JP6125261B2 - ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法 - Google Patents

ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法 Download PDF

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Description

本発明は、ウォータジェットピーニングにおける圧縮残留応力を試験する試験方法、試験装置および試験設備に関するものである。
例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）を備える原子力発電プラントは、一次冷却水としての軽水を原子炉冷却材および中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電するものである。
このような原子力発電プラントにて、加圧水型原子炉は、十分な安全性や信頼性を確保するために各種の構造物などを定期的に検査する必要がある。そして、各検査を施工して不具合を発見した場合は、その不具合に関係する必要箇所を補修している。例えば、加圧水型原子炉にて、原子炉容器本体は、下鏡を貫通する多数の計装管台が設けられ、この各計装管台は、炉内側の上端部に炉内計装案内管が固定される一方、炉外側の下端部にコンジットチューブが連結されている。そして、中性子束を計測可能な中性子束検出器は、コンジットチューブにより計装管台から炉内計装案内管を通して炉心（燃料集合体）まで挿入可能となっている。また、原子炉容器本体は、一次冷却水を蒸気発生器へ供給するための出口側管台と、蒸気発生器で熱交換された一次冷却水を取り込むための入口側管台とが設けられている。これらの管台は、蒸気発生器に連通する一次冷却水管が溶接により接続されている。そして、管台と一次冷却水管とは材質が異なるため、その間にセーフエンド管が溶接により接続される。
上記の計装管台は、炉内計装筒が原子炉容器本体の取付孔に嵌入して溶接されることで構成されている。そのため、炉内計装筒やこの炉内計装筒の溶接部およびその周辺部に引張応力が残留している可能性があり、長期の使用により応力腐食割れが発生する確率が高くなる。また、上記の入口側管台および出口側管台も、溶接部およびその周辺部に生じる引張残留応力が応力腐食割れの要因となり得る。そこで、従来から、表面の引張残留応力を圧縮残留応力に改善することで、応力腐食割れを防止するようにしたウォータジェットピーニング技術がある。このウォータジェットピーニングは、水中で金属部材表面にキャビテーション気泡を含む高圧水を噴射し、金属部材表面の引張残留応力を圧縮残留応力に改善するものである。例えば、下記特許文献１は、上記の計装管台についてウォータジェットピーニングを行う技術が示されている。
特開２００６−２０１１４１号公報
ところで、上述したウォータジェットピーニングにおいて、圧縮残留応力を付与した結果を確認することが望まれている。ショットピーニングにおいては、ＪＩＳ Ｂ ２７１１にてアルメンストリップおよびアルメンストリップを保持する保持具が示されているが、ウォータジェットピーニングについては規定されていない。
本発明は、上述した課題を解決するものであり、ウォータジェットピーニングにおける圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさを確認することのできるウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法、試験装置および試験設備を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、第１の発明のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法は、所定の水中環境下にて塑性変形可能なアルメンストリップを保持し、当該アルメンストリップに対してウォータジェットを噴射することを特徴とする。
このウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法によれば、ウォータジェットピーニングにおける圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさを確認することができる。
また、第２の発明のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法は、第１の発明において、密閉された水槽に水を入れて加圧することで前記水中環境を設け、当該水中環境下にて前記アルメンストリップを保持し、当該アルメンストリップに対してウォータジェットを噴射することを特徴とする。
このウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法によれば、ウォータジェットピーニングが施工される実際の水中環境を模擬することができ、ウォータジェットピーニングにおける圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさの確認精度を向上することができる。
上述の目的を達成するために、第３の発明のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置は、ウォータジェットを噴射する噴射口が装着される噴射口装着部と、前記噴射口装着部に連通して設けられ高圧水を供給する高圧水供給管が装着される高圧水管装着部と、前記噴射口装着部に対向する支持面および当該支持面に対して塑性変形可能な板状のアルメンストリップの板面を接触させて取り付ける取付部を有するアルメンストリップ保持部と、を備えることを特徴とする。
このウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置によれば、この水中環境下においてアルメンストリップ保持部で保持するアルメンストリップに対して噴射口からウォータジェットを噴射することでウォータジェットピーニングが施され、アルメンストリップが塑性変形する。そして、アルメンストリップの塑性変形を計測することで、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさを確認できる。
また、第４の発明のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置は、第３の発明において、前記取付部は、ウォータジェットが噴射される前記アルメンストリップの部分を表出させる貫通穴および前記アルメンストリップの外縁に当接する押え面を有する押え部材と、前記押え部材の押え面と前記支持面との間で前記アルメンストリップを挟むように前記押え部材を固定する固定部材と、を備えることを特徴とする。
このウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置によれば、貫通穴から表出されたアルメンストリップの部分にウォータジェットピーニングが施される。そして、アルメンストリップにウォータジェットが噴射された際、貫通穴により、当該貫通穴から表出されていないアルメンストリップと支持面との間へのウォータジェットの流入が抑制される。この結果、ウォータジェットピーニング以外の作用によるアルメンストリップの塑性変形を抑え、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力のより精度の高い評価を行うことができる。
また、第５の発明のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置は、第４の発明において、前記支持面または前記押え面の少なくとも一方に、アルメンストリップを挿入しその周りを囲む凹部を有することを特徴とする。
このウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置によれば、アルメンストリップにウォータジェットが噴射された際、凹部の外周の段差によりアルメンストリップと支持面との間へのウォータジェットの流入がより抑制される。このため、アルメンストリップと支持面との間へのウォータジェットの流入によりアルメンストリップが変形することがより抑制される。この結果、ウォータジェットピーニング以外の作用によるアルメンストリップの塑性変形を抑え、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力のより精度の高い評価を行うことができる。
また、第６の発明のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置は、第３〜第５のいずれか１つの発明において、前記支持面がウォータジェットの作用する有効範囲よりも広い面積を有し、前記取付部が前記有効範囲よりも広い面積を空けて前記アルメンストリップを取り付けることを特徴する。
このウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置によれば、有効範囲よりも広い面積のアルメンストリップを保持することができ、このアルメンストリップの有効範囲の部分にウォータジェットピーニングが施される。このため、アルメンストリップにウォータジェットが噴射された際、アルメンストリップと支持面との間へのウォータジェットの流入が抑制される。この結果、ウォータジェットピーニング以外の作用によるアルメンストリップの塑性変形を抑え、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力のより精度の高い評価を行うことができる。
また、第７の発明のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置は、第３〜第６のいずれか１つの発明において、前記アルメンストリップ保持部に並設されて、残留応力を生じる残留応力測定用試験片を保持する試験片保持部を備えることを特徴とする。
このウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置によれば、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさを、アルメンストリップおよび残留応力測定用試験片により比較して確認することができる。
また、第８の発明のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置は、第３〜第７のいずれか１つの発明において、前記アルメンストリップ保持部と前記噴射口装着部との間を遮蔽する遮蔽部と、前記アルメンストリップ保持部と前記噴射口装着部との間を開閉するように前記遮蔽部を開閉移動させる開閉機構と、を備えることを特徴とする。
このウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置によれば、噴射口から噴射されたウォータジェットが、ウォータジェットピーニングを施工する噴射条件に安定するまでの間、アルメンストリップ保持部と噴射口装着部との間を遮蔽してアルメンストリップへのウォータジェットの噴射を規制し、噴射条件が安定した後にアルメンストリップ保持部と噴射口装着部との間を開放してアルメンストリップにウォータジェットを噴射させる。この結果、安定した噴射条件において、アルメンストリップを塑性変形させるため、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力のより精度の高い評価を行うことができる。
また、第９の発明のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置は、第３〜第８のいずれか１つの発明において、前記噴射口装着部に装着される前記噴射口の向く方向と直交する方向に、前記噴射口装着部および前記高圧水管装着部をともにスライド移動させるスライド移動機構を備えることを特徴とする。
このウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置によれば、噴射口から噴射されたウォータジェットが、ウォータジェットピーニングを施工する噴射条件に安定するまでの間、噴射口をアルメンストリップ保持部（アルメンストリップ）上から退避させ、噴射条件が安定した後に噴射口をアルメンストリップ保持部（アルメンストリップ）上に移動させてアルメンストリップにウォータジェットを噴射させる。この結果、安定した噴射条件において、アルメンストリップを塑性変形させるため、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力のより精度の高い評価を行うことができる。
上述の目的を達成するために、第１０の発明のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験設備は、所定の水中環境を形成する水槽と、高圧水を供給する高圧水供給管に高圧水を送る高圧水ポンプと、を備え、前記水槽の水中環境下に第３〜第９のいずれか１つに記載のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置を配置し、当該装置と前記高圧水ポンプとに前記高圧水供給管を接続して、ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験を行うことを特徴とする。
このウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験設備によれば、ウォータジェットピーニングにおける圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさを確認することができる。
また、第１１の発明のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験設備は、第１０の発明において、前記水槽の内部を密閉する密閉手段と、密閉された前記水槽の内部を加圧する加圧手段とを備えることを特徴とする。
このウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験設備によれば、ウォータジェットピーニングが施工される実際の水中環境を模擬することができ、ウォータジェットピーニングにおける圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさの確認精度を向上することができる。
本発明によれば、ウォータジェットピーニングにおける圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさを確認することができる。
図１は、原子力発電プラントの一例の概略構成図である。 図２は、加圧水型原子炉の縦断面図である。 図３は、原子炉容器の計装管台の断面図である。 図４は、ウォータジェットピーニング装置の据付状態を表す概略図である。 図５は、ウォータジェットピーニング装置の正面図である。 図６は、本発明の実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験設備の概略図である。 図７は、本発明の実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置の側面図である。 図８は、本発明の実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置の平面図である。 図９は、本発明の実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置の縦断面図である。 図１０は、本発明の実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置の横断面図である。 図１１は、本発明の実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置のアルメンストリップ保持部を示す平面図である。 図１２は、図１１における縦断面図である。 図１３は、本発明の実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置のアルメンストリップ保持部の他の例を示す平面図である。 図１４は、図１３における縦断面図である。 図１５は、本発明の実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置のアルメンストリップ保持部の他の例を示す平面図である。 図１６は、図１５における縦断面図である。 図１７は、本発明の実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置のアルメンストリップ保持部の他の例を示す平面図である。 図１８は、図１７における縦断面図である。 図１９は、本発明の実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置のアルメンストリップ保持部の他の例を示す平面図である。 図２０は、図１９における縦断面図である。 図２１は、本発明の実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置のアルメンストリップ保持部の他の例を示す平面図である。 図２２は、図２１における縦断面図である。
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
図１は、原子力発電プラントの一例の概略構成図であり、図２は、加圧水型原子炉の縦断面図であり、図３は、原子炉容器の計装管台の断面図である。
図１に示す原子力発電プラントは、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）を有する。この原子力発電プラントは、原子炉格納容器１００内において、加圧水型原子炉の原子炉容器１０１、加圧器１０２、蒸気発生器１０３および一次冷却水ポンプ１０４が、一次冷却水管１０５により順次接続されて、一次冷却水の循環経路が構成されている。
原子炉容器１０１は、内部に燃料集合体１２０を密閉状態で格納するもので、燃料集合体１２０が挿抜できるように、原子炉容器本体１０１ａとその上部に装着される原子炉容器蓋１０１ｂとにより構成されている。原子炉容器本体１０１ａは、上部に一次冷却水としての軽水を給排する入口側管台１０１ｃおよび出口側管台１０１ｄが設けられている。出口側管台１０１ｄは、蒸気発生器１０３の入口側水室１０３ａに連通するように一次冷却水管１０５が接続されている。また、入口側管台１０１ｃは、蒸気発生器１０３の出口側水室１０３ｂに連通するように一次冷却水管１０５が接続されている。
