WO2019008901A1 - ショットピーニング方法 - Google Patents

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WO2019008901A1
WO2019008901A1 PCT/JP2018/018403 JP2018018403W WO2019008901A1 WO 2019008901 A1 WO2019008901 A1 WO 2019008901A1 JP 2018018403 W JP2018018403 W JP 2018018403W WO 2019008901 A1 WO2019008901 A1 WO 2019008901A1
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WO
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shot peening
nozzle
welding
shot
weld
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/018403
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
好昭 山崎
Original Assignee
新東工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 新東工業株式会社 filed Critical 新東工業株式会社
Priority to JP2019528383A priority Critical patent/JPWO2019008901A1/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/10—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for compacting surfaces, e.g. shot-peening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/02—Blast guns, e.g. for generating high velocity abrasive fluid jets for cutting materials
    • B24C5/04—Nozzles therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C9/00—Appurtenances of abrasive blasting machines or devices, e.g. working chambers, arrangements for handling used abrasive material

Definitions

  • the present disclosure relates to a shot peening method.
  • Patent Document 1 discloses a method of projecting a cleaning material (projecting material) onto a fillet weld between a horizontal member and a vertical member.
  • the angle between the projection direction of the abrasive from the blast nozzle toward the fillet weld and the horizontal member is set to 50 to 80 degrees, and the abrasive is a fillet It projects to the weld.
  • the above-mentioned prior art is not a shot peening treatment for the purpose of improving the fatigue strength of the object to be treated, but can not efficiently realize the improvement of the fatigue strength of the object to be treated which has been welded.
  • the present disclosure describes a shot peening method that can efficiently realize improvement in the fatigue strength of a welded object to be processed.
  • a shot peening method is a shot peening method of projecting a projection material onto a target object that is a structure in which a first member and a second member are joined via a weld. is there.
  • the projection material is projected from the nozzle in a state where the tip of the nozzle is directed to the welding peripheral portion adjacent to the welding portion on the surface of the object to be processed. Including a step of intensively performing shot peening on the part.
  • the projection material is projected from the nozzle in a state where the tip of the nozzle for projecting the projection material is directed to the welding peripheral portion of the object to be processed, so that the welding peripheral portion is concentrated. Shot peening is applied.
  • compressive residual stress is efficiently applied to the welding peripheral portion where the fatigue strength is reduced by the influence of heat at the time of welding.
  • the shot peening treatment in the step of performing the shot peening treatment, may be intensively performed on the welding peripheral portion of the object to be treated in a state where the shot peening treatment is not performed.
  • the shot peening process is intensively performed on the welding peripheral portion of the object to be treated in a state where the shot peening process is not performed.
  • the above-mentioned shot peening method may further include the step of measuring compressive residual stress of the above-mentioned welding circumference part in the above-mentioned processing subject to which the above-mentioned shot peening processing was given.
  • the desired compressive residual stress is applied by measuring the compressive residual stress of the welding peripheral portion in the object to be treated in a state where the shot peening processing has been performed. it can.
  • the nozzle peening is performed on the welding peripheral portion.
  • the method may further include the step of subjecting the welding peripheral portion to the shot peening treatment intensively again by reprojecting the projection material from the nozzle in a state in which the tip is directed.
  • the shot peening treatment is intensively performed again on the weld periphery of the object to be treated, so the weld periphery on the object to be treated is The compressive residual stress can be more reliably applied to the part.
  • the direction of the tip of the nozzle is set such that an angle formed by a center line in the projection direction of the projection material and the welding periphery is 30 ° to 90 °.
  • a projection material may be projected from the nozzle against the welding peripheral portion under shot peening processing conditions capable of obtaining a compressive residual stress equal to or more than a predetermined value set in advance.
  • the nozzle may comprise a curved tube.
  • the central axis of the curved cylinder portion may be curved with a radius of curvature twice or more the inner diameter of the nozzle.
  • the curved cylindrical portion may be provided with a flow passage passing through the curved cylindrical portion along the central axis.
  • the nozzle since the nozzle includes the curved cylindrical portion in which the flow path is curved, it is advantageous in disposing the nozzle in such a space, for example, when the space facing the welding peripheral portion is narrow. Further, since the central axis of the curved cylindrical portion is curved with a radius of curvature twice or more the inner diameter of the nozzle, the projection material flows relatively smoothly through the curved cylindrical portion at the time of projection. For this reason, the energy loss at the time of projection is suppressed.
  • the nozzle may include a proximal end located on the proximal side of the nozzle and a distal end located on the distal side of the nozzle.
  • the distal end may be bent relative to the proximal end.
  • the angle between the central axis of the proximal end and the central axis of the distal end may be 60 ° or less.
  • the distal end is bent with respect to the proximal end, which is advantageous in disposing the nozzle in such a space, for example, when the space facing the welding periphery is narrow. Further, since the angle between the central axis of the proximal end and the central axis of the distal end is 60 ° or less, the projection material flows relatively smoothly through the nozzle during projection. For this reason, the energy loss at the time of projection is suppressed.
  • the second member may abut on the surface of the first member.
  • the weld may be provided at an intersection formed by the surface of the first member and the surface of the second member.
  • the weld is provided at the intersection formed by the surface of the first member and the surface of the second member.
  • the compressive residual stress can be efficiently applied to the welding periphery of such an object to be treated.
  • the welding periphery may extend from the weld toe located on the surface of the workpiece at a boundary with the weld, in the opposite direction to the weld.
  • the length in the extension direction of the welding periphery may be equal to the length of the weld along the extension direction.
  • the welding peripheral portion in the extending direction of the welding peripheral portion, is defined in the same range as the welding portion, so that it is possible to efficiently improve the fatigue strength of the object to be processed. .
  • the object to be treated may be a structure in which a plurality of juxtaposed second members abut on a surface of the first member.
  • a nozzle having a curved cylindrical portion in which the flow path is curved or a nozzle whose distal end portion is bent with respect to the proximal end portion is used, for example.
  • a nozzle having a curved cylindrical portion in which the flow path is curved or a nozzle whose distal end portion is bent with respect to the proximal end portion is used, for example.
  • the improvement of the fatigue strength of the welded object to be processed can be efficiently realized.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing a shot peening apparatus and an object to be treated applied to the shot peening method according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a side view which shows typically the operation state in the case of implementing the shot-peening method which concerns on 1st Embodiment.
  • FIG. 3 is a process chart showing a series of steps of the shot peening method according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a side view schematically showing a shot peening apparatus and an object to be treated applied to the shot peening method according to the second embodiment.
  • FIG. 5A is a perspective view showing a first other example of the object to be treated.
  • FIG. 5 (B) is a perspective view showing a second other example of the object to be treated.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing a shot peening apparatus and an object to be treated applied to the shot peening method according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a side view which shows typically the operation state in the case of implementing the shot-peening method which concerns on 1st Embodiment.
  • the components on the right side in the drawing are shown in a reduced size with respect to the components on the left side in the drawing.
  • the shot peening apparatus (also referred to as “pressure type peening equipment”) 10 shown in FIGS. 1 and 2 will be outlined.
  • the well-known structure (For example, the structure disclosed by patent 6107821) is applicable to the shot peening apparatus 10 except the structure part of the nozzle 20 mentioned later.
  • the shot peening apparatus 10 is an apparatus for injecting (projecting in a broad sense) a projection material onto the object 40 to be processed.
  • the shot peening apparatus 10 includes a tank 12 for supplying a projection material.
  • a projection material it is also called a shot or a shot material
  • a metal ball is used, for example.
  • the Vickers hardness of the projectile is equal to or greater than the Vickers hardness of the object 40 to be treated.
  • the inside of the tank 12 is configured to be able to be pressurized.
  • a cut gate (not shown) is provided at the lower end of the tank 12.
  • the mixing unit 14 includes a shot flow control valve (not shown) and the like.
  • the mixing unit 14 is connected to the flow path middle portion of the pipe 16.
  • a mixing unit 15 is provided at the junction of the mixing unit 14 and the pipe 16.
  • a compressor 18 (shown as a block in the figure) for supplying compressed air is connected to the upstream end of the pipe 16.
  • a nozzle 20 for injection (for projection) is connected to the end on the downstream side of the flow path of the pipe 16.
  • the projection material having flowed to the mixing unit 15 is jetted (projected) from the tip 20T of the nozzle 20 in a state of being mixed with the compressed air.
  • the nozzle 20 includes a proximal end 22 located on the proximal side of the nozzle 20 and a distal end 24 located on the distal side of the nozzle 20.
