「T継手」などを選択できます。継手形状によって内部の係数C1、C2が自動的に切り替わり、適切な変形予測が行われます。
造船・海洋構造物：分厚い鋼板を接合するブロック溶接では、大きな角変形が発生すると次のブロックとの合わさりが悪くなります。シミュレーションで熱入力を最適化し、補正治具を設計する段階で変形量を予測します。
自動車車体（ボディ）製造：薄板のスポット溶接では残留応力が疲労強度に影響します。特に衝撃を受ける部位では、残留応力の分布を考慮して溶接ポイントの配置を決定し、車体の剛性と耐久性を両立させます。
発電プラント・圧力容器：高温高圧下で使用される設備では、残留応力が応力腐食割れの起点となるリスクがあります。設計段階でシミュレーションを行い、必要に応じてPWHT（溶接後熱処理）の条件（温度、保持時間）を決定します。
橋梁・建築鋼構造：現場での溶接作業では、拘束条件が複雑で変形制御が困難です。シミュレーションを用いて、溶接順序（どこから溶接するか）を事前に検討し、全体の変形を最小化する施工計画を立てます。
まず最初に、このシミュレーションは「万能の予測手段」じゃないということを頭に入れておこう。入力パラメータを適当に入れても、出てくる答えは「入力が不適切なら出力も信頼できない」だ。例えば、材料特性データ。多くの人がカタログ値の常温データをそのまま使ってしまうけど、溶接シミュでは600℃や800℃でのヤング率や降伏応力が結果を大きく左右する。SUS304の常温ヤング率は約193GPaだけど、800℃だと半分以下の約90GPaにまで低下する。このデータを間違えると、変形量も残留応力も見当違いの結果になってしまうよ。
次に、拘束条件の設定ミス。現実のワークは治具でガチガチに固定されてるけど、シミュで完全固定（全ての自由度を拘束）しすぎると、不自然に大きな残留応力が計算されることがある。逆に拘束が緩すぎると、変形が実際より大きく出る。例えば、長尺の突合せ継ぎでは、熱膨張による「蛇行」を許すために、一部の方向だけ拘束するなど、現実の治具を想像した設定が必須だ。
最後に、メッシュ依存性を見落とすな。溶接ビード周辺は急激な温度勾配が生じるから、ここはメッシュを細かく切らないと温度場も応力場も正確に捉えられない。でも全体を細かくしすぎると計算時間が爆発する。例えば、板厚20mmの継手で、溶接線近傍を1mmメッシュ、離れた場所を5mmメッシュといった「段階細分化」が定石だ。メッシュを2倍細かくして結果が大きく変わらなければ、ひとまず安心できるね。