JPH10293069A - 溶射皮膜の残留応力判定方法 - Google Patents
溶射皮膜の残留応力判定方法Info
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- JPH10293069A JPH10293069A JP10136197A JP10136197A JPH10293069A JP H10293069 A JPH10293069 A JP H10293069A JP 10136197 A JP10136197 A JP 10136197A JP 10136197 A JP10136197 A JP 10136197A JP H10293069 A JPH10293069 A JP H10293069A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶射皮膜内の残留応力を簡便な手段で短時間
に把握でき、これにより好ましい溶射条件を容易に判定
できる溶射皮膜の残留応力判定方法を提供する。 【解決手段】 完全に焼鈍した所定の薄板１の片面に金
属溶射し、溶射後の薄板の変形から、溶射側に凸の場合
に圧縮応力、溶射側に凹の場合に引張応力と判定する。
更に、非溶射面の応力を歪ゲージ等で測定し、この応力
とのバランスから溶射皮膜２の残留応力を演算する。更
に、溶射皮膜２の厚さを変化させて、皮膜厚さと溶射皮
膜の残留応力との関係を求め、これから所望の残留応力
を得るための膜厚範囲を決定する。
に把握でき、これにより好ましい溶射条件を容易に判定
できる溶射皮膜の残留応力判定方法を提供する。 【解決手段】 完全に焼鈍した所定の薄板１の片面に金
属溶射し、溶射後の薄板の変形から、溶射側に凸の場合
に圧縮応力、溶射側に凹の場合に引張応力と判定する。
更に、非溶射面の応力を歪ゲージ等で測定し、この応力
とのバランスから溶射皮膜２の残留応力を演算する。更
に、溶射皮膜２の厚さを変化させて、皮膜厚さと溶射皮
膜の残留応力との関係を求め、これから所望の残留応力
を得るための膜厚範囲を決定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶射皮膜の残留応
力判定方法に関する。
力判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属溶射は、例えばボイラの炉壁管等の
耐食性能を向上させるために用いられる。かかる金属溶
射では、溶融状態の溶射粒子が素材表面上に付着して急
冷されるため、常温において溶射皮膜には引張あるいは
圧縮の残留応力が通常発生する。この溶射皮膜の残留応
力は、溶射金属の固化時の収縮率、溶射皮膜の線膨張係
数、溶射速度、溶射金属の種類、溶射部の寸法、形状お
よび前処理、溶射皮膜の厚さ、その他の溶射条件および
その組合せによって大きく変動するため、所望の残留応
力を溶射皮膜に発生させることは、一般に極めて難し
い。
耐食性能を向上させるために用いられる。かかる金属溶
射では、溶融状態の溶射粒子が素材表面上に付着して急
冷されるため、常温において溶射皮膜には引張あるいは
圧縮の残留応力が通常発生する。この溶射皮膜の残留応
力は、溶射金属の固化時の収縮率、溶射皮膜の線膨張係
数、溶射速度、溶射金属の種類、溶射部の寸法、形状お
よび前処理、溶射皮膜の厚さ、その他の溶射条件および
その組合せによって大きく変動するため、所望の残留応
力を溶射皮膜に発生させることは、一般に極めて難し
い。
【０００３】一方、溶射皮膜における残留応力の影響は
素材の変形を招き、ときには溶射皮膜に亀裂を生じた
り、素材から剥離を起こすこともある。一般に、溶射皮
膜の剥離性に及ぼす残留応力の影響は大きく、引張応力
が残留していれば剥離感受性（剥離のしやすさ）が高く
なり、逆に圧縮応力が残留していれば、剥離感受性は小
さくなる。
素材の変形を招き、ときには溶射皮膜に亀裂を生じた
り、素材から剥離を起こすこともある。一般に、溶射皮
膜の剥離性に及ぼす残留応力の影響は大きく、引張応力
が残留していれば剥離感受性（剥離のしやすさ）が高く
なり、逆に圧縮応力が残留していれば、剥離感受性は小
さくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、溶射
皮膜内の残留応力は、溶射皮膜の亀裂や剥離性への影響
が大きいため、金属溶射を行う際には、溶射皮膜の残留
応力を把握し、できるだけ好ましい溶射条件を設定する
ことが望ましい。しかし溶射皮膜内の残留応力は、従来
Ｘ線回析でしか計測できない。またこのＸ線回析計測
は、Ｘ線の回析線のズレなどから残留応力を計測するも
のであり、計測用の試料（サンプル）の加工や、計測自
