JP2018116055A - Thermal fatigue test device and thermal fatigue test method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱疲労試験装置及びそれを用いた熱疲労試験方法に関する。 The present invention relates to a thermal fatigue test apparatus and a thermal fatigue test method using the same.
近年、エキゾーストマニホールド等の自動車用部品は、燃費改善の目的で軽量化が求められており、薄板材料で構成されることが多い。エキゾーストマニホールド等は、短時間で温度変化が激しい環境下で用いられるために、これらの部品には、優れた耐久性能が求められる。耐久性能を確認するためには、実際の部品を用いて耐久試験を行う必要があるが、この耐久試験には高額な費用がかかるため、熱応力解析等の計算により、耐久試験を行う前に耐久性能の目途付けが行われている。 In recent years, automotive parts such as exhaust manifolds have been required to be light in weight for the purpose of improving fuel efficiency, and are often made of thin plate materials. Since the exhaust manifold and the like are used in an environment where the temperature change is severe in a short time, these parts are required to have excellent durability performance. In order to check the durability performance, it is necessary to conduct an endurance test using actual parts. However, since this endurance test is expensive, before performing the endurance test by calculation such as thermal stress analysis Aiming for durability performance.
この熱応力解析等においては、部品における各部位の温度と、部品に用いる材料の熱疲労特性が必要となる。 In this thermal stress analysis or the like, the temperature of each part in the part and the thermal fatigue characteristics of the material used for the part are required.
部品における各部位の温度は、その部品を用いる車両の走行条件を想定し、実際にその走行条件で走行して、部品の各温度を測定して取得する。 The temperature of each part in the part is obtained by measuring the temperature of each part by actually traveling under the traveling condition assuming the traveling condition of the vehicle using the part.
材料の熱疲労特性を知るために、従来、円柱状の丸棒を用いて熱疲労試験を行い取得していた。しかし、目途付けを行うエキゾーストマニホールド等は、薄板材料を用いて構成されるため、熱疲労試験は、薄板材料を用いて行うことが望ましい。 In order to know the thermal fatigue characteristics of a material, a thermal fatigue test was conventionally performed using a cylindrical round bar. However, since the exhaust manifold or the like for making a plan is configured using a thin plate material, it is desirable to perform the thermal fatigue test using the thin plate material.
この薄板状の試験片を用いて熱疲労試験を行う熱疲労試験装置として、頂部を有するように山形に湾曲させた薄板状の試験片を用い、この頂部の周囲に高周波誘導加熱コイルを巻設して、この高周波誘導加熱コイルに電流を流すことで、試験片に高周波誘導加熱を行い、熱疲労試験を行う熱疲労試験装置が知られている(特許文献1参照)。 As a thermal fatigue test apparatus that performs thermal fatigue tests using this thin plate-shaped test piece, a thin plate-shaped test piece curved in a mountain shape so as to have a top portion is used, and a high frequency induction heating coil is wound around the top portion. A thermal fatigue test apparatus is known in which a high-frequency induction heating is performed on a test piece by flowing a current through the high-frequency induction heating coil to perform a thermal fatigue test (see Patent Document 1).
上記従来の熱疲労試験は、高周波誘導加熱装置により試験片を加熱しているため、熱疲労試験装置が大型化するとともに、その価格も高価なものとなった。 In the conventional thermal fatigue test, since the test piece is heated by the high frequency induction heating device, the thermal fatigue test device is enlarged and the price is also expensive.
また、鋼材の熱疲労特性は、温度により特性が変わるため、複数の温度条件において試験を行う必要がある。また、1つの材料の試験には約54ヶ月必要となり、同時に多数の試験を並行して行うことが望まれるが、上記の熱疲労試験装置の台数を多くそろえることは、設置場所や費用の点で困難であった。 Moreover, since the thermal fatigue characteristics of steel materials change depending on the temperature, it is necessary to perform tests under a plurality of temperature conditions. In addition, it takes about 54 months to test one material, and it is desirable to perform many tests at the same time. However, increasing the number of thermal fatigue test devices mentioned above is a matter of installation location and cost. It was difficult.
エキゾーストマニホールドなどの自動車用部品は、開発期間が短いため、従来の試験方法では、熱疲労試験が間に合わないことがあり、最適な材料を選択できない場合には、オーバースペックで高価な材料を用いざるを得なかった。 Since automotive parts such as exhaust manifolds have a short development period, thermal fatigue testing may not be in time with conventional test methods, and if the optimal material cannot be selected, overspec and expensive materials must be used. Did not get.
そこで、本発明は、装置を小型化できるとともに、安価な熱疲労試験装置及びそれを用いた熱疲労試験方法を提案することを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to propose an inexpensive thermal fatigue test apparatus and a thermal fatigue test method using the apparatus that can reduce the size of the apparatus.
