JP2021133385A - Laser peening construction method and laser peening construction system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、レーザピーニング施工技術に関する。 An embodiment of the present invention relates to a laser peening construction technique.
従来、金属材料の疲労強度向上または応力腐食割れの発生予防方法として、ショットピーニング、レーザショックピーニング、レーザピーニング、ウォータジェットピーニング、超音波ピーニングなどを用いて金属材料の表面に圧縮残留応力を付与する技術が知られている。 Conventionally, as a method for improving the fatigue strength of a metal material or preventing the occurrence of stress corrosion cracking, shot peening, laser shock peening, laser peening, water jet peening, ultrasonic peening, etc. are used to apply compressive residual stress to the surface of the metal material. The technology is known.
レーザピーニングは、水が接触している金属材料の表面にレーザを照射することで発生するプラズマの衝撃波によって、金属材料に圧縮残留応力を付与するものである。特に、高い圧縮残留応力を付与するためには、レーザで生じるプラズマが球形に広がることが適切である。しかしながら、レーザピーニングでは、金属材料の表面の周囲に水があるため、プラズマの形状が崩れ易い。また、大きな圧縮残留応力を付与しようとして、単純にパルスエネルギーを大きくするだけでは、プラズマの形状が乱れてしまい、金属材料の表面に充分な衝撃力を加えることができない。このパルスエネルギーには最適値があり、最も適切な施工条件でレーザピーニングを施したいという要望がある。 Laser peening applies compressive residual stress to a metal material by means of a plasma shock wave generated by irradiating the surface of the metal material with which water is in contact with a laser. In particular, in order to apply high compressive residual stress, it is appropriate that the plasma generated by the laser spreads in a spherical shape. However, in laser peening, the shape of the plasma tends to collapse because there is water around the surface of the metal material. Further, if the pulse energy is simply increased in order to apply a large compressive residual stress, the shape of the plasma is disturbed, and a sufficient impact force cannot be applied to the surface of the metal material. There is an optimum value for this pulse energy, and there is a demand for laser peening under the most appropriate construction conditions.
本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、最も適切な施工条件でレーザピーニングを施すことができるレーザピーニング施工技術を提供することを目的とする。 An embodiment of the present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a laser peening construction technique capable of performing laser peening under the most appropriate construction conditions.
本発明の実施形態に係るレーザピーニング施工方法は、少なくともレーザのエネルギーがそれぞれ異なる複数の施工条件で試験片にレーザピーニングを施して得られた試験結果を取得するステップと、取得した前記試験結果に基づいて、施工対象となる対象物の少なくとも疲労寿命を延ばせる前記施工条件を特定するステップと、特定された前記施工条件に対応する前記エネルギーで前記対象物に前記レーザピーニングを施すステップと、を含む。 The laser peening construction method according to the embodiment of the present invention includes a step of acquiring a test result obtained by performing laser peening on a test piece under a plurality of construction conditions in which laser energies are different from each other, and the acquired test result. Based on this, it includes a step of specifying the construction condition that can extend at least the fatigue life of the object to be constructed, and a step of applying the laser peening to the object with the energy corresponding to the specified construction condition. ..
本発明の実施形態により、最も適切な施工条件でレーザピーニングを施すことができるレーザピーニング施工技術が提供される。 An embodiment of the present invention provides a laser peening construction technique capable of performing laser peening under the most appropriate construction conditions.
以下、図面を参照しながら、レーザピーニング施工方法およびレーザピーニング施工システムの実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, the laser peening construction method and the embodiment of the laser peening construction system will be described in detail with reference to the drawings.
