JPS58164891A - ドリルパイプ組立体とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この婦明は１９８０年１０月１４日に出願された第１　
９　７，　０　５　７号のｃ．　ｔ．　ｐ．　（　１部
継続）出願である。この第１９７．０５７号は１９７９
年２月８日に出願された第１０，２３５号の継続出願で
あるが現在は取り下げられている。この第１０，２３５
号は１９７７年７月２５日に出願（第８１８．６７２号
）され、その後特許（第４，１　４　６，０　６　０号
）された出願のＣ。

ｔ．　ｐ．出願である。１９８０年９月２日に出願され
た第１８３，２９０号、出願番号第・１０．２３５号お
よび特許第４，１７１，５６０号の一部、特許第４，１
４６．０６０号の一部を参照すればわかるように、特許
第４、１　４　６，０　６　０号および第４．１７１，
５６０号の内容はこの発明においても採用している。

この発明は回転式の装置によるポーリングに関する。さ
らに詳しくは両端にツールシロインドを有しそのツール
ジ−インドの間に摩耗スリーブを嵌挿した一本のドリル
パイプ、およびこのドリルパイプに摩耗スリーブを取り
付ける方法に関する。

前記米国特許第４，１４６．０６０号（ギヤレフト）お
よび第４．１７１，５６０号　（ギヤレット）に開示さ
れた内容は次に示す通りである。すなわち、同種の摩耗
スリーブをドリルパイプに取り付けてからこのドリルパ
イプの端部にツールシロインドを取り付けるというもの
である。しかし、ドリルノぐイブの両端に予めツールシ
ロインドを溶接したドリルパイプを使用する場合には、
片方のツールシロインドを摩滅や切断によって取り除か
ない限りこの方法を使用することはできない。

ドリルパイプに取り付ける−に摩耗スリーブを予め分割
しておいて、トリに盛イブの両端にシールジ、インドを
取り付けてからでもこの摩耗スリーブをドリルパイプに
取り付は可能にする方法もよく知られている。分割した
摩耗スリーブをドリルパイプに取り付けるための各種の
方法に関してはこれまでにも多く出願されているが、こ
れについては前記ギヤレフトの特許においても動じられ
ている。

従来の分割した摩耗スリーブを使用する場合に生じる問
題点は、２つに分割された摩耗スリーブのセグメントの
整合が困難な点である。

その他の問題点は、２つのセグメントを溶接するに際し
て、ｌｉｉ！スリーブとドリルパイプとの間に溶接金属
が浸入しないようにセグメント整合部にブリッジを形成
する必要性を有することであるこのような溶接金属の浸
入が起るとドリルパイプが指部を受け、摩耗スリーブと
ドリルパイプを取り付ける際に摩耗スリーブとドリルパ
イプの間の接着剤の流動性が１５ｆｌ害され、さらに、
ドリルパイプに溶接金属が溶着されるとその部分に応力
が生１ζ　〜１．１ じる。

従来、摩耗スリーブは鋸歯を使って２つのセグメントに
切断され、この２つのセグメントを鋸歯の歯の幅分だけ
離間させ、その内側に使い捨ての支持スリーブすなわち
ライナーを配設してから溶着していた。また、２つのセ
グメントを鍛造によって別々に形成し、両セグメンＦの
接合部をリツプーラベット接合にして、リップの重なり
によって溶接金属とドリルパイプとが接しないようにす
ることも知られているが、この方法は高価であると共に
両セグメントの整合が困鍾である。

この発明によれば、所望の内径および外径を有する金属
製の摩耗スリーブを機械加工によって製造することがで
きる。この摩耗スリーブはドリルパイプの回りに配設し
得る大きさのセグメント、例えば２つの半円筒形のセグ
メントに分断される。

２つのセグメントの塑性変形を防止するために、両セグ
メントの破断面がその全長に亘って隣接させられる。従
って、両セグメントをドリルパイプの回りに配設してそ
の破断面を相耳に接合させれば、はぼ元の円柱状の摩耗
スリーブに戻る。分断は脆性破壊〔注釈（１）　、　（
２）　、　（３）　）によって行なうことが望ましい。

第１に、摩耗スリーブの外面の縦方向には相対向させて
溝が形成され、この部分を破断してセグメントに分断す
る。この溝は摩耗スリーブの内壁近傍にまで（例えば、
溝の深さは摩耗スリーブの半径方向の厚さの５０％以上
）達しているので、セグメントは非常に薄い部分で連結
されていることになる。

この溝を形成したことによって、摩耗スリーブの壁面に
は薄い部分が形成されるので、小さい７−ブ応力を加え
るだけで分断が可能であると共に所望の位Ｉｆ（例えば
壁面上の正反対の位置）を分断することが可能□である
。さらに、この溝の形成によって、セグメントの塑性変
型に対する耐力強度内の負荷を加えるだけで分断可能と
なる。また、塑性変形に対する耐力強度が低いため、そ
れに対応する低い応力を加えるだけで分断可能であるの
で、分断の耐力強度も小さい。この溝には応力集中（４
）が起るのでさらに分断が容易になる。溝を形成したこ
とによって、塑性変形が抑制されるので脆性破壊が起り
易゛くなる（５）。溝を形成したことによって摩耗スリ
ーブの各セグメント間に隙間ができるので、セグメント
溶接時に溶接金属は隙間内に収まり、接合部が半径方向
に突出することはない。引っ張り強度の高い材料の場合
には、溝の底部を引っ掻くことによって、応力集中をよ
り高めることができるので、脆性破壊をより促進させる
と共に所望の面上を分断することができる（６）。

第２に、分断に先立って、摩耗スリーブを冷却すると、
切欠き感度（７）は増大し、脆性破壊を促進する（９）
　ＱＯ耐力強度（８）が増大する。結局、摩耗スリーブ
用の材料はマルテンサイト系鋼が適しているＱ’ｌ）　
Ｏ摩耗スリーブは塑性破壊から脆性破壊への遷移温度的
以下に冷却される。この１１＃温度は熱処理（１３およ
び特殊鋼００の組成０→ＯＱに依存する。１０４０鋼の
場合、遷移温度（シェル７レベルの低下開始点）は０な
いし２０°Ｆ　（−１７，、，８〜−６，７°Ｃ）であ
り、１０２０棒鋼の場合には、遷移温度は、−−） １５０ないし一２２５°Ｆ（−１σ′１．１〜−１４２
．８°Ｃ）である。零噌性温度ｆｌｆ９　、割止め、動
的引裂きおよび荷重落下引裂き等の各テス）Ｃ１０）も
摩耗スＩＪ−ブをどの程度冷却したらよいかという判断
基準として使用される。実際には、これらのテスト結果
０枠は非常にばらつきがある。さらに、テスト結果は試
料の厚さやクラックの長さ６Ｉに対する依存性が高い。

最良のテスト結果を得るためには、試料は実際に摩耗ス
リーブとして使用される材料を用いて形成し、溝の長さ
、形状、厚さおよび積層を同じにする必要がある。すな
わち、実際の摩耗スリーブを使用する必要がある。最良
のテストは最小剪断破懐温度四を測定し得るものである
。摩耗スリーブは可能な限り低い温度まで冷却するとよ
いつ実際には、１０２０俸−は常圧下で液体窒素によっ
て一１９５°ＣＣ−６２０°Ｆ）まで冷却すると、摩耗
スリーブを構成する金属は一時的に脆化する。

第３に、摩耗ス、リーブにＭＷ負負荷加える。こうする
ことによっ、て、塑性破壊から脆性破壊への、、り 遷移温度（２）　（６）　（１１）が１，１昇し、脆性
破壊がより容易になる。この衝撃負荷を加えるために、
冷却した摩　　　　゛耗スリーブをエキスパンダ（例え
ばくさび形の心棒を有する割りリング）に取り付ける。

心棒を割りリングに押し込むことによって摩耗スリーブ
が分断される。この場合の負荷は液圧プレスｆ−Ｄによ
って徐々に加えてもよいが、スレッジハンマ等で急激に
加えるのが礒ましい。こうすることによって、降伏時間
が短縮され、破壊応力を短時間加えるだけで分断するこ
とができる。また、摩耗スリーブの降伏強度は衝撃負荷
より大きく、シかも摩耗スリーブは冷却しであるので、
脆性破壊は降伏前に起る。摩耗スリーブは縦に形成した
溝に沿って分断される。

摩耗スリーブの冷却はエキスパンダに取り付けてから動
作状態下で行なってもよい。

分断後は、各セグメントを室温（２０’Ｃ）まで加温さ
れる。この温度は、脆化温度以上であれば、工場の周囲
温度に合せて取り扱い容易な温度に適宜設定できる。

このようにして形成された摩耗スリーブのセグメントは
次いでドリルパイプに配設される。これらのセグメント
は低降伏すなわち脆性破壊によって形成したものである
ため、陶器の破片を接合する場合と同様に、破断部は正
確に整合する。従って、各セグメントの接合部には隙間
を生じることがないので、溶接金属がドリルパイプと摩
耗スリーブの間の隙間まで浸入することはない。摩耗ス
リーブを分断する場合、破断部から破片が脱落しないよ
うにして、溶接金属の浸入路の形成を防止する必要があ
る。同様に、脆性破壊が起りにくい材料の場合には、破
断部にそってウィスカーを生じたり歪みを生じたりする
ことがないようにして、各セグメントの接合部が隙間な
く整合できるようにする必要がある。