蒸気発生器１０３は、半球形状に形成された下部において、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとが仕切板１０３ｃによって区画されて設けられている。入口側水室１０３ａおよび出口側水室１０３ｂは、その天井部に設けられた管板１０３ｄによって蒸気発生器１０３の上部側と区画されている。蒸気発生器１０３の上部側には、逆Ｕ字形状の伝熱管１０３ｅが設けられている。伝熱管１０３ｅは、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとを繋ぐように端部が管板１０３ｄに支持されている。そして、入口側水室１０３ａは、入口側の一次冷却水管１０５が接続され、出口側水室１０３ｂは、出口側の一次冷却水管１０５が接続されている。また、蒸気発生器１０３は、管板１０３ｄによって区画された上部側の上端に、出口側の二次冷却水管１０６ａが接続され、上部側の側部に、入口側の二次冷却水管１０６ｂが接続されている。
また、原子力発電プラントは、蒸気発生器１０３が、原子炉格納容器１００外で二次冷却水管１０６ａ，１０６ｂを介して蒸気タービン１０７に接続されて、二次冷却水の循環経路が構成されている。
蒸気タービン１０７は、高圧タービン１０８および低圧タービン１０９を有するとともに、発電機１１０が接続されている。また、高圧タービン１０８および低圧タービン１０９は、湿分分離加熱器１１１が、二次冷却水管１０６ａから分岐して接続されている。また、低圧タービン１０９は、復水器１１２に接続されている。この復水器１１２は、二次冷却水管１０６ｂに接続されている。二次冷却水管１０６ｂは、上述したように蒸気発生器１０３に接続され、復水器１１２から蒸気発生器１０３に至り、復水ポンプ１１３、低圧給水加熱器１１４、脱気器１１５、主給水ポンプ１１６、および高圧給水加熱器１１７が設けられている。
従って、原子力発電プラントでは、一次冷却水が原子炉容器１０１にて加熱されて高温・高圧となり、加圧器１０２にて加圧されて圧力を一定に維持されつつ、一次冷却水管１０５を介して蒸気発生器１０３に供給される。蒸気発生器１０３では、一次冷却水と二次冷却水との熱交換が行われることにより、二次冷却水が蒸発して蒸気となる。熱交換後の冷却した一次冷却水は、一次冷却水管１０５を介して一次冷却水ポンプ１０４側に回収され、原子炉容器１０１に戻される。一方、熱交換により蒸気となった二次冷却水は、蒸気タービン１０７に供給される。蒸気タービン１０７に係り、湿分分離加熱器１１１は、高圧タービン１０８からの排気から湿分を除去し、さらに加熱して過熱状態とした後に低圧タービン１０９に送る。蒸気タービン１０７は、二次冷却水の蒸気により駆動され、その動力が発電機１１０に伝達されて発電される。タービンの駆動に供された蒸気は、復水器１１２に排出される。復水器１１２は、取水管１１２ａを介してポンプ１１２ｂにより取水した冷却水（例えば、海水）と、低圧タービン１０９から排出された蒸気とを熱交換し、当該蒸気を凝縮させて低圧の飽和液に戻す。熱交換に用いられた冷却水は、排水管１１２ｃから排出される。また、凝縮された飽和液は、二次冷却水となり、復水ポンプ１１３によって二次冷却水管１０６ｂを介して復水器１１２の外部に送り出される。さらに、二次冷却水管１０６ｂを経る二次冷却水は、低圧給水加熱器１１４で、例えば、低圧タービン１０９から抽気した低圧蒸気により加熱され、脱気器１１５で溶存酸素や不凝結ガス（アンモニアガス）などの不純物が除去された後、主給水ポンプ１１６により送水され、高圧給水加熱器１１７で、例えば、高圧タービン１０８から抽気した高圧蒸気により加熱された後、蒸気発生器１０３に戻される。
このように構成された原子力発電プラントの加圧水型原子炉において、図２に示すように、原子炉容器１０１は、その内部に燃料集合体１２０を含む炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体１０１ａに対して原子炉容器蓋１０１ｂが複数のスタッドボルト１２１およびナット１２２により開閉可能に固定されている。
原子炉容器本体１０１ａは、原子炉容器蓋１０１ｂを取り外すことで上部が開口可能であり、下部が半球形状をなす下鏡１０１ｅにより閉塞された円筒形状をなしている。原子炉容器本体１０１ａは、内部にて、入口側管台１０１ｃおよび出口側管台１０１ｄより上方に上部炉心支持板１２３が固定される一方、下方の下鏡１０１ｅの近傍に位置して下部炉心支持板１２４が固定されている。この上部炉心支持板１２３および下部炉心支持板１２４は、円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成されている。そして、上部炉心支持板１２３は、複数の炉心支持ロッド１２５を介して下方に図示しない多数の連通孔が形成された上部炉心板１２６が連結されている。
原子炉容器本体１０１ａは、内部に円筒形状をなす炉心槽１２７が内壁面と所定の隙間をもって配置されており、この炉心槽１２７は、上部が上部炉心板１２６に連結され、下部に円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成された下部炉心板１２８が連結されている。そして、下部炉心板１２８は、下部炉心支持板１２４に支持されている。即ち、炉心槽１２７は、原子炉容器本体１０１ａの下部炉心支持板１２４に支持されることとなる。
上部炉心板１２６と炉心槽１２７と下部炉心板１２８とにより炉心１２９が形成されている。炉心１２９は、内部に多数の燃料集合体１２０が配置されている。燃料集合体１２０は、図示しないが、多数の燃料棒が支持格子により格子状に束ねられて構成され、上端部に上部ノズルが固定される一方、下端部に下部ノズルが固定されている。また、炉心１２９は、内部に多数の制御棒１３０が配置されている。この多数の制御棒１３０は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ１３１となり、燃料集合体１２０内に挿入可能となっている。上部炉心支持板１２３は、この上部炉心支持板１２３を貫通して多数の制御棒クラスタ案内管１３２が固定されており、各制御棒クラスタ案内管１３２は、下端部が燃料集合体１２０内の制御棒クラスタ１３１まで延出されている。
原子炉容器１０１を構成する原子炉容器蓋１０１ｂは、上部が半球形状をなして磁気式ジャッキの制御棒駆動装置１３３が設けられており、原子炉容器蓋１０１ｂと一体をなすハウジング１３４内に収容されている。多数の制御棒クラスタ案内管１３２は、上端部が制御棒駆動装置１３３まで延出され、この制御棒駆動装置１３３から延出されて制御棒クラスタ駆動軸１３５が、制御棒クラスタ案内管１３２内を通って燃料集合体１２０まで延出され、制御棒クラスタ１３１を把持可能となっている。
この制御棒駆動装置１３３は、上下方向に延設されて制御棒クラスタ１３１に連結されるとともに、その表面に複数の周溝を長手方向に等ピッチで配設してなる制御棒クラスタ駆動軸１３５を磁気式ジャッキで上下動させることで、原子炉の出力を制御している。
また、原子炉容器本体１０１ａは、下鏡１０１ｅを貫通する多数の計装管台１３６が設けられ、この各計装管台１３６は、炉内側の上端部に炉内計装案内管１３７が連結される一方、炉外側の下端部にコンジットチューブ１３８が連結されている。各炉内計装案内管１３７は、上端部が下部炉心支持板１２４に連結されており、振動を抑制するための上下の連接板１３９，１４０が取付けられている。中性子束を計測可能な中性子束検出器（図示略）が装着されたシンブルチューブ１４１は、コンジットチューブ１３８から計装管台１３６および炉内計装案内管１３７を通り、下部炉心板１２８を貫通して燃料集合体１２０まで挿入可能となっている。
従って、制御棒駆動装置１３３により制御棒クラスタ駆動軸１３５を移動して燃料集合体１２０から制御棒１３０を所定量引き抜くことで、炉心１２９内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギにより原子炉容器１０１内に充填された軽水が加熱され、高温の軽水が出口側管台１０１ｄから排出され、上述したように、蒸気発生器１０３に送られる。即ち、燃料集合体１２０を構成する原子燃料が核分裂することで中性子を放出し、減速材および一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギを低下させて熱中性子とし、新たな核分裂を起こしやすくするとともに、発生した熱を奪って冷却する。一方、制御棒１３０を燃料集合体１２０に挿入することで、炉心１２９内で生成される中性子数を調整し、また、制御棒１３０を燃料集合体１２０に全て挿入することで、原子炉を緊急に停止することができる。
