JP2004245805A - 試験片採取方法 - Google Patents

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Daijiro Fukuda
大二郎 福田
Yujiro Nakatani
祐二郎 中谷
Akira Tanaka
明 田中
Yutaka Ishiwatari
裕 石渡
Yoshiyasu Ito
義康 伊藤
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Abstract

【課題】構造物への損傷が軽微であり短時間で採取可能な試験片採取方法を提供することである。
【解決手段】構造物から試料を採取する採取工程と、採取工程で採取した試料を材料強度試験用試験片の外形寸法に加工する外形加工工程と、外形加工工程で外形加工された試料を試験片の形状に加工する仕上げ工程の各工程において、試料と加工具との間に砥粒を含有するスラリーを介在させ試料と加工具とを押圧し、加工具に超音波振動を加える超音波加工機を用いて試料を採取し、試験片の外形寸法に加工し、試験片の形状に加工するようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造部材から試料を採取して材料強度試験片の外形寸法および形状に加工する試験片採取方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、金属材料や非金属材料の材料特性を評価するために、引張試験や疲労試験等種々の材料特性試験が行われている。材料特性試験は損傷を受ける構造物を模した試験片を用いて行われるが、近年、損傷領域の狭い領域や薄肉で構成された構造物について微小試験片を採取して材料特性評価試験を行っている。構造物から直接微小な試験片を切り出して材料特性評価試験を行う場合には、試験片の切り出しによる構造物へのダメージを最小限にすることが必要である。
【0003】
構造物から試験片を切り出す試験片採取方法としてはワイヤカット法が広く用いられている。ワイヤカット法は、構造物を切断して試験片を加工できるブロックを採取するのが一般的で、実機構造物においては廃却品を対象にしている。また、放電加工を主とした試験片採取方法では、精度の高い試料を採取することができるが、採取時間がかかることから予め試験片を採取する位置の両側に半月状の溝を削り出しておき採取時間を短縮できるようにしたものもある(例えば、特許文献1参照)。また、予め試験片を採取する位置にドリル加工を施しその後に放電加工により試験片を採取するようにしたものもある(例えば、特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平9−150318号公報
【0005】
【特許文献2】
特開平9−155646号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワイヤカット法は、構造物を切断して試験片を採取するため、廃却品のような継続使用を行わない構造物や、試験片を採取するために供されるブロック形状の材料を対象とすることが多く、使用を継続する構造物に対しては損傷が大きすぎるため適していない。
【0007】
また、放電加工法では試験片の採取に時間がかかることから、予め溝を設けたりドリル加工を施して採取時間を短縮するようにしているが、放電加工法のみに比べて採取時間は短縮できるが放電加工法自体においてはやはり時間を要する。また、ドリル加工の併用では構造物への損傷も大きい。
【0008】
本発明は、構造物への損傷が軽微であり短時間で採取可能な試験片採取方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の試験片採取方法は、構造物から試料を採取する採取工程と、採取工程で採取した試料を材料強度試験用試験片の外形寸法に加工する外形加工工程と、外形加工工程で外形加工された試料を試験片の形状に加工する仕上げ工程の各工程において、試料と加工具との間に砥粒を含有するスラリーを介在させ試料と加工具とを押圧し、加工具に超音波振動を加える超音波加工機を用いて試料を採取し、試験片の外形寸法に加工し、試験片の形状に加工するようにしたことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の試料採取工程の説明図であり、図1(a)は被採取構造部材から試料を採取する際の斜視図、図1(b)は被採取構造部材から試料を採取する際の加工具の切り込みの説明図である。
【0011】
図1(a)において、被採取構造部材11から正三角柱状採取試料12を採取する場合を示している。まず、被採取構造部材11の表面に、切り出す正三角柱状採取試料12の高さを長辺とし正三角形の一辺を短辺とする長方形を想定し、長方形の長辺に板状加工具13aを所定角度(30°)の所定の押圧力F1で押圧して切り込む。
【0012】
この場合、図1(b)に示すように、被採取構造部材11と板状加工具13aとの間に砥粒含有スラリー14を供給し、板状加工具13aに超音波振動νを加えて砥粒含有スラリー14内の砥粒に衝撃力を伝達し、砥粒の衝突により被採取構造部材11に微小破砕を与え、その繰返しにより切削を行う。同様に、長方形の他の長辺についても板状加工具13aを所定角度(30°)の所定の押圧力F1で押圧して切り込む。
【0013】
そして、板状加工具13bを長方形の短辺に対して垂直に押圧力F2で押圧して切り込む。この場合においても、被採取構造部材11と板状加工具13bとの間に砥粒含有スラリー14を供給し、板状加工具13bに超音波振動νを加えて切削を行い、三角柱状試料12を採取する。
【0014】
ここで、板状加工具13a、13bの厚さは切削しろを最小とするため、本実施の形態では0.1mm〜1mmとしている。また、採取する試料の断面形状を正三角形としたので、板状加工具13aの押圧角度は30°としたが、採取する試料の断面形状(三角形)に応じて押圧角度は選択できる。
【0015】
次に、外形加工工程について説明する。外形加工工程は、採取工程で得られた採取試料を材料強度試験片の外形寸法に加工する工程であり、採取工程で採取された採取試料と加工具との間に砥粒を含有するスラリーを介在させ、採取試料と加工具とを押圧し、超音波加工機により加工具に超音波振動を加えて、板状外形加工試料や円柱外形加工試料を得る。
【0016】
図2は、本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の外形加工工程の一例の説明図であり、板状外形加工試料15を得る場合を示している。採取工程で得られた三角柱状採取試料12の頂点部分に砥粒含有スラリー14を供給し、板状加工具13cにより三角柱状採取試料12の頂点に押圧力F3の押圧を与える。そして、超音波振動νを加えることにより三角柱状採取試料12を切削する。また、板状加工具13cを三角柱状採取試料12の長手方向に送り力F4を与えることにより板状外形加工試料15を得る。
