JPH10245625A - 金属材料の残留応力改善方法および装置 - Google Patents

金属材料の残留応力改善方法および装置

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JPH10245625A
JPH10245625A JP5190797A JP5190797A JPH10245625A JP H10245625 A JPH10245625 A JP H10245625A JP 5190797 A JP5190797 A JP 5190797A JP 5190797 A JP5190797 A JP 5190797A JP H10245625 A JPH10245625 A JP H10245625A
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JP
Japan
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shock wave
metal material
residual stress
wave generating
electrode
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JP5190797A
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English (en)
Inventor
Koichi Kurosawa
孝一 黒沢
Hideyasu Furukawa
秀康 古川
Hiroshi Takada
浩 高田
Minoru Otaka
稔 大高
Masayuki Nishino
正之 西野
Kunio Enomoto
邦夫 榎本
Kazunori Satou
一教 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

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  • Disintegrating Or Milling (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】大量の水を消費することなく、圧縮残留応力を
効果的に付与する金属材料の残留応力改善方法および装
置を提供する。 【解決手段】金属材料の残留応力改善装置が、液体タン
ク7と、液体タンク7内に配置された衝撃波発生電極6
と、前記液体タンク7に浸漬され残留応力を改善すべき
金属材料12と、衝撃波を発生する前記衝撃波発生電極
6に直流高電圧を供給する電源装置1と、前記衝撃波発
生電極の電極位置を移動する電極移動手段2,5から構
成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料の残留応
力改善方法および装置に係わり、特に、液中放電による
衝撃波により金属材料の応力腐食割れ防止を始めとする
強度向上のために、金属材料の残留応力を改善する方法
およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、オーステナイトステンレス綱等の
金属材料は高温水中に置かれた場合、その溶接部または
溶接部近傍に応力腐食割れ(以下、IGSCCと略す)
が発生することが一般的に知られている。IGSCCの
発生要因は、材料、応力、環境の各因子が重畳した条件
下で生ずるとされている。材料因子としてはCr炭化物
が結晶粒界へ析出してその周囲に耐食性の劣るCr欠乏
層が形成されることによる腐食が鋭敏化することによる
もの、応力因子としては溶接や加工によって材料内部に
残留する引っ張り残留応力、環境因子としては高温水中
の溶存酸素量等が挙げられる。
【0003】IGSCCは、これら3因子が重畳した条
件下で発生することから、これら3因子の中から、1つ
の因子を取り除くことにより防止することが可能であ
る。
【0004】特開平4−362124号公報には応力因
子としての残留応力を改善する方法の一例が示されてお
り、この従来技術は、残留応力改善の対象とする金属材
料表面にノズルから噴出するキャビテーション気泡を当
て、キャビテーション気泡の崩壊による水撃圧力を利用
したものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術は、金属材料の残留応力を改善する方法としては非常
に有効な方法ではあるが、広範囲な施工を行う場合、大
量の水を必要とし、コスト面で不利になる場合もある。
