JP5023995B2 - Heat-resistant material testing equipment and test piece - Google Patents

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Description

本発明は、耐熱材の耐熱性試験、特に被評価材に繰り返しの温度変化と機械的な応力変化とを生じさせて熱疲労試験を行うのに好適な耐熱材試験装置およびテストピースに関する。 The present invention relates to a heat resistance test for a heat resistant material, and more particularly to a heat resistant material testing apparatus and a test piece suitable for conducting a thermal fatigue test by causing repeated temperature changes and mechanical stress changes in a material to be evaluated.

一般に、繰り返しの急激な温度変化を受ける部材がその周囲からの拘束力によって繰り返し応力や歪みを生じる場合、例えば、内燃エンジンへの締結部と排気管集合部とで拘束されながら急激な温度変化を受けるエキゾーストマニホールドのような部材では、要求される熱サイクル数に対してその部材に許容される歪みの限界を適正に設定可能にするため、その部材の材料から作製したテストピースに繰り返しの温度変化と機械的な応力変化とを生じさせる熱疲労試験がなされている。
従来、この種の熱疲労試験を行う耐熱材試験装置として、加熱および冷却がされ被評価材からなる2標点間の部分と、この2標点間以外であって、つかみ具で保持される部分とを有するテストピースを用いるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この熱疲労試験装置においては、内部の温度分布を少なくし適正な耐熱性の評価を行うため2標点間の部分および2標点間以外であって、つかみ具で保持される部分を中空にしてテストピースの厚みを小さくしている。また、冷却効果を促進するため、中空の内部に冷却水を流通させるとともに、2標点間の部分に対して冷却ガスを吹き付けている。また、繰り返し周期が短く、被評価材の外部観察も容易である高周波誘導加熱により被評価材を加熱するようになっている。
さらに、誘導加熱コイルによって急速な加熱がされる2標点間の部分とそれら2標点間以外の部分との間に局所的な高応力が生じてバルジングによる亀裂や膨張が生じ、正常な熱疲労の評価ができないということを防止すべく、この熱疲労試験装置では、2標点間以外の部分に対する冷却装置を設け、多数の吐出孔を有するリング状冷却ノズルから冷却ガスにより外側から冷却することで2標点間以外の部分と2標点間の部分との温度分布の差を小さくするようにしている。
実開平5−71754号公報
In general, when a member subjected to repeated rapid temperature changes causes repeated stress or distortion due to the restraining force from its surroundings, for example, the rapid temperature change is restrained by the fastening portion to the internal combustion engine and the exhaust pipe collecting portion. In a member such as an exhaust manifold, repeated temperature changes are made to the test piece made from the material of the member so that the limit of strain allowed for that member can be set appropriately for the required number of thermal cycles. And thermal fatigue tests that cause mechanical stress changes.
Conventionally, as a heat-resistant material testing apparatus for performing this type of thermal fatigue test, a portion between two reference points that are heated and cooled and made of a material to be evaluated is held between the two reference points and a gripping tool. One using a test piece having a portion is known (see, for example, Patent Document 1). In this thermal fatigue test apparatus, in order to reduce the internal temperature distribution and evaluate the appropriate heat resistance, the part held between the two gauge points and other than between the two gauge points, and the part held by the gripping tool are made hollow. The thickness of the test piece is reduced. Moreover, in order to accelerate | stimulate a cooling effect, while circulating cooling water inside a hollow, the cooling gas is sprayed with respect to the part between two gauge points. In addition, the material to be evaluated is heated by high-frequency induction heating, which has a short repetition period and facilitates external observation of the material to be evaluated.
Furthermore, local high stress is generated between the part between the two reference points that are heated rapidly by the induction heating coil and the part other than the two reference points, causing cracks and expansion due to bulging, and normal heat In order to prevent the fatigue from being evaluated, this thermal fatigue test apparatus is provided with a cooling device for portions other than between the two gauge points, and is cooled from the outside by a cooling gas from a ring-shaped cooling nozzle having a large number of discharge holes. Thus, the difference in temperature distribution between the portion other than the two benchmarks and the portion between the two benchmarks is reduced.
Japanese Utility Model Publication No. 5-71754

しかしながら、上述のような従来の耐熱材試験装置および耐熱材試験方法では、誘導加熱コイルによってテストピースの被評価部分を直接加熱するようにしていたので、局所的に発生する急勾配の温度分布により、テストピースにバルジングやネッキングといった変形が起こることを確実に防止することができず、温度勾配が急になる部位で、被評価材に本来評価すべき熱疲労による亀裂でなく他要因による亀裂が発生し易かった。そのため、適正な熱疲労強度の評価ができないという問題があった。   However, in the conventional heat-resistant material testing apparatus and the heat-resistant material testing method as described above, the evaluated portion of the test piece is directly heated by the induction heating coil. The test piece cannot be reliably prevented from undergoing deformation such as bulging or necking, and cracks due to other factors, not cracks due to thermal fatigue that should be evaluated originally, should be applied to the material being evaluated. It was easy to occur. Therefore, there has been a problem that proper thermal fatigue strength cannot be evaluated.

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、被評価材に熱疲労以外の要因で変形や亀裂が発生するのを防止することができ、適正に熱疲労強度の評価をすることができる耐熱材試験装置およびテストピースを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and can prevent deformation and cracks from being caused by factors other than thermal fatigue in a material to be evaluated. An object of the present invention is to provide a heat-resistant material testing apparatus and a test piece that can evaluate the above.

本発明に係る耐熱材試験装置は、上記目的達成のため、(1)耐熱性が試験評価される被評価材を誘導加熱コイルによって加熱する耐熱材試験装置において、前記被評価材より高い耐熱性を有し、前記誘導加熱コイルにより加熱されて前記被評価材を加熱する耐熱部材を備え、前記被評価材が棒状の部材によって形成され、前記耐熱部材が前記被評価材の軸方向の両端部に接合されたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the heat-resistant material testing apparatus according to the present invention is (1) a heat-resistant material testing apparatus that heats a material to be evaluated to be evaluated by an induction heating coil. A heat-resistant member that is heated by the induction heating coil to heat the material to be evaluated, the material to be evaluated is formed by a rod-shaped member, and the heat-resistant members are both ends in the axial direction of the material to be evaluated. It is characterized by having been joined to .

この構成により、誘導加熱コイルによって加熱される耐熱部材から被評価材に熱が伝達される。したがって、誘導加熱コイルにより耐熱部材が直接加熱され、被評価材は誘導加熱コイルにより直接加熱されないので、被評価材に、局所的な急勾配の温度分布の発生による局所的な熱膨張(バルジングやネッキング)や亀裂が発生することはない。他方、誘導加熱コイルにより耐熱部材が直接加熱されても、耐熱部材が被評価材より高い耐熱性を有しているので、耐熱部材に、局所的な急勾配の温度分布の発生による局所的な熱膨張(バルジングやネッキング)や亀裂が発生することはない。その結果、被評価材に本来の熱疲労強度による亀裂が発生するまでに予期しない異常な亀裂が生ずることはなく、適正な熱疲労強度の評価がなされる。
また、各耐熱部材が誘導加熱コイルにより加熱されると、各耐熱部材から被評価材の両端部を介して均等に被評価材に熱が伝達される。
With this configuration, heat is transmitted from the heat-resistant member heated by the induction heating coil to the material to be evaluated. Therefore, the heat-resistant member is directly heated by the induction heating coil, and the material to be evaluated is not directly heated by the induction heating coil. Therefore, local thermal expansion (bulging or Necking) and cracks do not occur. On the other hand, even if the heat-resistant member is directly heated by the induction heating coil, since the heat-resistant member has higher heat resistance than the material to be evaluated, the heat-resistant member is locally affected by the occurrence of local steep temperature distribution. Thermal expansion (bulging and necking) and cracks do not occur. As a result, an unexpected abnormal crack does not occur before a crack due to the original thermal fatigue strength occurs in the material to be evaluated, and an appropriate thermal fatigue strength is evaluated.
Further, when each heat-resistant member is heated by the induction heating coil, heat is evenly transmitted from each heat-resistant member to the material to be evaluated through both end portions of the material to be evaluated.

上記(1)に記載の耐熱材試験装置は、好ましくは(2)前記耐熱部材が、前記誘導加熱コイルにより囲まれるよう前記誘導加熱コイルの放射内方に設けられるよう構成される。   The heat-resistant material testing apparatus according to (1) is preferably configured such that (2) the heat-resistant member is provided inside the radiation of the induction heating coil so as to be surrounded by the induction heating coil.

この構成により、誘導加熱コイルの放射内方に設けられた耐熱部材が、誘導加熱コイルにより囲まれているので、誘導加熱コイルに所定周波数の交流電流が流されると、誘導加熱コイルに磁界が発生した際、耐熱部材が均一に加熱され、耐熱部材を介して被評価材が加熱される。   With this configuration, since the heat-resistant member provided inside the radiation of the induction heating coil is surrounded by the induction heating coil, a magnetic field is generated in the induction heating coil when an alternating current of a predetermined frequency is passed through the induction heating coil. When this is done, the heat-resistant member is heated uniformly, and the material to be evaluated is heated via the heat-resistant member.

本発明に係るテストピースは、上記目的達成のため、(3)耐熱性が評価される被評価材と、前記被評価材の一端部側に連結された第1の保持部材と、前記被評価材の他端部側に連結された第2の保持部材とを有し、前記被評価材が誘導加熱コイルによって加熱されるテストピースにおいて、前記被評価材の一端部と前記第1の保持部材との間に前記被評価材より高い耐熱性を有する第1の耐熱部材が介在し、前記第1の耐熱部材が前記第1の保持部材と前記被評価材とに接合されるとともに、前記被評価材の他端部と前記第2の保持部材との間に前記被評価材より高い耐熱性を有する第2の耐熱部材が介在し、前記第2の耐熱部材が前記第2の保持部材と前記被評価材とに接合されたことを特徴とする。In order to achieve the above object, the test piece according to the present invention is (3) a material to be evaluated for heat resistance, a first holding member connected to one end of the material to be evaluated, and the object to be evaluated. A test piece in which the material to be evaluated is heated by an induction heating coil, and one end portion of the material to be evaluated and the first holding member. A first heat-resistant member having higher heat resistance than the material to be evaluated is interposed therebetween, and the first heat-resistant member is joined to the first holding member and the material to be evaluated. A second heat-resistant member having higher heat resistance than the material to be evaluated is interposed between the other end portion of the evaluation material and the second holding member, and the second heat-resistant member is connected to the second holding member. It is bonded to the material to be evaluated.