各セグメントを整合させたら、縦溝内で溶接部Ｋを溶か
して溶着する。溶接時には必要に応じて、使い捨てのラ
イナーを摩耗スリーブの内側に配設して、各セグメント
を保持したり、溶接時に摩耗スリーブの溶接部近傍が溶
は落ちてもドリルパイプを保鋤できるようにしてもよい
。

セグメントを：ｍ接して形成した摩耗スリーブは次いで
接着剤（エポキシ樹脂等）によってドリルパイプに固定
される。その方法としては、この発明においても採用し
ているギヤレットの特許による方法があるが、ギヤレッ
トの特許と時を同じくするゲリー脅アール・ラベンダー
とジエイムズ・オスカー・チャンスの特許「摩耗スリー
ブ−ドリルパイプアセンブリ」に述べられている方法が
好ましい。後者の特許は代理人の整理番号２６４６Ｂ−
１６６であり、この発明の場合と同−譲り受は人に醸渡
されている。

この発明のその他の特徴および目的は、次に示す図面に
基づ〈発明の詳細な説明より明らかになるであろう。

注釈 （１）脆性破壊 「金属材料のノツチ何体に関する標準試験」におけるＡ
ＳＴＭ基準Ｅ２３−７２（１９７８年再紹可）、アペン
ディックスＡ１，２ノツチ効果には次のよう、述、ら藺
いる。　　　パ）・１ 脆性破壊の場合には、結合力以上の力が加わっても塑性
変形は起らないので、破断面は結晶状破断面となる。一
方、塑性破壊もしくは剪断破壊のの場合には、変形して
から破断されるので、その破断面はｗ＆総状破断面とな
る。両者の中間の場合には、適度の変形が起ってから破
断されるので、その破断面は一部結晶状破断面となり、
−綿繊維状破断面となる。

（２）　　脆性破壊 １９６５年にジ璽ン・ウィリー・アンド・サンズ・イン
コーホレーテッドから出版されたエイチ・ダブリュー・
ヘイトン、ウィリアム・ジー・モファット、ジ目ン・ウ
ルツ共者の「材料の＃＃造ト特性」第３巻「機械的挙動
」において、脆性破壊について論じられている。そのう
ち、第１４３べゝ１・１．１ −ジには次のように述べられている。

破壊とは応力を加えた場合に物体が複数の部分に分断さ
れるこｙであり、通常脆性破壊と塑性破壊とに分けられ
塾。脆性破壊はクランクが急速に□、１．。

伝播して起るものであり、塑性変型は全くもしくはほと
んど起らない。結晶性の材料にあっては、脆性破壊はり
開面と称する結晶面にそって起り、多結晶材の脆性破ｆ
ＩＪ面は粒状となる。塑性破壊は鈍い繊維状破断面を有
する。ＢＣＣ（金属）Ｍ移金属を使用する場合には、ノ
ツチの形成、低温使用あるいは高率の歪みの付加等によ
って塑性破壊から脆性破壊へと遭移させることができる
。このり ような材料の場合、塑性破壊においては破壊までに大き
なエネルギー吸収が起るが、脆性破壊においてはほとん
どエネルギーの吸収は起らない。

（３）脆性破壊 一部の専門家は脆性という概念を破断エネルギーの小さ
いもの若しくはクラックチップ塑性の小さいものとして
定義しているが、その他の専門家は破断面の大部分が伸
開によるものを脆性として定義している。しかし、この
発明の場合には、脆性とは破断面に歪みを生じないもの
をいう。例えば、破断面が粒状で繊維状でないもの、す
なわち、摩耗スリーブの各セグメントをドリルパイプの
回りに配設した場合に破断面が整合し得るものである。

この点に関しては、リチャード・ヘルツベルブの「エン
ジニアリング材の変形および破断機構」の第２９８ペー
ジ以下に述べられている。

シャルビ試験片およびそれを用いたテストによって材料
の靭性を正確に測定できる。ノツチ付の試料には非常に
高い歪み速度下で負荷が加えられる。

その理由は、試料に落下振子の衝撃を吸収させると共に
、広い温度範囲に亘ってテストされるからである。加え
た衝撃値と破断した試料の検査とからテストデータが得
られるっ まず、ノツチ付のシャルピー棒が吸収したエネルギは、
試料が破断された後に振子が振れた最大正 の高さから求められる。代表的な３２５ｆ（２４０フー
ト−ポンド）の衝撃装置を使用すると、振子の最終位置
は振子を離す前の高さと同じ（試料を破断するためのエ
ネルギ損失はない）であるか、または最下点（３２５Ｊ
の全エネルギが試料に吸収される）に来る。目盛を付し
ておけば試料の吸収エネルギを１に接続み取ることがで
きる、各種の材料について、衝撃エネルギとテス）　１
Ａｉ１度との関係を第９．５図（ここでは第８Ａ図）に
示す。この図から明らかなように、材料によっては温度
を変化させるとエネルギの吸収が大きく変化する。

ここで、エネルギの吸収が温度によって突然変化すると
いうことは、操作温度について構成成分を設計すること
ができることを意味する。この場合の操作温度は、それ
以上の温度では破断されないという温度である。

破断エネルギに対する温度の効果は、低強度のフェライ
ト系鋼においては、微視的破断機構の変化に関連し、低
温においてはり開、？ｉ４温においては気泡合体が起る
。低強度のフェライト系の鋼におけるす開の開始と脆性
挙動とは非常に密接であるので、襞間と脆性とは破断に
関する文献中では同＠暗として使用されている。これは
好ましいことではない。というのは、第７箪において脆
性は低い破断エネルギ若しくは低いタラツクチップ塑性
として定−され、一方伸開は微視的な破断機構として表
現されているからであ、、；する。脆性挙動は、高強度
のアルミニウム合金が破□断される場合のように、襞間
を伴なわずに発生するので混同を生じる。また、タング
ステン−２５ａ１０レニウム合金試料では４％の伸Ｍ（
適当なエネルギ吸収を示す）が見られると共に榊開破断
を生じる。所定の破断機構と破断エネルギ社との間には
必ずしも直接の相関があるとは限らないので、この２つ
の語も別々に扱うのが羅ましい。

所定の温度下において、破断エネルギが不連続変化をし
ない場合には、〜＃温度を決定するための基準を定める
必要がある。それでは、腹ｓ濡度は１３．５，２０，２
７Ｊ（１０，１５，２０７−トーボンド）といったエネ
ルギ準位、最大若しくはシェルフエネルギのいずれを基
準にして定めるべきであろうが。これは、構成成分に対
して経験的に求めた値とよく一致する方を基単にすべき
であるが、特定のエネルギ準位を基準にして求めた遷移
温度は一定ではなく材料によって変化する。

グ四スによれば８１強度４１５ないし９６５　ＭＰａの
強度を有する材料：′、では、遷移温度の基準とするエ
ネルギー準位は材゛ｉの強度が高くなればそれに対応さ
せて高くする必要があるということである。、、′？Ｍ
ｓ温度を他の測定値から推定する場合にも前記同様の問
題点がある。例えば、棒の側部に圧力を加えた場合の横
方膨張量を測定する場合、低温においては小さい値をと
り、高温においては大きい値をとる。（この塑性変形率
は吸収されたエネルギ一温度傾斜と一致する。）正しい
遷移温度はその材料の絶対収縮率若しくは比奴縮率に従
う。

破断面の繊維状部分と伸開状部分の波を温度に対してブ
ｏ７）すると、淘移の状態がわかる。ＪＡなる温度にお
ける破断面の状態を第９，７つ図（ここでは第８Ｂ図）
に示す。遷移温度を決定するためのり開状面と繊維状面
との割合〔第９．７Ｂ図巌）より直接求めたもの〕はそ
の他の因子同様材料に依存する。さらに悪いことには、
吸収エネル゛ギ、延性もしくは破断点を基準にして求め
た遭移温度＆碍同−材料でもそれぞれ異る。ｔｓ９．１
表に示すように、２０Ｊ若しくは横方膨張量０．３８　
ｆｆ（１５ミル）を基準にして求めた遷移温度は共によ
く一致するが、繊維状破断率５０％の点を基準にして求
めた辿移温度に比べると両者共著しく低い値となってい
る。いずれの遷移温度を使用するか決めかねるところで
ある。

（４）応力集中 応力集中および切欠き感度についてはジ蒙ン・ウィリー
・アンド・サンス・インコーホレーテッドから１９７４
年に出版された「応力集中因子」の中でアール・イー・
ビーターソンが取りあげている。その第１ページで応力
集中に関して次のように述べられている。

設計に用いられた基本式は一定形状の部分若しくは形状
が徐々に変化する部分を有する部材に依存する。溝があ
るために単純な応力分数に変化を生じ、第２図（ここで
は第８Ｃ図）に示すように一部分への高い応力の局在化
を生じる。この高い応力の局在化は応力集中と呼ばれ、
応力集中因子によって決まる。

