JPS62177440A - ひゞ割れの成長を測定する方法 - 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】 発明の背景 この発明はその環境内にある構造部品の損傷を測定並び
に監視する方法に関する。更に具体的に云えば、この発
明は応力腐食ひゾ割れが原因で起る構造部品の損傷を測
定する方法に関する。

定常的な又は循環的な応力の下に構造材料を侵食性の環
境に露出すると、ひゾ割れの形で損傷が起ることがある
。これは「応力腐食ひｙ割れ」又は「腐食疲労」と呼ば
れる場合が多い。侵食性の環境に於ける構造材料の応力
腐食ひゾ割れは多くの産業で、長く続いている問題であ
る。構造祠料が、沸騰水形原子炉に用いられるような高
温の水の中で持続的な又は循環的な応力の下に作用する
原子力作業では、特にそうである。

一般的に、予想される荷重とその結果この荷重によって
起る応力に関する情報から、構造部品の性能は前辺て予
測される。こういう予測は使用時の性能を予測する位に
正確であるが、環境条件とその影響又は結果として起る
応力腐食ひゾ割れが不確実である為に、この性能の寿命
を予測するのは困難であることが判った。

構造材料の寿命の予測が不確実である１例では、原子力
作業で用いられるステンレス鋼の配管で起ることが判っ
た応力腐食ひＶ割れである。新しい発電所の設計は、こ
の現象を補償しようとしているが、永年の間操業してい
る工場に於ける損傷の程度を監視並びに評価して、その
寿命を予測する助けとし、場合によってはその寿命を延
ばすことか望ましい。損傷の状態を評価する方法は、侵
食性の環境の監視に向けられて来た。沸騰水形原子炉の
場合、水の組成を測定して、抵抗率、電気化学的な電位
、酸素レベル及び不純物レベルの様な因子を決定する。

こういう測定は間接的である。

この水の組成が、発電所の使用中に構造材料に於けるひ
ゾ割れの成長に対して持つ影響については直接的な測定
が行なわれていない。従って操業条件を変えることによ
って、構造材料の寿命が延びる程度は判らない。

その環境から取出した標本に於けるひＶ割れの成長を間
接的に測定する方法が、これまで提案されている。こう
いう方法は、エンジニアリングψマテリアルズ・アトバ
イザリ・サービセズ・リミテッド社から１９８０年に出
版されたヒーバーズ編「破砕及び疲労中のひＶ割れの長
さと形の測定」に記載される様な、可視的な及び電圧降
下方法を含めて、種々の監視装置を用いている。然し、
その環境にある状態で発電所の構造部品のひソ割れの成
長を測定する為には、正確な方法と装置が必要である。

電圧降下方法によってひゾ割れの成長を正確に測定する
ことは、電圧の測定値をひソ割れの寸法と関係づける上
で欠陥がある為に、並びに利用する装置の欠陥の為にこ
れまでは出来なかった。この発明はこういう難点を解決
すると共に、この様な環境に於けるひＶ割れの成長を約
±０゜０００１吋以内まで測定することが出来る。

発明の要約 予め形成されたひゾ割れを持つ固体を侵食性の環境に露
出すると共に、その間ひゾ割れを成長させるのに十分な
荷重を固体に加えて、固体に於けるひゾ割れの成長を測
定する方法を提供する。固体に電流を通し、ひＶ割れの
前後に電圧降下を設定する。予め形成されたひゾ割れの
深さの９９％までの所に配置した少なくとも２対のプロ
ーブにより、この電圧を測定する。８対のプローブの２
つの部材が、ひゾ割れの口から同じ既知の距離の所で、
ひソ割れの両側に配置される。８対で測定された電圧を
、プローブの８対の、ひゾ割れの口からの距離に対して
グラフに描く。ひＶ割れの口からの距離に対する電圧の
「最もよく合う」直線をこういう点の中に通し、それを
補性して、この直線と電圧がゼロになる軸線との交点の
距離を求める。この交点の値の変化を時間にわたって監
視して、ひｙ割れの成長の変化を決定する。

