JPH0262933A - 模擬欠陥試験体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は金属材料の素材あるいは金属材料の接合部の強
度評価試験や構造解析あるいは超音波探傷試験等の非破
壊検査試験に用いる人工欠陥（亀裂、内部欠陥など）を
有する模擬欠陥試験体の製造方法に関する。

（従来の技術） 金属材料の強度評価試験や構造解析あるいは電気機械の
運転時の振動解析また金属材料の素材あるいは溶接・接
合構造物の接合部の信頼性確認のための非破壊試験等の
試験に於いて、亀裂の進展速度や破壊挙動等を調査する
ために人工欠陥が形成された模擬欠陥試験体が必要であ
る。従来は例えば、第７図に示すように丸棒１１に放電
加工や機械加工により亀裂を模擬した極めて細い切欠き
１２を設けた試験体を用いる場合がある。

しかし、放電加工や機械加工により得られる亀裂を模擬
した極めて細い切欠きの大きさ、特に切欠きの幅１３は
せいぜい０．２ｎｎ程度であり実際に起こり得る亀裂の
幅０．１ｍ＋〜数ミクロンであることを考えると、試験
体の人工欠陥（切欠き等）と実機に発生する亀裂の大き
さや構造物の接合部に発生する欠陥の大きさとは著しい
違いがある。

また、素材の内部欠陥１例えば第８図に示すような素材
の内部にある欠陥を模擬する場合、第９図に示すような
素材の端部より放電加工等で切込み１５を入れて、人工
欠陥１４を作っていた。（なお、第９図は第８図の斜視
図を平面図として表わしたものである。） また最近では拡散接合を利用した模擬欠陥試験体として
溶接学会全国大会講演概要第４２集（８８−４）のｒ２
１０拡散接拡散上る非破壊試験用模擬試験体の製作」が
知られている。これは開先面に未接合部となる空隙が開
口するように形成されたものを電子ビーム溶接し、この
電子ビーム溶接したものから未接合部を含んだテストブ
ロックを切り出し、その後デス１−ブロックを拡散接合
し、未接合部を内在する非破壊検査用としての試験体を
製作するものである。

しかしながらこの製作方法においては模擬欠陥部を未接
合部（空隙）で形成したので欠陥の位置及び形状の確認
が必要となり、確認のためにｘ１１Ａ透過試験あるいは
超音波探傷試験で検査する必要がある。また試験体を製
作するために電子ビーム溶接と拡散接合の２段階の接合
を行なうため作業性及び効率の面において問題があった
。

（発明が解決しようとする課題） 第７図、に示すような人工欠陥を有する試験体とくに金
属材料の破壊試験等に用いる先棒の切欠き試験片の切欠
きの大きさは、金属材料の微視的な欠陥あるいは亀裂を
模擬したものであるために、極めて細い加工が要求され
る。しかし従来技術での放電加工や機械加工では、せい
ぜい０．２ｍ程度の加工が限界である。すなわち、人工
欠陥の大きさが実用上要求されている自然亀裂幅０．１
〜Ｏｍｍ（破壊靭性値と先端切欠き幅の関係図から想定
）の範囲に加工出来ないため、破壊靭性値は実際の値と
破壊試験値とに著しい違いが生じ、試験結果の信頼性が
低下する。

また、第８図および第９図に示すように、人工欠陥を製
作する上で、モデル化する人工欠陥の欠陥位置を実用上
発生しやすい部分に位置的に精度良く、かつ、その形状
も欠陥形状に極めて近いものすなわち極めて細かいもの
に加工することは、従来の放電加工や機械加工では困難
である。このためこのような試験体は特に非破壊検査用
には不適であった。

そこで、本発明は、極めて細い人工欠陥や人工欠陥の位
置を任意の位置に精度よく加工した試験体の製造方法を
提供することを目的とし、さらに本発明を実施すること
で、人工欠陥を有する試験体を用いた金属材料等の試験
、研究に於ける信頼性向上が図れる。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために試験体本体となる
複数個に分割された金属材料間の所定の位置に前記金属
材料とは異なる材料からなる疑似欠陥体を配置し、これ
らの分割された金属材料を一体化し金属材料を固相接合
して模擬欠陥試験体を製造する方法を提供する。

