JP2006297569A - 材料表面の処理方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
材料表面にWJPを適用するに際して、効率良くキャビテーションを発生させる残留応力改善方法及びこれに用いる装置を提供する。また、材料表面にWJPを適用するに際して、キャビテーション気泡崩壊時の衝撃圧により破壊された材料表面での腐食を抑制する残留応力改善方法及びこれに用いる装置を提供する。
【解決手段】
噴射ノズルから材料表面に磁化水を噴射し、磁化水に同伴されたキャビテーション気泡の崩壊による衝撃圧により材料に圧縮残留応力を付与する。これにより、材料表面にWJPを適用するに際して、効率良くキャビテーションを発生させることができる。また、材料表面にWJPを適用するに際して、キャビテーション気泡崩壊時の衝撃圧により破壊された材料表面での腐食を抑制することができる。
【選択図】図1
Description
(特許文献2参照。)。
(以下「磁化水」という。)を用いることにより、WJPの施行効率が向上することを新たな知見として得た。この新たな知見である磁化水を用いたWJPの施工効率向上を確認するため、アルミニウムに対する壊食試験を実施したので、その実験方法と結果について以下に説明する。
90は高圧ポンプ3,流量計5及び圧力計6から構成される。
55mm,高圧水の噴射時間を2分間とした。
100℃であるが、100℃という沸点は、水が水分子単独の集合体である場合に予想される沸点より高い沸点である。実際の水の沸点が100℃と高い値になっているのは、水分子が水素結合によりいくつか集まったクラスタ((H2O)n)を形成しているからと考えられる。ここで、水道水などの水のクラスタは12から18個の水分子でできているが、磁力が働いている磁場を通過した水(磁化水)は6個程度の小さなクラスタとなっている。一般に、沸点は分子量の大きい物質ほど高くなるため、磁化水は通常の水より沸点が低下し、より沸騰しやすい水となっていると考えられる。従って、常温においても沸騰現象が発生し、沸騰による気泡が核となりキャビテーションが誘発される結果、通常の水を用いたWJPに比し、磁化水を用いたWJPは高効率の施工を達成することができる。つまり、WJPを施行するに際して、ノズルから噴出する液体を通常の水のクラスタより小さなクラスタである磁化水とすることにより、キャビテーション気泡の発生を促進でき、高効率の施工を達成することができる。
14を電気的に陰極とし、被加工物14に対して電流を流してWJPを施工することにより、施行効率がさらに向上することを新たな知見として得た。この新たな知見である磁化水の利用に加えて被加工物14に対して電流を流してWJPを施工した場合の施工効率向上を確認するため、アルミニウムに対する壊食試験を実施したので、その実験方法と結果について以下に説明する。
14に対して電流を流す。また、制御装置11は液体供給装置90及び駆動装置8に加え被加工物14に流す電流も制御する。また、実験方法や使用した噴射ノズル2についても先の実験方法と同様であるので説明は省略する。
WJPに比し約3倍の施行効率が得られた。
WJP)を施工する場合は噴射ノズルに磁石を装着せず、磁化水を利用したWJPを施工する場合は噴射ノズルに磁石を取り付けて試験を実施した。また、被加工物14を電気的に陰極とし、水中に浸漬した陽極の電極(電極部10)から被加工物14に電流を流しながら試験を実施する場合は、陽極の電極としてSUS304材を使用し、電流値は60
mAとした。試験条件は、ポンプ圧力を70MPa,高圧水の流量を8リットル/分,高圧水の噴射時間を5分間一定とした。尚、図7から図9の試験ではノズルから被加工物間の距離を55mmとし、図10から図12の試験ではノズルから被加工物間の距離を10mmとした。
(4)と図9(2)及び(3)をそれぞれ比較すると、錆びの発生状況が改善されていることがわかる。従って、磁化水を用い且つ被加工物14に電流を流しながら施工したWJPは防錆効果上も有効な手段ということができる。また、図8(2)及び(3)と図9(2)及び(3)を比較すると、磁化水を用い且つ被加工物14に電流を流しながらWJPを施工した場合には被加工物表面には錆びが殆ど認められず、磁化水のみを用いた場合と比しても、施行効率のみならず防錆効果上も有効な手段であるということができる。