発明の目的 この発明の目的は、長期間にわたり、その環境内にある
構造部品の損傷を測定並びに監視する方法と装置を提供
することである。

この発明の別の目的は、構造部品の瞬時的な並びに累積
的な損傷を測定する方法を提供することである。

この発明の別の目的は、ｏ、ｏｏｏｉ吋という程小さい
ひソ割れの成長を測定する方法を提供することである。

発明の詳細な説明 この発明は固体内でのひＶ割れの成長を測定する方法に
関する。この発明の実施例は、応力腐食ひゾ割れによる
、環境内での構造部品の損傷を決定する為に使うことが
出来る。この為、この明細書で「センサ」と呼ぶ、関心
が持たれる固体材料内に予め形成したひゾ割れの前後の
電圧降下を測定並びに監視する。ひソ割れに対して垂直
センサに電流を流すと、ひゾ割れの両側にある２点の間
の電位差が、ひゾ割れの寸法が増加するのにつれて増大
する。この電圧の測定により、瞬時的な損傷並びにひＶ
割れの成長という形をしたセンサの累積的な損傷に関す
る情報が得られる。

ひＶ割れの成長は関心が持たれる固体材料又はセンサで
測定することが好ましい。この固体は、炭素鋼又は合金
鋼、ニッケル及びニッケルをベースとした合金、チタン
及びその合金、並びにオーステナイト・ステンレス鋼、
インコネル等の様な原子力用構造材料の様に導電性でな
ければならない。これは予め形成したひゾ割れの前後の
電圧を測定するのに必要である。この発明の好ましい実
施例では、センサが、関心のある特定の構造部品の状態
を反映する情報を提供する。この目的を達成する為、こ
のセンサは、関心の持たれる構造部品と同じ材料で、同
じプロセス経歴を持つ様に製造することが好ましい。セ
ンサの寸法と形は大幅に変えることが出来る。こじんま
りしていること、耐久力、感度、取付けの簡Ｌｌさ又は
融通性を高める為に、成る寸法と形が好ましいことかあ
る。

固体の中に予め形成されるひゾ割れは既知の深さを持ち
、これをａ。で表わす。この予め形成されたひゾ割れが
、電圧の測定を行なう場所を限定する。従って、ひＶ割
れは、センサ上で、多数の点で電圧の測定をするのに便
利な場所にすることが望ましい。予め形成されるひゾ割
れの寸法と形は大幅に変えることが出来るが、ひソ割れ
はセンサを２つの部分に分離する様な寸法にすることは
出来ない。このひｙ割れは口と先端を持つものと定義す
る。「ひｙ割れの口」は、荷重を加える点又は作用線と
定義する。「ひゾ割れの先端」はひゾ割れの前縁である
。ひｙ割れの「深さ」は、ひゾ割れの口からひゾ割れの
先端までの距離と定義する。予め形成されるひ＼′割れ
の初期の深さをａＱと定義する。

センサの寸法、ひゾ割れの寸法及びひゾ割れの場所は大
幅に変えることが出来るが、センサの形は、ひゾ割れが
適当な速度で成長することが出来る様なひＶ割れ先端の
応力強度係数を生ずる様な大きさの荷重をひゾ割れに加
えることが出来る様にすることが好ましい。更に、セン
サの形としては、ひＶ割れに沿った多数の点で電圧を測
定出来る形が好ましい。十分な大きさの荷重を好便に加
えることが出来る様な形は、「２重片持ちばり」形状を
持つ図面に示したセンサの形である。この形状をこの明
細書では、１端で互いに結合し且っ他端で離れた２つの
平行なアーム（はり）を持つものと定義する。溝孔又は
深い切欠きが各々の部材を分離し、この切欠きの底を切
欠きの根元と呼ぶ。予め形成されるひゾ割れは切欠きの
根元に位置ぎめすることが好ましい。このこじんまりし
た形により、融通性が大きく、感度が高くなる。この形
は、実効的なひソ割れの深さがこういうはりに沿って伸
びるから、２つのはりに沿った種々の点で何回もの測定
をすることが出来る。更に、荷重が一定であれば、ひソ
割れの先端に於ける応力強度係数は、ひゾ割れの先端と
荷重を加える点の間の距離が増加するのにつれて増加す
る。従って、センサの長さが長いことにより、低い荷ｍ
レベルで、ひゾ割れ先端の閾値の応力強度が得られる。

ひゾ割れが成長するに十分な荷重は、単に２つのはりの
間にくさびを入れることによって得られる。

固体の中の鋭いひゾ割れの先端に於ける応力レベルは応
力強度係数によって特徴づけられる。予め形成したひＶ
割れが成長する為には、ひＶ割れの先端で最小限の又は
閾値の応力強度係数を持たなければならない。応力強度
係数は、本体の形状及び荷重条件を含めた、多数の変数
に関係する。

