JPH0584452A - 残留応力改善用ウオータージエツトピーニングノズル - Google Patents
残留応力改善用ウオータージエツトピーニングノズルInfo
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- JPH0584452A JPH0584452A JP3249648A JP24964891A JPH0584452A JP H0584452 A JPH0584452 A JP H0584452A JP 3249648 A JP3249648 A JP 3249648A JP 24964891 A JP24964891 A JP 24964891A JP H0584452 A JPH0584452 A JP H0584452A
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- B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
- B24C1/10—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for compacting surfaces, e.g. shot-peening
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
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- B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
- B24C5/02—Blast guns, e.g. for generating high velocity abrasive fluid jets for cutting materials
- B24C5/04—Nozzles therefor
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Nozzles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 水中でノズルから高速に水流を噴出して水中
に浸漬されている金属材料の表面に衝突させ、キャビテ
ーションを発生させて金属材料の表面引張残留応力を改
善するためのウォータージェットピーニング用ノズル
を、残留応力改善に最も有効なノズル−金属材料間距離
（噴出方向での）とノズルオリフィス部径との比を確保
しつつノズル−金属材料間間隔を短くし、狭隘部でも使
用可能に改良する。 【構成】 ノズル１は、上流側の高圧水供給導管部２
に、オリフィス部３およびそれと中心軸線を同じくする
末広がりのホーン部４からなる水噴出孔を設けたものよ
り成り、高圧水供給導管部２の中心軸５に対して水噴出
孔の中心軸６は角度θをなす。θ＝９０°としてパイプ
内面へ適用する実施例もある。水噴出孔を複数設け、そ
れらの噴出反力を互いに相殺して回転力を生じない様に
した実施例、又は噴出反力でノズルを中心軸５の周りに
回転させる実施例もある。
に浸漬されている金属材料の表面に衝突させ、キャビテ
ーションを発生させて金属材料の表面引張残留応力を改
善するためのウォータージェットピーニング用ノズル
を、残留応力改善に最も有効なノズル−金属材料間距離
（噴出方向での）とノズルオリフィス部径との比を確保
しつつノズル−金属材料間間隔を短くし、狭隘部でも使
用可能に改良する。 【構成】 ノズル１は、上流側の高圧水供給導管部２
に、オリフィス部３およびそれと中心軸線を同じくする
末広がりのホーン部４からなる水噴出孔を設けたものよ
り成り、高圧水供給導管部２の中心軸５に対して水噴出
孔の中心軸６は角度θをなす。θ＝９０°としてパイプ
内面へ適用する実施例もある。水噴出孔を複数設け、そ
れらの噴出反力を互いに相殺して回転力を生じない様に
した実施例、又は噴出反力でノズルを中心軸５の周りに
回転させる実施例もある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属材料表面に存在す
る表面引張残留応力の改善技術に係り、水中においてキ
ャビテーションを伴う高速の水噴流を金属材料の表面に
当てることによって、引張応力が存在する金属材料の表
面応力を改善するのに好適な、残留応力改善用ウォータ
ージェットピーニングノズルに関する。
る表面引張残留応力の改善技術に係り、水中においてキ
ャビテーションを伴う高速の水噴流を金属材料の表面に
当てることによって、引張応力が存在する金属材料の表
面応力を改善するのに好適な、残留応力改善用ウォータ
ージェットピーニングノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】オーステナイトステンレス鋼等の金属材
料は高温水中に置かれた場合その溶接部またはその近傍
において応力腐食割れ（intergranular stress corrosi
on cracking,以下、ＩＧＳＣＣと略す）が発生すること
は、一般的に知られている。ＩＧＳＣＣは発生要因とし
て材料、応力、環境の因子が重畳した条件下で生ずると
されている。材料因子としてはＣｒ炭化物が結晶粒界へ
析出してその周囲に耐食性の劣るＣｒ欠乏層が形成され
ることに因る鋭敏化、応力因子としては溶接や加工によ
