JP2012026782A

JP2012026782A - 応力腐食割れ試験用ジグ

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Publication number: JP2012026782A
Application number: JP2010163693A
Authority: JP
Inventors: Yu Itabashi; 遊板橋; Takashi Hirano; 隆平野
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2030-07-21
Also published as: JP5609360B2

Abstract

【課題】応力腐食割れによりき裂が発生した後も、試験片に一定の応力を付与し続けることができ、き裂の進展挙動を精度よく評価可能な応力腐食割れ試験用ジグを提供する。
【解決手段】板状の試験片２の一方の面の両端部を支持する第１部材３と、試験片２の他方の面の中間部を支持する第２部材４と、第１部材３を第２部材４側に、あるいは第２部材４を第１部材３側に押圧し、試験片２に応力を付与した状態で、第１部材３と第２部材４とを保持する保持部材５と、を備え、保持部材５は、弾性部材６を介して、第１部材３または第２部材４を保持するようにされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、応力を付与して撓ませた状態で試験片を保持する応力腐食割れ試験用ジグに係り、特に、応力を付与して撓ませた状態の試験片を腐食環境にさらした際の応力腐食割れによるき裂の発生、および発生したき裂の進展挙動を試験するための応力腐食割れ試験用ジグに関するものである。

原子炉水中におけるステンレス鋼溶接部の応力腐食割れなど、周辺雰囲気の影響によって材料の強度が低下してき裂を生じる事象が報告されており、このような応力腐食割れによるき裂の発生を予測するため、応力腐食割れ試験が行われている。

応力腐食割れ試験に用いる試験装置として、従来、一定の応力（ひずみや負荷）を付与して撓ませた状態で試験片を保持する応力腐食割れ試験用ジグが知られている（特許文献１，２参照）。

応力腐食割れ試験用ジグにより応力を付与して撓ませた状態の試験片を、腐食環境にさらすことで、当該腐食環境における応力腐食割れの感受性（すなわち、応力腐食割れによるき裂の発生）を試験することが可能である。

特開２００８−５１６３２号公報特開２００６−１８４１２８号公報

ところで、応力腐食割れによりき裂が発生した後の構造物の破損を未然に防ぐためには、き裂の進展挙動（進展速度など）を試験する必要がある。

しかしながら、従来の応力腐食割れ試験用ジグでは、き裂が発生しない状態では試験片に一定の応力を付与し続けることができるものの、試験片に応力腐食割れによるき裂が発生したり、当該き裂が進展すると、き裂の発生・進展に伴って試験片に付与される応力状態が変化（拘束していた荷重やひずみが低減）してしまい、一定の応力を試験片に付与し続ける（一定の負荷状態で保持し続ける）ことができなかった。

一般に、評価対象となる構造物は板厚が厚い（例えば厚さ３０〜４０ｃｍ）ため、例えば長さ２０〜３０ｍｍ程度のき裂が構造物の表面に発生したとしても、応力場はほとんど変化しない。したがって、評価対象となる構造物を模擬してき裂の進展挙動を試験するためには、一定の応力を試験片に付与し続ける必要があるが、応力腐食割れ試験に用いる試験片は薄い（例えば厚さ１０ｍｍ）ため、試験片表面に１〜２ｍｍ程度のき裂が入るだけでも応力条件が変化してしまう。このような状態でき裂先端の応力状態を正確に検出することは困難であるから、従来の応力腐食割れ試験用ジグでは、き裂の進展挙動を精度よく評価することはできなかった。

なお、き裂の進展挙動の試験法として、ＣＴ（Compact Tension）試験片などを用い、試験片に導入した予き裂の進展挙動を評価する方法があるが、予き裂は応力腐食割れによって生じたものではないので、この方法では、応力腐食割れによって生じたき裂の進展挙動を精度よく評価することはできない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、応力腐食割れによりき裂が発生した後も、試験片に一定の応力を付与し続けることができ、き裂の進展挙動を精度よく評価可能な応力腐食割れ試験用ジグを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、板状の試験片の一方の面の両端部を支持する第１部材と、前記試験片の他方の面の中間部を支持する第２部材と、前記第１部材を前記第２部材側に、あるいは前記第２部材を前記第１部材側に押圧し、前記試験片に応力を付与した状態で、前記第１部材と前記第２部材とを保持する保持部材と、を備え、前記保持部材は、弾性部材を介して、前記第１部材または前記第２部材を保持するようにされる応力腐食割れ試験用ジグである。