前記の課題を解決するために、本発明は、一枚又は複数枚の板状の金属製の部材で構成された試験片の熱疲労特性を測定する熱疲労試験装置であって、
前記試験片は、熱疲労特性を測定する際にひずみが集中する頂部を有し、
前記試験片の一端部を拘束する拘束部と、前記試験片の他端部を把持する把持部と、該把持部と連動する荷重測定部を備え、
該荷重測定部は、温度変化により、前記試験片が伸縮することで生じる荷重を測定し、
少なくとも1つ以上の面状の加熱部を有し、その一の加熱部を、前記試験片の軸方向中央部に、前記頂部から離間するように設けたことを特徴とする熱疲労試験装置である。
In order to solve the above problems, the present invention is a thermal fatigue test apparatus for measuring thermal fatigue characteristics of a test piece composed of one or more plate-shaped metal members,
The test piece has a top where strain is concentrated when measuring thermal fatigue properties,
A restraining portion for restraining one end portion of the test piece, a gripping portion for gripping the other end portion of the test piece, and a load measuring portion interlocking with the gripping portion,
The load measuring unit measures a load generated by expansion and contraction of the test piece due to temperature change,
A thermal fatigue testing apparatus comprising at least one planar heating unit, wherein one heating unit is provided at a central portion in the axial direction of the test piece so as to be separated from the top. is there.
また、前記試験片を、一枚の金属製の平板を、その厚み方向に屈曲させることにより、前記平板の中央部に、前記頂部を形成してもよい。 Moreover, you may form the said top part in the center part of the said flat plate by bending the said test piece in the thickness direction of one metal flat plate.
また、前記試験片を、複数枚の板状の金属製の部材で構成し、その部材相互を溶接により接合して、この溶接部分を前記頂部としてもよい。 Further, the test piece may be composed of a plurality of plate-shaped metal members, the members are joined to each other by welding, and the welded portion may be the top portion.
また、少なくとも3つ以上の面状の加熱部を有し、その加熱部を、前記試験片の軸方向において、前記頂部の両側部に、夫々、前記試験片から離間するように設けてもよい。 Further, at least three or more planar heating portions may be provided, and the heating portions may be provided on both sides of the top in the axial direction of the test piece so as to be separated from the test piece, respectively. .
また、前記把持部は、規制部により、前記試験片の軸方向のみに移動できるようにしてもよい。 Further, the gripping part may be movable only in the axial direction of the test piece by the restricting part.
また、前記試験片及び前記加熱部の少なくとも一部を遮蔽部材で覆ってもよい。 Moreover, you may cover at least one part of the said test piece and the said heating part with a shielding member.
また、前記頂部を指向する冷却部を設けてもよい。 Moreover, you may provide the cooling part which faces the said top part.
また、一枚又は複数枚の板状の金属製の部材で構成された試験片の熱疲労特性を測定し、
前記試験片は、熱疲労特性を測定する際にひずみが集中する頂部を有し、
前記試験片の一端部を拘束する拘束部と、前記試験片の他端部を把持する把持部と、該把持部と連動する荷重測定部を備え、
該荷重測定部は、温度変化により、前記試験片が伸縮することで生じる荷重を測定し、
少なくとも1つ以上の面状の加熱部を有し、その一の加熱部を、前記試験片の軸方向中央部に、前記頂部から離間するように設けた熱疲労試験装置を用いて、
試験片に対し、所定加熱温度までの加熱と所定冷却温度までの冷却を繰り返し行い、1回の加熱と1回の冷却を1サイクルとし、この1サイクルにおける荷重の最大値が、一度の熱疲労試験全体における荷重最大値に対し、初めて所定の割合以下となった際のサイクル数を、前記試験を行った際の所定加熱温度におけるその試験片の耐久限界とすることを特徴とする熱疲労試験方法である。
In addition, the thermal fatigue characteristics of a test piece composed of one or more plate-like metal members are measured,
The test piece has a top where strain is concentrated when measuring thermal fatigue properties,
A restraining portion for restraining one end portion of the test piece, a gripping portion for gripping the other end portion of the test piece, and a load measuring portion interlocking with the gripping portion,
The load measuring unit measures a load generated by expansion and contraction of the test piece due to temperature change,
Using a thermal fatigue testing apparatus having at least one or more planar heating parts, the one heating part being provided in the axially central part of the test piece so as to be separated from the top part,
The test piece is repeatedly heated to a predetermined heating temperature and cooled to a predetermined cooling temperature, and one heating and one cooling are defined as one cycle, and the maximum value of the load in this cycle is one thermal fatigue. Thermal fatigue test, characterized in that the number of cycles when the ratio falls below a predetermined ratio for the first time with respect to the maximum load value in the entire test is the endurance limit of the test piece at the predetermined heating temperature when the test is performed Is the method.
また、前記熱疲労試験方法を複数回行い、前記試験を行った際の所定加熱温度における、その試験片の耐久限界と、その耐久限界を測定した際の熱歪量との関係式を得てもよい。 Further, the thermal fatigue test method is performed a plurality of times, and the relational expression between the endurance limit of the test piece at the predetermined heating temperature when the test is performed and the amount of thermal strain when the endurance limit is measured is obtained. Also good.