って材料内部に残留する引張残留応力、環境因子として
は高温水中の溶存酸素量などが挙げられる。ＩＧＳＣＣ
はこれらの３因子が重畳した条件下で発生することか
ら、これらの３因子の中から１つ因子を取り除くことに
より防止することが可能である。
料は高温水中に置かれた場合その溶接部またはその近傍
において応力腐食割れ（intergranular stress corrosi
on cracking,以下、ＩＧＳＣＣと略す）が発生すること
は、一般的に知られている。ＩＧＳＣＣは発生要因とし
て材料、応力、環境の因子が重畳した条件下で生ずると
されている。材料因子としてはＣｒ炭化物が結晶粒界へ
析出してその周囲に耐食性の劣るＣｒ欠乏層が形成され
ることに因る鋭敏化、応力因子としては溶接や加工によ
って材料内部に残留する引張残留応力、環境因子として
は高温水中の溶存酸素量などが挙げられる。ＩＧＳＣＣ
はこれらの３因子が重畳した条件下で発生することか
ら、これらの３因子の中から１つ因子を取り除くことに
より防止することが可能である。
【０００３】残留応力改善手段として特開昭62-63614号
公報に記載されている従来技術は、残留応力改善対象物
である熱交換器等の管の内部に高圧液体ジェットを噴出
する回転ノズル部を有する高圧水ショットピーニング装
置を挿入し、ジェットそのものの軸動圧エネルギー（ジ
ェット噴流の軸方向動圧エネルギー）で前記管内面をピ
ーニングすることにより、前記管に元々存在していた引
張残留応力を圧縮残留応力に転化するものである。
公報に記載されている従来技術は、残留応力改善対象物
である熱交換器等の管の内部に高圧液体ジェットを噴出
する回転ノズル部を有する高圧水ショットピーニング装
置を挿入し、ジェットそのものの軸動圧エネルギー（ジ
ェット噴流の軸方向動圧エネルギー）で前記管内面をピ
ーニングすることにより、前記管に元々存在していた引
張残留応力を圧縮残留応力に転化するものである。
【０００４】液中ジェット噴射用ノズルとして特開昭６
０−１６８５５４号公報に記載されている従来技術は、
キャビテーション現象を効果的に作用させるためのノズ
ルの形状に関するものである。
０−１６８５５４号公報に記載されている従来技術は、
キャビテーション現象を効果的に作用させるためのノズ
ルの形状に関するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記第１の従来技術
は、熱交換器等の管内面の残留応力を改善する方法とし
て有効な方法ではあるが、この方法は大気中にてノズル
から噴出する液体ジェットを金属部材の表面に当て、こ
の衝撃エネルギーで前記金属表面をピーニングするもの
であり、この技術は大気中でウォータージェットの軸動
圧を利用したものであってウォータージェットの噴出圧
力のみに頼った方法であるため、例えば水中でこの技術
を利用した場合には、周囲水の抵抗があること、ウォー
タージェットが周囲水と同相であるため拡散が速いこと
等のため噴流軸動圧力は減衰し、ピーニング効果を有効
に得ることは難しく、大気中噴流と同等の軸動圧を得る
には、超高圧でのウォータージェット噴出が必要とな
り、ポンプ及び関連機器のコスト面で不利になる。
は、熱交換器等の管内面の残留応力を改善する方法とし
て有効な方法ではあるが、この方法は大気中にてノズル
から噴出する液体ジェットを金属部材の表面に当て、こ
の衝撃エネルギーで前記金属表面をピーニングするもの
であり、この技術は大気中でウォータージェットの軸動
圧を利用したものであってウォータージェットの噴出圧
力のみに頼った方法であるため、例えば水中でこの技術
を利用した場合には、周囲水の抵抗があること、ウォー
タージェットが周囲水と同相であるため拡散が速いこと
等のため噴流軸動圧力は減衰し、ピーニング効果を有効
に得ることは難しく、大気中噴流と同等の軸動圧を得る
には、超高圧でのウォータージェット噴出が必要とな
り、ポンプ及び関連機器のコスト面で不利になる。
【０００６】また、上記第２の従来技術による液中ジェ
ット噴射用ノズルは、キャビテーション現象を効果的に
作用させるためのノズルとしては有効な形状であるが、
このノズルを水中で使用しキャビテーション現象を利用
して金属表面の残留応力改善に適用する場合には、残留
応力改善効果上ノズルオリフィス部孔径とノズル−金属
表面間距離との比に最適値が有り、ノズル−金属表面間
に一定間隔を保つ必要がある。しかるに、例えば狭隘部
においては、上記従来技術による液中ジェット噴射用ノ
ズルを使用して金属表面の残留応力改善を図る場合、残
留応力改善上最も効果のあるノズル−金属表面距離を確
保出来ず、残留応力改善効果上不利になる場合がある。
ット噴射用ノズルは、キャビテーション現象を効果的に
作用させるためのノズルとしては有効な形状であるが、
このノズルを水中で使用しキャビテーション現象を利用
して金属表面の残留応力改善に適用する場合には、残留
応力改善効果上ノズルオリフィス部孔径とノズル−金属
表面間距離との比に最適値が有り、ノズル−金属表面間
に一定間隔を保つ必要がある。しかるに、例えば狭隘部
においては、上記従来技術による液中ジェット噴射用ノ
ズルを使用して金属表面の残留応力改善を図る場合、残
留応力改善上最も効果のあるノズル−金属表面距離を確
保出来ず、残留応力改善効果上不利になる場合がある。
