JPH0871919A

JPH0871919A - ウォータージェットピーニング施工装置

Info

Publication number: JPH0871919A
Application number: JP21011294A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Satou; 一教佐藤; Fumio Manabe; 二三夫真鍋; Katsuya Shigehiro; 勝矢重弘
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1994-09-02
Filing date: 1994-09-02
Publication date: 1996-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】残留応力が十分に改善される施工条件になっ
ているか等を施工中に監視することで、水中施工に伴う
困難さを解決することができるウォータージェットピー
ニング施工装置を提供する。【構成】キャビテーションを伴う水中高速水噴流を衝
突させることにより、水中構造物の残留応力改善、切
断、掘孔あるいは洗浄等を行う、いわゆるウォータージ
ェットピーニング施工装置において、加工対称部位に対
する噴流の衝突状態、ノズル１における噴射圧力あるい
は噴射衝突時間など施工状態の適切さを判断するための
センサ１０を加工対称部材６近傍に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水中における高速水噴
流に発生するキャビテーションを利用し、構造材をピー
ニング施工する、いわゆるウオータージェットピーニン
グ技術に係わり、特に遠隔操作における水中ピーニング
施工の状態を外部から監視する技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】応力腐食割れ（ＳＣＣ）を起こすポテン
シャルのある熱影響部（溶接部）を有する既設構造物の
表面残留応力は、小さな鋼球を気流の勢いで吹きつける
ショットブラスト、砂粒を用いるサンドブラスト、氷粒
を用いるクライオブラスト等によるピーニング処理によ
り、残留応力を引っ張り方向（亀裂を拡大させる方向）
から圧縮方向へ改善する対策が取られる。このようなピ
ーニング技術は、残留応力対策あるいは表面硬化処理と
して、各種機械構造物や部品加工に広く用いられてい
る。

【０００３】しかし、このような操作のできない環境に
ありながら、是非ともピーニングしなければならない構
造物も多い。例えば、冷却水を張った状態の特殊な熱交
換器や反応槽、あるいは海洋構造物の溶接部は、何れも
水を除いての作業は物理的あるいは経済的に大変難し
い。

【０００４】また、ブラスト粒子を水中から全量回収す
ることは不可能に近い。氷粒を用いれば回収は不要であ
るが、経済的なメリットは出にくい。なお、ピーニング
施工は、上記応力腐食割れのみならず、疲労強度の向上
に対しても効果的である。

【０００５】高速ウォータージェットの利用は、ユニー
クな加工、採鉱あるいは洗浄技術として広く知られる
が、これを表面応力改善に利用する試みがウェスチング
ハウス・エレクトリック社により行われた（特開昭６２
−６３６１４号公報）。

【０００６】水噴流によるピーニングは、水冷効果もあ
って局所的な温度上昇を防げるというメリットもある。
しかしこれは、水噴流の軸動力を有効に利用できる大気
中の作業であり、この技術を水中施工法としてそのまま
展開できる保証はない。

【０００７】水中では、噴流の軸動圧力の減衰がかなり
早い。これは、周囲水の抵抗と同じ液相であるがため
に、噴流の水中への拡散が早いことに起因する。水中に
おいて、気相中水噴流なみの軸動圧力を得るためには、
従来式の高圧ポンプでは対応しきれず、超高圧装置が必
要になり、コスト的に大変不利な技術になってしまう。
一方、水中における高速水噴流には、噴流の乱れと、そ
れと周囲水との剪断作用の複合効果により図１９に示す
ように激しいキャビテーションが発生する。

【０００８】なお、図１９において、１８０１はノズ
ル、１８０２は高圧水、１８０３は周囲水、１８０４は
液芯（コア）、１８０５はキャビテーションクラウド、
１８０６は渦キャビテーション、１８０７は残存気泡で
ある。

【０００９】キャビテーションを促進し、多量に発生す
る気泡の崩壊・衝撃圧力、特に渦キャビテーションの気
泡列の衝突による衝撃圧を有効に利用できれば、気相中
水噴流なみのピーニング効果をさほど高くない噴射圧力
で達成できる。

【００１０】このように、水中高速水噴流を適正な条件
で施工対象物に衝突させれば、キャビテーション気泡崩
壊時の衝撃パルスの繰り返しにより、ショットピーニン
グと同様の残留応力改善効果を得ることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図１６は水中高速水噴
流を噴射する際に用いるノズルの構造例を示すものであ
る。