前記第２部材は、前記試験片の他方の面の中間部を、所定距離離れた２点で支持するようにされてもよい。

前記弾性部材は、皿バネからなってもよい。

本発明によれば、応力腐食割れによりき裂が発生した後も、試験片に一定の応力を付与し続けることができ、き裂の進展挙動を精度よく評価可能な応力腐食割れ試験用ジグを提供できる。

本発明の一実施の形態に係る応力腐食割れ試験用ジグを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はその１Ｂ−１Ｂ線断面図、（ｃ）はその１Ｃ−１Ｃ線断面図である。本発明の他の実施の形態に係る応力腐食割れ試験用ジグを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はその２Ｂ−２Ｂ線断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る応力腐食割れ試験用ジグを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はその１Ｂ−１Ｂ線断面図、（ｃ）はその１Ｃ−１Ｃ線断面図である。

図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、応力腐食割れ試験用ジグ１は、板状の試験片２の一方の面（図１（ｂ）では下側の面、以下裏面という）の両端部を支持する第１部材３と、試験片２の他方の面（図１（ｂ）では上側の面、以下表面という）の中間部を支持する第２部材４と、第２部材４を第１部材３側に押圧し、試験片２に応力を付与した状態で、第１部材３と第２部材４とを保持する保持部材５と、を備えている。

試験片２は、評価対象となる構造物と同じ材料からなり、上面視で長方形状に形成される。試験片２の厚さは例えば１０ｍｍであり、試験片２の長さ（長辺方向の長さ）は例えば１５０ｍｍ、試験片２の幅（短辺方向の長さ）は例えば３０ｍｍである。

第１部材３は、略直方体状に形成された台座３ａを有している。台座３ａは、上面視で長方形状に形成されており、その長辺方向の両端部には、試験片２の裏面の両端部を支持する支持部３ｂがそれぞれ設けられる。支持部３ｂは、台座３ａの上面（図１（ｂ）では上側の面）に試験片２の幅方向（短辺方向）に延びるように形成され、台座３ａの上面から上方に突出するように設けられる。支持部３ｂは、その先端部が丸みを帯びた形状に形成されており、ネジ３ｃにより台座３ａに固定されている。台座３ａの長さ（長辺方向の長さ）は、例えば１６０ｍｍであり、台座３ａの幅（短辺方向の長さ）は、例えば５０ｍｍである。

台座３ａの下部には、台座３ａの両側面の略中央部から短辺方向に突出するフランジ部３ｄが形成される。フランジ部３ｄは、上面視で略正方形状に形成されており、その下面（図１（ａ）では下側の面）が台座３ａの下面と面一となるように、台座３ａと一体に設けられる。このフランジ部３ｄは、後述する弾性部材６を当接させるためのものである。

また、台座３ａの下面の略中央部には、台座３ａの下面から下方に延びる円柱状の軸部３ｅが、台座３ａと一体に設けられる。さらに、台座３ａの上面には、試験片２が変形した際に試験片２が台座３ａに干渉してしまうことを避けるため、凹部３ｆが形成されている。

第２部材４は、略直方体状に形成されたヘッド部４ａを有している。ヘッド部４ａの下面には、試験片２の表面の中間部を支持する２つの支持部４ｂが設けられる。支持部４ｂは、第１部材３の支持部３ｂと同様に、試験片２の幅方向に延びるように形成され、ヘッド部４ａの下面から下方に突出するように設けられる。支持部４ｂは、その先端部が丸みを帯びた形状に形成されており、ネジ４ｃによりヘッド部４ａに固定されている。２つの支持部４ｂは、試験片２の長さ方向（長辺方向）に所定距離離れて設けられ、第２部材４は、試験片２の表面の中間部を、所定距離離れた２点で支持するようにされる。

ヘッド部４ａの上面の略中央部には、凹溝４ｄが形成されており、その凹溝４ｄには、略円柱状の軸部４ｅの先端部が嵌合される。軸部４ｅの外周にはネジ溝が形成されている。

保持部材５は、上下に延びる２つの横枠５ａと、横枠５ａの上端部同士を接続する上枠５ｂと、横枠５ａの下端部同士を接続する下枠５ｃと、を有しており、正面視で略矩形状の枠体となるように形成される。横枠５ａと上枠５ｂと下枠５ｃとは、一体に形成される。横枠５ａと上枠５ｂと下枠５ｃとで囲まれた空間を枠内空間５ｄと呼称する。横枠５ａと上枠５ｂと下枠５ｃの幅（図１（ｂ）の左右方向の長さ）は、例えば７８ｍｍであり、上枠５ｂと下枠５ｃの長さ（図１（ａ）の左右方向の長さ）は、例えば１０８ｍｍである。また、第２部材４の軸部４ｅの上端から保持部材５の下端（下枠５ｃの下端）までの長さは、例えば２６７ｍｍである。

