JP6529853B2 - Residual stress evaluation method - Google Patents

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

本発明は、金属材料などで形成された凸状形状を有する被検体試料の表層に存在する残留応力を、当該被検体試料の表層を伝搬する超音波の音速値(伝搬時間)に基づいて評価する残留応力評価方法に関する。   The present invention evaluates the residual stress present in the surface layer of a test sample having a convex shape formed of a metal material or the like based on the speed of sound (propagation time) of ultrasonic waves propagating through the surface layer of the test sample. Residual stress evaluation method.

機械部品や構造体の非破壊での残留応力の測定は、これら部品や構造体の劣化診断等において極めて重要である。従来から、非破壊での残留応力の測定(評価)には、主にX線回折法が用いられているが、X線回折法では、測定対象である被検体試体の表層のうち極めて浅い領域(〜数μm)しか評価できないといった制約がある。
そこで、これら制約や懸念を解消可能な超音波を用いた残留応力評価手段(音弾性法)として、特許文献1,2に開示される超音波式応力測定装置及び超音波式応力測定方法が提案されている。
Measurement of non-destructive residual stress of machine parts and structures is extremely important in diagnosing deterioration of these parts and structures. Conventionally, X-ray diffraction has been mainly used for nondestructive residual stress measurement (evaluation). However, in X-ray diffraction, an extremely shallow region of the surface layer of the sample to be measured is used. There is a restriction that only (several μm) can be evaluated.
Therefore, as a residual stress evaluation means (acoustic elasticity method) using ultrasonic waves capable of eliminating these limitations and concerns, ultrasonic stress measurement devices and ultrasonic stress measurement methods disclosed in Patent Documents 1 and 2 are proposed. It is done.

特許文献1に開示の超音波式応力測定装置は、応力測定対象材料の内部を、縦波超音波と、振動方向が互いに直交する2つの横波超音波とが伝播した際に得られる超音波データを用いて、前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う超音波式応力測定装置であって、前記縦波超音波を送受信する縦波探触子P0を中心に配設し、この縦波探触子P0の水平方向両側に振動方向が水平方向である横波超音波を送受信する第1及び第2の水平方向横波探触子P1,P2を配設すると共に、この縦波探触子P0の垂直方向両側に振動方向が垂直方向である横波超音波を送受信する第1及び第2の垂直方向横波探触子P3,P4を配設して成る探触子組立体と、前記探触子組立体の各探触子に対する超音波の送受信制御を行う超音波送受信制御部と、前記超音波送受信制御部から前記各探触子の超音波データを入力し、各超音波の音速度データを求めて前記応力測定対象材料の残留応力の解析を行う測定データ解析部と、を備えていることを特徴とする。   The ultrasonic stress measurement device disclosed in Patent Document 1 is an ultrasonic data obtained when a longitudinal ultrasonic wave and two transverse ultrasonic waves whose vibration directions are orthogonal to each other propagate through the inside of a stress measurement target material. An ultrasonic stress measuring device for analyzing the residual stress of the material to be stress measured using the following equation, and is disposed around a longitudinal wave probe P0 for transmitting and receiving the longitudinal wave ultrasonic waves, and the longitudinal waves First and second horizontal shear wave probes P1 and P2 for transmitting and receiving shear wave ultrasonic waves having a horizontal vibration direction are disposed on both sides in the horizontal direction of the probe P0, and the longitudinal wave probe P0 A probe assembly comprising first and second vertical shear wave probes P3 and P4 for transmitting and receiving shear wave ultrasonic waves whose vibration directions are vertical directions on both sides of the probe; and the probe An ultrasonic transmission / reception control unit for performing transmission / reception control of ultrasonic waves to each probe of the assembly And a measurement data analysis unit for inputting ultrasonic data of each of the probes from the ultrasonic transmission / reception control unit, obtaining sound velocity data of each ultrasonic wave, and analyzing residual stress of the material to be subjected to stress measurement. It is characterized by

また、特許文献2に開示の超音波式応力測定装置は、応力測定対象材料の表面上に配置可能な縦波超音波探触子及び横波超音波探触子と、前記両探触子を前記材料の表面に沿って移動又は回転させることが可能な探触子駆動機構と、前記両探触子のうちの一方の探触子に前記材料の測定対象部位に対する超音波の発信・受信動作を行わせた後、前記探触子駆動機構に対する前記移動の制御により一方の探触子と他方の探触子との配置を切り換え、他方の探触子に同一測定対象部位に対する超音波の発信・受信動作を行わせるようにし、前記横波超音波探触子については180°/N(N:2以上の整数)の回転角度毎のN回の回転を行わせ、各回転位置において発信・受信動作を行わせる探触子制御手段と、前記両探触子の発信・受信動作により得られる弾性表面波の音速度データから表面組織音響異方性の定数を求め、この求めた定数に基づき応力測定対象材料の残留応力を演算する測定データ解析手段と、を備えていることを特徴とする。   The ultrasonic stress measurement device disclosed in Patent Document 2 includes a longitudinal ultrasonic probe and a shear ultrasonic ultrasonic probe that can be disposed on the surface of a stress measurement target material, and the above-mentioned two types of probes. A probe drive mechanism capable of moving or rotating along the surface of the material, and an operation of transmitting / receiving ultrasonic waves to a measurement target portion of the material to one of the two probes. After that, by controlling the movement of the probe drive mechanism, the arrangement of one probe and the other probe is switched, and the other probe transmits ultrasonic waves to the same measurement target region. The reception operation is performed, and for the shear wave ultrasonic probe, N rotations per rotation angle of 180 ° / N (N: integer of 2 or more) are performed, and transmission and reception operations at each rotation position Probe control means for performing the operation, and the transmission and reception operations of the two probes. A measurement data analysis means for obtaining a constant of surface texture acoustic anisotropy from sound velocity data of surface acoustic waves obtained, and calculating a residual stress of a stress measurement object material based on the obtained constant; It features.

特開2010−236892号公報JP, 2010-236892, A 特開2008−76387号公報JP, 2008-76387, A

特許文献1,2に開示の技術は、被検体試料(測定材料)を伝搬する伝搬超音波の音速が残留応力に応じて変化するという音弾性効果に基づいており、上述のX線による被曝の
問題は回避できる。しかし、一般に金属材料における音速の応力依存性(音弾性係数)は小さいため、残留応力の評価の精度を高めるには、被検体試料を伝搬する伝搬超音波の音速を高精度に且つ安定して測定しなくてはならないという課題がある。
The techniques disclosed in Patent Literatures 1 and 2 are based on the acoustoelastic effect that the speed of sound of propagation ultrasonic waves propagating through a specimen (the measurement material) changes according to residual stress, and the above-mentioned X-ray exposure The problem can be avoided. However, since the stress dependency (acoustic elastic coefficient) of sound velocity in metal materials is generally small, the sound velocity of the propagation ultrasonic wave propagating through the sample of the object can be stabilized with high accuracy in order to improve the accuracy of evaluation of residual stress. There is a problem that it is necessary to measure.

そこで、特許文献1,2は、いずれも縦波超音波及び横波超音波を用いてこれら伝搬超音波の音速を測定し、測定された音速の値に基づいて被検体試料中の残留応力を評価することを目的としている。この特許文献1,2は、縦波と横波を併用することで、伝搬超音波の伝搬距離の不確定さに起因する誤差要因を低減して音速(残留応力)の測定精度を高めようと試みている。   Therefore, Patent Documents 1 and 2 both measure the speed of sound of these propagation ultrasonic waves using longitudinal ultrasonic waves and shear wave ultrasonic waves, and evaluate the residual stress in the sample of the object based on the measured values of the speed of sound. The purpose is to The patent documents 1 and 2 attempt to improve the measurement accuracy of the speed of sound (residual stress) by reducing the error factor caused by the uncertainty of the propagation distance of the propagation ultrasonic wave by using the longitudinal wave and the transverse wave together. ing.