図1の符号1は、本実施形態のレーザピーニング施工システムである。このレーザピーニング施工システム1は、レーザピーニング装置2を用いて施工を行うときに、施工対象となる金属材料に応じて最適な施工条件を提供することができる。例えば、レーザピーニング施工システム1は、金属材料に生じる圧縮残留応力、表面粗さ、硬さなどの結果を総合的に判断して、レーザピーニングの施工条件を決定する。
Reference numeral 1 in FIG. 1 is the laser peening construction system of the present embodiment. This laser peening construction system 1 can provide optimum construction conditions according to the metal material to be constructed when the construction is performed using the
図2に示すように、レーザピーニング装置2は、レーザ発振器3と導光部4とレーザ照射部5を備える。このレーザピーニング装置2により金属材料としての対象物Qまたは試験片Tにレーザ6を照射する。
As shown in FIG. 2, the
レーザ発振器3は、パルス状のレーザ6を発振する機器である。このレーザ発振器3は、例えば、YAGレーザを発振する。なお、YAGレーザとは、イットリウム・アルミニウム・ガーネットの結晶を使って発振させるレーザ6のことである。また、レーザ6により発生するプラズマ7の熱の影響を抑えるために、レーザ6のパルス幅を10ナノ秒(1億分の1秒)以下としている。
The laser oscillator 3 is a device that oscillates a pulsed laser 6. The laser oscillator 3 oscillates, for example, a YAG laser. The YAG laser is a laser 6 that oscillates using yttrium aluminum garnet crystals. Further, in order to suppress the influence of the heat of the
導光部4は、レーザ発振器3で発振されたレーザ6をレーザ照射部5まで導く。この導光部4は、例えば、光ファイバなどの導光部材を有している。また、導光部4は、レーザ6を平行光(コリメート光)の状態で導くためにコリメータを有しても良い。
The light guide unit 4 guides the laser 6 oscillated by the laser oscillator 3 to the
レーザ照射部5は、金属材料としての対象物Qまたは試験片Tに向けてレーザ6を照射する。このレーザ照射部5は、導光部4で導かれたレーザ6を集光する集光レンズを有する。また、レーザ照射部5は、レーザ6の焦点位置を変更するために集光レンズを移動させる焦点位置変更部を有しても良い。
The
レーザピーニングとは、水8が接触している金属材料(対象物Qまたは試験片T)の表面にレーザ6を照射することで発生するプラズマ7の衝撃波によって、金属材料に圧縮残留応力を付与する技術である。このレーザピーニングを施工することで、金属材料の強度を向上させることができる。
Laser peening applies compressive residual stress to a metal material by the shock wave of
エネルギーの大きなレーザ6を金属材料の表面に照射すると、金属材料を構成する原子のプラズマ7が瞬間的に発生する。ここで、プラズマ7の周囲に水8が存在している状態では、プラズマ7の膨張が妨げられる。そして、このプラズマ7の反力により衝撃波が発生する。その圧力は、数GPaになる。この衝撃波が金属材料の中を伝播して、金属材料に圧縮残留応力を付与するようになる。この圧縮残留応力が金属材料に付与されることで、金属材料の応力腐食割れまたは疲労亀裂などを防ぐ効果がある。つまり、レーザピーニングを施すことにより、金属材料の応力腐食割れの原因となる引張残留応力を、圧縮残留応力に変化させることができる。
When the surface of a metal material is irradiated with a laser 6 having a large energy,
本実施形態では、水8の中に設けられた対象物Qまたは試験片Tに向けてパルス状のレーザ6を照射する。なお、レーザピーニングが施工される対象となる対象物Qまたは試験片Tは、必ずしも水8の中に設けられなくても良い。例えば、対象物Qまたは試験片Tの表面に水8を掛け流しながらレーザ6を照射しても良い。
In the present embodiment, the pulsed laser 6 is irradiated toward the object Q or the test piece T provided in the
図3に示すように、レーザピーニングを施す際には、対象物Q(試験片T)の表面のX方向(横方向)に対してレーザ6を走査する。すると、走査方向に沿って並ぶ複数の照射点9が形成される。所定距離に亘って走査した後に、Y方向(縦方向)に照射位置をずらして再び走査をしてゆく。これを繰り返すことで、対象物Q(試験片T)の表面の所定の領域10にレーザピーニングが施される。所定の領域10には、走査方向に並ぶ照射点9の列が、ピッチ方向に並んで形成される。
As shown in FIG. 3, when performing laser peening, the laser 6 is scanned in the X direction (lateral direction) of the surface of the object Q (test piece T). Then, a plurality of
なお、レーザ照射部5を対象物Qに対して走査方向またはピッチ方向に相対的に移動させる場合には、対象物Qを固定してレーザ照射部5を移動させても良いし、レーザ照射部5を固定して対象物Qを移動させても良い。さらに、レーザ照射部5と対象物Qの双方を互いに異なる方向に移動させても良い。
When the
本実施形態のレーザピーニング施工システム1は、レーザ6の照射エネルギー、照射径、走査方向(X方向)の移動速度およびピッチ方向(Y方向)の移動距離の制御を行うことで、最も適切な施工条件でレーザピーニングを施すようにする。 The laser peening construction system 1 of the present embodiment is the most appropriate construction by controlling the irradiation energy of the laser 6, the irradiation diameter, the moving speed in the scanning direction (X direction), and the moving distance in the pitch direction (Y direction). Laser peening is performed under the conditions.