【００１２】このノズルは、高圧水供給流路１５０４か
ら噴出孔１５０６にかけての径収縮部（しぼり部）１５
０５におけるしぼり角度θが小さく、高圧水１５０２が
緩やかに減圧加速されるタイプである。

【００１３】なお、１５０１はノズル本体、１５０３は
中心軸である。

【００１４】図１７もノズルの構造の一例を示すもので
ある。

【００１５】このノズルは、しぼり角度θが大きく、径
収縮部（しぼり部）１６０５において、急激に減圧加速
される。噴出孔１６０６において、強い縮流が生じやす
く、図１６に示したノズルに比べると、噴流に激しいキ
ャビテーションが生じやすいものの圧力損失が大きく、
ポンプに負荷が掛かりやすいというきらいがある。

【００１６】なお、１６０１はノズル本体、１６０２は
高圧水、１６０３は中心軸、１６０４は高圧水供給流路
である。

【００１７】図１８はノズルから噴流軸に沿うスタンド
オフ距離に沿うスタンドオフ距離と噴流のキャビテーシ
ョンから発生する衝撃圧の分布を模式的に描いたもので
ある。

【００１８】スタンドオフ距離に対して、衝撃圧分布は
２つのピークを有する分布となる。ノズル１７０１に近
い第１ピークは、噴流のエネルギーが局部に集中する。
この第１ピークは鋭く尖っており、スタンドオフ距離が
少しでもずれると、衝撃圧のレベルは減少する。

【００１９】一方、下流の第２ピークは、衝撃エネルギ
ーが広く分散する。また、第２ピークの分布形状は緩や
かであり、第１ピークとは異なり、スタンドオフ距離が
多少ずれても衝撃圧のレベルは急変しない。

【００２０】なお、１７０２は高圧水、１７０３はキャ
ビテーションを伴う水中水噴流である。

【００２１】前述した図１９は水中水噴流の現象を模式
的に描いたものである。第１ピークは、ノズル１８０１
から噴出直後において、噴流中心の「液芯（コア）」１
８０４が衝突する領域にほぼ相当する。第１ピークは、
この「液芯（コア）」１８０４の変動とキャビテーショ
ンクラウド１８０５の成長とが連成した結果生じたもの
である。

【００２２】一方、第２ピークは、キャビテーションク
ラウドが分裂し、噴流の界面剪断層において渦キャビテ
ーション１８０６が活発に生成する領域にほぼ相当して
いる。なお、第１ピークのスタンドオフ距離方向に対す
る位置は、噴射圧力が増加すると下流へシフトする。

【００２３】以上のように、水中水噴流は空間的に大き
く構造が異なるため、噴流の衝突位置が異なると、加工
対象材料が受ける影響も全く異なってしまう。水中水噴
流においては、ノズルの条件設定が極めて重要である
が、ノズルの水中位置決め操作（マニュピレーション）
は必ずしも容易ではない。

【００２４】ノズルの位置決めに失敗すると、加工対象
物に噴流が衝突しないことも起こりうる。また、上記し
た第１ピークは、壊食（エロージョン）を起こし易いた
めに残留応力改善には適していない。逆に、第２ピーク
は、噴流のエネルギーが広く分散するため水中切断や水
中掘孔には不敵である。

【００２５】ところで、ウォータージェットピーニング
による水中施工の監視は、水中カメラを用いても可能で
ある。しかし、水が濁って視界が不良な状況に対しては
無力であるし、多量に発生するキャビテーションが視野
を遮ってしまう。また、狭い個所へは、カメラを付設し
たノズルを近づけにくいという問題がある。

【００２６】本発明はこのような背景に基づいてなされ
たものであり、残留応力が十分に改善される施工条件に
なっているか等を施工中に監視することで、水中施工に
伴う困難さを解決することができるウォータージェット
ピーニング施工装置を提供することを目的とするもので
ある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明においては、ＷＪ
Ｐ（ウォータージェットピーニング）施工状態を監視
し、その加工性能と信頼性を確保するために次のような
手段を採用する。

【００２８】ＡＥ（アコースティック・エミッション）
センサを、容器外部にまで貫通している加工対象部材に
設置し、ＡＥ信号を音響パワーＩとして算出し、このＩ
のレベルに基づいてＷＪＰの施工状態を監視する。