【０００７】本発明は、噴出方向におけるノズル−金属
表面間距離とノズルオリフィス部孔径との比を残留応力
改善に適した値にしながらノズル−金属表面間の間隔を
短くでき、以て、例えば狭隘部においても効果的に残留
応力を改善することが出来る残留応力改善用ウォーター
ジェットピーニングノズルを提供することを目的とす
る。
表面間距離とノズルオリフィス部孔径との比を残留応力
改善に適した値にしながらノズル−金属表面間の間隔を
短くでき、以て、例えば狭隘部においても効果的に残留
応力を改善することが出来る残留応力改善用ウォーター
ジェットピーニングノズルを提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の残留応力改善用ウォータージェットピーニ
ングノズルは、特許請求の範囲の各請求項に記載の構成
を有する。
に、本発明の残留応力改善用ウォータージェットピーニ
ングノズルは、特許請求の範囲の各請求項に記載の構成
を有する。
【０００９】
【作用】ノズルの上流側高圧液供給部に供給された高圧
水を液噴出孔から水中に高速噴出水流として噴出し、水
中に浸漬されている金属材料の表面に衝突させ、該高速
噴出水流によりキャビテーションを発生させることによ
って該金属材料の表面に局部的高圧力分布及び降伏点以
上の歪みを発生せしめ、以て該金属材料の表面の引張残
留応力を減らし、もしくは圧縮残留応力に転化させ、こ
れにより、表面残留応力が改善される。而して、本発明
の残留応力改善用ウォータージェットピーニングノズル
によれば、上流側高圧液供給導管部の中心軸と液噴出孔
の中心軸を一致させたノズルに比較して、残留応力改善
上最も効果のある、水噴出方向におけるノズル−金属表
面間距離とノズルオリフィス部孔径との比を確保しなが
ら、ノズル−金属表面間の間隔を短くすることが出来、
狭隘部にも適用することができる。
水を液噴出孔から水中に高速噴出水流として噴出し、水
中に浸漬されている金属材料の表面に衝突させ、該高速
噴出水流によりキャビテーションを発生させることによ
って該金属材料の表面に局部的高圧力分布及び降伏点以
上の歪みを発生せしめ、以て該金属材料の表面の引張残
留応力を減らし、もしくは圧縮残留応力に転化させ、こ
れにより、表面残留応力が改善される。而して、本発明
の残留応力改善用ウォータージェットピーニングノズル
によれば、上流側高圧液供給導管部の中心軸と液噴出孔
の中心軸を一致させたノズルに比較して、残留応力改善
上最も効果のある、水噴出方向におけるノズル−金属表
面間距離とノズルオリフィス部孔径との比を確保しなが
ら、ノズル−金属表面間の間隔を短くすることが出来、
狭隘部にも適用することができる。
【００１０】
【実施例】図２は残留応力改善用ウォータージェットピ
ーニング設備の図であり、水中で金属材料のウォーター
ジェットピーニングを行なう状況を示している。水流は
高圧ポンプ９により加圧され、ホース１０及び導水管１
１を通り、ノズル１２より金属材料１３の表面にウォー
タージェットとして噴出される。金属材料１３はタンク
１７内の水中に浸漬されており、ノズル１２は該水中に
てウォータージェットを噴出する。このときノズル移動
機構１４により金属材料１３との距離を一定に保ちなが
らノズル１２を移動させ、その移動速度は高圧ポンプ９
とともに制御装置１８にて最適値に制御される。ノズル
１２に図３に示すようなホーン型ノズル（特開昭６０−
１６８５５４号公報参照）を用いた場合、これを通る水
流はオリフィス部１５にて流速を増し、オリフィス部１
５の下流にて軸心に対し末広がりにテーパーをもたせた
ホーン部１６より噴出される。このときウォータージェ
ットはオリフィス部１５及びホーン部１６にて速度及び
圧力が大きく変化し、ホーン内に生じる渦流によってキ
ャビテーション現象を誘発して多数のキャビテーション
気泡８を発生させる。このキャビテーション気泡８が金
属材料１３の表面に衝突し崩壊する際に発する水撃圧力
により金属材料１３の表面をピーニングし圧縮残留応力
を付与することができる。
ーニング設備の図であり、水中で金属材料のウォーター
ジェットピーニングを行なう状況を示している。水流は
高圧ポンプ９により加圧され、ホース１０及び導水管１
１を通り、ノズル１２より金属材料１３の表面にウォー
タージェットとして噴出される。金属材料１３はタンク
１７内の水中に浸漬されており、ノズル１２は該水中に
てウォータージェットを噴出する。このときノズル移動
機構１４により金属材料１３との距離を一定に保ちなが
らノズル１２を移動させ、その移動速度は高圧ポンプ９
とともに制御装置１８にて最適値に制御される。ノズル
１２に図３に示すようなホーン型ノズル（特開昭６０−
１６８５５４号公報参照）を用いた場合、これを通る水
流はオリフィス部１５にて流速を増し、オリフィス部１
５の下流にて軸心に対し末広がりにテーパーをもたせた
ホーン部１６より噴出される。このときウォータージェ
ットはオリフィス部１５及びホーン部１６にて速度及び
圧力が大きく変化し、ホーン内に生じる渦流によってキ
ャビテーション現象を誘発して多数のキャビテーション
気泡８を発生させる。このキャビテーション気泡８が金
属材料１３の表面に衝突し崩壊する際に発する水撃圧力
により金属材料１３の表面をピーニングし圧縮残留応力
を付与することができる。
【００１１】図４に示すグラフは図２に示す設備に図３