種々の形及び荷重に対する応力強度係数が、１９７３年
にペンシルバニア州のリーハイ・ユニバシティから出版
されたＧ、　　Ｃ，シーの著書［応力強度係数ハンドブ
ックＪ、１９７３年にペンシルバニア州のデル・リサー
チ・コーポレーションから出版されたタダ、ｐ、ｃ、パ
リ及びＧ、Ｒ，アーウィンの著書「ひＶ割れの応力解析
ハンドブック」及び１９７３年にノルドホフ社から出版
されたＧ。

Ｃ，シー編集「ひゾ割れ問題の解析方法と解決策」に記
載されている。こういう文献は、種々の試験標本、即ち
センサに対する応力強度係数の数値解をも示しており、
こ−で引用しておく。特に、図面に示した２重片持ちば
りの形状に対する応力強度係数を計算する詳しい解析が
、荷重を加えた場合又は一定の変位に対し、タダ、パリ
及びアーウィンの著書の２９，３頁及び２９．４頁に示
されている。応力強度係数の数値解は一般式Ｋｌ”（加
えた応力）Ｘ（ひソ割れの長さ）　　　Ｘ（Ｙ）で表わ
すことが出来る。こ＼でＹは、本体の幅、表面からのひ
ゾ割れの距離の様な変数を含むひＶ割れと標本の形状を
表わすパラメータである。図面に示す形状の特定の場合
、応力強度係数は、前に引用したタダ、パリ及びアーウ
ィンの著書に示される関係に帰する。

ひ譬割れが成長出来る様にする最小の又は閾値の応力強
度係数は、本体の組成とそれが露出する環境に関係する
。種々の材料に対する閾値の応力強度係数が広く研究さ
れている。アルミニウム、銅合金、フェライト鋼及びチ
タン合金に対する閾値の応力強度係数が、ＮＡＴＯアド
バンスト・スタディ・インスティチュートから発行され
たアラツブ及びバーキンス編集「応力腐食研究」と、１
９７９年にオランダで出版されたシーホック及びノルド
ホフの著書「アルヘエン・アーン・デン・イリン」に論
じられている。この明細書ではこれらの文献の内容を引
用することにする。センサに使われる材料の閾値の応力
強度係数が判っている場合又は決定された場合、上に述
べた解析により、センサの形に対し、ひソ割れの先端で
この閾値を達成するのに必要な最小の荷重を計算するこ
とが出来る。

構造部品を監視する時、その部品がセンサ内で受ける様
な応力強度に合う荷重を加えることが望ましいことがあ
る。この荷重レベルが閾値の応力強度係数より低い場合
、閾値の応力強度係数に合せるか又はそれを若干越える
ことが好ましい。応力強度が判らないか、又は固体に対
する閾値の応力強度係数が判らない場合、確実に成長す
る様に、ひＶ割れに過大な荷重を加えることが出来る。

こうしても、ひソ割れの成長の測定に重大な妨げとはな
らない。然し、センサに過大な荷重を加えると、センサ
のアームの曲げ応力が増加し、氾性変形又は応力緩和を
招くことがある。構造部品の損傷を決定しようとする時
、この様な現象を避けることが好ましい。センサの変形
を防止する為に、所望の応力強度係数が得られる様にし
ながら、曲げ応力を最小限に抑えることが好ましい場合
が多い。２重片持ちばりの形状では、この為には、はり
の高さを最大にし、予め形成されたひｙ割れの平面で適
当な深さを持つ側面の溝を用いる。

予め形成されたひゾ割れの平面に沿ってセンサに側面の
溝を設けることの別の利点は、こういう溝がひＶ割れが
成長する平面を決定することである。多重ひＶ割れ及び
ひソ割れの架橋を避ける為に、ひソ割れの破砕面を出来
るだけ平面状に保つことが重要である。架橋により、電
流の流れに短絡が生じ、電圧の測定に誤差を招く。

侵食性の環境に於ける応力腐食ひゾ割れを監視するには
、有効な荷重又は一定の変位が必要である。予め形成さ
れたひソ割れを成長させる為に一定の変位を加える手段
は、溝孔に簡単なくさびを押込んで、ひソ割れを拡大さ
せることである。この他の手段として、ひＶ割れを拡げ
るクランプ、ボルト又は同様な手段も適している。一定
の変位を加える手段は、非導電の材料で構成しなければ
ならないし、この材料の熱膨張係数がセンサ材料と合う
ことが好ましい。こうすれば、温度変化の下で、ひゾ割
れの先端の略一定の応力強度係数を保つ助けになる。セ
ンサを侵食性の環境内に配置する場合、一定の変位を加
える為に用いる材料が、この侵食性の環境に対して耐力
を持つことが重要である。