しかしながら、特許文献1,2は、平板の被検体試料中の深さ方向の残留応力を評価する技術であるので、曲面形状を有する被検体試料の表層に存在する残留応力を評価することはできない。
理由としては、本願発明者らが、鋭意研究を重ねた結果、曲面形状、特に凸状(曲面の半径が小さい)形状を有する被検体試料の表層に存在する残留応力を評価する際に関しては、その表層を伝搬する伝搬超音波の伝搬時間に測定誤差が生じてしまうという課題が存在することを知見したからである。
However, since Patent Literatures 1 and 2 are techniques for evaluating residual stress in the depth direction in a flat-plate analyte sample, it is impossible to assess residual stress present in the surface layer of an analyte sample having a curved surface shape. .
The reason is that the inventors of the present invention conducted intensive studies and, as a result, evaluate the residual stress present in the surface layer of the subject sample having a curved surface shape, in particular a convex shape (small radius of the curved surface). This is because it has been found that there is a problem that a measurement error occurs in the propagation time of the propagation ultrasonic wave propagating in the surface layer.

詳しくは、曲面形状を有する被検体試料の表層を伝搬する伝搬超音波が表面SH波の場合、曲面形状に沿って表層を伝搬する成分の他に、その被検体試料の曲面形状に沿わずに、内部を直線的に伝搬する成分(表面SH波のショートカット成分)がある(図2の下側の破線を参照)。これら異なった二つの経路を伝搬した表面SH波が重なることにより、伝搬信号に測定誤差が含まれることとなる。   More specifically, when the propagation ultrasonic wave propagating on the surface layer of the object sample having the curved surface shape is a surface SH wave, in addition to the component propagating on the surface layer along the curved surface shape, it does not follow the curved surface shape of the object sample. There is a component (shortcut component of surface SH wave) propagating linearly inside (see the lower broken line in FIG. 2). When the surface SH waves propagated through these two different paths overlap, a measurement error is included in the propagation signal.

図5に示すように、凸形状とされた測定試料の表層を伝搬する表面SH波の伝搬時間(同図中のグレー色)には、ショートカット成分が含まれる(短絡成分が重畳されている)ので、平板の表層を伝搬する表面SH波の伝搬時間(同図中の黒色)と比べてみてもわかるように、ショートカット成分の影響が大きく受けた波形となっていることが確認できる。すなわち、凸形状の測定試料における表面SH波の伝搬時間に測定誤差が生じていることがわかる。   As shown in FIG. 5, a short-cut component is included in the propagation time (gray color in the figure) of the surface SH wave propagating on the surface layer of the measurement sample having a convex shape (short-circuit component is superimposed) Therefore, as can be seen from comparison with the propagation time of the surface SH wave propagating in the surface layer of the flat plate (black in the same figure), it can be confirmed that the waveform is greatly affected by the shortcut component. That is, it can be seen that a measurement error occurs in the propagation time of the surface SH wave in the convex-shaped measurement sample.

上述の測定誤差により、表面SH波の伝搬時間が不確定なものとなるので、凸状形状を有する被検体試料の表層に存在する残留応力を高い精度で評価することが困難となる。
従って、曲面形状を有する被検体試料の表層に存在する残留応力を評価する際には、特許文献1,2を採用することはできない。
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、曲面形状を有する被検体試料において、伝搬超音波のショートカット成分が含まれることで生じる伝搬時間の測定誤差を補正し、補正された伝搬超音波の伝搬時間に基づいて、被検体試料の表層に存在する残留応力を高い精度で評価することができる残留応力評価方法を提供する。
Since the propagation time of the surface SH wave becomes uncertain due to the measurement error described above, it becomes difficult to evaluate the residual stress present in the surface layer of the convexly-shaped object sample with high accuracy.
Therefore, when evaluating the residual stress which exists in the surface layer of the subject sample which has curved surface shape, patent documents 1 and 2 can not be adopted.
Therefore, in view of the above problems, the present invention corrects the measurement error of the propagation time caused by the inclusion of the shortcut component of the propagation ultrasonic wave in the object sample having a curved surface shape, and corrects the propagation time of the corrected propagation ultrasonic wave The present invention provides a residual stress evaluation method capable of evaluating the residual stress present in the surface layer of a subject sample with high accuracy.

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明の残留応力評価方法は、凸形状とされた被検体試料の表層に存在する残留応力を、前記被検体試料の表層を伝搬する超音波の伝搬時間に基づいて評価する残留応力評価方法であって、前記被検体試料の表層に超音波を励振する送出ステップと、前記被検体試料の表層を伝搬した超音波を受信する受信ステップと、前記受信ステップで受信された前記超音波の伝搬時間を算出する伝搬時間算出ステップと、前記伝搬時間算出ステップで算出された前記超音波の伝搬時間を補正する補正量を算出し、算出された補正量で前記超音波の伝搬時間を補正する補正ステップと、前記補正ステップで補正された前記超音波の補正伝搬時間に基づいて、前記被検体試料の表層に存在する残留応力を評価する評価ステップと、を有し、前記超音波は、表面SH波とレーリ波とであり、前記補正ステップは、前記伝搬時間算出ステップで算出された前記表面SH波の伝搬時間を補正する補正量を算出し、算出された補正量で前記表面SH波の伝搬時間を補正するものとされ、前記評価ステップは、前記補正ステップで補正された前記表面SH波の補正伝搬時間と、前記レーリ波との伝搬時間とに基づいて、前記被検体試料の表層に存在する残留応力を評価するものとされていることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the following technical measures are taken in the present invention.
The residual stress evaluation method according to the present invention is a residual stress evaluation method for evaluating residual stress present in the surface layer of a convexly shaped object sample based on the propagation time of ultrasonic waves propagating in the surface layer of the object sample. Transmitting the ultrasonic wave to the surface layer of the subject sample, receiving the ultrasonic wave transmitted through the surface layer of the subject sample, and transmitting the ultrasonic wave received in the receiving step Calculating a correction time for correcting the propagation time of the ultrasonic wave calculated in the propagation time calculation step, and correcting the propagation time of the ultrasonic wave with the calculated correction amount If, on the basis of the correction the ultrasonic correction propagation time corrected in step, have a, and evaluation step of evaluating the residual stresses present in the surface layer of the test sample, wherein the ultrasound table And the correction step calculates a correction amount for correcting the propagation time of the surface SH wave calculated in the propagation time calculation step, and calculates the correction amount of the surface SH wave using the calculated correction amount. The propagation time is to be corrected, and the evaluation step is performed on the surface layer of the subject sample based on the correction propagation time of the surface SH wave corrected in the correction step and the propagation time of the Rayleigh wave. It is characterized in that the residual stress present is to be evaluated .

