| 【発明の名称】 |
金属材料の残留応力測定方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】戸塚 信夫
【氏名】酒井 俊治
【氏名】中島 宣雄
【氏名】光田 弘道
|
| 【要約】 |
【課題】金属材料の残留応力の測定において、パイプ内部のような狭い部位においても、洗浄や研磨等の前処理を施すこともなく簡便に測定を行わしめる。
【解決手段】多角錘状に形成した複数の圧子１を、角錘の頂部を先端として所定間隔をおいてマーカーのヘッド部２に固定し、このマーカーのヘッド部２を金属の表面に押し当てて上記圧子１により刻印を施し、のちこの刻印を施した金属を周囲から切り離して応力開放し、この応力開放した状態で測定した刻印間の距離と上記圧子の先端間の距離とを比較することにより上記金属の残留応力を測定する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 多角錘状に形成した複数の圧子を、角錘の頂部を先端として所定間隔をおいてマーカーのヘッド部に固定し、このマーカーのヘッド部を金属の表面に押し当てて上記圧子により刻印を施し、のちこの刻印を施した金属を周囲から切り離して応力開放し、この応力開放した状態で測定した刻印間の距離と上記圧子の先端間の距離とを比較することにより上記金属の残留応力を測定することを特徴とする金属材料の残留応力測定方法。
【請求項２】 上記圧子がダイヤモンド、サファイヤ、または超硬金属の何れか１つからなり、かつこの圧子がなす多角錘の形状が、頂部が底面の中心上にある多角錘である請求項１記載の金属材料の残留応力測定方法。
【請求項３】 圧子の先端同士を結ぶ線が直線をなすように、これら複数の圧子を配設した請求項１または２記載の金属材料の残留応力測定方法。
【請求項４】 上記圧子の先端同士を結ぶ線が多角形をなすように、これら複数の圧子を配設した請求項１または２記載の金属材料の残留応力測定方法。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として各種プラントの構成部材である金属材料の健全性あるいは寿命評価の手段の１つである金属材料の残留応力測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の残留応力測定技術としては、抵抗線歪みゲージ（以下歪みゲージと略す）を測定対象物表面に接着剤で貼り付けた後、該歪みゲージ周辺を穿孔あるいは切断して該歪みゲージ部の残留応力を開放することにより測定する方法や、Ｘ線を利用し、Ｘ線源から測定対象個所にＸ線を照射し、測定対象個所で回折してＸ線検出機で検出した回折Ｘ線を解析することにより格子歪みを測定する方法が最も汎用的に使用されている方法である。
【０００３】しかしながらこれら従来法では、以下に述べるような欠点があった。すなわち、歪みゲージによる方法では、歪みゲージを張りつけるために対象物表面を清浄にしたり、歪みゲージを張りつける作業が必要になるため、これらの作業が困難な長いパイプの内面や隙間部分のような狭隘部の測定が困難であるという問題がある。また、この歪みゲージを張りつけた後に応力除去作業を行うことから、応力測定を行うまでの間に上記歪みゲージやリード線を傷つけて測定できなくなってしまう危険性がある。
【０００４】一方、Ｘ線による方法では、Ｘ線発生源及びＸ線検出機を対象物の直近に配置しなくてはならないため、歪みゲージによる方法よりもさらに広い作業空間が必要になり、かつ測定用機材も大きなものとなることから、持ち運びにも不便であるという欠点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術の欠点を克服し、測定用機材の持ち運びも簡単で且つ狭隘部でも測定可能な簡便な残留応力の測定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本願発明者等は、表面を特に清浄にしなくても残留応力を測定できる方法として測定対象物の表面に正確に一定距離を刻印し、かつその距離を正確に測定することによって上記従来技術の欠点が克服可能であることを発見し、この発明に至ったものである。
【０００７】すなわち、本発明の金属材料の残留応力測定方法は、多角錘状に形成した複数の圧子を、角錘の頂部を先端として所定間隔をおいてマーカーのヘッド部に固定し、このマーカーのヘッド部を金属の表面に押し当てて上記圧子により刻印を施し、のちこの刻印を施した金属を周囲から切り離して応力開放し、この応力開放した状態で測定した刻印間の距離と上記圧子の先端間の距離とを比較することにより上記金属の残留応力を測定することを特徴とする。
【０００８】また、上記本発明の測定方法において、上記圧子をダイヤモンド、サファイヤ、または超硬金属の何れか１つにより構成し、かつこの圧子がなす多角錘の形状を、頂部が底面の中心上にある多角錘とすることも好適である。さらに、上記圧子の先端同士を結ぶ線が、直線または多角形をなすように、これら複数の圧子を配設することも好適である。
【０００９】
【作用】上記本発明の測定方法に使用するマーカーは、多角錘状の圧子を採用していることから、例えば頂点が磨耗したとしても角錘の稜線（母線）をたどることによって頂点の位置を決定することが可能である。
【００１０】すなわち、上記本発明においては、残留応力測定対象金属の表面に常に正確に２点間距離を刻印することが可能であり、この刻印間距離を応力開放の後に測定用顕微鏡等を用いて精密に測定すると共に、この測定値を上記マーカーの圧子先端間の距離と比較することにより、特に洗浄や研磨等の前処理を必要とすることなく、また狭いパイプの内部等の部位でも金属材料の残留応力を簡便に測定することが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下さらに添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】図１〜図５は夫々本発明実施形態のマーカーのヘッド部を示す正面図及び側面図、図６、図７は同マーカーの圧子を示す正面図及び側面図である。