この発明の好ましい実施例では、予め形成したひ望割れ
を持つセンサを侵食性の環境内に配置する。「侵食性の
環境」と云う言葉は、センサを構成する材料を侵食する
環境を指し、こういう侵食は、予め形成されたひゾ割れ
の成長を促進するのに十分な大きさである。構造部品の
損傷を監視する時、センサは構造部品を同じ環境内に配
置する。

この時、センサは構造部品と同じ変化する環境条件の影
響を受ける。普通の方法及び装置を用いて、センサをこ
ういう環境内で支持することが出来る。

ひソ割れの成長は逆転直流電圧方法によって監視するこ
とか好ましい。この為、逆転する直流電流をセンサに加
えて、センサの内部に電位の場を発生する。逆転する直
流電圧を使うことが、この発明を実施するのに不可欠で
はないことに注意されたい。センサ内に電圧を発生する
任意の手段が適している。この為、センサに電流を単に
印加する。プローブの電圧は広い範囲に、即ち、約０゜
１マイクロボルトから１２ボルトに及ぶことがある。然
し、過大な雑音及びドリフトを避けると共に、ひゾ割れ
の成長に対する電気化学的な影響を最小限に抑える為に
、電圧をマイクロボルト範囲内に保つことが望ましい。

こういう要因があると、得られた測定値の精度が減する
。

電圧をマイクロボルト範囲に保ちたい場合、プローブの
間で得られる電圧の測定値を増幅することが必要になる
こともある。１００．０００倍又はそれ以上という増幅
が、マイクロポル；・範囲内の電位の場を測定出来る様
にする為に必要になることがある。増幅器を用いる場合
、長期的なドリフトの小さい、即ち１年間に２マイクロ
ボルト未満である増幅器が好ましい。この様な増幅器を
使う場合、電流反転の周期は、増幅器の整定時間によっ
て制限される場合が多い。大体１．０ＯＯＸの利得の増
幅器に対しては、１／２秒の反転周期が適切である。

センサに電流を供給するには２本の導線が必要である。

センサ上のこれらの導線の位置がひソ割れの口を限定す
る。電流導線は、予め形成されたひゾ割れの先端から最
も遠い点又はその近くに取付けるのが典型的である。

ワイヤ、ケーブル、母線等の様な普通の導線によって材
料に電流を供給することが出来る。これらの導線は、ス
ポット溶接、ろう付け、リベット留め、はんだ付け、巻
付は等の様に、センサに電流を流すことが出来る普通の
方法によって、センサに取付けることか出来る。センサ
を高圧高温の水の様な侵食性の環境内に挿入する場合、
電圧プローブ及び電流導線を絶縁することが望ましい。

例えば、同圧、高温の沸騰水の環境に使うには、テフロ
ン（デュポン社の登録商標）で遮蔽された白金が好まし
い。

増幅器のゼロ・ドリフト並びに電流導線に対する接続点
で発生する熱起電力によるドリフトを避ける為に、電流
を周期的に反転することが好ましい。直流電流を反転し
て得られた測定値は、ゼロ電圧を供給した時の測定を求
める必要がない。ゼロ電圧の測定を避けることにより、
増幅器のゼロ・ドリフトによる不正確さがなくなる。直
流電流は、毎秒約０．５乃至４回の範囲内の速度で反転
することか好ましい。これより高い割合で電流を反転す
ると、交流電流を使った場合に伴う問題、即ち電流が表
皮効果を受け、センサの表面近くの電流密度がセンサの
基体部分よりも高くなるという影響が出て来る。毎秒０
．５回より低い割合で電流を反転すると、電圧の読みが
少なくなり、その結果、ひＶ割れの長さの分解能が一層
小さくなる。電流を反転する割合は、増幅器の様な、使
われる装置の整定時間によって制限されることがある。

直流電流を反転するには任意の普通のスイッチング装置
が適している。ドリフト特性が小さい、即ち０．１％未
満であって、変動が小さい、即ち０．１％未満である装
置が好ましい。スイッチング装置は、汎用計算機又はタ
イマの様な他の制御手段によって制御することが出来る
。