【0006】本発明は、上記の問題点に鑑みて、液中で
放電エネルギによる衝撃波を用い、金属材料表面をピー
ニングすることにより、大量の水を消費することなく、
圧縮残留応力を効果的に付与する金属材料の残留応力改
善方法および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】本発明は、上記の目的を
達成するために、次のような手段を採った。
【0008】金属材料の残留応力改善方法において、液
体中に衝撃波を発生させ、該衝撃波を前記液体中に浸漬
した金属材料表面に当てることにより、該金属材料表面
に局部的高圧力分布と降伏点以上の歪みを発生させ、前
記金属材料表面に表面圧縮残留応力を発生させ、または
金属材料表面の引張残留応力を圧縮方向へ改善する、こ
とを特徴とする。
【0009】また、金属材料の残留応力改善装置におい
て、該金属材料の残留応力改善装置は、液体タンクと、
該液体タンク内に配置される衝撃波発生電極と、前記液
体タンクに浸漬され残留応力を改善すべき金属材料と、
衝撃波を発生する前記衝撃波発生電極に直流高電圧を供
給する電源装置と、から構成されていることを特徴とす
る。
【0010】また、前記衝撃波発生電極の電極位置を移
動する電極移動手段を設けたことを特徴とする。
【0011】また、前記衝撃波発生電極と前記金属材料
間の距離を40〜100mmに設定したことを特徴とす
る。
【0012】また、前記液体の金属比抵抗を2000Ω
−cm以上とすることを特徴とする。
【0013】また、前記液体に、周囲圧力の飽和温度に
至らない水温の水を使用することを特徴とする。
【0014】また、前記衝撃波発生電極は、その外周に
先端に開口部を有する円錐上の絶縁カバーを設けたこと
を特徴とする。
【0015】また、前記衝撃波発生電極は、その外周に
先端に開口部を有する衝撃波発生用放電カバーを設けた
ことを特徴とする。
【0016】また、前記衝撃波発生用放電カバーの外周
に先端に開口部を有する円錐上の絶縁カバーを設けたこ
とを特徴とする。
【0017】また、前記絶縁カバーは衝撃波発生電極に
ネジ等の機械的な手段により取り付け可能に設けられて
いることを特徴とする。
【0018】また、前記衝撃波発生用放電カバーは衝撃
波発生電極にネジ等の機械的な手段により取り付け可能
に設けられていることを特徴とする。
【0019】また、前記衝撃波発生用放電カバーは前記
絶縁カバーに、および前記絶縁カバーは衝撃波発生電極
に、それぞれネジ等の機械的な手段により取り付け可能
に設けられていることを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を図
1〜図3を用いて説明する。
【0021】図1は、本実施形態に係わる液中放電によ
る金属材料の残留応力改善装置の全体構成図である。
【0022】図において、1は、衝撃波発生電極に直流
高電圧を供給すると共に、制御装置に電圧を供給する電
源装置、2は駆動機構を駆動して電極の移動を制御する
制御装置、3,4はケーブル、5は電極を移動する電極
駆動機構、6は水中高電圧放電により衝撃波を発生する
衝撃波発生電極、7は水保持タンク、8は水保持タンク
7内の水を浄化する水浄化タンク、9は水保持タンク7
と水浄化タンク8間の水を循環するポンプ、10はホー
ス、11は衝撃波、12は水保持タンク内に浸漬された
残留応力改善対象の金属材料である。
【0023】なお、電源装置1の直流高電圧は周知の方
法によって発生させ、本実施形態では約5万ボルトの直
流高電圧を用いる。また、衝撃波発生電極6は電極駆動
機構5により金属材料12との距離を一定に保ちながら
移動させ、その移動速度は制御装置6により最適値に制
御することが可能である。また、水浄化設備は必要に応
じて取り付け可能であるが、適切な水中放電を発生させ
るためには、水保持タンク7内の電気比抵抗を管理する
必要があり、ポンプ9により水保持タンク7内の水を水
浄化タンク8内に循環させ所定の水質となるように管理
することが望ましい。電気比抵抗が下がり過ぎると、単
に水中に放電するのみで、所定の衝撃波を発生しなくな
り、少なくとも電気比抵抗が2000Ω−cm以上とな
るように水質を管理する必要がある。また、上記水は、
周囲圧力の飽和温度に至らない水温水を使用する。を図
示するように、この残留応力改善装置は、電源装置1か
ら衝撃波発生電極6に直流高電圧を供給し、衝撃波発生
電極6と金属材料12間で水中高電圧放電を行い、その
放電エネルギにより、断続的に衝撃波11を発生させ、
それを金属材料12に断続的に水撃圧力をかける。