のノズル１２を使用して水中でのウォータージェットピ
ーニングを実施した結果の残留応力を表したもので、水
深０．３ｍに浸漬されたＳＵＳ３０４製の板状金属試験
片に前記ホーン型ノズル１２により７００ｋｇ／ｃｍ2
のウォータージェットを図３中のθ’＝９０°として噴
出しキャビテーション気泡を発生させ、試験片のピーニ
ングを行った結果を示している。グラフ中のｄはノズル
オリフィス部径、Ｌは水噴出方向でのノズルから試験片
までの距離を示しており、また、グラフの縦軸はウォー
タージェットピーニングの結果として得られた残留応力
の値を表わしている（図中、マイナス値は圧縮応力であ
ることを表わしている）。図４に示されるように、残留
応力改善上Ｌ／ｄには最適値が存在し、本試験ではＬ／
ｄ＝２０〜４０で最大の残留応力改善結果が得られた。
のノズル１２を使用して水中でのウォータージェットピ
ーニングを実施した結果の残留応力を表したもので、水
深０．３ｍに浸漬されたＳＵＳ３０４製の板状金属試験
片に前記ホーン型ノズル１２により７００ｋｇ／ｃｍ2
のウォータージェットを図３中のθ’＝９０°として噴
出しキャビテーション気泡を発生させ、試験片のピーニ
ングを行った結果を示している。グラフ中のｄはノズル
オリフィス部径、Ｌは水噴出方向でのノズルから試験片
までの距離を示しており、また、グラフの縦軸はウォー
タージェットピーニングの結果として得られた残留応力
の値を表わしている（図中、マイナス値は圧縮応力であ
ることを表わしている）。図４に示されるように、残留
応力改善上Ｌ／ｄには最適値が存在し、本試験ではＬ／
ｄ＝２０〜４０で最大の残留応力改善結果が得られた。
【００１２】図５に示すグラフは同様に図２に示す設備
を使用して水中でのウォータージェットピーニングを実
施した結果の残留応力を表したもので、水深０．３ｍに
浸漬されたＳＵＳ３０４製の板状金属試験片にＬ／ｄ＝
３０とし前記図３に示すホーン型ノズル１２により７０
０ｋｇ／ｃｍ2 のウォータージェットを噴出しキャビテ
ーション気泡を発生させ、試験片のピーニングを行った
結果を示している。グラフ中のθ’はウォータージェッ
トの噴出軸と金属試験片との傾斜角を示しており、ま
た、グラフの縦軸はウォータージェットピーニングの結
果として得られた残留応力の値を表している。図５に示
されるように、残留応力改善上ウォータージェットは金
属試験片に対し必ずしも垂直に噴出する必要はなく、残
留応力改善幅はθ’が５０〜６０°でも垂直時（θ’＝
９０°）の値とほぼ同等と言える。これは、キャビテー
ションによるピーニングが、高速水流の水圧によるもの
ではなく、キャビテーション塊から放出される渦形状の
キャビテーション微細気泡列の衝突が支配しているから
である。
を使用して水中でのウォータージェットピーニングを実
施した結果の残留応力を表したもので、水深０．３ｍに
浸漬されたＳＵＳ３０４製の板状金属試験片にＬ／ｄ＝
３０とし前記図３に示すホーン型ノズル１２により７０
０ｋｇ／ｃｍ2 のウォータージェットを噴出しキャビテ
ーション気泡を発生させ、試験片のピーニングを行った
結果を示している。グラフ中のθ’はウォータージェッ
トの噴出軸と金属試験片との傾斜角を示しており、ま
た、グラフの縦軸はウォータージェットピーニングの結
果として得られた残留応力の値を表している。図５に示
されるように、残留応力改善上ウォータージェットは金
属試験片に対し必ずしも垂直に噴出する必要はなく、残
留応力改善幅はθ’が５０〜６０°でも垂直時（θ’＝
９０°）の値とほぼ同等と言える。これは、キャビテー
ションによるピーニングが、高速水流の水圧によるもの
ではなく、キャビテーション塊から放出される渦形状の
キャビテーション微細気泡列の衝突が支配しているから
である。
【００１３】本発明は図４及び図５に示す試験データに
基き得られたものであって、図１に本発明の１実施例に
よる残留応力改善用ウォータージェットピーニングノズ
ル１の構造を、中心軸５を通る断面図として示す。本実
施例の残留応力改善用ウォータージェットピーニングノ
ズル１は上流側高圧液供給導管部２に対し、液体の流速
を増すためのオリフィス部３及び該オリフィス部３の下
流にて該オリフィス部の中心軸６を中心軸として末広が
りにテーパーをもたせたホーン部４からなる液噴出孔を
設け、この液噴出孔より水中に高圧流体を噴出する構造
とし、且つ、上流側高圧液供給導管部２の中心軸５と液
噴出孔の中心軸６とは、ある一定の傾斜角θを有する構
造とする。
基き得られたものであって、図１に本発明の１実施例に
よる残留応力改善用ウォータージェットピーニングノズ
ル１の構造を、中心軸５を通る断面図として示す。本実
施例の残留応力改善用ウォータージェットピーニングノ
ズル１は上流側高圧液供給導管部２に対し、液体の流速
を増すためのオリフィス部３及び該オリフィス部３の下
流にて該オリフィス部の中心軸６を中心軸として末広が
りにテーパーをもたせたホーン部４からなる液噴出孔を
設け、この液噴出孔より水中に高圧流体を噴出する構造
とし、且つ、上流側高圧液供給導管部２の中心軸５と液
噴出孔の中心軸６とは、ある一定の傾斜角θを有する構
造とする。
【００１４】図６は（ａ）に示す従来型のホーンノズル
と（ｂ）に示す本発明によるノズル（θ’＝５０°の場
合）のＬ／ｄとノズル−金属表面間間隔Ｘを比較して示
す。図中実線は（ａ）の従来型のホーンノズルの、ま