好ましくは、予め、前記被検体試料と同じ材質を有し且つ平板とされた平板テストピースと、前記被検体試料と同じ材質を有し且つ異なる半径の凸形状とされた複数の凸状テストピースとを用意しておき、前記補正ステップにおいては、前記表面SH波及びレーリ波の伝搬距離を一定とした上で、前記平板テストピースにおける表面SH波の伝搬時間を算出して基準伝搬時間とし、前記複数の凸状テストピースにおける表面SH波の伝搬時間を算出して各半径ごとの凸状伝搬時間としておき、前記被検体試料における凸形状の半径に対応する凸状伝搬時間と、前記基準伝搬時間との差として前記補正量を算出するとよい。   Preferably, a flat plate test piece made of the same material and flat as the subject sample in advance, and a plurality of convex test pieces having the same material as the subject sample and having a convex shape of different radius In the correction step, while making the propagation distances of the surface SH wave and the Rayleigh wave constant, the propagation time of the surface SH wave in the flat plate test piece is calculated to be a reference propagation time. The propagation time of the surface SH wave in the plurality of convex test pieces is calculated and stored as the convex propagation time for each radius, and the convex propagation time corresponding to the radius of the convex shape in the sample, and the reference propagation The correction amount may be calculated as a difference from time.

好ましくは、予め、前記被検体試料と同じ材質を有し且つ平板とされた平板テストピースと、前記被検体試料と同じ材質を有し且つ異なる半径の凸形状とされた複数の凸状テストピースとを用意しておき、前記補正ステップにおいては、前記表面SH波及びレーリ波の伝搬距離を複数のものとした上で、各伝搬距離ごとに、前記平板テストピースにおける表面SH波の伝搬時間を算出して基準伝搬時間とし、前記複数の凸状テストピースにおける表面SH波の伝搬時間を算出して各半径ごとの凸状伝搬時間としておき、前記被検体試料におけるレーリ波の伝搬時間を基に、実際の伝搬距離を算出し、算出した実際の伝搬距離に対応する凸状伝搬時間と前記被検体試料における表面SH波の伝搬時間とから、前記被検体試料の凸形状の半径を推定し、前記被検体試料における表面SH波の凸状伝搬時間と、推定された前記凸形状の半径に対応する前記基準伝搬時間との差として前記補正量を算出するとよい。   Preferably, a flat plate test piece made of the same material and flat as the subject sample in advance, and a plurality of convex test pieces having the same material as the subject sample and having a convex shape of different radius In the correction step, the propagation distance of the surface SH wave in the flat plate test piece is set for each propagation distance after the propagation distances of the surface SH wave and the Rayleigh wave are made to be plural. The propagation time of the surface SH wave in the plurality of convex test pieces is calculated and set as the convex propagation time for each radius based on the propagation time of the Rayleigh wave in the sample. Calculating the actual propagation distance, and estimating the radius of the convex shape of the sample from the convex propagation time corresponding to the calculated actual propagation distance and the propagation time of the surface SH wave in the sample And, the may calculate the correction amount as the difference between the convex propagation time of the surface SH wave in the test sample, and the reference propagation time corresponding to the radius of the estimated said convex.

本発明によれば、曲面形状を有する被検体試料において、伝搬超音波のショートカット成分が含まれることで生じる伝搬時間の測定誤差を補正し、補正された伝搬超音波の伝搬時間に基づいて、被検体試料の表層に存在する残留応力を高い精度で評価することができる。   According to the present invention, in an object sample having a curved surface shape, the measurement error of the propagation time caused by the inclusion of the shortcut component of the propagation ultrasonic wave is corrected, and the object is measured based on the corrected propagation time of the propagation ultrasonic wave. The residual stress present on the surface layer of the sample can be evaluated with high accuracy.

本発明の実施形態による残留応力評価装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the residual-stress evaluation apparatus by embodiment of this invention. 本実施形態による残留応力評価装置の送信探触子及び受信探触子の概略構成を拡大して示す図である。It is a figure which expands and shows schematic structure of the transmission probe of the residual-stress evaluation apparatus by this embodiment, and a receiving probe. 第1実施形態における、平板テストピース及び凸状テストピースの表面SH波の伝搬時間Tを測定方法の概略を示した図である。FIG. 7 is a diagram schematically showing a method of measuring the propagation time T S of the surface SH wave of the flat plate test piece and the convex test piece in the first embodiment. 第1実施形態における、平板テストピース及び凸状テストピースの表面SH波の伝搬時間Tの測定結果をまとめたグラフであり、且つ凸形状の被検体試料における表面SH波の伝搬時間Tを補正する補正量ΔTを算出する方法を示した図である。In the first embodiment, a graph summarizing the measurement results of the propagation time T S of the surface SH wave flat test piece and the convex test piece, and the propagation time T S of the surface SH wave in the test sample convex FIG. 6 is a diagram showing a method of calculating a correction amount ΔT S to be corrected. 第2実施形態における、平板テストピース及び凸状テストピースの表面SH波の伝搬時間Tを測定方法の概略を示した図である。In the second embodiment is a view showing an outline of a measuring method of the propagation time T S of the surface SH wave flat test piece and the convex test piece. 第2実施形態における、平板テストピース及び凸状テストピースの表面SH波の伝搬時間Tの測定結果をまとめたグラフであり、且つ凸形状の被検体試料における表面SH波の伝搬時間Tを補正する補正量ΔTを算出する方法を示した図である。In the second embodiment, a graph summarizing the measurement results of the propagation time T S of the surface SH wave flat test piece and the convex test piece, and the propagation time T S of the surface SH wave in the test sample convex FIG. 6 is a diagram showing a method of calculating a correction amount ΔT S to be corrected. 平板の表層を伝搬する表面SH波の伝搬時間Tと、凸形状とされた被検体試料の表層を伝搬する表面SH波の伝搬時間Tとを比較して示した図である。A propagation time T S of the surface SH wave propagating surface of the flat plate is a diagram showing by comparing the propagation time T S of the surface SH wave propagating surface of the test sample that is a convex shape.

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
まず、図1及び図2を参照しつつ、本発明の実施形態に用いられる残留応力評価装置1の基本的な構成について、説明する。
なお、本発明は、例えば鋼材など金属材料であって、凸形状(曲面形状)に形成された被検体試料(測定試料)Wや、複数の部材で構成された機械部品や構造体などに形成されている凸形状の部位(被検体試料W)を評価対象とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the basic configuration of the residual stress evaluation apparatus 1 used in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
The present invention is, for example, a metallic material such as a steel material, and is formed on a test sample (measurement sample) W formed in a convex shape (curved surface shape) or a mechanical component or structure including a plurality of members. The convex-shaped portion (sample W) to be evaluated is to be evaluated.

残留応力評価装置1は、凸形状の測定試料W(以降、凸状測定試料と呼ぶ。)以降の表層に超音波を伝搬させて当該伝搬した超音波の伝搬時間を測定し、この超音波の伝搬時間に基づいて、凸状測定試料Wの表層に存在する残留応力を評価(測定)装置である。
ここで、表層とは、凸状測定試料Wの表面下(表面皮下)所定の深さ範囲の領域であり、例えば深さ数mmより浅い範囲の領域である。
The residual stress evaluation apparatus 1 propagates an ultrasonic wave to the surface layer after the convex-shaped measurement sample W (hereinafter referred to as a convex-shaped measurement sample) to measure the propagation time of the propagated ultrasonic wave, and It is an evaluation (measurement) device based on the propagation time, the residual stress present in the surface layer of the convex measurement sample W.
Here, the surface layer is a region of a predetermined depth range below the surface (subsurface) of the convex measurement sample W, and is, for example, a region shallower than several mm in depth.