【0024】この衝撃波11により、金属材料12の表
面には、局部的高圧力分布と降伏点以上の歪みが発生
し、金属材料12表面は打ち伸ばされ、塑性変形により
横方向に膨張する。この時打ち伸ばされた表面の周囲部
の金属材料12には圧縮された弾性歪み領域により押し
返されて圧縮残留応力が発生し、金属材料表面の引張残
留応力を圧縮方向へ改善することができる。
【0025】次に、本実施形態による残留応力改善度合
いを図2を用いて説明する。
【0026】図2は、残留応力の改善度合いを金属材料
12と電極6間の距離Lとの関係で表したグラフであ
る。
【0027】図において、△σは残留応力改善処理後の
残留応力、△σmaxは残留応力改善処理前後の残留応
力の差の最大値、縦軸の残留応力の改善度合いは、残留
応力改善処理前後の残留応力の差の最大値を残留応力改
善処理後の残留応力で割り無次元化したものであり、横
軸は金属材料12と電極6間の距離Lを表す。
【0028】図に示す様に、L=60〜70mmにおい
て最大の残留応力改善が得られることが解る。次に、本
実施形態の衝撃波を発生する衝撃波発生電極4の種々の
形態について図3を用いて説明する。
【0029】図3(a)は衝撃波発生電極6の外周に開
口部を有する円錐状の絶縁カバー13を設けた特殊電極
および衝撃波11の収束状況を模式的に示し、図3
(b)は衝撃波発生電極6の外周に先端に開口部を有す
る衝撃波発生用放電カバー14を設けた特殊電極および
衝撃波11の収束状況を模式的に示し、図3(c)は衝
撃波発生電極6の外周に先端に開口部を有する衝撃波発
生用放電カバー14を設け、さらにその外周に絶縁カバ
ー13を設けた特殊電極および衝撃波11の収束状況を
模式的に示す図である。
【0030】なお、絶縁カバー13は、衝撃波発生電極
6または衝撃波発生用放電カバー14に、また、衝撃波
発生用放電カバー14は衝撃波発生電極に、それぞれネ
ジ等の機械的手段により取り付け可能の構造となってお
り、それぞれの消耗度に応じて交換することができる。
【0031】図3(a)に示すように、絶縁カバー13
を設けた特殊電極を用いることにより、衝撃波11を絶
縁カバー13で収束させ金属材料12の表面に効率よく
当てることができ、金属材料12の表面の残留応力を効
率よく改善することができる。
【0032】また、図3(b)に示すように、衝撃波発
生用放電カバー14を設けた特殊電極を用いることによ
り、放電しにくい塗装で覆われた金属材料12にも衝撃
波13を当てることができ、残留応力を改善することが
できる。
【0033】また、図3(c)に示すように、絶縁カバ
ー13と衝撃波発生用放電カバー14を設けた特殊電極
を用いることにより、放電しにくい塗装で覆われた金属
材料12にも衝撃波11を当てることができ、しかも衝
撃波11を収束させ金属材料12の表面に効率よく当て
ることができ、金属材料12の表面の残留応力を効率よ
く改善することができる。
【0034】上記のごとく、本実施形態によれば、放電
エネルギを利用して衝撃波を発生させ、そのエネルギに
より金属材料をピーニングして表面圧縮残留応力を生じ
させ、応力腐食割れを防止するようにしたので、従来技
術に比べて、大量の水を必要とせず、水供給装置、排水
装置等の装置が不要となり設備コストを下げることがで
きる。
【0035】また、従来のショットピーニングの様なシ
ョットを使用しないので狭隘部での本実施形態の適用が
可能であり、しかも環境に悪影響を及ぼすことも防止で
きる。
【0036】また、上記の種々の特殊電極を用いること
により、効率よく残留応力を改善することができる。さ
らにまた、本実施形態は、原子炉圧力容器ないしは炉内
構造物における溶接部および溶接部近傍における引張残
留応力の改善に極めて有効である。
【0037】
【発明の効果】上記のごとく、本発明は、衝撃波発生電
極から、液体中に浸漬した金属材料表面に衝撃波を当て
ることにより、金属材料に表面圧縮残留応力を発生させ
ることができ、簡便な手段によって効果的に金属材料表
面の引張残留応力を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係わる液中放電による金
属材料の残留応力改善装置の全体構成図である。
【図2】本実施形態に係わる残留応力の改善度合いを金
属材料12と電極6間の距離Lとの関係で表したグラフ
である。
【図3】衝撃波発生電極に放電カバーないしは絶縁カバ
ーを備えた特殊電極およびその特殊電極を用いた時の衝
撃波の収束状況を示す図である。
【符号の説明】
