(57)【要約】【課題】ピーニング施工における施工点での施工条件の再現性及び施工品質を短時間に評価できること。【解決手段】アルメンストリップ１１の初期の変形量を、アルメンゲージを用いて計測する第１ステップと、アルメンストリップをアルメンストリップ取付治具１５に取り付ける第２ステップと、レーザピーニング装置に施工条件を入力し、施工範囲３０の長さ寸法Ａをアルメンストリップの全長Ｌ未満に設定して、アルメンストリップ取付治具１５に取り付けられたアルメンストリップ１１に対しレーザピーニング施工を行なう第３ステップと、レーザピーニング施工後のアルメンストリップの変形量Ｕをアルメンゲージで計測する第４ステップと、を有するものである。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルメンストリップの初期の変形量を、アルメンゲージを用いて計測する第１ステップと、
前記アルメンストリップをアルメンストリップ取付治具に取り付ける第２ステップと、
ピーニング装置に施工条件を入力し、施工範囲の長さ寸法を前記アルメンストリップの全長未満に設定して、前記アルメンストリップ取付治具に取り付けられた前記アルメンストリップに対しピーニング施工を行う第３ステップと、
前記ピーニング施工後の前記アルメンストリップの変形量を前記アルメンゲージで計測する第４ステップと、を有することを特徴とするピーニング施工管理方法。
【請求項２】
前記アルメンストリップに対するピーニング施工の施工範囲の長さ寸法を、前記アルメンゲージが前記アルメンストリップを支持する支持点のうちで、前記アルメンストリップの長さ方向における前記支持点間距離以上に設定することを特徴とする請求項１に記載のピーニング施工管理方法。
【請求項３】
前記アルメンストリップに対するピーニング施工の施工範囲の長さ寸法を、前記アルメンストリップ取付治具が前記アルメンストリップを固定する固定部のうちで、前記アルメンストリップの長さ方向における前記固定部間距離以上に設定することを特徴とする請求項１に記載のピーニング施工管理方法。
【請求項４】
前記ピーニング施工は、パルス状のレーザ光を施工対象面で走査させてピーニングを行うレーザピーニング施工であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のピーニング施工管理方法。
【請求項５】
前記ピーニング施工の前後における前記アルメンストリップの変形量の差分をアークハイトとして算出し、前記施工条件と前記アークハイトとの関係を取得する第５ステップをさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のピーニング施工管理方法。
【請求項６】
被加工物へのピーニング施工の施工途中に、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のピーニング施工管理方法を実施することを特徴とするピーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、アルメンストリップを用いたピーニング施工管理方法、及び、このピーニング施工管理方法を施工途中に実施するピーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントにおいては、定期点検時に、原子炉内外の機器に対し自動機を用いてアクセスして、各種の保全工法が実施されている。その中でも、溶接部に残留している引張応力に起因した応力腐食割れ（ＳＣＣ）対策として、その発生を効果的に防止できるレーザピーニング方法および装置が開発されている（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００３】
レーザピーニング施工は、ショットピーニング施工やウォータジェットピーニング施工等の他のピーニング技術と比べると、材料強度への依存が小さく、材料表面から１ｍｍ程度の板厚の内部までピーニング効果が及ぶ。また、ピーニング施工時の反力が少なく、更に、施工装置の小型化が容易であって狭隘部への施工性にも優れている。
【０００４】