また前記疑似欠陥体を前記金属材料より溶融温度が高い
材料とした模擬欠陥試験体の製造方法を席供する。

また前記疑似欠陥体を前記金属材料と音響インピーダン
スが異なる材料とした模擬欠陥試験体の製造方法を提供
する。

また前記疑似欠陥体を所定の形状の箔とした模擬欠陥試
験体の製造方法を提供する。

また前記固相接合を高温・高圧ガスの雰囲気で行なう熱
間等方圧加圧法による接合とした模擬欠陥試験体の製造
方法を提供する。

（作用） 本発明は、上記のとおり試験体とは異なる材料からなる
模擬欠陥体を分割された金属材料間に配置面シて固相接
合するので疑似欠陥を試験体内の任意の位置に任意の大
きさで形成することができる。

また本発明は、上記のとおり人工欠陥に用いる材料が試
験体の材料の溶融温度よりも高い上、接合困難な材料か
らなっているために、試験体の材料と接合することなく
、人工欠陥を提供することが出来る。

本発明は、上記のとおり、人工欠陥に用いる材料が試験
体の材料と音響インピーダンスが著しく異なるため、人
工欠陥部の超音波探傷時の反射エコーが明瞭となるー　
また、音響インピーダンスが異なることは密度も著しく
異なるため、試験体の材料と接合することなく、人工欠
陥を提供出来る。

また、本発明は上記の通り人工欠陥体に箔あるいは塊状
を用いるために、欠陥の幅などの大きさを変えることで
任意の形状および寸法が得られ、これらを任意に加工す
ることで、所定の人工欠陥が必要に応じて容易に得られ
る。

また本発明は上記の通り高温、高圧を用いた拡散接合に
より接合面の欠陥を有することなく任意の形状および大
きさが任意の位置に必要に応じて容易に得られる。

（実施例） 本発明による模擬欠陥試験体の製造方法の一実施例につ
いて第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）および第２
図を参照して説明する。

まず２分割された半円柱状の形をしたステンレス鋼Ｓ　
Ｕ　Ｓ　３０４で形成された金属材料１，２を準備する
。そしてこの金属材料１，２の間の所定の位置に、疑似
欠陥体である厚さ５ミクロンのタンタルの清３を第１図
（ａ）に示すように配置する。

箔３が配置された金属材料１，２を第１図（ｂ）に示す
ようにステンレスｆＩＩＳＵＳ３０４の容器本体４内に
入れ、この容器本体４とふた４ａを真空中でシール溶接
を用い、シール溶接部５を設ける。

次に、シール溶接を行った容器４を第１図（ｃ）に示す
ように接合装置６に入れ、高温、高圧中にて、金属材料
１．２と済；３および容器４を共に接合させ、一体化さ
せる。

接合装置６の運転は、まず容器４を入れ、この接合装置
６内に接続された排気装置７により接合装置６内を真空
にし、その後不活性ガスのアルゴンガスをガスボンベ等
のガス供給装置８より供給し、接合装置６内をアルゴン
ガス雰囲気に置換する。

アルゴンガスに置換した後、接合装置６内をヒータ９に
より１２００℃の温度に加熱し、１０００ｋｇ／、ｆｆ
ｌに加圧して接合装置６内を高温、高圧の雰囲気にし、
２時間保持する。２時間経過後、ヒータ９を切り、接合
装置６内を冷却し、１００〜２００°Ｃの温度で接合装
置６を凹放し、接合、一体化した容器４を取出す。