下枠５ｃの略中央部には、第１部材３の軸部３ｅを挿通するための貫通孔５ｅが形成される。第１部材３は、その台座３ａおよびフランジ部３ｄを枠内空間５ｄに収容し、軸部３ｅを下枠５ｃの貫通孔５ｅに挿通させて、保持部材５に対して取り付けられる。

上枠５ｂの略中央部には、第２部材４の軸部４ｅを挿通するための貫通孔５ｆが形成される。第２部材４は、枠内空間５ｄにヘッド部４ａを収容し、軸部４ｅを貫通孔５ｆに挿通させ、かつ、プレス機や万能試験機などで軸部４ｅを上方から下方に所定の荷重（セット荷重；ここでは４０ｋＮとする）で押し込んだ状態で、軸部４ｅのネジ溝に螺合させたナット（座金付きのナット）４ｆで上枠５ｂの上下から締結することにより、保持部材５に対して固定される。

なお、上側のナット４ｆを省略することも可能であるが、応力腐食割れ試験では試験時間が長い（例えば５００〜２０００時間）ので、この場合、試験中にナット４ｆに緩みが生じる場合も考えられる。上枠５ｂの上下からナット４ｆで締結して軸部４ｅを上枠５ｂに固定することで、このようなナット４ｆの緩みを抑制することが可能である。

第１部材３、第２部材４、および保持部材５としては、試験時の荷重により変形することなく、かつ、試験を行う腐食環境にて腐食が発生しない材料からなるものを用いるとよく、例えば、低合金鋼を用いるとよい。

本実施の形態に係る応力腐食割れ試験用ジグ１では、第１部材３の基台３ａの下面と保持部材５の下枠５ｃとの間に弾性部材６を介在させており、保持部材５を、弾性部材６を介して第１部材３を保持するよう構成している。

ここでは、試験時に高負荷（ここではセット荷重４０ｋＮ、最大負荷荷重６０ｋＮとする）を付与する場合、弾性部材６としては、このような高負荷に耐え、たわみ量も小さい皿バネを用いることが望ましい。また、皿バネの材質としては、例えば、インコネルＸ７５０（インコネルは登録商標）を用いるとよい。なお、試験時の荷重が低い場合には、弾性部材６として、安価で入手の容易なコイルバネなどを用いるとよい。

応力腐食割れ試験用ジグ１を用いて応力腐食割れ試験を行う際は、まず、第１部材３上に試験片２をセットし、プレス機や万能試験機などで第２部材４を第１部材３側に押し込み、試験片２に所定の応力を付与した状態で、ナット４ｆにより第２部材４を保持部材５に固定する。このとき、弾性部材６は、図１（ａ）における上方から下方に押し込まれた状態となり、第１部材３を上方に付勢することになる。

この状態で、応力腐食割れ試験用ジグ１を腐食環境に所定時間（例えば５００〜２０００時間）さらす。所定時間経過後、応力腐食割れによるき裂が発生しているか確認し、き裂が発生している場合は、き裂の形状（長さや開口変位等）を計測する。このとき、試験片２にき裂が発生したとしても、弾性部材６により第１部材３が上方に付勢されているので、試験片２には一定の応力が付与され続けることになる。

試験時間を変化させて、き裂の発生の有無、試験時間ごとのき裂の形状をそれぞれ計測することにより、応力腐食割れの感受性と、き裂の進展挙動の両者を評価することができる。

本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係る応力腐食割れ試験用ジグ１では、板状の試験片２の裏面の両端部を支持する第１部材３と、試験片２の表面の中間部を支持する第２部材４と、第２部材４を第１部材３側に押圧し、試験片２に応力を付与した状態で、第１部材３と第２部材４とを保持する保持部材５と、を備え、保持部材５は、弾性部材６を介して、第１部材３を保持するようにされている。

保持部材５を、弾性部材６を介して第１部材３を保持するよう構成することで、たとえ、試験中に試験片２にき裂が発生し、そのき裂が開口（進展）したとしても、急激に試験片２に対する荷重が低下することなく、弾性部材６により試験片２にほぼ一定の荷重を付与し続けることが可能になる。つまり、応力腐食割れ試験用ジグ１によれば、応力腐食割れにより試験片２にき裂が発生した後も、試験片２に一定の応力を付与し続けることが可能となる。

