JP2720389B2 - 部品の固有応力検出方法および装置 - Google Patents

部品の固有応力検出方法および装置

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JP2720389B2 JP63091237A JP9123788A JP2720389B2 JP 2720389 B2 JP2720389 B2 JP 2720389B2 JP 63091237 A JP63091237 A JP 63091237A JP 9123788 A JP9123788 A JP 9123788A JP 2720389 B2 JP2720389 B2 JP 2720389B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、部品の硬化された検査すべき範囲におけ
る、特にタービン羽根における固有応力（外的な機械力
が作用しないときにも存在する物体内部の機械的応力）
の検出方法並びにその方法を実施するための装置に関す
る。
〔従来の技術〕
ドイツ連邦共和国特許第2837733号、同第3037932号お
よびヨーロッパ特許第0100009号明細書から、材料状態
の確認のための測定方法が既に知られており、この方法
は、バルクハウゼン効果を利用するかもしくは保磁力を
測定するものである。ドイツ連邦共和国特許第2247634
号明細書からにおいて、軟らかい合金化されていないス
チールの品質管理に、この測定を用いることも知られて
いる。
適当な測定機器がフラウンホーファ（Fraunhofer）社
によって応用研究の要求のために開発されている。この
機器、即ちいわゆる“EMAGアナライザ”は、例えば本発
明にとって必要な測定に適している。この機器“EMAGア
ナライザ E2302 S8200"の取扱説明書には測定原理が
詳細に記載されている。ここで引用されている両上記特
許明細書においても必要な測定の概要が記載されてい
る。
従来技術によれば、バルクハウゼン雑音振幅の測定に
よって部品における機械的応力に関する定量的なデータ
が得られ、保磁力の測定によって硬度に関する定量的な
データが得られる。例えば硬化された先導エッジを持っ
たタービン羽根の如き特別に硬化された範囲を持った部
材の場合には、安全技術上の配慮にとってはかかる定量
的なデータは一般に不十分である。これは、検査すべき
範囲の硬度も機械的応力も上記の両測定値に影響を及ぼ
すことに起因する。他方では、検査すべき範囲の硬度は
一般に正確には知られていないし、全範囲にわたって一
定ではないために、従来の測定方法によれば、存在する
機械的応力および部品におけるその分布に関する定量的
なデータが得られない。
しかしながら、他方では、例えばタービン羽根の如き
高い負担のかかる部品における引張応力の存在は後の割
れ目の発生を助長するので、製造後もしくは定期検査時
に部品の品質を決定するのに、非常に正確な測定が必要
である。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の課題は、固有応力の定量的な測定を可能に
し、それにより特別な固有引張応力の正確な位置確認を
可能にする測定方法を提供することにある。更に、本発
明の課題は上記方法を実施するための適当な装置を提供
することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題は、本発明によれば、次の特徴事項によっ
て達成される。すなわち、 ａ） それぞれ既知の硬度および既知の固有応力による
例えばX20Cr13またはX10CrNiMo V12 22（ドイツ工業
規格の短縮表記）の如き所定の材料の検定試験にて機械
的応力（σ）および硬度（HV）に依存した保磁力（Hc）
およびバルクハウゼン雑音振幅（Mmax）を測定し、 ｂ） これらの測定値より、硬度（HV）および機械的応
力（σ）への保磁力（Hc）およびバルクハウゼン雑音振
幅（Mmax）の関数的な依存性を与える検定関数を作成
し、 ｃ） 部品の検査すべき範囲にわたり保磁力（Hc）およ
びバルクハウゼン雑音振幅（Mmax）の場所的な依存性を
測定し、 ｄ） 保磁力およびバルクハウゼン雑音振幅のこれらの
第２の測定値（Hc、Mmax）を、作成した前記検定関数に
基づいて、場所に依存したビッカースかたさの如き硬度
と、場所に依存した機械的応力とに算定し直し、このよ
うにして得た場所に依存した機械的応力（σ）は検査す
べき範囲における場所に依存した硬度（HV）に独立に存
在し、応力分布の像表示またはコンピュータにおける再
処理の如き他の処理のために利用される ことである。
〔作用〕
この場合に、本発明は、機械的応力および硬度への保
磁力およびバルクハウゼン雑音の依存性が基本的に各材
料のための適当な検定試験によって求め得るという認識
に基づいている。その場合に曲線群，ダイアグラムで、
または関数として表し得るこれらの量の間の関係が生じ
る。従ってこれらの関係を知ることにより、保磁力およ
びバルクハウゼン雑音振幅の測定から、その都度場所的
な硬度もそこに存在する機械的応力も検出できることが
判明した。これは、特に部品に存在する固有応力に関し
て、局部的に存在する硬度に関係なく、正確な定量的デ
