JPH0746081B2 - 非破壊検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば繰り返し荷重下で使用されている機械
部品等の疲労損傷検出に適用される非破壊検査装置に関
する。

［従来の技術］ 回転機械の軸のように回転によって繰り返し荷重を受け
るような機械部品においては、繰り返し荷重によって引
張方向および圧縮方向に交互に塑性変形が繰り返される
ことにより材料内部の微細組織が変化し、その表面に微
小な亀裂が生じて、ついには破壊に至る。

このような、破壊形態を疲労破壊とよび、疲労破壊に至
るまでの段階を疲労損傷と称している。

疲労破壊は繰り返し荷重を受ける機械部品における主な
破壊形態であり、長時間運用された機器が安全に運転を
続け得るかを判定するためには、部品の疲労損傷の程度
を評価する必要がある。

上述したように疲労破壊は、繰り返し荷重によって生じ
る破壊であることから、荷重の繰り返し数と関係する破
壊形態であり、一般に大きい荷重では少ない繰り返し数
で破壊する。

運用中の機械部品における疲労損傷度あるいは疲労損傷
値とは、破壊に至る繰り返し数、または、これ以上の安
定運用は不可能と判断されるよう深差の亀裂が生じる繰
り返し数に対するこれまでに該機械部品の運転によって
繰り返された繰り返し数の割合で表される。

疲労損傷では、亀裂が生じる前には前述したように材料
部品の微視組織が変化するが、これは材料内部にセル組
織と呼ばれる相互に結晶方位が若干異なる微小な結晶粒
が形成される過程である。

この過程は光学顕微鏡等では視察できないが結晶方位が
相互に異なる微小な結晶粒が生成することから、これに
Ｘ線を照射すると試料の結晶面から回折するＸ線の方向
が微小に異なるようになり、回折Ｘ線スペクトルと呼ば
れる回折Ｘ線強度と回折角度との関係図のスペクトルの
広がりが広くなる。

回折Ｘ線プロファイルの広がりは、ピークの強度の半分
の強度を有する位置間の回折角度を半価幅として定量化
できる。

従来より、疲労損傷と細束Ｘ線半価幅戸の間には明確な
関係があることが知られている。しかし従来の細束Ｘ線
回折波半価幅測定装置には、材料の一点毎の測定しか行
なうことができないので、例えば、２次元的な疲労損傷
の分布を検出することは困難であった。

［発明が解決しようとする問題点］ 例えば、繰り返し荷重を受ける機械部品に蓄積された疲
労損傷は、該部品の形状や表面に開口した微小な切欠等
の欠陥に影響されやすく位置によって疲労損傷が大きく
異なることが多い。

しかるに上述した従来の細束Ｘ線回折波測定装置では微
視的な領域の細束Ｘ線半価幅を多数点連続して測定する
ことができないため、疲労損傷の分布を知ることが困難
であるとともに、該部品の疲労寿命を支配する最大の疲
労損傷とその位置を検出することは極めて困難であっ
た。

本発明は、表面に細束Ｘ線を照射し回折Ｘ線半価幅を測
定し、これを２次元的に多数個連続して集積し、２次元
的な疲労損傷の分布として表示し得るとともに、最大疲
労損傷とその位置を検出し得る非破壊検査装置を提供す
ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明による非破壊検査装置は、機械部品の疲労損傷を
非破壊的に検査する非破壊検査装置において、単色の細
束Ｘ線を機械部品の表面に２次元的に且つ連続的に照射
し、各照射点から回折する各Ｘ線強度信号を記憶する記
憶装置と、上記各Ｘ線強度信号から各回折Ｘ線の半価幅
を測定し、回折Ｘ線半価幅−疲労損傷基準線図を用いて
上記各半価幅から上記各照射点の疲労損傷を算出する演
算装置とを具備してなることを特徴とする。

［作用］ 本発明によれば、機械部品等の材料表面に単色の細束Ｘ
線を機械部品を照射し、回折するＸ線を一定時間検出
し、該回折Ｘ線信号から半価幅を算出してこれを記憶装
置に記憶し、これを多数回２次元的に連続して行なった
後、記憶した多数個の回折Ｘ線半価幅から回折Ｘ線半価
幅−疲労損傷基準線図により疲労損傷度を算出し、各分
析点の疲労損傷度を一定量に区分して各区分に対応させ
た特定の記号もしくは色を用いて２次元的な疲労損傷の
分布を表示したり、または分析領域中の最大疲労損傷度
とその位置を検出することができる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例の構成を示す図で、１は単色
の細束Ｘ線を発生するＸ線源、２は機械部品等の試料、
３は照射Ｘ線、４は回折Ｘ線、５はＸ線検出器、６は演
算装置、７は記憶装置、９はディスプレイ装置、10は出
力装置を示す。