【００２９】音響パワーＩが小さ過ぎれば、ノズルが加
工対象部材に近接し過ぎているか、あるいは噴流が加工
対象部材にうまく衝突していない、すなわち、「的はず
れ」状態にあると判断される。このような場合には、施
工を続けても、残留応力の改善効果が小さい。

【００３０】対策として、マニュピレータを駆動し、ノ
ズルの位置決めを再調整する。また、Ｉが小さくなる一
つの原因として、ノズルからの噴射圧力、即ちポンプの
吐出圧力が低過ぎることも考えられる。ノズルの位置決
めを調整しても、Ｉのレベルが低い場合にはこのような
ケースも有り得るので、ポンプの噴射条件が誤って設定
されていないか、またはリーク個所等を再確認する。

【００３１】音響パワーＩが要求されるレベルよりも極
端に大きな場合は、スタンドオフ距離ｘが、いわゆる前
出した噴流衝撃圧の「第１ピーク」に相当する領域にあ
る可能性がある。

【００３２】このような時には、加工対象部材が壊食
（エロージョン）や大規模な破壊といったトラブルを起
こすおそれがあるので、「第２ピーク」相当のスタンド
オフ距離まで加工部材からノズルを遠ざけるか、あるい
は噴射圧力を下げることで対応する。

【００３３】また、ＡＥ信号の周波数分布において、特
定の周波数のレベルが圧倒的に卓越したり、あるいは周
波数分布が激しく変動するように、明らかに異常な挙動
と判断される変化が生じた場合は、加工対象部材に壊食
（エロージョン）や亀裂発生、あるいは破壊等の極端な
現象が生じる場合があるので、ポンプを緊急停止し、加
工部の点検を行う。

【００３４】なお、上記した音響パワーＩは、次のよう
に定義される。

【００３５】Ｉ＝Σ（Ｎｐ）ｊ・（Ｐｐ）ｊ² ここに、（Ｐｐ）ｊ…音響パルス（イベントとも呼ばれる）のｊ
番目の大きさの振幅（Ｎｐ）ｊ…音響パルスのｊ番目の大きさの個数（事象
数）上記したＡＥ法は、圧延機の滑り軸受の損傷状態監視な
どに広く用いられている（例えば、「ＡＥ法で設備診断
や製品検査」日経メカニカル１９９３／１０−４，Ｐ．
３０〜）。

【００３６】本発明は、このＡＥ法をウォータージェッ
トピーニング法へ適用するものであり、ＡＥ法を以下に
述べる新規な評価手段として用いることに本発明の特徴
がある。

【００３７】（１）加工対象物に対する噴流の衝突状態
の監視に適用すること。

【００３８】（２）残留応力の改善効果（圧縮方向残留
応力の発生）の確認に用いること。

【００３９】（３）ＡＥの事象信号データを基に、上記
した音響パワーＩ値を用いて評価すること。

【００４０】

【作用】ノズルを加工対象面に近づけ過ぎた場合、例え
ばスタンドオフ距離ｘ／Ｄ＜１０（ｘ；ノズルと加工対
象面間のスタンドオフ距離、Ｄ；ノズルの噴出孔径）と
なった場合、音響パワーＩの値は小さく、結局、残留応
力の改善量Δσ〔Δσ＝σ₂−（−σ₁），σ₂；ＷＪ
Ｐ施工後の圧縮残留応力、−σ₂；施工前の引っ張り残
留応力〕も、必要な性能を満足しなくなる。

【００４１】このような場合には、Ｉの監視結果に基づ
き、ノズルを加工対象面から遠ざけねばならない。第１
ピークの領域にほぼ相当する１０＜ｘ／Ｄ＜２０の位置
にノズルを設置した場合には、音響パワーＩは急増す
る。

【００４２】この第１ピークにおいては、水噴流のエネ
ルギーが加工面の局部に集中するため、音響パワーＩは
１０¹⁰にも達することがある。Δσを増加させる効果よ
りも、加工面に壊食（エロージョン）を起こす可能性が
あるため、残留応力改善施工には必ずしも適していな
い。むしろ、この第１ピークの利用は、水中構造物の切
断や掘孔といった施工に相応しいといえる。