ータを得ることを可能にする。
〔実施態様〕
特許請求の範囲における請求項２によれば、かかる方
法は、タービン羽根、特に低圧タービン羽根の硬化され
た案内エッジの試験に特に有利に適用される。この高い
負担をかけられる部品は定期的に検査され、しかも本発
明による測定方法により損傷のある羽根を早期に識別す
ることができる。従来技術によれば、欠陥のある範囲が
バルクハウゼン雑音振幅の最大値により識別できるかも
しれないが、しかし従来除去することのできない変化し
やすい硬度の影響のために引張り固有応力の絶対値に関
するデータは殆ど得られなかった。これに対して、本発
明にしたがって実際の機械的応力を測定するならば、絶
対値を求めることができ、それによって、例えば硬度と
引張り固有応力との相反する特性により従来技術では目
立たないバルクハウゼン雑音振幅しか示さなかった欠陥
範囲も見つけることができる。すなわち、危険な高い固
有応力を有する所定の高負荷の部品は、部品を介してわ
ずかに変化されたバルクハウゼン雑音振幅しか生起しな
いような硬度と固有応力を持っているため、従来のバル
クハウゼン雑音振幅の単独の測定によるだけでは、この
ような危険な固有応力は決定され得ないが、バルクハウ
ゼン雑音振幅とならんで同時に保磁力も測定される本発
明によれば、実際の硬度および実際の引張り固有応力
が、相互に別々に決定されることができ、したがってこ
のような場合も臨界的な固有応力が決定され得る。
更に、実験の結果、引張り固有応力が既に非常に小さ
い亀裂をもたらしている範囲において測定系でかかる範
囲を走査する際に測定された機械的応力の典型的な二重
極大が生じることが分かった。
機械的応力の場所的分布の体系的な検査を可能にする
ためには、特許請求の範囲の請求項３にしたがって、励
磁系および測定レシーバ系を所定の特に一定の速度にて
検査すべき範囲における所定の測定軌道上を案内し、し
かも高速に順次測定を行うことが好ましい。測定値の時
間的順序は速度が既知のため場所的な対応関係を可能に
する。かかる方法はタービン羽根の欠陥エッジを検査す
るのに適している。
本発明による方法を実施するための適当な装置は請求
項４乃至７に記載されている。図面に詳しく記載されて
いるように、本発明による装置は、互いに独立でない両
測定値，即ち保磁力およびバルクハウゼン雑音振幅から
互いに独立な両材料特性値，即ち硬度および機械的応力
を求めるためには、検定データを持ったメモリおよび演
算部を備えなければならない。部品の検査時間を短縮す
るためには、測定値の処理はオンラインで行うべきであ
る。例えば低圧タービン羽根のエッジを検査するために
は、励磁系および測定レシーバ系は検査すべき範囲に沿
って、とりわけ一定の速度で移動されなければならず、
これは機械的駆動装置または適当な操作機によって行う
ことができる。タービン羽根の先導エッジの場合には、
かかる操作機は検査すべきエッジ上を乗ってゆく。他の
検査すべき部品の場合には、主としてコイルを備えたヨ
ークからなる励磁系がその磁気作用によって部品にしっ
かりと保持され、その場合に磁気レシーバ系が励磁系に
よって担持され、両極の内部で移動可能である。
〔実施例〕
本発明装置の一実施例が図面に示されている。その場
合に、保磁力および最大バルクハウゼン雑音振幅の測定
値を検出するまでの測定原理は従来技術と同じである。
検査すべき部品１は励磁系２、３、４により交番磁界
にて磁化される。励磁系はヨーク2,コイル３および付属
の電源もしくは制御部４から構成されている。測定レシ
ーバ５は、バルクハウゼン雑音および保磁力を測定する
ための通常の装置、例えば磁気誘導レシーバおよびホー
ル素子を持っている。測定信号は増幅部もしくはフィル
タ６の後でバルクハウゼン雑音７と保磁力８について別
々にされて信号処理部９に導かれ、該信号処理部９には
バルクハウゼン雑音振幅Mmaxのための信号出力部10およ
び保磁力Hcのための信号出力部11に接続されている。そ
の場合にこれらの両測定値はそれぞれ検査すべき部品の
硬度にも機械的応力にも依存する。したがって、材料特
性に関する明確なデータを得るために、別の電子評価部
12が続き、これは検定データを持ったメモリ13と演算部
14を有する。材料特有の検定データとの比較によって、
もしくは求められた検定データに十分に近似する適当な
検定関数を持った演算によって、電子評価部12によって
互いに独立な両材料特性が硬度HVおよび機械的応力σを
求め、適当な形で記憶して指示するか又はさもなくば目
視できるようにすることができる（15、16）。一般に、
モニタへのこれらの材料値の指示は、測定レシーバが進
んだ行程に依存して、データ的に特に明確に、そして容
易に把握することができる。
〔発明の効果〕
本発明による測定方法および装置によって、特に完全
には一定でない硬度を持った硬化範囲における固有応力
の正確な測定を行うことができる。それにより例えば、
不都合な材料特性を持ったタービン羽根を確実に検知し
て、より分けることができる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明装置の一実施例を示すブロック図である。 １……検査すべき部品 ２……ヨーク ３……コイル ４……電源／制御部 ５……測定レシーバ ６……増幅部／フィルタ ７……バルクハウゼン雑音測定部 ８……保磁力測定部 ９……信号処理部 10……バルクハウゼン雑音振幅出力部 11……保磁力出力部 12……電子評価部 13……メモリ 14……演算部 15、16……指示ないし表示部
