JPS61254849A - 応力の測定方法 - Google Patents
応力の測定方法Info
- Publication number
- JPS61254849A JPS61254849A JP60097487A JP9748785A JPS61254849A JP S61254849 A JPS61254849 A JP S61254849A JP 60097487 A JP60097487 A JP 60097487A JP 9748785 A JP9748785 A JP 9748785A JP S61254849 A JPS61254849 A JP S61254849A
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- Japan
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- stress
- measuring
- wave
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、鋳造法等により製造された機械部材に発生し
ている残留応力値、あるいは使用状態にある機械や構造
物の部材の表面に発生している応力値を非破壊的に測定
する方法に関するものである。
ている残留応力値、あるいは使用状態にある機械や構造
物の部材の表面に発生している応力値を非破壊的に測定
する方法に関するものである。
機械部材には、一般に、製造工程に起因する残留応力が
発生している。この残留応力が大きすぎる場合には、そ
の機械部材が使用中に破壊したりする。また、用途によ
っては、性能を十分に発揮させるために適切な残留応力
を機械部材に意図的に付与する場合もある。このため、
機械部材は、製造する時点で残留応力をその使用条件に
あう最適値にする必要があり、製造時に非破壊法により
残留応力を測定することは品質管理するうえで重要であ
る。
発生している。この残留応力が大きすぎる場合には、そ
の機械部材が使用中に破壊したりする。また、用途によ
っては、性能を十分に発揮させるために適切な残留応力
を機械部材に意図的に付与する場合もある。このため、
機械部材は、製造する時点で残留応力をその使用条件に
あう最適値にする必要があり、製造時に非破壊法により
残留応力を測定することは品質管理するうえで重要であ
る。
また、機械や構造物に組込まれて使用状態にある部材に
おいて、その部材番ご発生している応力が大きすぎる場
合は破壊したりする。したがって、これらの応力を実測
して破壊事故を未然に防止することが必要である。
おいて、その部材番ご発生している応力が大きすぎる場
合は破壊したりする。したがって、これらの応力を実測
して破壊事故を未然に防止することが必要である。
従来、これらの部材に発生している応力を非破壊的に測
定する方法として、動的応力の場合は歪ゲージ法があり
、静的応力の場合はＸ線回折法、磁気歪測定法等があり
、実用化されているものもある。
定する方法として、動的応力の場合は歪ゲージ法があり
、静的応力の場合はＸ線回折法、磁気歪測定法等があり
、実用化されているものもある。
上記従来技術において、歪ゲージ法は測定が簡便である
ため一般に広く利用されているが、無応力状態との応力
差を求める動的応力の場合に適用が限られる。
ため一般に広く利用されているが、無応力状態との応力
差を求める動的応力の場合に適用が限られる。
Ｘ線回折法においては、被測定体表面の組織構成が均一
でないと精度が得られないこと、表面研摩に細心の注意
を要すること、数ミクロンの深さの表面層しか測定でき
ないこと、測定装置が大型でしかも作業環境にＸ線漏れ
が発生しない装備にする必要があること等により、精度
および取扱いの点で問題があった。
でないと精度が得られないこと、表面研摩に細心の注意
を要すること、数ミクロンの深さの表面層しか測定でき
ないこと、測定装置が大型でしかも作業環境にＸ線漏れ
が発生しない装備にする必要があること等により、精度
および取扱いの点で問題があった。
磁気歪測定法は磁性物のみしか測定できないことと、磁
性物であっても残留磁気がある場合はその影響により誤
差を生じるという欠点がある。
性物であっても残留磁気がある場合はその影響により誤
差を生じるという欠点がある。
本発明の目的は、これらの従来法における欠点をなくし
、動的応力または静的応力に関係なく。
、動的応力または静的応力に関係なく。
被測定部材の表面に発生している残留応力の測定を可能
にした方法を提供することである。
にした方法を提供することである。
本発明を図面にもとづいて以下に説明する。
第１図および第２図は本発明を説明するための図、第３