【００４３】スタンドオフ距離２０＜ｘ／Ｄ＜７０の領
域では、音響パワーＩが低下し、従って残留応力の改善
量Δσも小さくなる。第２ピークに相当する７０＜ｘ／
Ｄ＜１４０の領域では、音響パワーＩが増大する。これ
は、加工対象物に対して、強い力学的作用を及ぼしてい
る証拠であり、結果的に残留応力も広い面積にわたり改
善される。

【００４４】また、Δσの値も、前出の２０＜ｘ／Ｄ＜
７０の領域に比べると格段に増加する。Ｉ値が小さくノ
ズルの位置が不適切と判断された場合には、第２ピーク
の位置になるように、つまりＩ値がおよそ１０⁸〜１０
⁹のレベルに達するように、ノズルの位置を再設定すれ
ばよい。

【００４５】なお、この第２ピークの領域は、スタンド
オフ距離に対しては比較的鈍感であり、ノズルの位置が
目標から多少ずれてもＩ値は低下せず、目標とする残留
応力改善がほぼ達成される。

【００４６】一方、加工対象物が円柱の場合は、第２ピ
ークの領域を用いれば、噴流が円柱の中心から多少ずれ
ても（噴流の中心軸が円柱の法線と一致していないケー
スを指す）、音響パワーＩは大きな値が得られる。

【００４７】これは、円柱の側壁から後流にかけて生じ
る強い渦流の作用により、キャビテーションが円柱の背
後にまで回り込み、円柱背面部の内部応力に影響が及ぶ
からである。結果的に、円柱体の広い面積部分の残留応
力が圧縮側に改善される。

【００４８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００４９】図１は残留応力を改善し応力腐食割れ（Ｓ
ＣＣ）を防止するために、熱交換器の圧力容器３内部に
おける導管６とスタブチューブ７の溶接部８に対し、キ
ャビテーションを伴う水中水噴流２を衝突させてピーニ
ング施工を行う状況を示す実施例である。

【００５０】熱交換器の圧力容器３内の冷却水４中にお
いて、ノズル１から高圧水（イ）を冷却水４中に噴射す
る。圧力容器底部５から外部へ貫通する導管６に対し
て、ＡＥ（アコースティック・エミッション）センサ１
０は、ピーニング施工部すなわち実施例においては導管
６とスタブチューブ７の溶接部８に対し、出来るだけ近
い位置に設置するようにする。９は溶接部である。

【００５１】図２は導管２０２に設置したＡＥセンサ２
０１からの信号のフローと、ＷＪＰ施工制御・駆動系の
系統図をブロック図としてまとめたものである。

【００５２】ＡＥセンサ２０１からの信号は、信号解析
装置２０３においてＡＥ事象が解析され、音響パワーＩ
が求められる。これに基づく指令が、ノズルのマニュピ
レータ駆動用信号プロセッサ２０４およびポンプ駆動用
信号プロセッサ２０５に送られ、それぞれマニュピレー
タ制御装置２０６およびポンプ用制御装置２０７を駆動
させる。

【００５３】噴射圧力の変更が必要になった場合には、
ポンプ用制御装置２０７がポンプの吐出圧力を変化させ
る。あるいは、ノズルの位置決めに問題があると判断さ
れた場合には、マニュピレータ用制御装置２０６によ
り、ノズルを移動させる。加工条件設定の不備により、
加工対象物に壊食（エロージョン）等の破壊現象を生じ
るおそれのある場合には、ポンプを緊急停止し、施工条
件を見直すことになる。なお、導管が狭い場合に林立す
るような場所では、加工対象導管２０２の隣接導管へ
も、ＡＥセンサ２０１を設置すればよい。加工対象導管
２０２で生じた衝突噴流が、隣接する導管群へ再衝突す
ることによる影響を把握できるからである。この場合
は、信号解析装置２０３はマルチチャンネル型を用い
る。