フロントページの続き (72)発明者 エルウイン、シユテユツカー ドイツ連邦共和国エツセンフリントロツ プ、ノイエハイマート16 (72)発明者 ウエナル、ギユネス ドイツ連邦共和国エルランゲン、フリー ドリツヒバウエルシユトラーセ15 (56)参考文献 特開 昭61−277051（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−108970（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−57247（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−40646（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−6161（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】部品の硬化された検査すべき範囲における
    固有応力の検出方法において、 ａ） それぞれ既知の硬度および既知の固有応力による
    所定の材料の検定試験にて機械的応力（σ）および硬度
    （HV）に依存した保磁力（Hc）およびバルクハウゼン雑
    音振幅（Mmax）を測定し、 ｂ） これらの第１の測定値より、硬度（HV）および機
    械的応力（σ）への保磁力（Hc）およびバルクハウゼン
    雑音振幅（Mmax）の関数的な依存性を与える検定関数を
    作成し、 ｃ） 部品の検査すべき範囲にわたり、保磁力（Hc）お
    よびバルクハウゼン雑音振幅（Mmax）の場所的な依存性
    を測定し、 ｄ） 保磁力およびバルクハウゼン雑音振幅のこれらの
    第２の測定値（Hc、Mmax）を、作成した前記検定関数に
    基づいて、場所に依存したビッカースかたさの如き硬度
    と、場所に依存した機械的応力とに算定し直し、このよ
    うにして得た場所に依存した機械的応力（σ）は検査す
    べき範囲における場所に依存した硬度（HV）に独立に存
    在し、応力分布の像表示またはコンピュータにおける再
    処理の如き他の処理のために利用されること を特徴とする部品の固有応力検出方法。
  2. 【請求項２】検査すべき範囲は、タービン羽根、特に低
    圧タービン羽根の硬化された案内エッジであることを特
    徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】励磁および測定レシーバ系（２、３、４、
    ５）は、検査すべき範囲において定められた速度で定め
    られた測定軌道上で案内され、それにより測定値の場所
    的対応関係がそれらの時間的順序から得られることを特
    徴とする請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】バルクハウゼン雑音振幅（Mmax）および保
    磁力（Hc）を測定するための励磁および測定レシーバ系
    （２、３、５）を備えた請求項１、２または３記載の方
    法を実施するための装置において、 ａ） この装置は、保磁力（Hc）およびバルクハウゼン
    雑音振幅（Mmax）の測定値を並列処理する電子評価部
    （12）を持ち、 ｂ） この電子評価部（12）は、バルクハウゼン雑音振
    幅（Mmax）、保磁力（Hc）、硬度（HV）および機械的応
    力（σ）間の依存性に関して、１つ以上の材料のための
    検定データもしくは検定関数を持った１つ以上のメモリ
    （13）を有し、 ｃ） 前記電子評価部（12）は、測定値（Mmax、Hc）
    を、記憶された検定データに基づいて硬度（HV）および
    機械的応力（σ）などの材料特性に計算し直す演算部
    （14）を有すること を特徴とする部品の固有応力検出装置。
  5. 【請求項５】励磁および測定レシーバ系（２、３、５）
    は、部品、特にタービン羽根の検査すべき範囲において
    定められた測定軌道に沿って定められた速度で移動可能
    であることを特徴とする請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】励磁系（２、３）は同時に、検査すべき部
    品（１）における測定レシーバ（５）の磁気保持体とし
    て構成されていることを特徴とする請求項５記載の装
    置。
  7. 【請求項７】励磁系（２、３）はヨーク（２）を備え、
    その両磁極間で測定レシーバ（５）が移動されることを
    特徴とする請求項６記載の装置。
JP63091237A 1987-04-16 1988-04-12 部品の固有応力検出方法および装置 Expired - Lifetime JP2720389B2 (ja)

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