（５）　　ノツチによって促進される脆性破壊「材料の
構造と特性」第３巻、スープラの第１６１ページには次
のように述べられている。　　　・衝撃テスト用試料に
ノツチを形成することの重要件は脆性破壊の超厚の解釈
より明らかである。

このノツチにより応力集中が起り、ノツチ先端の塑性変
形を抑制する。負荷を加えると、ノツチ部分はトリアキ
シャルテンシ曹ンの状態になる。剪断を伴うスリップも
しくは塑性変形はこのような応力状態によって抑制され
る。従って、ノツチを形成した試料はノツチを形成しな
いものに比べてより憂いレベルの引張応力を維持できる
。ノツチを形成した試料に高い負荷を加えて単純張力を
発生させると、その試料はノツチ部で降伏する。その場
合、加えた引張応力に圭直な面は内側へ収縮する傾向を
示す。ノツチの上下の金属は降伏せずノツチを形成した
試料の降伏を抑制する。従って、後者は３つの引張応力
（トリ）アキシャル）を受けることになる。第１は加え
た・引張応力であり、他の２つは発生した水平の引張応
力である。ノツチを形成しない軟鋼試料に対し・て、ノ
ツチを形成した試料と同様な引張応力を加えると、ノツ
チを形成した試料の場合の半分以下の引張応力で降伏す
る。深くて鋭角のノツチ（例えばスクラッチ）を形成し
た場合、降伏を起すために必要とされる引張応力はノツ
チを形成しない試料の場合の６倍である。従って、ノツ
チを形成すると塑性変形が抑制される。応力のトリアキ
シャル状態は塑性変形を抑制して脆性破壊を促進する。

（６）切欠感度と強度の関係 ピーターソンの「応力集中因子」を再度癖照すると、切
欠感度についてはその第９，１０ページにおいて次のよ
うに述べられている。

部材の疲れ強さに及ぼされるノツチの効果は材料および
ノツチの形状によって着しく変化する。

そして、このノツチの効果は理論的な応力集中因子を用
いて推定した効果よりも小さい。このような現象を一般
に切欠感度と呼ぶ、切欠感度は理論的な効果を得る温度
を測定することによって近似できる。半径を□零に近づ
けた場合の切欠感度をさらに研究する必要、：１がある
。しかし、小孔やスクラッチの存在によって幾可学的因
子に対応する強度低下が起らないことはよく知られてい
る。実際に引張強度の低い鋼においてはその影−はほと
んどない。しかし、高強度鋼の場合には小孔やスクラッ
チの効果はより看しい。

（７）切欠感度と温度の関係 ビーターソンの「応力集中因子」の第１１．１３ページ
には次のように述べられている。

常態下において塑性材に定常応力を加えても、この塑性
材はノツチの存在に起因する強度低下を生じない２、こ
の塑性材に衝撃負荷を加えた場合、もしくは低温にした
場合、この塑性材は脆性材と同様な挙動をとる。脆性材
を使った部材を設計する場合、通常完全なＫｔ（応力集
中）因子が使用される。

（８）　　耐力強度と温度の関係 「材料の構造」第３ｆＦ第１０２ページには次のように
述べられている。

純粋かつ完全な単結晶の場合、スリップを生じる応力す
なわち臨界剪断応力は、一定の材料において温度が一定
であれば一定となる。

また、第１０６ページには次のように述べられている。

第５．５図（ここでは第８Ｄ図）には、各種の材料にお
ける温度と臨界剪断応力関係を示す１．この図から明ら
かなように、温度を下げた場合に見られる臨界温度の上
昇のしかたに差があるＬ約３００’Ｋ（約１４８．９’
Ｃ）では、鉄のム界剪断応力は温度低下と共に急激に上
昇する、（９）耐力強度と脆性の関係 「材料の構造」第３呑１ｓ１６５ページには次のように
述べられている１−。

歪み速度の上昇もしくは温度低下と共に耐力強度が者し
く低下する材料、例えば低炭素鋼においては、ノツチや
マイクロクラックは脆性の原因となる。

ａｌ　　耐力強度と脆性の関係 リチャード・ダブリュー・ヘルツベルブの「エンジニア
リング材の変化および破断機何」の嗣２９７ページには
次のように述べられている。

第１の近似をする限り、クラックチップのパイアキシャ
ル応力もしくはトリア千シャル応力に伴う塑性圧−によ
って応カー蛍み商標が上昇し、ネットセフシロン応力が
滑らかな悼のσ１張強度より大きくなる。第７章の説明
によれば、ネットセクション強度を２．５ないし３倍に
すると、塑性材料をノツチによって強化することができ
る（第９・１図）〔ここでは第８Ｅ図〕。一方、塑性変
形し難い材料では、ノツチ基部への応力集中は偏らない
。これはタラツクチップが塑性を有してプラントになっ
ているためである。その結果、マルチアキシャル応力状
態のノツチによって局在化応力が高くなり、材料の塑性
変形能が抑制され、脆性破壊が起る。（第９・２図）〔
ここでは８Ｆ図〕。

（前記文献で使用されているノツチによる強化は極限強
度を高めるというより剛性を高めるものである。） ０１）　Ｂ　ＣＣおよびＦＣＣ材の耐力強度とｍ度の関
係 「材料の構造」第３巻第１６１ページにおいて、ソ′ 塑性変形について述べられて、：い・、る。

企み速度を増大させると共に温度を低下させると、引張
応力を加えた場合の応カー歪み曲線が上昇する。低温か
つ高歪み速度（衝Ｎ１）のもとでは、低炭素鋼、モリブ
デン、タングステン等のＢＣＣ金属は耐力強度が増大し
て、目に見えた塑性流動が起る前に骨間（脆性破壊）が
起る。

銅やアルミニウム尋のＦＣＣ金属は、強度が急に上昇す
ることはなく、また塑性が低下するとしても極くわずか
である。また、これらのＦＣＣ金属は低温下で衝撃エネ
ル′ｊｆＴＪ＆収の急激な低下を示すこともない。この
ため、アルミニウム合金やオーステナイト系鉄−ニッケ
ル合金は低温下での使用性に優れている。〔この発明に
おいてはパーライト／フェライトもしくはＢＣＣ鋼を使
用している。〕 静的な応カー歪み曲線は温度の上昇と共に急激に低下す
るが、衝撃負荷に起因する強度の上昇率は温度の上昇に
伴い急増する。温度を上昇させた時の金属の強度ヲね歪
み速度が低い場合に比べ、衝撃歪み速度のｔｉｔ’□°
合に大きくなる１、高温における衝撃比カー歪み曲線は
、第６・７図（ここでは第　　　′８Ｇ図）に示すよう
に、室温における遅い歪み速度曲線のはるか下方にある
。

１１′４ｖＩｌｉ性破壊−脆性破壊遷移温度− エンサイクペディア・ブリタニカ・インツーボレーテッ
ドから出版された、ベントンによる「ザ・ニュー・エン
サイクはペディア・ブリタニ力（１５版）」、マクロペ
ディア第２巻第６２８ページには次のように述べられて
いる。

温度が変化すると衝撃強度が変化し、冷却によって脆性
が非常に高くなる材料もある。材料の強度および弾性が
急激に低下する温度があるが、この温度はその材料の遷
移温度と呼ばれる。〔前記“の説明中の「強度」は靭性
を意味する。冷却によって、極限強度および耐力強度が
増大するが、耐力強度はその値が襞間強度（脆性破壊を
含む）に近づくか越えるまでは急激に上昇する。はとん
どの場合その破断面には塑性破壊部と脆性破壊部が共存
し、冷却によって脆性破壊の割合が増加するので、衝撃
破壊に必要なエネルギは温度の低下と共に低下する。〕 ｆｌｌ　　熱処理と遷移温度の関係 鋳物ハンドブックの第１５−５．、！Ｓページには次の
ように述べられている。

強度−靭性。舖の靭性の旺価あるいは突発もしくは脆性
破壊に対する靭性評価のための試験方法はいろいろある
。例えば、シャルピーＶノツチ衝撃テスト、荷重落下テ
スト、動的引裂きテスト、平板の歪み破壊靭性を？ｌａ
Ｉ走する方法等である。これらのすべてのテスト結果が
ここで使用されると共に再検討されるであろう。その理
由は各テスト方法にはそれぞれ長所があるからである。

これは第４章の「設計における機能の研究」において論
じられる。

シャルピーＶノツチ＠Ｊ撃エネルギは図中の室温におい
て傾斜し、靭性に対して強度および熱処理の特殊な効果
を示す。鋼は鋺きならし後焼き戻ししたものより焼き入
れ後焼き戻ししたものの方がより高い靭性が得られる。

シャルピーＶノツチテストによる靭性に及ぼす熱処理お
よびテスト温度の効果は、炭素鋼および低合金キャス）
８６３０鋼について第１５−１２図および第１５−１３
１ｆｆｌ（こごは第８■および８工図）に示しである。

焼き戻し後焼き入れすると、優れた靭性が得られる。

これは衝撃エネルギの遷移曲線が低温にシフトすること
によって示される。焼き入れ後に焼き戻しを行なうと、
低合金キャス）８５３０Ｍ（第１５−１３図（ここでは
第８工図）〕のように強度の高いものでも優れた靭性を
示す。