体およびその解析に時間を要する問題点があり、その
上、一般的には定量的な値を得ることができない問題点
がある。
皮膜内の残留応力は、溶射皮膜の亀裂や剥離性への影響
が大きいため、金属溶射を行う際には、溶射皮膜の残留
応力を把握し、できるだけ好ましい溶射条件を設定する
ことが望ましい。しかし溶射皮膜内の残留応力は、従来
Ｘ線回析でしか計測できない。またこのＸ線回析計測
は、Ｘ線の回析線のズレなどから残留応力を計測するも
のであり、計測用の試料（サンプル）の加工や、計測自
体およびその解析に時間を要する問題点があり、その
上、一般的には定量的な値を得ることができない問題点
がある。
【０００５】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち本発明の目的は、溶射
皮膜内の残留応力を簡便な手段で短時間に把握でき、こ
れにより好ましい溶射条件を容易に判定できる溶射皮膜
の残留応力判定方法を提供することにある。
創案されたものである。すなわち本発明の目的は、溶射
皮膜内の残留応力を簡便な手段で短時間に把握でき、こ
れにより好ましい溶射条件を容易に判定できる溶射皮膜
の残留応力判定方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、焼鈍し
た所定の薄板の片面に金属溶射し、溶射後の薄板の変形
から、溶射側に凸の場合に圧縮応力、溶射側に凹の場合
に引張応力と判定する、ことを特徴とする溶射皮膜の残
留応力判定方法が提供される。
た所定の薄板の片面に金属溶射し、溶射後の薄板の変形
から、溶射側に凸の場合に圧縮応力、溶射側に凹の場合
に引張応力と判定する、ことを特徴とする溶射皮膜の残
留応力判定方法が提供される。
【０００７】一般的に、溶射層の線膨張係数が試験片
（所定の薄板）の線膨張係数よりも小さい場合には、溶
射層側が凸に湾曲して圧縮残留応力が生じ、逆の場合に
は引張残留応力が生じるが、線膨張係数以外の溶射金属
の固化時の収縮率、溶射速度、溶射金属の種類、溶射皮
膜の厚さ等によって、実際の残留応力は大きく影響を受
けるため、必ずしも同じ形状には変形しない。
（所定の薄板）の線膨張係数よりも小さい場合には、溶
射層側が凸に湾曲して圧縮残留応力が生じ、逆の場合に
は引張残留応力が生じるが、線膨張係数以外の溶射金属
の固化時の収縮率、溶射速度、溶射金属の種類、溶射皮
膜の厚さ等によって、実際の残留応力は大きく影響を受
けるため、必ずしも同じ形状には変形しない。
【０００８】しかし、本発明の方法において、試験片と
して焼鈍した所定の薄板を用いることにより、溶射後の
薄板の変形は溶射皮膜と薄板の残留応力に直接左右され
ることになる。従って、本発明の方法により、溶射後の
薄板の変形から、溶射側に凸の場合に圧縮応力、溶射側
に凹の場合に引張応力と判定するだけで、溶射皮膜内の
残留応力を簡便な手段で短時間に把握でき、更に変形の
大小から残留応力の大小を定性的に比較することがで
き、好ましい溶射条件を容易に判定できる。
して焼鈍した所定の薄板を用いることにより、溶射後の
薄板の変形は溶射皮膜と薄板の残留応力に直接左右され
ることになる。従って、本発明の方法により、溶射後の
薄板の変形から、溶射側に凸の場合に圧縮応力、溶射側
に凹の場合に引張応力と判定するだけで、溶射皮膜内の
残留応力を簡便な手段で短時間に把握でき、更に変形の
大小から残留応力の大小を定性的に比較することがで
き、好ましい溶射条件を容易に判定できる。
【０００９】本発明の好ましい実施形態によれば、更
に、非溶射面の応力を測定し、該応力との均衡から溶射
皮膜の残留応力を演算する。この方法によれば、歪ゲー
ジ等を用いて焼鈍した所定の薄板の応力を測定すること
により、この応力との均衡（バランス）から溶射皮膜の
残留応力を定量的に計測することができる。
に、非溶射面の応力を測定し、該応力との均衡から溶射
皮膜の残留応力を演算する。この方法によれば、歪ゲー
ジ等を用いて焼鈍した所定の薄板の応力を測定すること
により、この応力との均衡（バランス）から溶射皮膜の
残留応力を定量的に計測することができる。
【００１０】また、更に、溶射皮膜の厚さを変化させ
て、皮膜厚さと溶射皮膜の残留応力との関係を求め、こ
れから所望の残留応力を得るための膜厚範囲を決定する
ことが好ましい。一般に膜厚が大きくなるほど、引張残
留応力は一般に大きくなり、剥離感受性も高くなるが、
この方法により、所望の残留応力を得るための膜厚範囲
が決定でき、過大な引張残留応力の発生を防止すること
ができる。
て、皮膜厚さと溶射皮膜の残留応力との関係を求め、こ
れから所望の残留応力を得るための膜厚範囲を決定する
ことが好ましい。一般に膜厚が大きくなるほど、引張残