  • the proximal end portion 22 is formed with a linear flow path passing through the proximal end portion 22 along the central axis of the proximal end portion 22.
  • the distal end portion 24 is formed with a linear flow path passing through the distal end portion 24 along the central axis of the distal end portion 24.
  • the distal end portion 24 is bent relative to the proximal end portion 22.
  • An angle ⁇ between an extension line 22L obtained by extending the central axis 22C of the proximal end 22 to the opposite side to the proximal end and the central axis 24C of the distal end 24 is set to 60 ° or less.
  • the workpiece 40 when subjecting the workpiece 40 to the shot peening process, the workpiece 40 is disposed in the projection chamber 30, and the nozzle 20 is gripped by the worker P.
  • the shot peening apparatus 10 may be provided with a robot arm (not shown) for gripping the nozzle 20.
  • the shot peening apparatus 10 includes an operation unit 26.
  • the operation unit 26 include a touch panel, a keyboard, and a mouse.
  • the operation unit 26 is configured to be able to input processing conditions for shot peening (for example, a part of shot conditions including the pressure of compressed air supplied from the compressor 18 and the amount of projection material to be injected (projected)) It is done.
  • the operation unit 26 is configured to output a signal corresponding to the input operation to the control unit 28.
  • the control unit 28 includes, for example, a storage device and an arithmetic processing unit.
  • the control unit 28 is configured to control the compressor 18, the shot flow control valve (not shown) of the mixing unit 14, the cut gate (not shown) of the tank 12, etc. based on the signal output from the operation unit 26. It is done. That is, the control unit 28 stores in advance a program for performing shot peening processing under shot conditions corresponding to the signal output from the operation unit 26.
  • the operation unit 26, the control unit 28, the tank 12, the mixing unit 14, and the like are disposed on the carriage 32 (see FIG. 2).
  • the to-be-processed target object 40 is a structure (welded structure) containing the horizontal members 42 and 43 as a 1st member, and the vertical member 44 as a 2nd member.
  • Each of the horizontal members 42 and 43 and the vertical member 44 is a plate-like member.
  • the cross member 42 and the cross member 43 are disposed parallel to each other.
  • a longitudinal member 44 is disposed along the opposing direction of the lateral member 42 and the lateral member 43.
  • the transverse members 42 and 43 and the longitudinal member 44 extend in one direction (the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1).
  • one end of the vertical member 44 abuts on the surface of the horizontal member 42 and the other end of the vertical member 44 abuts on the surface of the horizontal member 43.
  • the surface of the horizontal member 42 and the surfaces (principal surfaces) on both sides of the longitudinal member 44 intersect (orthogonal) to form an intersection 45A.
  • the transverse member 42 and the longitudinal member 44 are joined to each other via the welding portion 46 at the intersection 45A.
  • the surface of the horizontal member 43 and the surfaces (principal surfaces) on both sides of the longitudinal member 44 intersect (orthogonal) to form an intersection 45B.
  • the transverse member 43 and the longitudinal member 44 are joined to each other via the weld portion 47 at the intersection 45B.
  • the welds 46 are provided on the surfaces (main surfaces) on both sides of the vertical member 44.
  • the welds 47 are provided on the surfaces (principal surfaces) on both sides of the longitudinal member 44.
  • the welding portion 46 extends in one direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1) along the crossing portion 45A.
  • the shape of the welding portion 46 is a triangular prism.
  • the welding portion 47 extends in one direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1) along the crossing portion 45B.
  • the shape of the welding portion 47 is a triangular prism.
  • Welded toe portions A to D are formed on the surface of the object 40 to be treated.
  • the weld toe A is a boundary between the cross member 42 and the outer surface of the weld 46.
  • the weld toe B is a boundary between the longitudinal member 44 and the outer surface of the weld 46.
  • the weld toe C is a boundary between the cross member 43 and the outer surface of the weld 47.
  • the weld toe D is a boundary between the longitudinal member 44 and the outer surface of the weld 47.
  • the leg lengths a of the pair of welds 46 may be equal to or different from each other.
  • the leg length a is a length along the surface of the cross member 42 from the position where the surface of the cross member 42 intersects the surface of the longitudinal member 44 (proximal end of the weld 46) to the weld toe A.
  • the leg lengths b of the pair of welds 46 may be equal to or different from one another.
  • the leg length b is a length along the surface of the longitudinal member 44 from the position where the surface of the transverse member 42 intersects the surface of the longitudinal member 44 (proximal end of the weld 46) to the weld toe B.
  • the leg lengths c of the pair of welds 47 may be equal to or different from one another.
  • the leg length c is a length along the surface of the cross member 43 from the position where the surface of the cross member 43 intersects the surface of the longitudinal member 44 (proximal end of the welding portion 47) to the weld toe C.
  • the leg lengths d of the pair of welds 47 may be equal to or different from each other.
  • the leg length d is a length along the surface of the longitudinal member 44 from the position where the surface of the transverse member 43 intersects the surface of the longitudinal member 44 (proximal end of the welding portion 47) to the weld toe D.
  • the leg lengths a to d of the left and right welded portions 46 and 47 the same reference numerals are given to the leg lengths in the left-right correspondence relationship for the sake of convenience.
  • Welding peripheral parts 42X, 43X, 44X, 44Y are formed on the surface of the object 40 to be processed.
  • the welding periphery 42 ⁇ / b> X is a portion (area) adjacent to the welding toe portion A on the surface of the cross member 42.
  • the welding periphery 42 ⁇ / b> X is a portion of the surface of the cross member 42 extending from the welding toe A to the opposite side to the welding portion 46 (proximal end of the welding portion 46).
  • the welding periphery 42X is located in the range from the weld toe A to the length Ea equal to the leg length a.
  • the welding periphery 43 ⁇ / b> X is a portion (area) adjacent to the welding toe C on the surface of the horizontal member 43. Specifically, the welding peripheral portion 43 ⁇ / b> X is a portion of the surface of the cross member 43 that extends from the welding toe C to the opposite side to the welding portion 47 (proximal end of the welding portion 47). The welding periphery 43X is located in the range from the weld toe C to the length Ec equivalent to the leg length c.
  • the welding periphery 44 ⁇ / b> X is a portion (area) adjacent to the welding toe B on the surface of the longitudinal member 44. Specifically, the welding periphery 44 ⁇ / b> X is a portion of the surface of the longitudinal member 44 that extends from the weld toe B to the opposite side to the weld 46 (proximal end of the weld 46). The welding periphery 44X is located in the range from the welding toe B to the length Eb equivalent to the leg length b.
  • the welding periphery 44 ⁇ / b> Y is a portion (region) adjacent to the welding toe D on the surface of the longitudinal member 44.
  • the welding periphery 44 ⁇ / b> Y is a portion of the surface of the longitudinal member 44 that extends from the welding toe D to the opposite side to the welding portion 47 (proximal end of the welding portion 47).
  • the welding periphery 44Y is located in the range from the weld toe D to the length Ed equal to the leg length d.
  • the same reference numerals are given to the portions in the left-right correspondence relationship for the sake of convenience.
  • the residual stress measuring device 50 is a device capable of measuring the compressive residual stress of the object to be treated 40.
  • the residual stress measuring device 50 is, for example, a device that measures residual stress using an X-ray diffraction method, and in a broad sense is a "nondestructive inspection device".
  • the residual stress measuring device disclosed in JP-A-2017-009356 can be applied to the residual stress measuring device 50 as an example.
  • the configuration of the residual stress measuring device 50 is known and thus the detailed description is omitted.
  • the residual stress measuring device 50 is provided independently of the shot peening device 10, but may be part of the shot peening device 10.
  • the residual stress measuring device 50 is communicably connected to the control unit 28 (see the two-dot chain line X in the figure), and is configured to output the measurement result of the residual stress measuring device 50 to the control unit 28. Good.
  • FIG. 3 is a process chart showing a series of steps of the shot peening method according to the first embodiment.
  • the shot peening process is performed intensively (focusedly) on the welding peripheral portions 42X, 43X, 44X, 44Y.
  • the projection material S is projected from the nozzle 20 in a state in which the tip 20T of the nozzle 20 is directed to the welding periphery 42X, 43X, 44X, 44Y, thereby forming the welding periphery 42X, 43X, 44X, 44Y
  • Shot peening is performed intensively (focusedly).
  • the dashed-dotted line SL in the figure has shown the central line of the projection direction of the projection material S projected from the nozzle 20.
  • the shot peening method of the present embodiment includes, as an example, a plurality of steps including an inspection step as described below.
