JP7344841B2 - 残留応力測定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、残留応力測定方法に関する。
近年、X線を用いて残留応力を測定する技術が普及している。この技術は、X線を用いることにより結晶構造を有する被検査体の内部に生じている格子ひずみを測定し、測定結果を残留応力に換算するものである。
X線を用いた残留応力測定方法としては、cosα法が知られている。cosα法は、被検査体に対して特定の入射角度でX線を照射し、このX線が被検査体で反射することによって生じる回折X線の強度を二次元で検出し、検出された回折X線の強度分布により形成される回折環に基づいて残留応力を測定するものである(特開平5-72061号公報参照)。
X線の入射角度をΨ[°]とした場合、cosα法の測定精度は、概ねsin2Ψに比例する。そのため、cosα法では、被検査体へのX線の入射角度Ψが45°から離れるにつれて測定精度が低下する。例えばX線の入射角度Ψが15°未満になると、測定精度が急激に悪化する。また、X線の入射角度Ψは、大きくなるに従って被検査体の表面粗さの影響を受けやすくなる。そのため、cosα法では、被検査体へのX線の入射角度Ψは、通常15°以上65°以下に設定され、好ましくは35°に設定される。
しかしながら、円柱状の軸部とこの軸部から径方向に突出するフランジ部(板状部)とを備え、軸部とフランジ部との接続部分に応力集中を緩和するためのフィレット部が設けられた構造物に対し、フィレット部の残留応力を測定しようとすると、所望の入射角度Ψに設定し難い場合がある。すなわち、X線の入射角度Ψを15°以上65°以下に設定しようとすると、測定装置が被検査体と干渉する場合がある。この際、従来では、X線の入射角度Ψを所望範囲外の適当な角度に設定して残留応力を測定している。しかしながら、この従来の方法によると、被検査体の残留応力を精度よく測定することは困難である。
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、フィレット部の残留応力を高精度に測定することが可能な残留応力測定方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る残留応力測定方法は、軸部とこの軸部から径方向に突出するフランジ部とを有し、上記軸部と上記フランジ部との接続部分にフィレット部を有する金属構造物の上記フィレット部の残留応力測定方法であって、X線を照射する照射部と、この照射部から上記フィレット部に照射されたX線のブラッグ回折により生じる回折環を検出する二次元検出器と、上記照射部及び上記二次元検出器が装着される筐体とを有するX線応力測定装置を用い、cosα法によって上記残留応力を算出する工程を備え、上記X線の入射角度をΨ[°]、上記フィレット部のフィレット半径をR[mm]、上記フィレット部のフィレット角度をθ[°]、上記筐体の上下幅をW[mm]、上記二次元検出器の検出領域の幅をD[mm]、ブラッグ角の余角をη[°]、フィレット中心を通り上記フランジ部に平行な仮想直線と上記フランジ部との間隔をa[mm]とした場合、下記式1を満たし、
かつ、Ψ≧0の場合、上記算出工程における上記二次元検出器を基準とするX線の照射距離L[mm]が下記式2を満たし、
Ψ<0の場合、上記算出工程における上記照射距離Lが下記式3を満たす。
但し、上記入射角度Ψは、測定部位及びフィレット中心を通る仮想直線に対し上記軸部側に傾斜した場合をプラス、上記フランジ部側に傾斜した場合をマイナスとする。
Ψ<0の場合、上記算出工程における上記照射距離Lが下記式3を満たす。
当該残留応力測定方法によると、軸部とフランジ部との接続部分に形成されるフィレット部の残留応力を測定する場合に、X線の入射角度Ψを所望の角度に近づけることができる。そのため、当該残留応力測定方法によると、上記フィレット部の残留応力を高精度に測定することができる。
上記フィレット部が、径の異なる複数の領域を有する場合、上記複数の領域のうち、径が最も大きい領域の曲率中心及び曲率半径を上記フィレット部のフィレット中心及びフィレット半径として定めるとよい。このように、上記フィレット部が、径の異なる複数の領域を有する場合、上記複数の領域のうち、径が最も大きい領域の曲率中心及び曲率半径を上記フィレット部のフィレット中心及びフィレット半径として定めることによって、上記フィレット部の残留応力を高精度かつ容易に測定することができる。