この構成により、第1の耐熱部材および第2の耐熱部材が誘導加熱コイルにより直接加熱されると、それぞれの耐熱部材と被評価材の接合部分から被評価材に均等に熱が伝達される。被評価材が誘導加熱コイルにより直接加熱されることはない。With this configuration, when the first heat-resistant member and the second heat-resistant member are directly heated by the induction heating coil, heat is evenly transmitted from the joint portion between each heat-resistant member and the material to be evaluated to the material to be evaluated. The material to be evaluated is not directly heated by the induction heating coil.

上記(3)に記載のテストピースは、好ましくは、(4)前記被評価材と前記第1の保持部材と前記第2の保持部材とが、中空のパイプで形成される。In the test piece according to (3), preferably, (4) the material to be evaluated, the first holding member, and the second holding member are formed of a hollow pipe.

この構成により、前記被評価材と前記第1の保持部材と前記第2の保持部材との内部に中空の通路が画成されるので、この通路内に圧縮ガスや冷却水などの冷媒を流通させ、温度サイクルにおける冷却が速まる。また、被評価材が中空のパイプで形成されると、被評価材の厚みを小さくすることができ、被評価材においてその表面部と内部との温度分布の差が少なくなり、適正な熱疲労強度の評価がなされる。With this configuration, a hollow passage is defined inside the material to be evaluated, the first holding member, and the second holding member, and a refrigerant such as compressed gas or cooling water is circulated in the passage. Cooling in the temperature cycle is accelerated. In addition, when the material to be evaluated is formed of a hollow pipe, the thickness of the material to be evaluated can be reduced, and the difference in temperature distribution between the surface portion and the inside of the material to be evaluated is reduced, and appropriate thermal fatigue is achieved. An evaluation of strength is made.

また、上記(3)または(4)に記載のテストピースは、好ましくは、(5)前記耐熱部材が前記被評価材より熱伝導率が高い高熱伝導材料で形成される。In the test piece according to (3) or (4), preferably, (5) the heat-resistant member is made of a high thermal conductive material having a higher thermal conductivity than the material to be evaluated.

この構成により、耐熱部材が高熱伝導材料で形成されていると、誘導加熱コイルにより加熱する際、耐熱部材から被評価材に効率よく熱伝導できる。With this configuration, when the heat-resistant member is formed of a highly heat conductive material, heat can be efficiently transferred from the heat-resistant member to the evaluation target material when heated by the induction heating coil.

本発明によれば、誘導加熱コイルにより耐熱部材が直接加熱され、被評価材は誘導加熱コイルにより直接加熱されないので、被評価材に、局所的な急勾配の温度分布の発生による局所的な熱膨張や亀裂が発生することはない。耐熱部材が被評価材より高い耐熱性を有しているので、耐熱部材においても、局所的な急勾配の温度分布の発生による局所的な熱膨張や亀裂が発生することはない。誘導加熱コイルにより加熱された耐熱部材の熱が被評価材に伝達され、被評価材が適正に加熱される。その結果、被評価材に本来の熱疲労強度による亀裂が発生するまでに予期しない異常な亀裂が生ずることはなく、適正な熱疲労強度の評価をすることができる耐熱材試験装置およびテストピースを提供することができる。 According to the present invention, since the heat-resistant member is directly heated by the induction heating coil, and the material to be evaluated is not directly heated by the induction heating coil, the local heat generated by the occurrence of a local temperature distribution with a steep slope is not applied to the material to be evaluated. There is no expansion or cracking. Since the heat-resistant member has higher heat resistance than the material to be evaluated, the local heat expansion and cracking due to the occurrence of a local temperature distribution with a steep slope do not occur even in the heat-resistant member. The heat of the heat-resistant member heated by the induction heating coil is transmitted to the material to be evaluated, and the material to be evaluated is appropriately heated. As a result, there is no unexpected abnormal crack before the crack due to the original thermal fatigue strength occurs in the material to be evaluated, and there is provided a heat-resistant material testing apparatus and test piece capable of evaluating an appropriate thermal fatigue strength. Can be provided.

以下、本発明の第1の実施の形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るテストピースを装着した耐熱材試験装置の構成の概略を示す構成図であり、図2は、本発明の第1の実施の形態に係るテストピースの図1のA−A断面を示す断面図であり、図3は、本発明の第1の実施の形態に係るテストピースに熱を加える際の温度と時間の関係を示すグラフであり、図4は、本発明の第1の実施の形態に係るテストピースの端部を拘束する際の拘束率と亀裂が生ずるときの熱サイクル数を示すグラフである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of the configuration of a heat-resistant material testing apparatus equipped with a test piece according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is related to the first embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the AA cross section of FIG. 1 of a test piece, FIG. 3 is a graph which shows the relationship between temperature and time at the time of applying heat to the test piece which concerns on the 1st Embodiment of this invention. FIG. 4 is a graph showing the restraint rate when restraining the end portion of the test piece according to the first embodiment of the present invention and the number of thermal cycles when a crack occurs.

まず、本発明の第1の実施の形態に係る耐熱材試験装置の構成および耐熱材試験方法について説明する。   First, the configuration of the heat-resistant material testing apparatus and the heat-resistant material testing method according to the first embodiment of the present invention will be described.

なお、本発明に係る耐熱材試験方法は、本発明に係る耐熱材試験装置およびテストピースにより実施することができ、耐熱材試験装置およびテストピースの説明を通じてその耐熱材試験方法の詳細をも明らかにすることとする。具体的には、本発明に係る耐熱材試験方法における加熱ステップは、本発明に係る耐熱材試験装置における、制御部、高周波電源および出力整合部により実施することができ、本発明に係る耐熱材試験方法における熱伝達ステップは、本発明に係る耐熱材試験装置におけるテストピースへの誘導加熱コイルによる加熱により実施することができる。   In addition, the heat-resistant material test method according to the present invention can be carried out by the heat-resistant material test apparatus and the test piece according to the present invention, and details of the heat-resistant material test method are also clarified through the description of the heat-resistant material test apparatus and the test piece. I will make it. Specifically, the heating step in the heat-resistant material test method according to the present invention can be performed by the control unit, the high-frequency power source, and the output matching unit in the heat-resistant material test apparatus according to the present invention, and the heat-resistant material according to the present invention. The heat transfer step in the test method can be performed by heating the test piece in the heat-resistant material testing apparatus according to the present invention with an induction heating coil.

図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る耐熱材試験装置は、装置本体部11と、制御部12と、高周波電源部13と、出力整合部14と、圧縮ガス供給部15とを含むCoffin型の熱疲労試験装置1で構成されている。この熱疲労試験装置1においては、装置本体部11内に保持したテストピース16に対して加熱および冷却の熱サイクルを繰り返し加え、このテストピース16の一部を構成する被評価材(後述する)に亀裂が生ずるまでの熱サイクル数を測定し熱疲労強度の評価を行うようになっている。テストピース16における亀裂の有無は、例えば、シリコンなどのスプレーを表面に吹き付け、目視で確認することができる。また、歪ゲージなどの変形量を測定する測定器によりテストピース16の歪みが大きく変化した時点で外観検査を行い確認することもできる。   As shown in FIG. 1, the heat-resistant material testing apparatus according to the first embodiment of the present invention includes an apparatus main body 11, a controller 12, a high frequency power supply 13, an output matching unit 14, and a compressed gas supply. The Coffin-type thermal fatigue test apparatus 1 including the section 15 is configured. In the thermal fatigue test apparatus 1, a material to be evaluated (described later) that constitutes a part of the test piece 16 by repeatedly applying a heat cycle of heating and cooling to the test piece 16 held in the apparatus main body 11. The thermal fatigue strength is evaluated by measuring the number of thermal cycles until cracks occur. The presence or absence of cracks in the test piece 16 can be confirmed visually, for example, by spraying silicon or the like on the surface. Further, it is also possible to confirm by performing an appearance inspection when the strain of the test piece 16 is greatly changed by a measuring instrument such as a strain gauge.

装置本体部11は、上側固定板21と、下側固定板22と、この上側固定板21および下側固定板22を支持する支柱23、24と、テストピース16の上端部を保持する上端保持機構部25と、テストピース16の下端部を保持する下端保持機構部26と、テストピース16の軸方向の変形量を測定する歪センサ27と、テストピース16の温度を測定するようテストピース16に設けられた熱電対28と、テストピース16の上部を加熱する上部高周波誘導コイル31(誘導加熱コイル)と、テストピース16の下部を加熱する下部高周波誘導コイル32(誘導加熱コイル)とを含んで構成されている。   The apparatus main body 11 includes an upper fixing plate 21, a lower fixing plate 22, support columns 23 and 24 that support the upper fixing plate 21 and the lower fixing plate 22, and an upper end holding that holds the upper end portion of the test piece 16. The mechanism 25, the lower end holding mechanism 26 that holds the lower end of the test piece 16, the strain sensor 27 that measures the amount of axial deformation of the test piece 16, and the test piece 16 that measures the temperature of the test piece 16. Includes a thermocouple 28, an upper high-frequency induction coil 31 (induction heating coil) that heats the upper part of the test piece 16, and a lower high-frequency induction coil 32 (induction heating coil) that heats the lower part of the test piece 16. It consists of

上端保持機構部25は、ばねなどの弾性体の上側を固定し下側でテストピース16を保持するよう構成されたプルロッドからなり、テストピース16の軸方向の変形量を吸収できるようになっている。上端保持機構部25は、油圧により変形量を吸収できる油圧サーボ機構であってもよい。上端保持機構部25で吸収される変形量は制御部12により制御されるようになっており、テストピース16の軸方向の拘束の度合いを表すいわゆる拘束率(%)が制御されるようになっている。拘束率は、例えば、100%であれば、テストピース16の軸方向の変形量を全く吸収しない完全固定保持を意味し、0%であれば、保持されない完全な開放状態を意味し、80%であれば、やや変形量を吸収できる状態を意味している。また、この拘束率は、熱疲労試験により評価される材料が使用される部品の設計条件などを考慮し、実際の取付状態に近似した拘束状態になるよう設定されることが好ましい。また、上端保持機構部25の内部は、上下方向に貫通した通路を有しており、圧縮ガス供給部15から供給される圧縮ガスなどの冷媒を流通させるようになっている。   The upper end holding mechanism portion 25 is composed of a pull rod configured to fix the upper side of an elastic body such as a spring and hold the test piece 16 on the lower side, and can absorb the amount of axial deformation of the test piece 16. Yes. The upper end holding mechanism unit 25 may be a hydraulic servo mechanism that can absorb deformation by hydraulic pressure. The deformation amount absorbed by the upper end holding mechanism unit 25 is controlled by the control unit 12 so that a so-called restraint rate (%) representing the degree of restraint in the axial direction of the test piece 16 is controlled. ing. For example, if the restraint rate is 100%, it means a completely fixed holding that does not absorb the amount of deformation of the test piece 16 in the axial direction, and if it is 0%, it means a completely open state that is not held, and 80%. If so, it means that the amount of deformation can be absorbed somewhat. In addition, it is preferable that the restraint rate is set so that the restraint state approximates the actual mounting state in consideration of the design conditions of the parts in which the material evaluated by the thermal fatigue test is used. Further, the inside of the upper end holding mechanism portion 25 has a passage penetrating in the vertical direction so that a refrigerant such as compressed gas supplied from the compressed gas supply portion 15 is circulated.