上述のレーザピーニング施工は、材料表面にレーザ光を照射した際にプラズマを発生させるレーザエネルギー及びスポット径の設定が必要となる。また、レーザピーニング施工は、パルス状のレーザ光のスポットを施工対象物の表面に、走査方向とピッチ方向のそれぞれのショット間隔を保ちながら走査させて施工を行う必要がある。そのため、ショットピーニング施工などのランダム施工に対して、レーザピーニング施工はシーケンシャルな施工となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２０６８６９号公報
【特許文献２】特開２００６−１３７９９８号公報
【特許文献３】特開２０１２−２５０２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、レーザピーニング施工では、施工中の施工点でのスポット径やレーザエネルギー等の施工条件を常時確認することが困難である。つまり、測定可能な環境でレーザエネルギーやスポット径を事前に測定し、同等の施工条件を再現できる位置に施工対象物を設置して、レーザピーニング施工を実施するのが一般的である。このとき、レーザピーニング施工装置側を施工対象物に位置合わせする場合もある。いずれの場合にも、施工条件の管理は、事前に確認、もしくは間接的に施工位置を確認する方法であり、施工点での施工条件の確認は困難である。
【０００７】
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、ピーニング施工における施工点での施工条件の再現性及び施工品質を短時間に評価できるピーニング施工管理方法及びピーニング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態におけるピーニング施工管理方法は、アルメンストリップの初期の変形量を、アルメンゲージを用いて計測する第１ステップと、前記アルメンストリップをアルメンストリップ取付治具に取り付ける第２ステップと、ピーニング装置に施工条件を入力し、施工範囲の長さ寸法を前記アルメンストリップの全長未満に設定して、前記アルメンストリップ取付治具に取り付けられた前記アルメンストリップに対しピーニング施工を行う第３ステップと、前記ピーニング施工後の前記アルメンストリップの変形量を前記アルメンゲージで計測する第４ステップと、を有することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の実施形態におけるピーニング方法は、被加工物へのピーニング施工の施工途中に、前記ピーニング施工管理方法を実施することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、ピーニングの施工における施工点での施工条件の再現性及び施工品質を短時間に評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係るピーニング施工管理方法が適用されるレーザピーニング施工の原理を示す概念図。
【図２】図１のレーザピーニング施工の施工状況を説明する説明図。
【図３】図１及び図２のレーザピーニング施工における施工条件の再現性等を評価するために用いるアルメンストリップを示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は、アルメンストリップの代表的な規格を示す図表。
【図４】図３のアルメンストリップを取り付けるアルメンストリップ取付治具をアルメンストリップと共に示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図。
【図５】図３のアルメンストリップの変形量を計測するアルメンゲージを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図。
【図６】図３のアルメンストリップに対するレーザピーニング施工の施工範囲を説明するものであり、（Ａ）アルメンストリップ及びアルメンストリップ取付治具の平面図、（Ｂ）はそれらの側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
