(57)【要約】【課題】厚さの小さな部材に対して、ごく表層に圧縮残留応力を発生させるとともに表面の凹凸を減少させて応力腐食割れや疲労き裂の発生を防止する表面加工方法および装置を提供する。【解決手段】被加工部材４の表面を圧縮治具３によって軽微に圧縮し或いはこすることにより、表面の凹凸を減少させ付着物を脱落させて表面を仕上げるとともに、表面から極浅い層に圧縮残留応力Ｓを付与する構成とする。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工部材の表面を圧縮治具によって軽微に圧縮し或いはこすることにより、表面の凹凸を減少させ付着物を脱落させて表面を仕上げるとともに、表面から極浅い層に圧縮残留応力を付与することを特徴とする表面加工方法。
【請求項２】
圧縮治具によって被加工部材の表面を圧縮、除荷することを繰返しながら、所定の部分を仕上げ、ごく表層に圧縮残留応力を付与することを特徴とする請求項１記載の表面加工方法。
【請求項３】
圧縮治具によって被加工部材の表面を圧縮しながら沿面方向に移動させることにより、前の加工で生じた表面の微小凹凸を平坦化し、筋状の表面に仕上げて、ごく表層に圧縮残留応力を付与することを特徴とする請求項１記載の表面加工方法。
【請求項４】
被加工部材の表面を圧縮治具によって軽微に圧縮し或いはこすることにより、表面の凹凸を減少させ付着物を脱落させて表面を仕上げるとともに、表面から極浅い層に圧縮残留応力を付与する圧縮治具と、前記圧縮治具を保持して被加工部材面上を移動させる荷重伝達部と、この荷重伝達部を支持する支え部とを備えていることを特徴とする表面加工装置。
【請求項５】
圧縮治具の被加工部材との接触部分は略球面或いは略円柱状をなし、単独或いは規則的に複数個配置された前記圧縮治具を備えていることを特徴とする請求項４記載の表面加工装置。
【請求項６】
略球面を有する圧縮治具は円筒の表面に配置され前記円筒は回転しながら被加工部材面上を移動することを特徴とする請求項５記載の表面加工装置。
【請求項７】
圧縮治具は複数の回転可能なローラであることを特徴とする請求項４記載の表面加工装置。
【請求項８】
圧縮治具は複数のワイヤーからなることを特徴とする請求項４記載の表面加工装置。
【請求項９】
ワイヤーの先端にワイヤー径より太く凸状の滑らかな形状の重りを備えていることを特徴とする請求項８記載の表面加工装置。
【請求項１０】
圧縮治具は複数のへらであることを特徴とする請求項４記載の表面加工装置。
【請求項１１】
ワイヤまたはへらは、回転する円筒状の荷重伝達部に取り付けられていることを特徴とする請求項８または９または１０記載の表面加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械加工、溶接、熱処理などが施された部材表面を、軽微に圧縮し或いはこすることにより、表面の凹凸を減少させたり付着物を脱落させて表面を仕上げるとともに、表面からごく浅い層に圧縮残留応力を付与する表面加工方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉の炉内機器等においては、疲労或いは応力腐食割れ（ＳＣＣ）等の損傷が生じると予想される部位の表面に軽微な加工を施すことにより、表面を仕上げるとともにごく表層に圧縮残留応力を付与して、損傷がき裂に成長することを防止して、機器の信頼性向上を図ることが行われている。
【０００３】
溶接などにより表面に発生する引張り残留応力は、疲労き裂や応力腐食割れが発生する大きな要因の一つと考えられている。このため、高温水環境中で使用される沸騰水型原子炉の炉内機器では、最近の耐応力腐食割れ特性の優れた材料、例えばＳＵＳ３１６Ｌ鋼を使用していない部位については、ショットピーニングをはじめとする各種ピーニング等の施工により圧縮残留応力を付与して、き裂の発生を防止する予防保全対策がとられる場合がある。
【０００４】
ピーニングは表層の残留応力を圧縮にするために適用されるが、圧縮残留応力が発生する深さは施工条件により異なるものの、通常は疲労き裂やＳＣＣの発生を防止するため、できるだけ深くなるように装置や施工条件の改良が続けられている。そして、ショットピーニングの場合は５００μｍ程度の深さまで、またレーザピーニングの場合は３ｍｍ程度の深さまで圧縮残留応力を発生させることが可能になってきている。この場合、圧縮残留応力は５００ＭＰａ程度にも達する。
【０００５】