【００１３】本発明の測定方法に使用するマーカーは、例えば図６、図７に示すように底面ａの中心ｂの真上に頂部ｃがあるような正三角錘や四角錘の複数の圧子１を備えている。これら圧子１はダイヤモンド、サファイヤや、超硬金属等の高硬度のものからなり、上記マーカーは、これら複数の圧子１を、角錘の頂部ｃを先端として、かつ決められた間隔をもってヘッド部２に固定している。
【００１４】このヘッド部２への圧子１の固定は、圧子１の先端ｃ同士を結ぶ線が図１のような直線状、図２に示すような直角二等辺三角形状、図３に示すような正三角形状、図４に示すような正方形状、あるいは図５に示すような長方形状等を採用しうる。圧子１は何れも強力な接着剤によりヘッド部に固定されている。
【００１５】本発明の残留応力の測定方法は、かかるマーカーのヘッド部２を金属表面に押し当てて上記圧子１により刻印を施し、その後、この刻印を施した金属を周囲から切り離して応力開放し、この応力開放した状態で測定した刻印間の距離と上記圧子１の先端間の距離とを比較する。
【００１６】（実験例１）本発明の残留応力測定方法の精度を検証するため、下記表１に示す各種形状、材質の圧子を有する２点マーカー（図１参照）を用いて以下の検証を行った。なお、歪み量から応力を計算するには、試験を単軸引張りと考えて下記の数式１を用いた。また、ヤング率は、２１０００ｋｇ／ｍｍ2 として計算した。
【００１７】
【数１】σ＝Ｅ・εσ：応力 Ｅ：ヤング率 ε：歪み量以下余白【００１８】
【表１】
以下余白【００１９】すなわち図８に示す形状の高張力鋼（ＹＳ；７８．３Ｋｇ／ｍｍ2 ）製の引張り試験片Ｓの片面に歪みゲージ（ゲージ長５ｍｍ、１２０Ω、１軸）を貼り付け、ごの試験片Ｓを引き張り試験機にセットし、引っ張り応力がある値になった時点で２点マーカーで刻印し、同時に歪みゲージの値を測定したあと除荷した。そして、刻印間距離を測定用顕微鏡で測定すると共に、マーカーの圧子先端間の距離と比較することにより、歪み量を測定し、歪みゲージの値および試験機の値と比較した。その結果を前記表１に示すが、いずれの圧子での測定でも歪みゲージと同等以上の精度が得られた。なお、ここで実績荷重が試験機の値で真値であり、この値に近いほど精度の高い測定値と言える。
【００２０】（実験例２）次に、図２〜図５に示したような３点または４点マーカーヘッド部２を用い、例えばこのヘッド部２を図９に示す如きマーキングジグに組み入れることにより、狭いパイプＰ内部にも刻印することが可能である。図において、２は図示左右に移動するマーカーヘッド部、３はこのマーカーヘッド部２の反力を受ける反力受け、４は駆動伝達軸、５はクランプ、６はモータを夫々示している。
【００２１】このようなジグを用いればマーカーのヘッド部２が入る隙間があれば刻印することが可能であり、内径５０ｍｍ、外径７０ｍｍ、長さ２ｍのステンレス鋼製パイプの片端から反対側の端の内面に刻印することができた。
【００２２】また、同じパイプＰの片端部に歪みゲージ（ゲージ長１ｍｍ、１２０Ω、２軸）を図１０（Ａ）（Ｂ）に示す位置にはりつけた後、端部５０ｍｍを圧縮試験機で圧縮し、一定荷重に達した時点でパイプＰの反対側から刻印部を切出し、パイプ軸方向と周方向の２点間距離を夫々測定して歪みゲージと比較した。その結果を表２に示す。なお、表２中、−は圧縮力を示す。ただしマーカーは３点マーカーと４点マーカー計４種類を使用したが、圧子は四角錘のダイヤモンドのみとした。これからも明らかなように、本発明による測定は、歪みゲージによる方法と同等以上の精度が得られたことがわかる。
【００２３】なお、歪み量から応力を計算するには、下記の数式１を用いた。また、ヤング率は、１８０００ｋｇ／ｍｍ2 として計算した。
【００２４】
【数１】
ｘ方向応力 σX ＝Ｅ・（１−γ2 ）・（εx ＋εy ・γ）
ｙ方向応力 σy ＝Ｅ・（１−γ2 ）・（εy ＋εx ・γ）
σx ：ｘ方向応力 Ｅ：ヤング率 εx ：ｘ方向歪み量 σy ：ｙ方向応力 γ：ポアソン比 εy ：ｙ方向歪み量以下余白【００２５】
【表２】
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属材料の残留応力測定方法は、多角錘状に形成した複数の圧子を、角錘の頂部を先端として所定間隔をおいてマーカーのヘッド部に固定し、このマーカーのヘッド部を金属の表面に押し当てて上記圧子により刻印を施し、のちこの刻印を施した金属を周囲から切り離して応力開放し、この応力開放した状態で測定した刻印間の距離と上記圧子の先端間の距離とを比較することにより上記金属の残留応力を測定するものであり、上記角錘状の圧子によって残留応力測定対象金属の表面に常に正確に２点間距離を刻印することが可能であり、この刻印間距離を上記応力開放の後に精密に測定すると共に、この測定値を上記マーカーの圧子先端間の距離と比較することにより、特に洗浄や研磨等の前処理を必要とすることなく、しかも従来は測定が困難であったパイプ内部等の狭隘部においても残留応力を簡便に測定しうるとの顕著な効果を奏するものである。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】５９５０３５１３１
【氏名又は名称】株式会社原子力安全システム研究所
|
| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）７月１日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】宮本 泰一
|
| 【公開番号】 |
特開平１１−２３３８３ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１月２９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−１９１８７２ |
|