下端保持機構部26は、テストピース16を保持するチャック機構などの保持機構で構成されており、テストピース16が軸方向に動かないよう保持されるようになっている。
この下端保持機構部26も、上端保持機構部25と同様に、内部は上下方向に貫通した通路を有しており、圧縮ガス供給部15から供給される圧縮ガスなどの冷媒を流通させるようになっている。
歪センサ27は、図2に示すように、テストピース16の中央部上側に接触させた上側押し当て棒27aと、テストピース16の中央部下側に接触させた下側押し当て棒27bの2本のセンサ部分で構成されており、テストピース16の軸方向の変形量を測定し、変形量に応じた検出信号を制御部12に出力するようになっている。
The lower end holding mechanism portion 26 is configured by a holding mechanism such as a chuck mechanism that holds the test piece 16, and the test piece 16 is held so as not to move in the axial direction.
Similarly to the upper end holding mechanism unit 25, the lower end holding mechanism unit 26 has a passage penetrating in the vertical direction so that a refrigerant such as compressed gas supplied from the compressed gas supply unit 15 is circulated. It has become.
As shown in FIG. 2, the strain sensor 27 includes two upper pressing rods 27 a that are in contact with the upper center portion of the test piece 16 and lower pressing rods 27 b that are in contact with the lower center portion of the test piece 16. The sensor portion is configured to measure the amount of deformation of the test piece 16 in the axial direction and output a detection signal corresponding to the amount of deformation to the control unit 12.

熱電対28は、例えば、ニッケル、クロムなどの異種金属を接合した接点およびこの接点と接続された電圧計からなり、接点に生ずる熱起電力を電圧計により測定し温度に応じた信号を制御部12に出力するようになっている。この熱電対28は、テストピース16の表面部の温度を正確に測定するようテストピース16の表面部に、例えば、スポット溶接などにより接合されている。この熱電対28は、テストピース16の表面部の温度をより正確に測定できるよう、複数箇所に設置してもよい。   The thermocouple 28 includes, for example, a contact obtained by joining different metals such as nickel and chromium, and a voltmeter connected to the contact. The thermocouple 28 measures a thermoelectromotive force generated at the contact with the voltmeter and outputs a signal corresponding to the temperature. 12 is output. The thermocouple 28 is joined to the surface portion of the test piece 16 by, for example, spot welding so as to accurately measure the temperature of the surface portion of the test piece 16. The thermocouple 28 may be installed at a plurality of locations so that the temperature of the surface portion of the test piece 16 can be measured more accurately.

上部高周波誘導コイル31は、例えば、銅チューブなどの金属管からなり、熱疲労試験条件やテストピース16の形状、大きさなどに応じて、形状や巻数などが決定される。
図1および図2に示すように、上部高周波誘導コイル31は、テストピース16の外径よりも大きな内径と、軸方向にL1の長さを有し、巻数が3のコイルで形成されており、その両端部31a、31bで出力整合部14に接続され、所定周波数の交流電流が流れるよう構成されている。上部高周波誘導コイル31は、テストピース16を囲みその放射外方になるよう配置されており、交流電流が流されると、磁界が発生してテストピース16に渦電流が発生し、この渦電流によりテストピース16の表面部が加熱されるようになっている。また、上部高周波誘導コイル31で発生した磁界の急峻な変化に対する抵抗が生じ、その抵抗によってもテストピース16が加熱されるようになっている。
The upper high-frequency induction coil 31 is made of, for example, a metal tube such as a copper tube, and the shape, the number of turns, and the like are determined according to the thermal fatigue test conditions and the shape and size of the test piece 16.
As shown in FIGS. 1 and 2, the upper high-frequency induction coil 31 is formed of a coil having an inner diameter larger than the outer diameter of the test piece 16 and a length L1 in the axial direction and having three turns. The both ends 31a and 31b are connected to the output matching unit 14 so that an alternating current of a predetermined frequency flows. The upper high-frequency induction coil 31 surrounds the test piece 16 and is disposed so as to radiate outward. When an alternating current is applied, a magnetic field is generated and an eddy current is generated in the test piece 16. The surface portion of the test piece 16 is heated. Further, a resistance against a steep change in the magnetic field generated in the upper high frequency induction coil 31 is generated, and the test piece 16 is also heated by the resistance.

下部高周波誘導コイル32は、上部高周波誘導コイル31と同様に構成され、図2に示すように上部高周波誘導コイル31と距離L2だけ離隔して配置されている。これによって、テストピース16の軸方向中央に位置する管状の被評価材17の部分が上部高周波誘導コイル31および下部高周波誘導コイル32から直接加熱されないようになっている。
下部高周波誘導コイル32は、その両端部32a、32bで出力整合部14に接続され、所定周波数の交流電流が流れるよう構成されている。
The lower high-frequency induction coil 32 is configured in the same manner as the upper high-frequency induction coil 31, and is spaced apart from the upper high-frequency induction coil 31 by a distance L2, as shown in FIG. As a result, the portion of the tubular member to be evaluated 17 located at the center in the axial direction of the test piece 16 is not directly heated from the upper high-frequency induction coil 31 and the lower high-frequency induction coil 32.
The lower high-frequency induction coil 32 is connected to the output matching unit 14 at both ends 32a and 32b so that an alternating current of a predetermined frequency flows.

制御部12は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、処理プログラムなどを記憶するROM(Read Only Memory)、一時的にデータを記憶するRAM(Random Access Memory)、書換え可能な不揮発性のメモリからなるEEPROM(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory)、A/D変換器やバッファなどを含む入力インターフェース回路、および、駆動回路などを含む出力インターフェース回路を含んで構成されている。   The control unit 12 includes a CPU (Central Processing Unit) (not shown), a ROM (Read Only Memory) that stores processing programs, a RAM (Random Access Memory) that temporarily stores data, and a rewritable nonvolatile memory. An input interface circuit including an EEPROM (Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory), an A / D converter and a buffer, and an output interface circuit including a drive circuit and the like are included.

制御部12の入力インターフェース回路には、歪センサ27、熱電対28、上端保持機構部25がそれぞれ接続されており、これら歪センサ27、熱電対28から出力される情報は、入力インターフェース回路を介して制御部12に取り込まれるようになっている。   The input interface circuit of the control unit 12 is connected to the strain sensor 27, the thermocouple 28, and the upper end holding mechanism unit 25. Information output from the strain sensor 27 and the thermocouple 28 is transmitted via the input interface circuit. Are taken into the control unit 12.

また、制御部12は、歪センサ27により検出されたテストピース16の歪みに基づいて、前述のテストピース16に対する拘束率(%)が、例えば、試験条件により設定された80%で一定に維持するよう、上端保持機構部25におけるテストピース16の歪みを吸収する度合いをフィードバック制御するようになっている。   Further, based on the strain of the test piece 16 detected by the strain sensor 27, the control unit 12 keeps the constraint rate (%) for the test piece 16 constant at, for example, 80% set according to the test condition. Thus, the degree of absorbing the distortion of the test piece 16 in the upper end holding mechanism 25 is feedback-controlled.

CPUは、集積回路などの電子回路からなり、ROMおよびRAMなどとともに出力整合部14における上部高周波誘導コイル31および下部高周波誘導コイル32の電圧、電流を整合する制御、圧縮ガス供給部15における圧縮空気の供給量の制御および上端保持機構部25におけるフィードバック制御などを実行するよう構成されている。   The CPU includes an electronic circuit such as an integrated circuit, and controls the voltage and current of the upper high-frequency induction coil 31 and the lower high-frequency induction coil 32 in the output matching unit 14 together with the ROM and RAM, and the compressed air in the compressed gas supply unit 15. The feed amount control and the feedback control in the upper end holding mechanism unit 25 are executed.

高周波電源部13は、例えば、サイリスタ、MOSFETおよびIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors)などからなるスイッチング素子で構成されており、三相交流電源をいったん直流に変換し、数100Hzないし数Mhzの高周波エネルギーを発生させるようになっている。
高周波電源部13においては、テストピース16の試験条件に基づいて、出力電力、周波数などの最適な高周波電源が選定されるようになっている。
The high-frequency power supply unit 13 is composed of switching elements such as thyristors, MOSFETs, and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). It is supposed to be generated.
In the high frequency power supply unit 13, an optimal high frequency power supply such as output power and frequency is selected based on the test conditions of the test piece 16.

出力整合部14は、高周波電源部13で発生した高周波エネルギーを負荷である上部高周波誘導コイル31および下部高周波誘導コイル32に必要な電圧、電源に合わせる出力の整合を行うよう構成されている。   The output matching unit 14 is configured to perform matching of the output according to the voltage and power source required for the upper high-frequency induction coil 31 and the lower high-frequency induction coil 32, which are loads, of the high-frequency energy generated in the high-frequency power supply unit 13.

圧縮ガス供給部15は、エアポンプなどからなり、圧縮した空気を上端保持機構部25を介してテストピース16に供給するよう構成されている。   The compressed gas supply unit 15 includes an air pump or the like, and is configured to supply compressed air to the test piece 16 via the upper end holding mechanism unit 25.

図2に示すように、テストピース16は、熱疲労強度などの耐熱性が評価される被評価材17と、上部高周波誘導コイル31により直接加熱される第1の耐熱部材18と、下部高周波誘導コイル32により直接加熱される第2の耐熱部材19と、第1の保持部材35と、第2の保持部材36とにより構成されている。   As shown in FIG. 2, the test piece 16 includes a material 17 to be evaluated for heat resistance such as thermal fatigue strength, a first heat-resistant member 18 that is directly heated by an upper high-frequency induction coil 31, and a lower high-frequency induction. The second heat-resistant member 19 that is directly heated by the coil 32, the first holding member 35, and the second holding member 36 are configured.