このように大きな圧縮残留応力が発生すると、例えその深さが５００μｍと浅くても板厚内で応力の再分配が起こり、例えば１０ｍｍ以下の厚さの部材では施工により変形が生じたり、表面に圧縮残留応力を付与できても裏面では逆に引張り残留応力を発生させる場合もある。更に、ピーニングで表面に圧痕を付けることにより、表面に凹凸が発生し局部的な応力集中が生じたり、凹凸により表面粗さを増加させ、き裂が発生しやすい状態になる場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ＳＣＣや疲労き裂の発生を防止するために、ショットピーニングやレーザピーニングが施工されるが、これらの方法によると５００ＭＰａにも及ぶ高い圧縮残留応力が表面から５００μｍ以上もの深さまで発生し、これが板厚内部から裏面にわたる残留応力分布に大きく影響を及ぼし、厚さの小さな部材では変形が生じたり、裏面で引張り残留応力が生じたり、また表面の凹凸を増加させ、施工面以外では必ずしも疲労、ＳＣＣ発生の観点から効果的ではない。
【０００７】
そこで本発明は、厚さの小さな部材に対して、ごく表層に圧縮残留応力を発生させるとともに表面の凹凸を減少させて応力腐食割れや疲労き裂の発生を防止する表面加工方法および装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の表面加工方法は、被加工部材の表面を圧縮治具によって軽微に圧縮し或いはこすることにより、表面の凹凸を減少させ付着物を脱落させて表面を仕上げるとともに、表面から極浅い層に圧縮残留応力を付与する構成とする。
【０００９】
本発明の表面加工方法によれば、厚さの小さな部材に対して、ごく表層に圧縮残留応力を発生させるとともに表面の凹凸を減少させて応力腐食割れや疲労き裂の発生を防止することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、圧縮治具によって被加工部材の表面を圧縮、除荷することを繰返しながら、所定の部分を仕上げ、ごく表層に圧縮残留応力を付与する構成とする。
本発明の表面加工方法によれば、被加工部材の所定部分のごく表層に圧縮残留応力を発生させることができる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、圧縮治具によって被加工部材の表面を圧縮しながら沿面方向に移動させることにより、前の加工で生じた表面の微小凹凸を平坦化し、筋状の表面に仕上げて、ごく表層に圧縮残留応力を付与する構成とする。
本発明の表面加工方法によれば、被加工部材のごく表層に効率よく圧縮残留応力を発生させるとともに表面を平坦化することができる。
【００１２】
請求項４の発明の表面加工装置は、被加工部材の表面を圧縮治具によって軽微に圧縮し或いはこすることにより、表面の凹凸を減少させ付着物を脱落させて表面を仕上げるとともに、表面から極浅い層に圧縮残留応力を付与する圧縮治具と、前記圧縮治具を保持して被加工部材面上を移動させる荷重伝達部と、この荷重伝達部を支持する支え部とを備えている構成とする。
【００１３】
本発明の表面加工装置によれば、厚さの小さな部材に対して、ごく表層に圧縮残留応力を発生させるとともに表面の凹凸を減少させて応力腐食割れや疲労き裂の発生を防止することができる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、圧縮治具の被加工部材との接触部分は略球面或いは略円柱状をなし、単独或いは規則的に複数個配置された前記圧縮治具を備えている構成とする。
本発明の表面加工装置によれば、表面加工の能率を高めるとともに高い平坦度を得ることができる。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、略球面を有する圧縮治具は円筒の表面に配置され前記円筒は回転しながら被加工部材面上を移動する構成とする。
本発明の表面加工装置によれば、表面加工の能率をさらに高めるとともに高い平坦度を得ることができる。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項４の発明において、圧縮治具は複数の回転可能なローラである構成とする。
本発明の表面加工装置によれば、表面加工の能率を高めるとともに高い平坦度を得ることができる。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項４の発明において、圧縮治具は複数のワイヤーからなる構成とする。