その結果、応力腐食割れの感受性と、き裂の進展挙動の両者を同時に試験することが可能となり、従来のようなＣＴ試験片等を用いた試験を別途行う必要がなくなるため、コストを削減できる。また、応力腐食割れ試験用ジグ１によれば、従来のＣＴ試験片等を用いた試験のように予き裂の進展挙動を試験するのではなく、応力腐食割れにより生じたき裂を用いてき裂の進展挙動を試験でき、かつ、試験片２に一定の応力を付与し続けることができるので、評価対象となる構造物の応力状態や実際に応力腐食割れが生じたシチュエーションを再現して試験を行うことができ、応力腐食割れにより生じたき裂の進展挙動を精度よく評価することが可能である。

また、応力腐食割れ試験用ジグ１では、試験片２に一定の応力を付与し続ける機構として弾性部材６を採用したため、小さなたわみ量で高負荷を付与することができ、また、油圧サーボなどの大型の機構を必要としないため、全体の形状を小さく設計できる。よって、オートクレーブのような限られたスペースでの試験が可能となる。

さらに、応力腐食割れ試験用ジグ１では、第２部材４を、試験片２の表面の中間部を、所定距離離れた２点で支持するように構成している。これにより、第２部材４が支持する２点間のモーメントを一定にでき、１点で支持する場合と比較して、応力を付与する範囲を広くすることができる。

また、応力腐食割れ試験用ジグ１では、弾性部材６として、高負荷に耐えたわみ量の小さい皿バネを用いているため、高い応力拡大係数を再現することができる。

さらに、応力腐食割れ試験用ジグ１では、試験片２をセットした後、プレス機や万能試験機を用いて第２部材４を押し込み、ナット４ｆで第２部材４を保持部材５に固定する方式を採用しているので、試験片２に任意の応力を付与することが可能である。

次に、本発明の他の実施の形態を説明する。

図２（ａ），（ｂ）に示す応力腐食割れ試験用ジグ２１は、図１の応力腐食割れ試験用ジグ１において、第２部材４側に弾性部材６を設けたものである。

応力腐食割れ試験用ジグ２１では、第１部材３の軸部３ｅの外周にネジ溝を設け、このネジ溝に螺合させたナット３ｇにより下枠５ｃの上下から締結することにより、第１部材３の軸部３ｅを下枠５ｃに固定するようになっている。第１部材３の下面の略中央部には凹溝３ｈが形成されており、その凹溝３ｈには、軸部３ｅの先端部が嵌合されるようになっている。

また、第２部材４の上面と上枠５ｂとの間に弾性部材６を介在させ、保持部材５を、弾性部材６を介して第２部材４を保持するように構成している。第２部材４のヘッド部４ａと軸部４ｅとは一体に形成される。

応力腐食割れ試験用ジグ２１を用いて応力腐食割れ試験を行う際は、まず、第１部材３上に試験片２をセットし、プレス機や万能試験機などで第１部材３を第２部材４側に押し込み、試験片２に所定の応力を付与した状態で、ナット３ｇにより第１部材３を保持部材５に固定するようにされる。このとき、弾性部材６は、図２（ａ）における下方から上方に押し込まれた状態となり、第２部材４を下方に付勢することになる。

応力腐食割れ試験用ジグ２１のように、第２部材４側に弾性部材６を設けた場合であっても、図１の応力腐食割れ試験用ジグ１と同様に、応力腐食割れにより試験片２にき裂が発生した後も、試験片２に一定の応力を付与し続けることが可能である。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施の形態では、第１部材３側、あるいは第２部材４側のいずれか一方に弾性部材６を設ける場合を説明したが、両方に弾性部材６を設けるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、第２部材４にて、試験片２の表面の中間部を所定距離離れた２点で支持する場合を説明したが、試験片２の表面の中間部を１点で支持するようにしてもよい。

１応力腐食割れ試験用ジグ
２試験片
３第１部材
４第２部材
５保持部材
６弾性部材

Claims

板状の試験片の一方の面の両端部を支持する第１部材と、
前記試験片の他方の面の中間部を支持する第２部材と、
前記第１部材を前記第２部材側に、あるいは前記第２部材を前記第１部材側に押圧し、前記試験片に応力を付与した状態で、前記第１部材と前記第２部材とを保持する保持部材と、を備え、
前記保持部材は、弾性部材を介して、前記第１部材または前記第２部材を保持するようにされることを特徴とする応力腐食割れ試験用ジグ。
前記第２部材は、前記試験片の他方の面の中間部を、所定距離離れた２点で支持するようにされる請求項１記載の応力腐食割れ試験用ジグ。
前記弾性部材は、皿バネからなる請求項１または２記載の応力腐食割れ試験用ジグ。