【００５４】次に、ノズルの位置設定と、キャビテーシ
ョンを伴う水中水噴流の衝突挙動の関係について述べ
る。

【００５５】図３はノズル３０１が加工対象円柱体３０
３に近く、すなわちスタンドオフ距離がほぼ第１ピーク
相当になっている場合を示している。

【００５６】このような状態では、噴流中心の液芯（コ
ア）３０６が衝突するため、加工対象円柱体３０３の表
層には壊食（エロージョン）が生じやすい。

【００５７】従って、残留応力改善を目的とする場合に
は、ノズル３０１を後方へ離すか、あるいは高圧水３０
２の噴射圧力を下げる対策をする。

【００５８】なお、３０４は衝突噴流、３０５はキャビ
テーションを伴う水中水噴流、３０７は周囲水である。

【００５９】図４には残留応力改善や洗浄に対して適切
な第２ピーク相当のスタンドオフ距離ｘにおいて、キャ
ビテーションを伴う水中水で、噴流４０４を加工対象円
柱体４０３へ衝突させた状況を示す。

【００６０】なお、４０１はノズル、４０２は高圧水、
４０５は周囲水である。

【００６１】図５は図４と同様に、第２ピーク相当のス
タンドオフ距離ｘにおいて、噴流を衝突させているもの
の、ノズル５０１の中心軸５０６が加工対象円柱体５０
３の法線に一致せず、オフセット距離εが生じた場合を
示している。

【００６２】このような場合は、加工対象円柱体５０３
の側面から後面にかけて生じる大規模な渦流の作用によ
り、噴流が加工対象円柱体５０３の背後に回り込む。

【００６３】従って、後述するように円柱の背後にまで
キャビテーションの影響が及ぶことになり、音響パワー
Ｉは、図４の場合と類似したものになる。

【００６４】なお、５０２は高圧水、５０４はキャビテ
ーションを伴う水中水噴流、５０５は周囲水である。

【００６５】図６はノズル６０１の位置設定の不備のた
めに、キャビテーションを伴う水中水噴流６０４が加工
対象円柱体６０３に衝突していない状況を示したもので
ある。

【００６６】このようなケースでは、ＡＥセンサから求
める音響パワーＩのレベルは極端に低くなるか、あるい
は隣接する別の導管に設置したＡＥセンサからの音響パ
ワーＩが増大するために容易に見極めがつく。対策とし
て、ノズル６０１の位置決めの再調整を行う。

【００６７】なお、６０２は高圧水、６０５は周囲水で
ある。

【００６８】次に、本発明の作用を実証するために行っ
た試験の結果について述べる。

【００６９】図７に示すように、試験では、平板状の鋼
板７０５の背後にＡＥセンサ７０６を設け、ノズル７０
１の位置やノズル７０１からの噴射条件を変化させる。

【００７０】なお、７０２は高圧水、７０３はキャビテ
ーションを伴う水中水噴流、７０４は周囲水である。

【００７１】図８はスタンドオフ距離ｘ（ノズル７０１
と鋼板７０５間の距離）に対する音響パワーＩの変化を
まとめたものである。

【００７２】ノズル７０１が鋼板に極端に近い場合に
は、Ｉのレベルはかなり低い。スタンドオフ距離ｘが第
１ピーク相当の領域になると、音響パワーＩのレベルは
急増するが、ノズル７０１を少し後ろに離すと（スタン
ドオフ距離ｘを少し長くする）、Ｉは急減してしまう。
第２ピークに相当するｘ≦１００μｍの領域では、音響
パワーＩの分布はなだらかな形状となり、またＩのレベ
ルも局所的に高くなる第１ピークを除けば相対的に高
い。

【００７３】この結果は、第２ピークを用いた場合には
材料に対して強い力学的影響を与えることを示唆するも
のである。

【００７４】図９は円柱を噴流の衝突対象とした結果を
示すものであり、音響パワーＩをスタンドオフ距離に対
する結果としてまとめたものである。

【００７５】横軸のスタンドオフ距離ｘは、第２ピーク
におけるスタンドオフ距離ｘ（＊）で割ることにより無
次元化している。また、縦軸の音響パワーＩも、第２ピ
ークにおいて得られる音響パワーＩ（＊）で割ることに
より無次元化して表している。

【００７６】この結果から、Ｉ／Ｉ（＊）も２つのピー
クを有する分布となることが分かる。また、噴流が衝突
しない場合、つまり図６のような場合には、Ｉ／Ｉ
（＊）のレベルもかなり低くなってしまう。

【００７７】図１０ないし図１３は、それぞれ図３ない
し図６に示した噴流の衝突条件に対して、円柱の表面上
に発生する衝撃圧分布を示すものである。

【００７８】このような衝撃圧分布は、感圧フィルムを
円柱表面上に貼付する方法により求めることができる。

【００７９】図１０は第１ピークにほぼ相当するスタン
ドオフ距離で噴流を加工対象円柱体３０３に衝突させた
場合の衝撃圧分布である。衝撃圧分布９０１は、噴流の
衝突中心に局所的に集中するものとなる。