上記フィレット部が、径の異なる複数の領域を有する場合、上記複数の領域のうち、円弧が最も長い領域の曲率中心及び曲率径を上記フィレット部のフィレット中心及びフィレット半径として定めるとよい。このように、上記フィレット部が、径の異なる複数の領域を有する場合、上記複数の領域のうち、円弧が最も長い領域の曲率中心及び曲率径を上記フィレット部のフィレット中心及びフィレット半径として定めることによって、上記フィレット部の残留応力を高精度かつ容易に測定することができる。
上記算出工程が、上記式1から式3を満たす範囲内で上記入射角度Ψが設定値に近づくように上記照射距離Lを調整して上記X線応力測定装置を上記フィレット部に対して配置する工程を有するとよい。当該残留応力測定方法は、上記式1から式3に基づいて上記X線応力測定装置を所望の位置に配置することができ、これにより上記フィレット部の残留応力を容易かつ高精度に測定することができる。
上記設定値としては35°又は-35°が好ましい。上記設定値が上記値であることで、上記フィレット部の残留応力を容易かつ高精度に測定することができる。
なお、本発明において、「フィレット中心」とは、フィレット部の曲率中心を意味する。「フィレット部のフィレット半径」とは、フィレット部の曲率半径を意味する。「フィレット部のフィレット角度」とは、フィレット中心を通り軸部と直交する仮想直線(図1の仮想直線V参照)と、測定部位及びフィレット中心を通る仮想直線(図1の仮想直線N参照)との側面視におけるなす角度を意味する。「筐体の上下幅」とは、筐体の軸部に隣接する側の面(図1の下面3a参照)と、この面に対向し、フランジ部に隣接する側の面(図1の上面3b参照)との幅(図1の幅W参照)の最大値を意味する。「フィレット中心を通りフランジ部に平行な仮想直線とフランジ部との間隔」とは、上記仮想直線と上記フランジ部(但しフィレット部を除く)との任意の5点における間隔の平均値を意味する。「二次元検出器の検出領域」とは、二次元検出器における回折環を検出可能な領域を意味する。
以上説明したように、本発明の一態様に係る残留応力測定方法は、フィレット部の残留応力を高精度に測定することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
[残留応力測定方法]
図1に示すように、当該残留応力測定方法は、軸部11と、軸部11から径方向に突出するフランジ部12とを有し、軸部11とフランジ部12との接続部分にフィレット部13を有する金属構造物Mのフィレット部13の残留応力の測定方法である。フランジ部12は軸部11の中心軸に対して垂直な方向に突出している。当該残留応力測定方法は、X線を照射する照射部1と、照射部1からフィレット部13に照射されたX線のブラッグ回折により生じる回折環を検出する二次元検出器2と、照射部1及び二次元検出器2が装着される筐体3とを有するX線応力測定装置10を用い、cosα法によって上記残留応力を算出する工程(算出工程)を備える。
図1に示すように、当該残留応力測定方法は、軸部11と、軸部11から径方向に突出するフランジ部12とを有し、軸部11とフランジ部12との接続部分にフィレット部13を有する金属構造物Mのフィレット部13の残留応力の測定方法である。フランジ部12は軸部11の中心軸に対して垂直な方向に突出している。当該残留応力測定方法は、X線を照射する照射部1と、照射部1からフィレット部13に照射されたX線のブラッグ回折により生じる回折環を検出する二次元検出器2と、照射部1及び二次元検出器2が装着される筐体3とを有するX線応力測定装置10を用い、cosα法によって上記残留応力を算出する工程(算出工程)を備える。
X線応力測定装置10は、金属構造物MへのX線の照射により、回折環を検出可能に構成されている。筐体3は、例えば略直方体状である。筐体3は、軸部11に隣接する下面3aと、下面3aに対向し、フランジ部12に隣接する上面3bとを有する。筐体3は、入射角度Ψがプラス側にシフトすると下面3aが軸部11に近づき、入射角度Ψがマイナス側にシフトすると上面3bがフランジ部12に近づく。二次元検出器2は、筐体3のX線の出射面側の端部に設けられている。すなわち、二次元検出器2は、測定部位Sと対向する側の端部に設けられている。筐体3には、上記回折環を用い、cosα法によって残留応力を算出可能な算出機(不図示)が接続されている。二次元検出器2としては、例えばイメージングプレートが挙げられる。