レーザピーニングを施す際に、走査方向またはピッチ方向の単位長さあたりのパルス数と、単位面積あたりの照射点9の密度は、レーザ6の周波数、走査方向の移動速度、ピッチ方向の移動距離に基づいて、以下の数式で求められる。
When performing laser peening, the number of pulses per unit length in the scanning direction or pitch direction and the density of
(数式1)
[走査方向の単位長さあたりのパルス数(パルス/mm)]=[レーザ周波数(Hz)]/[走査方向の移動速度(mm/秒)]
(Formula 1)
[Number of pulses per unit length in the scanning direction (pulse / mm)] = [Laser frequency (Hz)] / [Movement speed in the scanning direction (mm / sec)]
(数式2)
[ピッチ方向の単位長さあたりのパルス数(パルス/mm)]=1/[ピッチ方向の移動距離(mm)]
(Formula 2)
[Number of pulses per unit length in the pitch direction (pulse / mm)] = 1 / [Movement distance in the pitch direction (mm)]
(数式3)
[単位面積あたりの照射点の密度(照射点の個数/mm2)]=[走査方向の単位長さ当たりのパルス数(パルス/mm)]×[ピッチ方向の単位長さあたりのパルス数(パルス/mm)]
(Formula 3)
[Density of irradiation points per unit area (number of irradiation points / mm 2 )] = [Number of pulses per unit length in scanning direction (pulse / mm)] x [Number of pulses per unit length in pitch direction (pulse / mm)] Pulse / mm)]
ここで、対象物Q(試験片T)の表面に形成される照射点9の個数と、レーザピーニング装置2から照射されるレーザ6のパルス数(発射回数)は同一である。レーザ6が移動するときの単位長さあたりのパルス数を制御することで、対象物Qの表面に形成される照射点9の個数を調整することができる。
Here, the number of
次に、発明者らが行った試験結果を用いて具体的に説明する。図4から図6のグラフを参照する。 Next, it will be specifically described using the test results conducted by the inventors. Refer to the graphs of FIGS. 4 to 6.
まず、対象物Qの施工を行う前に、この対象物Qに対応する試験片Tを準備する。例えば、対象物Qを同一の金属材料で形成された複数の試験片Tを用いる。それぞれ異なる複数の施工条件でそれぞれの試験片Tにレーザピーニングを施す。そして、繰り返し荷重を試験片Tに与えて、試験片Tが破断までの繰返し数を求める疲労試験を実施する。そして、破断繰返し数が最大となるようなレーザピーニングの施工条件を求める。 First, before the construction of the object Q, the test piece T corresponding to the object Q is prepared. For example, a plurality of test pieces T having the object Q formed of the same metal material are used. Laser peening is applied to each test piece T under a plurality of different construction conditions. Then, a repeated load is applied to the test piece T, and a fatigue test is performed to determine the number of repetitions until the test piece T breaks. Then, the construction conditions of laser peening that maximize the number of repeated breaks are obtained.
破断繰返し数を最大にするための条件は、金属材料により異なる。例えば、表面残留応力の影響が最も大きいもの、表面粗さの影響が大きいもの、圧縮残留応力の影響深さが大きいものなどがある。または、それらの複合効果で破断繰返し数が決まる。 The conditions for maximizing the number of repeated fractures differ depending on the metal material. For example, there are those having the largest effect of surface residual stress, those having a large effect of surface roughness, and those having a large effect of compressive residual stress. Alternatively, the combined effect of these determines the number of repeated fractures.
本実施形態では、例えば、アルミニウム合金の試験片Tを対象として実験を行った。そして、表面の圧縮残留応力の大きさに着目して、施工条件の検討を行った。 In this embodiment, for example, an experiment was conducted on a test piece T of an aluminum alloy. Then, the construction conditions were examined by paying attention to the magnitude of the compressive residual stress on the surface.
図4のグラフは、照射したレーザ6のエネルギーと試験片Tに生じた圧縮残留応力の関係を示すグラフである。 The graph of FIG. 4 is a graph showing the relationship between the energy of the irradiated laser 6 and the compressive residual stress generated in the test piece T.
レーザ6の照射径を一定として、照射点9の密度が小、中、大の3条件について、エネルギーを変えてレーザピーニングを行った。このグラフにおいて、三角印が照射点9の密度が小さい試験片Tの試験結果を示し、菱形印が照射点9の密度が中程度の試験片Tの試験結果を示し、四角印が照射点9の密度が大きい試験片Tの試験結果を示す。
With the irradiation diameter of the laser 6 being constant, laser peening was performed by changing the energy under three conditions in which the densities of the irradiation points 9 were small, medium, and large. In this graph, the triangular marks indicate the test results of the test piece T having a low density at the
レーザピーニングを試験片Tに施工後、X線回折法を用いてそれぞれの試験片Tの表面の圧縮残留応力を測定した。なお、圧縮残留応力は、一般的にマイナスの符号で示されるため、縦軸の下の方が大きい圧縮残留応力を表している。 After laser peening was applied to the test piece T, the compressive residual stress on the surface of each test piece T was measured by using an X-ray diffraction method. Since the compressive residual stress is generally indicated by a minus sign, the lower part of the vertical axis represents the larger compressive residual stress.
