JPH08271397A - 熱疲労試験方法および熱疲労試験装置 - Google Patents
熱疲労試験方法および熱疲労試験装置Info
- Publication number
- JPH08271397A JPH08271397A JP7218995A JP7218995A JPH08271397A JP H08271397 A JPH08271397 A JP H08271397A JP 7218995 A JP7218995 A JP 7218995A JP 7218995 A JP7218995 A JP 7218995A JP H08271397 A JPH08271397 A JP H08271397A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- test body
- laser beam
- heated
- temperature
- test
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- Pending
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 レーザ発振器２から発射されたレーザビーム
を試験体４に照射するとともに、このレーザビームが照
射された試験体４の表面状態を、検出装置８により調べ
る熱疲労試験方法である。 【効果】 試験体の表面を加熱するのに、レーザビーム
を使用しているので、高周波加熱を使用して試験体を加
熱する場合に比べて、充分な熱量を狭い範囲に与えるこ
とができ、したがって実際の熱負荷条件を満足させるこ
とが可能となり、また加熱・冷却サイクルを非常に短く
できる。
を試験体４に照射するとともに、このレーザビームが照
射された試験体４の表面状態を、検出装置８により調べ
る熱疲労試験方法である。 【効果】 試験体の表面を加熱するのに、レーザビーム
を使用しているので、高周波加熱を使用して試験体を加
熱する場合に比べて、充分な熱量を狭い範囲に与えるこ
とができ、したがって実際の熱負荷条件を満足させるこ
とが可能となり、また加熱・冷却サイクルを非常に短く
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加熱による熱疲
労試験方法およびその装置に関するものである。
労試験方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、加速器、核融合炉、圧延ロー
ル、エンジン部品、タービン翼など高熱の環境下で使用
される機器については、熱疲労試験が行われている。
ル、エンジン部品、タービン翼など高熱の環境下で使用
される機器については、熱疲労試験が行われている。
【０００３】従来、この種の熱疲労試験は、高周波加熱
による方法が採用されていた。すなわち、図４に示すよ
うに、試験片５１の棒状測定部５１ａにコイル５２を巻
回するとともに、このコイル５２に高周波加熱装置５３
を接続し、そして上記コイル５２に高周波電流を流して
測定部５１ａを誘導加熱により加熱するとともに力を加
え、この測定部５１ａの歪みを歪測定具５４により測定
して記録計５５に記録し、熱疲労が計られていた。
による方法が採用されていた。すなわち、図４に示すよ
うに、試験片５１の棒状測定部５１ａにコイル５２を巻
回するとともに、このコイル５２に高周波加熱装置５３
を接続し、そして上記コイル５２に高周波電流を流して
測定部５１ａを誘導加熱により加熱するとともに力を加
え、この測定部５１ａの歪みを歪測定具５４により測定
して記録計５５に記録し、熱疲労が計られていた。
【０００４】なお、図４中、５６は測定部５１ａの温度
を測定する熱電対で、この測定温度は、高周波加熱装置
５３の温度制御器５７に入力されている。
を測定する熱電対で、この測定温度は、高周波加熱装置
５３の温度制御器５７に入力されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、試験片５１
を加熱するのに、高周波誘導加熱を使用しているので、
試験片５１の測定部５１ａに与えるエネルギー密度（Ｗ
／cm2 ）が約１０2 Ｗ／cm2 程度と低く、上述したよう
な、高い温度に曝される部位の試験には、正確なデータ
が得られないという問題があった。
を加熱するのに、高周波誘導加熱を使用しているので、
試験片５１の測定部５１ａに与えるエネルギー密度（Ｗ
／cm2 ）が約１０2 Ｗ／cm2 程度と低く、上述したよう
な、高い温度に曝される部位の試験には、正確なデータ
が得られないという問題があった。
【０００６】なお、プラズマアークを用いることも考え
られるが、エネルギー密度分布を制御することができな
いという欠点がある。そこで、本発明は上記問題を解消
し得る熱疲労試験方法およびその装置を提供することを
目的とする。
られるが、エネルギー密度分布を制御することができな