また、第1の保持部材35と第1の耐熱部材18の一端部とが連結され、第1の耐熱部材18の他端部と被評価材17の一端部とが連結され、被評価材17の他端部と第2の耐熱部材19の一端部とが連結され、第2の耐熱部材19の他端部と第2の保持部材36とが連結されて、これらが一体的になった複合型のテストピース16が構成されている。
テストピース16における各連結部分は、例えば、レーザ溶接などによるすみ肉溶接により接合され、接合された部分の表面が滑らかになるよう研磨加工が施されており、熱応力がテストピース16に生じた際、テストピース16に生ずる歪みが均一になるようにしている。
Further, the first holding member 35 and one end portion of the first heat-resistant member 18 are connected, and the other end portion of the first heat-resistant member 18 and one end portion of the evaluated material 17 are connected, and the evaluated material 17 The other end of the second heat-resistant member 19 is connected to the other end of the second heat-resistant member 19, and the other end of the second heat-resistant member 19 is connected to the second holding member 36 so that they are integrated. A mold test piece 16 is constructed.
Each connecting portion in the test piece 16 is joined by fillet welding such as laser welding, and is polished so that the surface of the joined portion becomes smooth, and thermal stress is generated in the test piece 16. At this time, the distortion generated in the test piece 16 is made uniform.

一体的に形成された被評価材17、第1の耐熱部材18、第2の耐熱部材19、第1の保持部材35、第2の保持部材36の内部は中空となっており、内部通路47(冷却流体通路)が形成されている。内部通路47には、圧縮ガス供給部15から圧縮空気が供給されテストピース16の内部から冷却するようになっている。   The interiors of the evaluation object 17, the first heat-resistant member 18, the second heat-resistant member 19, the first holding member 35, and the second holding member 36 that are integrally formed are hollow, and an internal passage 47 (Cooling fluid passage) is formed. The internal passage 47 is supplied with compressed air from the compressed gas supply unit 15 and is cooled from the inside of the test piece 16.

また、被評価材17の軸方向中央の表面部には熱電対28が、スポット溶接などにより接合され、被評価材17の表面部の温度が検出されるようになっている。この熱電対28は、被評価材17の軸方向中央の円周方向に等間隔で複数箇所設けてもよい。
また、被評価材17の軸方向中央の表面部には、上側押し当て棒27aおよび下側押し当て棒27bが被評価材17の軸方向中央の表面部に当接して配置されており、被評価材17が加熱により生ずる熱応力で伸長する変形量を検出するようにしている。
Further, a thermocouple 28 is joined to the surface portion in the center in the axial direction of the evaluation target material 17 by spot welding or the like, and the temperature of the surface portion of the evaluation target material 17 is detected. A plurality of thermocouples 28 may be provided at equal intervals in the circumferential direction at the center in the axial direction of the material 17 to be evaluated.
Further, an upper pressing rod 27a and a lower pressing rod 27b are arranged on the surface portion of the evaluation target material 17 in the axial direction center so as to abut on the surface portion of the evaluation target material 17 in the axial direction center. The deformation amount that the evaluation material 17 expands due to the thermal stress generated by heating is detected.

被評価材17は、例えば、自動車の排気マニホールドに使用される高い耐熱亀裂性や耐熱変形性等の耐熱疲労性を有する耐熱材としてのステンレスからなり、外径D、内径Dであって所定の厚みを有するパイプ状に形成されている。この被評価材17の厚み(肉厚)は使用される排気マニホールドなどの部品の厚みと近似していることが好ましいが、試験条件や部品の設計条件などにより適宜選択される。
また、被評価材17は、上部高周波誘導コイル31により直接加熱される第1の耐熱部材18からの熱伝導および下部高周波誘導コイル32により直接加熱される第2の耐熱部材19からの熱伝導を主とする熱の伝達によって間接的に加熱されるようになっている。
The evaluated material 17 is made of, for example, stainless steel as a heat resistant material having high heat fatigue resistance such as high heat crack resistance and heat deformation used for an exhaust manifold of an automobile, and has an outer diameter D 2 and an inner diameter D 3. It is formed in a pipe shape having a predetermined thickness. The thickness (thickness) of the material 17 to be evaluated is preferably approximate to the thickness of a component such as an exhaust manifold to be used, but is appropriately selected depending on test conditions, component design conditions, and the like.
Further, the evaluated material 17 conducts heat conduction from the first heat-resistant member 18 that is directly heated by the upper high-frequency induction coil 31 and heat conduction from the second heat-resistant member 19 that is directly heated by the lower high-frequency induction coil 32. It is heated indirectly by the main heat transfer.

ここで、第1の耐熱部材18および第2の耐熱部材19は、加熱し易くかつ熱が伝達され易い高熱伝導材料で、しかも、高温でも亀裂や変形の生じ難い高い耐熱亀裂性や耐熱変形性といった耐熱性を持つ高熱疲労強度の材料、例えば、SUH446などのフェライト系の耐熱鋼で形成されている。また、被評価材17は、例えば、SUS444などのフェライト系のステンレスからなる鋼管を特定の試験長に切断したものである。
第1の保持部材35および第2の保持部材36は、例えば、高い機械的強度を有する金属からなり、外径Dで形成され、上端保持機構部25および下端保持機構部26に保持されるようになっている。
Here, the first heat-resistant member 18 and the second heat-resistant member 19 are highly heat-conductive materials that are easy to heat and heat is easily transmitted, and that are highly resistant to cracking and deformation even at high temperatures. The material is made of a material having high heat fatigue strength such as, for example, a ferritic heat resistant steel such as SUH446. Moreover, the evaluated material 17 is obtained by cutting a steel pipe made of ferritic stainless steel such as SUS444 to a specific test length.
The first holding member 35 and the second holding member 36 is, for example, a metal having a high mechanical strength, is formed by an outer diameter D 1, is held in the upper holding mechanism 25 and the lower holding mechanism 26 It is like that.

以下、被評価材17に加えられる熱サイクルの試験条件の具体例について説明する。
このような試験条件は、評価の対象となる実際の部品に加わる環境と同様な環境条件を負荷することにより実施することが適正な評価が得られ易いと考えられるが、長期間を要するので現実的ではない。試験条件は一種の加速試験であり、実際の環境を想定した熱サイクルの負荷を加えて耐熱強度を評価するようにしたものである。
Hereinafter, specific examples of the test conditions of the thermal cycle applied to the evaluated material 17 will be described.
It is considered that such a test condition is easy to obtain a proper evaluation by applying an environmental condition similar to the environment applied to the actual part to be evaluated. Not right. The test condition is a kind of accelerated test, and the thermal strength is evaluated by applying a thermal cycle load assuming an actual environment.

具体的には、図3に示すように、被評価材17に対して、低温時200℃からa秒間の間にで900℃まで上昇させ、高温時の900℃で、b秒間維持し、もとの低温200℃までc秒間かけて温度を下降させるという加熱および冷却の熱サイクルを1サイクルとして複数サイクルの試験を行うようになっている。ここでの1サイクルは、被評価材料の材質や大きさなど種々の条件により異なるが、例えば、4分ないし5分程度で実施される。そして、この熱サイクルを被評価材17に亀裂が生ずるまで繰り返し被評価材17に負荷して、亀裂が生じるまでの熱サイクル数を測定することにより熱疲労強度を評価するようにしている。目標とする熱サイクル数は、被評価材料の材質や大きさなど種々の条件により異なるが、本実施形態では、例えば、少なくとも2,000回を超え、さらに5,000回を超えるものである。   Specifically, as shown in FIG. 3, the material to be evaluated 17 is raised from 200 ° C. at a low temperature to 900 ° C. during a second, maintained at 900 ° C. at a high temperature for b second, The heating and cooling thermal cycle in which the temperature is lowered over a period of c seconds to a low temperature of 200 ° C. is one cycle, and a plurality of cycles are tested. Here, one cycle varies depending on various conditions such as the material and size of the material to be evaluated, but is performed in about 4 to 5 minutes, for example. Then, this thermal cycle is repeatedly applied to the evaluation target material 17 until a crack occurs in the evaluation target material 17, and the thermal fatigue strength is evaluated by measuring the number of thermal cycles until the crack occurs. The target number of thermal cycles varies depending on various conditions such as the material and size of the material to be evaluated, but in the present embodiment, for example, it exceeds at least 2,000 times and further exceeds 5,000 times.

また、テストピース16の上端保持機構部25で保持される拘束率(%)は、熱サイクルが負荷される間、フィードバック制御により一定に維持されており、例えば、80%、70%などで設定される。一般に、この拘束率が高くなるほど、評価されるテストピースに亀裂が生ずるまでの熱サイクル数は少なくなり、拘束率が低くなるほど、亀裂が生ずるまでの熱サイクル数は大きくなる。被評価材料の材質や大きさなど種々の条件により適宜選定され、少なくとも3種類の拘束率で熱疲労試験を実施することにより、図4に示すような熱サイクル数(回)と拘束率(%)の曲線グラフを作成することができ、被評価材を評価することができる。   Further, the restraint rate (%) held by the upper end holding mechanism 25 of the test piece 16 is maintained constant by feedback control while the thermal cycle is loaded, and is set to 80%, 70%, for example. Is done. In general, the higher the restraint rate, the smaller the number of thermal cycles until cracks occur in the test piece to be evaluated, and the lower the restraint rate, the greater the number of thermal cycles until cracks occur. The number of thermal cycles (times) and restraint rate (%) as shown in FIG. 4 are selected as appropriate according to various conditions such as the material and size of the material to be evaluated, and a thermal fatigue test is performed with at least 3 kinds of restraint rates. ) Curve graph can be created, and the material to be evaluated can be evaluated.

次いで、本発明の第1の実施の形態に係る熱疲労試験装置1の動作について説明する。
まず、テストピース16を作製し、図2に示すように、テストピース16を第1の耐熱部材18が上部高周波誘導コイル31に囲まれて対向する位置および第2の耐熱部材19が下部高周波誘導コイル32に囲まれて対向する位置になるよう配置する。次いで、テストピース16の第2の保持部材36が下端保持機構部26に動かないよう保持され、第1の保持部材35が上端保持機構部25に移動可能に保持される。
Next, the operation of the thermal fatigue test apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention will be described.
First, the test piece 16 is produced, and as shown in FIG. 2, the test piece 16 is positioned so that the first heat-resistant member 18 is surrounded by the upper high-frequency induction coil 31 and the second heat-resistant member 19 is the lower high-frequency induction. It arrange | positions so that it may become a position which is surrounded by the coil 32 and opposes. Next, the second holding member 36 of the test piece 16 is held so as not to move by the lower end holding mechanism portion 26, and the first holding member 35 is held movably by the upper end holding mechanism portion 25.