また、異なる所定加熱温度において、前記関係式を得てもよい。 Further, the relational expression may be obtained at different predetermined heating temperatures.
本発明は、試験片の一端を拘束する拘束部と、試験片の他端を把持する把持部と、該把持部と連動する荷重測定部を備え、荷重測定部は、温度変化により、試験片が伸縮することで生じる荷重を測定し、少なくとも1つ以上の面状の加熱部を有し、その一の加熱部を前記頂部から離間して設けたことにより、熱疲労試験装置を小型化できるとともに、安価に製造することができる。これにより、熱疲労試験装置を多数設置することが容易となり、熱疲労試験を同時に多数行うことができ熱疲労試験の時間を短縮でき、自動車用部品に用いる最適な材料の選定が行いやすくなる。 The present invention includes a restraining portion that restrains one end of a test piece, a gripping portion that grips the other end of the test piece, and a load measuring portion that works in conjunction with the gripping portion. The thermal fatigue test apparatus can be miniaturized by measuring the load generated by the expansion and contraction of at least one, and having at least one or more planar heating parts, and providing one heating part apart from the top part. At the same time, it can be manufactured at low cost. Thereby, it becomes easy to install a large number of thermal fatigue test apparatuses, a large number of thermal fatigue tests can be performed at the same time, the time of the thermal fatigue test can be shortened, and it becomes easy to select an optimal material used for automobile parts.
本発明を実施するための形態を図に示す実施例に基づいて説明する。 A mode for carrying out the present invention will be described based on an embodiment shown in the drawings.
[実施例1]
図1は、本発明の実施例1に係る熱疲労試験装置1の上面図、図2は図1のA−A線断面図を示す。
[Example 1]
FIG. 1 is a top view of a thermal
熱疲労試験装置1に用いる試験片2は、図1,図2に示すように、長尺の長方形状で、かつ、薄板状からなる一枚の金属製の部材を、その長手方向である軸方向において屈曲して形成され、軸方向の中央部において、厚み方向の一方向に突出するように、くさび状に屈曲された頂部3が形成されている。頂部3の軸方向における両側部には、平面状で、かつ、軸方向に対して傾くように形成された傾斜部4,4が形成されている。夫々の傾斜部4における軸方向の外側には、頂部3側に屈曲させて取付部5が形成されている。取付部5は、軸方向及び短手方向である幅方向にわたって平面状に形成されている。頂部3、傾斜部4、取付部5,5は、薄板状の部材を湾曲して一体に形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
試験片2の一方の取付部5の端部5a、すなわち試験片2の一端部5aは、基部9に固定された拘束部10により取外し可能に固定されている。試験片2の一端部5aは、試験片2が、その温度変化により軸方向の長さが伸縮した際にも、基部9に対して動かないように固定、すなわち、基部9に対して移動不能に拘束されている。拘束部10は、試験片2の一端部5aを、試験片2が、その温度変化により軸方向にその長さが伸縮した際にも動かないように固定できれば任意の構造とすることができ、例えば、試験片2の屈曲方向(図2の上下方向)に移動若しくは分離できる2個のブロックで構成され、この2個のブロックにより、試験片2をその板厚方向において挟持し、ボルト等により2個のブロックを固定する。
An
試験片2の他方の取付部5の端部5b、すなわち、試験片2の他端部5bは、スライドテーブル等からなる規制部12により、基部9に対して試験片2の軸方向のみに移動可能に設けられた把持部11に取付けられている。試験片2の他端部5bは、把持部11に任意の方法により取外し可能に固定され、例えば、上記拘束部10と同様の取付構造に構成されている。
The
把持部11における軸方向の外側には、ロードセル等からなる荷重測定部13が接続され、荷重測定部13は基部9に固設されている。荷重測定部13は、熱疲労試験時に、試験片2が加熱若しくは冷却されて、その温度変化により、試験片2がその軸方向に伸縮することにより生じる荷重(以下、熱荷重という)を測定できるようになっている。把持部11は、規制部12により、試験片2の軸方向のみに移動可能に設けられていることで、把持部11の軸方向以外への移動が規制され、熱荷重を、正確に測定することができる。
A
試験片2の凸部側(図2の上側)には、図1、図2に示すように、面状である平板状の加熱部15が、試験片2の軸方向の中央部における頂部3の上方に1カ所、その両側部で両傾斜部4,4の上方に夫々1カ所、その両側部における取付部5,5の上方に夫々1カ所の計5か所に配置されているとともに、各加熱部15の先部の発熱部15aは、図1に示すように、試験片2の軸方向と直交する方向に、試験片2の幅方向全体に亘って配設されている。また、夫々の加熱部15の発熱部15aは、図2に示すように、試験片2の接平面若しくは平面と並行となるとともに、試験片2から所定距離離間して配置されている。この離間距離は、試験片2が、熱疲労試験における温度変化により変形した際に、加熱部15に当接しない距離に設定するとともに、所定加熱温度に応じて任意に設定する。
On the convex side of the test piece 2 (upper side of FIG. 2), as shown in FIGS. 1 and 2, a flat plate-