いという欠点がある。そこで、本発明は上記問題を解消
し得る熱疲労試験方法およびその装置を提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の熱疲労試験方法は、レーザ発振器から発射
されたレーザビームを試験体に照射するとともに、この
レーザビームが照射された試験体の表面状態を調べる方
法である。
め、本発明の熱疲労試験方法は、レーザ発振器から発射
されたレーザビームを試験体に照射するとともに、この
レーザビームが照射された試験体の表面状態を調べる方
法である。
【０００８】また、上記課題を解決するため、本発明の
熱疲労試験装置は、レーザ発振器と、このレーザ発振器
から発射されたレーザビームを絞るとともにこの絞られ
たレーザビームを試験体に照射する集光レンズと、この
試験体表面の温度を測定するとともにこの測定温度を上
記レーザ発振器の制御部に出力する温度測定器と、上記
レーザビームにより加熱された試験体の表面状態を検出
する検出装置とから構成したものである。
熱疲労試験装置は、レーザ発振器と、このレーザ発振器
から発射されたレーザビームを絞るとともにこの絞られ
たレーザビームを試験体に照射する集光レンズと、この
試験体表面の温度を測定するとともにこの測定温度を上
記レーザ発振器の制御部に出力する温度測定器と、上記
レーザビームにより加熱された試験体の表面状態を検出
する検出装置とから構成したものである。
【０００９】
【作用】上記の熱疲労試験方法およびその装置による
と、試験体の表面を加熱するのに、レーザビームを使用
しているので、例えば高周波加熱を使用して試験体を加
熱する場合に比べて、充分な熱量を狭い範囲に与えるこ
とができ、また加熱・冷却サイクルを非常に短くでき
る。
と、試験体の表面を加熱するのに、レーザビームを使用
しているので、例えば高周波加熱を使用して試験体を加
熱する場合に比べて、充分な熱量を狭い範囲に与えるこ
とができ、また加熱・冷却サイクルを非常に短くでき
る。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図３に基づ
き説明する。図１において、１は本発明に係る熱疲労試
験装置で、レーザ発振器２と、このレーザ発振器２を制
御する出力コントローラ３と、上記レーザ発振器２から
発射されたレーザビームを絞るとともにこの絞られたレ
ーザビームを試験体４に照射する集光レンズ５と、上記
レーザ発振器２と集光レンズ５との間に設けられてレー
ザビームの照射方向の向きを変更するための反射ミラー
６と、上記試験体４表面の温度を測定するとともにその
測定温度を上記レーザ発振器２の出力コントローラ３に
出力する放射温度計（温度測定器）７と、上記レーザビ
ームが照射された試験体４の表面状態を検出する検出装
置８とから構成されている。
き説明する。図１において、１は本発明に係る熱疲労試
験装置で、レーザ発振器２と、このレーザ発振器２を制
御する出力コントローラ３と、上記レーザ発振器２から
発射されたレーザビームを絞るとともにこの絞られたレ
ーザビームを試験体４に照射する集光レンズ５と、上記
レーザ発振器２と集光レンズ５との間に設けられてレー
ザビームの照射方向の向きを変更するための反射ミラー
６と、上記試験体４表面の温度を測定するとともにその
測定温度を上記レーザ発振器２の出力コントローラ３に
出力する放射温度計（温度測定器）７と、上記レーザビ
ームが照射された試験体４の表面状態を検出する検出装
置８とから構成されている。
【００１１】また、上記検出装置８は、試験体４の表面
を観察する顕微鏡１１と、この顕微鏡１１により検出
（観察）された表面状態を記録するレコーダ１２と、こ
のレコーダ１２に記録された表面状態を映し出す表示装
置（例えば、モニター装置）１３とから構成されてい
る。
を観察する顕微鏡１１と、この顕微鏡１１により検出
（観察）された表面状態を記録するレコーダ１２と、こ
のレコーダ１２に記録された表面状態を映し出す表示装
置（例えば、モニター装置）１３とから構成されてい
る。
【００１２】なお、レーザ光としては、ＣＯ2 ガスレー
ザが用いられるが、ＹＡＧレーザを使用してもよい。そ
して、図示していないが、レーザ発振器２と集光レンズ
５との間の光経路Ａの途中に、レーザビームを所定の形
状にするためのシェイピング光学系（図示せず）が配置
される。
ザが用いられるが、ＹＡＧレーザを使用してもよい。そ
して、図示していないが、レーザ発振器２と集光レンズ
５との間の光経路Ａの途中に、レーザビームを所定の形
状にするためのシェイピング光学系（図示せず）が配置
される。
【００１３】例えば、このシェイピング光学系により、
図２の（ａ）に示すように、円形かつ山形状のエネルギ
ー分布をしたレーザビームが、図２の（ｂ）および
（ｃ）に示すように、細長い、または矩形状（正方形
状）のエネルギー分布に変えられる。なお、図２
（ａ），（ｂ），（ｃ）の左側は密度分布を示し、右側
