JP3396344B2 - 孔付ボルトの高周波加熱方法 - Google Patents
孔付ボルトの高周波加熱方法Info
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
- B23P19/04—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes for assembling or disassembling parts
- B23P19/06—Screw or nut setting or loosening machines
- B23P19/067—Bolt tensioners
- B23P19/068—Bolt tensioners by using heating means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
等の締付け、緩めに用いられる孔付ボルトの高周波加熱
方法に関する。 【0002】 【従来の技術】従来の孔付ボルトの高周波加熱方法につ
いて、図2及び図3を用いて以下に説明する。 【0003】図2に示すようにフランジ11にセットさ
れた金属製ボルト12を緩める場合、まず、この金属製
ボルト12の小径孔12a内へヒータ10をストッパ3
の位置まで挿入し、給電部13を高周波トランス14に
接続する。 【0004】その後、図3(c)に示すように一定の高
周波電力を高周波トランス14より給電部13及びフレ
キシブルケーブル18を介してヒータ10のコイルに供
給し続け、金属製ボルト12の小径孔表面に渦電流を発
生させ、この発熱によって金属製ボルト12を加熱して
弛緩させ、ナット15の取外しを行う。 【0005】なお、この高周波加熱方法は、金属製ボル
ト12を締付ける場合にも適用されるものであり、この
場合は、金属製ボルト12をフランジ11にセットした
後、上記と同様に高周波加熱してナット15の締付けを
行う。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】従来の孔付ボルトの高
周波加熱方法においては、大電力の投入が可能であり、
短時間でボルトを弛緩させることが可能である。 【0007】しかしながら、入熱の過程においてボルト
の小径孔の表面を発熱させた場合、図3(a)に示すよ
うにボルト断面内に過大な温度差分布ΔTを発生させる
ことがあり、この場合、ボルトの小径孔表面に作用する
圧縮応力σが、図3(b)に示すように耐力σysを越え
るため、小径孔表面に疲労損傷が蓄積され、長時間の使
用によってボルトにき裂が発生することがあった。 【0008】また、小径孔表面の温度上昇が速いため、
大電力の投入を続けた場合、図3(a)に示すようにボ
ルト材料の最終熱処理温度TO を越え、ボルトの降伏応
力の低下やクリープ破断強度の低下をもたらし、運転中
にボルトの緩みやき裂損傷を生じることがあった。本発
明は上記の課題を解決しようとするものである。 【0009】 【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、軸中心に小径孔が設けられ機器の締付けに使用され
る孔付ボルトの締付け及び弛緩時に適用される孔付ボル
トの高周波加熱方法において、加熱時の孔付ボルト内表
面の最高到達温度Tmax をボルト材の最終熱処理温度T
O 以下の値に設定し、また、加熱時の孔付ボルトに発生
する最大熱応力σmax を上記最高到達温度Tmax におけ
るボルト材の耐力σys以下の値に設定し、上記最高到達
温度Tmax とボルト断面全体の平均温度Tmeanとの温度
差ΔTを材料の降伏応力から求まる許容最大温度差ΔT
O 以下という条件のもとで上記最大熱応力σmax より求
め、上記最高到達温度Tmax と温度差ΔTとボルト寸法
より最大投入電力を求めた後、上記孔付ボルトの小径孔
にヒータを挿入し、このヒータに上記演算により求めた
最大投入電力を供給し、上記孔付ボルトを加熱して伸長
させることを特徴としている。 【0010】上記において、ヒータに供給される最大投
入電力は、加熱時の孔付ボルトの内表面の最高到達温度
Tmax をボルト材の最終熱処理温度TO 以下に収めるも