このように、面状でかつ平板状の加熱部15の発熱部15aが、試験片2の軸方向と直交する方向に、試験片2の幅方向全体に亘って配設されていることで、発熱部15aにより試験片2を加熱した際に、その試験片2における幅方向の温度変化を小さく抑えることができる。
In this way, the
加熱部15の発熱部15aは、面状に形成されていれば、任意の加熱部材を用いることができるが、セラミックヒータなどの輻射式加熱部材を用いることが好ましく、本実施例においては、セラミックヒータを用いた。発熱部15aを平面状とすることで、試験片2を広範囲に加熱することができ、試験片2の温度分布が、軸方向においてその変化がなだらかになるとともに、同一条件下で熱疲労試験を行った際の、試験片2の温度分布の再現性が良く、試験片2に生じる熱歪の量も近似した値となり、再現性の高い熱疲労試験を行うことができる。
Any heating member can be used as the
加熱部15の試験片2に対する角度や離間距離は、図示しない調整手段により任意に変更することができるようになっている。これにより、熱疲労試験の際に、試験片2に生じる熱歪の量を変化させるために、試験片2の取付部5から頂部3までの高さ(山の高さ)や、頂部3の屈曲角度等を変化させることができ、試験片2の形状が変わった場合にも容易に対応することができるようになっている。
The angle and the separation distance of the
また、試験片2の凹部側(図2の下側)には、図示しないエアブロー等の送風装置からなる冷却部が設けられている。なお、この冷却部は、試験片2の頂部3を指向して、頂部3を加熱後に冷却することができれば任意の手段を用いることができる。冷却部を設けることで、後述する熱疲労試験を行う際に、試験片2を急冷できる。エキゾーストマニホールド等の部品は短時間での温度変化が激しいため、実際の部品の使用条件に近い条件で熱疲労試験を行うことができるように、このような冷却部を設けることが好ましい。しかし、この冷却部を、設けなくてもよい。
In addition, a cooling unit made of a blower such as an air blower (not shown) is provided on the concave side of the test piece 2 (lower side in FIG. 2). In addition, this cooling part can point to the
次に、熱疲労試験装置1を用いた熱疲労試験方法について説明する。
Next, a thermal fatigue test method using the thermal
熱疲労試験装置1に試験片2を取付け、加熱部15により、所定の加熱温度(例えば、800℃)T1まで加熱し、所定加熱温度における試験片2の温度分布を測定する。また、この試験片2に用いる鋼材の高温引っ張り試験等を行う。
The
これらの温度分布と高温引っ張り試験結果等を基にして、用いる試験片2の熱歪み量を算出する。
Based on these temperature distributions and high-temperature tensile test results, the amount of thermal strain of the
次に、この歪み量を算出した試験片とは異なるが、同じ素材、形状を有する試験片2を、熱疲労試験装置1の拘束部10と把持部11に取付ける。
Next, the
次に、加熱部15により、ひずみが集中する試験片2の頂部3を、図3に示すように、所定加熱温度T1となるまで加熱し、その所定加熱温度T1を所定時間保持する。なお、頂部3には、図示しない温度センサが取り付けられており、この温度センサにより頂部3の温度を計測することができるようになっている。加熱部15に輻射式の加熱部材を用いた場合には、頂部3、凸部側面から凹部側面にかけての厚み方向全体の温度を短時間で所定加熱温度T1まで加熱することができる。
Next, as shown in FIG. 3, the
次に、加熱部15による加熱を停止し、冷却部により冷却を行い、図3に示すように、試験片2の頂部3を所定冷却温度(例えば、200℃)T2より上の温度(例えば、250℃)となるまで冷却し、その後、冷却部による冷却を停止し、自然冷却により所定冷却温度T2となるまで冷却を行う。所定冷却温度T2に達したら、その所定冷却温度T2を所定時間保持する。これにより1サイクルが完了する。この1サイクルの間、荷重測定部13により熱荷重を測定する。
Next, heating by the
この1サイクルの後に、再度、加熱部15により加熱を開始し、上記と同じ1サイクルを繰り返す。
After this one cycle, the
試験片2は加熱部15による加熱により熱膨張する。試験片2の一方の端部5aは拘束部10により拘束されているため、試験片2の他端部5b側に伸長し、把持部11が外側方向に移動し、荷重測定部13には圧縮荷重が加わり、図4に示すように、熱荷重が徐々に減少する。次に、試験片2が冷却されると収縮し、拘束部10側に収縮し、把持部11が内側方向に移動し、荷重測定部13には伸長荷重が加わり、図4に示すように、熱荷重が徐々に増大する。
The
このように、上記の加熱と冷却からなる1サイクルを繰り返すことにより、荷重測定部13では、図5に示すような温度変化により圧縮荷重と伸長荷重が交互に繰り返される。1サイクル内における所定冷却温度T2における熱荷重Nは、サイクル数が大きくなるとともに、図6に示すように徐々に減少する。あるサイクル数における熱荷重の最大値が、1度の熱疲労試験全体における熱荷重の最大値に対して、最初に所定の割合以下となった場合に、そのサイクル数を、所定加熱温度における試験片の耐久限界(熱疲労寿命ともいう)と認定する。
Thus, by repeating one cycle consisting of the above heating and cooling, the
この熱疲労試験装置1を用いて同じ温度条件で上記熱疲労試験を複数回行う。本実施例においては2〜3回実施する。そして、異なる熱歪み量となるように、試験片2の高さ(山の高さ)や、頂部3の屈曲角度等を変化させて、例えば、3つの異なる形状の試験片を用いて、同じ所定加熱温度において、熱疲労試験を行うと、図7に示すように、試験片に用いた金属(鋼材)の所定加熱温度(例えば、800℃)における耐久限界と熱歪量との関係を示す熱疲労特性の関係式を得ることができる。
Using the thermal