耐力強度が３０ないし９５ｋｓｌ（２０７なイシ６５５
　Ｍｐａ　”）を有する焼きならし後焼き戻しした鋳造
炭素鋼および低合金鋼においては、１００’Ｆ（３８℃
）ないＬ−１３０’Ｆ（−９０’０））’）零１１ｆｆ
性遷移温度（ＮＤＴＴ）が得られる。低合金鋼は炭素鋼
と比べた場合に、同一の強度においては高い靭性を示す
。キャスト鋼を焼き入れして焼きならしすると、強度お
よび靭性の範囲は広くなる。

５０°Ｐ（１０°Ｃ）ないり、−１６０″Ｆ（−１０７
℃）のＮＤＴＴ値は耐力強＆５０ないり、１９５ｋｓ　
１（３４５ないし１３４５　Ｍｐａ）の′−囲で得られ
る。

ジャッジビーＶノツチ衝撃エネ／ｌ／＋″温度とＮＤＴ
Ｔ値との間にほぼは相関関係がある。ＮＤＴＴ＊はシャ
ルピーＶノツチテストによって測定したエネ（５１） ルギ遣移温度と一致することが多い。

動的引き裂き衝撃エネルギはシャルピーＶノツチ衝撃テ
ストおよび荷重落下（ＮＤＴ）テストのエネルギと同様
強度、熱処理および合金組成に関係する。

ａ４　　塑性破壊−脆性破壊服移温度と組成との関係 「材料の構造」、スーブラ、第３巻、第１２ぺ〜ジには
、衝撃テストについて述べられているっ！ｉｊｓテスト
は温度を低下させた時に生じる塑性破壊から脆性破壊へ
の違＃温度を評価するために用いられる。この遷移温度
はまた試料のノツチ形状にも依存する。材料が同一であ
る場合、ノツチ形状が鋭角的であれば、それに伴って遷
移温度も高くなる。各種メ１材料におけるｍｓテストの
結果１ を第１・９図（ご：こでは第８５図）に示す。

自１９　１０２０−″め遷移温度 金属ハンドブック−ＡＢＭ、第１巻、給３９ｏ　　　。

ページの＠２Ｉｂ図（ここでは第８に図）には、１０２
０俸材のアイゾツト衝撃エネルギと温度の（５２） 関係が示されている。

０（ｌｉｌ　　零塑性温度 ＡＮＳＩ／ＡＳＴＭ　　Ｅ２０８−６９（１９７５年再
認可）中の「フェライト系鋼の零塑性遷移温度測定のた
めの荷重落下テスト方法」の３および４節に次のように
述べられている。

３節、意義 ３．１．　７ツチを形成したフェライト系鋼の破壊強度
の遷移は温度の影曖を大きく受ける。低温においては割
れ目（ノツチ）の大きさおよび鋭さによって、脆性破壊
を起させるのに必要な応力が決まる。このテスト方法の
意義は、小ノツチの開始曲線（第１図）によってＮＤＴ
ｆｉ度として測定された温度が、温度の降下と共に公称
耐力強度の応力レベルすなわち第１図中の点で示したＮ
ＤＴまで降下することを確認することである。

３．２．破壊開始に必要な他の条件を説明するために、
第１図に示したノツチの大きさおよび応力一温度図表が
用いられる。この図表は、荷重落下テストによって確認
されたＮＤＴ温度と関連のある（５３） 破壊開始および破壊抑制テスト双方の幅広いテストによ
って導き出される。このＮＤＴｔａ念は船舶、圧力容器
、機械部品、鍛造若しくは鋳造鋼に使用した場合に生じ
る数多くの夾用破ｌとの［！によって確紹された。

４節、定義 ４．１．　　零塑性選移（ＮＤＴ）温度このテスト方法
によるテストにおいて、標準荷重の落下によって試料が
破壊される最大温度。

αη　リチャード・ヘルツベルブの［エンジニアリング
材の変形および破壊機構」の第３０４ページに次のよう
に述べられている。。

遷移温度はシャルピー試験によって求める他に、荷重落
下テストやロバートソンクラック抑制テスト等から得ら
れる。、ｍｙｍ落下テスト用試料は平板であり、その片
面は脆性溶接金属のノツチ付のビードを有する。所定の
温度に達したら、この平板をビード而を下にしてホルダ
に保持し、＃慮を落下させて衝撃を加える。非常にわず
かなエネルギを加えるだけで溶接ビードのノツチの基部
にクラＣ３４） ツクが発生するので、このクラックの伝播によって基板
が破壊されるかどうかが重要な因子となる。

ＡＳＴＭ　Ｋ２Ｏ３によれば、零塑性温度（ＮＤＴ）は
平板が破壊されるＩＰｋｗ１温度として走義され、この
温度以上では破壊されない。従って、ＮＤＴは無視し得
る程度の塑性を伴う破壊−非破壊の境界である、 ＮＤＴテスト結果は低強度フェライト系鋼で形成される
構造物の設計に利用される。例えば、構造体に形成され
る鋭いクラックのための許容し得る最小温度（Ｔｍｍ）
が決定される（これは板厚の間数である）。

ロバートソン試料はクラック抑制状態を測定するために
設計される。この試料は板の片側を鋸で切断しであるた
め板の幅方向に＞温度勾配を生じ、スタータノツチは最
も低温と々４す、板の右側は高温となる。スター・タフ
ラック面５に垂直に均一な荷重をかけた後、低ｆｔ１ｔ
側に衝撃を加えると、低温側のスタータノツチのルート
面から不安定なりラックが発生する。このクラックは板
上を高温側へ伝（５５） 播し、クラックの伝播を抑制し得る温度の部分に達する
まで通む。この温度がクラック抑制温度（ＣＡＴ）であ
る。このテスト結果より、このＣＡＴは材料、加える応
力の強さおよび試料の厚さに依存することがわかる。

遭＃温度原理の限界 部材を設計する上で遷移温度原理を適用するには限界が
あることを紹めることか重要であるっ第１に、前記の方
法（エネルギ吸収、塑性、および破壊の発生）を用いて
実験的に決定した遷移温度の絶対強度は使用する試料の
厚さに依存する。これは、試料の厚さが質わった場合の
歪み面応力、応力状態の産湯のための準位に起因する。

この効果を評価する上で、マクニコルは次のことを発見
した。すなわち、１ある種の金属の邂移温度番ｊ、シャ
ルピー試験の棒の“厚さｔの増加と共に増加するエネル
ギ、塑性およ′・１び破壊の発生基準に依存するという
ことである。第９・１１図（ここでは＃８Ｌ　　　　’
図）は厚さ２．５　ｍｍ当りの試料に吸収されるエネル
ギと温度の関係およびＡ２８３、熱間圧延炭素マ（５６
） ンガン鋼の試料の厚さと剪断破壊率の関係を示す。

この図から明らかなように、遷移温度は厚さの増加と共
に増加している。さらに、遷移温度は２つの基準の間で
異なる。試料の厚さが増大すると共に、遷移温度は面全
体が歪みを生じた時の限界値に近づくことが予想される
。この状態は第９．１２（ここでは第８Ｍ図）に示され
る。この図より、３つの異なった合金鋼について、その
厚さが増加すると、それぞれの遷移温度は最大値に近づ
く。

従って、このようにして決定した遷移温度は測定方法に
依存するだけではなく、試料の厚さにも依存性がある。

このため、テスト試料の厚さと実際のエンジニアリング
材の厚さとが異なれば、テストによって求めた遷移温度
特性と実際のエンジニアリング材の遷移温度特性との間
の相関は得られない。このような欠点を克服するために
、動的引き裂きテス）（ＤＴ）および荷重落下引き裂き
テス）（ＤＷＴＴ）が開発された。この場合、試料の厚
さは最大板厚まで増大された。双方のテスト共ノツチ付
俸の３点曲げを採用している。両テスｆ３７） ト方法の差異はノツチにある。ＤＷＴＴの場合ノツチは
浅く（深さ５＃ｌｌｌ１）、鋭利な工具を用いて試料の
端部にプレス形成され、一方、ＤＴの場合ノツチは深く
、チタン脆化電子ビーム溶接部内に埋設して形成される
。これらの試料は試料の破壊エネルギーを測定するため
に調整された振子若しくは落下荷重によって破壊される
、それゆえ、テスト温度に対するエネルギ吸収の関係は
シャルピーテストの場合と同様にして得られる。このよ
うに、ＤＷＴＴおよびＤＴの試料はシャルピーテスト試
料を大きくしたものと考えられる。大きな差異はこれら
の試料がシャルピーテスト試料に比べ幅が広くしかも厚
いことであり、このため、ノツチの基部に加わる塑性圧
縮が大きくなる。その結果、′ａ移湯温度？ａ６温側へ
急激にシフトする〔第９．１４図（ここでは第８Ｎ図）
〕。第９．１４図から次のことがわかる。すなわち、Ｄ
Ｔ、ロバートソンクラック抑制テストおよび荷重落下Ｎ
ＤＴテストを行なうと、この材料はいずれの場合も一２
０°Ｃ付近で脆性材レスポンスを示すが、シャルビーテ
（５８） ストでは高い靭性を保うていることである。このように
、テスト結果が非常に対照的であるため、設計上エンジ
ニアリング材の選宏が困難である。