  • a preparation step of preparing the object to be processed 40 is performed (step ST11).
  • the to-be-processed target object 40 is a to-be-processed target object of the state to which the shot peening process is not performed.
  • the shot peening process is performed intensively (focusedly) on the welding peripheral portions 42X, 43X, 44X, 44Y (step ST12).
  • the projection material S is projected from the nozzle 20 in a state where the tip 20T of the nozzle 20 is directed to the welding peripheral portions 42X, 43X, 44X, 44Y in the object 40 to be treated in a state where the shot peening process is not performed. Done by projecting.
  • the welding peripheral portions 42X, 43X, 44X, 44Y are portions (heat affected portions) where tensile residual stress is generated during welding and the fatigue strength is reduced.
  • the shot peening process is applied to the weld surrounding portions 42X, 43X, 44X, 44Y, whereby compressive residual stress is applied to the weld surrounding portions 42X, 43X, 44X, 44Y, and the welding surround portions 42X, 43X, 44X, 44Y.
  • a supplementary explanation of the step ST12 is to gradually shift the position where the tip 20T of the nozzle 20 is directed with respect to the welding peripheral portions 42X, 43X, 44X, 44Y at the time of the shot peening processing.
  • the projection time to the welding peripheral portions 42X, 43X, 44X, 44Y may be set to be longer as the welding portions 46, 47 are approached.
  • step ST12 the direction of the tip 20T of the nozzle 20 is set such that the angle ⁇ (incident angle) formed by the center line SL and the welding peripheral portion 42X, 43X, 44X, 44Y is 30 ° to 90 °. Furthermore, the projection material is projected from the nozzle 20 with respect to the welding peripheral portions 42X, 43X, 44X, 44Y under the shot peening processing conditions that can obtain a compressive residual stress equal to or more than a predetermined value set in advance.
  • the projection material S projected from the welding material Energy can be efficiently applied to the 42X, 43X, 44X, and 44Y.
  • step ST13 an inspection step (step ST13) is performed.
  • the compressive residual stress of the welding peripheral portions 42X, 43X, 44X, 44Y in the object to be treated 40 is measured using the residual stress measuring device 50. Thereby, the compressive residual stress of welding periphery 42X, 43X, 44X, 44Y in the to-be-processed target object 40 of the state to which the shot peening process was performed can be confirmed.
  • step ST14 it is determined whether the compressive residual stress measured in step ST13 is less than a reference value set in advance or greater than or equal to the reference value (step ST14). If the compressive residual stress measured in step ST13 is equal to or higher than the reference value (step ST14; NO), a series of steps of the shot peening method of the present embodiment is completed. On the other hand, if the compressive residual stress measured in step ST13 is less than the reference value for some reason (step ST14; YES), the shot peening treatment is concentrated again on the weld periphery 42X, 43X, 44X, 44Y. Is applied (step ST15).
  • This shot peening process is performed by projecting the projection material S again from the nozzle 20 in a state where the tip 20T of the nozzle 20 is directed to the welding peripheral portion 42X, 43X, 44X, 44Y. For this reason, compressive residual stress can be more reliably given to welding peripheral part 42X, 43X, 44X, 44Y.
  • the direction of the tip 20T of the nozzle 20 is set in the same manner as step ST12, and further, under the shot peening process conditions capable of obtaining compressive residual stress equal to or more than a predetermined value set in advance.
  • a projection material is projected from the nozzle 20 with respect to the welding periphery 42X, 43X, 44X, 44Y. Therefore, energy can be efficiently applied to the welding peripheral portions 42X, 43X, 44X, 44Y. And a series of processes of the shot peening method of this embodiment are ended.
  • the distal end portion 24 is bent with respect to the proximal end portion 22. Therefore, for example, in the case where the space facing welding peripheral portions 42X, 43X, 44X, 44Y is narrow (when the distance between cross member 42 and cross member 43 is narrow), it is advantageous in disposing nozzle 20 in such a space is there. Since the angle ⁇ formed by the extension line 22L and the central axis 24C is set to 60 ° or less, the projection material flows relatively smoothly inside the nozzle 20 at the time of projection. For this reason, energy loss at the time of projection is suppressed, and efficient shot peening can be performed, and wear of the inner surface of the nozzle 20 is also suppressed.
  • the shot peening method of the present embodiment it is possible to efficiently realize the improvement of the fatigue strength (and thus the improvement of the quality) of the welded object to be processed 40. Further, in the present embodiment, since unnecessary projection can be reduced, the cost can be suppressed.
  • FIG. 4 is a side view schematically showing a shot peening apparatus and an object to be treated applied to the shot peening method according to the second embodiment. Note that, in FIG. 4, similarly to FIG. 1, for convenience of illustration, the components on the right side in the drawing are shown in a reduced state with respect to the components on the left side in the drawing.
  • the shot peening apparatus (also referred to as “pressure-type peening equipment”) 60 applied in the present embodiment includes a nozzle 62 instead of the nozzle 20 (see FIG. 1). It differs from the shot peening apparatus 10 (see FIG. 1) applied in the first embodiment.
  • the other configuration of the shot peening apparatus 60 is the same configuration as the shot peening apparatus 10 (see FIG. 1) of the first embodiment. Therefore, about the structure part similar to 1st Embodiment, the same code
  • the nozzle 62 includes a straight cylindrical portion 64 and a curved cylindrical portion 66.
  • the straight cylinder portion 64 is a cylindrical member extending in one direction.
  • the straight cylinder portion 64 is located on the proximal end side of the nozzle 62.
  • the straight cylinder portion 64 is formed with a linear flow path 64P which penetrates the straight cylinder portion 64 along the central axis of the straight cylinder portion 64.
  • the curved cylindrical portion 66 is a cylindrical member extending while curving downward from the straight cylindrical portion 64.
  • the curved cylindrical portion 66 is located on the tip 62 T side of the nozzle 62.
  • the curved cylindrical portion 66 is formed with a flow path 66P which penetrates the curved cylindrical portion 66 along the central axis 66C of the curved cylindrical portion 66.
  • the curved cylindrical portion 66 is formed continuously to the straight cylindrical portion 64, and its central axis 66C is curved with a radius of curvature 66R which is twice or more the inner diameter 66D of the nozzle 62.
  • the direction of the tip 62T of the nozzle 62 with respect to the welding periphery 42X, 43X, 44X, 44Y is set similarly to the direction of the tip 20T of the nozzle 20 shown in FIG. 1 of the first embodiment. Ru.
  • the shot peening method of the present embodiment is the same as the shot peening method of the first embodiment except that the nozzle 62 shown in FIG. 4 is applied instead of the nozzle 20. That is, in the shot peening method of the present embodiment, the projection material S is projected from the nozzle 62 with the tip 62T of the nozzle 62 for projecting the projection material S directed to the welding peripheral portion 42X, 43X, 44X, 44Y. As a result, the shot peening treatment is intensively applied to the welding peripheral portions 42X, 43X, 44X, 44Y.
  • the shot peening method of the present embodiment includes a plurality of steps (steps ST11 to ST15) including an inspection step (step ST13) as in the first embodiment. As described above, also in the present embodiment, substantially the same operation and effect as in the first embodiment described above can be obtained.
  • the nozzle 62 is provided with the curved cylindrical portion 66 in which the flow path 66P is curved, for example, when the space facing the welding peripheral portions 42X, 43X, 44X, 44Y is narrow (with the lateral member 42 This is advantageous in disposing the nozzle 62 in such a space when the distance from the cross member 43 is narrow.
  • the central axis 66C of the curved cylindrical portion 66 is curved with a radius of curvature 66R which is twice or more the inner diameter 66D of the nozzle 62, the projection material flows relatively smoothly through the curved cylindrical portion 66 at the time of projection. Therefore, energy loss at the time of projection can be suppressed and efficient shot peening can be performed, and wear of the inner surface of the nozzle 62 can also be suppressed.
  • the nozzle 62 includes the curved cylindrical portion 66 in which the flow path 66P is curved on the side of the tip 62T of the nozzle 62, but the configuration of the nozzle is not limited to this.
  • the curved cylindrical portion 66 may be disposed on the proximal end side of the nozzle, and the straight cylindrical portion 64 may be disposed on the distal end side of the nozzle. Further, as another modification, the nozzle may be configured only by the curved cylindrical portion 66.
  • the object to be treated is the object to be treated 40 shown in FIGS. 1, 2 and 4, but the object to be treated is not limited to this. That is, the object to be processed may be an object to be processed other than the object to be processed 40 shown in FIGS. 1, 2 and 4.