当該残留応力測定方法は、上記X線の入射角度をΨ[°]、フィレット部13のフィレット半径をR[mm]、フィレット部13のフィレット角度をθ[°]、筐体3の上下幅をW[mm]、二次元検出器2の検出領域の幅をD[mm]、ブラッグ角の余角をη[°]、フィレット中心Pを通りフランジ部12に平行な仮想直線Vとフランジ部12との間隔をa[mm]とした場合、下記式1を満たす。
当該残留応力測定方法では、二次元検出器2に上記回折環の全体像もしくは一部を撮影してフィレット部13の残留応力を測定する。そのため、上記式1に示すように、二次元検出器2の検出領域の幅Dは、筐体3の上下幅W以下とする必要がある。なお、「二次元検出器の検出領域の幅」とは、より詳しくは上記筐体の上下方向における二次元検出器の検出領域の幅(すなわち、二次元検出器の検出領域の上下幅)を意味する。
また、当該残留応力測定方法は、Ψ≧0の場合、上記算出工程における二次元検出器2を基準とするX線の照射距離L[mm]が下記式2を満たす。
さらに、当該残留応力測定方法は、Ψ<0の場合、上記算出工程における二次元検出器2を基準とするX線の照射距離L[mm]が下記式3を満たす。
なお、X線の入射角度Ψとは、測定部位S及びフィレット中心Pを通る仮想直線NとX線とのなす角度をいう。また、上記入射角度Ψは、測定部位S及びフィレット中心Pを通る仮想直線Nに対し軸部11側に傾斜した場合をプラス、フランジ部12側に傾斜した場合をマイナスとする。
当該残留応力測定方法では、X線の照射距離Lが小さ過ぎると、X線の入射角度Ψが所望の値となるように筐体3を傾けた場合に、筐体3が軸部11又はフランジ部12と干渉することがある。一方、当該残留応力測定方法では、X線の照射距離Lを大きくすることでX線の入射角度Ψを比較的大きな範囲で設定できる。しかし、この場合、X線の照射距離Lを大きくし過ぎると、二次元検出器2で回折角ηの回折X線のピークを検出できなくなる。
このような観点から、測定部位S及びフィレット中心Pを通る仮想直線Nに対して筐体3を軸部11側に傾斜させる場合(すなわち、X線の入射角度Ψがプラスの場合)、X線の照射距離Lの下限値は、筐体3が軸部11に接しない条件から下記式4で表され、X線の照射距離Lの上限値は、回折環のピークが二次元検出器2で検出可能な条件から下記式5で表される。
一方、測定部位S及びフィレット中心Pを通る仮想直線Nに対し筐体3をフランジ部12側に傾斜させる場合(すなわち、X線の入射角度Ψがマイナスの場合)、X線の照射距離Lの下限値は、筐体3がフランジ部12に接しない条件から下記式6で表され、X線の照射距離Lの上限値は、回折環のピークが二次元検出器2で検出可能な条件から下記式7で表される。
<測定条件>
図2~図5を参照して、当該残留応力測定方法における測定条件について説明する。
図2~図5を参照して、当該残留応力測定方法における測定条件について説明する。
(照射距離)
まず、図2及び図3を参照して、当該残留応力測定方法におけるX線の照射距離Lの取り得る範囲について説明する。一般にcosα法では、測定部位SへのX線の入射角度Ψが±15°に満たないと測定精度が急激に悪化する。そのため、図2及び図3では、X線の入射角度Ψを±15°に設定した場合における上記式1~3を用いたX線の照射距離Lについて説明する。図2では、フィレット部13のフィレット半径Rを18mm、筐体3の上下幅Wを44mm、二次元検出器2の検出領域の幅Dを40mm、フィレット中心Pを通りフランジ部12に平行な仮想直線Vとフランジ部12との間隔aを2mm、ブラッグ角の余角ηを23.6°とした場合に、フィレット角度θとの関係でX線の照射距離Lが取り得る範囲Q1を示している。また、図3では、図2について、フィレット角度θを60°とし、フィレット半径Rを可変とした場合におけるフィレット半径Rとの関係でX線の照射距離Lが取り得る範囲Q2を示している。