遷移温度と厚さの関係の他に、クラックの長さとの闘連
にも不明確な部分がある。この関係は弐８−２２（第９
・１５図（ここでは第８０図）〕を図で表わすとわかる
。この図から、所定の靭性を有する材料において、クラ
ックの大きさと応力の強さとの関係が明瞭になる。図中
実線は理想的な弾性状態であると仮定した場合の靭性Ｋ
ｃを示し、破線で示した部分はクラックチップ塑性の部
分を示す。部材を破壊するために必要なエネルギを基に
して、脆性状態は曲線の右側にあり、靭性□ の部分は曲線の左側にある。塗って、クラックの１ 長さａｌのノツチ付俸は室温で脆性であるが、クラック
の長さａ３のノツチ付赫は靭性を示す。ａｌ−・′□１
１″： と８３の中間のクラックの長ｇ（ａ２）を有する試料を
テストしても、室温では靭性を示すであろう。

加えた応力が材料の耐力強度に達すると、この曲線の脆
性範囲はｌ！１１性変形の開始によって不完全に（５９
） なるので、テスト湿度を低下させると脆性範囲は膨張す
る。従って、テスト湿度をＴ１からＴ２に低下させると
、クラックの長さａ２の試料は靭性から脆性へと変化す
る。クラックの長さａ３の試料は高い靭性を保ち続ける
が、さらに温度を下げると、この試料も脆性を示すよう
になる。

前記の結果から考えると、試料の厚さやクラックの長さ
を変えるだけで広い範囲にわたって遷移温度を得ること
ができる。このため、テストによって得た漕＃温度は実
際の部材の性能をそのまま現わしていることはほとんど
ないので、ある範囲内で補正因子が必要とされる。

前記のように、脆性破壊の開始によって、微視的に見て
必ずしも労開破１１ｒが起るとは限らない。

むしろ、所定の材料について試料の大きさを遣択し、厚
さおよび皐、’、ｔｋＪの寸法の双方をｄｉして、温１
、′・′□＼ 度に起因して破壊ｉ生じるエネルギ進移、横方向の収縮
および巨視的破線が微視的機構上の温湯を必要とせずに
起るようにする必要がある。ベグリーの研究によってこ
のことが証明されている。

（４０） ７０７５−’ｒ６４１アルミニウム合金の標準的厚さの
シャルピーテスト試料についてテストした結果、衝撃エ
ネルギの温度藺起遭移および破壊の徴候を生じた。図に
示すように、アルミニウム合金の標準シャルピーテスト
試料が破壊されると、このような遷移は生じない。

０杓　鋳物ハンドブック、Ｍ５版、第１５−７ページの
第１５−１５．１６．１７図（ここでは第８Ｐ、８Ｑ、
８Ｒ図）参照。

（１リ　　リチャード・ダブリューｅヘルツベルグの［
エンジニアリング材の変形および破壊機構」第３０７ペ
ージの第９・１１図（ここでは第８Ｌｂ！Ｊ）参照。

（イ）　１９６５年ジ蓼ン・ウィリー・アンド・サンズ
から出版された「材料の構造と特徴」第３巻中、ヘイト
ン、　　（公人下、次頁１−［＜）（４１） モファνトおよびウオルフの「機械的Ｊ＾ψＩＪｆｆｉ
１５９〜１６１ページに次のように１ボベら１１でいる
。

７．７　　塑性から脆性への遷移 塑性からｓ性への変化は、ＢＣＣ令媚において温１ぜの
低下、歪み速度の晴大もり、　＜はノツチの１ｉ９ｔρ
の場合ｙＣｌｅｄめら１しる。セクＶ！Ｉン１．５に述
べｌζノツチ付俸ｌｌ１７餡テストけＤ杼が司る１品度
１蛾四を決定する暢今に用いられる。このテストにおい
て、判侵鵡１バｒのｒｋ宇け、（１）エネルギ携収の６
移、（２）中性の４病、（３）破壊の盪鮫の変化、Ｔ４
）ノツチに部の収縮に洗づいて竹なわす［２）。咀７．
１２ｉ図（ここでけｉｉＪ’　８−８図）の最上部の曲
焦はエネルギ吸１１ソに袖づ＜一番移を示し、中央部の
曲綱は破Ｉｔｉ３Ｍ林を示し、ｔ／ｌ、ｌ’一部の曲線
ル寸剛性重湯を示す。Ｍ埠喝度というものけ厳密に決定
し７Ｉ＋：β晶１ｔ！’で？・ｆ　／（（、＋司−の１
１−）トの試料においても多少の＋−：ｊら一つ六がち
る。

−ｄ　（Ｉｃ、／　ッｆ　ｔＥ　％６　（’７１．１Ｌ
ｌ−ｒ　−？　Ｉｌ、だけ、Ｕ移ｔｈａ　ＩＩＸ　ｒｋ
・「衛くなる。これは甲、乙１２図（ここでは第８ＳＩ
図）より＋１＠らかである。こり勘合Ｖノッナシャルビ
ーテスト試号とヤーホールシャルビーテスト試料を（４
２） 比較したものでおる。ｖノツチを形１曳した構製の拭番
十の場合、府移ｌ晶ｌ耀ば１０もしくμｍ５フート−ボ
ンド（１，４％、Ｌ＜昏才２．　Ｉ　Ｋ９・ｍ）のエネ
ルギが吸収８ｆＬ′ｆＣ温度である。Ｍ憂幅度として５
０字の剪面破躊が起る１１１度を使うことも多い。塑性
ｇ準をイψ用する場合には、Ａ１移出度はノツチ部分に
おいて１弔の＋ｙｔ方同の収縮が起る尚Ｉすとして任゛
ば１で決ノ？′）らすする。一般に、刊移１“晶ｌずを
推定するための破ｍ堰醜け、エネルギもしくけ塑性にｈ
（づ〈遷移幅［ｆより・ＨＩ３い橢移ｌＫＡ度金与える
。

Ｉ？）移用度測定におけるばらつきは大へ〈、テスト条
件によって大内々差がある。

函撃テスト用試料に形成し、たノツチは脆、性破−の発
生をｔ（？、明する上で重Ｊαである。このノツチによ
って応力集中および拘束・がトｌ！′２す、その先酵が
塑、・：： 性剥形する。内向を加えると、ノツチ部ｒ：ｊ　）リア
え、ヤ２．ヶ、７，７゜状□、４）ｔ。剪断ヤ２６．あ
とするスリップもしくＶよ塑性髪゛形ｄそのような応力
伏Ｉイ椰によって抑１Ｌｉｌで７しる。このよりに、ノ
ツチ付の試料はノツチ全形成しないものに比べより趙い
引っ張ｐ応カレベルに保持嘔れ、る。ノツチ付の試料に
単Ａ−ａな引っ帳り全行ない得る負荷を７Ｊｌえると、
この試料はノツチ部からｐ・ｒ伏ｋ　Ｕｔｑめる。この
ため。

Ｗえ１（引っｔＵす応力１（ヌ・１して４１Ｆ面な面内
で円但１に向ｒｒて収轄が起る。ノツチの上下の今１４
け１・ゆ伏しないので、ノツチ付の神体が抑ＧｆＩｌｌ
　８れる。従って、呻省け６つのり１つＩ膚り応力（ト
リγギシャル）を＃ｔｖｒることになる。その第１は加
えた引っ−ＩＲす［？・スｊ）　”’Ｑ　Ｅ＋　ｈ、　
、ｉＱりの２つけ・’；４　ｌ１ｆ３＠　ｎ、たフに平
方向の引っ張り１１に力である。秒領で形５１７Ｌ、た
ノツチ；’、ｆｆ　ｔ、のｈオＶ＋に対し、て、ノツチ
飼の喧料に゛引テる引っ張りＨｉ力と同一１の引っばり
応力を加えると、このノツチ部・（、の拭Ａ）けノツチ
付の試料がｒト伏するｆ４　Ｍの半分以下のｆｔ荷で降
伏する。理刊的な卆１訃よびｆｌｓさのノツチを形峻し
７た場合、ノツチ飼試料の降、、、ｌ 伏に必要な引っ嘲り応力１７ｒノツチなしのルＩ：料の
しｈ・１１ 台の３　＋ｉｆで漬る。従って、とのノツチによって田
り 作拘宋が、グオーられる。応力のトリアキシャル仏朦　
　　蛎によって塑性髪形が抑制され脆ＩＩ＋破りが１％
Ｊリーｆすくなる。

電み速度の上昇や温度の低下ＶＣよって降伏応力が著し
く増加する試料、例えばｇ灰索鋼においてげ、ノツチの
形成やマイクロクリックによって脆性と７する。中間（
Ｍ　１４ｔ　（第１６２ページ参照）にｋいては、クラ
ックチップがかなり梶速にならないと脆性破Ｉ１Ｍが司
らない。急速に伝播するクラックの先端における：甥蛍
み速度は塑性拘束と協働して、型開（脆１’ｂ破壊）に
必要とでれる以上の耐力強度Ｍ（神られる。従って、金
幀仮に鋭角的なノツチを形１ｉｔ４し、これに引っ張り
応力を苅１才、て引きｑいた場合、すべてのテスト状件
下でノツチのルート１ｌｆｉに塑性受刑が１１らす１．
る。この塑性９形によって微小ツ・〈ン〒みヅ、Ｃ形成
きｆＬ、それが十分な大六啄であるため、ａ／ＪＳな鋭
角的ノツチを有するＩＶ１％インチ（１，２７（′１Ｎ
）の４な材の試料表面にリプルが形成される。

