JPS6118129B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、管、特に比較的細い管内のＸ線応
力測定法および装置に関するものである。

例えば熱交換器のようなもので管を管板に取付
けるには、通常、拡管法が用いられる。この場合
管内には複雑な残留応力が分布しているものと考
えられるが、この応力分布は管の厚みの方向だけ
でなく、管の内面においても複雑であると考えら
れ、その応力分布状態を明確に知るには、測定面
積の小さい方法及び非破壊的測定法が不可欠あつ
て、その方法としてはＸ線による応力測定法が唯
一のものである。本発明はＸ線による応力測定法
を比較的細い管内の応力測定に有利に適用するこ
とを可能とする方法および装置を提供しようとす
るものである。

本発明は、比較的細い管内の応力をＸ線法によ
り測定するために、Ｘ線管球を管の外に出して配
置し、管外のＸ線球から発出したＸ線束をダブル
ピンホールにより絞つて細束とし、このＸ線の細
束をモノクロメータに利用される結晶により管内
で屈折させて、応力測定に必要な光学系を管内で
得ようとすることを特徴とする。回折Ｘ線の検出
にはフイルムを用いて、カメラを極力小さくす
る。

カメラによる測定精度を左右する因子には次の
三点が考へられる。その一つは回折能の分解能、
その二はフイルムとＸ線照射位置間距離（カメラ
長）の計測精度、その三は一つの応力測定時にお
けるＸ線照射位置の移動量である。この発明によ
るＸ線応力測定法を実施するためのＸ線写真撮影
装置は上記の諸点を考慮して工夫されている。

以下図面について従来及び本発明のＸ線応力測
定法および装置を説明する。

第１図はＸ線応力測定法の原理を図解するもの
で、Ｘ線応力測定法は、第１図に示すように、試
料Ｓの応力測定位置に立てた法線OPと応力方向
OQを含む平面ａ内に回折面の法線を持つ結晶粒
群から、最低２つ以上の異なる方位（試料面法線
とＸ線入射ビームとの角）の回折面間隔ｄを計測
し、そのsin²Ψに対する変化率から内部応力を求
める。

第１図のような計測を行うために、例えば第２
図のようなカメラ１が市販されている。第２図で
１はカメラ本体、２はホルダー、３はＸ線管球、
４はフイルムカセツト、５はスリツト、６はＸ線
行路、Ｙはカメラ回転中心、Ｒはカメラ長、ｌは
最小限必要スペースである。このようなカメラを
用いて管内の応力測定を行うためには、例えばΨ
を30゜までとるとして、管内円周方向の応力測定
状況を第３図に示す。同図は通常の方法（他に側
傾法がある）による応力測定法を示すもので、応
力測定は円周方向であり、スペース的に楽である
が、それでも、かなり大きい内径を有する管でし
か測定出来ないことが理解できる。即ち、Ｘ線管
球３が最小限装入できる必要スペースｌを有する
直径以上の管６でしか測定できない。更に管の長
手方向の応力測定の場合には、管の内径が更に大
きいことが必要となる。なお、同図において−η
は90゜−θ（回折面法線と回折Ｘ線との角）であ
り、θは回折角である。

以上検討したところから、現状で測定可能な管
の最小内径は、カメラ長Ｒを10mmとしても150φ
程度となる。

本発明はＸ線応力測定法を比較的直径が小さい
細管に適用可能とするものであり、第３図から明
らかなように、本法を細管に適用するには、Ｘ線
管球３を管外に置くものとする。

本発明を実施するカメラは次の三つの素子、即
ち、入射Ｘ線屈折機構、フイルム装着部及び保持
部を備えている。これを、以下に第４図乃至第７
図について説明する。

第４図はＸ線屈折機構の要領を示すもので、第
４図に示すように、同機構は結晶１０と前後にｄ
φのピンホール１１′及び１１″を有するダブルピ
ンホール方式のスリツト１１からなつている。ス
リツト１１は結晶１０へ入射するＸ線１２の方向
を決めると共にＸ線束を絞る。結晶１０はＸ線１
２を矢印１２′で示す入射Ｘ線のように屈折させ
て試料Ｓの面に入射させる。結晶面と結晶−スリ
ツト軸ABのなす角θ_０はＸ線波長と結晶の面で
決まる値であり、試料Ｓに入射する角度（入射角
Ψ_０）は、θ_０とともに、結晶−スリツト軸AB
の試料に対する角度で決定される。