まず、図2及び図3を参照して、当該残留応力測定方法におけるX線の照射距離Lの取り得る範囲について説明する。一般にcosα法では、測定部位SへのX線の入射角度Ψが±15°に満たないと測定精度が急激に悪化する。そのため、図2及び図3では、X線の入射角度Ψを±15°に設定した場合における上記式1~3を用いたX線の照射距離Lについて説明する。図2では、フィレット部13のフィレット半径Rを18mm、筐体3の上下幅Wを44mm、二次元検出器2の検出領域の幅Dを40mm、フィレット中心Pを通りフランジ部12に平行な仮想直線Vとフランジ部12との間隔aを2mm、ブラッグ角の余角ηを23.6°とした場合に、フィレット角度θとの関係でX線の照射距離Lが取り得る範囲Q1を示している。また、図3では、図2について、フィレット角度θを60°とし、フィレット半径Rを可変とした場合におけるフィレット半径Rとの関係でX線の照射距離Lが取り得る範囲Q2を示している。
図2では、フィレット部13のフィレット角度θが57°である場合に、X線の照射距離Lの取り得る範囲Q1が最も限定されている。図2より、フィレット角度θが57°以下である場合には、X線の入射角度Ψがプラスとなるように筐体3を軸部11側に傾斜させることが好ましいことが分かる。また、フィレット角度θが57°を超える場合には、X線の入射角度Ψがマイナスとなるように筐体3をフランジ部12側に傾斜させることが好ましいことが分かる。
図3では、フィレット部13のフィレット半径Rが21mmである場合に、X線の照射距離Lの取り得る範囲Q2が最も限定されている。図3より、フィレット半径Rが21mm以下である場合には、X線の入射角度Ψがマイナスとなるように筐体3をフランジ部12側に傾斜させることが好ましいことが分かる。また、フィレット半径Rが21mmを超える場合には、X線の入射角度Ψがプラスとなるように筐体3を軸部11側に傾斜させることが好ましいことが分かる。
(筐体の上下幅)
図4及び図5を参照して、当該残留応力測定方法における筐体3の上下幅Wの取り得る範囲について説明する。図4では、筐体3の上下幅W以外は図2と同様の条件とし、X線の照射距離Lを最大値に設定した場合におけるフィレット角度θとの関係で筐体3の上下幅Wが取り得る範囲を示している。また、図5では、図4について、フィレット角度θを60°とし、フィレット半径Rを可変とした場合におけるフィレット半径Rとの関係で筐体3の上下幅Wが取り得る範囲を示している。
図4及び図5を参照して、当該残留応力測定方法における筐体3の上下幅Wの取り得る範囲について説明する。図4では、筐体3の上下幅W以外は図2と同様の条件とし、X線の照射距離Lを最大値に設定した場合におけるフィレット角度θとの関係で筐体3の上下幅Wが取り得る範囲を示している。また、図5では、図4について、フィレット角度θを60°とし、フィレット半径Rを可変とした場合におけるフィレット半径Rとの関係で筐体3の上下幅Wが取り得る範囲を示している。
図4では、フィレット部13のフィレット角度θが57°である場合に、筐体3の上下幅Wの取り得る範囲が最も限定されている。図4より、フィレット角度θが57°以下である場合には、筐体3を軸部11側に傾けることで、筐体3の上下幅Wが比較的大きい場合でも所望の条件で測定できることが分かる。また、フィレット角度θが57°を超える場合には、筐体3をフランジ部12側に傾けることで、筐体3の上下幅Wが比較的大きい場合でも所望の条件で測定できることが分かる。
図5では、フィレット部13のフィレット半径Rが21mmである場合に、筐体3の上下幅Wの取り得る範囲が最も限定されている。図5より、フィレット半径Rが21mm以下である場合には、筐体3をフランジ部12側に傾けることで、筐体3の上下幅Wが比較的大きい場合でも所望の条件で測定できることが分かる。また、フィレット半径Rが21mmを超える場合には、筐体3を軸部11側に傾けることで、筐体3の上下幅Wが比較的大きい場合でも所望の条件で測定できることが分かる。
<フィレット中心及びフィレット半径の設定>
図6に示すように、当該残留応力測定方法では、フィレット部13の曲率が一定である場合、フィレット中心P及びフィレット半径Rはこの曲率に対応して設定される。これに対し、フィレット部13には、径の異なる複数の領域が存在する場合がある。図7及び図8を参照して、フィレット部に径の異なる複数の領域が存在する場合のフィレット中心及びフィレット半径の設定方法の一例について説明する。