  • the object to be treated may be a structure in which the first member and the second member are joined via a weld.
  • the object to be treated is, for example, a structure including a welded portion in a heat exchanger of a boiler, the object to be treated 70 shown in FIG. 5A, and the object to be treated 80 shown in FIG. It may be.
  • the processing object 70 shown in FIG. 5A and the processing object 80 shown in FIG. 5B will be outlined.
  • the object to be treated 70 includes a first member 72 and a plurality of (here, three) second members 74.
  • the first member 72 and the second member 74 have a flat plate shape.
  • one end of the second member 74 abuts on the surface of the first member 72.
  • the plurality of second members 74 are juxtaposed to one another.
  • the surface of the first member 72 and the surface of the second member 74 intersect (orthogonal) to form an intersection 75.
  • the first member 72 and the second member 74 are joined together at the intersection 75 via a weld 76.
  • the plurality of second members 74 are arranged such that the respective plate thickness directions are set in the same direction and arranged in series. Welds 76 extend along intersection 75.
  • the cross-sectional shape orthogonal to the extending direction of the weld 76 is substantially triangular.
  • the object to be treated 80 includes a first member 82 and a plurality of (here, eight) second members 84.
  • the first member 82 has a flat plate shape.
  • the second member 84 has a cylindrical shape.
  • one end of the second member 84 is abutted against the surface of the first member 82.
  • the plurality of second members 84 are juxtaposed to one another.
  • the surface of the first member 82 and the surface (peripheral surface) of the second member 84 intersect (orthogonal) to form an intersection portion 85.
  • the first member 82 and the second member 84 are joined at a crossing portion 85 via a welding portion 86.
  • the plurality of second members 84 are, for example, arranged in series and arranged in parallel.
  • the welds 86 extend annularly along the intersections 85.
  • the cross-sectional shape orthogonal to the extending direction of the welding portion 86 is substantially triangular.
  • the nozzles 20 and 62 are disposed between the second members 74 and 84 adjacent to each other. There are parts that must be placed.
  • the distal end portion 24 is bent with respect to the proximal end portion 22.
  • the nozzle 62 includes a curved cylindrical portion 66. For this reason, compared with a linear nozzle, for example, the nozzles 20 and 62 can be easily disposed between the second members 74 and 84 adjacent to each other.
  • the processing target portion in the vicinity of the corner of the second member 74 shown in FIG. 5 (A) is the same as that of the second member 84 shown in FIG. 5 (B).
  • the projection material can be projected relatively easily to the processing target portion of the curved surface shaped portion.
  • the object to be treated to which the same shot peening method as that of the first and second embodiments is applied is, for example, a second other member in place of the cylindrical second member 84 shown in FIG. 5 (B). It may be an object to be treated including two members. As another 2nd member, the rectangular-tube-shaped 2nd member, the column-shaped 2nd member, the prismatic 2nd member etc. are mentioned, for example. Further, the object to be treated to which the shot peening method similar to the first and second embodiments is applied is, for example, the flat plate-shaped first member 72 shown in FIG. 5 (A) and FIG. 5 (B) Instead of the flat plate-shaped first member 82 shown, the object to be treated may be provided with another first member. Other first members include cylindrical and spherical first members and the like.
  • the processing form of the object to be processed is not limited to this.
  • the treatment form of the object to be treated may be a treatment form that is completed in steps ST11 to ST13.
  • the process ST13 of measuring the compressive residual stress of the welding peripheral portions 42X, 43X, 44X, 44Y using the residual stress measuring device 50 is performed.
  • the shot peening method may not have the step ST13, and may not have the step after the step ST13.
  • the angle ⁇ between the center line SL in the projection direction of the projection material S projected from the nozzles 20 and 62 and the welding peripheral portions 42X, 43X, 44X, 44Y is 30 °.
  • the directions of the tips 20T and 62T of the nozzles 20 and 62 are set so as to be up to 90 °.
  • the direction (angle setting) of the tips 20T and 62T of the nozzles 20 and 62 with respect to the welding periphery 42X, 43X, 44X and 44Y may be set to an angle ⁇ other than the above.