図および第４図は本発明の詳細な説明するための図であ
る。
図および第４図は本発明の詳細な説明するための図であ
る。
まず、第３図および第４図にて示すように、本発明は超
音波の表面波音速度と被測定体の表面に作用している応
力との間には比例または反比例関係があることを見出す
ことによって完成したものである。
音波の表面波音速度と被測定体の表面に作用している応
力との間には比例または反比例関係があることを見出す
ことによって完成したものである。
すなわち、第３図においてＶｏは応力が発生していない
ときの音速度であり被測定材質に特有の値である。そし
て、圧縮応力の増加とともに音速度は直線的に増加する
。第４図において、Ｖｏは第３図と同様に応力が発生し
ていないときの被測定材質特有の音速度である。そして
、引張応力の増加とともに音速度は直線的に減少する。
ときの音速度であり被測定材質に特有の値である。そし
て、圧縮応力の増加とともに音速度は直線的に増加する
。第４図において、Ｖｏは第３図と同様に応力が発生し
ていないときの被測定材質特有の音速度である。そして
、引張応力の増加とともに音速度は直線的に減少する。
したがって、被測定体と同一材質または近似材質の音速
度と応力の関係をあらかじめ求めておけば、被測定体の
音速度を測定することによって発生している応力値が求
められるのである。音速度と応力の関係は被測定体と同
一または近似材質の試片に圧縮荷重または引張荷重を加
えなから試片の音速度を測定することによって得られる
。
度と応力の関係をあらかじめ求めておけば、被測定体の
音速度を測定することによって発生している応力値が求
められるのである。音速度と応力の関係は被測定体と同
一または近似材質の試片に圧縮荷重または引張荷重を加
えなから試片の音速度を測定することによって得られる
。
次に、被測定体の超音波の表面波音速度の測定は次のよ
うにして行う。
うにして行う。
第１図は２個の端子を用いた超音波の表面波音速度測定
方法の説明図である。被測定体１の表面１ａに送波端子
２と受波端子３を任意間隔りをあけてあてる。超音波送
受信器４からのパルス電流を送波端子２に供給すると送
波端子２から超音波が発生し、超音波は被測定体１の表
面１ａを矢印６の方向に伝播し、受波端子３で電気信号
に変えられ、超音波送受信器で増幅される。そして、音
速測定器５により、送波端子２と受波端子３との胤離り
を伝播した超音波の伝播時間Ｔから演算して音速度が得
られる。
方法の説明図である。被測定体１の表面１ａに送波端子
２と受波端子３を任意間隔りをあけてあてる。超音波送
受信器４からのパルス電流を送波端子２に供給すると送
波端子２から超音波が発生し、超音波は被測定体１の表
面１ａを矢印６の方向に伝播し、受波端子３で電気信号
に変えられ、超音波送受信器で増幅される。そして、音
速測定器５により、送波端子２と受波端子３との胤離り
を伝播した超音波の伝播時間Ｔから演算して音速度が得
られる。
第２図は、他の測定例として、被測定体１の表面１ａに
送波用と受波用を兼備した送受波端子７をあてて送受波
端子７から任意の間隔Ｍをあけて反射用の金属体８を貼
付して測定する方法を説明する図である。超音波送受信
器４からパルス電流を送受波端子７に供給すると、送受
波端子７にて超音波が発生し、超音波は被測定体１の表
面１ａを伝播して反射用の金属体８に到着する６反射用
の金属体８のところで超音波の一部は反射されて送受波
端子７に戻ってくる。同図において矢印９は超音波の伝
播方向を示す、戻ってきた超音波は送受波端子７により
電気信号に変えられ、超音波送受信器４により増幅され
る。送受波端子７と反射用の金属体８との間の１往復距
離ＭＸ２と超音波が１往復した時間から音速測定器５に
より音速度が演算して得られるのである。
送波用と受波用を兼備した送受波端子７をあてて送受波
端子７から任意の間隔Ｍをあけて反射用の金属体８を貼
付して測定する方法を説明する図である。超音波送受信
器４からパルス電流を送受波端子７に供給すると、送受
波端子７にて超音波が発生し、超音波は被測定体１の表
面１ａを伝播して反射用の金属体８に到着する６反射用
の金属体８のところで超音波の一部は反射されて送受波
端子７に戻ってくる。同図において矢印９は超音波の伝
播方向を示す、戻ってきた超音波は送受波端子７により
電気信号に変えられ、超音波送受信器４により増幅され
る。送受波端子７と反射用の金属体８との間の１往復距
離ＭＸ２と超音波が１往復した時間から音速測定器５に
より音速度が演算して得られるのである。
第１図または第２図の方法により測定された音速度は、
前述の第３図または第４図によって応力値に換算され、
被測定体の表面に発生している応力値が判明するのであ