1 電源装置 2 制御装置 5 電極駆動機構 6 衝撃波発生電極 7 水保持タンク 8 水浄化タンク 9 ポンプ 11 衝撃波 12 金属材料 13 絶縁カバー 14 衝撃波発生用放電カバー
フロントページの続き (72)発明者 高田 浩 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 大高 稔 茨城県日立市幸町三丁目2番2号 日立ニ ュークリアエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 西野 正之 茨城県日立市会瀬町2丁目13番1号 日立 機装株式会社内 (72)発明者 榎本 邦夫 東京都千代田区神田駿河台4丁目6番地 日立エンジニアリングコンサルティング株 式会社内 (72)発明者 佐藤 一教 広島県呉市宝町6番9号 バブコツク日立 株式会社呉工場内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属材料の残留応力改善方法において、 液体中に衝撃波を発生させ、該衝撃波を前記液体中に浸
    漬した金属材料表面に当てることにより、該金属材料表
    面に局部的高圧力分布と降伏点以上の歪みを発生させ、
    前記金属材料表面に表面圧縮残留応力を発生させ、また
    は前記金属材料表面の引張残留応力を圧縮方向へ改善す
    る、ことを特徴とする金属材料の残留応力改善方法。
  2. 【請求項2】 金属材料の残留応力改善装置において、 該金属材料の残留応力改善装置は、 液体タンクと、 該液体タンク内に配置される衝撃波発生電極と、 前記液体タンクに浸漬され残留応力を改善すべき金属材
    料と、 衝撃波を発生する前記衝撃波発生電極に直流高電圧を供
    給する電源装置と、から構成されていることを特徴とす
    る金属材料の残留応力改善装置。
  3. 【請求項3】 請求項2の記載において、 前記衝撃波発生電極の電極位置を移動する電極移動手段
    を設けたことを特徴とする金属材料の残留応力改善装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項2ないしは請求項3のいずれか1
    つの請求項記載において、 前記衝撃波発生電極と前記金属材料間の距離を40〜1
    00mmに設定したことを特徴とする金属材料の残留応
    力改善装置。
  5. 【請求項5】 請求項2ないしは請求項4のいずれか1
    つの請求項記載において、 前記液体の金属比抵抗を2000Ω−cm以上とするこ
    とを特徴とする金属材料の残留応力改善装置。
  6. 【請求項6】 請求項2ないしは請求項5のいずれか1
    つの請求項記載において、 前記液体に周囲圧力の飽和温度に至らない水温水を使用
    することを特徴とする金属材料の残留応力改善装置。
  7. 【請求項7】 請求項2ないしは請求項6のいずれか1
    つの請求項記載において、 前記衝撃波発生電極は、その外周に先端に開口部を有す
    る円錐上の絶縁カバーを設けたことを特徴とする金属材
    料の残留応力改善装置。
  8. 【請求項8】 請求項2ないしは請求項6のいずれか1
    つの請求項記載において、 前記衝撃波発生電極は、その外周に先端に開口部を有す
    る衝撃波発生用放電カバーを設けたことを特徴とする金
    属材料の残留応力改善装置。
  9. 【請求項9】 請求項8の記載において、 前記衝撃波発生用放電カバーの外周に先端に開口部を有
    する円錐上の絶縁カバーを設けたことを特徴とするの金
    属材料の残留応力改善装置。
  10. 【請求項10】 請求項7の記載において、 前記絶縁カバーは衝撃波発生電極にネジ等の機械的な手
    段により取り付け可能に設けられていることを特徴とす
    る金属材料の残留応力改善装置。
  11. 【請求項11】 請求項8の記載において、 前記衝撃波発生用放電カバーは衝撃波発生電極にネジ等
    の機械的な手段により取り付け可能に設けられているこ
    とを特徴とする金属材料の残留応力改善装置。
  12. 【請求項12】 請求項9の記載において、 前記衝撃波発生用放電カバーは前記絶縁カバーに、およ
    び前記絶縁カバーは衝撃波発生電極に、それぞれネジ等
    の機械的な手段により取り付け可能に設けられているこ
    とを特徴とする金属材料の残留応力改善装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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