また、原子炉容器１０１は、炉心１２９に対して、その上方に出口側管台１０１ｄに連通する上部プレナム１４２が形成されるとともに、下方に下部プレナム１４３が形成されている。そして、原子炉容器１０１と炉心槽１２７との間に入口側管台１０１ｃおよび下部プレナム１４３に連通するダウンカマー部１４４が形成されている。従って、軽水は、入口側管台１０１ｃから原子炉容器本体１０１ａ内に流入し、ダウンカマー部１４４を下向きに流れ落ちて下部プレナム１４３に至り、この下部プレナム１４３の球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心支持板１２４および下部炉心板１２８を通過した後、炉心１２９に流入する。この炉心１２９に流入した軽水は、炉心１２９を構成する燃料集合体１２０から発生する熱エネルギを吸収することで、この燃料集合体１２０を冷却する一方、高温となって上部炉心板１２６を通過して上部プレナム１４２まで上昇し、出口側管台１０１ｄを通って排出される。
このように構成された原子炉容器１０１にて、図３に示すように、計装管台１３６は、炉内計装筒１４５が原子炉容器本体１０１ａの下鏡１０１ｅに形成された取付孔１４６に嵌入し、下鏡１０１ｅの内面に溶接（開先溶接部１４７）により固定されて構成されている。原子炉容器本体１０１ａは、母材となる低合金鋼の内面にステンレス鋼が肉盛溶接されて構成され、ニッケル基合金製の炉内計装筒１４５がこの原子炉容器本体１０１ａの取付孔１４６に嵌入した状態で、ニッケル基合金製の材料により原子炉容器本体１０１ａに溶接（開先溶接部１４７）されている。
そのため、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）、開先溶接部１４７およびその周辺部に引張応力が残留している可能性があり、長期の使用により応力腐食割れが発生する確率が高くなる。そこで、原子炉補修装置としてのウォータジェットピーニング装置により対象となる計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の表面や、開先溶接部１４７およびその周辺部である下鏡１０１ｅの表面（内面）の引張残留応力を圧縮残留応力に改善することで、応力腐食割れを防止するようにしている。このウォータジェットピーニング装置は、水中で金属部材表面にキャビテーション気泡を含む高圧水を噴射し、金属部材表面の引張残留応力を圧縮残留応力に改善するものである。
そして、ウォータジェットピーニング装置により炉内計装筒１４５の表面や下鏡１０１ｅの表面の引張残留応力を圧縮残留応力に改善する場合、このウォータジェットピーニング装置を計装管台１３６（炉内計装筒１４５）に装着して作業を行う。
図４は、ウォータジェットピーニング装置の据付状態を表す概略図であり、図５は、ウォータジェットピーニング装置の正面図である。
図４に示すように、ウォータジェットピーニング装置１６０は、原子炉容器１０１（原子炉容器本体１０１ａ）の下鏡１０１ｅに設けられた計装管台１３６（炉内計装筒１４５）に据え付けられる。
また、原子力発電プラントにおいて、原子炉建屋（図示略）は、作業フロア１５１が設けられており、この作業フロア１５１より下方にキャビティ１５２が設けられ、このキャビティ１５２に冷却水が貯留されている。キャビティ１５２は、内部に原子炉容器１０１が配置され、吊下げ支持されている。原子炉建屋は、キャビティ１５２の両側に並行な一対のガイドレール１５５が敷設され、移動式クレーン１５６が移動自在に支持されている。この移動式クレーン１５６は、水平方向における一方向（図４にて、左右方向）に移動自在であるとともに、水平方向における一方向に交差（直交）する他方向（図４にて、紙面直交方向）に移動自在な電動ホイスト１５７が設けられている。そして、この電動ホイスト１５７は、鉛直方向に沿って昇降可能なフック１５８を有している。このフック１５８を介し、据付用ポール１５９が吊り下げられる。
据付用ポール１５９は、長尺部材であって、所定の長さを有しており、下端部にウォータジェットピーニング装置１６０が連結可能となっている。この据付用ポール１５９は、複数の分割ポールから構成され、その上下端のフランジ部同士を密着させ、複数のスイングボルトにより両者を締結することができる。
図５に示すように、ウォータジェットピーニング装置１６０は、装置本体１６１と、位置決部材１６２と、噴射ノズル１６３とを有している。位置決部材１６２は、装置本体１６１の下部から下方に突出して配置され、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプすることで、装置本体１６１を計装管台１３６に固定するものである。
噴射ノズル１６３は、装置本体１６１に設けられており、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の外面や、下鏡１０１ｅの内面および開先溶接部１４７に高圧水を噴射するものである。噴射ノズル１６３は、図４に示すように、高圧水が供給される高圧水供給管１６３ａが接続されている。この高圧水供給管１６３ａは、図４に示すように、作業フロア１５１に設置されて高圧水を送る高圧水ポンプ１６４に接続されている。また、噴射ノズル１６３は、その下端部にウォータジェットを噴射するための噴射口１６３ｂが設けられている。この噴射ノズル１６３は、位置決部材１６２が計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の上端に嵌合してクランプした状態で、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の中心軸Ｃの廻りに旋回したり、中心軸Ｃに沿って昇降したりするように設けられている。
このウォータジェットピーニング装置１６０は、図４に示すように、キャビティ１５２に冷却水が貯留されている状態で、移動式クレーン１５６により据付用ポール１５９を介してウォータジェットピーニング装置１６０を吊下げる。ここからこの移動式クレーン１５６を用いてウォータジェットピーニング装置１６０を水平方向に移動し、計装管台１３６に対する位置決めをしながら、電動ホイスト１５７を用いてウォータジェットピーニング装置１６０を下降する。そして、図５に示すように、位置決部材１６２が計装管台１３６の上端に位置決めされることで、ウォータジェットピーニング装置１６０は、計装管台１３６に固定される。
ウォータジェットピーニング装置１６０が計装管台１３６に固定されると、噴射ノズル１６３の噴射口１６３ｂから高圧水を噴射させつつ噴射ノズル１６３を旋回や昇降させることで、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の外面、または下鏡１０１ｅの内面にキャビテーション気泡を含む高圧水が噴射される。このため、計装管台１３６（炉内計装筒１４５）の外面や、下鏡１０１ｅの内面の引張残留応力が圧縮残留応力に改善される。
なお、本実施例では、ウォータジェットピーニング装置１６０の据え付けに用いる据付用治具として据付用ポール１５９を用いたが、この構成に限定されるものではなく、例えば、ワイヤやケーブル、ロープなど用いてもよい。
ところで、本実施形態では、上述したウォータジェットピーニングにおいて、圧縮残留応力を付与した結果の程度・大きさを確認するためのウォータジェットピーニング圧縮残留応力設備を備える。図６は、本実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験設備の概略図である。
図６に示すように、ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験設備１は、ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験を行うためのもので、水槽２と、高圧水ポンプ３と、ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４とを備える。
水槽２は、水中環境を形成するものである。水中環境とは、上述したようなウォータジェットピーニングを施工する原子炉容器１０１や、ウォータジェットピーニングを施工する施工環境を模擬した水中環境を含むもので、内部に水が溜められる。この水槽２は、水中環境を形成するため、上述した原子炉容器１０１同等の深さを有したものであってもよい。また、水槽２は、その上部開口を塞ぐ水槽蓋（密閉手段）２ａにより内部が密閉され、加圧手段５により内部が加圧されることで、原子炉容器１０１同等の深さを模擬してもよい。高圧水ポンプ３は、上述した高圧水ポンプ１６４と同等のもので、高圧水供給管６が接続される。また、ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４は、詳細を後述するが、塑性変形可能なアルメンストリップが保持され、上述したウォータジェットピーニング装置１６０における噴射ノズル１６３の噴射口１６３ｂが装着されて、高圧水供給管６が接続される。
このウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験設備１は、ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４と高圧水ポンプ３とに高圧水供給管６を接続して、高圧水供給管６を介してウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４に高圧水を供給することで、アルメンストリップに対して噴射口１６３ｂからウォータジェットが噴射される。そして、アルメンストリップの塑性変形を計測することで、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさを確認することが可能である。
