JPH1123383A - 金属材料の残留応力測定方法 - Google Patents

金属材料の残留応力測定方法

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JPH1123383A
JPH1123383A JP19187297A JP19187297A JPH1123383A JP H1123383 A JPH1123383 A JP H1123383A JP 19187297 A JP19187297 A JP 19187297A JP 19187297 A JP19187297 A JP 19187297A JP H1123383 A JPH1123383 A JP H1123383A
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信夫 戸塚
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俊治 酒井
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宣雄 中島
Hiromichi Mitsuta
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Abstract

(57)【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。

Description

【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・ε σ: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(Y
S;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、18000k
g/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。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)本発明測定方法に使用する2点マーカー
ヘッドを示す正面図である。 (B)同、側面図である。
【図2】(A)同、3点マーカーヘッドを示す正面図で
ある。 (B)同、側面図である。
【図3】(A)同、3点マーカーヘッドの他の例を示す
正面図である。 (B)同、側面図である。
【図4】(A)同、4点マーカーヘッドを示す正面図で
ある。 (B)同、側面図である。
【図5】(A)同、4点マーカーヘッドの他の例を示す
正面図である。 (B)同、側面図である。
【図6】(A)三角錘状の圧子を示す正面図である。 (B)同、側面図である。
【図7】(A)四角錘状の圧子を示す正面図である。 (B)同、側面図である。
【図8】(A)引張試験片を示す正面図である。 (B)同、側面図である。
【図9】本発明の測定方法に使用するマーカージグの一
例を示す正面図である。
【図10】(A)パイプによる応力測定試験の状態を示
す模式図である。 (B)同図(A)から90°角度を変えて行った応力測
定試験の状態を示す模式図である。
【符号の説明】
1 圧子 2 ヘッド部(マーカー) 3 反力受け 4 駆動伝達軸 5 クランプ 6 モータ c 角錘の頂部(圧子の先端)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 宣雄 京都府相楽郡精華町大字南稲八妻小字大谷 123番地株式会社原子力安全システム研究 所内 (72)発明者 光田 弘道 京都府相楽郡精華町大字南稲八妻小字大谷 123番地株式会社原子力安全システム研究 所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103090999A (zh) * 2013-01-11 2013-05-08 北京工业大学 一种用于tsv填充铜残余应力测量的加热装置
CN103630453A (zh) * 2013-11-11 2014-03-12 湖南大学 一种可控制高精度磨削机理研究实验装置
CN112763318A (zh) * 2020-12-29 2021-05-07 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种金属材料残余应力模拟试验装置及方法
CN115166195A (zh) * 2022-08-03 2022-10-11 河北华建检测试验有限责任公司 一种智能化金属材料无损检测设备

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CN112763318B (zh) * 2020-12-29 2024-04-09 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种金属材料残余应力模拟试验装置及方法
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