そして取出した容器４を所定の形状まで旋盤加工などの
機械加工により、第２図に示すような所定形状の試験体
に切り出す。

次に作用について説明する。金属材料１，２と疑似欠陥
体である箔３を真空中で容″ａ４に入れ、その容器４を
温度１２００℃、ガス圧力１０００　ｋｇ／　ａＩｉの
雰囲気に２時間保持することで、金属材料１，２のステ
ンレスｔｌｌｓＵｓ３０４と容器４のステンレス鋼Ｓ　
Ｕ　Ｓ　３０４は相互に拡散し、固相の状態で接合。

一体化する。

しかし、疑似欠陥体であるタンタルの箔３は。

ステンレスｇｉ　Ｓ　Ｕ　Ｓ　：３０４の金属材料１，
２とは、前記の温度、加圧条件では相互拡散せず、未接
合部分となる。

したがって、この未接合部分が当初の目的である疑似欠
陥の切欠き部分となるため、容易に人工欠陥を得ること
ができる。

したがって、機械加工では困難な微細加工による人工欠
陥、特に数ミクロンの切欠きに相当する疑似欠陥を容易
に形成できる。

また、切欠きの幅は、箭の厚さを変えることで対応でき
るため任意の切欠き幅を容易に得ることができる。

人工欠陥の形状についても疑似欠陥体の箔を任意な形状
に切断加工することにより、種々形状の切欠きが得られ
る。

次に本発明による他の実施例について説明する。

前記の実施例は、疑似欠陥体が切欠き状の人工欠陥につ
いて説明したが、以下に三次元の形状を示す人工欠陥を
有する模擬欠陥試験体の製造方法について説明する。

溶接部に発生するブローホールの溶接欠陥あるいは鋳造
時に発生するブローホールの鋳造欠陥等の発生位置やそ
の形状を精度よく検出するために超音波探傷試験がある
が、その超音波探傷試験の感度検出用に用いる人工欠陥
を有する試験体の場合は、第３図に示すように例えば角
型のステンレス鋼Ｓ　Ｕ　Ｓ　３０４の金属材料１，２
間の任意の位置にセラミックス等からなる疑似欠陥体１
０を任意の形状および大きさに粉砕あるいは加工し、配
置する。配置した後これら金属材料１，２と疑似欠陥体
１０を第１図（ｂ）と同様に容器（図示せず）に入れ、
真空中でシール溶接を行い第１図（ｃ）に示したような
接合装置に入れ、温度１２００℃、圧力１０００ｋｇ／
ｃｉの雰囲気で２時間保持し、金属材料１，２および容
器を接合し、一体化させる。その後所定の感度検出用の
人工欠陥を有する試験体に加工する。

本実施例では疑似欠陥体にセラミックスを用いるだめに
、三次元を有する任意な形状に加工出来、またその欠陥
の位置も任意な位置に配置することが出来る。ざら・に
疑似欠陥を同時に複数個形成することができる。セラミ
ックス等はステンレス鋼同志の固相接合が可能な条件で
は拡散することなく、ステンレス鋼との接合は不可能で
、未接合部の人工欠陥が得られる。なお金属材料は上記
実施例に限定されるものではなく鉄鋼材料、アルミ。

銅等でもよく金属材料全般に対して上記実施例と同様な
作用効果が得られる。また金属材料は２分割に限らず複
数個に分割してもよい。

本発明による他の模擬欠陥試験体の製造方法の一実施例
について第４図（ａ）、　（ｂ）　、　（ｃ）および第
５図を参照して説明する。

まず２分割された半円柱状の形をしたステンレス鋼Ｓ　
Ｕ　Ｓ　３０４で形成された金属材料上、２を準備する
。そしてこの金属材料１，２の間の所定の位置に、疑似
欠陥体である厚さ０．１ｎｗｎの石英ガラスの箔２３を
第４図（ａ）に示すように配置する。箔２３が配置され
た金属材料１，２を第１図（ｂ）に示すようにステンレ
ス鋼Ｓ　Ｕ　Ｓ　３０４の容器本体４内に入れ、この容
器本体４とふた４ａを真空中でシール溶接を行い、シー
ル溶接部５を設ける。