留応力は一般に大きくなり、剥離感受性も高くなるが、
この方法により、所望の残留応力を得るための膜厚範囲
が決定でき、過大な引張残留応力の発生を防止すること
ができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施態様
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。図１は本発明の方法を模式的に示す図であり、図２
は溶射後の変形を模式的に示す図である。図１に示すよ
うに、本発明の方法では、（１）まず、焼鈍した所定の
薄板１の片面に金属溶射する。薄板１（試験片）は、焼
鈍により完全に残留応力を除去した薄板（０．２〜０．
３ｍｍ）であるのがよい。また、試験片１の溶射面は、
実際に適用する溶射面と同一の前処理を施しておく。更
に、金属溶射は、実際に適用する溶射ガン３および溶射
金属を用い、溶射速度、皮膜厚さ、等の溶射条件も可能
な限り同一に設定するのがよい。 （２）次いで、溶射後、薄板の変形を観察し、圧縮、引
張の残留応力の判定を行う。図２に示すように、溶射後
の薄板は、通常溶射側に凸（Ａ）又は凹（Ｂ）に変形す
る。試験片１として焼鈍した所定の薄板を用いることに
より、溶射後の薄板の変形は、溶射皮膜２と薄板１の残
留応力に直接起因する。
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。図１は本発明の方法を模式的に示す図であり、図２
は溶射後の変形を模式的に示す図である。図１に示すよ
うに、本発明の方法では、（１）まず、焼鈍した所定の
薄板１の片面に金属溶射する。薄板１（試験片）は、焼
鈍により完全に残留応力を除去した薄板（０．２〜０．
３ｍｍ）であるのがよい。また、試験片１の溶射面は、
実際に適用する溶射面と同一の前処理を施しておく。更
に、金属溶射は、実際に適用する溶射ガン３および溶射
金属を用い、溶射速度、皮膜厚さ、等の溶射条件も可能
な限り同一に設定するのがよい。 （２）次いで、溶射後、薄板の変形を観察し、圧縮、引
張の残留応力の判定を行う。図２に示すように、溶射後
の薄板は、通常溶射側に凸（Ａ）又は凹（Ｂ）に変形す
る。試験片１として焼鈍した所定の薄板を用いることに
より、溶射後の薄板の変形は、溶射皮膜２と薄板１の残
留応力に直接起因する。
【００１２】図３は変形の生じる過程を模式的に示して
いる。この図において、（Ａ）は溶射金属が溶けている
状態であり、（Ｂ）は溶射金属が固化した状態を示して
いる。（Ａ）では、試験片１は、溶融した金属２ａが表
面に溶射されることにより加熱される（例えば約２００
℃前後まで）が、試験片１が完全に焼鈍されており、か
つ薄板であるため、表裏の温度差がなくほぼ平面を保持
している。また、この状態で溶射金属２ａは試験片１の
片面に付着するが、溶融しているため、試験片１及び溶
射金属２ａの両方の長さはａｂであり、共に応力は発生
していない。
いる。この図において、（Ａ）は溶射金属が溶けている
状態であり、（Ｂ）は溶射金属が固化した状態を示して
いる。（Ａ）では、試験片１は、溶融した金属２ａが表
面に溶射されることにより加熱される（例えば約２００
℃前後まで）が、試験片１が完全に焼鈍されており、か
つ薄板であるため、表裏の温度差がなくほぼ平面を保持
している。また、この状態で溶射金属２ａは試験片１の
片面に付着するが、溶融しているため、試験片１及び溶
射金属２ａの両方の長さはａｂであり、共に応力は発生
していない。
【００１３】次いで、（Ｂ）のように冷却されると、溶
射金属２ａの固化時の収縮及び試験片１と溶射金属２ａ
の線膨張係数の差から、一方に圧縮応力、他方に引張応
力が発生し、一般的には、溶射層２の線膨張係数が試験
片１（所定の薄板）の線膨張係数よりも小さい場合に
は、試験片１の収縮（単独ではａｃまで収縮）により溶
射層２（単独ではａｄまで収縮）が圧縮されて全体がａ
ｅの長さとなるため溶射側（皮膜側）が凸に湾曲し、溶
射皮膜２内に圧縮残留応力が生じる。また逆の場合に
は、溶射皮膜２の収縮により試験片１が圧縮されるた
め、溶射皮膜２内には引張残留応力が生じる。従って、
溶射側に凸の場合に溶射皮膜２内の残留応力が圧縮応力
であり、溶射側に凹の場合に溶射皮膜２内の残留応力が
引張応力であると判定することができる。この方法によ
り、溶射皮膜２内の残留応力を簡便な手段で短時間に把
握でき、更に変形の大小から残留応力の大小を定性的に
比較することができ、好ましい溶射条件を容易に判定で
きる。
射金属２ａの固化時の収縮及び試験片１と溶射金属２ａ
の線膨張係数の差から、一方に圧縮応力、他方に引張応
力が発生し、一般的には、溶射層２の線膨張係数が試験
片１（所定の薄板）の線膨張係数よりも小さい場合に