  • nozzles other than the nozzles 20 and 62 applied to 1st and 2nd embodiment may be applied to the nozzle which projects a projection material.
  • linear nozzles may be used.
  • the length in one direction of the structure (the structure in which the first member, the second member, and the like are joined by the welded portion) that is the object to be treated is 1 It is very effective when the weld leg length is 5 to 30 mm while the distance is up to 100 m. That is, the improvement of the fatigue strength of the welded object (structure) can be efficiently realized as compared with the other methods.
  • Horizontal member (1st member) 42X: welding peripheral portion, 43: horizontal member (first member), 43X: welding peripheral portion, 44: longitudinal member (second member), 44X, 44Y: welding peripheral portion, 45A, 45B: crossing portion, 46: Welded part 47 Welded part 62 Nozzle 62T Tip 66 Curved cylindrical part 66C Central axis 66D Inner diameter 66R Radius of curvature 70 Object to be processed 72 First member 74 ... second member, 75 ... intersection, 76 ... weld, 80 ... object to be processed, 82 ... first member, 84 ... second member, 85 ... intersection, 86 ... weld, A, B, C, D: Weld toe, a, b, c, d: leg length, S: projection material, SL: center line, ⁇ : angle ⁇ ... angle.

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Abstract

ショットピーニング方法は、第一部材と第二部材とが溶接部を介して接合された構造体である被処理対象物に対して、投射材を投射するショットピーニング方法であって、被処理対象物の表面において溶接部と隣り合う溶接周囲部に対して、ノズルの先端を向けた状態で、ノズルから投射材を投射することで、溶接周囲部に集中的にショットピーニング処理を施す工程を含む。

Description

ショットピーニング方法
　本開示は、ショットピーニング方法に関する。
　溶接された被処理対象物に対して投射材を投射する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。例えば、下記特許文献１には、水平部材と垂直部材との隅肉溶接部に研掃材（投射材）を投射する方法が開示されている。簡単に説明すると、この先行技術による方法では、ブラストノズルから隅肉溶接部へ向けた研掃材の投射方向と水平部材とのなす角度を５０～８０度に設定して研掃材を隅肉溶接部に投射している。これにより、水平部材の焼損塗膜の完全除去、垂直部材のヒュ－ムの完全除去、及び溶接ビ－ド部の表面粗さの最適化が図られている。
特開２０００－１０８０３４号公報
　しかしながら、上記先行技術は、被処理対象物の疲労強度の向上を目的としたショットピーニング処理ではなく、溶接された被処理対象物の疲労強度の向上を効率良く実現することができない。
　本開示は、溶接された被処理対象物の疲労強度の向上を効率良く実現することができるショットピーニング方法を説明する。
　本開示の一側面に係るショットピーニング方法は、第一部材と第二部材とが溶接部を介して接合された構造体である被処理対象物に対して、投射材を投射するショットピーニング方法である。このショットピーニング方法は、前記被処理対象物の表面において前記溶接部と隣り合う溶接周囲部に対して、ノズルの先端を向けた状態で、前記ノズルから投射材を投射することで、前記溶接周囲部に集中的にショットピーニング処理を施す工程を含む。
　上記構成によれば、被処理対象物の溶接周囲部に対して、投射材を投射するノズルの先端を向けた状態で、当該ノズルから投射材を投射することで、溶接周囲部に集中的にショットピーニング処理が施される。これにより、溶接時の熱の影響を受けて疲労強度が低下した溶接周囲部に、圧縮残留応力が効率良く付与される。その結果、溶接された被処理対象物の疲労強度の向上を効率良く行うことが可能となる。
　一実施形態において、前記ショットピーニング処理を施す工程では、ショットピーニング処理が施されていない状態の前記被処理対象物における前記溶接周囲部に集中的にショットピーニング処理を施してもよい。
　上記構成によれば、ショットピーニング処理が施されていない状態の被処理対象物における溶接周囲部に集中的にショットピーニング処理が施される。
　一実施形態において、上記ショットピーニング方法は、前記ショットピーニング処理が施された前記被処理対象物における前記溶接周囲部の圧縮残留応力を測定する工程をさらに含んでもよい。
　上記構成によれば、ショットピーニング処理が施された状態の被処理対象物における溶接周囲部の圧縮残留応力を測定することで、所望の圧縮残留応力が付与されているか否かを確認することができる。
　一実施形態において、上記ショットピーニング方法は、前記圧縮残留応力を測定する工程において測定された前記圧縮残留応力が予め設定された基準値未満の場合に、前記溶接周囲部に対して、前記ノズルの先端を向けた状態で、前記ノズルから投射材を再度投射することで、前記溶接周囲部に再度集中的にショットピーニング処理を施す工程をさらに含んでもよい。
　上記構成によれば、測定された圧縮残留応力が基準値未満の場合には、被処理対象物における溶接周囲部に再度集中的にショットピーニング処理が施されるので、被処理対象物における溶接周囲部に圧縮残留応力をより確実に付与することができる。
　一実施形態において、前記ショットピーニング処理を施す工程では、前記投射材の投射方向の中心線と前記溶接周囲部との成す角度が３０°～９０°となるように前記ノズルの先端の向きが設定され、更に、予め設定された所定値以上の圧縮残留応力を得ることが可能なショットピーニング処理条件で、前記溶接周囲部に対して、前記ノズルから投射材が投射されてもよい。
　上記構成によれば、例えば投射材の投射方向の中心線と溶接周囲部との成す角度が３０°未満である場合に比べて、投射された投射材から溶接周囲部にエネルギーを効率的に付与することができる。
　一実施形態において、前記ノズルは、湾曲筒部を備えてもよい。前記湾曲筒部の中心軸線は、前記ノズルの内径の２倍以上の曲率半径で湾曲されてもよい。前記湾曲筒部には、前記中心軸線に沿って前記湾曲筒部を貫通する流路が設けられていてもよい。
　上記構成によれば、ノズルは、流路が湾曲された湾曲筒部を備えているので、例えば溶接周囲部が臨む空間が狭い場合にそのような空間にノズルを配置するうえで有利である。また、湾曲筒部の中心軸線がノズルの内径の２倍以上の曲率半径で湾曲されているので、投射時には投射材が湾曲筒部の中を比較的スムーズに流れる。このため、投射時におけるエネルギー損失が抑えられる。
　一実施形態において、前記ノズルは、前記ノズルの基端側に位置する基端部と、前記ノズルの先端側に位置する先端部と、を備えてもよい。前記先端部は、前記基端部に対して屈曲されていてもよい。前記基端部の中心軸線と、前記先端部の中心軸線と、の成す角度が６０°以下であってもよい。
　上記構成によれば、基端部に対して先端部が屈曲されているので、例えば溶接周囲部が臨む空間が狭い場合にそのような空間にノズルを配置するうえで有利である。また、基端部の中心軸線と、先端部の中心軸線と、の成す角度が６０°以下であるので、投射時には投射材がノズルの中を比較的スムーズに流れる。このため、投射時におけるエネルギー損失が抑えられる。
　一実施形態において、前記第二部材は、前記第一部材の表面に突き当てられていてもよい。前記溶接部は、前記第一部材の表面と前記第二部材の表面とによって形成された交差部に設けられてもよい。
　上記構成によれば、第一部材の表面と第二部材の表面とによって形成された交差部に溶接部が設けられる。このような被処理対象物の溶接周囲部に、圧縮残留応力を効率良く付与することができる。
　一実施形態において、前記溶接周囲部は、前記被処理対象物の前記表面において前記溶接部との境界に位置する溶接止端部から、前記溶接部とは反対側に延びてもよい。前記溶接周囲部の延在方向における長さは、前記延在方向に沿った前記溶接部の長さと等しくてもよい。
　上記構成によれば、溶接周囲部の延在方向において、溶接周囲部が溶接部と同程度の範囲に規定されるので、被処理対象物の疲労強度を効率的に向上させることが可能となる。
　一実施形態において、前記被処理対象物は、前記第一部材の表面に対して複数の並設された前記第二部材がそれぞれ突き当てられた状態の構造体であってもよい。
　上記構成によれば、ショットピーニング処理を行う際に、隣り合う第二部材同士の間にノズルを配置しなければならない場合がある。これに対して、流路が湾曲された湾曲筒部を備えたノズル、又は基端側の部位に対して先端側の部位が屈曲されているノズルを用いることにより、例えば直線状のノズルに比べて、隣り合う第二部材同士の間にノズルを配置する作業性を向上させることが可能となる。
　本開示によれば、溶接された被処理対象物の疲労強度の向上を効率良く実現することができる。
図１は、第１の実施形態に係るショットピーニング方法に適用されるショットピーニング装置及び被処理対象物を模式的に示す側面図である。 図２は、第１の実施形態に係るショットピーニング方法を実施する場合の作業状態を模式的に示す側面図である。 図３は、第１の実施形態に係るショットピーニング方法の一連の工程を示す工程図である。 図４は、第２の実施形態に係るショットピーニング方法に適用されるショットピーニング装置及び被処理対象物を模式的に示す側面図である。 図５（Ａ）は、被処理対象物の第１の他の例を示す斜視図である。図５（Ｂ）は、被処理対象物の第２の他の例を示す斜視図である。