図1に示すように、残留応力評価装置1は、送信探触子2と、受信探触子3と、パルス発生器4と、波形採取装置7とを備える。
図2に示すように、送信探触子2は、例えば平板状の圧電素子20が超音波伝搬媒体21の内部に装備された超音波プローブであり、凸状測定試料Wの表面上に配置される。送信探触子2は、パルス発生器4から圧電素子20に所定電圧のパルス電圧が加えられると、所定周波数の超音波を出力し、その超音波を凸状測定試料Wの表面へ送出する。
As shown in FIG. 1, the residual stress evaluation device 1 includes a transmission probe 2, a reception probe 3, a pulse generator 4, and a waveform sampling device 7.
As shown in FIG. 2, the transmission probe 2 is an ultrasonic probe in which, for example, a flat plate-like piezoelectric element 20 is installed inside the ultrasonic wave propagation medium 21, and is disposed on the surface of the convex measurement sample W Ru. When a pulse voltage of a predetermined voltage is applied to the piezoelectric element 20 from the pulse generator 4, the transmission probe 2 outputs an ultrasonic wave of a predetermined frequency and sends the ultrasonic wave to the surface of the convex measurement sample W.

送信探触子2は、超音波として、横波の水平成分であるSH波を出力すると共に、SH波の振動方向に対して垂直方向に振動する横波の垂直成分であるSV波を出力する。出力されたSH波及びSV波は、凸状測定試料Wの表層に振動形態の異なる複数種類の超音波、すなわち表面SH波及びレーリ波を励振する。
一方、受信探触子3は、例えば平板状の圧電素子30が超音波伝搬媒体31の内部に装備された超音波プローブであり、凸状測定試料Wの表面上で送信探触子2と異なる位置に配置される。受信探触子3は、圧電素子30に入射した表面SH波及びレーリ波(伝搬超音波)を、振動形態の異なる複数種類の伝搬超音波として受信し、受信によって発生した電圧をレーリ波及び表面SH波の検出信号(伝搬信号)として外部に出力する。
The transmission probe 2 outputs an SH wave, which is a horizontal component of a transverse wave, as an ultrasonic wave, and outputs an SV wave, which is a vertical component of a transverse wave oscillating in a direction perpendicular to the vibration direction of the SH wave. The output SH waves and SV waves excite a plurality of types of ultrasonic waves having different vibration forms, ie, surface SH waves and Rayleigh waves, on the surface layer of the convex measurement sample W.
On the other hand, the receiving probe 3 is an ultrasonic probe in which, for example, a flat plate-like piezoelectric element 30 is installed inside the ultrasonic wave propagation medium 31, and differs from the transmitting probe 2 on the surface of the convex measurement sample W Placed in position. The receiving probe 3 receives the surface SH wave and the Rayleigh wave (propagating ultrasonic wave) incident on the piezoelectric element 30 as a plurality of types of propagating ultrasonic waves having different vibration forms, and generates the voltage generated by the reception as the Rayleigh wave and the surface. It is output to the outside as a detection signal (propagation signal) of the SH wave.

波形採取装置7は、増幅器5,6から出力された表面SH波及びレーリ波の検出信号を受信して当該検出信号の波形を採取するものであり、トリガ信号の受信からレーリ波の検出信号の受信までの時間を計測してレーリ波の伝搬時間Tを算出すると共に、トリガ信号の受信から表面SH波の検出信号の受信までの時間を計測して表面SH波の伝搬時間Tを算出する。 The waveform sampling device 7 receives the detection signals of the surface SH wave and the Rayleigh wave output from the amplifiers 5 and 6 and extracts the waveform of the detection signal, and the reception signal of the trigger signal to the detection signal of the Rayleigh wave is used. calculates the propagation time T R for by measuring the time until receiving Rayleigh waves, calculates the propagation time T S of measuring the time until reception surface SH wave surface SH wave detection signal from the reception of the trigger signal Do.

さて、表面SH波及びレーリ波の伝搬距離L’は、送信探触子2と受信探触子3の距離Lに送信探触子2内の伝搬距離と受信探触子3内の伝搬距離を加えたものであり、表面SH波及びレーリ波の伝搬経路でもある。
上述した残留応力評価装置1を用いた残留応力評価方法について、図を基に説明する。
まず、平板(鋼材)の表層に存在する残留応力を評価するための基本的な考え方を説明し、その後に、本実施形態における、凸状測定試料Wの表層に存在する残留応力の評価の方法を説明する。
Now, the propagation distance L 'of the surface SH wave and the Rayleigh wave is the distance L between the transmission probe 2 and the reception probe 3 and the propagation distance in the transmission probe 2 and the propagation distance in the reception probe 3 In addition, it is also a propagation path of surface SH waves and Rayleigh waves.
A residual stress evaluation method using the above-described residual stress evaluation apparatus 1 will be described based on the drawings.
First, the basic concept for evaluating the residual stress present in the surface layer of a flat plate (steel material) will be described, and thereafter, the method of evaluating the residual stress present in the surface layer of the convex measurement sample W in the present embodiment. Explain.

平板の表層に存在する残留応力σは、下の式(1)に例示するような、表面SH波の伝搬時間T、レーリ波の伝搬時間Tの関数を用いて表現することができる。 The residual stress σ present in the surface layer of the flat plate can be expressed using a function of the propagation time T S of the surface SH wave and the propagation time T R of the Rayleigh wave, as exemplified in the equation (1) below.

平板の表層に存在する残留応力σを評価するにあたっては、波形採取装置7から表面SH波の伝搬時間T及びレーリ波の伝搬時間Tを取得し、上述の式(1)などを用いて、平板の表層に存在する残留応力σを評価(測定)する。
ところが、凸状測定試料Wの表層に存在する残留応力σ’を、上の式(1)を用いて評価すると、残留応力σ’の存在を正確に評価することはできない。
In evaluating the residual stress σ present in the surface layer of the flat plate, the propagation time T S of the surface SH wave and the propagation time T R of the Rayleigh wave are acquired from the waveform sampling device 7, and the above equation (1) or the like is used. , Evaluate (measure) residual stress σ present in the surface layer of a flat plate.
However, when the residual stress σ ′ present in the surface layer of the convex measurement sample W is evaluated using the above equation (1), the presence of the residual stress σ ′ can not be accurately evaluated.

図2に示すように、凸状測定試料Wの表層を伝搬する表面SH波には、凸状形状に沿って伝搬する表面SH波(同図中の上側破線)の他に、その凸状形状に沿わずに、凸状測定試料Wの内部を直線的に伝搬する表面SH波のショートカット成分(同図中の下側破線)がある。伝搬時間Tには、表面SH波のショートカット成分が含まれており、測定誤差が生じることになる。つまり、算出された伝搬時間T(実測値)は、不確定なものとなってしまう。 As shown in FIG. 2, in addition to the surface SH wave propagating along the convex shape (upper broken line in the same figure), the surface SH wave propagating along the surface layer of the convex measurement sample W has a convex shape There is a short-cut component of the surface SH wave (lower broken line in the figure) linearly propagating inside the convex measurement sample W, not along the surface. The propagation time T S includes a shortcut component of the surface SH wave, which causes a measurement error. That is, the calculated propagation time T S (measured value) becomes indeterminate.