Ｘ線応力測定において基本的な入射Ｘ線状況を
Ni管について第５図Ａ及びＢに示す。同図にお
いて、ＡはΨ＝０の状態、ＢはΨ_０＝45゜の状態
である。なお図において、６はNi管、１０はLiF
（420面）又はLiF（200面）の結晶、０は測定位
置を示す。また、CuK２は銅から出る特性Ｘ線
を示し、これはＸ線管のターゲツトに銅を使用し
たときに出るＸ線のうちの特定なものである。

フイルム装着部について説明すると、解像力は
カメラ長に比例するので、フイルム１３の装着位
置はＸ線照射位置から出来るだけ離すことが望ま
しい。たゞし、入射角のふり分け等でその制限は
生じる。フイルム装填法としては、円筒式又は平
面式のいずれかとすることができる。カメラ長の
計測には、２つ以上の回折面からの回折像を用い
る。そのために、検出部は十分な角度的余裕を持
つている。

カメラ保持部は上記の入射Ｘ線屈折機構１０，
１１とフイルム装着部１４を幾何的に正しく固定
するカメラ本体１５であり、入射角θ_０の設定を
容易にするよう回転機構（図示しない）を有し、
またＸ線発生部にカメラを固着させる機能を持つ
ものとする。

上記の入射Ｘ線屈折機構とカメラ保持部によつ
て、第１図に示した異なるΨ方向からの回折像を
フイルム１３上に求めることができる。フイルム
上の回折像位置の計測から第１図Ｃのｄ−sin²Ψ
線図を作成することが出来、これから管６内の残
留応力σを非破壊的に求めることが可能である。

上記のような測定用カメラは管内長手方向の応
力測定用カメラ（第６図）及び管内円周方向の応
力測定用カメラ（第７図）として製作される。

第６図の管内長手方向の応力測定用カメラにお
いて、各種入射角での写真を得て第１図Ｃに示す
ｄ−sin²Ψ線図を得るには、第５図のＡ又はＢ
で、Ｘ線行路系を測定位置０点のまわりに紙面上
で回転させる機構をカメラ保持部に設ければよ
い。たゞし、測定精度上、入射角の変化に伴うＸ
線照射位置の移動は極力避ける必要がある。

sin²Ψ線図上で巾広いsin²Ψを得ることは出来
ないため、精度は落ちるが、(a)入射角の変化に伴
う照射位置の移動はない、(b)測定時間が最短、(c)
測定の位置決めが容易、などの特徴を持つ45゜単
一入射法を採用することが考えられる。

第６図は45゜単一入射法によるカメラの概要を
示す。この場合応力を測定する管６はNi管であ
り、１６はＸ線管球を略示するものとする。

このカメラにより応力を測定するには、回折角
θ_０の測定が必要であり、カメラ法ではカメラ長
の計測が不可欠とされる。それには、最低２種類
の回折環を同一フイルム１３に撮影すればよい。
（通常は測定位置に標準粉末を置き、その回折環
からカメラ長を測定するが、細管の場合、カメラ
長は極端に短いので標準粉末法では誤差が大き
い。） 次に第７図の管内円周方向の応力測定用カメラ
では、細管の場合内部の空間的余裕が少ないの
で、側傾法を用いる。

細管６がNi管である場合、第５図Ａのような
Ｘ線行路１２を考えると、Ψ＝０〜30゜程度まで
は写真撮影が可能である。（但し、第５図Ａの場
合、端面からの測定可能な範囲は限られる。） 側傾法では、単一入射法はあり得ない。第７図
に、第５図ＡのＸ線行路１２を用いた測定法及び
カメラを示す。

カメラ長の計測は、管内長手方向の応力測定の
場合と同様である。

次に管内の軸方向測定用カメラ機構の実施例を
第８−第１１図について説明する。図において２
１は測定対象物（この場合試料としての管）、２
２はＸ線管（Ｘ線焦点）、２３は中空部２４を有
するカメラ本体としてのボデイを示す。Ｘ線は図
のＣ線を中心とする中空部２４に挿入された１次
ピンホールスリツト２５を介して絞られて、カメ
ラヘツド部２６内の分光結晶２７に到達する。こ
のカメラヘツド２６の先端のＸ線照射口部には２
次ピンホールスリツト２８が設けられており、分
光結晶２７で屈折されたＸ線はこの２次ピンホー
ルスリツト２８を通つて細束となつて試料上に投
射され、この結晶生ずるＸ線の回折環の一部がＸ
線照射方向反対側のヘツド２６上に設けられてい
る乾板又はフイルムのような感材２９上に投影す
る。分光結晶２７は、軸３０にその回折面が軸の
中心と一致するように貼着されて、カメラヘツド
２６に嵌合されている。