【００８０】一方、図１１には、第２ピークのスタンド
オフ距離でピーニング施工をした場合の衝撃圧分布を示
す。

【００８１】衝撃圧分布１００１は、加工対象円柱体４
０３の真後ろ、すなわちノズルの位置と正反対方向には
発生していないものの、加工対象円柱体４０３の表面の
かなり広い領域において発生することがわかる。

【００８２】図１２はノズルの中心軸が加工対象円柱体
５０３の法線に一致していない場合の施工例であるが、
ノズルの設置位置に対してオフセットの生じた方向へ偏
るものの、加工対象円柱体５０３の側面を中心として、
加工対象円柱体４０３のかなり広い部分において衝撃圧
が発生している。なお、１１０１は衝撃圧分布を示す。

【００８３】図１３は図６に示すように、噴流が加工対
象円柱体に衝突しなかった場合の結果を示すものであ
る。加工対象円柱体６０３の側面に、僅かに衝撃圧分布
１２０１が見られるに過ぎない。

【００８４】図１４には上記したようにして求めた衝撃
圧ＰｓｈとＡＥセンサから求めた音響パワーＩの相関を
まとめて示す。

【００８５】横軸の衝撃圧Ｐｓｈは、第２ピークにおけ
る最大衝撃圧力Ｐｓｈ（＊）により割って、Ｐｓｈ／Ｐ
ｓｈ（＊）として無次元表記している。縦軸も、図９と
同様に第２ピークにおける最大衝撃圧力Ｉ（＊）を基準
として無次元表記されている。

【００８６】これらのデータは、スタンドオフ距離を変
化させて行った全実験の結果をまとめたものである。Ｐ
ｓｈ／Ｐｓｈ（＊）〜Ｉ／Ｉ（＊）の結果から、Ｉ／Ｉ
（＊）は衝撃圧力Ｐｓｈ／Ｐｓｈ（＊）に対し一義的に
まとまり、Ｉ／Ｉ（＊）はＰｓｈ／Ｐｓｈ（＊）に対し
はっきりとした相関のあることが確認された訳である。

【００８７】図１５は音響パワーＩ／Ｉ（＊）と残留応
力改善量の関係をまとめたものである。いずれも噴流の
衝突時間を一定として求めた実験結果である。ＡＥセン
サにより求めた音響パワーＩは、第２ピークにおける音
響パワーＩ（＊）を基準として無次元表記した。

【００８８】また、ピーニング施工後に得られた圧縮残
留応力σ₁から、施工前の引っ張り応力−σ₂を引くこ
とにより求めた残留応力改善量Δσ＝σ₁−（−σ₂）
も、第２ピークにおける残留応力改善量Δσ（＊）を基
準として無次元化されている。Δσ／Δσ（＊）の結果
は、Ｉ／Ｉ（＊）に対してはっきりと直線状に求めら
れ、十分な相関関係のあることが認められる。

【００８９】この結果から、音響パワーＩのレベルの監
視は、施工中における残留応力の改善効果を確保するた
めに、大変に有効な手段であることが分かる。

【００９０】本発明は本分中で実施例として説明した軽
水炉（ＢＷＲ）下部における導管溶接部の残留応力改善
のみならず、他の用途にも広く利用することができる。
ここでは、２例を挙げる。

【００９１】（１）海水における構造物の水中施工（例
えば、切断や開孔）においても、同一部材であれば界面
に出たその構造物にＡＥセンサを設けることで、本発明
になる技術をほぼそのまま適用することができる。十分
な防水保護をすれば、施工部に近い海水中の位置にＡＥ
センサを設置することも可能である。

【００９２】（２）水中水噴流を用いて、船舶底部にお
ける付着生物のはつりや洗浄を行う場合、底板に損傷を
与えないように監視する技術へも本発明を適用すること
ができる。