このように、本実施形態のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験設備１は、所定の水中環境を形成する水槽２と、高圧水を供給する高圧水供給管６に高圧水を送る高圧水ポンプ３と、を備え、水槽２の水中環境下にウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４を配置し、当該装置４と高圧水ポンプ３とに高圧水供給管６を接続して、ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験を行う。
このウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験設備１によれば、ウォータジェットピーニングにおける圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさを確認することができる。
なお、噴射口１６３ｂや高圧水供給管６は、ウォータジェットピーニング装置１６０により実際にウォータジェットピーニングを施工する前、およびウォータジェットピーニングを施工して交換された後でウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４に装着され、ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験を行う。このようにすることで、実際にウォータジェットピーニングの施工に用いられる噴射口１６３ｂや高圧水供給管６により施工されたウォータジェットピーニングにおける圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさを確認することができる。
また、本実施形態のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験設備１は、水槽２の内部を密閉する水槽蓋２ａと、密閉された水槽２の内部を加圧する加圧手段５とを備える。
このウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験設備１によれば、ウォータジェットピーニングが施工される実際の水中環境を模擬することができ、ウォータジェットピーニングにおける圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさの確認精度を向上することができる。
また、本実施形態のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法は、ウォータジェットピーニングを施工する所定の水中環境下にて塑性変形可能なアルメンストリップを保持し、当該アルメンストリップに対してウォータジェットを噴射する。
このウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法によれば、ウォータジェットピーニングにおける圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさを確認することができる。
また、本実施形態のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法は、密閉された水槽２に水を入れて加圧することで水中環境を設け、当該水中環境下にてアルメンストリップを保持し、当該アルメンストリップに対してウォータジェットを噴射する。
このウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法によれば、ウォータジェットピーニングが施工される実際の水中環境を模擬することができ、ウォータジェットピーニングにおける圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさの確認精度を向上することができる。
以下、ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４について説明する。図７は、本実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置の側面図である。図８は、本実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置の平面図である。図９は、本実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置の縦断面図である。図１０は、本実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置の横断面図である。
図７〜図１０に示すように、本実施形態のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４は、装置本体４０と、噴射口装着部４１と、高圧水管装着部４２と、スライド移動機構４３と、アルメンストリップ保持部４４とを備える。
装置本体４０は、平板状の支持板４０ａを有している。支持板４０ａは、水槽２の底面２ｂに配置されるため、その底面に基板４０ｂと底板４０ｃとが固定されている。基板４０ｂと底板４０ｃとの間には、必要に応じてスペーサ４０ｄが配置される。また、装置本体４０は、支持板４０ａの上面に、側板４０ｅが固定されている。側板４０ｅは、図９および図１０に示すように、支持板４０ａの両側部に立設して対向配置されている。各側板４０ｅの上端には、天板４０ｆが支持板４０ａと平行に架設されている。天板４０ｆは、図８および図９に示すように、その中央部において上方から支持板４０ａを臨む貫通穴４０ｇが形成されている。また、天板４０ｆは、その上面の４隅に、ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４の吊り下げ時において吊下ワイヤなどが係止される係止部材４０ｈが設けられている。
噴射口装着部４１は、図９に示すように、噴射ノズル１６３においてウォータジェットを噴射する噴射口１６３ｂが装着される雌ネジ穴を有するものである。噴射口装着部４１に装着された噴射口１６３ｂは、貫通穴４０ｇを介して支持板４０ａの上面に対向する。
高圧水管装着部４２は、図９に示すように、上述したウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験設備１において高圧水ポンプ３に接続される高圧水供給管６の端部が接続される接続管を有するものである。
噴射口装着部４１および高圧水管装着部４２は、図９に示すように、装着基部４５に設けられている。装着基部４５は、噴射口装着部４１の雌ネジ穴および高圧水管装着部４２の接続管を連通する連通穴４５ａが設けられている。即ち、噴射口装着部４１に装着された噴射口１６３ｂおよび高圧水管装着部４２に装着された高圧水供給管６は、装着基部４５の連通穴４５ａを介して連通され、高圧水ポンプ３から高圧水供給管６を経て送られる高圧水が、噴射口１６３ｂからウォータジェットとして噴射される。
スライド移動機構４３は、噴射口装着部４１および高圧水管装着部４２が設けられた装着基部４５をスライド移動させるものである。スライド移動機構４３は、図７および図８に示すように、装置本体４０の天板４０ｆに設けられ、スライドレール４３ａ、スライダ４３ｂ、スライド架台４３ｃ、ボールネジ４３ｄ、回転支持部４３ｅ、スライドモータ４３ｆ、移動部材４３ｇ、および取付部材４３ｈを有する。スライドレール４３ａは、天板４０ｆの上面に固定されており、貫通穴４０ｇの両側部で平行に延在して設けられている。スライドレール４３ａの延在方向は、噴射口装着部４１に装着される噴射口１６３ｂの向く方向と直交する方向である。スライダ４３ｂは、スライドレール４３ａの延在方向に移動可能に支持されている。スライド架台４３ｃは、スライダ４３ｂに支持されており、スライドレール４３ａの延在方向に移動可能に設けられている。ボールネジ４３ｄは、スライドレール４３ａと平行に設けられ、天板４０ｆの上面に固定された一対の回転支持部４３ｅに対して回転可能に両端が支持されている。スライドモータ４３ｆは、天板４０ｆの上面に固定されており、その出力軸がボールネジ４３ｄの一端に連結されている。移動部材４３ｇは、ボールネジ４３ｄに螺着されたナットからなり、スライド架台４３ｃに固定されている。取付部材４３ｈは、スライド架台４３ｃに固定されており、噴射口装着部４１および高圧水管装着部４２が設けられた装着基部４５が取り付けられている。また、取付部材４３ｈは、ボールネジ４３ｄに接触しないようにボールネジ４３ｄを挿通させる挿通穴４３ｉを有している。そして、スライド移動機構４３は、スライドモータ４３ｆの駆動によりボールネジ４３ｄが回転することで、移動部材４３ｇがボールネジ４３ｄの延在方向（スライドレール４３ａの延在方向）にスライド架台４３ｃを伴ってスライド移動する。即ち、スライド架台４３ｃのスライド移動により装着基部４５がスライド移動する。この結果、装着基部４５において噴射口装着部４１に装着される噴射口１６３ｂおよび高圧水管装着部４２に装着される高圧水供給管６が、ボールネジ４３ｄの延在方向（スライドレール４３ａの延在方向）であって、噴射口装着部４１に装着される噴射口１６３ｂの向く方向と直交する図８に二点鎖線で示す移動軌跡に沿ってスライド移動する。