る。
前述の第３図または第４図によって応力値に換算され、
被測定体の表面に発生している応力値が判明するのであ
る。
さらに、これらの本発明測定法における要点として、被
測定体と超音波の送信または受信用端子との接触部は線
状にする。すなわち、第１図および第２図にて示すよう
に、各端子２．３，７の先端部はくさび形にして、被測
定体との接触部２ａ。
測定体と超音波の送信または受信用端子との接触部は線
状にする。すなわち、第１図および第２図にて示すよう
に、各端子２．３，７の先端部はくさび形にして、被測
定体との接触部２ａ。
３ａ、７ａを線状にするのである。なお、同図は断面に
て説明しているため点状に画かれているが、実際は紙面
の直角方向に厚みがあるため線状の接触となる。
て説明しているため点状に画かれているが、実際は紙面
の直角方向に厚みがあるため線状の接触となる。
通常の超音波探傷技術においては、送波用ならびに受波
用の端子の当接部は面接触されるのが一般的である。し
かし１本発明においては、面接触にすると次の問題点が
あることを見出した。
用の端子の当接部は面接触されるのが一般的である。し
かし１本発明においては、面接触にすると次の問題点が
あることを見出した。
（ａ） 送波点ならびに受波点が幅を有することにな
り、第１図または第２図における距離りまたはＭを一定
値に設定できないので。
り、第１図または第２図における距離りまたはＭを一定
値に設定できないので。
測定精度が得られなくなる。
（ｂ） 面積を有するため、被測定体表面に少しでも
曲面があると接触状態が不安定となり、超音波の伝達が
不安定になるので、測定誤差が生じる原因となる。
曲面があると接触状態が不安定となり、超音波の伝達が
不安定になるので、測定誤差が生じる原因となる。
このため、本発明においては線状の接触とする。
さらに、点状の接触を理想とするが、超音波の減衰が著
しくなって、十分に伝達されなくなる。したがって、本
発明においては、実用性を考慮して。
しくなって、十分に伝達されなくなる。したがって、本
発明においては、実用性を考慮して。
超音波の出力が許容する範囲で、点状に近づいた線状の
接触とするのが好ましい。
接触とするのが好ましい。
本発明の基本は以上の通りであるが、さらに実施例にも
とづいて述べる。
とづいて述べる。
実施例１
第１表ａ行に示す化学成分および硬さの圧延用グレンロ
ール材について、平行部属径２０■ｍ、平行部長さ５０
ｍｍの引張試片および圧縮試片を作製した。万能試験機
を用いてこの試片に引張荷重または圧縮荷重を加えると
同時に第２図に示す方法で平行部表面の音速度を測定し
た。用いた超音波は周波数５ＭＨｚ、送受波端子７と反
射用金属体８間の距離Ｍは１５ｍｍである。荷重を変え
ながらそのときの音速度を測定し、発生した応力と音速
度変化率との関係を示すと第５図のようになる。
ール材について、平行部属径２０■ｍ、平行部長さ５０
ｍｍの引張試片および圧縮試片を作製した。万能試験機
を用いてこの試片に引張荷重または圧縮荷重を加えると
同時に第２図に示す方法で平行部表面の音速度を測定し
た。用いた超音波は周波数５ＭＨｚ、送受波端子７と反
射用金属体８間の距離Ｍは１５ｍｍである。荷重を変え
ながらそのときの音速度を測定し、発生した応力と音速
度変化率との関係を示すと第５図のようになる。
同図において、縦軸は音速度変化率であるが、次式で求
められる値で示した。
められる値で示した。
ｖｉ：荷重を加えた状態における音速度（ｍ／ ｓ ）
ｖｏ：荷重を加えていない状態における音速度（ｍ／ｓ
） 第１表 〒ニー 実施例２ 第１表す行に示す化学成分および硬さの圧延用アダマイ
トロール材について、実施例１と同様にして、平行部直
径２０＋ｍ、平行部長さ５０ｍ１の引張試片および圧縮
試片を作製した。この試片に引張荷重または圧縮荷重を
加えると同時に第２図に示す方法で平行部表面の音速度
を測定した。用いた超音波は周波数５ＭＨｚ、送受波端
子７と反射用金属体８との距離Ｍは１５＋ａｍとした。
ｖｏ：荷重を加えていない状態における音速度（ｍ／ｓ
） 第１表 〒ニー 実施例２ 第１表す行に示す化学成分および硬さの圧延用アダマイ
トロール材について、実施例１と同様にして、平行部直
径２０＋ｍ、平行部長さ５０ｍ１の引張試片および圧縮
試片を作製した。この試片に引張荷重または圧縮荷重を
加えると同時に第２図に示す方法で平行部表面の音速度
を測定した。用いた超音波は周波数５ＭＨｚ、送受波端
子７と反射用金属体８との距離Ｍは１５＋ａｍとした。
荷重を変えながら音速度を測定し、発生した応力と音速
度の関係を、第５図と同様に整理する゛と、第６図のよ
うになる。