ひＶ割れの両端の電圧は、何組もの対のプローブで測定
する。この過程を実施するには、少なくとも２対のプロ
ーブが必要である。然し、ひソ割れの成長を正確に測定
するには、少なくとも３対のプローブが好ましい。６対
のプローブは、ひソ割れの口から相異なる距離の所に配
置する。６対の２つのプローブはひゾ割れの両側に、好
ましくはひｙ割れの平面から等しい距離の所に位置ぎめ
する。６対の２つのプローブはひソ割れの口からも等距
離である。即ち、センサに電流を供給する導線から同じ
距離の所にある。対のプローブは、ひＶ割れの深さの９
９％より接近して配置してはならない。この発明は、９
９％より大きなひゾ割れの深さの所に余分のプローブを
配置する方法をも考えている。然し、得られた値は無視
し、ひＶ割れの深さの９９％未満で得られた測定値だけ
を使う。２重片持ちばりの形状を持つセンサに対しては
、ひｙ割れの深さの約２５乃至９５９６の距離の所にプ
ローブを位置ぎめすることが好ましい。

この範囲内でプローブの対を平等に分配することも好ま
しい。この様に位置ぎめされたプローブの対から得られ
た測定値は、ひＶ割れの成長を決定する際、最も役にた
つ正確な情報になる。センサが２重片持ちばりの形成で
ある場合、プローブ及び電流導線を各々のはりの中立軸
、即ち幾何学的な中心に配置することも好ましい。こう
すれば、ひソ割れに対する荷重が増加したことによる電
圧測定値の目立った変動が避けられる。

予め形成されたひソ割れの両端の電位差は、導電材料に
設けた１対のプローブの間の電圧を受取ることが出来る
普通の手段によって検出することが出来る。プローブは
、ワイヤ、ケーブル、母線等の導電導線をセンサに固定
する場所にある単純な接点、ねじ、溶接部等であってよ
い。環境が侵食性である場合、前に述べた電流を供給す
る導線と同じ様に、これらの導線を絶縁することが好ま
しい。こういう導電導線が、電圧計又はアナログ／ディ
ジタル変換器の様な電圧測定装置に対して電気的なコン
ダクタンスを持ち得る形で、センサに固定される。

第１図はこの発明の方法に使うことが出来る好ましい形
のセンサを示す。前に述べた様に、センサ１０１は２重
片持ちばりの形状である。予め形成されたひＶ割れ１１
０が２重片持ちばりの切欠きの根元７５にある。側面の
溝１２０がセンサの両側にある。センサは圧力継手１１
２により、侵食性の環境内に支持される。溝路１１３が
チャンネル（又は孔）２００に連絡し、その両方がプロ
ーブの対に取付けられた導電導線並びにセンサに直流電
圧を供給する導電導線の通路となる。反転する直流電流
が点１０９から供給され、ひＶ割れの実効的な深さを線
ａ０で示す。プローブの対１０４．１０５，１０６が、
ひゾ割れの両端の電圧を検出する。くさび１０２がひゾ
割れ１１０に静荷重を加え、こうしてひソ割れ先端の所
望の応力強度係数を発生する。

プローブの間の電位差の値を連続的に測定することが好
ましい。然し、電位差を間欠的に測定しても差支えなく
、これによってもひＶ割れの成長に関する有用な情報が
得られる。ひソ割れの成長がはっきりと決定される様に
、電位差を出来るだけ正確に測定することが望ましい。

電圧検出工程の分解能を高める為、検出された値を平均
することにより、各々のプローブの対の間の電位差の「
平均測定値」を求める。一般的に、一層多くの検出され
た値を平均すればする程、分解能は一層高くなる。

反転直流電圧方法を用いる時、少なくとも１０対の検出
された値（読み）から各々のプローブの対に対する電流
サイクル毎の平均の読みを最初に計算することが好まし
い。即ち、電流が正である時に１０個の読みを読取り、
電流が負である時１０個の読みを読取る。これらの正及
び負の読みは、増幅器の整定時間からミリ秒単位の時間
内に検出することが好ましい。平均した正の読みと平均
した負の読みの間の差の半分を計算すると、それが電流
サイクルあたりの平均の読みである。分解能を高める為
、約１００乃至１００．０００回の電流サイクルに対す
る読みを平均して、１個の読み又は「平均測定値」を求
めることが望ましい。これは約１，０００乃至１，００
０，０００対の測定値を平均することに対応する。こう
いう多数の対の検出値を平均することにより、測定値の
信号対雑音比が高くなる。この比を高くすることにより
、ひＶ割れの両端の電位差の一層小さな変化を決定する
ことが出来、従って、ひソ割れの寸法の一層小さな変化
を同じ様に決定することが出来る。