のであるため、孔付ボルトの材料強度の低下は防止され
る。 【0011】また、上記ヒータに供給される最大投入電
力は、材料の降伏応力が求まる許容最大温度差ΔTO 以
下という条件のもとで、次式により示される加熱時の孔
付ボルトに発生する最大熱応力σmax より求められた上
記最高到達温度Tmax とボルト断面全体の平均温度Tme
anとの温度差ΔTを用いて求められたものである。 【0012】σmax ≧EαΔT/(1−ν) ここで、Eはボルトのヤング率、αは熱膨張率、νはポ
アソン比であり、ボルトの材料により定まる値である。 【0013】そのため、上記最大熱応力σmax は、上記
最高到達温度Tmax におけるボルト材の耐力σys以下の
値となり、上記最大投入電力がヒータに供給された場
合、孔付ボルトの小径孔表面に作用する応力は弾性応力
の範囲に収まり、疲労による寿命消費を抑制することが
できる。 【0014】 【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態に係る孔付
ボルトの高周波加熱方法について、図1および図2を用
いて説明する。なお、本実施形態においては、金属製ボ
ルト12をフランジ11から弛緩させる場合について説
明する。 【0015】本実施形態に係る孔付ボルトの高周波加熱
方法においては、後述する演算により予め最大投入電力
を求めた後、フランジ11にセットされ球面座金16を
介してナット15により締付けられた金属製ボルト12
の小径孔12a内へヒータ10をストッパ3の位置まで
挿入し、このヒータ10に上記演算により求めた値の高
周波電力を供給し、金属製ボルト12を加熱して伸長さ
せている。 【0016】次に、上記演算により予め求める最大投入
電力の算出要領について、以下に説明する。まず、加熱
時の金属製ボルト12の小径孔12aにより形成される
内表面の最高到達温度Tmax について、 Tmax <ボルト材の最終熱処理温度TO を満足するようにその値を設定する。 【0017】また、加熱時の金属製ボルト12の内表面
温度と外表面温度の温度差によって発生する最大熱応力
σmax について、 σmax <Tmax におけるボルト材の耐力σys を満足するようにその値を設定する。 【0018】次に、加熱時の金属製ボルト12の内表面
の最高到達温度Tmax とボルト断面全体の平均温度Tme
anとの温度差ΔT(=Tmax −Tmean)について、次式
を用いて求める。 【0019】σmax ≧EαΔT/(1−ν) ΔT≦ΔTmax <ΔTO ここで、Eはボルトのヤング率、αは熱膨張率、νはポ
アソン比であり、いずれも金属製ボルト12の材料によ
り定まる値である。また、ΔTmax は材料特性(熱伝
導、比熱、比重、ヤング率、ポアソン比、線膨張率)の
ばらつきを考慮して設定する施工時の許容最大温度差、
ΔTO は材料の降伏応力から求まる許容最大温度差であ
る。 【0020】最後に、上記により求めたTmax とΔT、
および既知のデータであるボルト寸法を用い、有限要素
法による数値解析を行って、金属製ボルト12の加熱時
にヒータ10に供給する最大投入電力を求める。 【0021】上記において、ヒータ10に供給される電
力は図1(c)に示すものであり、この電力は上記の演
算により求めたものであるため、金属製ボルト12の加
熱時におけるボルト小径孔表面の熱応力は、図1(b)
に示すように最高到達温度Tmax におけるボルト材の耐
力σys以下となり、弾性応力の範囲に収まり、疲労によ
る寿命消費を抑えることができる。 【0022】また、加熱時のボルト小径孔表面の最高到
達温度Tmax は、図1(a)に示すようにボルト材の最
終熱処理温度TO 以下に収まり、金属製ボルトの材料強
度の低下を防止することができる。 【0023】 【実施例】前記一実施形態に係る孔付ボルトの高周波加
熱方法については、耐熱フェライト鋼ボルトの弛緩及び
締付けに適用しており、以下にその内容を説明する。 【0024】この耐熱フェライト鋼ボルトについては、
その寸法は、長さが1,100mm、外径が3.8mm、内
径が22mmであり、ボルト材のヤング率Eは21,00
0kgf/mm2 、ポアソン比νは0.3、熱膨張率αは1.