アルメンストリップ保持部４４は、アルメンストリップ５０を支持板４０ａに取り付けるためのもので、図９および図１０に示すように、支持板４０ａの上面である支持面４４ａ、および取付部４４ｂ，４４ｄを有する。ここで、アルメンストリップ５０は、板状に形成されており塑性変形可能な試験片である。アルメンストリップ保持部４４は、取付部４４ｂ，４４ｄにより、支持面４４ａに対してアルメンストリップ５０の板面を接触させて取り付ける。このため、アルメンストリップ５０の板面が噴射口装着部４１に装着される噴射口１６３ｂに対向した形態で保持される。このアルメンストリップ保持部４４の詳細は後述する。
このようなウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４は、噴射口装着部４１に噴射口１６３ｂが装着され、高圧水管装着部４２に高圧水ポンプ３に接続された高圧水供給管６の端部が装着され、アルメンストリップ保持部４４にアルメンストリップ５０が保持された形態で、上述したように、ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験設備１における水槽２の水中環境下に配置される。そして、この水中環境下においてアルメンストリップ５０に対して噴射口１６３ｂからウォータジェットを噴射することでウォータジェットピーニングが施され、アルメンストリップ５０が塑性変形する。そして、アルメンストリップ５０の塑性変形を計測することで、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさを確認できる。
以下、アルメンストリップ保持部４４について説明する。図１１は、本実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置のアルメンストリップ保持部を示す平面図である。図１２は、図１１における縦断面図である。図１３は、本実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置のアルメンストリップ保持部の他の例を示す平面図である。図１４は、図１３における縦断面図である。図１５は、本実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置のアルメンストリップ保持部の他の例を示す平面図である。図１６は、図１５における縦断面図である。図１７は、本実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置のアルメンストリップ保持部の他の例を示す平面図である。図１８は、図１７における縦断面図である。図１９は、本実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置のアルメンストリップ保持部の他の例を示す平面図である。図２０は、図１９における縦断面図である。図２１は、本実施形態に係るウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置のアルメンストリップ保持部の他の例を示す平面図である。図２２は、図２１における縦断面図である。
図１１および図１２に示すアルメンストリップ保持部４４は、図９および図１０に示すアルメンストリップ保持部４４と同様のものである。このアルメンストリップ保持部４４は、上述したように、支持面４４ａに対してアルメンストリップ５０の板面を接触させて取り付けるもので、取付部として押え部材４４ｂと固定部材４４ｄとを備える。押え部材４４ｂは、アルメンストリップ５０のウォータジェットが噴射される板面を表出させる貫通穴４４ｃが設けられているとともに、アルメンストリップ５０の外縁に当接する押え面４４ｅを有する。固定部材４４ｄは、ボルトとして構成され、矩形板状に形成された押え部材４４ｂの少なくとも４隅（図１０では８箇所）を、支持面４４ａ（ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４における支持板４０ａの上面）に固定するものである。図１１および図１２に示すアルメンストリップ５０は、板厚１ｍｍ〜２ｍｍに形成された短冊形状の板材である。押え部材４４ｂは、貫通穴４４ｃが、アルメンストリップ５０の長手方向の寸法よりも小さく、アルメンストリップ５０の短手方向の寸法より若干大きく形成されていることで、アルメンストリップ５０の長手方向の両端部を押え面４４ｅにより押えるように構成されている。
この図１１および図１２に示すアルメンストリップ保持部４４は、押え部材４４ｂの貫通穴４４ｃが、ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４における噴射口装着部４１の直下の位置となるように配置される。また、図１１および図１２に示すアルメンストリップ保持部４４は、ウォータジェットピーニングの作用する有効範囲１６３ｃ内となるように貫通穴４４ｃが形成されている。ウォータジェットピーニングの作用する有効範囲１６３ｃは、水深（水圧）により変化するが、本実施形態では一例として直径５０ｍｍとする。そして、噴射口装着部４１に装着された噴射口１６３ｂからウォータジェットが、貫通穴４４ｃから表出されているアルメンストリップ５０の部分に噴射されることで、当該部分にウォータジェットピーニングが施される。ウォータジェットピーニングが施されたアルメンストリップ５０は、長手方向の両端部が近づくように塑性変形する。よって、このアルメンストリップ５０の塑性変形を計測することで、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさを確認できる。
このように、本実施形態のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４は、アルメンストリップ保持部４４において、取付部が、ウォータジェットが噴射されるアルメンストリップ５０の部分を表出させる貫通穴４４ｃおよびアルメンストリップ５０の外縁に当接する押え面４４ｅを有する押え部材４４ｂと、押え部材４４ｂの押え面４４ｅと支持面４４ａとの間でアルメンストリップ５０を挟むように押え部材４４ｂを固定する固定部材４４ｄと、を備える。このため、貫通穴４４ｃから表出されたアルメンストリップ５０の部分にウォータジェットピーニングが施される。そして、アルメンストリップ５０にウォータジェットが噴射された際、貫通穴４４ｃにより当該貫通穴４４ｃから表出されていない部分であって、アルメンストリップ５０と支持面４４ａとの間へのウォータジェットの流入が抑制される。この結果、ウォータジェットピーニング以外の作用によるアルメンストリップ５０の塑性変形を抑え、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力のより精度の高い評価を行うことが可能になる。
また、図１１および図１２に示すように、アルメンストリップ保持部４４は、支持面４４ａまたは押え面４４ｅの少なくとも一方に、アルメンストリップ５０の周りを囲むように形成された凹部４４ｆを有する。凹部４４ｆは、支持面４４ａまたは押え面４４ｅに、アルメンストリップ５０が挿入されるように設けることで形成する。また、凹部４４ｆは、支持面４４ａまたは押え面４４ｅに、アルメンストリップ５０の周りを囲む凸条を設けることで形成してもよい。図１１および図１２に示すアルメンストリップ保持部４４は、支持面４４ａおよび押え面４４ｅに凹部４４ｆを設けた形態としている。
このように、支持面４４ａまたは押え面４４ｅの少なくとも一方に、アルメンストリップ５０を挿入してその周りを囲む凹部４４ｆを設けることで、アルメンストリップ５０にウォータジェットが噴射された際、凹部４４ｆの外周の段差によりアルメンストリップ５０と支持面４４ａとの間へのウォータジェットの流入がより抑制される。このため、アルメンストリップ５０と支持面４４ａとの間へのウォータジェットの流入によりアルメンストリップ５０が変形することがより抑制される。この結果、ウォータジェットピーニング以外の作用によるアルメンストリップ５０の塑性変形を抑え、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力のより精度の高い評価を行うことが可能になる。
図１３および図１４に示すアルメンストリップ保持部４４は、上述したように、支持面４４ａに対してアルメンストリップ５０の板面を接触させて取り付けるもので、取付部として押え部材４４ｂと固定部材４４ｄとを備える。このアルメンストリップ保持部４４は、支持面４４ａがウォータジェットの作用する有効範囲よりも広い面積を有している。押え部材４４ｂは、アルメンストリップ５０のウォータジェットが噴射される板面を表出させる矩形状の貫通穴４４ｃが設けられているとともに、アルメンストリップ５０の外縁に当接する押え面４４ｅを有する。固定部材４４ｄは、ボルトとして構成され、矩形板状に形成された押え部材４４ｂの少なくとも４隅を、支持面４４ａ（ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４における支持板４０ａの上面）に固定するものである。図１３および図１４に示すアルメンストリップ５０は、板厚約１ｍｍ〜２ｍｍに形成され、ウォータジェットの作用する有効範囲１６３ｃよりも広い面積を有した矩形状の板材である。押え部材４４ｂは、貫通穴４４ｃが、ウォータジェットの作用する有効範囲１６３ｃよりも広く開口して形成されている。このため、押え部材４４ｂは、有効範囲１６３ｃよりも広い面積を空けてアルメンストリップ５０の周囲を押え面４４ｅにより押えるように構成されている。