装置の雑音に応じて、約１０．０００対の検出値から得
られた平均測定値は、この方法の分解能が平均した検出
値の数の平方根に比例して増加する為に、０．０００１
吋という小さなひＶ割れの成長を決定することが出来る
。更に雑音の多い装置は、求める分解能を得る為に、一
層多くの検出値を必要とする。

こういう検出値は、汎用ディジタル計算機により、又は
所望程度の平均作用を行なう様に証文製にした計算機に
よって平均することが出来る。更に、８対のプローブの
間の検出された電位差を平均する回路を計算機の代りに
用いてもよい。

８対のプローブの間の平均測定電圧をプローブの深さに
対してグラフを描き、直線を近似することが出来る。前
に述べた様にプローブの深さは電流を供給する導線から
プローブ自体までの距離である。この代りに、線形回帰
解析により、これらの点を通る直線を近似することが出
来る。この線の勾配ｍを、１対のプローブの間の測定さ
れた電圧をＹＩ、プローブの深さをＸ、とじて、人力デ
ータＣＸ＋　、ｙ＋　）の線形の最小自乗のはめ合せに
よつて計算することが出来る。

（σ１）２ こ＼でｉは１からＮまでのプローブの対の総数、Ｘ及び
ｙは夫々値Ｘｉ及びｙＩの平均値である。

更に Σ　ｘ１′ （σ、　）　２−−−　（マ）２ 最初に、ｍ、ｘ及びｙを上に定義した通りとして、式ｂ
−ｙ−ｍｘにより、交点すを計算する。

次に、この近似した線と、電圧−０の軸との交点を求め
る。ｙがＯに等しい時の交点■は−ｂ　／　ｍ−■であ
る。

ひｙ割れが成長するにつれて、個々の電圧の値が増加し
、交点の値が増加する。交点の値の変化を時間にわたっ
て監視して、この期間中のひソ割れの深さの変化を決定
する。交点の値が１０％増加することは、ひゾ割れの寸
法の約１０％の増加に対応する。

成長するひゾ割れの深さの絶対値を計算する為には、予
め成形されたひゾ割れの深さが判っていなければならな
い。この既知の深さに於ける予め形成されたひＶ割れに
対する交点の値も求めなければならない。予め形成され
たひソ割れの深さとその後のひソ割れの深さとの比は、
交点の値の比に相当する。例えば ２　　ａ２ ＯａＯ こ〜でａ２は時刻ｔ２に於ける未知のひゾ割れの深さ、
ａＯは予め形成されたひソ割れの深さ、Ｉ２及びＩＯは
それぞれその交点の値である。交点の値（Ｉ２）が得ら
れた場合、未知のひＶ割れの深さくａ２）は次の式によ
って計算することが交点の値とひＶ割れの深さを相関さ
せるこの他の関数も適しており、それらもこの発明の範
囲内に属すると考えられる。特に、予め形成されたひ割
れの深さａｏに前に定義した様に交点の値工〇及びＩ２
から導き出した係数を作用させる関数を使うのが適当で
ある。

予め形成されたひ譬割れの交点とこの予め形成されたひ
ゾ割れの深さを「成長した」ひＶ割れに対する絶対値の
最初の決定に使う。その後、こうして計算したひソ割れ
の深さ及びその交点の値を予め形成されたひＶ割れに対
する値の代りに使う。

例えば Ｉ２ ＩＯ こ−でａ２は時刻ｔ２に於ける未知のひｙ割れの深さ、
ａｌは時刻ｔ１に於けるひゾ割れの深さに対する予定の
絶対値、Ｉ２及び工１は夫々時刻ｔ２及びｔｌに於ける
交点の値である。簡単の為、予め形成されたひＶ割れの
深さａ。を予定のひゾ割れの深さとして使うと共に交点
ＩＯを全ての計算に利用することが好ましい。予め形成
されたひＶ割れの深さは、センサを侵食性の環境内に配
置する前に、普通の測定方法によって予め決定する。

ディジタル計算機によって、交点の値を計算し、こうい
う値に対し関数を作用させて、ひゾ割れの深さに対応す
るデータを求めることが出来る。このデータは、可視記
録装置又は音響警告信号の様な普通の手段により、利用
者に伝達することが出来る。このデータは自動制御機構
に連絡してもよいし、並びに／又は、後で解析並びに解
釈する為に貯蔵してもよい。