更に、エキゾーストマニホールド等の自動車用部品を取付けた車両の走行条件において、実際に自動車用部品に生じた温度範囲内において、所定加熱温度を変化させて、例えば、700℃、900℃に変化させて、同様の熱疲労試験を行い、図7に示すように、試験片に用いた金属(鋼材)の夫々の温度における耐久限界と熱歪量との関係を示す熱疲労特性の関係式を得る。 Furthermore, in the running condition of the vehicle to which the automobile parts such as the exhaust manifold are attached, the predetermined heating temperature is changed within the temperature range actually generated in the automobile parts, for example, 700 ° C. and 900 ° C. Then, the same thermal fatigue test is performed, and as shown in FIG. 7, a relational expression of thermal fatigue characteristics indicating the relationship between the durability limit at each temperature and the amount of thermal strain of the metal (steel material) used for the test piece is obtained.
実際に測定した部品の各部位の温度を基にして、部品の熱応力解析を行って熱ひずみ量を算出し、図7に示す熱疲労特性を使って、耐久試験の目途付けを行うことができる。また、様々な金属での熱疲労特性を得ておくことで、部品に要求される使用サイクル等に応じて、部品に最適な金属材料を選定することができる。 Based on the actual measured temperature of each part of the part, thermal stress analysis of the part is performed to calculate the amount of thermal strain, and the endurance test can be made using the thermal fatigue characteristics shown in FIG. it can. In addition, by obtaining thermal fatigue characteristics of various metals, it is possible to select an optimal metal material for the part according to the use cycle required for the part.
本発明の熱疲労試験装置1は、試験片2から離間して設けられているとともに、面状に形成された加熱部15を用いて試験片2を加熱するようにしたことにより、上記従来の高周波誘導加熱や電気抵抗式の加熱手段を用いて試験片を加熱するものと比較して、構造を簡略化でき小型化できるとともに、製造コストを低く抑えることができる。これにより、多数の熱疲労試験装置1を購入、設置しやすくなり、熱疲労試験を同時に多数行うことができ、熱疲労試験にかかる時間を短縮でき、自動車用部品に最適な材料を選択できる。
The thermal
[実施例2]
上記実施例1においては、試験片2を、薄板状からなる一枚の金属製の部材を、その厚み方向に屈曲して形成したが、長尺の長方形状で、かつ、で薄板状からなる金属製の板状部材30,31を、二枚溶接により接合して試験片32として用いてもよい。
[Example 2]
In Example 1 described above, the
第1の板状部材30は、図8に示すように、長尺で薄板状からなる一枚の金属製の部材を、その厚み方向に屈曲して一体に形成されている。第1の板状部材30は、軸方向及び短手方向である幅方向にわたって平面状に形成された取付部33を有し、取付部33における第2の板状部材31側(長手方向である軸方向の内側)には、取付部33に対して傾くように形成された平面状の傾斜部34が設けられ、傾斜部34における軸方向の内側には、取付部33と略平行に形成された平面状の係合部35が設けられている。
As shown in FIG. 8, the
第2の板状部材31は、図8に示すように、長尺で薄板状からなる一枚の金属製の部材を、その厚み方向に屈曲して一体に形成されている。第2の板状部材31は、軸方向及び短手方向である幅方向にわたって平面状に形成された取付部37を有し、取付部37における第1の板状部材30側(軸方向の内側)には、取付部37に対して傾くように形成された平面状の傾斜部38が設けられ、傾斜部38における軸方向の内側には、取付部37と略平行に形成された平面状の係合部39が設けられている。
As shown in FIG. 8, the
第1の板状部材30と第2の板状部材31は、その軸方向と直交する短手方向(幅方向)の長さが、略同じになるように形成されている。
The first plate-
第1の板状部材30と第2の板状部材31は、図8に示すように、軸方向において、対向するように配置され、第1の板状部材30における係合部35の上方に、第2の板状部材31の係合部39の一部が重なるように重ね合されて、第2の板状部材31の内側端部と、第1の板状部材30の係合部35の平面部を、その軸方向と直交する短手方向全体に亘って、隅肉溶接した溶接部40により接合している。
As shown in FIG. 8, the first plate-
金属製の板状部材30,31は、任意の金属で構成することができ、第1の板状部材30と第2の板状部材31を、同じ金属で構成してもよいし、異なる金属で構成してもよい。例えば、第1の板状部材30を、フェライトSUS材で構成し、第2の板状部材31をオーステナイト系SUS材で構成してもよい。
The metal plate-
溶接部40は、第1の板状部材30における傾斜部34と係合部35間の屈曲部と、第2の板状部材31における傾斜部38と係合部39間の屈曲部から所定距離離間しているとともに、この屈曲部間の中央に位置していることが好ましい。
The welded
第1の板状部材30における取付部33の軸方向の外側端部は、すなわち、試験片32の一端部32aは、上記実施例1と同様に、拘束部10により取外し可能に固定されている。また、第2の板状部材31における取付部37の軸方向の外側端部は、すなわち、試験片32の他端部32bは、上記実施例1と同様に、把持部11に取外し可能に固定されている。
The outer end of the first plate-shaped
また、試験片32の凸部側(図8の上側)には、図8に示すように、上記実施例1と同様に、加熱部15が、溶接部40の上方に1カ所、その両側部で両傾斜部34,38の上方に夫々1カ所、その両側部における取付部33,37の上方に夫々1カ所の計5か所に配置されている。