は、試験片１の収縮（単独ではａｃまで収縮）により溶
射層２（単独ではａｄまで収縮）が圧縮されて全体がａ
ｅの長さとなるため溶射側（皮膜側）が凸に湾曲し、溶
射皮膜２内に圧縮残留応力が生じる。また逆の場合に
は、溶射皮膜２の収縮により試験片１が圧縮されるた
め、溶射皮膜２内には引張残留応力が生じる。従って、
溶射側に凸の場合に溶射皮膜２内の残留応力が圧縮応力
であり、溶射側に凹の場合に溶射皮膜２内の残留応力が
引張応力であると判定することができる。この方法によ
り、溶射皮膜２内の残留応力を簡便な手段で短時間に把
握でき、更に変形の大小から残留応力の大小を定性的に
比較することができ、好ましい溶射条件を容易に判定で
きる。
【００１４】更に、非溶射面（試験片１）の応力を歪ゲ
ージ等を用いて直接測定することにより、試験片１に発
生している残留応力を把握できる。すなわち、試験片１
は０．２〜０．３ｍｍ厚の薄板であるので、その内部応
力は厚さ方向に均一とみなすことができる。従って、皮
膜厚さを計測し、試験片の厚さ×試験片残留応力＝皮膜
厚さ×皮膜残留応力の関係式（すなわち試験片と溶射皮
膜の応力の均衡）から溶射皮膜の残留応力を演算するこ
とができる。この方法により、溶射皮膜の残留応力を定
量的に計測することができる。
ージ等を用いて直接測定することにより、試験片１に発
生している残留応力を把握できる。すなわち、試験片１
は０．２〜０．３ｍｍ厚の薄板であるので、その内部応
力は厚さ方向に均一とみなすことができる。従って、皮
膜厚さを計測し、試験片の厚さ×試験片残留応力＝皮膜
厚さ×皮膜残留応力の関係式（すなわち試験片と溶射皮
膜の応力の均衡）から溶射皮膜の残留応力を演算するこ
とができる。この方法により、溶射皮膜の残留応力を定
量的に計測することができる。
【００１５】図４は、皮膜厚さと残留応力との関係を示
す図である。上述した方法において、更に、適用する溶
射条件Ａ，Ｂにおいて、溶射皮膜の厚さを変化させて、
図３に示した手段で、皮膜厚さｔと溶射皮膜の残留応力
σとの関係を求め、これから図に例示するように所望の
残留応力σr を得るための膜厚範囲（ｔ1 〜ｔ2 ）を決
定することにより、所望の残留応力を得るための膜厚範
囲が決定でき、過大な残留応力の発生を防止することが
できる。
す図である。上述した方法において、更に、適用する溶
射条件Ａ，Ｂにおいて、溶射皮膜の厚さを変化させて、
図３に示した手段で、皮膜厚さｔと溶射皮膜の残留応力
σとの関係を求め、これから図に例示するように所望の
残留応力σr を得るための膜厚範囲（ｔ1 〜ｔ2 ）を決
定することにより、所望の残留応力を得るための膜厚範
囲が決定でき、過大な残留応力の発生を防止することが
できる。
【００１６】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
【００１７】
【発明の効果】上述した溶射皮膜の残留応力判定方法
は、下記の利点・効果が挙げられる。 溶射パラメータ（溶射条件）の決定を簡便化できる。
すなわち、圧縮応力が付与できる条件を簡便に判定でき
る。 最大膜厚の判定ができる。すなわち、膜厚が大きくな
る程、残留応力は変化し、剥離感受性も高くなる。従っ
て、残留応力にある基準を設定することにより実用上必
要な皮膜厚さが決定できる。
は、下記の利点・効果が挙げられる。 溶射パラメータ（溶射条件）の決定を簡便化できる。
すなわち、圧縮応力が付与できる条件を簡便に判定でき
る。 最大膜厚の判定ができる。すなわち、膜厚が大きくな
る程、残留応力は変化し、剥離感受性も高くなる。従っ
て、残留応力にある基準を設定することにより実用上必
要な皮膜厚さが決定できる。
【００１８】従って、本発明の溶射皮膜の残留応力判定
方法は、溶射皮膜内の残留応力を簡便な手段で短時間に
把握でき、これにより好ましい溶射条件を容易に判定で
きる、等の優れた効果を有する。
方法は、溶射皮膜内の残留応力を簡便な手段で短時間に
把握でき、これにより好ましい溶射条件を容易に判定で
きる、等の優れた効果を有する。
【図１】本発明の方法を模式的に示す図である。
【図２】溶射後の変形を模式的に示す図である。
【図３】変形の生じる過程を模式的に示す図である。
【図４】皮膜厚さと残留応力との関係を示す図である。
１ 試験片（薄板） ２ 金属皮膜 ２ａ 溶射金属 ３ 溶射ガン
Claims (3)
- 【請求項１】 焼鈍した所定の薄板の片面に金属溶射
し、溶射後の薄板の変形から、溶射側に凸の場合に圧縮
応力、溶射側に凹の場合に引張応力と判定する、ことを
特徴とする溶射皮膜の残留応力判定方法。 - 【請求項２】 更に、非溶射面の応力を測定し、該応力
との均衡から溶射皮膜の残留応力を演算する、ことを特