図１に示すように、レーザピーニング装置１０では、パルス幅５〜１０ｎｓｅｃ程度のパルス状のレーザ光１を集光光学系２で、直径（スポット径）１ｍｍ程度のスポットに集光して施工対象物３の表面に照射すると、施工対象物３の表面が、レーザエネルギーを吸収してプラズマ化する。プラズマ４の周囲が、レーザ光１の波長に対して図示しない透明な（吸収が小さな）液体もしくは膜に覆われている場合、プラズマ４の膨張が妨げられてプラズマ４の内部圧力が数ＧＰａ程度に到達し、施工対象物３に衝撃を与える。その際に強力な衝撃波５が発生し、その衝撃波５が施工対象物３の内部に伝播して塑性変形を引き起こし、残留引張応力を圧縮状態に変える。
【００１３】
このレーザピーニング施工は、図２に示すように、レーザ光１のスポット６を施工対象物３の表面に、軌跡７に沿って走査方向のショット間隔Δｘ、ピッチ方向のショット間隔Δｙを保ちながら走査させて行うものである。このため、ショットピーニング施工などのランダム施工に対して、レーザピーニング施工はシーケンシャルな施工となっている。
【００１４】
ところで、レーザピーニング施工の代表的な施工条件（施工パラメータ）としては、レーザエネルギー、スポット径、照射密度が挙げられる。レーザエネルギーは、パルス状のレーザ光の１スポット当たりのエネルギーである。スポット径は、パルス状のレーザ光の１つのスポットの直径である。照射密度は、パルス状のレーザ光の単位面積当たりのスポット数である。
【００１５】
レーザエネルギーとスポット径は、測定可能な環境で事前に測定を行い、このうち、レーザエネルギーはレーザピーニング装置の設定値により、また、スポット径は集光光学系２と施工対象物３との位置関係によりそれぞれ確認される。照射密度は、レーザ発振器の周波数から走査速度を決定し、図２に示すショット間隔ΔＸ及びΔＹで決定される単位面積当たりのスポット数（照射数）が設定値になるように、レーザピーニング装置に入力している。
【００１６】
レーザピーニング施工の施工中においては、施工点で上述の施工条件（レーザエネルギー、スポット径、照射密度）を常時確認することができない。このため、レーザピーニング施工中に、レーザピーニング装置のレーザエネルギーに関する設定値、集光光学系２と施工対象物３との位置関係、レーザ発振器の周波数に関する設定値をそれぞれ確認し、もしくは間接的に測定することで、施工条件を管理している。本実施形態では、上述の管理に加えて、図３に示すアルメンストリップ１１を用いて、レーザピーニング施工における施工点での施工条件及び施工品質を評価し管理する。アルメンストリップ１１は、台等に設置した際の上方から見た形状が長方形の金属片であり、本実施形態においては、長方形の長辺方向を長さ方向、短辺方向を幅方向としている。
【００１７】
ここで、アルメンストリップ１１は、全長Ｌが７６±０．４ｍｍ、全幅Ｗが１８．９〜１９．０ｍｍであり、厚さｔが図３（Ｃ）に示すように異なった３種類（Ｎ片、Ａ片、Ｃ片）が代表的なものである。３種類のアルメンストリップ１１におけるそれぞれの規格を図３（Ｃ）に示す。このアルメンストリップ１１に対するレーザピーニング施工において、アルメンストリップ１１を取り付けるアルメンストリップ取付治具１５を図４に、アルメンストリップ１１の変形量を計測するアルメンゲージ２０を図５にそれぞれ示す。
【００１８】
図４に示すアルメンストリップ取付治具１５は、直方体形状のブロック体１６の天面１６Ａに、固定部としての固定ねじ１７が複数本（例えば４本）ねじ込み可能に植設されて構成される。ブロック体１６の天面１６Ａに載置されたアルメンストリップ１１は、固定ねじ１７のねじ込みにより、この固定ねじ１７のねじ頭１７Ａがアルメンストリップ１１を天面１６Ａに押圧することでブロック体１６に固定される。これにより、アルメンストリップ１１がアルメンストリップ取付治具１５に取り付けられる。
【００１９】
このアルメンストリップ取付治具１５では、ブロック体１６の長さＫ１が７６．０±０．４ｍｍ（例えば７６．２ｍｍ）であり、幅Ｂ１が３８ｍｍであり、高さＨが１９ｍｍである。アルメンストリップ１１の長さ方向における固定ねじ１７の中心間距離Ｋ２は４０ｍｍであり、アルメンストリップ１１の幅方向における固定ねじ１７の中心間距離Ｂ２は２３．８〜２３．９ｍｍである。また、アルメンストリップ１１の長さ方向に隣接する固定ねじ１７のねじ頭１７Ａの外側間距離を、固定部間距離Ｋと定義する。