次に、この発明の実施例を例によって説明する。

この例は、こ＼で説明した実施例にこの発明の範囲を制
約するものではないことを承知されたい。

例 例で用いたセンサは、全般的に図面に示す様な形であっ
た。

調整率０，０２％でドリフト特性が０，０３％の電流制
御モードが出来るソレンソン直流電源を用いた。アンペ
ア数は１乃至５アンペアで変えた。

固体スイッチによって電流の方向を変え、それを後で説
明する様なマイクロコンピュータにより、直流０１５ボ
ルトの固体論理レベルによって制御した。電流は各々の
極性で１／２秒の割合で切換えた。スイッチと直流電源
の間の分路を利用して、マイクロコンピュータに対して
電力を供給した。

マイクロコンピュータとセンサの間に、共通モードの排
除率が１６６ｄＢと高く、長期的なドリフトが小さい２
つの隔離形のアナロジツク・カンパニの増幅器（１，０
ＯＯＸの利得）を接続した。

対の鋼の導線（直径０．０２吋）をセンサに接続した白
金導線から増幅器に接続した。２８８℃に耐えることが
出来るテフロン・スリーブで遮蔽した白金ワイヤを使っ
て、センサに電流を供給すると共に、センサ上の点の間
の電位差を検出した。

電流は銅の導線（直径０．０４吋）を用いて白金導線（
直径０．０３０吋、長さ８吋）に供給した。

白金の検出用導線は直径０．０１吋であり、長さ１２吋
であって、画面に示す点でセンサに溶接したが、その深
さは後で説明する。プローブは各々のはりの中立軸上に
配置した。

マイクロコンピュータ、１７２秒毎に増幅器からの１６
個の検出値を受取る様に証文製にしたインテル社製であ
った。マイクロコンピュータか更に１００Ｘの増幅をす
る。マイクロコンピュータには、ひＹ割れの深さ、最大
の応力強度、最小の応力強度、プローブの対の数、ひゾ
割れの口からのプローブの対の距離、標本の寸法及び予
め形成されたひｙ割れの深さに於ける電圧に関する入力
データを供給し、試験の前にモニタを較正した。

マイクロコンピュータからのデータをディジタル形電圧
計で表示すると共に、テープに記録した。

図面に示す様な形を持つ、炉で増感した３０４ステンレ
ス鋼のセンサを５５０下の０２２００ｐｐｂの水９中で
オートクレーブ内で試験した。センサは荷重を作用させ
ることにより、３７ｋｓｉの一定の曲げ応力をかけた。

周期的に荷重を取外し、再びかけることにより、センス
を一定の荷重の下に保った。多心ケーブルを継手に通し
、直流電源及び増幅器に接続した。３つのプローブはセ
ンサ上で２．０吋、２．４吋及び２．８吋の深さくＸ＋
）の所に配置した。最初のひゾ割れの深さａＱは３．０
６３８４吋であった。最初のひゾ割れの長さに対するこ
れらのプローブの対に於ける平均ｆｌｌｌｌ定Ｗ圧０／
＋　）　４；ｔ６８．　６９０　Ｑｘ　１０−６．４８
．８８００Ｘ１０’及び２ｇ、６４００Ｘ１０−６であ
った。こういう値を求める為、毎秒１６個の対の読み（
検出値）を求めた。即ち、１／２秒に１６個の正の読み
を求め、１／２秒に１６個の負の読みを求めた。これら
の読みから、１サイクルあたりの平均の読みを計算し、
約１時間後、即ち、約３，６００サイクル後、「平均測
定値」を求めた。これは約５８，０００対の検出値を平
均したことに対応する。これらのデータ点に対する平均
値７及びｙは、夫々２．４吋及び４８．７３６７ｘｌＯ
’ボルトであった。ｘｌの３つの値により、次の式に示
す様に、（σｘ）２の値は０．１０６６７になる。

勾配ｍは次の式によって、−５０，０６１７と計算され
た。

ｂ！ｘｍ＋ｙで決定すると、交点すは１６８．８８４８
であり、交点の値ＩＯは−ｂ／ｍ（ｙ−０になるところ
）であり、３．３７３５であった。

上に述べた状態に約５７．１分おいた後、３対のプロー
ブに対する平均電圧（ｙ、）は夫々７０゜７８１３Ｘ１
０　．５０．８８３１Ｘ１０刊及び３０．６７８７Ｘ１
０−６であった。これらの値の平均（ｙ）は５０．７８
７７Ｘ１０’ボルトである。値（σ、）２は上に定義し
た通りであり、上に述べた式から、勾配ｍ１は−５０，
１０３３と計算された。交点すは１７１．０３５６であ
り、交点の値■１は３．４１３７であった。