　［第１の実施形態］
　本開示の第１の実施形態に係るショットピーニング方法について図１及び図２を用いて説明する。図１は、第１の実施形態に係るショットピーニング方法に適用されるショットピーニング装置及び被処理対象物を模式的に示す側面図である。図２は、第１の実施形態に係るショットピーニング方法を実施する場合の作業状態を模式的に示す側面図である。なお、図１では、図示の便宜上、図中左側の構成部に対して図中右側の構成部を縮小した状態で図示している。
　まず、図１及び図２に示されるショットピーニング装置（「加圧式ピーニング設備」ともいう。）１０について概説する。なお、ショットピーニング装置１０には、後述するノズル２０の構造部を除いて、公知構成（例えば、特許第６１０７８２１号公報に開示された構成）を適用することができる。
　図１に示されるように、ショットピーニング装置１０は、被処理対象物４０に投射材を噴射（広義には投射）するための装置である。ショットピーニング装置１０は、投射材を供給するためのタンク１２を備えている。なお、投射材（ショット又はショット材ともいう）としては、例えば金属球が用いられる。投射材のビッカース硬さは被処理対象物４０のビッカース硬さと同程度又はそれ以上である。タンク１２は、その内部が加圧可能に構成されている。タンク１２の下端にはカットゲート（図示省略）が設けられている。
　タンク１２の下方には、ミキシングユニット１４が隣接して設けられている。ミキシングユニット１４は、ショット流量制御弁（図示省略）等を含んでいる。ミキシングユニット１４は、配管１６の流路中間部に接続されている。ミキシングユニット１４と配管１６との合流部にミキシング部１５が設けられている。配管１６の上流端には、圧縮空気供給用のコンプレッサ１８（図中ではブロック化して図示）が接続されている。タンク１２内が加圧された状態でタンク１２の下端のカットゲート（図示省略）及びミキシングユニット１４のショット流量制御弁（図示省略）が開かれた場合、タンク１２から供給された投射材と、コンプレッサ１８から供給された圧縮空気とが、ミキシング部１５にて混合され、配管１６の流路下流（図中左側）に流れる。
　配管１６の流路下流側の端部には、噴射用（投射用）のノズル２０が接続されている。ミキシング部１５に流れた投射材は、圧縮空気と混合された状態でノズル２０の先端２０Ｔから噴射（投射）される。ノズル２０は、ノズル２０の基端側に位置する基端部２２と、ノズル２０の先端側に位置する先端部２４と、を備えている。基端部２２には、基端部２２の中心軸に沿って基端部２２を貫通する直線状の流路が形成されている。先端部２４には、先端部２４の中心軸に沿って先端部２４を貫通する直線状の流路が形成されている。基端部２２に対して先端部２４が屈曲されている。基端部２２の中心軸線２２Ｃを基端とは反対側に延長した延長線２２Ｌと、先端部２４の中心軸線２４Ｃと、の成す角度αは、６０°以下に設定されている。
　図２に示されるように、被処理対象物４０にショットピーニング処理を施す場合、被処理対象物４０は投射室３０の中に配置され、ノズル２０は作業者Ｐによって把持される。なお、ショットピーニング装置１０は、ノズル２０を把持するロボットアーム（図示省略）を備えてもよい。
　図１に示されるように、ショットピーニング装置１０は、操作ユニット２６を備えている。操作ユニット２６としては、例えば、タッチパネル、キーボード、及びマウス等が挙げられる。操作ユニット２６は、ショットピーニング処理する際の処理条件（例えば、コンプレッサ１８から供給される圧縮空気の圧力、及び噴射（投射）させる投射材の量を含むショット条件の一部）を入力可能に構成されている。操作ユニット２６は、入力操作に応じた信号を制御ユニット２８に出力するように構成されている。
　制御ユニット２８は、例えば、記憶装置及び演算処理装置等を有している。制御ユニット２８は、操作ユニット２６から出力された信号に基づいて、コンプレッサ１８、ミキシングユニット１４のショット流量制御弁（図示省略）、及びタンク１２のカットゲート（図示省略）等を制御するように構成されている。すなわち、制御ユニット２８には、操作ユニット２６から出力された信号に応じたショット条件でショットピーニング処理を行うためのプログラムが予め記憶されている。なお、本実施形態では、操作ユニット２６、制御ユニット２８、タンク１２及びミキシングユニット１４等は、台車３２（図２参照）の上に配置されている。
　一方、被処理対象物４０は、第一部材としての横部材４２，４３と、第二部材としての縦部材４４と、を含む構造体（溶接構造物）である。横部材４２，４３及び縦部材４４は、いずれも板状の部材である。横部材４２と横部材４３とは、互いに平行に配置されている。横部材４２と横部材４３との対向方向に沿って縦部材４４が配置されている。横部材４２，４３及び縦部材４４は、一方向（図１の紙面に垂直な方向）に延在している。
　より具体的に説明すると、被処理対象物４０では、縦部材４４の一端が横部材４２の表面に突き当てられ、縦部材４４の他端が横部材４３の表面に突き当てられている。横部材４２の表面と縦部材４４の両側の表面（主面）とは交差（直交）しており、交差部４５Ａを形成している。横部材４２と縦部材４４とは、交差部４５Ａにおいて溶接部４６を介して互いに接合されている。横部材４３の表面と縦部材４４の両側の表面（主面）とは交差（直交）しており、交差部４５Ｂを形成している。横部材４３と縦部材４４とは、交差部４５Ｂにおいて溶接部４７を介して互いに接合されている。なお、溶接部４６は、縦部材４４の両側の表面（主面）に設けられている。溶接部４７は、縦部材４４の両側の表面（主面）に設けられている。
　溶接部４６は、交差部４５Ａに沿って一方向（図１の紙面に垂直な方向）に延在している。溶接部４６の形状は、三角柱状である。溶接部４７は、交差部４５Ｂに沿って一方向（図１の紙面に垂直な方向）に延在している。溶接部４７の形状は、三角柱状である。被処理対象物４０の表面には、溶接止端部Ａ～Ｄが形成されている。溶接止端部Ａは、横部材４２と溶接部４６の外表面との境界部分である。溶接止端部Ｂは、縦部材４４と溶接部４６の外表面との境界部分である。溶接止端部Ｃは、横部材４３と溶接部４７の外表面との境界部分である。溶接止端部Ｄは、縦部材４４と溶接部４７の外表面との境界部分である。ここでは、左右対の溶接止端部Ａ～Ｄについて、左右対応関係にある部分同士に、便宜上、同一符号を付している。
　一対の溶接部４６の脚長ａは、互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。脚長ａは、横部材４２の表面と縦部材４４の表面とが交差する位置（溶接部４６の基端）から溶接止端部Ａまでの、横部材４２の表面に沿った長さである。一対の溶接部４６の脚長ｂは、互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。脚長ｂは、横部材４２の表面と縦部材４４の表面とが交差する位置（溶接部４６の基端）から溶接止端部Ｂまでの、縦部材４４の表面に沿った長さである。一対の溶接部４７の脚長ｃは、互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。脚長ｃは、横部材４３の表面と縦部材４４の表面とが交差する位置（溶接部４７の基端）から溶接止端部Ｃまでの、横部材４３の表面に沿った長さである。一対の溶接部４７の脚長ｄは、互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。脚長ｄは、横部材４３の表面と縦部材４４の表面とが交差する位置（溶接部４７の基端）から溶接止端部Ｄまでの、縦部材４４の表面に沿った長さである。ここでは、左右対の溶接部４６，４７の脚長ａ～ｄについて、左右対応関係にある脚長同士に、便宜上、同一符号を付している。
　被処理対象物４０の表面には、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙが形成されている。溶接周囲部４２Ｘは、横部材４２の表面において、溶接止端部Ａと隣り合う部分（領域）である。具体的には、溶接周囲部４２Ｘは、横部材４２の表面のうち、溶接止端部Ａから溶接部４６（溶接部４６の基端）とは反対側に延びる部分である。溶接周囲部４２Ｘは、溶接止端部Ａから脚長ａと同等の長さＥａの範囲に位置する。溶接周囲部４３Ｘは、横部材４３の表面において、溶接止端部Ｃと隣り合う部分（領域）である。具体的には、溶接周囲部４３Ｘは、横部材４３の表面のうち、溶接止端部Ｃから溶接部４７（溶接部４７の基端）とは反対側に延びる部分である。溶接周囲部４３Ｘは、溶接止端部Ｃから脚長ｃと同等の長さＥｃの範囲に位置する。
　溶接周囲部４４Ｘは、縦部材４４の表面において、溶接止端部Ｂと隣り合う部分（領域）である。具体的には、溶接周囲部４４Ｘは、縦部材４４の表面のうち、溶接止端部Ｂから溶接部４６（溶接部４６の基端）とは反対側に延びる部分である。溶接周囲部４４Ｘは、溶接止端部Ｂから脚長ｂと同等の長さＥｂの範囲に位置する。溶接周囲部４４Ｙは、縦部材４４の表面において、溶接止端部Ｄと隣り合う部分（領域）である。具体的には、溶接周囲部４４Ｙは、縦部材４４の表面のうち、溶接止端部Ｄから溶接部４７（溶接部４７の基端）とは反対側に延びる部分である。溶接周囲部４４Ｙは、溶接止端部Ｄから脚長ｄと同等の長さＥｄの範囲に位置する。ここでは、左右対の溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙについて、左右対応関係にある部分同士に、便宜上、同一符号を付している。
　次に、残留応力測定装置５０（図中ではブロック化して図示）について概説する。残留応力測定装置５０は、被処理対象物４０の圧縮残留応力を測定することが可能な装置である。残留応力測定装置５０は、例えば、Ｘ線回折法を用いて残留応力を測定する装置であり、広義には「非破壊検査装置」である。この残留応力測定装置５０には、一例として、特開２０１７－００９３５６号公報に開示される残留応力測定装置が適用され得る。残留応力測定装置５０の構成は公知であるため詳細説明を省略する。
　なお、本実施形態では、残留応力測定装置５０は、ショットピーニング装置１０とは別個独立に設けられているが、ショットピーニング装置１０の一部であってもよい。残留応力測定装置５０は、制御ユニット２８と通信可能に接続されて（図中の二点鎖線Ｘ参照）おり、残留応力測定装置５０の測定結果を制御ユニット２８に出力するように構成されてもよい。
　次に、図３を参照して、被処理対象物４０に対して、投射材Ｓを投射してショットピーニング処理を行うショットピーニング方法について説明する。図３は、第１の実施形態に係るショットピーニング方法の一連の工程を示す工程図である。