【００２０】
図５に示すアルメンゲージ２０は、基台２１の上部に支持台２２が固着され、基台２１にダイヤルゲージ２３が設置され、支持台２２に、アルメンストリップ１１を支持する複数本（例えば４本）のガイドピン２４、及び複数本（例えば４本）の支持凸部２５が設けられたものである。支持台２２の中央位置には、ダイヤルゲージ２３の検針部２６が挿通される挿通孔２７が形成されている。
【００２１】
支持凸部２５は、挿通孔２７を中心とする矩形形状の周囲の角位置のそれぞれにおいて支持台２２から突設され、アルメンストリップ１１を点接触状態で鉛直方向に支持する。従って、この支持凸部２５を支持点と称する。また、ガイドピン２４は、支持凸部２５の外側における台形形状の周囲の角位置に配置される。支持凸部２５に支持されたアルメンストリップ１１の周縁に３本のガイドピン２４が当接して、ガイドピン２４がアルメンストリップ１１を水平方向に支持し位置規制する。
【００２２】
アルメンゲージ２０は、上述のガイドピン２４及び支持凸部２５により支持されたアルメンストリップ１１の、ピーニング施工（本実施形態ではレーザピーニング施工）による変形量Ｕ（図６（Ｂ））を、ダイヤルゲージ２３の検針部２６の接触により検出し、その変形量Ｕの値がダイヤルゲージ２３の表示部２８にデジタルまたはアナログで表示される。
【００２３】
このアルメンゲージ２０では、アルメンストリップ１１の長さ方向において、挿通孔２７を跨いで最短に隣接するガイドピン２４の中心間距離Ｑ１は４０ｍｍであり、このうちの一方のガイドピン２４と挿通孔２７との中心間距離Ｑ２は２０ｍｍである。また、アルメンストリップ１１の長さ方向において、挿通孔２７を跨いで最長に隣接するガイドピン２４の内側間距離Ｑ３は、アルメンストリップ１１の全長Ｌよりも大きく設定されている。
【００２４】
また、アルメンゲージ２０では、アルメンストリップ１１の長さ方向において、挿通孔２７を跨いで隣接する支持点としての支持凸部２５の中心間距離（即ち支持点間距離Ｐ）は、３１．７〜３１．８ｍｍであり、このうちの一方の支持凸部２５と挿通孔２７との中心間距離Ｐ１は１５．９ｍｍである。更にアルメンゲージ２０では、アルメンストリップ１１の幅方向において、挿通孔２７を跨いで隣接する支持凸部２５の中心間距離Ｐ２は、１５．８〜１５．９ｍｍであり、このうちの一方の支持凸部２５と挿通孔２７との中心間距離Ｐ３は７．８〜８．０ｍｍである。
【００２５】
次に、上述のアルメンストリップ１１、アルメンストリップ取付治具１５及びアルメンゲージ２０を用いて、レーザピーニング施工の施工点での施工条件及び施工品質を評価し管理するレーザピーニング施工管理方法について説明する。
【００２６】
まず、レーザピーニング施工が施されていないアルメンストリップ１１を、図５（Ａ）及び（Ｂ）の２点鎖線で示すように、アルメンゲージ２０の支持台２２の支持凸部２５に載置して、アルメンストリップ１１の初期の変形量をダイヤルゲージ２３により計測する第１ステップを実行する。
【００２７】
次に、レーザピーニング施工が施されていないアルメンストリップ１１を、図５に示すように、アルメンストリップ取付治具１５におけるブロック体１６の天面１６Ａに載置し、固定ねじ１７で固定することで、アルメンストリップ取付治具１５にアルメンストリップ１１を取り付ける第２ステップを実行する。この第２ステップによってアルメンストリップ取付治具１５に取り付けられたアルメンストリップ１１を、レーザピーニング施工の施工位置の近傍などに設置することが好ましい。
【００２８】
次に、レーザピーニング装置１０に施工条件（レーザエネルギー、スポット径、照射密度）を入力し、レーザピーニングの施工範囲３０（図６）の長さ寸法Ａを後述の所定長さに設定して、第２ステップでアルメンストリップ取付治具１５に取り付けられたアルメンストリップ１１に対してレーザピーニング施工を施す第３ステップを実行する。
【００２９】