Further, as shown in FIG. 8, the
本実施例2においても、上記実施例1と同様の熱疲労試験装置1を用いて、上記実施例1と同様の熱疲労試験方法を行い、図7に示すような熱疲労特性を得る。
Also in the second embodiment, the same thermal
上記試験片32を用いて、上記実施例1と同様に、熱疲労試験を行うと、溶接部40と係合部35,39との境界付近に最終的に亀裂が生じる。すなわち、溶接部40を含む溶接部分がひずみが集中する頂部を構成する。
When the thermal fatigue test is performed using the
また、熱疲労特性を得る際に、試験片32の山の高さ(取付部33,37の上面の高さと、係合部35,39の上面の高さの差)や、取付部33,37に対する傾斜部34,38の傾斜角度などを変化させることにより、異なる熱歪み量とすることができる。
Further, when obtaining the thermal fatigue characteristics, the height of the crest of the test piece 32 (the difference between the height of the upper surface of the mounting
それ以外の構造は、前記実施例1と同様であるのでその説明を省略する。 Since the other structure is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
本実施例2においても前記実施例1と同様の効果を奏する。 Also in the second embodiment, the same effects as in the first embodiment are obtained.
また、薄板を溶接して形成されるエキゾーストマニホールド等の自動車用部品では、溶接部に亀裂が生じることがあり、このような溶接部における熱疲労特性を上記のように得ることができ、部品に要求される使用サイクル等に応じて、部品に最適な金属材料を選定することができる。 In addition, in automotive parts such as exhaust manifolds formed by welding thin plates, cracks may occur in the welded parts, and thermal fatigue characteristics in such welded parts can be obtained as described above. An optimal metal material for a part can be selected according to a required use cycle.
[実施例3]
上記実施例2においては、第2の板状部材31の内側端部と、第1の板状部材30の係合部35の平面部を、その短手方向(幅方向)全体に亘って隅肉溶接した溶接部40により接合して試験片32としたが、長尺で薄板状からなる複数の金属製の部材を任意の溶接により接合して試験片としてもよい。
[Example 3]
In the second embodiment, the inner end portion of the second plate-
例えば、図9に示すように、第1の板状部材30の内側端部と、第2の板状部材31の内側端部同士を突き合わせ、その幅方向全体に亘って、突き合わせ溶接した溶接部41により接合して試験片42としてもよい。
For example, as shown in FIG. 9, the inner end of the first plate-
また、図10に示すように、第1の板状部材30の内側端部と、第2の板状部材31の内側端部同士を突き合わせるとともに、薄板状の第3の板状部材43を、板状部材30,31の凹部側(図10の下側)で、かつ、係合部35,39の内側端部に重ね合せて、3枚の板状部材30,31,43を、その幅方向全体に亘って、三枚溶接した溶接部44により接合して試験片45としてもよい。
Further, as shown in FIG. 10, the inner end of the first plate-
また、図11に示すように、第1の板状部材30Aにおける係合部35の内側端部にさらに凸部側(図11の上側)に湾曲する湾曲部35Aを設け、第2の板状部材31Aにおける係合部39の内側端部にさらに凸部側(図11の上側)に湾曲する湾曲部39Aを設け、この湾曲部35A,39A同士を突き合わせて、その幅方向全体に亘って、その曲げ側(図11の下側)をフレア溶接した溶接部48により接合して試験片49としてもよい。
In addition, as shown in FIG. 11, a
また、図12に示すように、第1の板状部材30Aの湾曲部35Aと第2の板状部材31Aの湾曲部39A同士を突き合わせて、その先端側(図12の上側)を、その幅方向全体に亘って、へり溶接した溶接部50により接合して試験片51としてもよい。
Also, as shown in FIG. 12, the
また、図13に示すように、第1の板状部材30Aの湾曲部35Aと第2の板状部材31Aの湾曲部39Aを、薄板状の第3の板状部材53を間に挟んで重ね合せ、その幅方向全体に亘って、3枚へり溶接した溶接部54により接合して試験片55としてもよい。
Further, as shown in FIG. 13, the
また、溶接部の数は、上記のように1か所以外に、複数設けて試験片としてもよい。例えば、図14に示すように、第1の板状部材30の内側端部と、第2の板状部材31の内側端部を相互に離間して設け、第3の板状部材43を、板状部材30,31の凹部側(図14の下側)で、かつ、第1の板状部材30における係合部35の内側端部と、第2の板状部材31における係合部39の内側端部にまたがって配設し、3枚の板状部材30,31,43を、2か所において、その幅方向全体に亘って溶接した溶接部57,57により接合して試験片58としてもよい。
Further, the number of welded portions may be a plurality of test pieces provided in addition to one place as described above. For example, as shown in FIG. 14, the inner end of the
それ以外の構造は、前記実施例1,2と同様であるのでその説明を省略する。 Since other structures are the same as those of the first and second embodiments, description thereof is omitted.