真空中でシール溶接を行う目的は容器本体４の内部を脱
気するためであり電子ビーム溶接などＩＸ　１０””Ｔ
ｏｒｒ以下の圧力が得られる方法が望ましい。

次に、シール溶接を行った容器４を第４図（ｃ）に示す
ように接合装置６に入れ、高温、高圧中にて、金属材料
１，２と箔２３および容器４を共に接合させ、一体化さ
せる。

接合装置６の運転は、まず容器４を入れ、この接合装置
６内に接続された排気装置７により接合装置６内を真空
にし、その後不活性ガスのアルゴンガスをガスボンベ等
のガス供給装置８より供給し、接合装置６内をアルゴン
ガス雰囲気に置換する。

アルゴンガスに置換した後、接合装置６内をヒータ９に
より１２００℃の温度に加熱し、１０００ｋｇ／ｃ＋＃
に加圧して接合装置６内を高温、高圧の雰囲気にし、２
時間保持する。２時間経過後、ヒータ９を切り、接合装
置４６内に冷却し、１００〜２００°Ｃの温度で接合装
置６を開放し、接合、一体化した容器４を取出す。

そして取出した容器４を所定の形状まで旋盤加工などの
機械加工により、第５図に示すような所定形状の試験体
に切り出す。

次に作用について説明する。金属材料１，２と疑似欠陥
体である石英ガラスの箔２３を真空中で容器４に入れ、
その容器４を温度１２００℃、ガス圧力１０００ｋｇ／
ｉの雰囲気に２時間保持することで、金属材料１．２の
ステンレス鋼５ＵＳ３０４は相互に拡散し、固相の状態
で接合され一体化する。また金属材料１，２と容器４の
ステンレス鋼５ＵＳ３０／１も同様に接合、一体化する
。

しかし、疑似欠陥体である石英ガラスの箔２３は、ステ
ンレス鋼Ｓ　Ｕ　Ｓ　３０４の金属材料１，２とは、荊
記の温度、加圧条件では相互拡散せず、未接合部分とな
る。

特に石英ガラスの箔２３と金属材料１，２との接合界面
は高温、高圧に保持されることで密若状態になるが６莢
ガラスとステンレスＭ　Ｓ　Ｕ　Ｓ　３０４の音響イン
ピーダンスが夫々４５Ｘ１０’ｋｇ／ｍ２ｓ　と１４．
５　Ｘ　１０’　ｋｇ／　ｍ”Ｓであり、著しく違うた
めに超音波探傷試験時等においては反射エコーが顕著に
検出できる。

したがって、この未接合部分が当初の目的である疑似欠
陥の切欠き部分となるため、容易に人工欠陥を得ること
ができる。

したがって、機械加工では困難な極細加工による人工欠
陥、特に０．５ｍｍ程度の切欠きに相当する疑似欠陥を
容易に形成できる。

また、疑似欠陥の大きさは箔の寸法形状を変えることで
対応できるため任意の欠陥形状を容易に得ることができ
る。

人工欠陥の形状についても疑似欠陥体の箔を任意な形状
に切断加工することにより、種々形状の切欠きが得られ
る。

次に本発明による他の実施例について説明する。

前記の実施例は、疑似欠陥体が亀裂など面状の人工欠陥
について説明したが、以下に三次元の形状を示す人工欠
陥を有する模擬欠陥試験体の製造方法について説明する
。

金属材料の素材あるいは溶接（または接合）構造物の接
合部に発生する球状、塊状あるいは粒状をした人工欠陥
を模挺する場合は、第６図に示すように例えば角型のス
テンレス鋼Ｓ　Ｕ　Ｓ　３０４の金属材料１，２間の任
意の位置に６莢ガラス等からなる疑似欠陥体２４を任意
の形状および大きさに粉砕あるいは加工し、配置する。