【0017】
本実施の形態では、板状加工具13cとしたが、三角柱状採取試料12を板状外形加工試料15に加工できるものであれば円柱加工具や三角柱加工具のような柱状加工具でもよい。
【0018】
図3は、本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の外形加工工程の他の一例の説明図であり、円柱状外形加工試料16を得る場合を示している。図3(a)に示すように、採取工程で得られた三角柱状採取試料12に対して、円筒状加工具17により三角柱状採取試料12を円柱状試料をくりぬき、三角柱状採取試料12を円柱状に加工する。
【0019】
すなわち、図3(b)に示すように、円筒状加工具17が三角柱状採取試料12の端面に当接する箇所に砥粒含有スラリー14を供給し、三角柱状採取試料12の端面に押圧力F5の押圧を与え超音波振動νを加える。これにより三角柱状採取試料12を切削し円柱状外形加工試料16を得る。
【0020】
次に、仕上げ工程について説明する。仕上げ工程は、外形加工試料を材料強度試験片形状に加工する工程であり、外形加工工程で加工された外形加工試料と加工具との間に砥粒を含有するスラリーを介在させ、外形加工試料と加工具とを押圧し、超音波加工機を用いて加工具に超音波振動を加え、外形加工試料に、平行部、つかみ部、スリットのいずれか一つまたは二つ以上の組み合わせの部位を加工する。
【0021】
図4は、本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の仕上げ工程の一例の説明図であり、外形加工工程で得られた板状外形加工試料15に平行部及びつかみ部を加工する場合を示している。外形加工工程で得られた板状外形加工試料15のつかみ部の加工予定部分に砥粒含有スラリー14を供給し、円柱状加工具18により板状外形加工試料15に押圧F6を与え超音波振動νを加える。これにより板状外形加工試料15を切削し、平行部付き板状試験片19を得る。
【0022】
図5は、本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の仕上げ工程の他の一例の説明図であり、外形加工工程で得られた円柱状外形加工試料16に平行部及びつかみ部を加工する場合を示している。円柱状外形加工試料16のつかみ部の加工予定部分に砥粒含有スラリー14を供給し、板状加工具13dにより円柱状外形加工試料16に押圧力F7の押圧を与え、超音波振動νを加える。これにより円柱状外形加工試料16を切削し、円柱状外形加工試料16に回転送り力F8を与えることにより平行部付き円柱状試験片20を得る。
【0023】
図6は、本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の仕上げ工程のさらに別の他の一例の説明図であり、外形加工工程で得られた板状外形加工試料15にスリットを加工する場合を示している。板状外形加工試料15のスリットの加工予定部分に砥粒含有スラリー14を供給し、板状加工具13eにより板状外形加工試料15に押圧力F9で押圧し、超音波振動νを加える。これにより板状外形加工試料15を切削し、スリット付き板状試験片21を得る。本実施の形態では、3種類の試験片の仕上げ工程について説明したが、要求する試験片形状に対応した加工具を組み合わせて対応することが可能である。
【0024】
次に、試験片の表面を研磨する研磨工程について説明する。研磨工程は、仕上げ工程で得られた試験片と加工具との間に、採取工程、外形加工工程、仕上げ工程で用いる砥粒より細かい砥粒を含有するスラリーを介在させ、試験片と加工具とを押圧し、超音波加工機を用いて加工具に超音波振動を加えて試験片の表面を研磨する。
【0025】
図7は、本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の研磨工程の説明図である。
【0026】
仕上げ工程で得られた試験片22に、採取工程、外形加工工程、仕上げ工程で用いる砥粒含有スラリー14よりも細かい砥粒を含有する細砥粒含有スラリー23を供給し、板状加工具13fにより試験片22に押圧力F10の押圧を与え、超音波振動νを加える。これにより試験片22の表面を研磨する。本実施の形態では板状加工具13fで研磨する場合を示したが、研磨できるものであれば、円柱加工具や三角柱加工具のような柱状加工具でもよい。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、採取工程、外形加工工程、仕上げ工程、さらには研磨工程までの全工程に超音波加工機を用いることにより、構造物への損傷が軽微でかつ短時間で試験片を採取できる。その結果、被採取構造物は補修時間が短縮され稼動再開が容易となる。また、試験片は構造物の損傷領域をピンポイントで採取したものであるので、得られるデータは高精度であり検査される実機部品の高信頼性につながる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の試料採取工程の説明図。
【図2】本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の外形加工工程の一例の説明図。
【図3】本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の外形加工工程の他の一例の説明図。
【図4】本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の仕上げ工程の一例の説明図。
【図5】本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の仕上げ工程の他の一例の説明図。
【図6】本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の仕上げ工程のさらに別の他の一例の説明図。
【図7】本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の研磨工程の説明図。
【符号の説明】
11…被採取構造部材、12…正三角柱状採取試料、13…板状加工具、14…砥粒含有スラリー、15…板状外形加工試料、16…円柱状外形加工試料、17…円筒状加工具、18…円柱状加工具、19…平行部付き板状試験片、20…平行部付き円柱状試験片、21…スリット付き板状試験片、22…試験片、23…細砥粒含有スラリー

