JPH11114828A - 水噴流を利用する加工方法 - Google Patents
水噴流を利用する加工方法Info
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- JPH11114828A JPH11114828A JP27731097A JP27731097A JPH11114828A JP H11114828 A JPH11114828 A JP H11114828A JP 27731097 A JP27731097 A JP 27731097A JP 27731097 A JP27731097 A JP 27731097A JP H11114828 A JPH11114828 A JP H11114828A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 噴流を斜めに衝突させねばらなない場合、ノ
ズルを最適な方向にすることができる水噴流を利用する
加工方法を提供する。 【解決手段】 水中でノズル１から高圧水２を噴射し、
キャビテーションを伴う水中水噴流４を加工面７に対し
て斜めに衝突させて、加工面７の状態を改質する水噴流
を利用する加工方法において、当該水中水噴流４の中心
軸３と加工面７の交点である衝突中心９を、最大の加工
度が必要な部位である的よりも上流側に設定する。
ズルを最適な方向にすることができる水噴流を利用する
加工方法を提供する。 【解決手段】 水中でノズル１から高圧水２を噴射し、
キャビテーションを伴う水中水噴流４を加工面７に対し
て斜めに衝突させて、加工面７の状態を改質する水噴流
を利用する加工方法において、当該水中水噴流４の中心
軸３と加工面７の交点である衝突中心９を、最大の加工
度が必要な部位である的よりも上流側に設定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水噴流を利用する
加工方法に係り、水中における高速水噴流を利用し、物
体表面のピーニングや洗浄を行う技術において、特にノ
ズルの位置決めに関する。
加工方法に係り、水中における高速水噴流を利用し、物
体表面のピーニングや洗浄を行う技術において、特にノ
ズルの位置決めに関する。
【０００２】
【従来の技術】ウォータージェットピーニング（ＷＪ
Ｐ）は、水中において高圧水をノズルから高速で噴射
し、激しいキャビテーションを伴う水中水噴流を水中構
造物に衝突させて、その構造物の残留応力を改善する技
術である。
Ｐ）は、水中において高圧水をノズルから高速で噴射
し、激しいキャビテーションを伴う水中水噴流を水中構
造物に衝突させて、その構造物の残留応力を改善する技
術である。
【０００３】このＷＪＰは、軽水炉型原子炉の圧力容器
（ＲＰＶ）や炉内構造物における応力腐食割れ（ＳＣ
Ｃ）の要因を取り除ける技術として強い関心を集めてい
る。またＷＪＰは、残留応力の改善のみならず、炉内清
掃（放射性物質が濃縮する酸化スケールの除去）にも有
効である。
（ＲＰＶ）や炉内構造物における応力腐食割れ（ＳＣ
Ｃ）の要因を取り除ける技術として強い関心を集めてい
る。またＷＪＰは、残留応力の改善のみならず、炉内清
掃（放射性物質が濃縮する酸化スケールの除去）にも有
効である。
【０００４】理想的に広い空間であれば図１４に示すよ
うに、所定のスタンドオフ距離（ノズル１と加工対象面
７との直線距離）ｘS において、ＷＪＰ施工のいわゆる
「的」である溶接部８に対し、キャビテーションを伴う
水中水噴流４を直角に衝突させる。この場合、ノズル１
の中心軸３と加工対象面７は直交している。なお、同図
において、２は高圧水、６は周囲水、２６は衝突噴流を
示す。
うに、所定のスタンドオフ距離（ノズル１と加工対象面
７との直線距離）ｘS において、ＷＪＰ施工のいわゆる
「的」である溶接部８に対し、キャビテーションを伴う
水中水噴流４を直角に衝突させる。この場合、ノズル１
の中心軸３と加工対象面７は直交している。なお、同図
において、２は高圧水、６は周囲水、２６は衝突噴流を
示す。
【０００５】しかし、原子炉内の複雑な形状の構造物、
しかも狭隘部の溶接部位を施工するためには、図１５に
示すようにキャビテーションを伴う水中水噴流４を加工
対象面７に対し斜めに衝突させざるを得ない。なお、図
中の５は狭隘空間、θs は衝突角度である。
しかも狭隘部の溶接部位を施工するためには、図１５に
示すようにキャビテーションを伴う水中水噴流４を加工
対象面７に対し斜めに衝突させざるを得ない。なお、図
中の５は狭隘空間、θs は衝突角度である。