た、点線は（ｂ）の本発明ノズルの値を示す。本発明ノ
ズルでは、従来のノズルに比べて、同じＬ／ｄの値（ｄ
はノズルオリフィス部径、Ｌは水噴出方向でのノズル−
金属材料表面間の距離）に対してノズル−金属表面間の
間隔Ｘを小さくできることが示されている。
と（ｂ）に示す本発明によるノズル（θ’＝５０°の場
合）のＬ／ｄとノズル−金属表面間間隔Ｘを比較して示
す。図中実線は（ａ）の従来型のホーンノズルの、ま
た、点線は（ｂ）の本発明ノズルの値を示す。本発明ノ
ズルでは、従来のノズルに比べて、同じＬ／ｄの値（ｄ
はノズルオリフィス部径、Ｌは水噴出方向でのノズル−
金属材料表面間の距離）に対してノズル−金属表面間の
間隔Ｘを小さくできることが示されている。
【００１５】図７は、本発明の他の一実施例による残留
応力改善用ウォータージェットピーニングノズルの構造
を中心軸を通る断面図として示したもので、上流側高圧
液供給導管部２にその中心軸に対し傾斜して外方へ向う
複数のオリフィス部３及びホーン部４よりなる液噴出孔
を設け、しかも、該複数の液噴出孔を互いの噴出反力が
打消あうように等間隔に配置することにより、前記上流
側高圧液供給導管部２の中心軸に対し水平方向の反力は
発生せず、しかも一度のウォータージェットピーニング
により広範囲の残留応力改善領域が得られる。
応力改善用ウォータージェットピーニングノズルの構造
を中心軸を通る断面図として示したもので、上流側高圧
液供給導管部２にその中心軸に対し傾斜して外方へ向う
複数のオリフィス部３及びホーン部４よりなる液噴出孔
を設け、しかも、該複数の液噴出孔を互いの噴出反力が
打消あうように等間隔に配置することにより、前記上流
側高圧液供給導管部２の中心軸に対し水平方向の反力は
発生せず、しかも一度のウォータージェットピーニング
により広範囲の残留応力改善領域が得られる。
【００１６】図８は、本発明の更に別な一実施例の残留
応力改善用ウォータージェットピーニングノズルの構造
を中心軸を通る断面図として示したもので、上流側高圧
液供給導管部２にその中心軸に対し傾斜して内方へ向う
複数のオリフィス部３及びホーン部４よりなる液噴出孔
を設け、しかも、該複数の液噴射孔を互いの噴出反力が
打消あうように等間隔に配置することにより、前記上流
側高圧液供給導管部２の中心軸に対し水平方向の反力は
発生せず、しかも一度のウォータージェットピーニング
により広範囲の残留応力改善領域が得られる。
応力改善用ウォータージェットピーニングノズルの構造
を中心軸を通る断面図として示したもので、上流側高圧
液供給導管部２にその中心軸に対し傾斜して内方へ向う
複数のオリフィス部３及びホーン部４よりなる液噴出孔
を設け、しかも、該複数の液噴射孔を互いの噴出反力が
打消あうように等間隔に配置することにより、前記上流
側高圧液供給導管部２の中心軸に対し水平方向の反力は
発生せず、しかも一度のウォータージェットピーニング
により広範囲の残留応力改善領域が得られる。
【００１７】図９は本発明の更に他の一実施例の残留応
力改善用ウォータージェットピーニングノズルの外形
図、図１０は該ノズルのオリフィス中心軸を通る断面図
であって、上流側高圧液供給導管部２の中心軸に対して
垂直な面に、複数のオリフィス部３及びホーン部４より
なる液噴出孔の中心軸がある様に（即ち、図１のθに相
当する角が９０°である様に）設け、且つ各液噴出孔の
中心軸は高圧液供給導管部２の中心軸に対してずらせて
あり、しかも、該複数の液噴出孔を互いの噴出反力が打
消あうように配置してある。このことにより、前記上流
側高圧液供給導管部２の中心軸に対し水平方向の反力は
発生せず、しかも一度のウォータージェットピーニング
により広範囲の残留応力改善領域が得られる。本実施例
のノズルはパイプ内面への適用を主目的とする。
力改善用ウォータージェットピーニングノズルの外形
図、図１０は該ノズルのオリフィス中心軸を通る断面図
であって、上流側高圧液供給導管部２の中心軸に対して
垂直な面に、複数のオリフィス部３及びホーン部４より
なる液噴出孔の中心軸がある様に（即ち、図１のθに相
当する角が９０°である様に）設け、且つ各液噴出孔の
中心軸は高圧液供給導管部２の中心軸に対してずらせて
あり、しかも、該複数の液噴出孔を互いの噴出反力が打
消あうように配置してある。このことにより、前記上流
側高圧液供給導管部２の中心軸に対し水平方向の反力は
発生せず、しかも一度のウォータージェットピーニング
により広範囲の残留応力改善領域が得られる。本実施例
のノズルはパイプ内面への適用を主目的とする。
【００１８】図１１は本発明の更に他の一実施例の残留
応力改善用ウォータージェットピーニングノズルの外形
図、図１２は該ノズルのオリフィス中心軸を通る断面図
であって、上流側高圧液供給導管部２の中心軸に対して
垂直な面に、複数のオリフィス部３及びホーン部４より
なる液噴出孔の中心軸がある様に（即ち、図１のθに相
当する角が９０°である様に）設け、且つ各液噴出孔の
中心軸線を前記上流側高圧液供給導管部２の中心軸に対
してずらしてあり、しかも、前記上流側高圧液供給導管
部２の中心軸を中心に回転力を得ることができるように
該複数の液噴出孔を配置してある。このノズルを軸受１
９で保持することにより、回転ノズルが構成される。本
実施例のノズルはパイプ内面への適用を主目的とする。
応力改善用ウォータージェットピーニングノズルの外形