脆性被検とは、微小な情性髪形命ｔチとんど生じること
なく１、クツツクが凝集し伝播する破壊の仕方をいう、
にＮ＆坏のＦＤ？を性破壊向は光沢のおる粒状面である
。

（４５） ｅυ　おる咽硅スリーブについてＡ、ｌ　Ｌ’ｉ’、　
：Ｅ？よび負荷速度′ｌｒ＆′えた揚台のテスト結果ｔ
ｒ１次のようｉｌ′ｃ報告’ｉｇ　ｆしている。

クツツクを杉ｔＩｖｌ、　ｒｌ◆４）ウェアノット（婉
谷）スリーブへのクラック製ｉ＋９、に影６１命及ぼ−
ｆバ→メータがどのよりな（、のであるかＦ、＃　４４
’するために４つのテスト／１７行なりｌζ。これら４
つのテストに卦いて、ウェアノットスリーブのｒｌｌＩ
口！１１にはスクラッチが彰［ルマ！　１１．るが、こ
のスクラッチ１ｑｒノツチ自からスリーブの１１１’ｉ
　Ｔ’ｍへと幹「々１几る。

テスト１１・［スリーブ今分ト折するプ、・６の１打撃
°↑用いて６４　ｊｋＡ下で行なった。。この場合、ス
リーブ１１でりｇｙ、、、〃をＪ］炙［−ンすることが
で八なかった。テストの１１ｉ１擾に、１−いてスリー
ブのＩＤを１ｌｊｌ巳ド１．−　ｉＣ緬東、　Ｑｉｆ　
；ｆ　ｒＪ、　（”＞　１１．７：　：ｉ’　ッｆＣ。

テスト２４　Ｍｙ　Ｉｓｉテストで卆）るが、この鵬合
は、ドライアイスとアセトンを用いてスリーブケ冷却し
た。こ１しによってスリーブのｌ’、Ｉｌ＋９は一１０
９°ト１（−７８，３’Ｏ）＊で冷却上れた。このスリ
ーブに衝駐を加λ−だｔ守、その片方のみがち〈萌され
た。この臘ｆ家を１ｉｌｔ　ｉｆも（６回が頃テしい）
沖巾返すと、快りの一方も破断された。このテストによ
って、スリーブを容易に分断するためには、−１００°
Ｐ１ｃｍ７３．６′ｃ＞俣ｔｗまで冷却するだけで番１
不十分であることがわかった。

デストロは１訂撃テストではない。このスリーブは分ｉ
１′ｉｒ用の収り付けれに配設でれ、水１モを利用して
徐々に分断した。このテストでけ、１け体窒鷺をドｌ　
Ｉ４１１．て−３２０８１’（−１９６，０’Ｏ）まで
スリーブを冷−に１１シた。テスト中、このスリーブは
適切に破〜ｉされたが、とれは１関夫に訃いて付なわれ
た窒櫂＋ｂＮ撃テストと同様な結東であった。

テスト４け室泪下で水圧によって行なった。この出合、
瞭）生Ｉ−ｖ袢け１１４らなかった。スリーブは降伏し
た後片囮／バ破断した。ｖゾ水圧を７［＋　、ｆ−ると
、件り一方仁ｔ（技断せずにスリーブが１広がった。

己、 すべてのテスト（（訃いて、スリーブにスクラッチをｊ
ｌｓ　！＋１ｊしｌｃｏ　こｔＬらのスクラッチはスリ
ーブの上下のクラック生長パターンに影？Ｉ４１−、ｔ
ないと考えられる。

次にこの発明の一実施例を図面に従って説明する一第１
図ないし第３図には合端製の摩耗スリーブ２１が示しで
あるが、これは破断する以前のものであると共にドリル
パイプに取り付ける以前のものである。この摩耗スリー
ブ２１の外面には縦方向に２本の溝（ノツチ）２３が形
成されるが、このｒＪ４２５はこの［ｅスリーブ２１の
内周近傍にまで達している。−、第２図から明らかなよ
うに、溝２６の断面形状を３角形にして、この摩耗スリ
ーブ２１が破断された後に溶接金属を溝内に充填し易く
しである。また、各′ａ４２３の底部にはフィレット（
平線）２４を形成して、細いクラックが発生しに＜＜シ
である。その理由は、このようなりランクを生じると溶
接金属の充填が困鑵になるからである。　　　：□ 第２Ａ図を参照すると明らかなように、フィレット２４
の底部に一クラッチ２５を形成して、その部分が脆弱に
なるようにしである。スクラッチ２５を形成しても効果
がないような材料の場合には、このスクラッチ２５を形
成する必要はない。

溝２３は摩耗スリーブ２１の外面上において１８０°離
間して形成される。摩耗スリーブ２１の内周２７には螺
子を形成して、この摩耗スリーブ２１と固定層との間を
機械的に結合しである。このため、摩耗スリーブ２１を
ドリルパイプに固定させるために使用される接着剤の接
着力を補完することができる。これについては、後に詳
述する。

摩耗スリーブ２１の両端には円錐面２９が形成しである
ので、ドリルパイプを井戸に対して挿抜する場合、井戸
の内面に突起があっても挿抜が容易である。従って、固
定層に加わる剪断応力が減少すると共に、摩耗スリーブ
２１に加わる衝撃も？ 減少するためこの摩耗スリーブ２１は緩みにくい。

溝２３はその両端において徐々に浅くなっているので、
円錐面２９には溝のない部分が存在する。

この溝のない部分は摩耗スリーブ２１をドリルパイプに
固着するために使用されるモールドのシール而となる。

溝２３の端部は長手方向に弓形に形成して、応力が集中
しないようにしである。

１ 摩耗スリーブ２１の下端部に隣接して環状溝輯が形成さ
れる。ｗ１粍スリーブ２１をドリルパイプに取り付けた
後、この環状溝３１に超硬合金が嵌着される。

第４図ないし第７図には、摩耗スリーブ２１を破断する
ために使用されるエキスパンダが示しである。このエキ
スパンダはくさび形の割りリング６１と円錐体すなわち
くさび形の心棒８１とから成る。

第４図から明らかなように、割りリング６１は軸方向に
分割され、４つの等しいセグメント６３が形成される。

割りリング６１のセグメント６３は弾性のある０−リン
グ６７、６８（第７図のみに示した）によって定位置に
保持される。このＯ−リング６７．６８は割りリング６
１の上部６９および７ランジ７１の周囲に形成した一連
の環状溝６５．６６内に配設される。

割りリング６１は管状に形成されると共に、その下端部
には摩耗スリーブ支持用の７ランジ７１が形成される。

７ランジ７１の底部７２は平坦に形成されているので、
フランジは安定に保たれる。

割りリング６１の内周および外周は共に円形である。餉
すリング６１の内面は７ランジ７１の上端から上方に向
ってテーパ状に拡げて形成されている。そのテーパ角は
５ｍが適している。

第５図には心＄１１８１が示しであるが、この心棒８１
はテーパ状の外［８３を有する円柱体である。

第７図に示すように、この外面８３は割りリング６１の
内面と滑合する。この心棒８１のテーパ角は割りリング
６１のテーパ角に等しい。心棒８１はヘッド８５を有す
る。このヘッド８５の上面８７は平坦である。ヘッド８
５の外周は円柱状に形成される。ヘッド８５とテーパ状
の外面８３との間には円柱状のネック８９が形成される
。このネック８９を形成したことによって、握り易くな
ると共に、外面８６の機械加工時における終了点も明確
になる。　　　　　　　　　　・、：。

、し 第６図および第７図は割りリング６１に摩耗スリーブ２
１を装着した状態を示す図である。またこの割りリング
６１には心ｍ８１が挿入しである。

摩耗スリーブ２１は割りリング６１の７ランジ７１上に
載置される。割りリング６１の外径と摩耗スリーブ２１
の内径との間には隙間があるので、この摩耗スリーブ２
１を割りリング６１に対して容易に装着することができ
る。摩耗スリーブ２１は環状＃６５かられずかに膨出し
た０−リング６７の回りに固着される。

絡６図および第７図に示すように、心棒８１の外面８６
を割りリング６１内に着座させると、心棒８１のテーパ
部によって割りリング６１が外側に約２インチ（５，Ｑ
　８　ｃ′１ｌＩ）広げられるので、この心ｌｌ８１が
割りリング内に押し込まれ、割りリング６１の）Ｎ　Ｆ
ＩＭは約（２）　（２）　（１ａｌ１５°）　（Ｐｉ）
＝１．１　　イ＞チ（２，７９ｆｆ）拡げられる。これ
によって摩耗スリーブ２１を十分１に破断することがで
きる。