本実施例3においても前記実施例1,2と同様の効果を奏する。 In the third embodiment, the same effects as in the first and second embodiments are obtained.
[実施例4]
上記実施例1〜3においては、加熱部15を5個用いたが、加熱部15は、試験片2の頂部3又は試験片32,42,45,49,51,55,58の溶接部40,41,44,48,50,54,57を所定加熱温度まで加熱することができれば、頂部3又は溶接部40,41,44,48,50,54,57の上方に少なくとも1つ設けて構成してもよい。
[Example 4]
In the first to third embodiments, five
例えば、図15,図16に示すように、頂部3の上方と、傾斜部4,4の上方の計3カ所に加熱部15を設けてよい。
For example, as shown in FIGS. 15 and 16,
それ以外の構造は、前記実施例1〜3と同様であるのでその説明を省略する。 Since other structures are the same as those in the first to third embodiments, description thereof is omitted.
本実施例4においても前記実施例1〜3と同様の効果を奏する。 In the fourth embodiment, the same effects as in the first to third embodiments are obtained.
[実施例5]
上記実施例1〜4においては、平板状の加熱部15を用いたが、図17,図18に示すように、加熱部15を、上記実施例1〜4と比較して、試験片2,32,42,45,49,51,55,58の軸方向に長くなるように形成するとともに、軸方向に屈曲させて試験片2,32,42,45,49,51,55,58の形状に対応した形状に形成するようにしてもよい。
[Example 5]
In the said Examples 1-4, although the
それ以外の構造は、前記実施例1〜4と同様であるのでその説明を省略する。 Since other structures are the same as those in the first to fourth embodiments, description thereof is omitted.
本実施例5においても前記実施例1〜4と同様の効果を奏する。 Also in the fifth embodiment, the same effects as in the first to fourth embodiments are obtained.
[実施例6]
本実施例6は、図19〜図21に示すように、上記実施例1〜3の試験片2,32,42,45,49,51,55,58及び少なくとも加熱部15の発熱部15aを、遮蔽部材20で覆った実施例である。
[Example 6]
In Example 6, as shown in FIGS. 19 to 21, the
遮蔽部材20と試験片2,32,42,45,49,51,55,58の間には、試験片2,32,42,45,49,51,55,58の温度変化により形状変化した場合に遮蔽部材20と試験片2,32,42,45,49,51,55,58とが接触しないように隙間21が形成されていれば、遮蔽部材20の形状は任意に設定することができる。
Between the shielding
また、図22に示すように、遮蔽部材20の下部に上下方向に貫通する挿入穴22を形成し、挿入穴22に冷却部を構成する送風管23を挿通するようにしてもよい。送風管23は、頂部3又は溶接部40,41,44,48,50,54,57の方向に指向して設けられている。
In addition, as shown in FIG. 22, an
それ以外の構造は、前記実施例1〜5と同様であるのでその説明を省略する。 Since other structures are the same as those in the first to fifth embodiments, description thereof is omitted.
本実施例6においても前記実施例1〜5と同様の効果を奏する。 In Example 6, the same effects as in Examples 1 to 5 are obtained.
本実施例6においては、更に、遮蔽部材20により試験片2,32,42,45,49,51,55,58を覆ったことにより、試験片2の頂部3又は試験片32,42,45,49,51,55,58の溶接部40,41,44,48,50,54,57を所定加熱温度に加熱する時間を短縮でき、熱疲労試験の時間を短縮できる。
In the sixth embodiment, the
また、冷却部を設けた場合には、冷却時間を短縮でき、熱疲労試験の時間を、より短縮できる。 Further, when the cooling unit is provided, the cooling time can be shortened, and the time for the thermal fatigue test can be further shortened.