図、図１２は該ノズルのオリフィス中心軸を通る断面図
であって、上流側高圧液供給導管部２の中心軸に対して
垂直な面に、複数のオリフィス部３及びホーン部４より
なる液噴出孔の中心軸がある様に（即ち、図１のθに相
当する角が９０°である様に）設け、且つ各液噴出孔の
中心軸線を前記上流側高圧液供給導管部２の中心軸に対
してずらしてあり、しかも、前記上流側高圧液供給導管
部２の中心軸を中心に回転力を得ることができるように
該複数の液噴出孔を配置してある。このノズルを軸受１
９で保持することにより、回転ノズルが構成される。本
実施例のノズルはパイプ内面への適用を主目的とする。
【００１９】図１３は、本発明の更に別の一実施例の残
留応力改善用ウォータージェットピーニングノズルの構
造を、中心軸を通る断面図として示したものである。図
１４は該ノズルの上流側高圧液供給導管部２の中心軸に
対し垂直な面で切断した断面図である。上流側高圧液供
給導管部２の中心軸に対しある傾斜角を有するように内
向きの複数のオリフィス部３及びホーン部４よりなる液
噴出孔を設け、しかも、該複数の液噴出孔を互いの噴出
反力が打消あうように配置してある。さらに、上流側高
圧液供給導管部２の中心軸に対して垂直な面には、オリ
フィス部３及びホーン部４よりなる液噴出孔の中心軸が
ある様に（即ち、図１のθに相当する角が９０°である
様に）設け、且つ該液噴出孔の各々の中心軸線を前記上
流側高圧液供給導管部２の中心軸に対してずらしたこと
により、前記上流側高圧液供給導管部２の中心軸を中心
に回転力を得ることができる。このノズルを図１１と同
様に軸受１９により保持することにより回転ノズルが構
成される。
留応力改善用ウォータージェットピーニングノズルの構
造を、中心軸を通る断面図として示したものである。図
１４は該ノズルの上流側高圧液供給導管部２の中心軸に
対し垂直な面で切断した断面図である。上流側高圧液供
給導管部２の中心軸に対しある傾斜角を有するように内
向きの複数のオリフィス部３及びホーン部４よりなる液
噴出孔を設け、しかも、該複数の液噴出孔を互いの噴出
反力が打消あうように配置してある。さらに、上流側高
圧液供給導管部２の中心軸に対して垂直な面には、オリ
フィス部３及びホーン部４よりなる液噴出孔の中心軸が
ある様に（即ち、図１のθに相当する角が９０°である
様に）設け、且つ該液噴出孔の各々の中心軸線を前記上
流側高圧液供給導管部２の中心軸に対してずらしたこと
により、前記上流側高圧液供給導管部２の中心軸を中心
に回転力を得ることができる。このノズルを図１１と同
様に軸受１９により保持することにより回転ノズルが構
成される。
【００２０】
【発明の効果】本発明によればウォータージェットを噴
出しキャビテーションを発生させ、そのキャビテーショ
ン気泡の崩壊による衝撃エネルギーにより金属材料をピ
ーニングして表面圧縮残留応力を生じさせることによ
り、応力腐食割れを防止する技術において、ノズルの上
流側高圧液供給導管部の中心軸と液噴出孔の中心軸を傾
斜させることにより、狭隘部においても噴出方向でのノ
ズル−金属表面間距離とノズルオリフィス部孔径との比
を適切に確保しつつノズル−金属表面間の間隔を短くし
て残留応力を改善することが出来る。
出しキャビテーションを発生させ、そのキャビテーショ
ン気泡の崩壊による衝撃エネルギーにより金属材料をピ
ーニングして表面圧縮残留応力を生じさせることによ
り、応力腐食割れを防止する技術において、ノズルの上
流側高圧液供給導管部の中心軸と液噴出孔の中心軸を傾
斜させることにより、狭隘部においても噴出方向でのノ
ズル−金属表面間距離とノズルオリフィス部孔径との比
を適切に確保しつつノズル−金属表面間の間隔を短くし
て残留応力を改善することが出来る。
【図１】本発明のノズルの１実施例であるホーン型ノズ
ルの縦断面図
ルの縦断面図
【図２】水中でウォータージェットピーニングを行う装
置の例示図
置の例示図
【図３】従来型のホーン型ノズルの縦断面図
【図４】θ’＝９０°として従来型のホーン型ノズルを
用いたウォータージェットピーニング実施後の残留応力
とＬ／ｄの関係を示すグラフ
用いたウォータージェットピーニング実施後の残留応力
とＬ／ｄの関係を示すグラフ
【図５】従来型のホーン型ノズルを用いたウォータージ
ェットピーニング実施後の残留応力とウォータージェッ
トの噴出軸と金属試験片との傾斜角θ’との関係を示す
グラフ
ェットピーニング実施後の残留応力とウォータージェッ
トの噴出軸と金属試験片との傾斜角θ’との関係を示す
グラフ
【図６】従来ノズルと本発明によるノズルによってウォ
ータージェットピーニングを行う場合のＬ／ｄとノズル
−金属試験片間間隔Ｘとの関係の比較図
ータージェットピーニングを行う場合のＬ／ｄとノズル
−金属試験片間間隔Ｘとの関係の比較図
【図７】本発明のノズルの他の実施例の縦断面図
【図８】本発明のノズルの更に他の実施例の縦断面図
【図９】本発明のノズルの更に別の実施例の外形図
【図１０】図９に示したノズルの横断面図
【図１１】本発明のノズルの更に他の実施例の外形図
【図１２】図１１に示したノズルの横断面図
【図１３】本発明のノズルの更に別の実施例の縦断面図
【図１４】図１３に示したノズルの横断面図
１…ノズル ２…上流側高圧液供
給導管部 ３…オリフィス部 ４…ホーン部 ５…上流側高圧液供給導管部の軸心 ６…オリフィス部の軸心 ８…キャビテーショ