テストピース16が熱疲労試験装置1にセットされると、上部高周波誘導コイル31および下部高周波誘導コイル32に出力整合部14により交流電流が負荷され、第1の耐熱部材18および第2の耐熱部材19が低温状態から高温状態になるまで直接加熱される。
すなわち、上部高周波誘導コイル31および下部高周波誘導コイル32に交流電流が負荷されると、上部高周波誘導コイル31および下部高周波誘導コイル32の近傍でそれぞれ生じる磁束変化を打ち消す方向にテストピース16の第1の耐熱部材18および第2の耐熱部材19内に誘導電流(渦電流)が流れて電気抵抗による熱が発生する。
このとき、被評価材17は、全体的に誘導加熱されるのではなく、第1の耐熱部材18および第2の耐熱部材19からの熱伝導により加熱され、図3に示すようにa秒間で予め設定された高温に達する。
この状態で、逐次、被評価材17に設けられた熱電対28によりその温度がモニターされ、制御部12に出力される。同時に、歪センサ27が動作し、テストピース16の歪が逐次検出され、テストピース16が設定された一定の拘束率になるよう、制御部12によりフィードバック制御が実行される。
このように被評価材17が間接的に加熱されながら、図3に示すようにb秒間だけ高温が維持されると、次いで、圧縮ガス供給部15により圧縮空気がテストピース16の内部通路47に供給され、テストピース16が冷却される。これによりテストピース16はc秒間かけて低い温度に到達する。
When the test piece 16 is set in the thermal fatigue testing apparatus 1, an alternating current is loaded on the upper high-frequency induction coil 31 and the lower high-frequency induction coil 32 by the output matching unit 14, and the first heat-resistant member 18 and the second heat-resistant member 19 is heated directly from a low temperature state to a high temperature state.
That is, when an alternating current is applied to the upper high-frequency induction coil 31 and the lower high-frequency induction coil 32, the first test piece 16 has a first direction in a direction that cancels the magnetic flux change that occurs in the vicinity of the upper high-frequency induction coil 31 and the lower high-frequency induction coil 32. An induced current (eddy current) flows through the heat resistant member 18 and the second heat resistant member 19 to generate heat due to electrical resistance.
At this time, the material 17 to be evaluated is not heated by induction as a whole, but is heated by heat conduction from the first heat-resistant member 18 and the second heat-resistant member 19, and as shown in FIG. A preset high temperature is reached.
In this state, the temperature is successively monitored by the thermocouple 28 provided on the evaluation target material 17 and output to the control unit 12. At the same time, the strain sensor 27 operates, the strain of the test piece 16 is sequentially detected, and feedback control is executed by the control unit 12 so that the test piece 16 has a set constant restraint rate.
When the material to be evaluated 17 is indirectly heated in this way and maintained at a high temperature for b seconds as shown in FIG. 3, the compressed gas is then supplied to the internal passage 47 of the test piece 16 by the compressed gas supply unit 15. Supply is made and the test piece 16 is cooled. As a result, the test piece 16 reaches a low temperature over c seconds.

このような1サイクルが繰り返し制御部12の指令に基づいて実行され、被評価材17に亀裂が生ずるまで、継続される。例えば、被評価材17に亀裂が生じたことがオペレータにより目視で観察されたとき、熱疲労試験は停止し、開始から停止までの熱サイクル数が測定される。次いで、拘束率を代えて、同様に熱疲労試験を実施し、同様に、開始から停止までの熱サイクル数が測定される。少なくとも、異なる3種の拘束率によりそれぞれの拘束率で熱疲労試験を実施する。   Such one cycle is repeatedly executed based on a command from the control unit 12 and is continued until the material to be evaluated 17 is cracked. For example, when the operator visually observes that a crack has occurred in the material 17 to be evaluated, the thermal fatigue test is stopped, and the number of thermal cycles from the start to the stop is measured. Next, the thermal fatigue test is similarly performed by changing the restraint rate, and similarly, the number of thermal cycles from the start to the stop is measured. At least the thermal fatigue test is performed with each of the three different constraint rates.

ところで、本実施の形態に係る熱疲労試験装置1においては、テストピース16が、評価される被評価材17と、被評価材17の一端部側の第1の保持部材35と、被評価材17の他端部側の第2の保持部材36とを有し、さらに、被評価材17の一端部と第1の保持部材35との間には被評価材17より高い耐熱性を有する第1の耐熱部材18を、被評価材17の他端部と第2の保持部材36との間には被評価材17より高い耐熱性を有する第2の耐熱部材19を、それぞれ有している。そして、第1の耐熱部材18が第1の保持部材35と被評価材17とに一体に接合されるとともに、第2の耐熱部材19が第2の保持部材36と被評価材17とに一体に接合されている。   By the way, in the thermal fatigue testing apparatus 1 according to the present embodiment, the test piece 16 includes an evaluated material 17 to be evaluated, a first holding member 35 on one end side of the evaluated material 17, and an evaluated material. 17 and a second holding member 36 on the other end side, and further, a heat resistance higher than that of the evaluated material 17 is provided between the one end portion of the evaluated material 17 and the first holding member 35. One heat-resistant member 18 and a second heat-resistant member 19 having higher heat resistance than the material to be evaluated 17 are provided between the other end portion of the material to be evaluated 17 and the second holding member 36, respectively. . The first heat-resistant member 18 is integrally bonded to the first holding member 35 and the evaluated material 17, and the second heat-resistant member 19 is integrated to the second holding member 36 and the evaluated material 17. It is joined to.

このテストピース16においては、被評価材17より高い耐熱性を有し、上部高周波誘導コイル31により高周波誘導加熱されるとき熱伝導により被評価材17を加熱する第1の耐熱部材18と、被評価材17より高い耐熱性を有し、下部高周波誘導コイル32により高周波誘導加熱されるとき熱伝導により被評価材17を加熱する第2の耐熱部材19とを含んで構成されている。   The test piece 16 has a heat resistance higher than that of the material to be evaluated 17, and when the high-frequency induction heating is performed by the upper high-frequency induction coil 31, a first heat-resistant member 18 that heats the material to be evaluated 17 by heat conduction, A second heat-resistant member 19 that has higher heat resistance than the evaluation material 17 and heats the evaluated material 17 by heat conduction when subjected to high-frequency induction heating by the lower high-frequency induction coil 32 is included.

したがって、熱疲労試験装置1の上部高周波誘導コイル31および下部高周波誘導コイル32に所定周波数の交流電流が流されると、上部高周波誘導コイル31および下部高周波誘導コイル32により励起される交番磁束を打ち消す方向で第1の耐熱部材18および第2の耐熱部材19に渦電流が生じてジュール熱が発生し、あるいは更にヒステリシス加熱による熱が生じて、第1の耐熱部材18および第2の耐熱部材19が直接加熱される。このとき、被評価材17は第1の耐熱部材18および第2の耐熱部材19からの熱伝導により間接的に加熱されるので、被評価材17に局所的な急勾配の温度分布に起因するバルジングやネッキング、亀裂等の不具合が発生することはない。また、第1の耐熱部材18が上部高周波誘導コイル31に離隔して対向するよう配置されるとともに、第2の耐熱部材19が下部高周波誘導コイル32に離隔して対向するよう配置されているので、テストピース16の着脱も容易である。   Therefore, when an alternating current of a predetermined frequency is passed through the upper high-frequency induction coil 31 and the lower high-frequency induction coil 32 of the thermal fatigue test apparatus 1, the direction in which the alternating magnetic flux excited by the upper high-frequency induction coil 31 and the lower high-frequency induction coil 32 is canceled out. Thus, an eddy current is generated in the first heat-resistant member 18 and the second heat-resistant member 19 to generate Joule heat, or heat due to hysteresis heating is further generated, so that the first heat-resistant member 18 and the second heat-resistant member 19 are Directly heated. At this time, the material to be evaluated 17 is indirectly heated by heat conduction from the first heat-resistant member 18 and the second heat-resistant member 19, resulting in a local temperature distribution with a steep slope in the material to be evaluated 17. There will be no problems such as bulging, necking or cracking. In addition, the first heat-resistant member 18 is disposed so as to be opposed to the upper high-frequency induction coil 31 and the second heat-resistant member 19 is disposed so as to be opposed to the lower high-frequency induction coil 32. The test piece 16 can be easily attached and detached.

他方、上部高周波誘導コイル31および下部高周波誘導コイル32により第1の耐熱部材18および第2の耐熱部材19が直接加熱されても、第1の耐熱部材18および第2の耐熱部材19が被評価材17より高い耐熱性を有しているので、第1の耐熱部材18および第2の耐熱部材19に、局所的な急勾配の温度分布によるバルジングやネッキング、亀裂等が発生することはない。その結果、被評価材17に本来の熱疲労強度による亀裂が発生するまでに他要因による予期しない異常な亀裂が生ずることはなく、適正な熱疲労強度の評価がなされる。   On the other hand, even if the first heat-resistant member 18 and the second heat-resistant member 19 are directly heated by the upper high-frequency induction coil 31 and the lower high-frequency induction coil 32, the first heat-resistant member 18 and the second heat-resistant member 19 are evaluated. Since it has higher heat resistance than the material 17, bulging, necking, cracking, and the like due to local steep temperature distribution do not occur in the first heat-resistant member 18 and the second heat-resistant member 19. As a result, an unexpected abnormal crack due to other factors does not occur before the material 17 to be cracked due to the original thermal fatigue strength, and an appropriate thermal fatigue strength is evaluated.

また、テストピース16は、内部通路47を有しており、圧縮空気を供給し効果的にテストピース16を冷却することができるので、熱サイクルを効率よく実施することができる。また、被評価材17が中空のパイプで形成されると、被評価材17の厚みを小さくすることができ、被評価材17においてその表面部と内部との温度分布の差が少なくなり、適正な熱疲労強度の評価をすることができる。   Moreover, since the test piece 16 has the internal channel | path 47 and can supply the compressed air and can cool the test piece 16 effectively, a thermal cycle can be implemented efficiently. In addition, when the material 17 to be evaluated is formed of a hollow pipe, the thickness of the material 17 to be evaluated can be reduced, and the difference in temperature distribution between the surface portion and the inside of the material 17 to be evaluated is reduced. It is possible to evaluate the thermal fatigue strength.

また、第1の耐熱部材18および第2の耐熱部材19が高熱伝導材料で形成されているので、上部高周波誘導コイル31および下部高周波誘導コイル32により加熱される際、加熱効果が高まる。   In addition, since the first heat-resistant member 18 and the second heat-resistant member 19 are formed of a high heat conductive material, the heating effect is enhanced when heated by the upper high-frequency induction coil 31 and the lower high-frequency induction coil 32.