第２図は本発明の一実施例における回折Ｘ線半価幅と疲
労寿命消費率の関係および実験値を示す図である。

第３図は本発明の一実施例における機械部品の疲労損傷
検出結果の一例を示す図であり、８は分析領域を示す。

上記本発明の一実施例の作用について説明する。

第１図において、Ｘ線源１から試料２の表面に垂直に、
平行なＸ線３を照射する。試料２から回折する回折Ｘ線
はＸ線検出器によって検出されるが、この検出器は通常
位置敏感型Ｘ線検出器と呼ばれるＸ線検出器である。こ
の検出器ではＸ線の照射位置からＸ線源に引いたベクト
ルと回折Ｘ線の方向ベクトル間のなす角度毎に、任意の
角度間に回折するＸ線の一定時間内の光子量、すなわ
ち、回折Ｘ線強度、として計測される。

また、この検出器に代わってシンチレーションカウンタ
ーと呼ばれる検出器も用いることができる。

測定する全角度方向毎の回折Ｘ線強度データは、その角
度とともに、演算装置６へ送られる。

一定時間Ｘ線を測定した後、演算装置６に集積された回
折Ｘ線強度分布から、該分布の半価幅を計算し、該半価
幅と試料位置を記憶装置７に記憶するとともに図示しな
いＸ線走査装置又は試料台駆動装置により、試料２の２
次元的な領域の各点の回折Ｘ線半価幅を順次測定してい
き、測定点の位置と半価幅値を記憶装置７に記憶させ
る。

すべての測定が終了すると、予め作成した第２図に示す
ように回折Ｘ線半価幅−疲労寿命消費率に基づいて、各
点の疲労寿命消費率を算出する。

第２図中の縦軸、すなわち疲労寿命消費率とは、表面に
生じた疲労亀裂長さが5mmになるまでの繰り返し数に対
するこれまでの運転による繰り返し数の割合である。

算出した疲労寿命消費率を一定量に区分して、各区分に
対応した模様または色によって２次元的に表示するか、
もしくは最大の疲労寿命消費率とその位置を表示する。
なお、９及び10は演算装置６に連結されたディスプレイ
装置及び出力装置である。

しかして上記実施例によれば次のような操作により従来
の測定法では得られなかった疲労損傷に関する２次元的
な情報が定量的に入手できた。

即ち第３図は、高温で繰り返し荷重を受けた合金鋼から
なる機械部品の点線で示す分析領域８について、本発明
装置によって前述の疲労寿命消費率の測定を行ない、疲
労寿命消費率を最大値と最小値の間で、60％以上、60〜
40％、40〜20％、20％以下の４段階に区分し、各段階に
対応した色で表示したものである。

第３図の分析領域８のサイズは1mm×1mmである。

前述した従来法では、一点のみの疲労損傷の検出しかで
きなかったのに対して、本発明によると、疲労損傷の分
布状態を知ることができるとともに、機械部品の疲労寿
命を決定する最大疲労損傷値とその位置を知ることがで
きる。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば、 （１）例えば繰り返し荷重下で使用されている機械部品
の微小領域の多数点２次元的に連続して集積し、任意の
領域の測定終了後該領域の疲労損傷を２次元的に表示す
ることによって、表面の２次元的な疲労損傷の分布状態
と、寿命を決定する最大疲労損傷度を非破壊的に測定す
ることができ、 （２）繰り返し荷重下で使用されている機械部品等の信
頼性の向上と、寿命の延長が図れる等の優れた効果が奏
せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、 第２図は本発明の一実施例における回折Ｘ線半価幅と疲
労寿命消費率の関係を示す図、 第３図は本発明の一実施例における機械部品の疲労損傷
の検出結果の一例を示す図である。 （符号の説明） １……Ｘ線源、 ２……試料、 ３……照射Ｘ線、 ４……回折Ｘ線、 ５……Ｘ線検出器、 ６……演算装置、 ７……記憶装置、 ８……分析領域、 ９……ディスプレイ装置、 10……出力装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機械部品の疲労損傷を非破壊的に検査する
   非破壊検査装置において、単色の細束Ｘ線を機械部品の
   表面に２次元的に且つ連続的に照射し、各照射点から回
   折する各Ｘ線強度信号を記憶する記憶装置と、上記各Ｘ
   線強度信号から各回折Ｘ線の半価幅を測定し、回折Ｘ線
   半価幅−疲労損傷基準線図を用いて上記各半価幅から上
   記各照射点の疲労損傷を算出する演算装置とを具備して
   なることを特徴とする非破壊検査装置。