【００９３】

【発明の効果】本発明になるウォータージェットピーニ
ング施工装置による効果をまとめると、次のようにな
る。

【００９４】（１）容器内における加工対象構造物に対
し、水中において噴流が適正な位置で衝突しているか否
かを確認することができる。

【００９５】（２）所定の施工後に、加工対象構造物の
残留応力が十分に改善されているか否かを確認すること
ができる。

【００９６】（３）上記（１）の効果に関連し、ノズル
の位置決め等の設定が容易になり、施工時間を大幅に短
縮することができる。

【００９７】（４）上記（１）および（２）の効果に関
連し、水噴流の噴射条件を適宜制御し、加工効率が最大
になるようにポンプ等を操作することが可能になる。

【００９８】（５）上記（１）および（２）の効果に関
連し、ノズルの位置決め不適切やポンプの誤動作等に起
因するピーニング加工対象物のエロージョン（壊食）の
発生を未然に防ぐことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱交換器に適用した本発明に係るウォータージ
ェットピーニング施工装置の概念図である。

【図２】ＡＥセンサ、そのデータ処理系およびウォータ
ージェットピーニング施工装置の制御系の系統図であ
る。

【図３】ウォータージェットピーニング（ＷＪＰ）用ノ
ズルが熱交換器の管体に近づき過ぎた状態を示す模式図
である。

【図４】噴流が管体に対して適切な位置で衝突する状態
を示す模式図である。

【図５】ＷＪＰ用ノズルが熱交換器の管体に対してオフ
セットのある状態で位置決めした場合を示す模式図であ
る。

【図６】噴流が管体に接触しない状態を示す模式図であ
る。

【図７】ＡＥを用いる試験法の概念図である。

【図８】ＡＥセンサからのイベント信号を音響パワーと
して整理した結果の例を示す特性図である。

【図９】音響パワーとスタンドオフ距離の関係を示す特
性図である。

【図１０】図３に示した施工状態において、管体に発生
する圧力分布を示す模式図である。

【図１１】図４に示した施工状態の管体に発生する圧力
分布を示す模式図である。

【図１２】図５に示した施工状態において、管体に発生
する圧力分布を示す模式図である。

【図１３】図６に示した施工状態において、管体に発生
する圧力分布を示す模式図である。

【図１４】管体における衝撃圧とＡＥの音響パワーの相
関を示す特性図である。

【図１５】ＡＥの音響パワーと残留応力の改善効果の関
係を示す特性図である。

【図１６】ＷＪＰに用いるノズルの一例を示す断面図で
ある。

【図１７】ＷＪＰに用いるノズルの他の例を示す断面図
である。

【図１８】水中の高速水噴流に発生する衝撃圧分布を示
す模式図である。

【図１９】水中の高速水噴流の現象を描いた模式図であ
る。

【符号の説明】

１ノズル２キャビテーションを伴う水中水噴流３熱交換器の圧力容器４冷却水５圧力容器底部６導管７スタブチューブ８，９溶接部１０ＡＥセンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】キャビテーションを伴う水中高速水噴流
を衝突させることにより、水中構造物の残留応力改善、
切断、掘孔あるいは洗浄等を行う、いわゆるウォーター
ジェットピーニング施工装置において、加工対称部位に
対する噴流の衝突状態、ノズルにおける噴射圧力あるい
は噴射衝突時間など施工状態の適切さを判断するための
センサを加工対称部材近傍に配置したことを特徴とする
ウォータージェットピーニング施工装置。
【請求項２】請求項１記載において、前記センサをア
コースティック・エミッションセンサとすることを特徴
とするウォータジェットピーニング施工装置。
【請求項３】請求項１記載において、軽水炉型の原子
炉に挿設する炉内外導管部に前記センサを設けたことを
特徴とするウォータジェットピーニング施工装置。
【請求項４】請求項３記載において、前記センサをア
コースティック・エミッションセンサとすることを特徴
とするウォータジェットピーニング施工装置。
【請求項５】請求項２および４記載において、アコー
スティック・エミッション信号から音響パワーＩを求
め、Ｉ値を基準として、ノズルの位置や加工対称部に対
するノズルの姿勢である噴流の衝突状態、噴射圧力もし
くは噴射時間のうち少なくとも一つ以上の噴流衝突条件
を変更する制御手段を備えたことを特徴とするウォータ
ジェットピーニング施工装置。
【請求項６】請求項４記載において、当該加工対象導
管に隣接する導管へも、アコースティック・エミッショ
ンセンサを設置したことを特徴とするウォータジェット
ピーニング施工装置。