この時、ひゾ割れの深さの絶対値ａ１は次の式によって
決定された。

１、　　　　　　　　　　　　３．４１３７これは３．
１００３の値になる。

当業者であれば、この発明の範囲内で種々の変更か可能
であることは明らかであろう。これらの変更は全てこの
発明の範囲内に含まれることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の方法を実施するのに使うことが出来る、
２重片持ちばりの形状を持つセンサの略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）予め形成したひゞ割れを持つ固体の中のひゞ割れの
   成長を測定する方法に於て、前記固体に電流を印加して
   該固体の内部に電位の場を発生し、予め形成したひゞ割
   れの深さの９９％までの所に配置した少なくとも２対の
   プローブにより、前記ひゞ割れの両端の電圧を測定し、
   各対のプローブの２つの部材がひゞ割れの口から等価距
   離の所でひゞ割れの両端に配置されており、ひゞ割れの
   口からの対のプローブの距離に対し、各対のプローブの
   間の測定電圧の値を用いて直線を近似し、電圧がゼロに
   なる軸線上での前記直線の距離の交点を計算し、時間に
   わたる前記交点の値の変化を監視して、ひゞ割れの深さ
   の変化を決定する工程を含む方法。 ２）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、前記固
   体に印加される電流の極性を周期的に反転する方法。 ３）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、ひゞ割
   れを成長させるのに十分な荷重をひゞ割れに加える方法
   。 ４）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、前記固
   体が侵食性環境に露出している方法。 ５）特許請求の範囲３）に記載した方法に於て、加える
   荷重が静荷重である方法。 ６）特許請求の範囲２）に記載した方法に於て、前記固
   体が２重片持ちばりの形をしたセンサであり、予め形成
   されたひゞ割れが切欠きの根元に配置される方法。 ７）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、前記セ
   ンサの長さに沿って２つの側面の溝が設けられていて、
   電流導線が２重片持ちばりの開放端又はその近くに取付
   けられている方法。 ８）特許請求の範囲６）に記載した方法に於て、前記ひ
   ゞ割れの電圧を３対乃至７対のプローブによって測定す
   る方法。 ９）特許請求の範囲８）に記載した方法に於て、前記対
   のプローブがひゞ割れの深さの２５乃至９５％の所に等
   間隔に設けられ、プローブが各々のはりの中立軸上に配
   置されている方法。 １０）特許請求の範囲６）に記載した方法に於て、セン
   サが関心が持たれる構造成分と同じ組成であってプロセ
   ス経歴を経由している方法。 １１）特許請求の範囲１０）に記載した方法に於て、前
   記センサが、合金鋼、ニッケル、ニッケルをベースとし
   た合金、チタン、オーステナイト・ステンレス鋼及びイ
   ンコネルからなる群から選ばれた材料で構成されている
   方法。 １２）特許請求の範囲４）に記載した方法に於て、前記
   固体が関心が持たれる部品と同じ侵食性の環境に露出し
   ている方法。 １３）特許請求の範囲５）に記載した方法に於て、前記
   静荷重が構造部品の予想応力強度係数に大体等しいひゞ
   割れ先端応力強度係数を生ずる方法。 １４）特許請求の範囲１２）に記載した方法に於て、侵
   食性の強い環境が高圧、高温の水である方法。 １５）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、時刻
   ｔ＿１に於ける前記ひゞ割れの深さａ＿１に対する予定
   の絶対値に、時刻ｔ＿１及びｔ＿２に於ける前記ひゞ割
   れの交点の値から導き出した係数を作用させることによ
   って、時刻ｔ＿２に於けるひゞ割れの深さが決定される
   方法。 １６）特許請求の範囲１５）に記載した方法に於て、時
   刻ｔ＿２に於けるひゞ割れの深さａ＿２が次の式 ａ＿２＝（Ｉ＿２／Ｉ＿１）ａ＿１ によって決定され、Ｉ＿２及びＩ＿１が時刻ｔ＿２及び
   ｔ＿１に於ける交点の値である方法。 １７）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、各対
   のプローブの間の電圧が、毎秒１０乃至２０回測定され
   る方法。 １８）特許請求の範囲１７）に記載した方法に於て、各
   対のプローブに対し、１００乃至１，０００，０００回
   の電圧の測定値を平均して、電圧がゼロの軸線の交点を
   決定する値とする方法。 １９）特許請求の範囲１８）に記載した方法に於て、前
   記電圧を最も近い０．０１マイクロボルトまで測定する
   方法。 ２０）特許請求の範囲１６）に記載した方法に於て、前
   記交点の値が線形回帰解析によって計算される方法。