このグラフに示すように、いずれの照射点9の密度においても、レーザ6のエネルギーを大きくすると、次第に圧縮残留応力は大きくなるが、最大値を示した後、再び小さくなる傾向がある。これらの試験結果から、圧縮残留応力が大きく、比較的エネルギーが小さい2つの試験結果Rの施工条件(照射点9の密度が中程度のものと大きいもの)を選択した。
As shown in this graph, at any of the densities of the irradiation points 9, when the energy of the laser 6 is increased, the compressive residual stress gradually increases, but after showing the maximum value, it tends to decrease again. From these test results, the construction conditions of the two test results R having a large compressive residual stress and a relatively small energy (the density of the
図5のグラフは、図4のグラフから選択した2つの施工条件に対応する試験片Tの表面粗さを測定した結果を示す。その結果、照射点9の密度が中程度の施工条件の表面粗さの方が小さかった。 The graph of FIG. 5 shows the result of measuring the surface roughness of the test piece T corresponding to the two construction conditions selected from the graph of FIG. As a result, the surface roughness under the construction conditions where the density of the irradiation points 9 was medium was smaller.
そして、4本の試験片Tを準備して、そのうち2本の試験片に対して照射点9の密度が中程度となるような施工条件でレーザピーニングを施した。さらに、残り2本の試験片Tに対して照射点9の密度が大きくなるような施工条件でレーザピーニングを施した。それら4本の試験片Tを同じ試験条件で疲労試験をした結果を図6のグラフに示す。
Then, four test pieces T were prepared, and laser peening was performed on two of the test pieces under construction conditions such that the density of the
図6のグラフは、破断繰返し数を示している。それぞれ2本ずつの試験結果に対応している。その結果、このグラフに示すように、照射点9の密度が中程度の施工条件の試験片Tの破断繰返し数が大きいことが分かった。つまり、単に照射点9の密度を大きくすれば破断繰返し数も大きくなるものばかりでなく、適切な照射点9の密度が存在することが分かる。
The graph of FIG. 6 shows the number of repeated breaks. Each corresponds to two test results. As a result, as shown in this graph, it was found that the number of repeated breaks of the test piece T under the construction condition where the density of the
これらの結果に基づいて、対象物Qにレーザピーニングを実施することとした。実際に施工をする部位は、負荷する応力が集中するような曲率を持つ部位であるため、施工効率を上げるため、必要な部位のみに必要最小限の面積を打つことが好ましい。その場合には、最低限、走査方向に5パルス以上、ピッチ方向に5パルス以上のレーザ6を打つことが好ましい。 Based on these results, it was decided to perform laser peening on the object Q. Since the part to be actually constructed has a curvature so that the stress to be applied is concentrated, it is preferable to hit the minimum necessary area only on the necessary part in order to improve the construction efficiency. In that case, it is preferable to hit the laser 6 with at least 5 pulses or more in the scanning direction and 5 pulses or more in the pitch direction.
前述の試験結果では、表面の圧縮残留応力に着目をして施工条件を選定したが、表面粗さ、表面残留応力が同じであっても、圧縮残留応力が深い方がより大きい破断繰返し数を得られる場合がある。その場合には、選択する材料に応じて適切な施工条件を選択することが好ましい。 In the above test results, the construction conditions were selected by focusing on the compressive residual stress on the surface, but even if the surface roughness and surface residual stress are the same, the deeper the compressive residual stress, the larger the number of fracture repetitions. May be obtained. In that case, it is preferable to select appropriate construction conditions according to the material to be selected.
さらに、実際にレーザピーニング施工をして、測定または試験を実施して確認を行ったが、金属材料によっては既に取得しているデータがある場合もある。また、計算により求まる場合もある。そのため、それらのデータを用いて検討をしても、最適な施工条件を選定することが可能である。 Furthermore, although laser peening was actually performed and measurements or tests were carried out for confirmation, there may be data that has already been obtained depending on the metal material. It may also be calculated. Therefore, it is possible to select the optimum construction conditions even if the examination is conducted using those data.
本実施形態において、施工条件は、試験片Tに生じた残留応力、硬さ、表面粗さの少なくともいずれかに基づいて特定される。このようにすれば、疲労寿命の延伸は、残留応力、硬さ、表面粗さの少なくともいずれかに対応しているため、疲労寿命を延ばすための最も適切な施工条件を特定することができる。 In the present embodiment, the construction conditions are specified based on at least one of the residual stress, hardness, and surface roughness generated in the test piece T. In this way, the extension of the fatigue life corresponds to at least one of residual stress, hardness, and surface roughness, so that the most appropriate construction conditions for extending the fatigue life can be specified.