カメラボデイ２３とカメラヘツド２６を嵌合固
定すれば、１次ピンホールスリツト２５と２次ピ
ンホールスリツト２８が形成する角度は、分光結
晶２７によるＸ線の回折角となるようになつてお
り、軸３０を回転させてこの回折角度におけるＸ
線強度が最大となるように調節することができ
る。

乾板２９は、乾板押え具３１と押えばね３２に
よつてカメラヘツド２６に設けられた乾板セツト
部（当り面）に押圧されて固定される。なお、２
０はカメラ機構のカバーである。

以上の説明から明らかなように、この実施例装
置のカメラ機構は、Ｘ線がカメラ内を通つて２次
ピンホールスリツト２８に至るまで、Ｘ線に対し
て完全なトンネルを形成しており、２次ピンホー
ルスリツトからＸ線が照射される以外は全くカメ
ラ外部にＸ線が洩れないように構成されている。

これはＳ／Ｎ比のより鮮明な回折像を得るため
に非常に大切な処置であり、さらにこのような問
題点を解決するため、この発明の実施例において
は、乾板の配置にも工夫がなされている。即ち第
９図及び第１０図において、Ｘ線焦点（Ｘ線管）
２２とスリツト２５，２８により構成されている
Ｘ線の光学的軸Ｃ上に乾板２９を機械的に干渉せ
ぬように配置することにより、乾板２９と回折像
３３との位置関係は図示のようになり、乾板２９
上には回折リング３３の一部のみが写し出され
る。

また、第１１図に示すように、カメラヘツド２
６には、鋭いエツジ３４がＸ線に対して左右に設
けられ、Ｘ線回折像の撮影の際に、散乱Ｘ線（バ
ツクグランド）の影響で乾板２９上にその影が発
生するようになつている。即ち、図において、試
料２１に照射されるＸ線により発生する影の巾Ｗ
はカメラ長Ｌによつて定まるため、予め既知のカ
メラ長Ｌに対する影の巾Ｗの値を知つておれば、
エツジ３４間の距離Ｗの計測でカメラ長Ｌを知る
ことができ、細管内でのカメラのセツテイング状
況をその写真の上から検討できると共に、この写
真を解析する上での基準を示すことになる。そし
て追つてこの写真の解析から試料の応力値を算出
することができる。

次に管内の周方向測定用カメラ機構の実施例を
第１２〜第１４図について説明する。これらの図
面において第８〜第１１図と同一符号は同一のも
のを示すものとする。図において、２１は測定対
象物（試料としての管）、２２はＸ線管（Ｘ線焦
点）を示す。２３は中空部２４を有するボデイ
（カメラ本体）で、Ｘ線はこの中空部２４とこの
中空部に挿入されている１次ピンホールスリツト
２５を介して絞られてカメラヘツド部２６内の分
光結晶２７に到る。このカメラヘツド部２６の先
端のＸ線照射口部には、やはり前記実施例と同様
に２次ピンホールスリツト２８が設けられ、分光
結晶２７で屈折されたＸ線はこの２次ピンホール
スリツト２８を通つて試料に投射され、この結果
生ずるＸ線の回折環の一部がＸ線照射方向の反対
側のヘツド２６上に設けられている乾板フイルム
２９上に投影する。

これまで述べた構造は第８図に示したものと同
様であるが、この実施例装置における測定法は側
傾法（詳細は省略する）を採用しているため、更
に次に述べるような構成が付加されている。即
ち、アンカープレート３５が保持具３６を介して
カメラ本体２３をＸ線管部に支持している。Ｘ線
の入射角の切換は第９図のＸ線焦点２２と試料２
１のＸ線照射点を結ぶ線３７を回転中心として行
われるので、上記保持具３６には、この回転中心
線と同芯の孔を設けてこの孔にカメラ本体２３を
挿入固定し押え板３８で回転自在に軸受し、例え
ば０゜と30゜等の入射角の切換を容易に行ない得
る構造としている。なお、３９，４０は乾板送り
レバー及び回転軸であつて、これについては後で
説明する。乾板２９は、カメラヘツド２６上に塔
載され、乾板押えばね３２で固定される。このカ
メラの場合、同一乾板２９上に０゜入射及び30゜
入射のそれぞれの回折環を撮影する必要があるの
で、乾板２９はマスク４１によつてマスキングさ
れている。