2×10-5 1/℃であり、最終熱処理温度TO が650
〜700℃のために最高到達温度Tmax は600℃に設
定しており、この温度のときのボルト材の耐力σysは5
0kgf/mm2 である。 【0025】上記のデータから求めたΔT(=Tmax −
Tmean)は138℃であり、これらのΔT、Tmax 、ボ
ルト寸法の値を用いて有限要素法による数値解析を行っ
たところ、最大投入電力は20kwであった。 【0026】この電力をボルト12の小径孔12a内に
配設したヒータ10に供給した結果、ボルト12は短時
間で弛緩させることができ、疲労損傷を生じることなく
加熱することができた。 【0027】 【発明の効果】本発明の孔付ボルトの高周波加熱方法
は、孔付ボルトの内表面の最高到着温度Tmax をボルト
材の最終熱処理温度TO 以下に、また、孔付ボルトに発
生する最大熱応力σmax をボルト材の耐力σys以下に設
定し、上記Tmax とボルト断面全体の平均温度との温度
差ΔTを材料の降伏応力から求まる許容最大温度差ΔT
以下という条件のもとで上記最大熱応力σmax より求
め、上記Tmax とΔTとボルト寸法より最大投入電力を
求めた後、上記孔付ボルトの小径孔にヒータを挿入し、
このヒータに演算によりその値を求めた最大投入電力を
供給して孔付ボルトを加熱することによって、加熱時の
孔付ボルトの温度はTO 以下のために材料強度の低下が
防止でき、また、熱応力はσys以下のために疲労による
寿命消費を抑制することができ、短時間に孔付ボルトを
弛緩させることが可能となる。
の高周波加熱方法の説明図で、(a)は最大到達温度T
max と平均温度Tmeanの特性図、(b)は最大熱応力σ
max とボルト伸びδの特性図、(c)は投入電力Wの特
性図である。 【図2】高周波加熱装置の説明図である。 【図3】従来の高周波加熱方法の説明図である。 【符号の説明】 3 ストッパ 10 ヒータ 11 フランジ 12 金属製ボルト 12a 小径孔 13 給電部 14 高周波トランス 15 ナット 16 球面座金 18 フレキシブルケーブル
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 軸中心に小径孔が設けられ機器の締付け
に使用される孔付ボルトの締付け及び弛緩時に適用され
る孔付ボルトの高周波加熱方法において、加熱時の孔付
ボルト内表面の最高到達温度Tmax をボルト材の最終熱
処理温度TO以下の値に設定し、また、加熱時の孔付ボ
ルトに発生する最大熱応力σmax を上記最高到達温度T
max におけるボルト材の耐力σys以下の値に設定し、上
記最高到達温度Tmax とボルト断面全体の平均温度Tme
anとの温度差ΔTを材料の降伏応力から求まる許容最大
温度差ΔTO 以下という条件のもとで上記最大熱応力σ
max より求め、上記最高到達温度Tmax と温度差ΔTと
ボルト寸法より最大投入電力を求めた後、上記孔付ボル
トの小径孔にヒータを挿入し、このヒータに上記演算に
より求めた最大投入電力を供給し、上記孔付ボルトを加
熱して伸長させることを特徴とする孔付ボルトの高周波
加熱方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20948295A JP3396344B2 (ja) | 1995-08-17 | 1995-08-17 | 孔付ボルトの高周波加熱方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20948295A JP3396344B2 (ja) | 1995-08-17 | 1995-08-17 | 孔付ボルトの高周波加熱方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0953622A JPH0953622A (ja) | 1997-02-25 |
JP3396344B2 true JP3396344B2 (ja) | 2003-04-14 |
Family
ID=16573573
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20948295A Expired - Lifetime JP3396344B2 (ja) | 1995-08-17 | 1995-08-17 | 孔付ボルトの高周波加熱方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3396344B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4498879B2 (ja) * | 2004-10-15 | 2010-07-07 | 株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス | ボルト加熱装置 |
CN102268524B (zh) * | 2011-07-14 | 2013-01-16 | 中国第一重型机械集团大连加氢反应器制造有限公司 | 一种u型不锈钢钢管固溶过程用装卡装置 |
CN113297711B (zh) * | 2021-07-28 | 2022-01-07 | 广东电网有限责任公司中山供电局 | 一种无源松动预警螺栓的结构优化方法及装置 |
-
1995
- 1995-08-17 JP JP20948295A patent/JP3396344B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0953622A (ja) | 1997-02-25 |
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