【０００６】キャビテーションを伴う水中水噴流４は、
衝突時に夥しい数のキャビテーション気泡の急速圧壊時
に生じる衝撃圧で材料に強い力学的影響を及ぼし、残留
応力を改善する。しかるに、斜めに衝突させる場合、衝
突後に加工対象面７上に沿って流れる衝突噴流２６が、
中心軸３に対して軸対象ではないため、ピーニングに係
わる現象は複雑である。
衝突時に夥しい数のキャビテーション気泡の急速圧壊時
に生じる衝撃圧で材料に強い力学的影響を及ぼし、残留
応力を改善する。しかるに、斜めに衝突させる場合、衝
突後に加工対象面７上に沿って流れる衝突噴流２６が、
中心軸３に対して軸対象ではないため、ピーニングに係
わる現象は複雑である。
【０００７】図１５において、キャビテーションを伴う
水中水噴流４の中心軸３と加工対象面７との交点すなわ
ち衝突中心９では、ピーニングの効果は最大とはならな
い。これは、（１）衝突噴流の流れ方向の流量配分、
（２）衝突前の自由噴流や衝突後の衝突噴流におけるキ
ャビテーションの発達、（３）衝突噴流界面における気
泡核の供給、等の複雑な現象が組合わさって生じる結果
である。
水中水噴流４の中心軸３と加工対象面７との交点すなわ
ち衝突中心９では、ピーニングの効果は最大とはならな
い。これは、（１）衝突噴流の流れ方向の流量配分、
（２）衝突前の自由噴流や衝突後の衝突噴流におけるキ
ャビテーションの発達、（３）衝突噴流界面における気
泡核の供給、等の複雑な現象が組合わさって生じる結果
である。
【０００８】図１６に示す気相中の高速水噴流では、分
裂した水滴が加工対象面７に対し斜めに衝突するのみで
あり、跳ね返る衝突噴流２６の役割は小さく、現象は単
純である。なお図中の５は柱状水噴流、１６は水滴であ
る。
裂した水滴が加工対象面７に対し斜めに衝突するのみで
あり、跳ね返る衝突噴流２６の役割は小さく、現象は単
純である。なお図中の５は柱状水噴流、１６は水滴であ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、狭隘
部等のＷＪＰ施工に対して噴流を斜めに衝突させる場
合、「的」つまり応力状態を最も改善したい部位に対す
る効果を最大にするためには、ノズルの方向を適正化す
る必要がある。ノズルの位置決めや噴流の噴出方向が不
適切であると、的外れとなり、応力改善効果が十分に得
られず、施工に時間を費やしたり、むやみに噴射圧力を
上げざるを得なくなるなど、的外れのピーニングは施工
能率を著しく低下させる。
部等のＷＪＰ施工に対して噴流を斜めに衝突させる場
合、「的」つまり応力状態を最も改善したい部位に対す
る効果を最大にするためには、ノズルの方向を適正化す
る必要がある。ノズルの位置決めや噴流の噴出方向が不
適切であると、的外れとなり、応力改善効果が十分に得
られず、施工に時間を費やしたり、むやみに噴射圧力を
上げざるを得なくなるなど、的外れのピーニングは施工
能率を著しく低下させる。
【００１０】これが、気相中噴流（図１６参照）との違
いであり、水中水噴流における現象の特徴でもある。言
い換えれば、この水中水噴流における特性を巧みに利用
すれば、残留応力改善効果を最大に発揮することが可能
になる。
いであり、水中水噴流における現象の特徴でもある。言
い換えれば、この水中水噴流における特性を巧みに利用
すれば、残留応力改善効果を最大に発揮することが可能
になる。
【００１１】本発明の目的は、前述した従来技術の欠点
を解消し、加工対象面に対して噴流を斜めに衝突させる
場合、ノズルを最適な方向に設定することができる水噴
流を利用する加工方法を提供することにある。
を解消し、加工対象面に対して噴流を斜めに衝突させる
場合、ノズルを最適な方向に設定することができる水噴
流を利用する加工方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、水中でノズルから高圧水を噴射し、キャビ
テーションを伴う水中水噴流を加工対象面に対して斜め
に衝突させて、加工対象面の状態を改質する水噴流を利
用する加工方法において、その水中水噴流の中心軸と加
工対象面の交点である衝突中心を、最大の加工度が必要
な部位である的よりも上流側に設定することを特徴とす
るものである。
に本発明は、水中でノズルから高圧水を噴射し、キャビ
テーションを伴う水中水噴流を加工対象面に対して斜め
に衝突させて、加工対象面の状態を改質する水噴流を利
用する加工方法において、その水中水噴流の中心軸と加
工対象面の交点である衝突中心を、最大の加工度が必要
な部位である的よりも上流側に設定することを特徴とす
るものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】前述のように、ノズルから噴出す
る噴流の中心軸と加工対象面との交点すなわち噴流の衝
突中心を、応力状態を最も改善したいポイントすなわち
加工対象物の的よりも上流側（ノズル側）に来るように
ノズルを設置する。このように、衝突中心を的から上流
側へずらす距離は、噴流と加工対象物との挟み角度であ
る傾斜角度θS に依存し、傾斜角度θS が小さいほどず
らす距離を長くし、傾斜角度θS が９０°（直角）に近
づくほどずらす距離が短くなるように、ノズルの姿勢を
設定する。傾斜角度θS と、的から衝突中心をずらす距
離の関係については後述する。
る噴流の中心軸と加工対象面との交点すなわち噴流の衝
突中心を、応力状態を最も改善したいポイントすなわち
加工対象物の的よりも上流側（ノズル側）に来るように
ノズルを設置する。このように、衝突中心を的から上流
側へずらす距離は、噴流と加工対象物との挟み角度であ
る傾斜角度θS に依存し、傾斜角度θS が小さいほどず
らす距離を長くし、傾斜角度θS が９０°（直角）に近
づくほどずらす距離が短くなるように、ノズルの姿勢を
設定する。傾斜角度θS と、的から衝突中心をずらす距
離の関係については後述する。
【００１４】このようにすることで、加工対象面上の的
において、残留応力改善量Δσ（施工後の圧縮残留応力
−施工前の引張残留応力）は最大となり、施工効率を極
めて高くした状態でピーニングを行うことが可能にな
る。
において、残留応力改善量Δσ（施工後の圧縮残留応力
−施工前の引張残留応力）は最大となり、施工効率を極
めて高くした状態でピーニングを行うことが可能にな
る。
【００１５】まず、本発明の概要について述べる。水中
において、加工対象面に斜めに衝突する高速水噴流は、
衝突中心よりも噴流下流側において鈍角となり、衝突噴
流の下流域で渦キャビテーション（Ｖｏｒｔｅｘ ｃａ
ｖｉｔａｔｉｏｎ）が発達する。この現象は、ピーニン
グ加工の観点から大変に重要であるが、特に第２ピーク
の噴流領域を加工対象面に衝突させる場合に顕著であ
る。
において、加工対象面に斜めに衝突する高速水噴流は、
衝突中心よりも噴流下流側において鈍角となり、衝突噴
流の下流域で渦キャビテーション（Ｖｏｒｔｅｘ ｃａ
ｖｉｔａｔｉｏｎ）が発達する。この現象は、ピーニン
グ加工の観点から大変に重要であるが、特に第２ピーク
の噴流領域を加工対象面に衝突させる場合に顕著であ
る。
【００１６】従って本発明において、最も渦キャビテー
ションが発達する衝突噴流の領域が、加工を目的とする
的の部位に一致するようにする訳である。水中の高速水
噴流においても、幾つかのタイプのキャビテーションが
生成するが、中でも渦キャビテーションの気泡の急速圧
壊時には強い衝撃圧力が発生する。この渦キャビテーシ
ョンは、残留応力を引張方向から圧縮方向へと改善する
主要な役割を担っている。
ションが発達する衝突噴流の領域が、加工を目的とする
的の部位に一致するようにする訳である。水中の高速水
噴流においても、幾つかのタイプのキャビテーションが
生成するが、中でも渦キャビテーションの気泡の急速圧
壊時には強い衝撃圧力が発生する。この渦キャビテーシ
ョンは、残留応力を引張方向から圧縮方向へと改善する
主要な役割を担っている。
【００１７】要するに本発明は、噴流を加工対象面に斜
めに衝突させる際、衝突後に加工対象面上を流下する衝
突噴流の渦キャビテーションの発達過程を巧みに利用
し、ピーニングの効果を最大に発揮させようとするもの
である。
めに衝突させる際、衝突後に加工対象面上を流下する衝
突噴流の渦キャビテーションの発達過程を巧みに利用
し、ピーニングの効果を最大に発揮させようとするもの
である。
【００１８】以下、図を参照して本発明を具体的に説明
する。図１は、第１の具体例に係る水噴流を利用する加
工方法の模式図である。
する。図１は、第１の具体例に係る水噴流を利用する加
工方法の模式図である。
【００１９】この具体例の加工対象面７において、最も
強く応力を改善したいのは溶接部８であり、ここが加工
の的となる。高圧水２はノズル１から噴射され、キャビ
テーションを伴う水中水噴流４となって加工対象面７に
衝突する。
強く応力を改善したいのは溶接部８であり、ここが加工
の的となる。高圧水２はノズル１から噴射され、キャビ
テーションを伴う水中水噴流４となって加工対象面７に
衝突する。
【００２０】衝突角度θS は、中心軸３と加工対象面７
とがなす鋭角である。キャビテーションを伴う水中水噴