徴とする請求項１に記載の溶射皮膜の残留応力判定方
法。 - 【請求項３】 更に、溶射皮膜の厚さを変化させて、皮
膜厚さと溶射皮膜の残留応力との関係を求め、これから
所望の残留応力を得るための膜厚範囲を決定する、こと
を特徴とする請求項２に記載の溶射皮膜の残留応力判定
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10136197A JPH10293069A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | 溶射皮膜の残留応力判定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10136197A JPH10293069A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | 溶射皮膜の残留応力判定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10293069A true JPH10293069A (ja) | 1998-11-04 |
Family
ID=14298703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10136197A Pending JPH10293069A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | 溶射皮膜の残留応力判定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10293069A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002372465A (ja) * | 2001-06-14 | 2002-12-26 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | 皮膜の残留応力測定方法及び試験片 |
| CN105241582A (zh) * | 2015-10-24 | 2016-01-13 | 扬州大学 | 一种拉压载荷作用下线弹性板椭圆孔边应力集中系数的测量方法 |
| CN106289613A (zh) * | 2016-08-12 | 2017-01-04 | 中国建材检验认证集团股份有限公司 | 一种对称涂层残余应力的测定方法 |
| CN108362417A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-08-03 | 南京工程学院 | 一种轧辊表面等离子熔覆钴基合金残余应力计算方法 |
| CN112629725A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-04-09 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | 一种活塞杆喷涂层残余应力测试方法 |
-
1997
- 1997-04-18 JP JP10136197A patent/JPH10293069A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002372465A (ja) * | 2001-06-14 | 2002-12-26 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | 皮膜の残留応力測定方法及び試験片 |
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| CN106289613A (zh) * | 2016-08-12 | 2017-01-04 | 中国建材检验认证集团股份有限公司 | 一种对称涂层残余应力的测定方法 |
| CN106289613B (zh) * | 2016-08-12 | 2018-08-10 | 中国建材检验认证集团股份有限公司 | 一种对称涂层残余应力的测定方法 |
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| CN112629725A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-04-09 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | 一种活塞杆喷涂层残余应力测试方法 |
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