Claims (8)

  1. 構造物の被採取構造部材と加工具との間に砥粒を含有するスラリーを介在させ前記被採取構造部材と前記加工具とを押圧し、前記加工具に超音波振動を加える超音波加工機を用いて試料を採取する採取工程と、前記採取工程で採取された採取試料と加工具との間に砥粒を含有するスラリーを介在させ前記採取試料と前記加工具とを押圧し、前記加工具に超音波振動を加える超音波加工機を用いて前記採取試料を材料強度試験片の外形寸法に加工する外形加工工程と 前記外形加工工程で加工された外形加工試料と加工具との間に砥粒を含有するスラリーを介在させ前記外形加工試料と前記加工具とを押圧し、前記加工具に超音波振動を加える超音波加工機を用いて前記外形加工試料を材料強度試験片形状に加工する仕上げ工程とからなることを特徴とする試験片採取方法。
  2. 前記採取工程で用いる加工具は板状の加工具であり、板厚が0.1〜1mmであることを特徴とする請求項1記載の試験片採取方法。
  3. 前記被採取構造部材表面に想定される長方形の長辺に対して前記板状加工具を所定角度で押圧して切り込み、長方形の短辺に対して垂直に前記板状加工具を押圧して切り込み、三角柱状試料を採取することを特徴とする請求項2記載の試験片採取方法。
  4. 前記外形加工工程で用いる加工具は板状の加工具または柱状の加工具であり、前記採取工程で採取された前記採取試料を削り、前記採取試料を板状に加工することを特徴とする請求項1記載の試験片採取方法。
  5. 前記外形加工工程で用いる加工具は円筒状の加工具であり、前記採取工程で採取された前記採取試料を円柱状試料をくりぬき、前記採取試料を円柱状に加工することを特徴とする請求項1記載の試験片採取方法。
  6. 前記仕上げ工程で用いる加工具は、板状の加工具、柱状の加工具、円筒状の加工具のいずれか一つまたは二つ以上の組み合わせの加工具であり、前記外形加工工程で加工された前記外形加工試料に、平行部、つかみ部、スリットのいずれか一つまたは二つ以上の組み合わせの部位を加工することを特徴とする請求項1記載の試験片採取方法。
  7. 前記仕上げ工程で得られた試験片と加工具との間に、前記採取工程、前記外形加工工程、前記仕上げ工程で用いる砥粒より細かい砥粒を含有するスラリーを介在させ前記試験片と前記加工具とを押圧し、前記加工具に超音波振動を加える超音波加工機を用いて前記試験片の表面を研磨する研磨工程を設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載の試験片採取方法。
  8. 前記仕上げ工程で用いる加工具は、板状の加工具または柱状の加工具であることを特徴とする請求項7記載の試験片採取方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018105719A (ja) * 2016-12-27 2018-07-05 新日鐵住金株式会社 試験方法、試験片の製造方法、及び試験片
CN113029737A (zh) * 2019-12-25 2021-06-25 湖南军信环保股份有限公司 用于固化污泥无侧限抗压强度检测的试样制作模具

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