そこで、本発明においては、測定誤差となる表面SH波のショートカット成分が含まれた伝搬時間Tを補正し、補正された表面SH波の補正伝搬時間T’とレーリ波の伝搬時間Tに基づいて、凸状測定試料Wの表層に存在する残留応力σ’を評価することとしている。
なお、レーリ波については、測定対象となる試料が凸状(曲面)形状であっても、その凸状の表層を伝搬するレーリ波の伝搬時間Tの変化がほとんどない。
[第1実施形態]
本発明における残留応力評価方法の第1実施形態について説明する。
Therefore, in the present invention, the propagation time T S including the short-cut component of the surface SH wave as a measurement error is corrected, and the corrected propagation time T ′ S of the surface SH wave and the propagation time T R of the Rayleigh wave are corrected. The residual stress σ ′ present in the surface layer of the convex measurement sample W is evaluated on the basis of
Note that the Rayleigh wave, the sample to be measured even in the convex (curved) shape, there is little change in the propagation time T R of Rayleigh wave propagating surface of the convex.
First Embodiment
A first embodiment of the residual stress evaluation method in the present invention will be described.

本実施形態における残留応力評価方法は、送出ステップと、受信ステップと、伝搬時間算出ステップと、補正ステップと、評価ステップと、を有している。
上述の残留応力評価方法を各ステップに基づいて、詳細に説明する。
送出ステップでは、送信探触子2からSH波及びSV波を凸状測定試料Wの表面に対して送出する。凸状測定試料Wの表面へ送出されたSH波は、図2中破線で示す表面SH波を励振し、SV波は図2中実線で示すレーリ波を励振する。
The residual stress evaluation method according to the present embodiment includes a sending step, a receiving step, a propagation time calculating step, a correcting step, and an evaluating step.
The above-mentioned residual stress evaluation method will be described in detail based on each step.
In the sending step, the SH probe and the SV wave are sent from the transmission probe 2 to the surface of the convex measurement sample W. The SH wave sent out to the surface of the convex measurement sample W excites the surface SH wave shown by the broken line in FIG. 2, and the SV wave excites the Rayleigh wave shown by the solid line in FIG.

受信ステップにおいては、凸状測定試料Wの表層を伝搬した表面SH波及びレーリ波を、受信探触子3で受信する。このとき、受信によって発生した電圧を、レーリ波及び表面SH波の検出信号として出力する。出力された検出信号は増幅器5,6で増幅され、増幅された検出信号は波形採取装置7へ出力される。
伝搬時間算出ステップでは、波形採取装置7において、表面SH波及びレーリ波の検出信号の波形が採取すると共に、パルス発生器4から出力されたトリガ信号を受信する。そして、トリガ信号の受信から表面SH波の検出信号の受信までの時間を計測して表面SH波の伝搬時間Tを算出すると共に、トリガ信号の受信からレーリ波の検出信号の受信までの時間を計測してレーリ波の伝搬時間Tを算出する。
In the receiving step, the receiving probe 3 receives the surface SH wave and the Rayleigh wave propagated through the surface layer of the convex measurement sample W. At this time, the voltage generated by the reception is output as a detection signal of the Rayleigh wave and the surface SH wave. The output detection signal is amplified by the amplifiers 5 and 6, and the amplified detection signal is output to the waveform sampling device 7.
In the propagation time calculation step, the waveform sampling device 7 samples the waveforms of the detection signals of the surface SH wave and the Rayleigh wave, and receives the trigger signal output from the pulse generator 4. Then, to calculate the propagation time T S of the surface SH wave by measuring the time until the reception of surface SH wave detection signal from the reception of the trigger signal, the time from the reception of the trigger signal and receiving a Rayleigh wave detection signal the measures to calculate the propagation time T R of Rayleigh wave.

補正ステップでは、表面SH波の伝搬時間T(実測値)を補正する補正量ΔTを、予め算出しておいた表面SH波の基準伝搬時間TS0と、伝搬時間算出ステップで算出された表面SH波の伝搬時間Tとから算出し、算出された補正量ΔTで表面SH波の伝搬時間Tを補正して、表面SH波の補正伝搬時間T’とする。
評価ステップでは、評価装置8において、補正ステップで算出された補正表面SH波の補正伝搬時間T’と、伝搬時間算出ステップで算出されたレーリ波との伝搬時間Tとに基づいて、下の式(2)などを用いて、凸状測定試料Wの表層に存在する残留応力σ’を評価する。
In the correction step, a correction amount ΔT S for correcting the propagation time T S (measured value) of the surface SH wave is calculated in the propagation time calculation step with a reference propagation time T S0 of the surface SH wave previously calculated. Calculated from the propagation time T S of the surface SH wave, the propagation time T S of the surface SH wave is corrected with the calculated correction amount ΔT S to obtain a corrected propagation time T ′ S of the surface SH wave.
In the evaluation step, the evaluation device 8, based correction propagation time T 'S correction surface SH wave calculated in the correction step, to the propagation time T R of Rayleigh wave and calculated by the propagation time calculating step, the lower The residual stress σ ′ present in the surface layer of the convex measurement sample W is evaluated using the equation (2) of

続いて、本実施形態の特徴である、表面SH波の伝搬時間Tを補正する補正ステップについて、詳細に説明する。
予め、凸状測定試料Wと同じ材質を有し、且つ平板とされた平板テストピースTaと、凸状測定試料Wと同じ材質を有し、且つ異なる半径rの凸状形状とされた複数(個数は任意)の凸状テストピースTbを用意しておく。
Subsequently, a characteristic of this embodiment, the step of correcting the propagation time T S of the surface SH wave, will be described in detail.
A plurality of convex test pieces Ta having the same material as the convex measurement sample W in advance and having the same material as the convex test sample W and having the same material as the convex measurement sample W An arbitrary number of convex test pieces Tb are prepared.

図3Aに示すように、まず、平板テストピースTaにおける表面SH波の伝搬時間TS0とレーリ波の伝搬時間TR0を算出する。ここで、平板テストピースTaにおける表面SH波の伝搬時間TS0を、補正ステップで用いる表面SH波の基準伝搬時間とする。
次いで、凸状テストピースTbにおける表面SH波の伝搬時間TSXと、レーリ波の伝搬時間TRX(X:任意数)を、各半径rごと(r〜r)に算出する。
As shown in FIG. 3A, first, the propagation time T S0 of the surface SH wave in the flat plate test piece Ta and the propagation time T R0 of the Rayleigh wave are calculated. Here, let propagation time TS0 of the surface SH wave in flat plate test piece Ta be the reference propagation time of the surface SH wave used at a correction | amendment step.
Next, the propagation time T SX of the surface SH wave in the convex test piece Tb and the propagation time T RX (X: arbitrary number) of the Rayleigh wave are calculated for each radius r (r 1 to r X ).

例えば、凸状形状の半径がrの凸状テストピースTbの場合、表面SH波の伝搬時間TS1と、レーリ波の伝搬時間TR1が算出される。
図3Bに示すように、凸状形状の半径rごとに対応する、表面SH波の伝搬時間TSXをグラフなどにまとめておく。具体的には、横軸を凸状形状の半径r、縦軸を表面SH波の伝搬時間TSXとして、表面SH波の伝搬時間TSXの算出結果、すなわち各テストピースにおける表面SH波の伝搬時間TS0〜TS3をプロットする。伝搬時間TS0〜TS3がプロットされたグラフは、後ほど補正ステップにて、補正量ΔTを算出する際に用いられる補正グラフとして保存しておく。
For example, the radius of the convex shape when the convex test piece Tb of r 1, the propagation time T S1 of the surface SH wave, the propagation time T R1 of Rayleigh waves are calculated.
As shown to FIG. 3B, propagation time TSX of surface SH wave corresponding to every radius r of convex shape is put together on the graph etc. FIG. Specifically, the radius r of the convex shape on the horizontal axis, vertical axis and as the propagation time T SX surface SH wave, the propagation time of the surface SH wave T SX calculation result, i.e., the propagation of surface SH wave in each test piece Plot the time T S0 -T S3 . The graph in which the propagation times T S0 to T S3 are plotted is stored later as a correction graph used when calculating the correction amount ΔT S in the correction step.