本実施の形態に係る熱疲労試験装置におけるテストピース16は、被評価材17の両端部に第1の耐熱部材18および第2の耐熱部材19を連結し間接的に被評価材が加熱されるよう構成された場合について説明したが、本発明に係る熱疲労試験装置におけるテストピースは、被評価材17に近接して被評価材17を囲む耐熱部材が配置されるよう構成してもよい。以下、そのような外側の耐熱部材を備えたテストピースとする第2の実施の形態について説明する。   In the test piece 16 in the thermal fatigue testing apparatus according to the present embodiment, the first heat-resistant member 18 and the second heat-resistant member 19 are connected to both ends of the material 17 to be evaluated, and the material to be evaluated is indirectly heated. However, the test piece in the thermal fatigue testing apparatus according to the present invention may be configured such that a heat-resistant member surrounding the material to be evaluated 17 is disposed in the vicinity of the material to be evaluated 17. Hereinafter, a second embodiment in which the test piece is provided with such an outer heat-resistant member will be described.

(第2の実施の形態)
図5は、本発明の第2の実施の形態に係るテストピースを装着した熱疲労試験装置の構成の概略を示す構成図であり、図6は、本発明の第2の実施の形態に係るテストピースの図5のB−B断面を示す断面図である。
なお、第2の実施の形態に係る熱疲労試験装置10においては、第1の実施の形態に係るテストピースを装着した熱疲労試験装置1におけるテストピースが異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図1から図4に示した第1の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、相違点についてのみ詳述する。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a configuration diagram showing an outline of the configuration of a thermal fatigue test apparatus equipped with a test piece according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is according to the second embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the BB cross section of FIG. 5 of a test piece.
In addition, in the thermal fatigue test apparatus 10 which concerns on 2nd Embodiment, although the test piece in the thermal fatigue test apparatus 1 which mounted | wore with the test piece which concerns on 1st Embodiment differs, other structures are the same. It is configured. Therefore, the same configuration will be described using the same reference numerals as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4, and only differences will be described in detail.

まず、本発明の第2の実施の形態に係る熱疲労試験装置10の構成について説明する。
図5に示すように、本第2の実施の形態に係る熱疲労試験装置10は、装置本体部51と、制御部12と、高周波電源部13と、出力整合部14と、圧縮ガス供給部15とを含むCoffin型熱疲労試験装置で構成されている。この熱疲労試験装置10においては、装置本体部51内に保持したテストピース46に対して加熱および冷却の熱サイクルを繰り返し加え、このテストピース16に亀裂が生ずるまでの熱サイクル数を測定し熱疲労強度の評価を行うようになっている。
First, the configuration of the thermal fatigue test apparatus 10 according to the second embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 5, the thermal fatigue test apparatus 10 according to the second embodiment includes an apparatus main body 51, a control unit 12, a high frequency power supply unit 13, an output matching unit 14, and a compressed gas supply unit. 15 and a Coffin type thermal fatigue testing apparatus. In this thermal fatigue test apparatus 10, heating and cooling thermal cycles are repeatedly applied to the test piece 46 held in the apparatus main body 51, and the number of thermal cycles until the test piece 16 is cracked is measured to measure the heat. Fatigue strength is evaluated.

装置本体部51は、上側固定板21と、下側固定板22と、この上側固定板21および下側固定板22を支持する支柱23、24と、テストピース16の上端部を保持する上端保持機構部25と、テストピース16の下端部を保持する下端保持機構部26と、テストピース16の軸方向の変形量を測定する歪センサ27と、テストピース16の温度を測定するようテストピース16に設けられた熱電対28と、テストピース16の加熱する高周波誘導コイル41(誘導加熱コイル)とを含んで構成されている。   The apparatus main body 51 includes an upper fixing plate 21, a lower fixing plate 22, support columns 23 and 24 that support the upper fixing plate 21 and the lower fixing plate 22, and an upper end holding that holds the upper end of the test piece 16. The mechanism 25, the lower end holding mechanism 26 that holds the lower end of the test piece 16, the strain sensor 27 that measures the amount of axial deformation of the test piece 16, and the test piece 16 that measures the temperature of the test piece 16. And a high-frequency induction coil 41 (induction heating coil) that heats the test piece 16.

高周波誘導コイル41は、上部高周波誘導コイル31と同様に、チューブなどの金属管からなり、熱疲労試験条件やテストピース46の形状、大きさなどに応じて、形状や巻数などが決定される。   Similarly to the upper high-frequency induction coil 31, the high-frequency induction coil 41 is made of a metal tube such as a tube, and the shape and the number of turns are determined according to the thermal fatigue test conditions, the shape and size of the test piece 46, and the like.

図6に示すように、高周波誘導コイル41は、テストピース46の外径Dよりも大きな内径と、軸方向にL3の長さを有し、巻数が6回のコイルで形成されており、その両端部41a、41bで出力整合部14に接続され、所定周波数の交流電流が流れるよう構成されている。高周波誘導コイル41は、テストピース46を囲みその放射外方になるよう配置されており、交流電流が流されると、磁界が発生してテストピース16に渦電流が発生し、この渦電流によりテストピース46の表面部が加熱されるようになっている。また、高周波誘導コイル41で発生した磁界の急峻な変化に対する抵抗が生じ、その抵抗によってもテストピース16が加熱されるようになっている。 As shown in FIG. 6, the high-frequency induction coil 41 has a larger inner diameter than the outer diameter D 4 of the test piece 46, in the axial direction has a length of L3, it is formed number of turns in six of the coil, The both ends 41a and 41b are connected to the output matching unit 14 so that an alternating current of a predetermined frequency flows. The high frequency induction coil 41 is disposed so as to surround the test piece 46 and to radiate outward from the test piece 46. When an alternating current is applied, a magnetic field is generated to generate an eddy current in the test piece 16, and the eddy current causes a test. The surface portion of the piece 46 is heated. Further, a resistance against a steep change in the magnetic field generated in the high frequency induction coil 41 is generated, and the test piece 16 is also heated by the resistance.

図6に示すように、テストピース46は、熱疲労強度などの耐熱性が評価される被評価材52と、高周波誘導コイル41により直接加熱される外側の耐熱部材53と、第1の保持部材55と、第2の保持部材56とにより構成されている。   As shown in FIG. 6, the test piece 46 includes a material 52 to be evaluated for heat resistance such as thermal fatigue strength, an outer heat-resistant member 53 directly heated by the high-frequency induction coil 41, and a first holding member. 55 and a second holding member 56.

第1の保持部材55の端部と被評価材52の一端部とが連結され、被評価材52の他端部と第2の保持部材56の端部とが連結されてこれらが一体的に形成されている。
各連結部分は、例えば、レーザ溶接などによるすみ肉溶接により接合され、接合された部分の表面が滑らかになるよう研磨加工が施されており、熱応力がテストピース46に生じた際、テストピース46に生ずる歪みが均一になるようにしている。
The end portion of the first holding member 55 and one end portion of the evaluation target material 52 are connected, and the other end portion of the evaluation target material 52 and the end portion of the second holding member 56 are connected so that they are integrated. Is formed.
Each connecting portion is joined by fillet welding by laser welding or the like, and is subjected to polishing so that the surface of the joined portion becomes smooth, and when a thermal stress is generated in the test piece 46, the test piece The distortion generated in 46 is made uniform.

外側の耐熱部材53は、近接して被評価材52を囲むよう配置されており、被評価材52、第1の保持部材55および第2の保持部材56と一体的に形成されており、軸方向中央部分に、歪センサ27の上側押し当て棒27aと下側押し当て棒27bを通し、熱電対28の接続線を通すためのスリット孔53aが形成されている。また、外側の耐熱部材53は、装置本体部51の図示しない静止部材に固定されており、テストピース46内で移動しないようになっている。一体的に形成された被評価材52、第1の保持部材55および第2の保持部材56の内部は中空となっており、内部通路57(冷却流体通路)が形成されている。内部通路57には、圧縮ガス供給部15から圧縮空気が供給されテストピース46の内部から冷却するようになっている。   The outer heat-resistant member 53 is disposed so as to surround the material to be evaluated 52 in close proximity, and is formed integrally with the material to be evaluated 52, the first holding member 55, and the second holding member 56. A slit hole 53a is formed in the central portion in the direction to allow the upper pressing rod 27a and the lower pressing rod 27b of the strain sensor 27 to pass through and the connection line of the thermocouple 28 to pass therethrough. The outer heat-resistant member 53 is fixed to a stationary member (not shown) of the apparatus main body 51 so as not to move within the test piece 46. The interiors of the evaluation object 52, the first holding member 55, and the second holding member 56 that are integrally formed are hollow, and an internal passage 57 (cooling fluid passage) is formed. The internal passage 57 is supplied with compressed air from the compressed gas supply unit 15 and is cooled from the inside of the test piece 46.

また、被評価材52の軸方向中央の表面部には熱電対28が、スポット溶接などにより接合され、被評価材52の表面部の温度が検出されるようになっている。この熱電対28は、被評価材52の軸方向中央の円周方向に等間隔で複数箇所設けてもよい。
また、被評価材52の軸方向中央の表面部には、上側押し当て棒27aおよび下側押し当て棒27bが被評価材17の軸方向中央の表面部に当接して配置されており、被評価材52が加熱により生ずる熱応力で伸長する変形量を検出するようにしている。
Further, a thermocouple 28 is joined to the surface portion in the center in the axial direction of the evaluated material 52 by spot welding or the like, and the temperature of the surface portion of the evaluated material 52 is detected. A plurality of thermocouples 28 may be provided at equal intervals in the circumferential direction at the center in the axial direction of the material 52 to be evaluated.
Further, an upper pressing rod 27a and a lower pressing rod 27b are arranged in contact with the axially central surface portion of the evaluated material 17 on the axially central surface portion of the evaluated material 52. The deformation amount that the evaluation material 52 extends due to the thermal stress generated by heating is detected.

被評価材52は、被評価材17と同様、例えば、自動車の排気マニホールドに使用される高い耐熱性を有するステンレスなどからなり、外径D、内径Dであって所定の厚みを有するパイプ状に形成されている。この厚みは使用される排気マニホールドなどの部品の厚みと近似していることが好ましいが、試験条件や部品の設計条件などにより適宜選択される。 The material 52 to be evaluated is made of, for example, stainless steel having high heat resistance used for an exhaust manifold of an automobile as in the case of the material 17 to be evaluated. The pipe 52 has an outer diameter D 2 and an inner diameter D 6 and has a predetermined thickness. It is formed in a shape. This thickness is preferably approximate to the thickness of a part such as an exhaust manifold to be used, but is appropriately selected depending on test conditions, part design conditions, and the like.