流４の中心軸３と加工対象面７との交点である衝突中心
９は、溶接部８よりも距離δだけ上流側すなわちノズル
１に近い方向にずらすようにしてある。距離δだけ位置
をずらすことが、本発明の特徴である。
とがなす鋭角である。キャビテーションを伴う水中水噴
流４の中心軸３と加工対象面７との交点である衝突中心
９は、溶接部８よりも距離δだけ上流側すなわちノズル
１に近い方向にずらすようにしてある。距離δだけ位置
をずらすことが、本発明の特徴である。
【００２１】図２は、第２の具体例に係る水噴流を利用
する加工方法の模式図である。この具体例は、図１に示
す第１の具体例よりも衝突角度θS を大きくした例であ
る。加工スペースに余裕がある場合には、このように衝
突角度θS を９０°により近づけることが可能となる。
する加工方法の模式図である。この具体例は、図１に示
す第１の具体例よりも衝突角度θS を大きくした例であ
る。加工スペースに余裕がある場合には、このように衝
突角度θS を９０°により近づけることが可能となる。
【００２２】この具体例では、ピーニング加工の的であ
る溶接部８と衝突中心９との距離δは、図１における衝
突角度θS の小さな場合の距離δよりも短くする。この
ように、衝突角度θS に応じて適正な手法で距離δを変
化させることも本発明の特徴である。
る溶接部８と衝突中心９との距離δは、図１における衝
突角度θS の小さな場合の距離δよりも短くする。この
ように、衝突角度θS に応じて適正な手法で距離δを変
化させることも本発明の特徴である。
【００２３】図３は第３の具体例に係る水噴流を利用す
る加工方法の模式図である。この具体例は、ノズル１を
大きく傾けて、衝突角度θS を小さくする施工の例であ
る。狭隘部の施工においては、このような傾きになるこ
とは少なくない。このように衝突角度θS が小さい場
合、衝突中心９と的である溶接部８との距離δは、図１
及び図２の具体例における距離δよりも長くする。
る加工方法の模式図である。この具体例は、ノズル１を
大きく傾けて、衝突角度θS を小さくする施工の例であ
る。狭隘部の施工においては、このような傾きになるこ
とは少なくない。このように衝突角度θS が小さい場
合、衝突中心９と的である溶接部８との距離δは、図１
及び図２の具体例における距離δよりも長くする。
【００２４】図１ないし図３において、ノズル１と衝突
中心９との直線距離であるスタンドオフ距離ｘs は、い
ずれも第２ピーク相当（図８参照）になるものとする。
中心９との直線距離であるスタンドオフ距離ｘs は、い
ずれも第２ピーク相当（図８参照）になるものとする。
【００２５】上記した的（溶接部８）から衝突中心９を
ずら距離δは、衝突角度θS に対して、次のような手法
により決定する。
ずら距離δは、衝突角度θS に対して、次のような手法
により決定する。
【００２６】 δ＝αｘS （ｃｏｓθS ）2 ・・・・・・（１） 上記式において、係数αを、 ０．０３３＜α＜０．２３３ ・・・・・・（２） さらに望ましくは、 ０．０４＜α＜０．０９ ・・・・・・（３） の範囲から選定する。
【００２７】この条件に設定することで、ピーニング施
工効果を最大にすることができる。上記（１）〜（３）
の関係は、系統的に行った実験結果から導いたものであ
る。なお（１）式において、ｘS は第２ピーク相当のス
タンドオフ距離である。
工効果を最大にすることができる。上記（１）〜（３）
の関係は、系統的に行った実験結果から導いたものであ
る。なお（１）式において、ｘS は第２ピーク相当のス
タンドオフ距離である。
【００２８】図４は、本発明に係るピーニング施工にお
いて利用するノズルの一例を示す断面図である。高圧水
２は、高圧水供給流路１０を通じて導かれ、径収縮部
（しぼり部）１１で減圧・加速され、噴出孔１２から噴
射されてキャビテーションを伴う水中水噴流となる。噴
出孔１２の出口には、出口座ぐり部１３を設けてある。
これは、噴出孔１２の出口における壊食（エロージョ
ン）により、噴流の形状が崩れて噴流が偏るのを防ぐた
めである。
いて利用するノズルの一例を示す断面図である。高圧水
２は、高圧水供給流路１０を通じて導かれ、径収縮部
（しぼり部）１１で減圧・加速され、噴出孔１２から噴
射されてキャビテーションを伴う水中水噴流となる。噴
出孔１２の出口には、出口座ぐり部１３を設けてある。
これは、噴出孔１２の出口における壊食（エロージョ
ン）により、噴流の形状が崩れて噴流が偏るのを防ぐた
めである。
【００２９】図５のノズルは、図４に構造を示したノズ
ル１における噴出孔１２の出口先端に円錐形の拡大空洞