ン気泡 ９…高圧ポンプ １０…ホース １１…導水管 １２…ノズル １３…金属材料 １４…ノズル移動機
構 １５…オリフィス部 １６…ホーン部 １７…水タンク １８…制御装置 １９…軸受
給導管部 ３…オリフィス部 ４…ホーン部 ５…上流側高圧液供給導管部の軸心 ６…オリフィス部の軸心 ８…キャビテーショ
ン気泡 ９…高圧ポンプ １０…ホース １１…導水管 １２…ノズル １３…金属材料 １４…ノズル移動機
構 １５…オリフィス部 １６…ホーン部 １７…水タンク １８…制御装置 １９…軸受
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榎本邦夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 佐藤一教 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日立 株式会社内 (72)発明者 玉井康方 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 斉藤英世 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 市江浩三 富山県魚津市本江2410番地 株式会社スギ ノマシン内 (72)発明者 酒井英明 富山県魚津市本江2410番地 株式会社スギ ノマシン内
Claims (6)
- 【請求項１】 水中にてノズルから噴出された高速の噴
出水流を水中に浸漬されている金属材料の表面に衝突さ
せ、前記ノズルから噴出された高速の噴出水流によりキ
ャビテーションを発生させることによって前記金属材料
の表面に局部的高圧力分布と降伏点以上の歪みを発生さ
せ前記金属材料の表面引張残留応力を緩和するウォータ
ージェットピーニングノズルであって、上流側高圧液供
給導管部に、液体の流速を増すためのオリフィス部およ
び該オリフィス部の下流において該オリフィス部の中心
軸を中心軸として拡大された断面を持つホーン部よりな
る液噴出孔を形成し、且つ、前記上流側高圧液供給導管
部の中心軸に対して前記液噴出孔の中心軸が角度を持っ
ていることを特徴とする残留応力改善用ウォータージェ
ットピーニングノズル。 - 【請求項２】 前記液噴出孔を複数設けた請求項１の残
留応力改善用ウォータージェットピーニングノズル。 - 【請求項３】 複数の前記液噴出孔からの噴出反力が互
に打消し合うようにそれらの液噴出孔を配置した請求項
２の残留応力改善用ウォータージェットピーニングノズ
ル。 - 【請求項４】 複数の前記液噴出孔は、それらの夫々の
中心軸が前記上流側高圧液供給導管部の中心軸に対し垂
直な面内にある様に設けられている請求項３の残留応力
改善用ウォータージェットピーニングノズル。 - 【請求項５】 複数の前記液噴出孔は、それらの夫々の
中心軸が前記上流側高圧液供給導管部の中心軸に対し垂
直な面内にある様に設けられ、且つ、該液噴出孔よりの
噴出反力により前記上流側高圧液供給導管部の中心軸を
中心に回転力を得るように配置されている請求項２の残
留応力改善用ウォータージェットピーニングノズル。 - 【請求項６】 複数の前記液噴出孔のうち、一部の複数
の液噴出孔は、その中心軸が前記上流側高圧液供給導管
部の中心軸に対し垂直な面内にある様に設けられ、且
つ、それらの液噴出孔よりの噴出反力により前記上流側
高圧液供給導管部の中心軸を中心に回転力を得るように
配置されており、他の複数の液噴出孔は、その中心軸が
前記上流側高圧液供給導管部の中心軸に対して傾斜して
おり且つそれらの液噴出孔からの噴出反力が互に打消し
合う様に配置されている請求項２の残留応力改善用ウォ
ータージェットピーニングノズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3249648A JP2991545B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 残留応力改善方法並びに残留応力改善装置及びウォータジェットピーニング用ノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3249648A JP2991545B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 残留応力改善方法並びに残留応力改善装置及びウォータジェットピーニング用ノズル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0584452A true JPH0584452A (ja) | 1993-04-06 |
| JP2991545B2 JP2991545B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=17196149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3249648A Expired - Lifetime JP2991545B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 残留応力改善方法並びに残留応力改善装置及びウォータジェットピーニング用ノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2991545B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005238125A (ja) * | 2004-02-26 | 2005-09-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 液噴流ピーニング用ノズル |
