JP5972480B2

JP5972480B2 - 標準値残留応力校正試料及びその製造と保存方法

Info

Publication number: JP5972480B2
Application number: JP2015544310A
Authority: JP
Inventors: シュ，チュングゥァン; シュ，ラン; パン，チンシュェ; シァォ，ディングゥォ; リー，シァォ; ソン，ウェンタオ
Original assignee: BEIJING INSTITUTE OF TECHONOLOGY
Current assignee: BEIJING INSTITUTE OF TECHONOLOGY
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2033-03-12
Also published as: US20160033452A1; US9989496B2; WO2014082400A1; US20180231499A1; US10712316B2; JP2016505817A

Description

本発明は標準値残留応力校正試料及びその製造と保存方法に関し、前記標準値残留応力校正試料は、残留応力の超音波非破壊検査システムの校正に適用される。

残留応力の超音波非破壊検査はますます注目を集めているが、現段階において、より将来性があるのは残留応力の超音波測定であり、超音波測定は主に超音波臨界屈折縦波を利用して残留応力の測定を実現する。超音波応力測定の理論は既に成熟されていたが、当該方法は、測定の原理からして残留応力の相対値が測定するもので、残留応力の絶対値の測定を実現するには、定量化された残留応力標準試料を開発し、測定結果及び測定システムに対する校正を行う必要がある。

現在、標準値残留応力校正試料に対する研究として、主にX射線回折法に関するもので、即ち測定される材料の金属粉末をダイカストで一定の寸法の試料にし、ダイカストされた試料の結晶格子の変化に基づいて残留応力を定める。なお、英国の研究者が鋼材を弓状に湾曲する方法で残留応力試料を製造した。これらの試料の構造が比較的に特殊で、製造方法も複雑で、実現しにくい。よって、構造が簡単で且つ確実な標準値残留応力校正試料、且つ簡単な方法でそれを実現することが望まれている。

本発明は、標準値残留応力校正試料及びその製造と保存方法を提供し、残留応力の超音波非破壊検査システムの校正に用い、残留応力の絶対値に対する測定を実現し、且つ当該測定結果を正確なものにすることを目的とする。

標準値残留応力校正試料は、1つの本体と２つの溶接ブロックによって構成され、前記本体と前記溶接ブロックともに長方体と呈する金属ブロックであって、前記溶接ブロックはそれぞれに前記本体の対向する両側面に溶接され、前記本体は、上下方向からの圧力の作用で変形し且つ残留応力が発生してくる。

本発明における標準値残留応力校正試料は、結構が簡単で、且つ的確である。

本発明はさらに標準値残留応力校正試料の製造方法を提供し、その製造ス
テップとして、試料の本体と２つの溶接ブロックを製造し、前記試料の本体に上下方向から圧力を加えることによって、前記本体を変形させて残留応力が発生し、溶接ブロックを前記本体の対向する両側面に溶接し、前記上下方向から加えた圧力を撤回する。

上記方法は簡単で、取得された標準値残留応力校正試料が的確なものであ
る。

本発明はさらに標準値残留応力校正試料の保存方法を提供し、試料を定常温度の環境に保存し、温度範囲は2〜8℃で、且つ試料が衝撃又は振動されることを防止する。

前記保存方法は、残留応力標準試料における残留応力を安定に保持することができる。

標準値残留応力校正試料の側面図である。標準値残留応力校正試料の側斜視図である。標準値残留応力校正試料の各部品の位置関係を表す分解図である。標準値残留応力校正試料の各部品の配置位置を表す斜視図である。標準値残留応力校正試料の溶接工程を表す図面である。

1…本体
2…溶接ブロック
3…溶接部
4…圧力試験機の上部圧子
5…圧力試験機の下部圧子
6…測定区域

本発明は溶接の方法を利用して標準値残留応力校正試料を製造する。本発明は、主に圧力が加えられる本体における対称する位置に２つの溶接ブロックをそれぞれに溶接し、本体に生じたリバウンド効果により、溶接された溶接ブロックに対して引張応力を発生させる。この際、変形量が異なれば対応する応力値も異なるから、理論に基づく計算結果に沿って試料の変形量を制御すれば、必要とする応力値を有する試料が得られる。