部１４を設けている。このように拡大空洞部１４を設け
ることにより、噴出孔１２から噴出直後の噴流と拡大空
洞部１４の内壁の間に循環渦が生じ、この渦の作用によ
り圧力変動が加わり、噴流の乱れが促進されて、キャビ
テーションが活発に成長する。
ル１における噴出孔１２の出口先端に円錐形の拡大空洞
部１４を設けている。このように拡大空洞部１４を設け
ることにより、噴出孔１２から噴出直後の噴流と拡大空
洞部１４の内壁の間に循環渦が生じ、この渦の作用によ
り圧力変動が加わり、噴流の乱れが促進されて、キャビ
テーションが活発に成長する。
【００３０】図６は、衝突角度θS と上記した（１）〜
（３）式の関係より、シフトδを設定した施工例におけ
る残留応力改善量Δσの結果（残留応力改善量の分布２
５）を示したのである。
（３）式の関係より、シフトδを設定した施工例におけ
る残留応力改善量Δσの結果（残留応力改善量の分布２
５）を示したのである。
【００３１】なお残留応力改善量Δσは、施工後の圧縮
残留応力から施工前の引張残留応力を引くことにより求
めた。キャビテーションを伴う水中水噴流４の中心軸３
と加工対象面７との交点である衝突中心９から、距離δ
だけずれた位置において、Δσが最大となる。これよ
り、本発明における衝突角度θS に応じて交点のシフト
δを定める方法が極めて有効であることが認められる。
残留応力から施工前の引張残留応力を引くことにより求
めた。キャビテーションを伴う水中水噴流４の中心軸３
と加工対象面７との交点である衝突中心９から、距離δ
だけずれた位置において、Δσが最大となる。これよ
り、本発明における衝突角度θS に応じて交点のシフト
δを定める方法が極めて有効であることが認められる。
【００３２】図７は、衝突角度θS を小さくし、噴流を
かなり傾斜させて衝突させる施工例を示すもので、１７
がその衝突噴流である。
かなり傾斜させて衝突させる施工例を示すもので、１７
がその衝突噴流である。
【００３３】この場合（１）式の関係から明らかなよう
に、図６の例に比べて衝突角度θSが小さいので交点の
シフトδも大きくなる。残留応力の改善効果であるΔσ
も、衝突中心９からδだけシフトした位置においてやは
り最大になることが確認された。
に、図６の例に比べて衝突角度θSが小さいので交点の
シフトδも大きくなる。残留応力の改善効果であるΔσ
も、衝突中心９からδだけシフトした位置においてやは
り最大になることが確認された。
【００３４】以上の２例から本発明を具体化することに
より、ピーニング能率が最大となる効果が実証されたこ
とになる。
より、ピーニング能率が最大となる効果が実証されたこ
とになる。
【００３５】次に、斜めに衝突する噴流の鈍角側（下流
側）の領域において、残留応力改善量Δσが鋭角側（上
流側）よりも大きくなり、しかも噴流の中心と加工面と
の交点である衝突中心よりも下流の衝突噴流域におい
て、Δρがピークに達する理由について述べる。
側）の領域において、残留応力改善量Δσが鋭角側（上
流側）よりも大きくなり、しかも噴流の中心と加工面と
の交点である衝突中心よりも下流の衝突噴流域におい
て、Δρがピークに達する理由について述べる。
【００３６】これは基本的には、衝突がきっかけとな
り、衝突中心９よりも下流の衝突噴流において２次的な
キャビテーションが発達するからである。特に衝突噴流
の鈍角側において、キャビテーションが発達するメカニ
ズムは幾つか考えられ、そられを組み合わせたものが生
じている筈であるが、それについて順次述べる。
り、衝突中心９よりも下流の衝突噴流において２次的な
キャビテーションが発達するからである。特に衝突噴流
の鈍角側において、キャビテーションが発達するメカニ
ズムは幾つか考えられ、そられを組み合わせたものが生
じている筈であるが、それについて順次述べる。
【００３７】図９は、衝突噴流１７において、鈍角側と
鋭角側との流量配分が異なることを説明するための模式
図である。
鋭角側との流量配分が異なることを説明するための模式
図である。
【００３８】鈍角側の衝突噴流２０の鈍角ターン噴流Ｑ
2 は、鋭角ターン衝突噴流１９の鋭角ターン流量Ｑ1 よ
りも多い。流量の多い鈍角ターン衝突噴流２０の方が、
当然のことながらキャビテーション気泡核が豊富でキャ
ビテーションが活発であり、ピーニング効果も大きくな
る。２４は衝突中心を示す。
2 は、鋭角ターン衝突噴流１９の鋭角ターン流量Ｑ1 よ
りも多い。流量の多い鈍角ターン衝突噴流２０の方が、
当然のことながらキャビテーション気泡核が豊富でキャ
ビテーションが活発であり、ピーニング効果も大きくな