は分布範囲を示す。
図２の（ａ）に示すように、円形かつ山形状のエネルギ
ー分布をしたレーザビームが、図２の（ｂ）および
（ｃ）に示すように、細長い、または矩形状（正方形
状）のエネルギー分布に変えられる。なお、図２
（ａ），（ｂ），（ｃ）の左側は密度分布を示し、右側
は分布範囲を示す。
【００１４】そして、このようなエネルギー分布を持っ
たレーザビームを、非常に短いパルス（例えば、５秒／
１サイクル）でもって試験体４に繰り返し照射される。
例えば、図３に示すように、所定の電力Ｐでもって、オ
ン・オフが繰り返されて、試験体４にレーザビームが照
射される。
たレーザビームを、非常に短いパルス（例えば、５秒／
１サイクル）でもって試験体４に繰り返し照射される。
例えば、図３に示すように、所定の電力Ｐでもって、オ
ン・オフが繰り返されて、試験体４にレーザビームが照
射される。
【００１５】このようにして、試験体４の表面が、非常
に狭い範囲、すなわち局部的に加熱され、したがって入
熱量も少なく、例えば高周波加熱による加熱・冷却サイ
クルに比べると、その１サイクルに要する時間は、１／
５０程度となる（高周波加熱の場合には、２５０秒程度
要する）。
に狭い範囲、すなわち局部的に加熱され、したがって入
熱量も少なく、例えば高周波加熱による加熱・冷却サイ
クルに比べると、その１サイクルに要する時間は、１／
５０程度となる（高周波加熱の場合には、２５０秒程度
要する）。
【００１６】また、加熱深さは高周波加熱の場合に比べ
て非常に浅く、例えば１／１０7 程度となる。すなわ
ち、外部からの熱源により、直接、加熱される領域（相
互作用領域）が小さくなり、材料の持つ拘束応力と熱歪
の状態（自拘束による熱疲労、すなわち物体の表面だけ
が瞬間加熱された状態）をシミュレーションすることが
でき、したがって例えば高輝度の加速器などにおいて問
題となる線状加熱の熱負荷条件を満足することができ
る。
て非常に浅く、例えば１／１０7 程度となる。すなわ
ち、外部からの熱源により、直接、加熱される領域（相
互作用領域）が小さくなり、材料の持つ拘束応力と熱歪
の状態（自拘束による熱疲労、すなわち物体の表面だけ
が瞬間加熱された状態）をシミュレーションすることが
でき、したがって例えば高輝度の加速器などにおいて問
題となる線状加熱の熱負荷条件を満足することができ
る。
【００１７】具体的には、高周波加熱によると、その加
熱領域が広く、例えば高エネルギー加速器の熱疲労条件
（０．４mm幅，３．７５ｋＷ／cm2 ）を満足することが
できない。これに対して、レーザビームの場合には、例
えば銅材料の熱疲労試験（３．７５ｋＷ／cm2 ）が可能
となり、試験時間についても、５秒／１サイクルと大幅
に短縮することができる。
熱領域が広く、例えば高エネルギー加速器の熱疲労条件
（０．４mm幅，３．７５ｋＷ／cm2 ）を満足することが
できない。これに対して、レーザビームの場合には、例
えば銅材料の熱疲労試験（３．７５ｋＷ／cm2 ）が可能
となり、試験時間についても、５秒／１サイクルと大幅
に短縮することができる。
【００１８】また、光経路Ａの途中に、シェイピング光
学系が配置されているため、加熱範囲を、点状、線状ま
たは面状のいずれにもすることができるが、高周波加熱
の場合には、形状を選択することができない。
学系が配置されているため、加熱範囲を、点状、線状ま
たは面状のいずれにもすることができるが、高周波加熱
の場合には、形状を選択することができない。
【００１９】さらに、高周波加熱による場合には、コイ
ルなどにより、試験片の加熱部の観察が不可能であった
が、レーザビームによる場合には、コイルなどが不要で
あるため、顕微鏡などによるリアルタイムの観察が可能
となる。
ルなどにより、試験片の加熱部の観察が不可能であった
が、レーザビームによる場合には、コイルなどが不要で
あるため、顕微鏡などによるリアルタイムの観察が可能
となる。
【００２０】ここで、本発明の試験方法（レーザビーム
法）と従来の試験方法（高周波加熱法）について各条件
の比較をすると、下記の［表１］のようになる。
法）と従来の試験方法（高周波加熱法）について各条件
の比較をすると、下記の［表１］のようになる。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明の熱疲労試験方法お
よびその装置によると、試験体の表面を加熱するのに、
レーザビームを使用しているので、例えば高周波加熱を
使用して試験体を加熱する場合に比べて、充分な熱量を
狭い範囲に与えることができ、したがって実際の熱負荷
条件を満足させることが可能となり、また加熱・冷却サ
イクルを非常に短くできる。
よびその装置によると、試験体の表面を加熱するのに、
レーザビームを使用しているので、例えば高周波加熱を
使用して試験体を加熱する場合に比べて、充分な熱量を
狭い範囲に与えることができ、したがって実際の熱負荷