(2)及び(3)をそれぞれ比較すると、磁化水を用いることにより錆びの発生が減少していることがわかる。また、図11(2)及び(3)から、WJP施工後の被加工物表面には壊食が認められたが、壊食を生ずるような条件であっても磁化水を用いたWJPは防錆上有効な手段であるということができる。更に図10(3)及び(4)と図11(2)及び(3)におけるWJP施工後の被加工物表面の壊食状況を比較すると、磁化水を使用した場合は従来のWJPの場合に比して激しく且つ広範囲に壊食していることがわかる。従って、磁化水を使用したWJPは従来のWJPに比して、残留応力を改善するための被加工物に与える衝撃圧がより大きく且つ広くなっており、より高い施行効率を達成することができる。
10(3)及び(4)と図12(2)及び(3)におけるWJP施工後の被加工物表面の壊食状況を比較すると、磁化水を用い且つ被加工物14に電流を流しながらWJPを施工した場合は従来のWJPの場合に比して激しく且つ広範囲に壊食していることがわかる。従って、磁化水を用い且つ被加工物14に電流を流しながら施工したWJPは従来のWJPに比して、残留応力を改善するための被加工物に与える衝撃圧がより大きく且つ広くなっており、より高い施行効率を達成することができる。
90及び駆動装置8を制御する制御装置11から構成される。尚、液体供給装置90は高圧ポンプ3,流量計5及び圧力計6から構成される。
WJPの作業工程を終了する。
10から被加工物14に対して電流を流す。また、制御装置11は液体供給装置90及び駆動装置8に加え被加工物14に流す電流も制御する。また、噴射ノズル2についても実施例1と同様であるので説明は省略する。
Claims (14)
- 噴射ノズルから材料表面に磁化水を噴射し、前記磁化水に同伴されたキャビテーション気泡の崩壊による衝撃圧により前記材料に圧縮残留応力を付与する残留応力改善方法。
- 噴射ノズルから材料表面に磁化水を噴射して、前記磁化水に同伴されたキャビテーション気泡の崩壊による衝撃圧により前記材料に圧縮残留応力を付与し、
前記キャビテーション気泡の崩壊による前記材料への衝撃圧の付与は、前記材料表面に電流を流しながら行う残留応力改善方法。 - 請求項1又は2において、前記磁化水は磁場環境下にある前記噴射ノズルの内部を通過することにより生成される残留応力改善方法。
- 請求項1乃至3の何れかにおいて、前記噴射ノズルには磁石が設置されている及び/又は前記噴射ノズルの少なくとも一部が磁石で形成されている残留応力改善方法。
- 請求項1乃至4の何れかにおいて、前記磁化水は磁化水生成装置で生成された後、前記噴射ノズルに供給される残留応力改善方法。
- 請求項2において、前記材料表面に前記電流が流れている際は、前記材料表面は電気的に陰極である残留応力改善方法。
- 請求項2において、前記材料表面に前記電流が流れている際は、前記材料表面は電気的に陽極でありその後前記材料表面を電気的に陰極とする残留応力改善方法。
- 請求項2において、前記材料表面に前記電流が流れている際は、前記材料表面は電気的に陰極と陽極を繰り返す残留応力改善方法。
- 磁化水を生成する磁化水生成装置と、
キャビテーション気泡を同伴した前記磁化水を材料に噴射する噴射ノズルと、
前記磁化水を前記噴射ノズルに供給する液体供給装置と、
前記液体供給装置を制御する制御装置とを具備する残留応力改善装置。 - 供給された液体を磁化水とし、キャビテーション気泡を同伴した前記磁化水を材料に噴射する噴射ノズルと、
前記液体を前記噴射ノズルに供給する液体供給装置と、
前記液体供給装置を制御する制御装置とを具備する残留応力改善装置。 - 請求項9において、前記磁化水生成装置から前記液体供給装置に前記磁化水が供給される残留応力改善装置。
- 請求項9乃至11の何れかにおいて、前記噴射ノズルの内部は磁場環境下にあることを特徴とする残留応力改善方法。
- 請求項9乃至12の何れかにおいて、前記噴射ノズルには磁石が設置されている及び/又は前記噴射ノズルの少なくとも一部が磁石で形成されている残留応力改善装置。
- 請求項9乃至13の何れかにおいて、前記材料表面に電流を流すための電源及び電極部を具備する残留応力改善装置。
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