る。２４は衝突中心を示す。
【００３９】図１０は、噴流界面の剪断乱れに由来する
渦キャビテーションの発達領域に結び付ける考え方を模
式的に描いたものである。
渦キャビテーションの発達領域に結び付ける考え方を模
式的に描いたものである。
【００４０】キャビテーションを伴う水中水噴流４の界
面には、界面剪断層由来の渦キャビテーション発達領域
１８が生じる。傾斜する噴流を衝突させる場合、図示し
たように加工対象面７が、この渦キャビテーション発達
領域１８を斜めに切断することになる。鈍角側では、渦
キャビテーションが大きく発達している領域が加工対象
面７上を衝突噴流として流れるために、ピーニング効果
も拡大する。
面には、界面剪断層由来の渦キャビテーション発達領域
１８が生じる。傾斜する噴流を衝突させる場合、図示し
たように加工対象面７が、この渦キャビテーション発達
領域１８を斜めに切断することになる。鈍角側では、渦
キャビテーションが大きく発達している領域が加工対象
面７上を衝突噴流として流れるために、ピーニング効果
も拡大する。
【００４１】図１１は、衝突がきっかけとなり、加工対
象面７上の剪断層領域でキャビテーションが発達するメ
カニズムを模式的に描いたものである。
象面７上の剪断層領域でキャビテーションが発達するメ
カニズムを模式的に描いたものである。
【００４２】衝突中心９よりも下流の鈍角ターン衝突噴
流２０においては、加工対象面７の上で剪断層２１が発
達する。ここに生じる強い剪断渦に由来してキャビテー
ションが成長する。衝突がきっかけ（トリガ）となり、
キャビテーションが十分に成長するまでの時間遅れ２２
が、図１〜図３、図６及び図７における交点のシフトδ
に相当するものと考えられる。
流２０においては、加工対象面７の上で剪断層２１が発
達する。ここに生じる強い剪断渦に由来してキャビテー
ションが成長する。衝突がきっかけ（トリガ）となり、
キャビテーションが十分に成長するまでの時間遅れ２２
が、図１〜図３、図６及び図７における交点のシフトδ
に相当するものと考えられる。
【００４３】図１２は、周囲水６に広い面で接触する鈍
角ターン衝突噴流２０の方が、噴流の界面を通じて、周
囲水から気泡核が多く流入するメカニズムを模式的に描
いたもので、２３が気泡核の流入を示している。
角ターン衝突噴流２０の方が、噴流の界面を通じて、周
囲水から気泡核が多く流入するメカニズムを模式的に描
いたもので、２３が気泡核の流入を示している。
【００４４】実際の現象では、以上に述べた複数のメカ
ニズムが組合わさっていると考えられる。以上のような
理由により、鈍角ターン衝突噴流の衝突中心より下流に
生じる領域を加工に利用することで、最も残留応力改善
効果を大きくしたい部位の応力改善量を最大とすること
ができる。
ニズムが組合わさっていると考えられる。以上のような
理由により、鈍角ターン衝突噴流の衝突中心より下流に
生じる領域を加工に利用することで、最も残留応力改善
効果を大きくしたい部位の応力改善量を最大とすること
ができる。
【００４５】ここまでは、上向きの加工面に対し、噴流
を斜め下向きに噴射衝突させる例について述べたが、逆
に下向きの加工面に対し、噴流を斜め上方に向けて噴射
衝突させる場合も、具体化の方法は全く同じである。
を斜め下向きに噴射衝突させる例について述べたが、逆
に下向きの加工面に対し、噴流を斜め上方に向けて噴射
衝突させる場合も、具体化の方法は全く同じである。
【００４６】図１３は、下向きの加工対象部７に対し、
ノズル１から斜め上向きにキャビテーションを伴う水中
水噴流４を噴射衝突させた場合の加工法を模式的に描い
たものである。衝突角度はθS 、スタンドオフ距離ｘS
は第２ピークに相当するものである。
ノズル１から斜め上向きにキャビテーションを伴う水中
水噴流４を噴射衝突させた場合の加工法を模式的に描い
たものである。衝突角度はθS 、スタンドオフ距離ｘS
は第２ピークに相当するものである。
【００４７】キャビテーションを伴う水中水噴流４の中
心軸３と加工対象部７の交点すなわち衝突中心９を、最
も強い施工を行いたい溶接部８よりも上流側へ距離δだ
けずらす（交点のシフト）。この距離δは、衝突角度θ
S に応じて前述した方法により設定する。
心軸３と加工対象部７の交点すなわち衝突中心９を、最
も強い施工を行いたい溶接部８よりも上流側へ距離δだ
けずらす（交点のシフト）。この距離δは、衝突角度θ
S に応じて前述した方法により設定する。
【００４８】但し、このような上向き噴射の場合は、浮
力の作用が生じるため、気泡核の流入２３が、図１２に