本発明の表面加工装置によれば、被加工部材の表面を均一に加工することができる。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項８の発明において、ワイヤーの先端にワイヤー径より太く凸状の滑らかな形状の重りを備えている構成とする。
本発明の表面加工装置によれば、被加工部材の表面をさらに均一に加工することができる。
【００１９】
請求項１０の発明は、請求項４の発明において、圧縮治具は複数のへらである構成とする。
本発明の表面加工装置によれば、被加工部材の表面を均一に加工することができる。
【００２０】
請求項１１の発明は、請求項８または９または１０の発明において、ワイヤまたはへらは、回転する円筒状の荷重伝達部に取り付けられている構成とする。
本発明の表面加工装置によれば、高い作業能率で被加工部材の表面を均一に平坦化および圧縮残留応力付与加工することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態の表面加工装置を図１および図２を参照して説明する。すなわち、本実施の形態の表面加工装置は、図１に示すように、支え部１と、支え部１に取り付けられ横方向移動および回転する荷重伝達部２ａと、この荷重伝達部２ａの先端に取り付けられ上下方向に移動する荷重伝達部２ｂと、この荷重伝達部２ｂの下端に取り付けられた球状の圧縮治具３から構成されている。
【００２２】
図２は、被加工部材４の表面に球状の圧縮治具３を押付け力Ｆで押し付けた場合の、被加工部材４の表面の変形挙動と発生する応力Ｓを模式的に示したものである。圧縮治具３が部材４の表面を押し付けると、その部分は圧縮され、材料は下方及び両側に流れようとするが、その部分にも材料が存在するため、自由に流れることができず材料は圧縮され、圧縮治具３が除去されても圧縮残留応力Ｓが生じる。
【００２３】
図２は分かりやすくするため、球状の圧痕５が明確に残るほど強く加工されたように示してあるが、本発明は圧痕５がわずかに残る程度に軽微なことを特徴としている。このような軽微の加工によっても、深さ５０μｍ程度の範囲のごく表層に圧縮残留応力Ｓを発生させることが可能であり、薄板部材でもほとんど変形を生じることなくかつ仕上げ加工で生じた表面の小さな粗さを除去することもでき、疲労や応力腐食割れき裂の発生防止に有効である。
【００２４】
つぎに本発明の第２の実施の形態を説明する。この実施の形態においては、治具３は、図３に示すように荷重伝達部２に対して複数個取り付けられている。圧縮治具３の配置は、図４（ａ）に示すような正方型でもよいし、図４（ｂ）に示すような三角型でもよい。図３、図４に示したような複数の圧縮治具３で被加工部材４の表面を圧縮、除荷することを繰返して、被加工部材４の表面の所定の範囲に能率よく圧縮残留応力Ｓを発生させることができる。
【００２５】
図５は、溶接ビード６近傍の溶接熱影響部７に加工した場合の表面の状況を示しているが、既に圧縮されて窪んだ圧痕５の間、すなわち凸部に圧縮治具３が位置するように荷重伝達部２を移動させて圧縮、除荷することを繰返すことによって、加工面の凹凸を小さくすることができる。
【００２６】
図６に示すように、圧縮治具３により被加工部材４表面の圧縮、除荷を繰返す代わりに、圧縮治具３を押し付け力Ｆによって表面に押し付けたまま、表面と平行な施工方向Ｄに荷重伝達部２を移動させて、加工前の凹凸のある表面８を加工後の平らな表面９に変えるとともに、表面に圧縮残留応力Ｓを発生させるようにしてもよい。
【００２７】
図７は本発明の第３の実施の形態を示し、複数個の球状の圧縮治具３を円筒状の荷重伝達部２の表面に配置した構成である。この実施の形態では、図８に示すように、圧縮治具３が被加工部材４の表面を押しながら荷重伝達部２が回転して、前記第１，第２の実施の形態と同様に圧縮残留応力発生と表面平坦化の効果を得ることができる。
【００２８】
図９は本発明の第４の実施の形態を示し、第１から第３の実施の形態における球状の圧縮治具３の代わりに、一対の円板状の荷重伝達部２に取り付けられた回転可能なローラ１３を設けた構成である。この第４の実施の形態の表面加工装置によれば、被加工部材４の大きい表面積を一度に圧縮残留応力加工することができ、高い加工能率が得られる。
【００２９】
つぎに第５の実施の形態は、図１０に示すように、複数のワイヤー１４とそれらをまとめて支える荷重伝達部２を備え、圧縮力が荷重伝達部２からワイヤー１４を介して被加工部材との接触面へと伝達されるようにしたものである。この実施の形態は、ワイヤー１４を密に設けることによって、被加工部材４の表面を均一に加工することができる。
【００３０】