なお、各テストピースにおける表面SH波の伝搬時間TS0〜TS3をまとめたものを、補正テーブルとして保存していてもよい。すなわち、各テストピースにおける表面SH波の伝搬時間TS0〜TS3を補正データとして保存しておく。
補正ステップでは、図3Bに示す各テストピースにおける表面SH波の伝搬時間TS0〜TS3などが保存されている補正グラフ(補正データ)を用意し、この補正グラフに基づいて、凸状測定試料Wにおける表面SH波の伝搬時間Tの補正量ΔTを算出する。
Note that the summary of the propagation time T S0 through T S3 of surface SH wave in each test piece, or may be stored as a correction table. That is, keep the propagation time T S0 through T S3 of surface SH wave in each test piece as correction data.
In the correction step, a correction graph (correction data) in which the propagation times T S0 to T S3 and the like of the surface SH wave in each test piece shown in FIG. 3B are stored, and based on this correction graph A correction amount ΔT S of the propagation time T S of the surface SH wave in W is calculated.

例えば、実際の計測(被検体試料Wの計測)において、凸状形状の半径がrであって、凸状測定試料Wにおける表面SH波の伝搬時間TS2と算出された場合、図3Bの補正グラフを参照すると、プロット点Cに該当することがわかる。このプロット点Cと表面SH波の基準伝搬時間TS0を示すプロット点Aとから、凸状測定試料Wにおける表面SH波の伝搬時間Tには、表面SH波のショートカット成分による測定誤差が存在していることがわかる。 For example, in the actual measurement (measurement of the sample W), the radius of the convex shape is r 2 and the propagation time T S2 of the surface SH wave in the convex measurement sample W is calculated as shown in FIG. Referring to the correction graph, it can be understood that it corresponds to the plot point C. And a plot point A indicating a reference propagation time T S0 of the plotted point C and the surface SH wave, the propagation time T S of the surface SH wave in convex sample W, there is a measurement error due to shortcuts component of the surface SH wave You can see that

そこで、プロット点Aとプロット点Cとの差をとって、この差を凸状測定試料Wにおける表面SH波の伝搬時間Tの補正量ΔTとして、算出する。
算出された補正量ΔTを、下の式(3)のように、実測した凸状測定試料Wにおける
表面SH波の伝搬時間Tに加えて、補正伝搬時間T’を算出する。
Therefore, taking the difference between the plot points A and plot point C, as the correction amount [Delta] T S of the propagation time T S of the surface SH waves the difference in convex measurement sample W, is calculated.
The corrected propagation time T ′ S is calculated by adding the calculated correction amount ΔT S to the propagation time T S of the surface SH wave in the measured convex-shaped measurement sample W as in the following equation (3).

以上述べたように、事前に、各テストピースにおける表面SH波の伝搬時間TSXと算出して、その伝搬時間TSXをまとめて補正データとして用意しておくことで、評価対象となる凸状測定試料Wの表層を伝搬する表面SH波の伝搬時間Tを補正する補正量ΔTを、容易且つ高精度に算出することが可能となる。
[第2実施形態]
本発明における残留応力評価方法の第2実施形態について説明する。
As described above, in advance, to calculate the propagation time T SX surface SH wave in the test piece, by preparing as correction data together the propagation time T SX, convex to be evaluated It becomes possible to easily and accurately calculate the correction amount ΔT S for correcting the propagation time T S of the surface SH wave propagating in the surface layer of the measurement sample W.
Second Embodiment
A second embodiment of the residual stress evaluation method in the present invention will be described.

本実施形態における残留応力評価方法は、補正ステップに特徴があり、この補正ステップのみに着目して詳細に説明する。なお、本実施形態における送出ステップ、受信ステップ、伝搬時間算出ステップ、評価ステップに関しては、第1実施形態で述べた手順と同じであるので、説明を省略する。
ところで、本実施形態においては、評価対象が第1実施形態と異なり、例えば構造体などに機械部品が接合されている接合部(溶接箇所)など、凸状形状の半径rが正確にわからない凸状測定試料Wを、残留応力σ’の評価対象としている。
The residual stress evaluation method according to the present embodiment is characterized in the correction step, and will be described in detail focusing on only this correction step. The sending step, the receiving step, the propagation time calculating step, and the evaluating step in the present embodiment are the same as the procedure described in the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted.
By the way, in the present embodiment, the evaluation object is different from the first embodiment, and for example, a convex shape such as a joint (welded portion) where a mechanical component is joined to a structure etc. The measurement sample W is an evaluation target of the residual stress σ ′.

それ故、本実施形態では、表面SH波の伝搬時間Tを補正する補正量ΔTを算出する補正ステップが、第1実施形態の手順と異なる。
予め、凸状測定試料Wと同じ材質を有し、且つ平板とされた平板テストピースTaと、凸状測定試料Wと同じ材質を有し、且つ異なる半径rの凸状形状とされた複数(個数は任意)の凸状テストピースTbを用意しておく。
Therefore, in the present embodiment, the correction step of calculating the correction amount ΔT S for correcting the propagation time T S of the surface SH wave is different from the procedure of the first embodiment.
A plurality of convex test pieces Ta having the same material as the convex measurement sample W in advance and having the same material as the convex test sample W and having the same material as the convex measurement sample W An arbitrary number of convex test pieces Tb are prepared.

なお、本実施形態においては、図4Aに示すように、それぞれのテストピースにおいて、表面SH波及びレーリ波の伝搬距離L’が異なるように、送信探触子2と受信探触子3の配置をする。例えば、伝搬距離L’を50mm、100mm、200mmの3種類に設定して、各伝搬距離L’ごとに、それぞれのテストピースにおける表面SH波の伝搬時間TSXとレーリ波の伝搬時間TRXを算出する。 In the present embodiment, as shown in FIG. 4A, the arrangement of the transmission probe 2 and the reception probe 3 such that the propagation distance L ′ of the surface SH wave and the Rayleigh wave is different in each test piece. do. For example, the propagation distance L 'is set to three types of 50 mm, 100 mm, and 200 mm, and for each propagation distance L', the propagation time T SX of the surface SH wave in each test piece and the propagation time T RX of the Rayleigh wave calculate.

具体的には、平板テストピースTaを用意して、伝搬距離L’を50mmと設定する。そして、伝搬距離L’=50mmにおける平板テストピースTaの表面SH波の伝搬時間TS0(50)とレーリ波の伝搬時間TR0(50)を算出する。ここで、算出された平板テストピースTaの表面SH波の伝搬時間TS0(50)を、伝搬距離L’=50mmにおける表面SH波の基準伝搬時間とする。 Specifically, a flat plate test piece Ta is prepared, and the propagation distance L 'is set to 50 mm. Then, the propagation time T S0 (50) of the surface SH wave of the flat plate test piece Ta and the propagation time T R0 (50) of the Rayleigh wave at the propagation distance L ′ = 50 mm are calculated. Here, the calculated propagation time T S0 (50) of the surface SH wave of the flat plate test piece Ta is taken as the reference propagation time of the surface SH wave at the propagation distance L ′ = 50 mm.