なお、配置する際、疑似欠陥体２４を精度よく配置する
ために金属材料１．２に凹部を形成してもよい。配置し
た後これら金属材料１，２と疑似欠陥体２４を第４図（
ｂ）と同様に容器（図示せず）に入れ、真空中でシール
溶接を行い第４図（ｃ）に示したような接合装置に入れ
、温度１２００°（：、圧力１０００ｋｇ／ａイの雰囲
気で２時間保持し、金属材料１，２および容器を接合し
、一体化させる。その後所定の感度検出用の人工欠陥を
有する試験体に加工する。

本実施例では疑似欠陥体に石莢ガラス等を用いるために
、三次元を有する任意な形状に加工出来、またその欠陥
の位置も任意な位置に配置することが出来る。さらに疑
似欠陥を同時に複・数個形成することができる。６莢ガ
ラス等はステンレス鋼同志の固相接合が可能な条件では
拡散することなく、ステンレス鋼との接合は不可能で、
未接合部の人工欠陥か１：）られる５なお金１バ材料は
上記実施例に限定されるものではなく鉄鋼材料、アルミ
、銅等でもよく金属材料全般に対して上記実施例と同様
な作用効果が１：）られる。また金属材料は２分割に限
らず複数個に分割してもよい６ さらに疑似欠陥体としては接合材料との音響インピーダ
ンスが著しく違う材料であれば、例えば耐熱性に優れる
セラミックス、雲母などの材料も鉄鋼材料あるいは非鉄
材料の人工欠陥として有効である。

金属材料および疑似欠陥体を一体化させる接合方法とし
ては高温、高圧の熱間等方圧加圧法に限らず、−軸ある
いは二軸加圧の拡散接合に於いても疑似欠陥体の製造は
可能であり、その効果も同様な結果が得られる。

〔発明の効果〕

本１発明によると、極めて細い人工欠陥を始め、任意な
形状、大きさを任意な位置に精度よく加工できる模擬試
験体を提供出来るので金属材料の素材や１妾合部の強度
評価試験や構造解析あるいは超音波探傷試験等の非破壊
検査に用いる人工欠陥（亀裂、内部欠陥など）を有する
試験体が容易に得られ、金属材料あるいは構造解析等の
試験、研究に於ける信頼性向上が図られる。また固相接
合技術分野において接合面の検査・評価技術が高まるた
め接合技術の同士２等も図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２し１は本発明による模擬試験体の製造方
法の一実施例を示す工程説明図、第３図は本発明の他の
実施例を説明する斜視図、第４図及び第５図は本発明に
よる他の模擬試験体の製造方法の一実施例を示す工程説
明図、第６図は他の実施例を説明する斜視図、第７図は
従来の試験体の正面図、第８図は従来技術を説明するた
めの斜視図、第９図は第８図の平面図である。 １．２・・金属材料 ４・・・容器 ６・・接合装置 ８・・ボンベ １０・・・疑似欠陥体 １２・切欠き １４　　人工欠陥 ２３・・箔 ３・・箔 ５・・・シール溶接部 ７・・・排気装置 ９・・・ヒータ １１・丸棒 １３・・切欠き幅 １５・・切込み ２４・・・疑似欠陥体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試験体本体となる複数個に分割された金属材料間の
   所定の位置に前記金属材料とは異なる材料からなる疑似
   欠陥体を配置し、これらの分割された金属材料を一体化
   し金属材料を固相接合することを特徴とする模擬欠陥試
   験体の製造方法。 ２、前記疑似欠陥体は前記金属材料より溶融温度が高い
   材料であることを特徴とする請求項１に記載の模擬欠陥
   試験体の製造方法。 ３、前記疑似欠陥体は前記金属材料と音響インピーダン
   スが異なる材料であることを特徴とする請求項１に記載
   の模擬欠陥試験体の製造方法。 ４、前記模擬欠陥体は所定の形状の箔であることを特徴
   とする請求項１、２又は３に記載の模擬欠陥試験体の製
   造方法。 ５、前記固相接合は高温・高圧ガスの雰囲気で行なう熱
   間等方圧加圧法による接合であることを特徴とする請求
   項１に記載の模擬欠陥試験体の製造方法。