また、施工条件は、試験片Tが破断に至るまで繰り返し負荷を与えて得られる破断繰返し数、試験片Tが破断に至るまでの亀裂進展時間、試験片Tに生じる亀裂の単位時間当たりの亀裂進展量である亀裂進展速度の少なくともいずれかに基づいて特定される。このようにすれば、疲労寿命の延伸は、破断繰返し数、亀裂進展時間、亀裂進展速度の少なくともいずれかに対応しているため、疲労寿命を延ばすための最も適切な施工条件を特定することができる。 The construction conditions include the number of repeated fractures obtained by repeatedly applying a load until the test piece T breaks, the crack growth time until the test piece T breaks, and the cracks that occur in the test piece T per unit time. It is specified based on at least one of the crack growth rates, which is the amount of growth. In this way, the extension of the fatigue life corresponds to at least one of the number of fracture repetitions, the crack growth time, and the crack growth rate, so that the most appropriate construction conditions for extending the fatigue life can be specified. can.
また、施工条件は、レーザ6の照射径、レーザ6の照射点9の単位面積当たりの密度、レーザ6の走査方向およびピッチ方向の照射点9の密度の少なくともいずれかを含む。このようにすれば、レーザ6により付与される圧縮残留応力は、照射径、照射点9の単位面積当たりの密度、走査方向およびピッチ方向の照射点9の密度の少なくともいずれかに対応しているため疲労寿命を延ばすための最も適切な施工条件を特定することができる。
Further, the construction conditions include at least one of the irradiation diameter of the laser 6, the density of the
本実施形態では、対象物Qの表面に対してレーザ6の走査方向およびピッチ方向を適切な方向に設定する。そして、取得した試験結果に基づいて、走査方向のレーザ6の照射点9の密度およびピッチ方向の照射点9の密度を設定する。このようにすれば、レーザ6の走査方向またはピッチ方向のいずれ一方にだけ高い圧縮残留応力を付与することができる。全体として照射点9の密度を低くしても、走査方向およびピッチ方向の照射点9の密度比を変えることで、いずれか一方向だけ圧縮残留応力を高くすることができる。
In the present embodiment, the scanning direction and the pitch direction of the laser 6 are set to appropriate directions with respect to the surface of the object Q. Then, based on the acquired test results, the density of the
例えば、図3に示すように、対象物Qの使用用途または形状に応じて、Y方向には高い圧縮残留応力を付与する必要があるが、X方向には圧縮残留応力を付与する必要がない場合がある。その場合には、ピッチ方向の単位長さあたりの照射点9の密度を大きくし、走査方向の単位長さあたりの照射点9の密度を小さく設定する。すると、Y方向に高い圧縮残留応力を付与しつつ、全体の照射点9の個数を減らせるようになり、レーザピーニングの施工時間を短縮することができる。
For example, as shown in FIG. 3, it is necessary to apply a high compressive residual stress in the Y direction, but it is not necessary to apply a compressive residual stress in the X direction, depending on the intended use or shape of the object Q. In some cases. In that case, the density of the irradiation points 9 per unit length in the pitch direction is increased, and the density of the irradiation points 9 per unit length in the scanning direction is set to be small. Then, while applying a high compressive residual stress in the Y direction, the total number of
次に、レーザピーニング施工システム1のシステム構成を図1に示すブロック図を参照して説明する。 Next, the system configuration of the laser peening construction system 1 will be described with reference to the block diagram shown in FIG.
レーザピーニング施工システム1は、試験結果取得部11と施工条件特定部12と装置制御部13と情報入力部14と表示出力部15とメイン制御部16とを備える。これらは、メモリまたはHDDに記憶されたプログラムがCPUによって実行されることで実現される。
The laser peening construction system 1 includes a test
また、レーザピーニング施工システム1は、試験結果データベース17を備える。これらは、メモリまたはHDDに記憶され、検索または蓄積ができるよう整理された情報の集まりである。
Further, the laser peening construction system 1 includes a
本実施形態のレーザピーニング施工システム1は、CPU、ROM、RAM、HDDなどのハードウェア資源を有し、CPUが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されるコンピュータで構成される。さらに、本実施形態のレーザピーニング施工方法は、各種プログラムをコンピュータに実行させることで実現される。 The laser peening construction system 1 of the present embodiment has hardware resources such as a CPU, ROM, RAM, and HDD, and when the CPU executes various programs, information processing by software is realized using the hardware resources. It consists of a computer. Further, the laser peening construction method of the present embodiment is realized by causing a computer to execute various programs.
レーザピーニング施工システム1の各構成は、必ずしも1つのコンピュータに設ける必要はない。例えば、ネットワークで互いに接続された複数のコンピュータを用いて1つのレーザピーニング施工システム1を実現しても良い。例えば、施工条件特定部12と装置制御部13とをそれぞれ個別のコンピュータに設けても良い。
Each configuration of the laser peening construction system 1 does not necessarily have to be provided in one computer. For example, one laser peening construction system 1 may be realized by using a plurality of computers connected to each other by a network. For example, the construction
試験結果取得部11は、試験片Tを用いた試験結果を取得する。例えば、試験結果取得部11は、少なくともレーザ6のエネルギーがそれぞれ異なる複数の施工条件で試験片Tにレーザピーニングを施して得られた試験結果を取得する。
The test result
なお、試験結果は、実際に試験片Tを用いて実施した試験でも良いし、コンピュータを用いたシミュレーションにより得られた試験結果でも良い。 The test result may be a test actually carried out using the test piece T or a test result obtained by a simulation using a computer.