図6に示すように、当該残留応力測定方法では、フィレット部13の曲率が一定である場合、フィレット中心P及びフィレット半径Rはこの曲率に対応して設定される。これに対し、フィレット部13には、径の異なる複数の領域が存在する場合がある。図7及び図8を参照して、フィレット部に径の異なる複数の領域が存在する場合のフィレット中心及びフィレット半径の設定方法の一例について説明する。
図7のフィレット部13aは、第1の曲率半径R1を有する第1領域Y1と、第1の曲率半径R1よりも小さい第2の曲率半径R2を有する第2領域Y2とを有する。この場合、曲率半径が最も大きい第1領域Y1の曲率中心P1及び曲率半径R1をフィレット部13aのフィレット中心及びフィレット半径として定めることができる。このようにフィレット部13aのフィレット中心及びフィレット半径を定めることで、フィレット部13aの残留応力を高精度かつ容易に測定することができる。
図8のフィレット部13bは、第1の円弧C1を有する第1領域Y1’と、第1の円弧よりも短い第2の円弧C2を有する第2領域Y2’と、第2の円弧C2よりも短い第3の円弧C3を有する第3領域Y3’とを有する。この場合、円弧が最も長い第1領域Y1’の曲率中心P1’及び曲率半径R1’をフィレット部13bのフィレット中心及びフィレット半径として定めることができる。このようにフィレット部13bのフィレット中心及びフィレット半径を定めることで、フィレット部13bの残留応力を高精度かつ容易に測定することができる。
<残留応力の測定>
上記算出工程は、上記式1から式3を満たす範囲内でX線の入射角度Ψが設定値に近づくようにX線の照射距離Lを調整してX線応力測定装置10をフィレット部13、13a、13bに対して配置する工程(配置工程)を有することが好ましい。すなわち、上記算出工程は、上記式1から式3を用いてX線応力測定装置10の配置条件を導出する工程(導出工程)と、上記導出工程で導出された条件に基づいてX線応力測定装置10をフィレット部13、13a、13bに対して配置する工程(配置工程)と、上記配置工程における配置でフィレット部13、13a、13bの残留応力を算出する工程(残留応力算出工程)とを有しており、上記配置工程が、上記式1から式3を満たす範囲内でX線の入射角度Ψが設定値に近づくようにX線の照射距離Lを調整してX線応力測定装置10をフィレット部13、13a、13bに対して配置することが好ましい。上記配置工程では、例えばX線の入射角度Ψが設定値に近づくように筐体3の傾斜方向とX線の照射距離Lとを調整する。当該残留応力測定方法は、上記算出工程が、上述の配置工程を有することで、フィレット部13、13a、13bの残留応力を容易かつ高精度に測定することができる。
上記算出工程は、上記式1から式3を満たす範囲内でX線の入射角度Ψが設定値に近づくようにX線の照射距離Lを調整してX線応力測定装置10をフィレット部13、13a、13bに対して配置する工程(配置工程)を有することが好ましい。すなわち、上記算出工程は、上記式1から式3を用いてX線応力測定装置10の配置条件を導出する工程(導出工程)と、上記導出工程で導出された条件に基づいてX線応力測定装置10をフィレット部13、13a、13bに対して配置する工程(配置工程)と、上記配置工程における配置でフィレット部13、13a、13bの残留応力を算出する工程(残留応力算出工程)とを有しており、上記配置工程が、上記式1から式3を満たす範囲内でX線の入射角度Ψが設定値に近づくようにX線の照射距離Lを調整してX線応力測定装置10をフィレット部13、13a、13bに対して配置することが好ましい。上記配置工程では、例えばX線の入射角度Ψが設定値に近づくように筐体3の傾斜方向とX線の照射距離Lとを調整する。当該残留応力測定方法は、上記算出工程が、上述の配置工程を有することで、フィレット部13、13a、13bの残留応力を容易かつ高精度に測定することができる。
上記配置工程における上記設定値としては、35°又は-35°が好ましい。この構成によると、フィレット部13、13a、13bの残留応力をより高精度に測定することができる。