示した場合よりも多少増加する。すなわち、周囲水６中
にある気泡核が、キャビテーションを伴う水中水噴流４
中に、より多く供給されるようになると、キャビテーシ
ョンがさらに促進されるようになる。
力の作用が生じるため、気泡核の流入２３が、図１２に
示した場合よりも多少増加する。すなわち、周囲水６中
にある気泡核が、キャビテーションを伴う水中水噴流４
中に、より多く供給されるようになると、キャビテーシ
ョンがさらに促進されるようになる。
【００４９】
【発明の効果】上記した本発明を実施することによる効
果をまとめると、次のようになる。
果をまとめると、次のようになる。
【００５０】（１）ノズルを加工物に対して斜めに設置
し、噴流を傾斜させて衝突させる場合において、最も応
力状態を改善したい「的」で応力改善効果を最大にする
ことができる。
し、噴流を傾斜させて衝突させる場合において、最も応
力状態を改善したい「的」で応力改善効果を最大にする
ことができる。
【００５１】（２）上記（１）の効果により、狭隘部の
施工におけるピーニング効果が向上し、ピーニング施工
を短時間で済ませることができる。
施工におけるピーニング効果が向上し、ピーニング施工
を短時間で済ませることができる。
【００５２】（３）上記（１）の効果により、狭隘部に
おける構造材料の強度が増加し、構造物の強度上の健全
性が向上する。例えば、疲労強度が上昇し、また応力腐
食割れ（ＳＣＣ）を防げる。
おける構造材料の強度が増加し、構造物の強度上の健全
性が向上する。例えば、疲労強度が上昇し、また応力腐
食割れ（ＳＣＣ）を防げる。
【００５３】（４）上記（１）のように、ノズルを斜め
にすることのみ、あるいは噴流が斜めに噴射するノズル
を用いることのみで、ピーニング施工が可能になるた
め、複雑な構造のノズルを用いる必要がなく、またシン
プルな構造のノズルを利用するため施工の信頼性も高ま
る。
にすることのみ、あるいは噴流が斜めに噴射するノズル
を用いることのみで、ピーニング施工が可能になるた
め、複雑な構造のノズルを用いる必要がなく、またシン
プルな構造のノズルを利用するため施工の信頼性も高ま
る。
【図１】本発明の第１の具体例に係る水噴流を利用する
加工方法の模式図である。
加工方法の模式図である。
【図２】本発明の第２の具体例に係る水噴流を利用する
加工方法の模式図である。
加工方法の模式図である。
【図３】本発明の第３の具体例に係る水噴流を利用する
加工方法の模式図である。
加工方法の模式図である。
【図４】使用するノズルの第１の例を示す断面図であ
る。
る。
【図５】使用するノズルの第２の例を示す断面図であ
る。
る。
【図６】残留応力分布の第１の測定例であり、本発明の
方法による残留応力改善結果を示す説明図である。
方法による残留応力改善結果を示す説明図である。
【図７】残留応力分布の第２の測定例であり、本発明の
方法による残留応力改善結果を示す説明図である。
方法による残留応力改善結果を示す説明図である。
【図８】噴流軸方向に対する衝撃圧分布を示す模式図で
ある。
ある。
【図９】本発明によって生じる効果の基になると考えら
れるメカニズムの第１の例を示す模式図である。
れるメカニズムの第１の例を示す模式図である。
【図１０】本発明によって生じる効果の基になると考え
られるメカニズムの第２の例を示す模式図である。
られるメカニズムの第２の例を示す模式図である。
【図１１】本発明によって生じる効果の基になると考え
られるメカニズムの第３の例を示す模式図である。
られるメカニズムの第３の例を示す模式図である。
【図１２】本発明によって生じる効果の基になると考え
られるメカニズムの第４の例を示す模式図である。
られるメカニズムの第４の例を示す模式図である。
【図１３】本発明の第４の具体例に係る水噴流を利用す
る加工方法の模式図である。
る加工方法の模式図である。
【図１４】従来の水噴流を利用する加工方法の一例を示
す模式図である。
す模式図である。
【図１５】ノズルを傾斜させた場合の水噴流を利用する
加工方法の一例を示す模式図である。
加工方法の一例を示す模式図である。
【図１６】気相中噴流加工の一例を示す模式図である。