また、試験結果取得部11は、得られた試験結果を試験結果データベース17に記憶する。試験結果データベース17には、様々な金属材料を様々な施工条件でレーザピーニングを施した場合の試験結果が蓄積される。試験結果取得部11は、外部から試験結果を取得する態様のみならず、試験結果データベース17に既に蓄積された試験結果を取得しても良い。
Further, the test
施工条件特定部12は、試験結果取得部11が取得した試験結果に基づいて、施工対象となる対象物Qの少なくとも疲労寿命を延ばせる施工条件を特定する。この施工条件特定部12は、エネルギー設定部18と照射径設定部19と密度設定部20と縦横比設定部21と方向設定部22とを備える。
Based on the test results acquired by the test
エネルギー設定部18は、レーザピーニングを施すときのレーザ6のエネルギーの設定を行う。
The
照射径設定部19は、レーザピーニングを施すときのレーザ6の照射径の設定を行う。
The irradiation
密度設定部20は、レーザピーニングを施したときにレーザ6により形成される照射点9の密度の設定を行う。
The
縦横比設定部21は、レーザピーニングを施すときのレーザ6の走査方向の照射点9の密度、またはレーザ6のピッチ方向の照射点9の密度の設定を行う。
The aspect
方向設定部22は、レーザピーニングを施すときの対象物Qの表面に対するレーザ6の走査方向およびピッチ方向を設定する。
The
装置制御部13は、レーザピーニング装置2の制御を行う。この装置制御部13は、施工条件特定部12で特定された施工条件に対応するように、レーザ6の少なくともエネルギーを調整する。なお、装置制御部13は、施工条件に基づいて、施工条件特定部12で特定されたレーザ6の照射径、レーザ6の照射点9の単位面積当たりの密度、または、レーザ6の走査方向およびピッチ方向の照射点9の密度の調整を行っても良い。
The
情報入力部14は、レーザピーニング施工システム1を使用するユーザの操作に応じて所定の情報が入力される。この情報入力部14には、マウスまたはキーボードなどの入力装置が含まれる。つまり、これら入力装置の操作に応じて所定の情報が情報入力部14に入力される。
The
本実施形態のレーザピーニング施工システム1には、解析結果の出力を行うディスプレイなどの表示装置が含まれる。表示出力部15は、ディスプレイに表示される画像の制御を行う。なお、ディスプレイはコンピュータ本体と別体であっても良いし、一体であっても良い。さらに、ネットワークを介して接続される他のコンピュータが備えるディスプレイに表示される画像の制御を表示出力部15が行っても良い。
The laser peening construction system 1 of the present embodiment includes a display device such as a display that outputs analysis results. The
なお、本実施形態では、表示装置としてディスプレイを例示するが、その他の態様であっても良い。例えば、紙媒体に情報を印字するプリンタをディスプレイの替りとして用いても良い。つまり、表示出力部15が制御する対象として、プリンタが含まれても良い。
In this embodiment, a display is illustrated as a display device, but other embodiments may be used. For example, a printer that prints information on a paper medium may be used instead of the display. That is, a printer may be included as a target controlled by the
メイン制御部16は、レーザピーニング施工システム1を統括的に制御する。
The
次に、レーザピーニング施工方法について図7のフローチャートを用いて説明する。なお、前述の図面を適宜参照する。 Next, the laser peening construction method will be described with reference to the flowchart of FIG. The above drawings will be referred to as appropriate.
図7に示すように、まず、ステップS11において、レーザピーニング施工システム1のユーザは、対象物Qに用いる金属材料、疲労寿命などの必要条件の設定を行う。また、ユーザは、実施する試験の回数(試験片Tの個数)の設定も行う。 As shown in FIG. 7, first, in step S11, the user of the laser peening construction system 1 sets necessary conditions such as the metal material used for the object Q and the fatigue life. The user also sets the number of tests to be performed (the number of test pieces T).
次のステップS12において、施工条件特定部12は、レーザピーニングの施工条件を選定する。
In the next step S12, the construction
次のステップS13において、エネルギー設定部18は、レーザピーニングを施すときのレーザ6のエネルギーの設定を行う。
In the next step S13, the
次のステップS14において、照射径設定部19は、レーザピーニングを施すときのレーザ6の照射径の設定を行う。
In the next step S14, the irradiation
次のステップS15において、密度設定部20は、レーザピーニングを施したときにレーザ6により形成される照射点9の密度の設定を行う。
In the next step S15, the
次のステップS16において、縦横比設定部21は、レーザピーニングを施すときのレーザ6の走査方向の照射点9の密度、またはレーザ6のピッチ方向の照射点9の密度の設定を行う。
In the next step S16, the aspect
次のステップS17において、ユーザは、対象物Qに対応する試験片Tを用いて試験を行う。なお、試験片Tを用いて行われる試験には、疲労試験のみならず、その他の試験が含まれていても良い。 In the next step S17, the user performs a test using the test piece T corresponding to the object Q. The test performed using the test piece T may include not only a fatigue test but also other tests.