また、被評価材52は、高周波誘導コイル41により直接加熱された外側の耐熱部材53に生ずる熱から伝達された熱により加熱されるようになっている。
外側の耐熱部材53は、例えば、超伝導材料などの、加熱がされ易く、熱が伝達され易く高い耐熱性のある材料で形成されている。
第1の保持部材55および第2の保持部材56は、例えば、高い機械的強度を有する金属からなり、外径Dで形成され、上端保持機構部25および下端保持機構部26に保持されるようになっている。
Further, the evaluated material 52 is heated by the heat transmitted from the heat generated in the outer heat-resistant member 53 directly heated by the high-frequency induction coil 41.
The outer heat-resistant member 53 is formed of a material having high heat resistance, such as a superconducting material, which is easily heated and easily transmitted.
The first holding member 55 and the second holding member 56 is, for example, a metal having a high mechanical strength, formed by the outer diameter D 4, is held in the upper holding mechanism 25 and the lower holding mechanism 26 It is like that.

次に、本発明の第2の実施の形態に係る熱疲労試験装置10の動作について説明する。
まず、第1の実施の形態と同様に、テストピース46を作製し、図6に示すように、テストピース46を外側の耐熱部材53が高周波誘導コイル41に囲まれて対向する位置になるよう配置する。次いで、テストピース46の第2の保持部材56が下端保持機構部26に動かないよう保持され、第1の保持部材55が上端保持機構部25に移動可能に保持される。テストピース46が熱疲労試験装置10にセットされると、高周波誘導コイル41に出力整合部14により交流電流が負荷され、外側の耐熱部材53が低温状態から高温状態になるまで直接加熱される。
Next, the operation of the thermal fatigue test apparatus 10 according to the second embodiment of the present invention will be described.
First, as in the first embodiment, the test piece 46 is manufactured, and the test piece 46 is positioned so that the outer heat-resistant member 53 is surrounded by the high-frequency induction coil 41 and is opposed to the test piece 46 as shown in FIG. Deploy. Next, the second holding member 56 of the test piece 46 is held so as not to move by the lower end holding mechanism portion 26, and the first holding member 55 is held movably by the upper end holding mechanism portion 25. When the test piece 46 is set in the thermal fatigue test apparatus 10, an alternating current is loaded on the high frequency induction coil 41 by the output matching unit 14, and the outer heat-resistant member 53 is directly heated until it changes from a low temperature state to a high temperature state.

また、逐次、被評価材52に設けられた熱電対28によりその温度がモニターされ、制御部12に出力される。同時に、歪センサ27が動作し、テストピース46の歪が逐次検出され、テストピース46が設定された一定の拘束率になるよう、制御部12によりフィードバック制御が実行される。   Further, the temperature is successively monitored by the thermocouple 28 provided on the evaluation target material 52 and is output to the control unit 12. At the same time, the strain sensor 27 operates, the strain of the test piece 46 is sequentially detected, and feedback control is executed by the control unit 12 so that the test piece 46 has a set constant restraint rate.

次いで、加熱されて外側の耐熱部材53に生じた熱が被評価材52に均一に伝達され、被評価材52が間接的に均一に加熱される。加熱により被評価材52が高温で維持されたのち、圧縮ガス供給部15により圧縮空気が、テストピース46の内部通路57に供給され、テストピース46が冷却され低温に到達する。   Next, the heat generated in the outer heat-resistant member 53 is uniformly transmitted to the evaluated material 52, and the evaluated material 52 is indirectly heated uniformly. After the material to be evaluated 52 is maintained at a high temperature by heating, compressed air is supplied to the internal passage 57 of the test piece 46 by the compressed gas supply unit 15, and the test piece 46 is cooled to reach a low temperature.

このような1サイクルが繰り返し制御部12の指令に基づいて実行され、テストピース46に亀裂が生ずるまで、継続される。テストピース46に亀裂が生じたことがオペレータにより目視で観察されたとき、熱疲労試験は停止し、開始から停止までの熱サイクル数が測定される。次いで、拘束率を代えて、同様に熱疲労試験を実施し、同様に、開始から停止までの熱サイクル数が測定される。少なくとも、異なる3種の拘束率によりそれぞれ熱疲労試験を実施する。   Such one cycle is repeatedly executed based on the command of the control unit 12 and is continued until the test piece 46 is cracked. When the operator visually observes that a crack has occurred in the test piece 46, the thermal fatigue test stops and the number of thermal cycles from start to stop is measured. Next, the thermal fatigue test is similarly performed by changing the restraint rate, and similarly, the number of thermal cycles from the start to the stop is measured. At least thermal fatigue tests are carried out with three different restraints.

本実施の形態に係る熱疲労試験装置10においては、テストピース46が、評価される被評価材52と、被評価材52の一端部で連結された第1の保持部材55と、被評価材52の他端部で連結された第2の保持部材56とを有し、被評価材52を近接して囲むよう被評価材52より高い耐熱性を有する外側の耐熱部材53が設けられている。また、このテストピース46の外側の耐熱部材53が高周波誘導コイル41に離隔して対向するよう配置されている。   In the thermal fatigue testing apparatus 10 according to the present embodiment, the test piece 46 includes an evaluated material 52 to be evaluated, a first holding member 55 connected at one end of the evaluated material 52, and an evaluated material. And an outer heat-resistant member 53 having higher heat resistance than the evaluated material 52 so as to surround the evaluated material 52 close to each other. . Further, the heat-resistant member 53 outside the test piece 46 is disposed so as to be opposed to the high-frequency induction coil 41.

したがって、熱疲労試験装置10の高周波誘導コイル41に所定周波数の交流電流が流されると、外側の耐熱部材53に渦電流あるいは更にヒステリシス加熱による熱が発生し、外側の耐熱部材53が直接加熱される。
このとき、外側の耐熱部材53に発生した熱は、被評価材52に熱伝導、熱伝達あるいは熱放射のいずれかによって伝達されることから、被評価材52に、局所的な急勾配の温度分布が生じることはなく、バルジングやネッキング、亀裂等が発生することはない。
また、高周波誘導コイル41により外側の耐熱部材53が直接加熱されても、外側の耐熱部材53が被評価材52より高い耐熱性(高い耐熱疲労強度)を有しているので、外側の耐熱部材53にも、バルジングやネッキング、亀裂等が発生することはない。その結果、被評価材52に本来の熱疲労強度による亀裂が発生するまでに他要因による予期しない異常な亀裂が生ずることはなく、適正な熱疲労強度の評価ができることになる。
Therefore, when an alternating current of a predetermined frequency is passed through the high-frequency induction coil 41 of the thermal fatigue testing apparatus 10, eddy current or further heat due to hysteresis heating is generated in the outer heat-resistant member 53, and the outer heat-resistant member 53 is directly heated. The
At this time, the heat generated in the outer heat-resistant member 53 is transmitted to the material to be evaluated 52 by any one of heat conduction, heat transfer, and heat radiation. Distribution does not occur, and bulging, necking, cracks, etc. do not occur.
Further, even if the outer heat-resistant member 53 is directly heated by the high-frequency induction coil 41, the outer heat-resistant member 53 has higher heat resistance (higher heat fatigue strength) than the material 52 to be evaluated. No bulging, necking, cracking or the like occurs in 53. As a result, an unexpected abnormal crack due to other factors does not occur before the material 52 to be cracked due to the original thermal fatigue strength, and an appropriate thermal fatigue strength can be evaluated.

また、テストピース46は、内部通路57を有しており、圧縮空気を供給し効果的にテストピース46を冷却することができるので、熱サイクルを効率よく実施することができる。また、被評価材52が中空のパイプで形成されると、被評価材52の厚みを小さくすることができ、被評価材52においてその表面部と内部との温度分布の差が少なくなり、適正な熱疲労強度の評価をすることができる。
また、外側の耐熱部材53が高熱伝導材料で形成されているので、高周波誘導コイル41により加熱される際、加熱効果が高まる。
Moreover, since the test piece 46 has the internal channel | path 57 and can supply the compressed air and can cool the test piece 46 effectively, a thermal cycle can be implemented efficiently. Further, when the evaluated material 52 is formed of a hollow pipe, the thickness of the evaluated material 52 can be reduced, and the difference in temperature distribution between the surface portion and the inside of the evaluated material 52 is reduced. It is possible to evaluate the thermal fatigue strength.
Further, since the outer heat-resistant member 53 is formed of a high heat conductive material, the heating effect is enhanced when heated by the high frequency induction coil 41.

図7は、本発明に係るテストピースの他の実施の形態を示し、(a)は、断面が円形の中実のテストピースを示し、(b)は、断面が長方形のテストピースを示し、(c)は、断面が円形の丸棒評価材を囲んで高熱伝導部材を設けたテストピースを示し、(d)は、断面が長方形の角材を囲んで高熱伝導部材を設けたテストピースを示す。   FIG. 7 shows another embodiment of a test piece according to the present invention, (a) shows a solid test piece with a circular cross section, (b) shows a test piece with a rectangular cross section, (C) shows a test piece provided with a high heat conduction member surrounding a round bar evaluation material having a circular cross section, and (d) shows a test piece provided with a high heat conduction member around a square member having a rectangular cross section. .

本実施の形態に係る熱疲労試験装置1および熱疲労試験装置10においては、テストピース16およびテストピース46を中空のパイプ状のもので形成した場合について説明したが、本発明に係る熱疲労試験装置およびテストピースにおいては、他の形状で構成してもよい。例えば、図7(a)に示すように、テストピース81を丸棒で形成し、被評価材86と、高周波誘導コイルにより直接加熱される耐熱部材84、85と、第1の保持部材82と、第2の保持部材83とにより構成してもよい。この場合には、圧縮ガス供給部15により供給される圧縮ガスをテストピース81の外部から吹き付けて冷却するようにしてもよい。   In the thermal fatigue test apparatus 1 and the thermal fatigue test apparatus 10 according to the present embodiment, the case where the test piece 16 and the test piece 46 are formed of a hollow pipe shape has been described, but the thermal fatigue test according to the present invention is described. The apparatus and test piece may be configured in other shapes. For example, as shown in FIG. 7A, a test piece 81 is formed of a round bar, and an evaluation object 86, heat-resistant members 84 and 85 that are directly heated by a high-frequency induction coil, and a first holding member 82 The second holding member 83 may be used. In this case, you may make it cool by spraying the compressed gas supplied by the compressed gas supply part 15 from the exterior of the test piece 81. FIG.

また、図7(b)に示すように、テストピース91を板材で形成し、被評価材94と、高周波誘導コイルにより直接加熱される耐熱部材93、95と、第1の保持部材92と、第2の保持部材96とにより構成してもよい。この場合にも、圧縮ガス供給部15により供給される圧縮ガスをテストピース91の外部から吹き付けて冷却するようにしてもよい。   Further, as shown in FIG. 7B, a test piece 91 is formed of a plate material, a material 94 to be evaluated, heat-resistant members 93 and 95 that are directly heated by a high-frequency induction coil, a first holding member 92, You may comprise with the 2nd holding member 96. FIG. Also in this case, the compressed gas supplied from the compressed gas supply unit 15 may be blown from the outside of the test piece 91 to be cooled.