条件を満足させることが可能となり、また加熱・冷却サ
イクルを非常に短くできる。
【図１】本発明の一実施例における熱疲労加熱装置の概
略構成を示すブロック図である。
略構成を示すブロック図である。
【図２】同実施例の熱疲労加熱装置におけるレーザビー
ムの分布状態を示す図である。
ムの分布状態を示す図である。
【図３】同実施例の熱疲労加熱装置におけるレーザビー
ムのパルスを示す波形図である。
ムのパルスを示す波形図である。
【図４】従来例における熱疲労加熱装置の概略構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
１ 熱疲労試験装置 ２ レーザ発振器 ３ 出力コントローラ ４ 試験体 ５ 集光レンズ ６ 反射ミラー ７ 放射温度計 ８ 検出装置
Claims (2)
- 【請求項１】レーザ発振器から発射されたレーザビーム
を試験体に照射するとともに、このレーザビームが照射
された試験体の表面状態を調べることを特徴とする熱疲
労試験方法。 - 【請求項２】レーザ発振器と、このレーザ発振器から発
射されたレーザビームを絞るとともにこの絞られたレー
ザビームを試験体に照射する集光レンズと、この試験体
表面の温度を測定するとともにこの測定温度を上記レー
ザ発振器の制御部に出力する温度測定器と、上記レーザ
ビームにより加熱された試験体の表面状態を検出する検
出装置とから構成したことを特徴とする熱疲労試験装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7218995A JPH08271397A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 熱疲労試験方法および熱疲労試験装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7218995A JPH08271397A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 熱疲労試験方法および熱疲労試験装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08271397A true JPH08271397A (ja) | 1996-10-18 |
Family
ID=13482023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7218995A Pending JPH08271397A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 熱疲労試験方法および熱疲労試験装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08271397A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015534062A (ja) * | 2012-09-21 | 2015-11-26 | コーニング インコーポレイテッド | ガラスシートの端部強度を検証する方法 |
| CN107941516A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-04-20 | 中船动力研究院有限公司 | 激光加热活塞热疲劳试验系统和试验方法 |
| CN110553596A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-12-10 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种应用于聚变堆装置内部部件的综合监测与诊断系统 |
-
1995
- 1995-03-30 JP JP7218995A patent/JPH08271397A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015534062A (ja) * | 2012-09-21 | 2015-11-26 | コーニング インコーポレイテッド | ガラスシートの端部強度を検証する方法 |
| CN107941516A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-04-20 | 中船动力研究院有限公司 | 激光加热活塞热疲劳试验系统和试验方法 |
| CN110553596A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-12-10 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种应用于聚变堆装置内部部件的综合监测与诊断系统 |
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