図１１に示す第６の実施の形態は、前記第５の実施の形態におけるワイヤー１４の先端にワイヤー１４の径より太く凸状の滑らかな形状を有する重り１５を加工した構成である。この実施の形態によれば、ワイヤー１４と被加工部材４表面の施工面との点接触を防止して接触面に線状の傷が着かないようにすることができる。
【００３１】
図１２は第７の実施の形態を示し、この実施の形態によれば、施工面と接触する複数のへら１６を配置して接触面に傷が着かずしかも平面度を上げることができる。
【００３２】
図１３は第８の実施の形態を示し、施工面と接触する複数のワイヤー１４を円筒状の荷重伝達部２に取り付けた構成である。この実施の形態では、ワイヤー１４の先端を施工面に接触させるよう圧力を加えながら荷重伝達部２を回転させたまま沿面方向に移動して所定の表面を仕上げることができる。
【００３３】
図１４、１５はそれぞれ第９および第１０の実施の形態を示し、円筒状の荷重伝達部２に取り付けた複数のワイヤー１４の先端にワイヤー径より太く凸状の滑らかな形状の重り１５を設けた構成、あるいはへら１６を配置した構成である。これらの実施の形態においては、先端の重り１５あるいはへら１６の慣性力により、施工面に付与する圧縮力を高めることができる。
【００３４】
以上に説明した本発明の第１から第１０の実施の形態によれば、厚さが１０ｍｍ以下の薄い部材に有害な変形を与えることなく、従って部材の板厚内の応力分布をほとんど変えることもなく、表面近傍のごく浅い範囲に圧縮残留応力を発生させることができ、たとえば沸騰水型原子炉の炉水環境で使用される炉内機器溶接部におけるＳＣＣの発生を防止することができ、原子力プラントの安全性を大幅に向上することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、厚さの小さな部材に対して、ごく表層に圧縮残留応力を発生させるとともに表面の凹凸を減少させて応力腐食割れや疲労き裂の発生を防止する表面加工方法および装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の表面加工装置の構成を示す側面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の表面加工装置の作用を説明し、（ａ）は加工時、（ｂ）は加工後の図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の表面加工装置の構成を示す側面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の表面加工装置における圧縮治具の配置型を示し、（ａ）は四角型、（ｂ）は三角型の平面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の表面加工装置によって溶接部を加工した状態を示す平面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の表面加工装置による表面平滑化加工を説明する図。
【図７】本発明の第３の実施の形態の表面加工装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【図８】本発明の第３の実施の形態の表面加工装置の動作を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図。
【図９】本発明の第４の実施の形態の表面加工装置の動作を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図。
【図１０】本発明の第５の実施の形態の表面加工装置の要部を示す図。
【図１１】本発明の第６の実施の形態の表面加工装置の要部を示す図。
【図１２】本発明の第７の実施の形態の表面加工装置の要部を示す図。
【図１３】本発明の第８の実施の形態の表面加工装置の要部を示す図。
【図１４】本発明の第９の実施の形態の表面加工装置の要部を示す図。
【図１５】本発明の第１０の実施の形態の表面加工装置の要部を示す図。
【符号の説明】
１…支え部、２，２ａ，２ｂ…荷重伝達部、３…圧縮治具、４…被加工部材、５…圧痕、６…溶接ビード、７…溶接熱影響部、８…加工前の表面、９…加工後の表面、１３…ローラ、１４…ワイヤー、１５…重り、１６…へら、Ｄ…施工方向、Ｆ…押し付け力、Ｓ…圧縮残留応力。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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