次のステップS18において、試験結果取得部11は、試験片Tを用いた試験結果を取得する。ここで、試験結果取得部11は、得られた試験結果を試験結果データベース17に記憶する。
In the next step S18, the test
次のステップS19において、試験結果取得部11は、全ての疲労試験が終了したか否かを判定する。ここで、全ての疲労試験が終了していない場合(ステップS19にてNOの場合)は、ステップS12に戻る。そして、試験結果取得部11は、それぞれ異なる複数の施工条件で試験片Tにレーザピーニングを施して得られた試験結果を取得する。一方、全ての疲労試験が終了した場合(ステップS19にてYESの場合)は、ステップS20に進む。
In the next step S19, the test
次のステップS20において、施工条件特定部12は、試験結果取得部11が取得した試験結果に基づいて、施工対象となる対象物Qの少なくとも疲労寿命を延ばせる施工条件を特定する。ここで、施工条件特定部12は、試験片Tの圧縮残留応力、表面粗さ、硬さなどの結果を総合的に判断して、レーザピーニングの施工条件を決定する。
In the next step S20, the construction
なお、試験結果が良好な試験片Tが無い場合、つまり、疲労寿命などの必要条件を満たしている試験片Tが無い場合には、ステップS12に戻っても良い。そして、試験結果が良好な試験片Tが得られるまで、ステップS12からステップS18を繰り返しても良い。 If there is no test piece T having a good test result, that is, if there is no test piece T that satisfies the necessary conditions such as fatigue life, the process may return to step S12. Then, steps S12 to S18 may be repeated until a test piece T having a good test result is obtained.
次のステップS21において、方向設定部22は、レーザピーニングを施すときの対象物Qの表面に対するレーザ6の走査方向およびピッチ方向を設定する。
In the next step S21, the
次のステップS22において、装置制御部13は、施工条件特定部12で特定された施工条件でレーザピーニング装置2の制御を行う。つまり、装置制御部13は、施工条件特定部12で特定された施工条件に対応するレーザ6のエネルギーと照射径と照射点9の密度などに従って対象物Qにレーザピーニングを施す制御を行う。
In the next step S22, the
なお、本実施形態のフローチャートにおいて、各ステップが直列に実行される形態を例示しているが、必ずしも各ステップの前後関係が固定されるものでなく、一部のステップの前後関係が入れ替わっても良い。また、一部のステップが他のステップと並列に実行されても良い。 Although the flowchart of the present embodiment illustrates a mode in which each step is executed in series, the context of each step is not necessarily fixed, and even if the context of some steps is exchanged. good. Also, some steps may be executed in parallel with other steps.
本実施形態のシステムは、専用のチップ、FPGA(Field Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)、またはCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ROM(Read Only Memory)またはRAM(Random Access Memory)などの記憶装置と、HDD(Hard Disk Drive)またはSSD(Solid State Drive)などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスまたはキーボードなどの入力装置と、通信インターフェースとを備える。このシステムは、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。 The system of this embodiment includes a control device in which a dedicated chip, a controller such as an FPGA (Field Programmable Gate Array), a GPU (Graphics Processing Unit), or a CPU (Central Processing Unit) is highly integrated, and a ROM (Read Only). A storage device such as Memory or RAM (Random Access Memory), an external storage device such as HDD (Hard Disk Drive) or SSD (Solid State Drive), a display device such as a display, and an input device such as a mouse or keyboard. , With a communication interface. This system can be realized by a hardware configuration using a normal computer.
なお、本実施形態のシステムで実行されるプログラムは、ROMなどに予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでCD−ROM、CD−R、メモリカード、DVD、フレキシブルディスク(FD)などのコンピュータで読み取り可能な非一過性の記憶媒体に記憶されて提供するようにしても良い。 The program executed by the system of the present embodiment is provided by being incorporated in a ROM or the like in advance. Alternatively, the program may be a computer-readable, non-transient storage medium such as a CD-ROM, CD-R, memory card, DVD, or flexible disk (FD) that is a file in an installable or executable format. It may be stored and provided in.
また、このシステムで実行されるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしても良い。また、このシステムは、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワークまたは専用線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。 Further, the program executed by this system may be stored on a computer connected to a network such as the Internet, and may be downloaded and provided via the network. In addition, this system can also be configured by connecting separate modules that independently perform the functions of the components to each other via a network or a dedicated line, and combining them.