続いて、凸状形状の半径がrの凸状テストピースTbを用意して、伝搬距離L’を50mmと設定する。伝搬距離L’=50mmにおける凸状形状の半径がrとされた凸状テストピースTbの表面SH波の伝搬時間TS1(50)とレーリ波の伝搬時間TR1(50)を算出する。このように、伝搬距離L’=50mmに設定した上で、凸状形状の半径がrの凸状テストピースTb、凸状形状の半径がrの凸状テストピースTb、それぞれの表面SH波の伝搬時間TS2(50),TS3(50)と、レーリ波の伝搬時間TR2(50),TR2(50)を算出する。 Subsequently, a convex test piece Tb having a convex shape with a radius of r 1 is prepared, and the propagation distance L ′ is set to 50 mm. The propagation time T S1 (50) of the surface SH wave of the convex test piece Tb in which the radius of the convex shape at the propagation distance L ′ = 50 mm is r 1 and the propagation time T R1 (50) of the Rayleigh wave are calculated. Thus, the propagation distance L '= on set to 50 mm, the convex test piece Tb radius of the convex shape is r 2, the convex test piece Tb radius of the convex shape is r 3, each surface SH Wave propagation times T S2 (50), T S3 (50) and Rayleigh wave propagation times T R2 (50), T R2 (50) are calculated.

さらに、各伝搬距離L’(L’=100mm、200mm)をそれぞれ設定した上で、平板テストピースTaと凸状テストピースTbとを用いて、表面SH波の伝搬時間とレーリ波の伝搬時間を求める。すなわち、TS0(100)〜TS3(100)とTR0(100)〜TR3(100)、及びTS0(200)〜TS3(200)とTR0(200)〜TR3(200)を求める。 Furthermore, the propagation time of the surface SH wave and the propagation time of the Rayleigh wave are set using the flat plate test piece Ta and the convex test piece Tb after setting each propagation distance L ′ (L ′ = 100 mm, 200 mm). Ask. That is, T S0 (100) to T S3 (100) and T R0 (100) to T R3 (100), and T S0 (200) to T S3 (200) and T R0 (200) to T R3 (200) Ask for

その上で、図4Bに示すように、各伝搬距離L’(L’=50mm〜200mm)で且つ凸状形状の半径r(r〜r)ごとに対応する、表面SH波の伝搬時間TSXとレーリ波の伝搬時間TRXをグラフなどにまとめて、補正グラフ(補正データ)として保存しておく。図4Bにおいては、L’=50mmの場合が×印のグラフで表され、L’=100mmの場合が△印のグラフで表され、L’=200mmの場合が□印のグラフで表されている。 Furthermore, as shown in FIG. 4B, the propagation time of the surface SH wave corresponding to each propagation distance L ′ (L ′ = 50 mm to 200 mm) and for each convex shape radius r (r 0 to r 3 ) T SX and the propagation time T RX of the Rayleigh wave are put together in a graph or the like and stored as a correction graph (correction data). In FIG. 4B, the case of L '= 50 mm is represented by a graph of X, the case of L' = 100 mm is represented by a graph of Δ, and the case of L '= 200 mm is represented by a graph of □. There is.

図4Bに示す補正グラフに基づいて、凸状測定試料Wにおける表面SH波の伝搬時間Tの補正量ΔTを算出する。
具体的には、実際の計測(凸状測定試料Wの計測)において、凸状測定試料Wにおける表面SH波の伝搬時間Tと、レーリ波の伝搬時間Tが算出されたとする。
まず、表面SH波の伝搬時間Tを、図4Bの補正グラフに当てはめて参照すると、プロット点E(△印のグラフ)、プロット点F(□印のグラフ)の2点に該当することが判る。
Based on the correction chart shown in FIG. 4B, it calculates the correction amount [Delta] T S of the propagation time T S of the surface SH wave in convex measurement sample W.
Specifically, in the actual measurement (measurement of the convex measurement specimen W), and the propagation time T S of the surface SH wave in convex sample W, the propagation time T R of Rayleigh wave is calculated.
First, when the propagation time T S of the surface SH wave is applied to the correction graph of FIG. 4B and referred to, it corresponds to two points of the plot point E (graph of Δ mark) and plot point F (graph of □ mark) I understand.

次に、算出されたレーリ波の伝搬時間Tを、図4Bの補正グラフに当てはめて参照すると、△印のグラフが対応することが判る。このグラフは伝搬距離L’が100mmのものであるため、凸状測定試料Wの測定では、L’=100mmと推定される。
このように、図4Bの補正グラフを参照すると、表面SH波において、伝搬時間Tが同じとなる複数の伝搬距離Lが存在したとしても、レーリ波の伝搬時間Tの値から伝搬距離Lが一意に決まる。すなわち、図4Bの補正グラフを用いることで、伝搬距離Lを一義的に絞り込むことができるともいえる。
Next, when the calculated propagation time T R of the Rayleigh wave is applied to the correction graph of FIG. 4B and referred to, it can be understood that the graph of Δ corresponds. Since this graph has a propagation distance L 'of 100 mm, it is estimated that L' = 100 mm in the measurement of the convex measurement sample W.
Thus, referring to the correction graph of FIG. 4B, even if there are a plurality of propagation distances L with the same propagation time T S in the surface SH wave, the propagation distance L from the value of the propagation time T R of the Rayleigh wave Is uniquely determined. That is, it can be said that the propagation distance L can be uniquely narrowed down by using the correction graph of FIG. 4B.

以降、図4Bの補正グラフにおいては、△印のグラフに着目することになる。
△印のグラフに対して、算出された表面SH波の伝搬時間Tを当てはめて参照して、凸状測定試料Wにおける凸状形状の半径がr’(プロット点E)であると推定する。
この推定された半径がr’における表面SH波の伝搬時間T(100)を示すプロット点Eと、伝搬距離L’ =100mmにおける表面SH波の基準伝搬時間TS0(1
00)を示すプロット点Gとの差をとって、この差を凸状測定試料Wにおける表面SH波の伝搬時間T(100)の補正量ΔTとして、算出する。
Thereafter, in the correction graph of FIG. 4B, attention is paid to the graph of Δ.
The radius of the convex shape in the convex measurement sample W is estimated to be r ′ 2 (plot point E) by applying and referring to the calculated propagation time T S of the surface SH wave with respect to the graph of Δ marks. Do.
A plot point E indicating the propagation time T S (100) of the surface SH wave with the estimated radius r ′ 2 and a reference propagation time T S 0 (1) of the surface SH wave at propagation distance L ′ = 100 mm
This difference is calculated as the correction amount ΔT S of the propagation time T S (100) of the surface SH wave in the convex measurement sample W by taking the difference from the plot point G indicating 00).

算出された補正量ΔTを、式(3)のように、実測した凸状測定試料Wにおける表面SH波の伝搬時間T(100)に加えて、補正伝搬時間T’(100)を算出する。
以上述べたように、事前に、各伝搬距離L’ごとに、各テストピースの表面SH波の伝搬時間TSXと、レーリ波の伝搬時間TRXを算出して、その各伝搬時間TSX,TRXをまとめて補正データとして用意しておいた上で、凸状形状の半径rの大きさによって変わる表面SH波の伝搬時間Tと、凸状形状の半径rの大きさ拘わらずほとんど変化しないレーリ波の伝搬時間Tとを利用することで、凸状形状の半径rの値が不明である凸状測定試料Wの表層を伝搬する表面SH波の伝搬時間Tを補正する補正量ΔTを、容易且つ高精度に算出することが可能となる。
The corrected propagation time T ' S (100) is calculated by adding the calculated correction amount ΔT S to the propagation time T S (100) of the surface SH wave in the measured convex-shaped measurement sample W as in equation (3). calculate.
As described above, the propagation time T SX of the surface SH wave of each test piece and the propagation time T RX of the Rayleigh wave are calculated in advance for each propagation distance L ′, and the respective propagation times T SX , After T RX is prepared as correction data collectively, the propagation time T S of the surface SH wave, which changes depending on the size of the radius r of the convex shape, and the change almost regardless of the size of the radius r of the convex shape Correction amount for correcting the propagation time T S of the surface SH wave propagating on the surface of the convex measurement sample W whose value of the radius r of the convex shape is unknown by using the propagation time T R of the Rayleigh wave which does not It becomes possible to calculate ΔT S easily and with high accuracy.