この図１３および図１４に示すアルメンストリップ保持部４４は、押え部材４４ｂの貫通穴４４ｃが、ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４における噴射口装着部４１の直下の位置となるように配置される。そして、噴射口装着部４１に装着された噴射口１６３ｂからウォータジェットが、貫通穴４４ｃから表出されているアルメンストリップ５０の有効範囲１６３ｃの部分に噴射されることで、当該部分にウォータジェットピーニングが施される。ウォータジェットピーニングが施されたアルメンストリップ５０は、ウォータジェットの作用する有効範囲１６３ｃが塑性変形する。よって、このアルメンストリップ５０の塑性変形を計測することで、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさを確認できる。
このように、本実施形態のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４は、アルメンストリップ保持部４４において、支持面４４ａがウォータジェットの作用する有効範囲１６３ｃよりも広い面積を有し、取付部（押え部材４４ｂおよび固定部材４４ｄ）が有効範囲１６３ｃよりも広い面積を空けてアルメンストリップ５０を取り付け、貫通穴４４ｃから表出されたアルメンストリップ５０の有効範囲１６３ｃの部分にウォータジェットピーニングが施される。このため、アルメンストリップ５０にウォータジェットが噴射された際、貫通穴４４ｃから表出されていない部分であって、アルメンストリップ５０と支持面４４ａとの間へのウォータジェットの流入が抑制される。この結果、ウォータジェットピーニング以外の作用によるアルメンストリップ５０の塑性変形を抑え、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力のより精度の高い評価を行うことが可能になる。
図１５および図１６に示すアルメンストリップ保持部４４は、図１３および図１４に示すアルメンストリップ保持部４４に対し、貫通穴４４ｃを円形にしたものである。このような構成においても、貫通穴４４ｃから表出されたアルメンストリップ５０の有効範囲１６３ｃの部分にウォータジェットピーニングが施される。そして、アルメンストリップ５０にウォータジェットが噴射された際、貫通穴４４ｃから表出されていない部分であって、アルメンストリップ５０と支持面４４ａとの間へのウォータジェットの流入が抑制される。この結果、ウォータジェットピーニング以外の作用によるアルメンストリップ５０の塑性変形を抑え、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力のより精度の高い評価を行うことが可能になる。
また、図１３〜図１６に示すアルメンストリップ保持部４４において、支持面４４ａまたは押え面４４ｅの少なくとも一方に、アルメンストリップ５０を挿入しその周りを囲む凹部４４ｆを設けることで、アルメンストリップ５０にウォータジェットが噴射された際、凹部４４ｆの外周の段差によりアルメンストリップ５０と支持面４４ａとの間へのウォータジェットの流入がより抑制される。このため、アルメンストリップ５０と支持面４４ａとの間へのウォータジェットの流入によりアルメンストリップ５０が変形することがより抑制される。この結果、ウォータジェットピーニング以外の作用によるアルメンストリップ５０の塑性変形を抑え、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力のより精度の高い評価を行うことが可能になる。
図１７および図１８に示すアルメンストリップ保持部４４は、上述したように、支持面４４ａに対してアルメンストリップ５０の板面を接触させて取り付けるもので、取付部として固定部材４４ｄを備える。このアルメンストリップ保持部４４は、支持面４４ａがウォータジェットの作用する有効範囲よりも広い面積を有している。固定部材４４ｄは、ボルトとして構成され、アルメンストリップ５０の外縁に当接する押え面４４ｅを有し、アルメンストリップ５０を支持面４４ａ（ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４における支持板４０ａの上面）に固定するものである。図１７および図１８に示すアルメンストリップ５０は、板厚約１ｍｍ〜２ｍｍに形成され、ウォータジェットの作用する有効範囲１６３ｃよりも広い面積を有した矩形状の板材である。固定部材４４ｄは、アルメンストリップ５０の外縁に当接するため、有効範囲１６３ｃよりも広い面積を空けてアルメンストリップ５０の周囲を押える。
この図１７および図１８に示すアルメンストリップ保持部４４は、ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４における噴射口装着部４１の直下の位置となるように配置される。そして、噴射口装着部４１に装着された噴射口１６３ｂからウォータジェットが、アルメンストリップ５０の有効範囲１６３ｃの部分に噴射されることで、当該部分にウォータジェットピーニングが施される。ウォータジェットピーニングが施されたアルメンストリップ５０は、ウォータジェットの作用する有効範囲１６３ｃが塑性変形する。よって、このアルメンストリップ５０の塑性変形を計測することで、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさを確認できる。
このように、本実施形態のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４は、アルメンストリップ保持部４４において、支持面４４ａがウォータジェットの作用する有効範囲１６３ｃよりも広い面積を有し、取付部（固定部材４４ｄ）が有効範囲１６３ｃよりも広い面積を空けてアルメンストリップ５０を取り付ける。このため、アルメンストリップ５０の有効範囲１６３ｃの部分にウォータジェットピーニングが施される。そして、アルメンストリップ５０にウォータジェットが噴射された際、貫通穴４４ｃから表出されていない部分であって、アルメンストリップ５０と支持面４４ａとの間へのウォータジェットの流入が抑制される。この結果、ウォータジェットピーニング以外の作用によるアルメンストリップ５０の塑性変形を抑え、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力のより精度の高い評価を行うことが可能になる。
図１９および図２０では、アルメンストリップ保持部４４と噴射口装着部４１との間を遮蔽する遮蔽部４６Ａを備えた形態を示している。遮蔽部４６Ａは、例えば板状に形成され、アルメンストリップ保持部４４を覆う大きさとされている。また、遮蔽部４６Ａは、図１９および図２０に実線で示すようにアルメンストリップ保持部４４と噴射口装着部４１との間を開放する位置と、アルメンストリップ保持部４４と噴射口装着部４１との間を遮蔽する位置とに移動可能に設けられていることが好ましい。遮蔽部４６Ａを開閉移動させる開閉機構４６Ｂは、例えば、固定のスライドレール４６Ｂａに対してスライド移動するスライダ４６Ｂｂを介して遮蔽部４６Ａをスライド移動可能に設け、アクチュエータ（空圧シリンダなど）４６Ｂｃで移動させる。なお、図１９および図２０では、アルメンストリップ保持部４４は、図１３および図１４に示す形態であるが、これに限定されない。
このように、本実施形態のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４は、アルメンストリップ保持部４４と噴射口装着部４１との間を遮蔽する遮蔽部４６Ａと、アルメンストリップ保持部４４と噴射口装着部４１との間を開閉するように遮蔽部４６Ａを開閉移動させる開閉機構４６Ｂと、を備えることで、噴射口１６３ｂから噴射されたウォータジェットが、ウォータジェットピーニングを施工する噴射条件に安定するまでの間、アルメンストリップ保持部４４と噴射口装着部４１との間を開閉機構４６Ｂにより移動される遮蔽部４６Ａにより遮蔽してアルメンストリップ５０へのウォータジェットの噴射を規制し、噴射条件が安定した後にアルメンストリップ保持部４４と噴射口装着部４１との間を開閉機構４６Ｂにより移動される遮蔽部４６Ａにより開放してアルメンストリップ５０にウォータジェットを噴射させる。この結果、安定した噴射条件において、アルメンストリップ５０を塑性変形させるため、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力のより精度の高い評価を行うことが可能になる。