実施形態

下記において、図面と合わせて本発明の具体的な実施形態を詳しく説明する。

45#鋼（中国標準、日本標準のS45C相当）を例にして、図1に示されるように、本体1の寸法とは、30ｍｍ×30ｍｍ×130ｍｍであり、溶接ブロック2の寸法とは、30ｍｍ×5ｍｍ×70ｍｍである。

標準値残留応力校正試料の本体1の両側に２つの溶接ブロック2が溶接され、溶接ブロック2は本体1の中央位置に設置される。溶接ブロック2は、本体1が圧力試験機によって圧縮荷重を受けた状態で溶接される。本体1のリバウンド効果によって、溶接ブロック2と本体1との間に大きさが一定の残留応力を発生させている。本体1と溶接ブロック2の変形量に基づき、試料の残留応力値が分かり、変形量の異なるものに対応し、残留応力の異なる試料が得られる。

弾性域内において、試料の本体1に圧力を加えることによって単一方向の圧縮応力を発生させ、本体1は圧力をなくした後にリバウンドすることを利用し、溶接技術によって溶接ブロック2とリバウンドする前の本体1とを溶接し、両者を互いに束縛し、相互作用の結果、両者の間に引張応力或いは圧縮応力が発生するから、この現象を利用して、圧縮と溶接、及び本体1と溶接ブロック2の変形を制御することにより、標準値残留応力校正試料が得られる。溶接部3の全体が溶接される。

試料の製造工程において、本体1と溶接ブロック2の変形量を正確に制御することが重要であり、当該難問を解決するこそ、試料の残留応力値の大きさを精確に制御するようになる。また、試料の使用時において、保存技術も同様に重要である。

標準値残留応力校正試料の製造工程として、

45#鋼を試料の製造材料とし、試料は図1に示されるように、２種類の大きさ異なる試料を製造し、本体1の寸法を30ｍｍ×30ｍｍ×130ｍｍにし、溶接ブロック2の寸法を30ｍｍ×5ｍｍ×70ｍｍにし、本体1と溶接ブロック2の表面粗さ<Ra6.4とする。

本体1と溶接ブロック2に対して焼き戻しを行うことで、試料の加工応力をなくして、試料をゼロ応力状態にさせる。

フックの法則に基づき、本体1と溶接ブロック2の横断面積、及び所要の試料応力値によって、圧力試験機が本体1の端面に加える圧力値、即ち負荷荷重の大きさを算出する。

図2に示されるように、締め付け方法を用いて２つの溶接ブロックと本体1とを緊密にくっ付けさせる。

図5に示されるように、本体1を圧力試験機の上部圧子4と下部圧子5の間に置き、予め算出された荷重値を圧力試験機に設定し、本体1を前記荷重値で圧縮する。図面に表される中空の矢印は圧縮方向を示し、本体1における30ｍｍ×30ｍｍの面は受圧面とする。算出された荷重に達した後、暫くその状態を維持して、安定化させる。荷重を卸さない状態で溶接ブロック2を本体1に溶接する。溶接する際に、出来る限りに本体1と溶接ブロック2とも明らかな変形が発生しないようにする。本体1と溶接される溶接ブロック2の切断個所の全端面が溶接部に完全に覆われるようにする。

溶接ブロック2が溶接された後、荷重を卸さない状態で空冷を行い、試料が冷却された後に圧力試験機を取り外し、試料の製造が完了される。且つ標準値残留応力校正試料の応力値を測定して記録し、理論値とを比較する。

異なる残留応力値の試料を取得しようとする場合、本体1に異なる圧力を加えて、前記ステップに従って操作すればよい。

標準値残留応力校正試料を使用する際において、測定センサを本体1の圧縮される方向に沿って溶接ブロック2に置き、測定センサと試料の間に良好に結合させ、安定した後に測定と校正を開始する。図3と図5に示されるように、標準値残留応力校正試料における一定値の測定区域6が２つの溶接ブロック2の外表面におり、且つ前記２つの測定区域は、現在、超音波臨界屈折縦波と表面波測定方法に限って適用するとされる。