スレッジハンマ（大つち）を使って心棒８１の・、Ｘ。

ヘッド８５を強打、すると、その力によって心棒８１が
割りリング６１丙に打ち込まれる。スレッジハンマは例
えば重さ５０ボンド（２２，６ｋｆ）のものを５フイー
）（１，５ｍ）の高さから落下させて用いる。摩耗スリ
ーブ２１は心棒８１が完全に打ち込まれる以前に破断さ
れる。その理由は第８Ａ図ないし第８Ｓ図に示すように
溝を形成したこと、加賀荷時に衝撃が加わることおよび
低温であることによって摩耗スリーブ２１が脆くなるか
らであるが、詳しくはこの発明の１ａ要において述べで
ある。

摩耗スリーブは最小剪断破壊温度（第８Ｂ図および第８
Ｓ図参照）にまで冷却される。すなわち、その温度以下
に冷却しても剪断破壊率は減少しない温度まで冷却され
る。この剪断破壊率は環境依存性があるが５％＊［後で
ある。最小剪断温度は摩耗スリーブの材質（熱処理や使
用層を含む）、厚さおよび形状、溝の形状、長さおよび
歪速度、あるいは化学的組成や微視的構造、巨視的構造
に依存する。第８Ｌ図および第８Ｓ図は、吸収エネルギ
ーテスト、横縮みおよび剪断破壊率のグラフより求めた
各遷移温度を比較したものである。その結果、標準靭性
テストによりて求めた脆性破壊から塑性破壊への遷移温
度は、摩耗スリーブの冷却温度を決定するために使用で
きることがほぼ実証できだが、この場合、テスト用試料
と実際の摩耗スリーブとの差を見込んで決定しなくては
ならない。

第８に図は１ｏ２ｏ＊ｍに対するアイゾツト試験の結果
を示す。この場合、シェルフエネルギは一２００°Ｐ（
−１２８，９°Ｃ）付近を基点としている。この発明の
摩耗スリーブは１０２０鋼の圧延パイプを使用している
。この材料はボストローリング熱処理、焼入れと焼戻し
、焼ならしと焼戻し。

および焼鈍を施していない１、実験端の結果、冷却温度
は一１０９°Ｐ（−７８，５°Ｃ）では不十分であるが
、−３２０’Ｆ（−１９６，０℃）では十分であった。

摩耗スリーブの底部の厚さを１／８インチ（３，１７Ｍ
ｌＮ　’）以上にすると、塑性破壊から脆性値、壊への
遷移温度（第８Ｌ図）を上昇させることができる。

第８Ｈ図は炭素含有蓋０．３０％の炭素鋼のシャルピー
ｖノツチ破断エネルギーと温度の関係を示す。このグラ
フから次のようなことがわかる。すなわち、塑性に富ん
だ材料の場合、′Ｓ＃温度は明瞭に現われないので、任
意に決定した１Ｍ＃温度が使用されることが多い。この
遷移温度は、例えばシャルピーＶノツチ試料の破断エネ
ルギー２０Ｊまたは５０％剪断破壊に対応する温度であ
る。この場合には、最小剪断破壊あるいは５％剪断破壊
に対応する温度が用いられる。

第９図は摩耗スリーブの冷却および破断の方法を示すも
のである。第９Ａ図に示すように、液体窒素のタンク１
０１はコンテナー０６より高い位置に設置されているの
で、バイブ１０２およびパルプ１０４を介して液体窒素
をコンテナー０３内に満すことができる。この場合、コ
ンテナー０３は３／４まで満される。

第９Ｂ図に示すように、摩耗スリーブ２１は断熱性のト
ングを使ってコンテナー０３内に投入される。この摩耗
スリーブは５分間もしくは液体窒゛）− 素の沸騰が停止するまでの間物ンテナ内の液体窓１（ 素中に浸漬される。こうして、この−耗スリーブは窒素
の沸点（−１９５°Ｃ）以下に冷却される。

この温度は摩耗スリーブに使用される鉄合金の塑性破壊
から脆性破壊への遷移温度以下である。

この摩耗スリーブは液体窒素から取り出した後第９Ｄ図
に示すように、エキスパンダに取り付けられる。次いで
、第９Ｅ図に示すように、ハンマー０７を使ってくさび
形の心棒を割りリング内に打ち込む。そうすると、４分
割された割りリングはこの心棒によってそれぞれ押し拡
げられる。割りリングに形成した環状溝６５内に配設し
た０−リング６７も膨張する。摩耗スリーブは冷却され
て脆性になっているので、割りリングの膨張によって溝
２３にそって破断される。

嬉１０図は破断した摩耗スリーブの片方のセグメントで
ある。前記のような方法で破断した場合摩耗スリーブの
破断部９１はきれいである。すなわち、剛性伸張、、匂
だ部分や塑性変形した部分がない。また、この破断部は
フィレット２４の幅を越えて直線部からｉれることはな
い。摩耗スリーブ′１１゜ ２１のセグメントは室温に戻してから溶接される。　　
゛摩耗スリーブ２１のセグメントは、第１１図に示すよ
うに、ドリルパイプ２０１に取り付けられ、第１２図な
いし第１４図に示すように、溝２６に沿った溶接線２０
６において溶接される。

第１５図および第１６図に示すように、ドリルパイプの
回りに摩耗スリーブを完全に取り付けた後でも、摩耗ス
リーブのテーパ状の端部に破断部９１が見えるので組み
立て方法が明らかである（第１６図）。また、第１５図
に示すように摩耗スリーブを切断すれば破断部９１が見
えるし、摩耗スリーブを切断してドリルパイプからはず
して接合剤を除けば摩耗スリーブの内周にそって破断部
が見えるので組み立て方決がわかる。従って、この発明
の摩耗スリーブは他のものと容易に判別できる。

次に第１２図を参照すると、摩耗スリーブ２１の溶接方
法が示しである。室温に戻された摩耗スリーブの２つの
セグメントは、クランプ２０５によって、ピン型ツール
ジ四インド２１７とボックス型ツールジ曽インド２１９
の間の中央部に保持される。

溶接時にドリルパイプを保護するために、ドリルパイプ
２０１と摩耗スリーブ２１のセグメントの間に銅製のラ
イナー２０７が配設される。溶接金属は銅に接着せず、
また、銅は伝熱性があるのでドリルパイプが加熱され鹸
い。溶接終了後ライナー２０７は取りはずされる。、摩
耗スリーブのセグメントは縦の溝２３に沿った溶接線２
０３にそって溶接されるが、その際溶接機２０９が使用
される。ｆ８接ａツド２１０を備えた電気溶接機を図示
した。破断した摩耗スリーブの破断部９１は隙間なく整
合される。理由は、破断時にきれいな破断面が得られる
からである。破断部は迩度な不規則性をもつと共に整合
されているので、はぼ完全な接合が行なわれる。

第１３図を参照すると、これはドリルパイプ２０１に摩
耗スリーブ２１を固走する方法を示している。正反対の
２つの部分２４７．２４９に分割された環状モールド２
４１を摩耗スリーブの圓りに配設して、クランプリング
２４７．２４９によって保持される。環状モールド２４
１の内周は摩耗スリーブ２１の円錐面２９と同一角度の
円錐而２５９，２６１となっているので、この環状モー
ルドは摩耗スリーブ２１の端部と整合する。エポキシ樹
脂、フェノール樹脂、エポキシ−フェノール樹脂等の高
分子接着剤をボート２５３から加圧注入して、摩耗スリ
ーブとドリルパイプの間の績ｒＭＪ２７１を満す。固定
方法のｗＰ細については、前記ギヤレットの米國特許第
４，１７１．５６０号に開示されているが、その方法は
この出願においても使用している。

第１４図ないし第１６図を参照すると、これは摩耗スリ
ーブ２１を取り付けたドリルパイプ２０１である。ドリ
ルパイプ２０１の端部には溶接アプセッ）２１３，２１
５が取り付けである。このアプセッ）２１３，２１５に
はツールジヨイント２１７．２１９が溶接されている。

この溶接は火花溶接、摩擦溶接もしくは慣性溶接によっ
て行な人 うのが望ましい。溶接部２２１；・、’２２３はアプセ
ッ）２１３．２１５の端部の破線で示した部分である。

摩耗スリーブは分断してからドリルパイプに取り付けら
れるので、ツールジ−インドを予めドリルパイプに溶接
しておいてからでも摩耗スリーブの取り付けが可能であ
る。従って、一度使用したドリルパイプに摩耗スリーブ
を取り付ける場合に特に有用である。

摩耗スリーブ２１はドリルパイプに取り付けられたツー
ルジ−インド間の中央部の外周にそって取り付けられる
。摩耗スリーブ２１とボックス型ツールシロインドの外
周には炭化タングステンのバンド２３１，２３３やイン
サート等の硬質の外装材が取り付けられる。このような
外装材は環状溝３１に溶接される。摩耗スリーブの２つ
のセグメントを溶接する時、溶接者は環状溝３１を満さ
ないように注意する必要がある。これはアプセット２１
３が縦方向の＃４２６にそって配設されるからである。

溶接者はさらに溶接［２０３の外面と摩耗スリーブの外
、胸囲が同延面となるように注意して、ｗ１輛を防止量
る必要がある。摩耗スリーブの２つのセグメントは構２
３の部分において仮付　　　′け溶接されるので、クラ
ンプをはずすことができる。次の段階で、溝が完全に満
されるまで溶着ビードが形成される。