上記導出工程では、X線応力測定装置10の配置条件として、上記設定値を満たす条件が導出されることが好ましい。しかしながら、フィレット部13、13a、13bの形状によっては、上記導出工程で、上記設定値を満たす条件が導出できない場合が考えられる。当該残留応力測定方法は、このように上記導出工程で上記設定値を満たす条件が導出できないような場合に、X線応力測定装置10の配置を手探りで決定していた従来の測定方法に対して顕著な優位性を有する。当該残留応力測定方法は、例えば上記導出工程で導出されるX線の入射角度Ψが±30°以内(すなわち、-30°以上30°以下)であってもよく、±15°以内(すなわち、-15°以上15°以下)であってもよい。当該残留応力測定方法は、このような場合でも、従来の測定方法に対してフィレット部13、13a、13bの残留応力を容易かつ高精度に測定することができる。
<利点>
当該残留応力測定方法によると、軸部11とフランジ部12との接続部分に形成されるフィレット部13、13a、13bの残留応力を測定する場合に、X線の入射角度Ψを所望の角度に近づけることができる。そのため、当該残留応力測定方法によると、フィレット部13、13a、13bの残留応力を高精度に測定することができる。
当該残留応力測定方法によると、軸部11とフランジ部12との接続部分に形成されるフィレット部13、13a、13bの残留応力を測定する場合に、X線の入射角度Ψを所望の角度に近づけることができる。そのため、当該残留応力測定方法によると、フィレット部13、13a、13bの残留応力を高精度に測定することができる。
[その他の実施形態]
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
当該残留応力測定方法は、上記フィレット部が径の異なる複数の領域を有する場合、例えば測定部位毎にフィレット中心及びフィレット半径を求めてもよい。
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。
二次元検出器の検出領域の幅Dが70mmであり、筐体の上下幅が102mmであるX線応力測定装置を用い、軸部及びこの軸部から径方向に突出するフランジ部を有する金属構造物のフィレット部の残留応力をcosα法を用いて測定した。このフィレット部のフィレット半径Rは29mm、ブラッグ角の余角ηは23.6°、フィレット中心を通りフランジ部に平行な仮想直線とフランジ部との間隔aは8mmであった。
[比較例]
筐体が軸部及びフランジ部に接触しないよう目視にて確認しつつ、X線の入射角度Ψができるだけ大きくなるようにX線応力測定装置を配置した。この比較例では、フィレット部のフィレット角度θが45°、50°、55°である場合についてそれぞれX線応力測定装置の配置を6回変更してフィレット部の残留応力を測定した。比較例におけるX線の入射角度ΨとX線の照射距離Lとの関係を図9に示す。また、各フィレット角度θに対するX線の入射角度Ψの最大値を図10に示す。
筐体が軸部及びフランジ部に接触しないよう目視にて確認しつつ、X線の入射角度Ψができるだけ大きくなるようにX線応力測定装置を配置した。この比較例では、フィレット部のフィレット角度θが45°、50°、55°である場合についてそれぞれX線応力測定装置の配置を6回変更してフィレット部の残留応力を測定した。比較例におけるX線の入射角度ΨとX線の照射距離Lとの関係を図9に示す。また、各フィレット角度θに対するX線の入射角度Ψの最大値を図10に示す。
[実施例]
フィレット角度θが45°、50°、55°である場合について、それぞれ上述の式1~式3を用いてX線応力測定装置の配置を決定した。実施例では、上述の式1~式3を用いて、X線の入射角度Ψが±35°に近づくようにX線応力測定装置の配置を決定した。実施例では、フィレット角度θが45°、50°、55°であるいずれの場合についても、筐体を測定部位及びフィレット中心を通る仮想直線に対し軸部側に傾斜させた。実施例におけるX線の入射角度ΨとX線の照射距離Lとの関係を図9に示す。また、各フィレット角度θに対するX線の入射角度Ψを図10に示す。
フィレット角度θが45°、50°、55°である場合について、それぞれ上述の式1~式3を用いてX線応力測定装置の配置を決定した。実施例では、上述の式1~式3を用いて、X線の入射角度Ψが±35°に近づくようにX線応力測定装置の配置を決定した。実施例では、フィレット角度θが45°、50°、55°であるいずれの場合についても、筐体を測定部位及びフィレット中心を通る仮想直線に対し軸部側に傾斜させた。実施例におけるX線の入射角度ΨとX線の照射距離Lとの関係を図9に示す。また、各フィレット角度θに対するX線の入射角度Ψを図10に示す。