また、本実施形態のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４は、スライド移動機構４３により、噴射口装着部４１に装着される噴射口１６３ｂの向く方向と直交する方向に、噴射口装着部４１および高圧水管装着部４２をスライド移動させる。このため、噴射口１６３ｂから噴射されたウォータジェットが、ウォータジェットピーニングを施工する噴射条件に安定するまでの間、噴射口１６３ｂをアルメンストリップ保持部４４（アルメンストリップ５０）上から退避させ、噴射条件が安定した後に噴射口１６３ｂをアルメンストリップ保持部４４（アルメンストリップ５０）上に移動させてアルメンストリップ５０にウォータジェットを噴射させる。この結果、安定した噴射条件において、アルメンストリップ５０を塑性変形させるため、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力のより精度の高い評価を行うことが可能になる。
図２１および図２２では、残留応力を生じる残留応力測定用試験片５１を保持する試験片保持部４７を備える。残留応力測定用試験片５１は、ウォータジェットの作用により塑性変形しない板厚約１０ｍｍに形成され、ウォータジェットの作用する有効範囲１６３ｃよりも広い面積を有した矩形状の板材である。試験片保持部４７は、アルメンストリップ保持部４４に並設され、アルメンストリップ保持部４４と同様に、支持面４４ａと、取付部（押え部材４４ｂおよび固定部材４４ｄ）とを備える。また、試験片保持部４７は、アルメンストリップ保持部４４と同様に、凹部４４ｆを有する。また、試験片保持部４７は、図１７および図１８に示すアルメンストリップ保持部４４と同様に、取付部が固定部材４４ｄで構成される形態であってもよい。また、試験片保持部４７は、図２１および図２２では、アルメンストリップ保持部４４と一体に構成されているが、アルメンストリップ保持部４４と別体で構成されていてもよい。なお、図２１および図２２では、アルメンストリップ保持部４４は、図１３および図１４に示す形態であるが、これに限定されない。
この図２１および図２２に示すアルメンストリップ保持部４４は、ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４における噴射口装着部４１の直下の位置となるように配置される。そして、噴射口装着部４１に装着された噴射口１６３ｂからウォータジェットが、貫通穴４４ｃから表出されているアルメンストリップ５０の部分に噴射されることで、当該部分にウォータジェットピーニングが施される。ウォータジェットピーニングが施されたアルメンストリップ５０は、ウォータジェットの作用する有効範囲１６３ｃが塑性変形する。よって、このアルメンストリップ５０の塑性変形を計測することで、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力の付与結果の程度・大きさを確認できる。また、図２１および図２２に示す試験片保持部４７は、スライド移動機構４３により噴射口１６３ｂをスライド移動させたりすることで、噴射口装着部４１の直下の位置となるように配置される。そして、噴射口装着部４１に装着された噴射口１６３ｂからウォータジェットが、残留応力測定用試験片５１に噴射されることで、当該部分にウォータジェットピーニングが施される。ウォータジェットピーニングが施された残留応力測定用試験片５１は、ウォータジェットの作用する有効範囲１６３ｃに圧縮残留応力が生じる。よって、この残留応力測定用試験片５１の圧縮残留応力を計測することで、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力を直接的に確認できる。
このように、本実施形態のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置４は、アルメンストリップ保持部４４に並設されて、残留応力を生じる残留応力測定用試験片５１を保持する試験片保持部４７を備えることで、ウォータジェットピーニングにおいて付与する圧縮残留応力を、アルメンストリップ５０および残留応力測定用試験片５１により比較して確認することができる。
１ ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験設備
２ 水槽
２ａ 水槽蓋
２ｂ 底面
３ 高圧水ポンプ
４ ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置
４０ 装置本体
４１ 噴射口装着部
４２ 高圧水管装着部
４３ スライド移動機構
４４ アルメンストリップ保持部
４４ａ 支持面
４４ｂ 押え部材（取付部）
４４ｃ 貫通穴
４４ｄ 固定部材（取付部）
４４ｅ 押え面
４４ｆ 凹部
４５ 装着基部
４５ａ 連通穴
４６ 遮蔽部
４７ 試験片保持部
５ 加圧手段
６ 高圧水供給管
５０ アルメンストリップ
５１ 残留応力測定用試験片
１６３ 噴射ノズル
１６３ｂ 噴射口
１６３ｃ 有効範囲

Claims (7)

  1. ウォータジェットを噴射する噴射口が装着される噴射口装着部と、
    前記噴射口装着部に連通して設けられ高圧水を供給する高圧水供給管が装着される高圧水管装着部と、
    前記噴射口装着部に対向する支持面および当該支持面に対して塑性変形可能な板状のアルメンストリップの板面を接触させて取り付ける取付部を有するアルメンストリップ保持部と、
    前記アルメンストリップ保持部と前記噴射口装着部との間を遮蔽する遮蔽部と、
    前記アルメンストリップ保持部と前記噴射口装着部との間を開閉するように前記遮蔽部を開閉移動させる開閉機構と、
    を備えるウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置を用いて、所定の水中環境下にて前記アルメンストリップを保持し、当該アルメンストリップに対してウォータジェットを噴射するウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法であって、
    前記噴射口から噴射されたウォータジェットが、ウォータジェットピーニングを施工する噴射条件に安定するまでの間、前記アルメンストリップ保持部と前記噴射口装着部との間を前記遮蔽部で遮蔽して前記アルメンストリップへのウォータジェットの噴射を規制し、噴射条件が安定した後に前記アルメンストリップ保持部と前記噴射口装着部との間を前記遮蔽部により開放してアルメンストリップにウォータジェットを噴射させる、ことを特徴とするウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法。
  2. 密閉された水槽に水を入れて加圧することで前記水中環境を設け、当該水中環境下にて前記アルメンストリップを保持し、当該アルメンストリップに対してウォータジェットを噴射することを特徴とする請求項１に記載のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法。
  3. 前記ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置において、
    前記取付部は、
    ウォータジェットが噴射される前記アルメンストリップの部分を表出させる貫通穴および前記アルメンストリップの外縁に当接する押え面を有する押え部材と、
    前記押え部材の押え面と前記支持面との間で前記アルメンストリップを挟むように前記押え部材を固定する固定部材と、
    を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法。
  4. 前記ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置において、前記支持面または前記押え面の少なくとも一方に、アルメンストリップを挿入しその周りを囲む凹部を有することを特徴とする請求項３に記載のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法。
  5. 前記ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置において、前記支持面がウォータジェットの作用する有効範囲よりも広い面積を有し、前記取付部が前記有効範囲よりも広い面積を空けて前記アルメンストリップを取り付けることを特徴する請求項１〜４のいずれか１つに記載のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法。
  6. 前記ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置において、前記アルメンストリップ保持部に並設されて、残留応力を生じる残留応力測定用試験片を保持する試験片保持部を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法。
  7. 前記ウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験装置において、前記噴射口装着部に装着される前記噴射口の向く方向と直交する方向に、前記噴射口装着部および前記高圧水管装着部をともにスライド移動させるスライド移動機構を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のウォータジェットピーニング圧縮残留応力試験方法。
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