なお、本実施形態では、レーザピーニング施工システム1を用いてレーザピーニング施工方法を実行しているが、その他の態様であっても良い。例えば、レーザピーニング施工方法を人手により実行しても良い。特に、試験結果取得部11と施工条件特定部12が行う処理を人手により実行しても良い。
In this embodiment, the laser peening construction method is executed by using the laser peening construction system 1, but other embodiments may be used. For example, the laser peening construction method may be manually executed. In particular, the processing performed by the test
以上説明した実施形態によれば、取得した試験結果に基づいて、施工対象となる対象物の少なくとも疲労寿命を延ばせる施工条件を特定するステップを含むことにより、最も適切な施工条件でレーザピーニングを施すことができる。 According to the embodiment described above, laser peening is performed under the most appropriate construction conditions by including a step of specifying construction conditions that can extend at least the fatigue life of the object to be constructed based on the acquired test results. be able to.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, as well as in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1…レーザピーニング施工システム、2…レーザピーニング装置、3…レーザ発振器、4…導光部、5…レーザ照射部、6…レーザ、7…プラズマ、8…水、9…照射点、10…領域、11…試験結果取得部、12…施工条件特定部、13…装置制御部、14…情報入力部、15…表示出力部、16…メイン制御部、17…試験結果データベース、18…エネルギー設定部、19…照射径設定部、20…密度設定部、21…縦横比設定部、22…方向設定部、Q…対象物、R…試験結果、T…試験片。 1 ... Laser peening construction system, 2 ... Laser peening device, 3 ... Laser oscillator, 4 ... Light guide unit, 5 ... Laser irradiation unit, 6 ... Laser, 7 ... Plasma, 8 ... Water, 9 ... Irradiation point, 10 ... Region , 11 ... Test result acquisition unit, 12 ... Construction condition identification unit, 13 ... Device control unit, 14 ... Information input unit, 15 ... Display output unit, 16 ... Main control unit, 17 ... Test result database, 18 ... Energy setting unit , 19 ... Irradiation diameter setting unit, 20 ... Density setting unit, 21 ... Aspect ratio setting unit, 22 ... Direction setting unit, Q ... Object, R ... Test result, T ... Test piece.
Claims (6)
取得した前記試験結果に基づいて、施工対象となる対象物の少なくとも疲労寿命を延ばせる前記施工条件を特定するステップと、
特定された前記施工条件に対応する前記エネルギーで前記対象物に前記レーザピーニングを施すステップと、
を含む、
レーザピーニング施工方法。 At least the step of applying laser peening to the test piece under multiple construction conditions with different laser energies and acquiring the test results obtained.
Based on the acquired test results, a step of specifying the construction conditions that can extend at least the fatigue life of the object to be constructed, and
A step of applying the laser peening to the object with the energy corresponding to the specified construction conditions, and
including,
Laser peening construction method.
請求項1に記載のレーザピーニング施工方法。 The construction conditions are specified based on at least one of the residual stress, hardness, and surface roughness generated in the test piece.
The laser peening construction method according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載のレーザピーニング施工方法。 The construction conditions include the number of repeated fractures obtained by repeatedly applying a load until the test piece breaks, the crack growth time until the test piece breaks, and the crack growth per unit time of the cracks generated in the test piece. Identified based on at least one of the quantities of crack growth rate,
The laser peening construction method according to claim 1 or 2.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のレーザピーニング施工方法。 The construction conditions include at least one of the irradiation diameter of the laser, the density of the irradiation points of the laser per unit area, and the density of the irradiation points in the scanning direction and the pitch direction of the laser.
The laser peening construction method according to any one of claims 1 to 3.
取得した前記試験結果に基づいて、前記走査方向の前記レーザの照射点の密度および前記ピッチ方向の前記照射点の密度を設定するステップと、
を含む、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のレーザピーニング施工方法。 A step of setting the scanning direction and the pitch direction of the laser with respect to the surface of the object,
Based on the acquired test results, a step of setting the density of the irradiation points of the laser in the scanning direction and the density of the irradiation points in the pitch direction, and
including,
The laser peening construction method according to any one of claims 1 to 4.
取得した前記試験結果に基づいて、施工対象となる対象物の少なくとも疲労寿命を延ばせる前記施工条件を特定する施工条件特定部と、
特定された前記施工条件に対応する前記エネルギーで前記対象物に前記レーザピーニングを施す装置制御部と、
を備える、
レーザピーニング施工システム。 A test result acquisition unit that acquires test results obtained by applying laser peening to test pieces under multiple construction conditions with at least different laser energies.
Based on the acquired test results, a construction condition specifying part that specifies the construction conditions that can extend at least the fatigue life of the object to be constructed, and
A device control unit that applies the laser peening to the object with the energy corresponding to the specified construction conditions.
To prepare
Laser peening construction system.
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-
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