なお、今回開示された各実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された各実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体
積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. In particular, in each embodiment disclosed this time, matters not explicitly disclosed, for example, operating conditions and conditions, various parameters, dimensions of components, weights, volumes, etc. Without deviating from this, those skilled in the art will employ values that can easily be envisioned.

1 残留応力評価装置
2 送信探触子
3 受信探触子
4 パルス発生器
5,6 増幅器
7 波形採取装置
8 評価装置
20,30 圧電素子
21,31 超音波伝搬媒体
W 凸状測定試料(凸形状とされた被検体試料)
Ta 平板テストピース
Tb 凸状テストピース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Residual stress evaluation device 2 Transmission probe 3 Reception probe 4 Pulse generator 5, 6 Amplifier 7 Waveform sampling device 8 Evaluation device 20, 30 Piezoelectric element 21, 31 Ultrasonic wave propagation medium W Convex measurement sample (convex shape Subject sample)
Ta flat plate test piece Tb convex test piece

Claims (3)

凸形状とされた被検体試料の表層に存在する残留応力を、前記被検体試料の表層を伝搬する超音波の伝搬時間に基づいて評価する残留応力評価方法であって、
前記被検体試料の表層に超音波を励振する送出ステップと、
前記被検体試料の表層を伝搬した超音波を受信する受信ステップと、
前記受信ステップで受信された前記超音波の伝搬時間を算出する伝搬時間算出ステップと、
前記伝搬時間算出ステップで算出された前記超音波の伝搬時間を補正する補正量を算出し、算出された補正量で前記超音波の伝搬時間を補正する補正ステップと、
前記補正ステップで補正された前記超音波の補正伝搬時間に基づいて、前記被検体試料の表層に存在する残留応力を評価する評価ステップと、
を有し、
前記超音波は、表面SH波とレーリ波とであり、
前記補正ステップは、前記伝搬時間算出ステップで算出された前記表面SH波の伝搬時間を補正する補正量を算出し、算出された補正量で前記表面SH波の伝搬時間を補正するものとされ、
前記評価ステップは、前記補正ステップで補正された前記表面SH波の補正伝搬時間と、前記レーリ波との伝搬時間とに基づいて、前記被検体試料の表層に存在する残留応力を評価するものとされている
ことを特徴とする残留応力評価方法。
A residual stress evaluation method for evaluating residual stress present in the surface layer of a convexly-shaped object sample based on the propagation time of ultrasonic waves propagating in the surface layer of the object sample,
A sending step of exciting an ultrasonic wave on the surface layer of the subject sample;
A receiving step of receiving an ultrasonic wave propagated through the surface layer of the subject sample;
A propagation time calculating step of calculating a propagation time of the ultrasonic wave received in the receiving step;
A correction step of calculating a correction amount for correcting the propagation time of the ultrasonic wave calculated in the propagation time calculation step, and correcting the propagation time of the ultrasonic wave with the calculated correction amount;
Evaluating the residual stress present in the surface layer of the subject sample based on the corrected propagation time of the ultrasonic wave corrected in the correcting step;
I have a,
The ultrasonic waves are surface SH waves and Rayleigh waves,
The correction step calculates a correction amount for correcting the propagation time of the surface SH wave calculated in the propagation time calculation step, and corrects the propagation time of the surface SH wave with the calculated correction amount.
In the evaluation step, residual stress present in the surface layer of the subject sample is evaluated based on the correction propagation time of the surface SH wave corrected in the correction step and the propagation time of the Rayleigh wave. The residual stress evaluation method characterized by being .
予め、前記被検体試料と同じ材質を有し且つ平板とされた平板テストピースと、前記被検体試料と同じ材質を有し且つ異なる半径の凸形状とされた複数の凸状テストピースとを用意しておき、
前記補正ステップにおいては、
前記表面SH波及びレーリ波の伝搬距離を一定とした上で、前記平板テストピースにおける表面SH波の伝搬時間を算出して基準伝搬時間とし、前記複数の凸状テストピースにおける表面SH波の伝搬時間を算出して各半径ごとの凸状伝搬時間としておき、
前記被検体試料における凸形状の半径に対応する凸状伝搬時間と、前記基準伝搬時間との差として前記補正量を算出する
ことを特徴とする請求項に記載の残留応力評価方法。
In advance, a flat plate test piece made of the same material and flat as the subject sample, and a plurality of convex test pieces made of the same material as the subject sample and having different radii are provided. Leave,
In the correction step,
Assuming that the propagation distance of the surface SH wave and the Rayleigh wave is constant, the propagation time of the surface SH wave in the flat plate test piece is calculated to be the reference propagation time, and the propagation of the surface SH wave in the plurality of convex test pieces Calculate the time and set it as the convex propagation time for each radius,
The residual stress evaluation method according to claim 1 , wherein the correction amount is calculated as a difference between a convex propagation time corresponding to a radius of a convex shape in the subject sample and the reference propagation time.
予め、前記被検体試料と同じ材質を有し且つ平板とされた平板テストピースと、前記被検体試料と同じ材質を有し且つ異なる半径の凸形状とされた複数の凸状テストピースとを用意しておき、
前記補正ステップにおいては、
前記表面SH波及びレーリ波の伝搬距離を複数のものとした上で、各伝搬距離ごとに、前記平板テストピースにおける表面SH波の伝搬時間を算出して基準伝搬時間とし、前記複数の凸状テストピースにおける表面SH波の伝搬時間を算出して各半径ごとの凸状伝搬時間としておき、
前記被検体試料におけるレーリ波の伝搬時間を基に、実際の伝搬距離を算出し、
算出した実際の伝搬距離に対応する凸状伝搬時間と前記被検体試料における表面SH波の伝搬時間とから、前記被検体試料の凸形状の半径を推定し、
前記被検体試料における表面SH波の凸状伝搬時間と、推定された前記凸形状の半径に対応する前記基準伝搬時間との差として前記補正量を算出する
ことを特徴とする請求項に記載の残留応力評価方法。
In advance, a flat plate test piece made of the same material and flat as the subject sample, and a plurality of convex test pieces made of the same material as the subject sample and having different radii are provided. Leave,
In the correction step,
The propagation time of the surface SH wave in the flat plate test piece is calculated for each propagation distance after making the propagation distance of the surface SH wave and the Rayleigh wave plural, and the propagation time of the surface SH wave is taken as a reference propagation time. Calculate the propagation time of the surface SH wave in the test piece and store it as the convex propagation time for each radius,
An actual propagation distance is calculated based on the propagation time of the Rayleigh wave in the subject sample,
From the convex propagation time corresponding to the calculated actual propagation distance and the propagation time of the surface SH wave in the subject sample, the radius of the convex shape of the subject sample is estimated;
Claim 1, characterized in that to calculate the correction amount said as the difference between the convex propagation time of the surface SH wave in the test sample, and the reference propagation time corresponding to the radius of the estimated said convex Residual stress evaluation method.
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