[実施例7]
上記実施例1〜6においては、加熱部15を試験片2,32,42,45,49,51,55,58の凸部側に設けたが、図23に示すように、試験片2,32,42,45,49,51,55,58の凹部側に加熱部15を設け、送風管23は、試験片2,32,42,45,49,51,55,58の凸部側に設けてもよい。
[Example 7]
In the said Examples 1-6, although the
それ以外の構造は、前記実施例1〜6と同様であるのでその説明を省略する。 Since other structures are the same as those in the first to sixth embodiments, description thereof is omitted.
本実施例7においても前記実施例1〜6と同様の効果を奏する。 In Example 7, the same effects as in Examples 1 to 6 are obtained.
[実施例8]
上記実施例1〜7においては、試験片2,32,42,45,49,51,55,58に対して、加熱部15の反対側に冷却部(送風管23)を設けたが、冷却部は、試験片2の頂部3又は試験片32,42,45,49,51,55,58の溶接部40,41,44,48,50,54,57を指向して送風することができれば、任意の場所に設けることができ、例えば、図24に示すように、加熱部15と送風管23を共に、凸部側又は凹部側に設けてもよいし、試験片2,32に直交する図の表側又は裏側に配置してもよい。
[Example 8]
In the said Examples 1-7, although the cooling part (air blower tube 23) was provided in the other side of the
それ以外の構造は、前記実施例1〜7と同様であるのでその説明を省略する。 Since other structures are the same as those in the first to seventh embodiments, description thereof is omitted.
本実施例8においても前記実施例1〜7と同様の効果を奏する。 In the eighth embodiment, the same effects as in the first to seventh embodiments are obtained.
1 熱疲労試験装置
2,32,42,45,49,51,55,58 試験片
3 頂部
5a,32a 一端部
5b,32b 他端部
10 拘束部
11 把持部
12 規制部
13 荷重測定部
15 加熱部
20 遮蔽部材
40,41,44,48,50,54,57 溶接部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記試験片は、熱疲労特性を測定する際にひずみが集中する頂部を有し、
前記試験片の一端部を拘束する拘束部と、前記試験片の他端部を把持する把持部と、該把持部と連動する荷重測定部を備え、
該荷重測定部は、温度変化により、前記試験片が伸縮することで生じる荷重を測定し、
少なくとも1つ以上の面状の加熱部を有し、その一の加熱部を、前記試験片の軸方向中央部に、前記頂部から離間するように設けたことを特徴とする熱疲労試験装置。 A thermal fatigue test apparatus for measuring thermal fatigue characteristics of a test piece composed of one or more plate-shaped metal members,
The test piece has a top where strain is concentrated when measuring thermal fatigue properties,
A restraining portion for restraining one end portion of the test piece, a gripping portion for gripping the other end portion of the test piece, and a load measuring portion interlocking with the gripping portion,
The load measuring unit measures a load generated by expansion and contraction of the test piece due to temperature change,
A thermal fatigue testing apparatus comprising at least one or more planar heating sections, wherein one heating section is provided at a central portion in the axial direction of the test piece so as to be separated from the top.
前記試験片は、熱疲労特性を測定する際にひずみが集中する頂部を有し、
前記試験片の一端部を拘束する拘束部と、前記試験片の他端部を把持する把持部と、該把持部と連動する荷重測定部を備え、
該荷重測定部は、温度変化により、前記試験片が伸縮することで生じる荷重を測定し、
少なくとも1つ以上の面状の加熱部を有し、その一の加熱部を、前記試験片の軸方向中央部に、前記頂部から離間するように設けた熱疲労試験装置を用いて、
試験片に対し、所定加熱温度までの加熱と所定冷却温度までの冷却を繰り返し行い、1回の加熱と1回の冷却を1サイクルとし、この1サイクルにおける荷重の最大値が、一度の熱疲労試験全体における荷重最大値に対し、初めて所定の割合以下となった際のサイクル数を、前記試験を行った際の所定加熱温度におけるその試験片の耐久限界とすることを特徴とする熱疲労試験方法。 Measure the thermal fatigue characteristics of a test piece composed of one or more plate-shaped metal members,
The test piece has a top where strain is concentrated when measuring thermal fatigue properties,
A restraining portion for restraining one end portion of the test piece, a gripping portion for gripping the other end portion of the test piece, and a load measuring portion interlocking with the gripping portion,
The load measuring unit measures a load generated by expansion and contraction of the test piece due to temperature change,
Using a thermal fatigue testing apparatus having at least one or more planar heating parts, the one heating part being provided in the axially central part of the test piece so as to be separated from the top part,
The test piece is repeatedly heated to a predetermined heating temperature and cooled to a predetermined cooling temperature, and one heating and one cooling are defined as one cycle, and the maximum value of the load in this cycle is one thermal fatigue. Thermal fatigue test, characterized in that the number of cycles when the ratio falls below a predetermined ratio for the first time with respect to the maximum load value in the entire test is the endurance limit of the test piece at the predetermined heating temperature when the test is performed Method.
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