度の関係を、第５図と同様に整理する゛と、第６図のよ
うになる。
実施例３
胴径が６３５ｍｍ〜８３２ｍｗｔ、胴長が１４２２〜２
２５０重−の各種寸法のグレン材質、アダマイト材質の
圧延用実物ロールについて、第１図にて示す測定法を用
いて音速度変化率を測定し、それぞれの材質について第
５図または第６図の関係から表面の残留応力値を求めた
。音速度変化率測定後は、従来法の一つである表面解放
法によってロール表面に実在していたロール回転軸方向
の残留応力値を測定した。なお、ｖｌは胴中央部にて測
定し、ｖｏはロール回転軸方向の残留応力が殆ど開放さ
れて０になっている胴端より３５ｍｍの位置にて測定し
た。
２５０重−の各種寸法のグレン材質、アダマイト材質の
圧延用実物ロールについて、第１図にて示す測定法を用
いて音速度変化率を測定し、それぞれの材質について第
５図または第６図の関係から表面の残留応力値を求めた
。音速度変化率測定後は、従来法の一つである表面解放
法によってロール表面に実在していたロール回転軸方向
の残留応力値を測定した。なお、ｖｌは胴中央部にて測
定し、ｖｏはロール回転軸方向の残留応力が殆ど開放さ
れて０になっている胴端より３５ｍｍの位置にて測定し
た。
表面解放法によって求めた残留応力値と本発明の音速変
法によって求めた残留応力値との関係を第７図に示す、
同図において白丸印および直線Ａはグレン材質のロール
の場合、黒丸印および直線Ｂはアダマイト材質のロール
の場合であって、部材質とも従来法と本発明法との間に
は直線の相関関係のあることが明らかである。
法によって求めた残留応力値との関係を第７図に示す、
同図において白丸印および直線Ａはグレン材質のロール
の場合、黒丸印および直線Ｂはアダマイト材質のロール
の場合であって、部材質とも従来法と本発明法との間に
は直線の相関関係のあることが明らかである。
以上に述べた通り１発生応力と音速度変化率との間には
その材質特有の相関があり、あらかじめ被測定材質の音
速度変化率と応力値との関係を測定準備しておけば、音
速度を測定することにより発生応力が判明するのである
。
その材質特有の相関があり、あらかじめ被測定材質の音
速度変化率と応力値との関係を測定準備しておけば、音
速度を測定することにより発生応力が判明するのである
。
そして、本発明は単に実施例の残留応力の測定のみに適
用が限られるものではなく、組み立てられた状態にある
機械や構造物の部材に発生している応力等、被測定体が
どのような応力条件下にあってもその表面波音速度を測
定することにより表面に発生している応力値を非破壊的
に測定することを可能にし、音波が伝播する弾性体であ
ればすべての材質に適用できるものである。
用が限られるものではなく、組み立てられた状態にある
機械や構造物の部材に発生している応力等、被測定体が
どのような応力条件下にあってもその表面波音速度を測
定することにより表面に発生している応力値を非破壊的
に測定することを可能にし、音波が伝播する弾性体であ
ればすべての材質に適用できるものである。
このような本発明は、簡便であるとともに従来の非破壊
測定法の問題点を解決するものであり、機械部材製造時
の残留応力を管理するうえで効果を発揮するとともに、
広く工業製品の応力管理に効果を発揮するものである。
測定法の問題点を解決するものであり、機械部材製造時
の残留応力を管理するうえで効果を発揮するとともに、
広く工業製品の応力管理に効果を発揮するものである。
第１図および第２図は本発明を説明するための図、第３
図および第４図は本発明の詳細な説明するための図、第
５図および第６図はそれぞれグレンロール材およびアダ
マイトロール材の応力と音速度との関係を示す図、第７
図は従来の表面解放法により測定した残留応力と本発明
の音速変法により測定した残留応力との関係を示す図で
ある。 １：被測定体 ２：送波端子 ３：受波端子 ４：超音波送受信器５：音速測定器
７：送受波端子 ８：反射用金属体 第１図 第２図 第３図 第４図 ｒｘｅｍｈｉａ ５＋５
１１応力第５図 第６図
図および第４図は本発明の詳細な説明するための図、第
５図および第６図はそれぞれグレンロール材およびアダ
マイトロール材の応力と音速度との関係を示す図、第７
図は従来の表面解放法により測定した残留応力と本発明
の音速変法により測定した残留応力との関係を示す図で
ある。 １：被測定体 ２：送波端子 ３：受波端子 ４：超音波送受信器５：音速測定器
７：送受波端子 ８：反射用金属体 第１図 第２図 第３図 第４図 ｒｘｅｍｈｉａ ５＋５
１１応力第５図 第６図
Claims (3)
- （１）被測定体の表面に超音波の送波用と受波用の端子
を接触部が線状となるように当接し、超音波パルスの表