　本実施形態のショットピーニング方法では、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに集中的に（重点的に）ショットピーニング処理が施される。具体的には、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙにノズル２０の先端２０Ｔを向けた状態で、ノズル２０から投射材Ｓを投射することで、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに集中的に（重点的に）ショットピーニング処理が施される。なお、図中の一点鎖線ＳＬは、ノズル２０から投射される投射材Ｓの投射方向の中心線を示している。本実施形態のショットピーニング方法は、一例として、以下に説明するように、検査工程を含む複数の工程を有している。
　まず、被処理対象物４０を準備する準備工程が行われる（工程ＳＴ１１）。被処理対象物４０は、ショットピーニング処理が施されていない状態の被処理対象物である。そして、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに集中的に（重点的に）ショットピーニング処理が施される（工程ＳＴ１２）。このショットピーニング処理は、ショットピーニング処理が施されていない状態の被処理対象物４０における溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙにノズル２０の先端２０Ｔを向けた状態で、ノズル２０から投射材Ｓを投射することによって行われる。これにより、溶接時の熱の影響を受けて疲労強度が低下した溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに、圧縮残留応力が効率良く付与される。この点について補足説明すると、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙは、溶接時に引張残留応力が発生して疲労強度が低下する部位（熱影響部）である。溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙにショットピーニング処理が施されることで、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに圧縮残留応力が付与され、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙの疲労強度の向上及び耐応力腐食割れ性の向上が安定的に実現される。
　工程ＳＴ１２について補足説明すると、ショットピーニング処理時に、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに対して、ノズル２０の先端２０Ｔが向けられる位置は、徐々にシフトされる。また、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに対する投射時間は、溶接部４６，４７に近付くほど長くなるように設定されてもよい。
　工程ＳＴ１２では、中心線ＳＬと溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙとの成す角度β（入射角度）が３０°～９０°となるようにノズル２０の先端２０Ｔの向きが設定される。更に、予め設定された所定値以上の圧縮残留応力を得ることが可能なショットピーニング処理条件で、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに対して、ノズル２０から投射材が投射される。このため、例えば投射材Ｓの投射方向の中心線ＳＬと溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙとの成す角度が３０°未満である場合に比べて、投射された投射材Ｓから溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙにエネルギーを効率的に付与することができる。
　工程ＳＴ１２の後に、検査工程（工程ＳＴ１３）が行われる。この工程ＳＴ１３では、被処理対象物４０における溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙの圧縮残留応力が残留応力測定装置５０を用いて測定される。これにより、ショットピーニング処理が施された状態の被処理対象物４０における溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙの圧縮残留応力を確認することができる。
　そして、工程ＳＴ１３において測定された圧縮残留応力が、予め設定された基準値未満であるか基準値以上であるかが判定される（工程ＳＴ１４）。工程ＳＴ１３において測定された圧縮残留応力が、基準値以上である場合には（工程ＳＴ１４；ＮＯ）、本実施形態のショットピーニング方法の一連の工程が終了する。一方、工程ＳＴ１３において測定された圧縮残留応力が、何らかの原因で、基準値未満である場合には（工程ＳＴ１４；ＹＥＳ）、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに再度集中的にショットピーニング処理が施される（工程ＳＴ１５）。
　このショットピーニング処理は、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに対して、ノズル２０の先端２０Ｔを向けた状態で、ノズル２０から投射材Ｓを再度投射することにより行われる。このため、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに圧縮残留応力をより確実に付与することができる。なお、このショットピーニング処理時にも、ノズル２０の先端２０Ｔの向きが工程ＳＴ１２と同様に設定され、更に、予め設定された所定値以上の圧縮残留応力を得ることが可能なショットピーニング処理条件で、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに対して、ノズル２０から投射材が投射される。このため、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙにエネルギーを効率的に付与することができる。そして、本実施形態のショットピーニング方法の一連の工程が終了する。
　本実施形態では、ノズル２０では、基端部２２に対して先端部２４が屈曲されている。このため、例えば溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙが臨む空間が狭い場合（横部材４２と横部材４３との間隔が狭い場合）にそのような空間にノズル２０を配置するうえで有利である。延長線２２Ｌと中心軸線２４Ｃとの成す角度αが６０°以下に設定されているので、投射時には投射材がノズル２０の内部を比較的スムーズに流れる。このため、投射時におけるエネルギー損失が抑えられて効率の良いショットピーニング処理を行うことができると共に、ノズル２０の内面の摩耗も抑えられる。
　以上説明したように、本実施形態のショットピーニング方法によれば、溶接された被処理対象物４０の疲労強度の向上（ひいては品質の向上）を効率良く実現することができる。また、本実施形態では、無駄な投射を減らすことができるので、コストを抑えることができる。
　［第２の実施形態］
　次に、本開示の第２の実施形態に係るショットピーニング方法について、図４を用いて説明する。図４は、第２の実施形態に係るショットピーニング方法に適用されるショットピーニング装置及び被処理対象物を模式的に示す側面図である。なお、図４では、図１と同様に、図示の便宜上、図中左側の構成部に対して図中右側の構成部を縮小した状態で図示している。
　図４に示されるように、本実施形態において適用されるショットピーニング装置（「加圧式ピーニング設備」ともいう。）６０は、ノズル２０（図１参照）に代えて、ノズル６２を備える点で、第１の実施形態において適用されるショットピーニング装置１０（図１参照）とは異なる。ショットピーニング装置６０の他の構成は、第１の実施形態のショットピーニング装置１０（図１参照）と同様の構成である。よって、第１の実施形態と同様の構成部については、同一符号を付してその説明を省略する。
　図４に示されるように、ノズル６２は、直筒部６４と、湾曲筒部６６と、を備えている。直筒部６４は、一方向に延びる筒状の部材である。直筒部６４は、ノズル６２の基端側に位置する。直筒部６４には、直筒部６４の中心軸に沿って直筒部６４を貫通する直線状の流路６４Ｐが形成されている。湾曲筒部６６は、直筒部６４から下方に湾曲しながら延びる筒状の部材である。湾曲筒部６６は、ノズル６２の先端６２Ｔ側に位置する。湾曲筒部６６には、湾曲筒部６６の中心軸線６６Ｃに沿って湾曲筒部６６を貫通する流路６６Ｐが形成されている。湾曲筒部６６は、直筒部６４に連続して形成されると共に、その中心軸線６６Ｃがノズル６２の内径６６Ｄの２倍以上の曲率半径６６Ｒで湾曲されている。なお、ショットピーニング処理時において、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに対するノズル６２の先端６２Ｔの向きは第１の実施形態の図１に示されるノズル２０の先端２０Ｔの向きと同様に設定される。
　本実施形態のショットピーニング方法は、ノズル２０に代えて図４に示されるノズル６２が適用されている点を除いて、第１の実施形態におけるショットピーニング方法と同様である。すなわち、本実施形態のショットピーニング方法では、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに対して、投射材Ｓを投射するノズル６２の先端６２Ｔを向けた状態で、ノズル６２から投射材Ｓを投射することで、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに集中的にショットピーニング処理が施される。本実施形態のショットピーニング方法は、第１の実施形態と同様に検査工程（工程ＳＴ１３）を含む複数の工程（工程ＳＴ１１～ＳＴ１５）を有する。以上により、本実施形態においても、前述した第１の実施形態と概ね同様の作用及び効果が得られる。
　また、本実施形態では、ノズル６２は、流路６６Ｐが湾曲された湾曲筒部６６を備えているので、例えば溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙが臨む空間が狭い場合（横部材４２と横部材４３との間隔が狭い場合）にそのような空間にノズル６２を配置するうえで有利となっている。また、湾曲筒部６６の中心軸線６６Ｃがノズル６２の内径６６Ｄの２倍以上の曲率半径６６Ｒで湾曲しているので、投射時には投射材が湾曲筒部６６の中を比較的スムーズに流れる。このため、投射時におけるエネルギー損失が抑えられて効率の良いショットピーニング処理をすることができると共に、ノズル６２の内面の摩耗も抑えられる。
　［実施形態の補足説明］
　なお、上記第２の実施形態では、ノズル６２は、流路６６Ｐが湾曲された湾曲筒部６６をノズル６２の先端６２Ｔ側に備えているが、ノズルの構成はこれに限られない。上記第２の実施形態の変形例のノズルでは、湾曲筒部６６が当該ノズルの基端側に配置されると共に、直筒部６４が当該ノズルの先端側に配置されてもよい。また、他の変形例として、ノズルは、湾曲筒部６６のみで構成されてもよい。