また、図7(c)に示すように、テストピース101を丸棒で形成し、被評価材105と、高周波誘導コイルにより直接加熱される外側の耐熱部材104と、第1の保持部材102と、第2の保持部材106とにより構成してもよい。この場合にも、圧縮ガス供給部15により供給される圧縮ガスをテストピース101の外部から吹き付けて冷却するようにしてもよい。   Further, as shown in FIG. 7C, the test piece 101 is formed of a round bar, the material to be evaluated 105, the outer heat-resistant member 104 directly heated by the high frequency induction coil, the first holding member 102, The second holding member 106 may be used. Also in this case, the compressed gas supplied from the compressed gas supply unit 15 may be blown from the outside of the test piece 101 to be cooled.

また、図7(d)に示すように、テストピース111を板材で形成し、被評価材115と、高周波誘導コイルにより直接加熱される外側の耐熱部材114と、第1の保持部材112と、第2の保持部材116とにより構成してもよい。この場合にも、圧縮ガス供給部15により供給される圧縮ガスをテストピース111の外部から吹き付けて冷却するようにしてもよい   Further, as shown in FIG. 7 (d), the test piece 111 is formed of a plate material, the evaluated material 115, the outer heat-resistant member 114 directly heated by the high-frequency induction coil, the first holding member 112, You may comprise with the 2nd holding member 116. FIG. Also in this case, the compressed gas supplied from the compressed gas supply unit 15 may be blown from the outside of the test piece 111 to be cooled.

また、本実施の形態に係る熱疲労試験装置1および熱疲労試験装置10においては、テストピース16の第1の耐熱部材18および第2の耐熱部材19を高熱伝導材料で構成し、テストピース46の外側の耐熱部材53を高熱伝導材料で形成した場合について説明したが、本発明に係る熱疲労試験装置およびテストピースにおいては、他の材料で構成してもよい。例えば、高い耐熱性を有するステンレスや熱伝導性の高い金属材料で形成し、その厚みを高熱伝導材料で形成した厚みよりも厚みの大きいもので形成してもよい。   In the thermal fatigue test apparatus 1 and the thermal fatigue test apparatus 10 according to the present embodiment, the first heat-resistant member 18 and the second heat-resistant member 19 of the test piece 16 are made of a high heat conductive material, and the test piece 46 However, the thermal fatigue test apparatus and test piece according to the present invention may be made of other materials. For example, it may be formed of stainless steel having high heat resistance or a metal material having high heat conductivity, and the thickness thereof may be larger than the thickness formed of the high heat conductive material.

以上説明したように、本発明は、高周波誘導コイルにより耐熱部材を直接加熱し、被評価材を間接的に加熱するようにしているので、被評価材に、局所的な急勾配の温度分布による熱膨張や亀裂が発生するのを防止することができ、被評価材に本来の熱疲労強度による亀裂が発生するまでに予期しない異常な亀裂が生ずるのを防止し、適正な熱疲労強度試験を行うことができるという効果を奏するものであり、耐熱材の耐熱性試験、特に被評価材に繰り返しの温度変化と機械的な応力変化とを生じさせて熱疲労試験を行うのに好適な耐熱材試験装置、耐熱材試験方法およびテストピース全般に有用である。   As described above, according to the present invention, the heat-resistant member is directly heated by the high-frequency induction coil, and the material to be evaluated is indirectly heated. Therefore, the material to be evaluated has a local steep temperature distribution. It is possible to prevent thermal expansion and cracks from occurring, prevent unexpected abnormal cracks from occurring before the cracks due to the original thermal fatigue strength occur, and perform appropriate thermal fatigue strength tests. Heat resistance test for heat-resistant materials, especially suitable for conducting thermal fatigue tests by causing repeated temperature changes and mechanical stress changes in the material being evaluated Useful for test equipment, heat-resistant material test methods, and test pieces in general.

本発明の第1の実施の形態に係るテストピースを装着した熱疲労試験装置の構成の概略を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of a structure of the thermal fatigue testing apparatus equipped with the test piece which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るテストピースの図1のA−A断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the AA cross section of FIG. 1 of the test piece which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るテストピースに熱を加える際の温度と時間の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between temperature and time at the time of applying heat to the test piece which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るテストピースの端部を拘束する際の拘束率と亀裂が生ずるときの熱サイクル数を示すグラフである。It is a graph which shows the thermal cycle number when the restraint rate at the time of restraining the edge part of the test piece which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and a crack arises. 本発明の第2の実施の形態に係るテストピースを装着した熱疲労試験装置の構成の概略を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of a structure of the thermal fatigue testing apparatus equipped with the test piece which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係るテストピースの図5のB−B断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the BB cross section of FIG. 5 of the test piece which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明に係るテストピースの他の実施の形態を示し、(a)は、断面が円形の中実のテストピースを示し、(b)は、断面が長方形のテストピースを示し、(c)は、断面が円形の丸棒評価材を囲んで高熱伝導部材を設けたテストピースを示し、(d)は、断面が長方形の角材を囲んで高熱伝導部材を設けたテストピースを示す。Fig. 4 shows another embodiment of the test piece according to the present invention, (a) shows a solid test piece with a circular cross section, (b) shows a test piece with a rectangular cross section, and (c) shows The test piece which provided the high heat-conduction member surrounding the round-bar evaluation material with a circular cross section is shown, (d) shows the test piece which provided the high heat-conduction member around the square member whose cross section is a rectangle.

符号の説明Explanation of symbols

1、10 熱疲労試験装置(耐熱材紙面装置)
11、51 装置本体部
12 制御部
13 高周波電源部
14 出力整合部
15 圧縮ガス供給部
16、46、81、91、101、111 テストピース
17、52、86、94、105、115 被評価材
18 第1の耐熱部材(耐熱部材、耐熱疲労強度部材)
19 第2の耐熱部材(耐熱部材、耐熱疲労強度部材)
21 上側固定板
22 下側固定板
23、24 支柱
25 上端保持機構部
26 下端保持機構部
27 歪センサ
28 熱電対
31 上部高周波誘導コイル(誘導加熱コイル)
32 下部高周波誘導コイル(誘導加熱コイル)
35、55、82、92、102、112 第1の保持部材
36、56、83、96、106、116 第2の保持部材
41 高周波誘導コイル(誘導加熱コイル)
47、57 内部通路(冷却流体通路)
53、104、114 外側の耐熱部材(耐熱部材)
84、85、93、95 耐熱部材
1, 10 Thermal fatigue test equipment (heat resistant paper surface equipment)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 51 Apparatus main body part 12 Control part 13 High frequency power supply part 14 Output matching part 15 Compressed gas supply part 16, 46, 81, 91, 101, 111 Test piece 17, 52, 86, 94, 105, 115 Evaluated material 18 First heat-resistant member (heat-resistant member, heat-resistant fatigue strength member)
19 Second heat-resistant member (heat-resistant member, heat-resistant fatigue strength member)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Upper side fixing plate 22 Lower side fixing plate 23, 24 Support | pillar 25 Upper end holding mechanism part 26 Lower end holding mechanism part 27 Strain sensor 28 Thermocouple 31 Upper high frequency induction coil (induction heating coil)
32 Lower high frequency induction coil (induction heating coil)
35, 55, 82, 92, 102, 112 First holding member 36, 56, 83, 96, 106, 116 Second holding member 41 High-frequency induction coil (induction heating coil)
47, 57 Internal passage (cooling fluid passage)
53, 104, 114 Outside heat resistant member (heat resistant member)
84, 85, 93, 95 Heat resistant member

Claims (5)

耐熱性が試験評価される被評価材を誘導加熱コイルによって加熱する耐熱材試験装置において、
前記被評価材より高い耐熱性を有し、前記誘導加熱コイルにより加熱されて前記被評価材を加熱する耐熱部材を備え、
前記被評価材が棒状の部材によって形成され、前記耐熱部材が前記被評価材の軸方向の両端部に接合されたことを特徴とする耐熱材試験装置。
In a heat-resistant material testing apparatus that heats an evaluation target material to be evaluated for heat resistance using an induction heating coil,
A heat-resistant member that has higher heat resistance than the material to be evaluated and is heated by the induction heating coil to heat the material to be evaluated ;
The heat-resistant material testing apparatus , wherein the material to be evaluated is formed of a rod-shaped member, and the heat-resistant member is joined to both end portions in the axial direction of the material to be evaluated .
前記耐熱部材が、前記誘導加熱コイルにより囲まれるよう前記誘導加熱コイルの放射内方に設けられたことを特徴とする請求項1に記載の耐熱材試験装置。   The heat-resistant material testing apparatus according to claim 1, wherein the heat-resistant member is provided inside the radiation of the induction heating coil so as to be surrounded by the induction heating coil. 耐熱性が評価される被評価材と、前記被評価材の一端部側に連結された第1の保持部材と、前記被評価材の他端部側に連結された第2の保持部材とを有し、前記被評価材が誘導加熱コイルによって加熱されるテストピースにおいて、A material to be evaluated for heat resistance, a first holding member connected to one end of the material to be evaluated, and a second holding member connected to the other end of the material to be evaluated A test piece in which the material to be evaluated is heated by an induction heating coil;
前記被評価材の一端部と前記第1の保持部材との間に前記被評価材より高い耐熱性を有する第1の耐熱部材が介在し、前記第1の耐熱部材が前記第1の保持部材と前記被評価材とに接合されるとともに、A first heat-resistant member having higher heat resistance than the material to be evaluated is interposed between one end of the material to be evaluated and the first holding member, and the first heat-resistant member is the first holding member. And the material to be evaluated
前記被評価材の他端部と前記第2の保持部材との間に前記被評価材より高い耐熱性を有する第2の耐熱部材が介在し、前記第2の耐熱部材が前記第2の保持部材と前記被評価材とに接合されたことを特徴とするテストピース。A second heat-resistant member having higher heat resistance than the material to be evaluated is interposed between the other end of the material to be evaluated and the second holding member, and the second heat-resistant member is the second holding member. A test piece which is bonded to a member and the material to be evaluated.
前記被評価材と前記第1の保持部材と前記第2の保持部材とが、中空のパイプで形成されたことを特徴とする請求項3に記載のテストピース。The test piece according to claim 3, wherein the material to be evaluated, the first holding member, and the second holding member are formed of a hollow pipe. 前記耐熱部材が前記被評価材より熱伝導率が高い高熱伝導材料で形成されたことを特徴とする請求項3または請求項4のいずれかに記載のテストピース。The test piece according to claim 3, wherein the heat-resistant member is formed of a high thermal conductive material having a higher thermal conductivity than the material to be evaluated.
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