摩耗スリーブ２１のドリルパイプ２０１への固定は次の
ようにして行なう。すなわち、摩耗スリーブ２１とドリ
ルパイプ２０１との間の隙間２７１（第１２図）を高分
子接着剤で淘し、接着剤の環状層２３５を形成すること
によって行なう。

ここまで、この発明の好ましい実施例を開示したが、発
明の精神を逸脱しない限り当業者によるいかなる変形も
可能である。例えば、摩耗スリーブ２１はツールジ−イ
ンド間の中央に設けなくてもよいし、複数の摩耗スリー
ブを使用してもよい。

また、摩耗スリーブをドリルパイプに接着する方法とし
ては別の方法を使用してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は分断前における摩耗スリーブを溝にそって切断
した場合の摩耗スリーブの断面図、第２図は第１図の２
−２線断面図、第２Ａ図は第２図の部分図、第３図は摩
耗スリーブの等角図、第４図は割りリングの等角図、第
５図は第４図の割りリングと共に使用されるくさび形の
心棒の等角図第６図は摩耗スリーブを割りリングに取り
付けて心棒を挿入した状態を示す等角図、第７図は第６
図の一部を破断した図、第８Ａ図ないし第８Ｓ図はグラ
フ、第９図は一部スリーブの冷却・破断操作を示す一連
の絵画図、ｆ１１０図は破断した摩耗スリーブの軸方向
断面図、第１１図は分断した摩耗スリーブのセグメント
を回りに配設したドリルパイプの立面図、第１２図は溶
接操作を示す絵画図、第１３図は摩耗スリーブを配設し
さらにその外側に環状モールドを配設したドリルパイプ
の部分断面図、第１４図は鷹耗スリーブを取り付けたド
リルパイプの部分図、第１５図は第１４図の１５−１５
線ｌｆＩ面図、第１６図は第１４図の１６−１６線断面
図である。 ２１・・・摩耗スリーブ　　　２６・・・溝２５・・・
スクラッチ　　　　３１・・・環状溝６１・・・割りリ
ング　　　　６３・・・セグメント６５．６６・・・環
状溝　　　　６７、６８・・・０−リング２０１・・・
ドリルパイプ　　　２０５・・・クランプ２０７・・・
ライナー ２１７．２１９・・・ツールジ蓼インド２３１，２３３
・・・バンド　　　　　　　２．１＝１ 出願人　　スミス・インターナシ冒ナル・インコーボレ
ーテッド代理人　弁理士　岡　１）英　彦 （Ｇ３） −５９−１２４１６２４７９ ＦＩＧ、８Ｂ ＦＩＧ、８Ｅ　　　　’ ＦＩＧ、８Ｆ 券ル　ｊＩｃｃ ＦＩＧ、８８　　　　４本　°１ ３００　　　２００　　　−１００　　　　０　　　６
唖０ＦＩＧ、８Ｋ　　　　　　　　　”　’“　°゛イ
ンテ ｒ’、、、７１ガニ　ｂつ ｏ　　０　０　Ｑ　　Ｑ　　Ｏｏ　　。 ψ　　！　　セ　　９　　ａＯ１，ｏ　　寸　　〜＋ル
　Ｊ−ム′キ今□七ｔ、＾０ 匡 円 − 戸暮　幕！菜戸羨貝普 ５１７− ｄγ　　　　　口 郷シＣ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　ドリルパイプと、前記ドリルパイプの両端に
   取り付けたツールジ曽インドと、前記ドリルパイプの回
   りに溶接によって配設した摩耗スリーブと、前記摩耗ス
   リーブが前記ドリルパイプ上で軸方向のスライド動作や
   回転動作をしないように前記ｌｌｌススリーブ固定する
   ために前記、曜耗スリーブと前記ドリルパイプの間に注
   入した接着剤とから成ることを特徴とするドリルパイプ
   組立体。 （２）前記摩耗スリーブは分断された後、前記、１！耗
   スリーブの両端間に形成された近軸の線および溝にそっ
   て溶接されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のドリルパイプ組立体、（３）　　前記溝および線が
   相互に少なくとも１８０゜離隔させていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のドリルパイプ組立体。 （４）前記摩耗スリーブの両端が円錐状に形成され、溝
   の深さが両端において浅くそれ以外の部分では深く形成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第２項また
   は第３項のいずれか１項記載のドリルパイプ組立体。 （５）　　両端にツールジ習インドを有するドリルパイ
   プと、前記ツールジ冒インド間において前記ドリルパイ
   プの回りに配設されかつそのドリルパイプの外面からそ
   の軸方向に離間した摩耗スリーブとから成るドリルパイ
   プ組立体の製造方法であって、両端にツールジ１インド
   を有するドリルパイプを準備する段階と、全周に亘って
   一体成形された金属製のスリーブより成る摩耗スリーブ
   を準備する段階と、前記摩耗スリーブの両端間において
   周方向に１８０＠を越えない範囲で塵量させた溝を形成
   する段階と、前記摩耗スリーブを押し拡げることによっ
   てこの摩耗スリーブを前記溝にそって′ＭＩＷＩのセグ
   メントに分断する段階と、前記セグメントを前記ドリル
   パイプの回りの所定の位置に配設しその破断面を整合さ
   せて元の摩耗スリーブに戻す段階と、前記セグメントを
   前記溝にそって溶接する段階と、前記ポススリーブが前
   記ドリルパイプに対して回転したり軸方向にスライドし
   たりすることがないように前記摩耗スリーブを前記ドリ
   ルパイプに固定する段階とから成ることを特徴とするド
   リルパイプ組立体の製造方法。 （６）　　前記摩耗スリーブを破断する前に前記摩耗ス
   リーブを少なくとも塑性破壊から脆性破壊への七移温度
   まで冷却し、少なくとも前記ゼ移温度以下の温度で前記
   摩耗スリーブを押し拡げることを特徴とする特許請求の
   範［第５項記載のドリルパイプ組立体の製造方法。 （７）前記摩耗スリーブが金ｍ製であり、かつ少なくと
   も一２００°Ｆ（−１２８，９°Ｃ）まで冷却されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１５項記載のドリルパ
   イプ組立体の製造方法゛。 （８）前記摩耗スリーブの冷却が液体窒素を用い侍１ て行なわれることを特徴とする特許 ７項記載のドリルパイプ組立体の製造方法。 （９）前記スリーブを破断する前に前記谷溝の底部にス
   クラッチを形成する段階をさらに有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第５項記載のドリルパイプ組立体の製
   造方法。 α１　前記摩耗スリーブの分断が、前記摩耗スリーブを
   内部をテーパ状に加工した割りリングに配設した後、テ
   ーパ状の心棒を前記割りリング内に挿入することによっ
   て行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第５項な
   いし第９項のいずれか１項記載のドリルパイプ組立体の
   製造方法。 ０υ　前記溶接が前記セグメントをクランプで保持する
   ことによって行なわれ、前記溝の内側端部にそって前記
   摩耗スリーブとドリルパイプとの間に配設されかつ溶接
   金属に対して接着性を有しない金属製のライナーによっ
   て前記摩耗スリーブと前記ドリルパイプは離隔され、前
   記溝には溶接金属が充填され、前記離隔と前記充填は谷
   溝において行なわれること．を特徴とする特許請求の範
   囲第５　ｍ　ｙｘ　イｔ，，ｔｓ　９　、”６　イｆｈ
   　ｂ、１ゎ。。｝’！ｊｘｚ＜”１１ イブ組立体の製造方法。 （１力　　前記摩耗スリーブと前記ドリルパイプとの間
   に可塑性接着剤を浸入させて硬化させることによって、
   前記摩耗スリーブが前記ドリルパイプに固定されること
   を特徴とする特許請求の範ｌｆＪｊ！第５項ないし第９
   項のいずれか１項記載のドリルパイプ組立体の製造方法
   。 ０、１　　破断前のｌ［耗スリーブの外向には環状溝が
   形成され、前記溶接によって前記環状溝が再現され、こ
   の環状溝内に表面硬化用のバンドが配設されることを特
   徴とする特許請求の範囲第５項ないし第９項のいずれか
   １項記載のドリルパイプ組立体の製造方法。 ０→　前記摩耗スリーブを複数のセグメントに分断する
   段階と、前記ドリルパイプの回りにおいて前記セグメン
   トの破断面を整合させて前記摩耗スリーブに再生する段
   階と、前記セグメントを溶接する段階と、前記摩耗スリ
   ーブを前記ドリルパイプに固定する段階とから成ること
   を特徴とするドリルパイプに摩耗スリーブを取り付ける
   方法。 （ｌＦ９　　内部をテーパ状に加工した割りリングより
   成り、前記割りリングの各部分はその周囲に形成された
   塊状溝内に配設した弾性のＯ−リングによって保持され
   ていることを特徴とするエキスパンダ。 ０ゆ　前記割りリングが心棒を有し、前記心棒の外面が
   前記割りリングのテーバ而に適合するテーパ而であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１５項記載のエキスパ
   ンダ。