　上記第１及び第２の実施形態では、被処理対象物は図１、図２、及び図４に示される被処理対象物４０であるが、被処理対象物はこれに限定されない。すなわち、被処理対象物は、図１、図２、及び図４に示される被処理対象物４０以外の被処理対象物であってもよい。被処理対象物は、第一部材と第二部材とが溶接部を介して接合された構造体であればよい。被処理対象物は、例えばボイラーの熱交換器で溶接部を含む構造物、図５（Ａ）に示される被処理対象物７０、及び図５（Ｂ）に示される被処理対象物８０等であってもよい。以下、図５（Ａ）に示される被処理対象物７０及び図５（Ｂ）に示される被処理対象物８０について概説する。
　図５（Ａ）に示されるように、被処理対象物７０は、第一部材７２と、複数（ここでは３つ）の第二部材７４と、を備えている。第一部材７２及び第二部材７４は、平板状を呈している。被処理対象物７０では、第二部材７４の一端が第一部材７２の表面に突き当てられている。複数の第二部材７４は、互いに並設されている。第一部材７２の表面と第二部材７４の表面とは交差（直交）しており、交差部７５を形成している。第一部材７２と第二部材７４とは、交差部７５において溶接部７６を介して互いに接合されている。複数の第二部材７４は、各々の板厚方向が同一方向に設定されて直列に並ぶように配置されている。溶接部７６は、交差部７５に沿って延在している。溶接部７６の延在方向に直交する断面形状は、略三角形状である。
　図５（Ｂ）に示されるように、被処理対象物８０は、第一部材８２と、複数（ここでは８つ）の第二部材８４と、を備えている。第一部材８２は、平板状を呈している。第二部材８４は、円筒状を呈している。被処理対象物８０では、第二部材８４の一端が第一部材８２の表面に突き当てられている。複数の第二部材８４は、互いに並設されている。第一部材８２の表面と第二部材８４の表面（外周面）とは交差（直交）しており、交差部８５を形成している。第一部材８２と第二部材８４とは、交差部８５において溶接部８６を介して接合されている。複数の第二部材８４は、一例として、直列に並ぶように配置されると共に並列に並ぶように配置されている。溶接部８６は、交差部８５に沿って環状に延在している。溶接部８６の延在方向に直交する断面形状は、略三角形状である。
　図５（Ａ）に示される被処理対象物７０及び図５（Ｂ）に示される被処理対象物８０に対しては、第１及び第２の実施形態と同様のショットピーニング方法を適用することができ、第１及び第２の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
　一方、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示される被処理対象物７０，８０に対してはショットピーニング処理を行う際に、互いに隣り合う第二部材７４，８４同士の間にノズル２０，６２を配置しなければならない部分がある。これに対して、ノズル２０では、基端部２２に対して先端部２４が屈曲されている。ノズル６２は、湾曲筒部６６を備えている。このため、例えば直線状のノズルに比べて、互いに隣り合う第二部材７４，８４同士の間にノズル２０，６２を容易に配置することができる。また、ノズル２０，６２を用いた場合、図５（Ａ）に示される第二部材７４の角部付近の被処理対象部に対しても、図５（Ｂ）に示される第二部材８４の曲面形状部分の被処理対象部に対しても、比較的容易に投射材を投射することができる。
　なお、第１及び第２の実施形態と同様のショットピーニング方法が適用される被処理対象物は、例えば、図５（Ｂ）に示される円筒状の第二部材８４に代えて、他の第二部材を備える被処理対象物であってもよい。他の第二部材としては、例えば、角筒状の第二部材、円柱状の第二部材、及び角柱状の第二部材等が挙げられる。また、第１及び第２の実施形態と同様のショットピーニング方法が適用される被処理対象物は、例えば、図５（Ａ）に示される平板状の第一部材７２及び図５（Ｂ）に示される平板状の第一部材８２に代えて、他の第一部材を備える被処理対象物であってもよい。他の第一部材としては、円筒状及び球状の第一部材等が挙げられる。
　また、上記第１及び第２の実施形態では、工程ＳＴ１３において図１及び図４に示される残留応力測定装置５０によって測定された圧縮残留応力が予め設定された基準値未満の場合に、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに再度集中的にショットピーニング処理が施されているが、被処理対象物の処理形態はこれに限られない。例えば、被処理対象物の処理形態は、工程ＳＴ１１～工程ＳＴ１３で、完結するような処理形態であってもよい。
　また、上記第１及び第２の実施形態では、工程ＳＴ１２の後に、残留応力測定装置５０を用いて、溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙの圧縮残留応力を測定する工程ＳＴ１３が実行されているが、ショットピーニング方法は、工程ＳＴ１３を有していなくてもよく、工程ＳＴ１３の後の工程も有していなくてもよい。
　また、上記第１及び第２の実施形態では、ノズル２０，６２から投射される投射材Ｓの投射方向の中心線ＳＬと溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙとの成す角度βが３０°～９０°となるようにノズル２０，６２の先端２０Ｔ，６２Ｔの向きが設定されている。溶接周囲部４２Ｘ，４３Ｘ，４４Ｘ，４４Ｙに対するノズル２０，６２の先端２０Ｔ，６２Ｔの向き（角度設定）は、上記以外の角度βに設定されてもよい。
　また、投射材を投射するノズルには、第１及び第２の実施形態に適用されたノズル２０，６２以外のノズルが適用されてもよい。例えば、直線状のノズル等が用いられ得る。
　なお、上述した実施形態のショットピーニング方法は、例えば、被処理対象物である構造体（第一部材及び第二部材などが溶接部により接合されてなる構造体）の一方向の長さが１～１００ｍであるとともに、その溶接部の脚長が５～３０ｍｍである場合に、非常に効果的である。すなわち、他の方法で行うのに比べて溶接された被処理対象物（構造体）の疲労強度の向上を効率良く実現させることができる。
　なお、上記実施形態及び上述の変形例は、適宜組み合わされて実施可能である。
　以上、本開示の一例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
　２０…ノズル、２０Ｔ…先端、２２…基端部、２２Ｃ…中心軸線、２２Ｌ…延長線、２４…先端部、２４Ｃ…中心軸線、４０…被処理対象物、４２…横部材（第一部材）、４２Ｘ…溶接周囲部、４３…横部材（第一部材）、４３Ｘ…溶接周囲部、４４…縦部材（第二部材）、４４Ｘ，４４Ｙ…溶接周囲部、４５Ａ，４５Ｂ…交差部、４６…溶接部、４７…溶接部、６２…ノズル、６２Ｔ…先端、６６…湾曲筒部、６６Ｃ…中心軸線、６６Ｄ…内径、６６Ｒ…曲率半径、７０…被処理対象物、７２…第一部材、７４…第二部材、７５…交差部、７６…溶接部、８０…被処理対象物、８２…第一部材、８４…第二部材、８５…交差部、８６…溶接部、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…溶接止端部、ａ，ｂ，ｃ，ｄ…脚長、Ｓ…投射材、ＳＬ…中心線、α…角度、β…角度。

Claims (10)

  1. 　第一部材と第二部材とが溶接部を介して接合された構造体である被処理対象物に対して、投射材を投射するショットピーニング方法であって、
    　前記被処理対象物の表面において前記溶接部と隣り合う溶接周囲部に対して、ノズルの先端を向けた状態で、前記ノズルから投射材を投射することで、前記溶接周囲部に集中的にショットピーニング処理を施す工程を含む、ショットピーニング方法。
  2. 　前記ショットピーニング処理を施す工程では、ショットピーニング処理が施されていない状態の前記被処理対象物における前記溶接周囲部に集中的にショットピーニング処理を施す、請求項１に記載のショットピーニング方法。
  3. 　前記ショットピーニング処理が施された前記被処理対象物における前記溶接周囲部の圧縮残留応力を測定する工程をさらに含む、請求項１又は請求項２に記載のショットピーニング方法。
  4. 　前記圧縮残留応力を測定する工程において測定された前記圧縮残留応力が予め設定された基準値未満の場合に、前記溶接周囲部に対して、前記ノズルの先端を向けた状態で、前記ノズルから投射材を再度投射することで、前記溶接周囲部に再度集中的にショットピーニング処理を施す工程をさらに含む、請求項３に記載のショットピーニング方法。
  5. 　前記ショットピーニング処理を施す工程では、前記投射材の投射方向の中心線と前記溶接周囲部との成す角度が３０°～９０°となるように前記ノズルの先端の向きが設定され、更に、予め設定された所定値以上の圧縮残留応力を得ることが可能なショットピーニング処理条件で、前記溶接周囲部に対して、前記ノズルから投射材が投射される、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のショットピーニング方法。
  6. 　前記ノズルは、湾曲筒部を備え、
    　前記湾曲筒部の中心軸線は、前記ノズルの内径の２倍以上の曲率半径で湾曲されており、
    　前記湾曲筒部には、前記中心軸線に沿って前記湾曲筒部を貫通する流路が設けられている、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のショットピーニング方法。
  7. 　前記ノズルは、前記ノズルの基端側に位置する基端部と、前記ノズルの先端側に位置する先端部と、を備え、
    　前記先端部は、前記基端部に対して屈曲されており、
    　前記基端部の中心軸線と、前記先端部の中心軸線と、の成す角度は、６０°以下である、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のショットピーニング方法。
  8. 　前記第二部材は、前記第一部材の表面に突き当てられ、
    　前記溶接部は、前記第一部材の表面と前記第二部材の表面とによって形成された交差部に設けられる、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載のショットピーニング方法。
  9. 　前記溶接周囲部は、前記被処理対象物の前記表面において前記溶接部との境界に位置する溶接止端部から、前記溶接部とは反対側に延び、
    　前記溶接周囲部の延在方向における長さは、前記延在方向に沿った前記溶接部の長さと等しい、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載のショットピーニング方法。
  10. 　前記被処理対象物は、前記第一部材の表面に対して複数の並設された前記第二部材がそれぞれ突き当てられた状態の構造体である、請求項６又は請求項７に記載のショットピーニング方法。
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