上述の所定長さ（即ち、アルメンストリップ１１に対するレーザピーニング施工の施工範囲３０の長さ寸法Ａ）は、図５に示すように、アルメンストリップ１１の全長Ｌ未満で、且つ、アルメンゲージ２０がアルメンストリップ１１を支持する支持凸部（支持点）２５のうちでアルメンストリップ１１の長さ方向における支持点間距離Ｐ以上に設定される。
【００３０】
上述の所定長さ（即ち、上記施工範囲３０の長さ寸法Ａ）は、更に好ましくは、図６に示すように、アルメンストリップ１１の全長Ｌ未満で、且つ、アルメンストリップ取付治具１５がアルメンストリップ１１を固定する固定ねじ１７（固定部）のうちでアルメンストリップ１１の長さ方向における固定部間距離Ｋ以上に設定される。この固定部間距離Ｋは、アルメンゲージ２０における支持点間距離Ｐ以上に設定されたものである。
【００３１】
アルメンストリップ１１に対するレーザピーニング施工の施工範囲３０の長さ寸法Ａを、アルメンストリップ１１の全長Ｌ未満に設定した理由は、次の通りである。つまり、ショットピーニング施工がランダムな施工で広範囲に施工することが容易であるのに対し、レーザピーニング施工は、パルス状のレーザ光１を走査することで行なうシーケンシャルな施工であるため、施工範囲（即ち施工面積）の差が施工時間に大きく影響する。このため、アルメンストリップ１１に対しレーザピーニング施工を施す場合に、施工範囲３０の長さ寸法Ａをアルメンストリップ１１の全長Ｌ未満とすることで、施工時間を短縮することが可能になるからである。
【００３２】
例えば、アルメンストリップ１１に対するレーザピーニング施工の施工範囲３０の長さ寸法Ａをアルメンストリップ取付治具１５における固定部間距離Ｋとした場合には、施工範囲３０の長さ寸法Ａをアルメンストリップ１１の全長Ｌとする場合に比べて、両場合ともアルメンストリップ１１の全幅Ｗを施工することから、施工時間をＫ／Ｌ程度に短縮することが可能になる。
【００３３】
また、アルメンストリップ１１に対するレーザピーニング施工の施工範囲３０の長さ寸法Ａを、アルメンゲージ２０における支持点間距離Ｐ以上に設定した理由は、次の通りである。つまり、アルメンゲージ２０がアルメンストリップ１１の変形量Ｕ（図６（Ｂ））を評価する範囲は、図５に示すように、アルメンストリップ１１の長さ方向において支持点間距離Ｐの範囲内である。従って、アルメンストリップ１１に対するレーザピーニング施工において、アルメンストリップ１１の長さ方向における支持点間距離Ｐ以上の範囲を施工すれば、アルメンストリップ１１の全長Ｌの範囲を施した場合と同等に、アルメンストリップ１１の変形量Ｕを正確に評価することが可能になるからである。
【００３４】
上述の第３ステップを実行した後、アルメンストリップ１１をアルメンストリップ取付治具１５から取り外し、図５に示すアルメンゲージ２０の支持台２２の支持凸部２５に支持させて、このアルメンゲージ２０のダイヤルゲージ２３により、レーザピーニング施工後のアルメンストリップ１１の変形量Ｕ（図６（Ｂ））を計測する第４ステップを実行する。
【００３５】
この第４ステップの実行後、アルメンストリップ１１に対するレーザピーニング施工の前後におけるアルメンストリップ１１の変形量Ｕの差分をアークハイトとして算出し、レーザピーニング施工の施工条件（レーザエネルギー、スポット径、照射密度）とアークハイトとの関係を取得して記録する第５ステップを実行する。
【００３６】
施工対象物３へのレーザピーニング施工の施工箇所が複数ある場合には各施工箇所において、また、施工対象物３へのレーザピーニング施工の施工条件が変更された場合には変更の度に、それぞれ、上述の第１ステップ〜第５ステップのレーザピーニング施工管理方法を実施して、アルメンストリップ１１に対するレーザピーニング施工の施工条件とアークハイトとの関係を取得し記録する。
【００３７】
そして、施工対象物３へのレーザピーニング施工の施工途中に、適宜、第１ステップ〜第５ステップのレーザピーニング施工管理方法を実施する。そのとき得られた施工条件とアークハイトとの関係データと、事前に取得された同関係データとを比較することで、施工対象物３へのレーザピーニング施工における施工点での施工条件の再現性と施工品質とを評価し、管理することが可能になる。