現在、中国国内において残留応力をなくす方法としては、主に焼き戻し処理、振動時効処理、超音波衝撃処理及び自然時効処理法である。これらの方法は、主に溶接部材を交互に変化の温度と、荷重が交互に変化する振動、衝撃等の作用下で局部の組織構造を再編成することによって、残留応力を釈放される。安定する恒温環境では、試料の熱膨張および収縮と組織構造の再編成がないため、残留応力を比較的に長い期間に維持することが可能である。よって、標準値残留応力校正試料について、安定した残留応力を保持するために、標準値残留応力校正試料の製造を完了した後、試料を恒温箱等のような恒温環境に保存すべきであって、温度は例えば2〜8℃にする。それで交互に変化する温度による試料の熱膨張および収縮をなくして、残留応力の持続的変化を防ぐ。なお、試料の保存工程において、出来る限りに試料を衝撃と振動から保護して、残留応力が釈放されるのを防止すべきである。また、試料の保存工程において、定期的に試料の残留応力の変化を測定且つ記録するように監視する。残留応力超音波測定システムを校正したびに、ただちに試料を恒温箱に戻す。

Claims

１つの本体と２つの溶接ブロックとを備え、前記本体と溶接ブロックとも長方体とされる金属ブロックであって、前記溶接ブロックは前記本体の対向する両側面に溶接され、前記本体は上下方向から加えれた圧力の作用で変形して残留応力を有することを特徴とする標準値残留応力校正試料。
前記請求項1記載の標準値残留応力校正試料であって、前記溶接ブロックと前記本体の側面の幅が同一で、前記溶接ブロックの長さは前記本体の長さより短く、前記溶接ブロックは前記本体の側面の中央位置に対称に溶接されたことを特徴とする標準値残留応力校正試料。
前記請求項1記載の標準値残留応力校正試料であって、溶接される切断面の全端面が溶接部によって完全に覆われたことを特徴とする標準値残留応力校正試料。
前記請求項1記載の標準値残留応力校正試料であって、前記本体と溶接ブロックの材質として、中国標準で45#鋼、Q235或いはQ345のいずれかまたは複数であることが可能なことを特徴とする標準値残留応力校正試料。
前記請求項1記載の標準値残留応力校正試料であって、前記本体と前記溶接ブロックの表面粗さ<Ra6.4としたことを特徴とする標準値残留応力校正試料。
前記請求項1記載の標準値残留応力校正試料であって、前記応力の大きさが前記本体と前記溶接ブロックの変形量とフックの法則に基づいて算出されたことを特徴とする標準値残留応力校正試料。
前記請求項1記載の標準値残留応力校正試料であって、標準値の測定区域が２つの溶接ブロックの外表面にあり、且つ前記測定区域は、超音波臨界屈折縦波と表面波測定方法に限って適用したことを特徴とする標準値残留応力校正試料。
標準値残留応力校正試料の製造方法であって、試料の本体と２つの溶接ブロックを製造し、前記試料の本体に上下方向から圧力を加えることによって、前記本体を変形させて残留応力を発生させ、溶接ブロックを前記本体の対向する両側面に溶接し、前記上下方向から加えた圧力をなくすことを特徴とする標準値残留応力校正試料の製造方法。
前記請求項8記載の標準値残留応力校正試料の製造方法であって、試料の本体と２つの溶接ブロックを製造する際、本体と溶接ブロックの加工を完了した後、焼き戻し処理を行い、試料の加工時に発生した応力をなくすことを特徴とする標準値残留応力校正試料の製造方法。
前記請求項8記載の標準値残留応力校正試料の製造方法であって、前記本体と前記溶接ブロックを溶接する前に、前記本体と溶接ブロックとのくっ付ける表面に対して平滑処理した後、前記本体と溶接ブロックを緊密にくっ付けるようにすることを特徴とする標準値残留応力校正試料の製造方法。
前記請求項8記載の標準値残留応力校正試料の製造方法であって、溶接ブロックを溶接した後、上下方向の圧力をなくす前に、前記試料を空冷することを特徴とする標準値残留応力校正試料の製造方法。
請求項1〜7のいずれか１つに記載の標準値残留応力校正試料の保存方法であって、前記試料を恒温環境において保存し、温度は2〜8℃にし、且つ試料が衝撃または振動を受けないようにすることを特徴とする標準値残留応力校正試料の保存方法。
請求項8〜11のいずれか１つに記載の製造方法で製造される標準値残留応力校正試料の保存方法であって、前記試料を恒温環境において保存し、温度は2〜8℃にし、且つ試料が衝撃または振動を受けないようにすることを特徴とする標準値残留応力校正試料の保存方法。