図9及び図10に示すように、比較例に比べて実施例の方が、X線の入射角度Ψを大きくできている。このことから、実施例は、比較例に比べて高精度でフィレット部の残留応力を測定できることが分かる。
以上説明したように、本発明の一態様に係る残留応力測定方法は、フィレット部の残留応力を測定するのに適している。
1 照射部
2 二次元検出器
3 筐体
3a 下面
3b 上面
10 X線応力測定装置
11 軸部
12 フランジ部
13、13a、13b フィレット部
a フィレット中心を通りフランジ部に平行な仮想直線とフランジ部との間隔
C1 第1の円弧
C2 第2の円弧
C3 第3の円弧
D 二次元検出器の検出領域の幅
L X線の照射距離
M 金属構造物
N 測定部位及びフィレット中心を通る仮想直線
P フィレット中心
P1、P1’ 曲率中心
Q1、Q2 X線の照射距離の取り得る範囲
R フィレット半径
R1 第1の曲率半径
R1’ 曲率半径
R2 第2の曲率半径
S 測定部位
V フィレット中心を通りフランジ部に平行な仮想直線
W 筐体の上下幅
Y1、Y1’ 第1領域
Y2、Y2’ 第2領域
Y3’ 第3領域
θ フィレット角度
Ψ X線の入射角度
η ブラッグ角の余角
2 二次元検出器
3 筐体
3a 下面
3b 上面
10 X線応力測定装置
11 軸部
12 フランジ部
13、13a、13b フィレット部
a フィレット中心を通りフランジ部に平行な仮想直線とフランジ部との間隔
C1 第1の円弧
C2 第2の円弧
C3 第3の円弧
D 二次元検出器の検出領域の幅
L X線の照射距離
M 金属構造物
N 測定部位及びフィレット中心を通る仮想直線
P フィレット中心
P1、P1’ 曲率中心
Q1、Q2 X線の照射距離の取り得る範囲
R フィレット半径
R1 第1の曲率半径
R1’ 曲率半径
R2 第2の曲率半径
S 測定部位
V フィレット中心を通りフランジ部に平行な仮想直線
W 筐体の上下幅
Y1、Y1’ 第1領域
Y2、Y2’ 第2領域
Y3’ 第3領域
θ フィレット角度
Ψ X線の入射角度
η ブラッグ角の余角
Claims (5)
- 軸部とこの軸部から径方向に突出するフランジ部とを有し、上記軸部と上記フランジ部との接続部分にフィレット部を有する金属構造物の上記フィレット部の残留応力測定方法であって、
X線を照射する照射部と、この照射部から上記フィレット部に照射されたX線のブラッグ回折により生じる回折環を検出する二次元検出器と、上記照射部及び上記二次元検出器が装着される筐体とを有するX線応力測定装置を用い、cosα法によって上記残留応力を算出する工程を備え、
上記X線の入射角度をΨ[°]、上記フィレット部のフィレット半径をR[mm]、上記フィレット部のフィレット角度をθ[°]、上記筐体の上下幅をW[mm]、上記二次元検出器の検出領域の幅をD[mm]、ブラッグ角の余角をη[°]、フィレット中心を通り上記フランジ部に平行な仮想直線と上記フランジ部との間隔をa[mm]とした場合、
下記式1を満たし、
かつ、Ψ≧0の場合、上記算出工程における上記二次元検出器を基準とするX線の照射距離L[mm]が下記式2を満たし、
Ψ<0の場合、上記算出工程における上記照射距離Lが下記式3を満たす残留応力測定方法。
但し、上記入射角度Ψは、測定部位及びフィレット中心を通る仮想直線に対し上記軸部側に傾斜した場合をプラス、上記フランジ部側に傾斜した場合をマイナスとする。 - 上記フィレット部が、径の異なる複数の領域を有する場合、上記複数の領域のうち、径が最も大きい領域の曲率中心及び曲率半径を上記フィレット部のフィレット中心及びフィレット半径として定める請求項1に記載の残留応力測定方法。
- 上記フィレット部が、径の異なる複数の領域を有する場合、上記複数の領域のうち、円弧が最も長い領域の曲率中心及び曲率径を上記フィレット部のフィレット中心及びフィレット半径として定める請求項1に記載の残留応力測定方法。
- 上記算出工程が、上記式1から式3を満たす範囲内で上記入射角度Ψが設定値に近づくように上記照射距離Lを調整して上記X線応力測定装置を上記フィレット部に対して配置する工程を有する請求項1、請求項2又は請求項3に記載の残留応力測定方法。
- 上記設定値が35°又は-35°である請求項4に記載の残留応力測定方法。
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