| JP2006095623A (ja) * | 2004-09-29 | 2006-04-13 | Hitachi Ltd | 管内面に対するウォータージェットピーニングによる残留応力改善方法及びその装置 |
| JP2015136746A (ja) * | 2014-01-21 | 2015-07-30 | ジヤトコ株式会社 | バリ取り装置用のノズル |
| US10376942B2 (en) | 2014-03-26 | 2019-08-13 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Water jet peening device |
| JP2020075303A (ja) * | 2018-11-05 | 2020-05-21 | 櫻護謨株式会社 | ノズルおよびブラスト装置 |
| JP7625359B1 (ja) * | 2024-06-24 | 2025-02-03 | 株式会社スギノマシン | キャビテーション処理方法 |
| JP2025170581A (ja) * | 2024-05-07 | 2025-11-19 | 株式会社スギノマシン | キャビテーション表面処理用ノズル、及びキャビテーション表面処理装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101823236A (zh) * | 2010-04-22 | 2010-09-08 | 江苏大学 | 一种超高压水切割用宝石喷嘴的宝石座 |
| JP6872929B2 (ja) | 2017-02-23 | 2021-05-19 | 株式会社スギノマシン | ウォータージェットピーニング方法 |
| JP2019023450A (ja) * | 2017-07-24 | 2019-02-14 | 株式会社富士通ゼネラル | 圧縮機 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60168554A (ja) * | 1984-02-13 | 1985-09-02 | Sugino Mach:Kk | 液中ジエツト噴射用ノズル |
| JPS6480458A (en) * | 1987-09-22 | 1989-03-27 | Sanki Seikosho Kk | Injection nozzle device |
| JPH01252399A (ja) * | 1988-04-01 | 1989-10-09 | Sugino Mach Ltd | 高圧流体噴射を用いた加工装置 |
-
1991
- 1991-09-27 JP JP3249648A patent/JP2991545B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS60168554A (ja) * | 1984-02-13 | 1985-09-02 | Sugino Mach:Kk | 液中ジエツト噴射用ノズル |
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| JPH01252399A (ja) * | 1988-04-01 | 1989-10-09 | Sugino Mach Ltd | 高圧流体噴射を用いた加工装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2015136746A (ja) * | 2014-01-21 | 2015-07-30 | ジヤトコ株式会社 | バリ取り装置用のノズル |
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| JP2020075303A (ja) * | 2018-11-05 | 2020-05-21 | 櫻護謨株式会社 | ノズルおよびブラスト装置 |
| JP2025170581A (ja) * | 2024-05-07 | 2025-11-19 | 株式会社スギノマシン | キャビテーション表面処理用ノズル、及びキャビテーション表面処理装置 |
| US12521824B2 (en) | 2024-05-07 | 2026-01-13 | Sugino Machine Limited | Cavitation surface processing nozzle and cavitation surface processing apparatus |
| JP7625359B1 (ja) * | 2024-06-24 | 2025-02-03 | 株式会社スギノマシン | キャビテーション処理方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2991545B2 (ja) | 1999-12-20 |
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