１ ノズル ２ 高圧水 ３ 中心軸 ４ キャビテーションを伴う水中水噴流 ６ 周囲水 ７ 加工対象面 ８ 溶接部 ９，２４ 衝突中心 １０ 高圧水供給流路 １１ 径収縮部 １２ 噴出孔 １３ 出口座ぐり部 １４ 円錐型拡大空洞部 １７，２６ 衝突噴流 １９ 鋭角ターン衝突噴流 ２０ 鈍角ターン衝突噴流 ２３ 気泡核の流入 ２５ 残留応力改善量の分布 Ｘｓ スタンドオフ距離 θs 衝突角度 δ 交点のシフト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒沢 孝一 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 林 英策 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 榎本 邦夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 水中でノズルから高圧水を噴射し、キャ
ビテーションを伴う水中水噴流を加工対象面に対して斜
めに衝突させて、加工対象面の状態を改質する水噴流を
利用する加工方法において、 その水中水噴流の中心軸と加工対象面の交点である衝突
中心を、最大の加工度が必要な部位である的よりも上流
側に設定することを特徴とする水噴流を利用する加工方
法。 - 【請求項２】 請求項１記載において、上記衝突中心と
最大の加工度が必要な部位との距離δを、 δ＝αｘs （ｃｏｓθs ）2 ここにθs ：衝突角度（狭角側）、ｘs ：スタンドオフ
距離係数αの条件を、 ０．０３３＜α＜０．２３３ の範囲内で選定することを特徴とする水噴流を利用する
加工方法。 - 【請求項３】 請求項２記載において、上記係数αの条
件を、 ０．０４＜α＜０．０９ の範囲で選定することを特徴とする水噴流を利用する加
工方法。 - 【請求項４】 請求項１ないし３記載において、スタン
ドオフ距離ｘs を、ノズルの下流に形成される衝撃圧分
布における第１ピークの次の極小値よりも下流の領域で
ある第２ピークの領域に相当する領域で選定することを
特徴とする水噴流を利用する加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27731097A JP3355294B2 (ja) | 1997-10-09 | 1997-10-09 | ノズルの設定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27731097A JP3355294B2 (ja) | 1997-10-09 | 1997-10-09 | ノズルの設定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11114828A true JPH11114828A (ja) | 1999-04-27 |
| JP3355294B2 JP3355294B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=17581767
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27731097A Expired - Fee Related JP3355294B2 (ja) | 1997-10-09 | 1997-10-09 | ノズルの設定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3355294B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108922866A (zh) * | 2018-09-13 | 2018-11-30 | 环维电子(上海)有限公司 | 切割盘以及切割机台 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102672620A (zh) * | 2012-05-25 | 2012-09-19 | 青海集天科技发展有限公司 | 一种铁路机车车辆轮对的除锈清洗方法 |
-
1997
- 1997-10-09 JP JP27731097A patent/JP3355294B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108922866A (zh) * | 2018-09-13 | 2018-11-30 | 环维电子(上海)有限公司 | 切割盘以及切割机台 |
| CN108922866B (zh) * | 2018-09-13 | 2023-10-13 | 环维电子(上海)有限公司 | 切割盘以及切割机台 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3355294B2 (ja) | 2002-12-09 |
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