面波を伝播させてその音速度を計測し、計測された音速
度を応力値に換算することによつて、被測定体表面に発
生している応力値を求めることを特徴とする応力の測定
方法。 - （２）超音波の送波用と受波用のそれぞれ別個の端子を
用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の応
力の測定方法。 - （３）超音波の送波用ならびに受波用を兼備した１個の
端子と反射用の金属体を用いることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の応力の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60097487A JPS61254849A (ja) | 1985-05-08 | 1985-05-08 | 応力の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60097487A JPS61254849A (ja) | 1985-05-08 | 1985-05-08 | 応力の測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61254849A true JPS61254849A (ja) | 1986-11-12 |
Family
ID=14193630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60097487A Pending JPS61254849A (ja) | 1985-05-08 | 1985-05-08 | 応力の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61254849A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05504398A (ja) * | 1989-10-30 | 1993-07-08 | ソニック フォース エル．エル．シー． | 音波経過時間測定を利用する重量決定装置およびコンピュータ |
| US6240784B1 (en) | 1993-09-28 | 2001-06-05 | Hitachi, Ltd. | Stress evaluation method and apparatus therefor |
| US6487915B1 (en) | 2001-09-28 | 2002-12-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method for characterizing residual stress in metals |
| JP2007232634A (ja) * | 2006-03-02 | 2007-09-13 | Toshiba Corp | 応力測定装置およびその測定方法 |
| JP2007322401A (ja) * | 2006-06-05 | 2007-12-13 | Aoki Asunaro Kensetsu Kk | アンカーの健全性評価方法 |
| JP2017078699A (ja) * | 2015-10-22 | 2017-04-27 | 株式会社神戸製鋼所 | 残留応力評価方法 |
| US10345269B2 (en) * | 2016-08-11 | 2019-07-09 | Chesapeake Energy Corporation | Three-dimensional ultrasonic wave velocity test system |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS53121675A (en) * | 1977-03-31 | 1978-10-24 | Hitachi Ltd | Method and apparatus of measuring surface stress |
| JPS54158284A (en) * | 1978-05-30 | 1979-12-13 | Electric Power Res Inst | Method and device for ultrasonically measuring degree of concentration of stress |
-
1985
- 1985-05-08 JP JP60097487A patent/JPS61254849A/ja active Pending
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