【００３８】
以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）〜（３）を奏する。
（１）本実施形態のレーザピーニング施工管理方法によれば、図６に示すように、アルメンストリップ１１に対するレーザピーニング施工時に、施工範囲３０の長さ寸法Ａをアルメンストリップ１１の全長Ｌ未満に設定することから、アルメンストリップ１１に対するレーザピーニング施工を短時間で終了できる。この結果、アルメンストリップ１１を用いて、レーザピーニング施工における施工点での施工条件の再現性と、レーザピーニング施工における施工品質とを短時間に評価できる。
【００３９】
（２）図５及び図６に示すように、アルメンゲージ２０では、アルメンストリップ１１の変形量Ｕを評価する範囲は、アルメンストリップ１１を支持する支持点としての支持凸部２５のうちでアルメンストリップ１１の長さ方向における支持点間距離Ｐの範囲内である。
【００４０】
従って、レーザピーニング施工管理方法において、レーザピーニング施工の施工範囲３０の長さ寸法Ａは、アルメンゲージ２０における上述の支持点間距離Ｐ以上（または、この支持点間距離Ｐ以上であるアルメンストリップ取付治具１５の固定部間距離Ｋ以上）に設定される。これにより、アルメンゲージ２０では、アルメンストリップ１１の変形量Ｕを、レーザピーニング施工の施工範囲３０の長さ寸法Ａがアルメンストリップ１１の全長Ｌである場合と同等に評価できる。この結果、本実施形態のレーザピーニング施工管理方法によって、レーザピーニング施工における施工点での施工条件の再現性と、レーザピーニング施工における施工品質とを正確に評価できる。
【００４１】
（３）図５及び図６に示すように、レーザピーニング施工管理方法において、レーザピーニング施工の施工範囲３０の長さ寸法Ａが、アルメンストリップ取付治具１５の固定部間距離Ｋ以上で且つアルメンストリップ１１の全長Ｌ未満に設定された場合、上記アルメンストリップ取付治具１５の固定部間距離Ｋはアルメンゲージ２０の支持点間距離Ｐ以上である。従って、アルメンストリップ１１に対し上記施工範囲３０内でレーザピーニング施工を実施し、その後、レーザピーニング施工が施された範囲をアルメンゲージ２０の支持凸部２５が支持して、このアルメンゲージ２０のダイヤルゲージ２３によりアルメンストリップ１１の変形量Ｕを計測する。この結果、レーザピーニング施工の施工点での施工条件及び施工品質の評価精度を向上させることができる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００４３】
例えば、本実施形態のレーザピーニング施工管理方法で用いられたアルメンストリップ１１、アルメンストリップ取付治具１５及びアルメンゲージ２０は一般的に使用されているものであったが、固定ネジ１７に基づく固定部間距離Ｋが更に短いアルメンストリップ取付治具１５や、支持凸部２５に基づく支持点間距離Ｐが更に短いアルメンゲージ２０を用いることで、アルメンストリップ１１に対するレーザピーニング施工の施工範囲３０の長さ寸法Ａを短くして、そのレーザピーニング施工の施工時間を短縮してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１…レーザ光、３…施工対象物、１０…レーザピーニング装置、１１…アルメンストリップ、１５…アルメンストリップ取付治具、１７…固定ねじ（固定部）、２０…アルメンゲージ、２３…ダイヤルゲージ、２５…支持凸部（支持点）、３０…施工範囲、Ａ…施工範囲の長さ寸法、Ｌ…アルメンストリップの全長、Ｋ…固定部間距離、Ｐ…支持点間距離、Ｕ…アルメンストリップの変形量。
【図１】
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【図２】
2019195833.tif 000004
【図３】
2019195833.tif 000005
【図４】
2019195833.tif 000006
【図５】
2019195833.tif 000007
【図６】
2019195833.tif 000008