第１３図に示す状態は試料２１に対して０゜入
射の場合であり、この状態での撮影が終ると入射
角を30゜に変える。この図では乾板送り回動レバ
ー３９を操作する代りに試料２１を２１′の位置
に回動させている。（但し、試料２１と２１′にお
けるＸ線の照射点は同一である）。０゜入射のと
きは乾板２９のａ部分に撮影される。30゜入射の
ときはカメラ本体２３を回動させると共に、上記
の乾板送りレバー３９を回動させると、回転軸４
０が回転して、この先端部に設けられている乾板
送りレバー４２によつて乾板２９がＣの距離送り
込まれ、ｂの部分に撮影されるようになる。

カメラの先端に設けられているブロツク４３は
ガイドブロツクであつて、カメラを安全に測定対
象の管内に挿入する案内の役をし、その外径は試
料管２１の内径よりも若干小さい寸法に形成され
ている。

このガイドブロツク４３は測定物とカメラの位
置決めが終了した後で測定物を移動してガイドブ
ロツクを取り外し、あらためて測定部をセツトし
て測定するように使用することも可能である。

なお、以上のほか、スリツトの構成、分光結晶
の取付け、カメラの構造等は軸方向応力測定カメ
ラと同様であるので説明は省略する。

以上説明したように、本発明はＸ線応力測定法
を細管内面の非破壊応力測定に効果的に適用する
ことができ、小さいスペースしかない場合にＸ線
応力測定法の応用の可能性を拡大したものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はＸ線応力測定法の原理図であつて、Ａ
は応力測定面の説明図、ＢはＸ線応力測定のダイ
ヤグラム、Ｃはｄ−sin²Ψを示す。第２図は従来
のＸ線応力測定カメラ一例を示す要領図で、Ａは
正面図、Ｂは側面図、第３図は従来のカメラによ
る測定可能な管の最小内径の説明図で、Ａは正面
図、Ｂは側面図、第４図乃至第７図は本発明の実
施例を図解するもので、第４図はＸ線屈折機構の
説明図、第５図はNi管を測定対称とした場合の
基本的Ｘ線入射状態の説明図で、ＡはΨ＝０の状
態、ＢはΨ_０＝45゜の状態の場合である。第６図
は本発明に従い管内部の長手方向に沿つて管内面
のＸ線応力を測定する場合に用いるカメラの概略
図、第７図は本発明に従い管内部の円周方向にお
けるＸ線応力を測定する場合に用いるカメラの概
略図、第８図は管内の軸方向測定用カメラ機構の
実施例を一部断面で示す正面図、第９図は第８図
のＢ―Ｂ線における拡大断面図、第１０図及び第
１１図はヘツド部と回折像との位置関係の説明
図、第１２図は管内の周方向測定用カメラ機構の
実施例を一部断面で示す正面図、第１３図は第１
２図のＢ―Ｂ線における拡大断面図、第１４図は
ヘツド部分の説明図である。 図において、６……応力が測定せらるべき管、
１０……結晶、１１′，１１″……ダブルピンホー
ル、１１……スリツト、１２……Ｘ線、１３……
フイルム、１４……フイルム装着部、１５，２３
……カメラ本体、１６，２２……Ｘ線管球、２５
……１次ピンホールスリツト、２６……カメラヘ
ツド部、２７……Ｘ線屈折用結晶、２８……２次
ピンホールスリツト、３１……乾板押え具。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｘ線管球を応力が測定されるべき管の外部に
   置き、このＸ線管球から出る特性Ｘ線をダブルピ
   ンホールにより締つて細束とし、この特性Ｘ線の
   細束を上記管内に配置した結晶で屈折させて管内
   の被測定部分に所定の入射角で入射させてこの被
   測定部分からのＸ線回折環を管内部に設けたフイ
   ルム上に受けて管内部を撮影するようにした細管
   内面のＸ線応力測定法。 ２ 特性Ｘ線を試料面に照射して回折像を撮影し
   これより応力を測定するものにおいてＸ線通路を
   形成する中空部を有する細長いカメラ本体と、こ
   の先端部に設けられるＸ線照射用のカメラヘツド
   部と、このカメラヘツド部のＸ線照射方向と反対
   側に設けられた乾板セツト部とから成るカメラ機
   構をＸ線管部に有するとともに上記カメラヘツド
   部内には、Ｘ線を照射口部へ屈折させるＸ線屈折
   用結晶および照射Ｘ線を細束とするピンホールス
   リツトとを内蔵していることを特徴とする管内面
   のＸ線応力測定装置。