(57)【要約】【課題】  液中にて微細な気泡を含んだ高速水流を金属材料の対象面に噴射して表面処理を行う所謂液噴流ピーニング法に使用されるノズルにおいて、耐キャビテーション・エロージョン性を向上させ、長寿命化を図る。【解決手段】  ステンレス基材からなる前記噴射ノズルの本体２にＣｏ系単相金属を肉盛りし、同肉盛部２ａにピーニング孔４を穿孔したことを特徴とする。好ましくは、前記噴射ノズルの内部に形成される高圧液供給路３を前期肉盛部２ａの内部まで延長し、同高圧液供給路にピーニング孔４を連通させ、また前記Ｃｏ系単相金属の耐力を１，０００Ｍｐａ以上、かつヤング率を２００Ｇｐａ以上とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中で噴射ノズルから噴射させた液流をキャビテーション気泡を同伴させてピーニング対象部材に当てることにより、同ピーニング対象部材に圧縮残留応力を付与する液噴流ピーニング法において、ステンレス基材からなる前記噴射ノズルの本体にＣｏ系単相金属を肉盛りし、同肉盛部にピーニング孔を穿孔したことを特徴とする液噴流ピーニング用ノズル。
【請求項２】
前記噴射ノズルの内部に形成される高圧液供給路を前期肉盛部内部まで延長し、同高圧液供給路にピーニング孔を連通させたことを特徴とする請求項１記載の液噴流ピーニング用ノズル。
【請求項３】
前記Ｃｏ系単相金属の耐力が１，０００Ｍｐａ以上であり、かつヤング率が２００Ｇｐａ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の液噴流ピーニング用ノズル。
【請求項４】
前記Ｃｏ系単相金属が１３重量％以上のＣｒを含むことを特徴とする請求項３記載の液噴流ピーニング用ノズル。
【請求項５】
前記Ｃｏ系単相金属がコバルトクロムタングステン合金であることを特徴とする請求項４記載の液噴流ピーニング用ノズル。
【請求項６】
前記噴射ノズルが円筒状の高圧液供給路をもつシリンダ型ノズル又はピーニング孔の出口側に拡大空洞部を設けたホーン型ノズルであることを特徴とする請求項２記載の液噴流ピーニング用ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液中にて微細な気泡を含んだ高速水流を金属材料の対象面に噴射して表面処理を行う所謂液噴流ピーニング法に適用され、耐エロージョン性を向上させ、長寿命化を達成した同ピーニング用ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
液中にてノズルから噴射するキャビテーションを伴う高速水噴流を金属材料表面に直接衝突させてキャビテーション気泡を崩壊させ、その衝撃力で金属材料表面部の残留応力を開放する水噴流ピーニング法（ウォータジェットピーニング法）は一般に知られている。
即ちこの方法は、水中環境にある機械部品等の表面に対し、水中に埋没させたノズルを機械部品等の表面と平行に移動させながら、同機会部品等の表面にキャビテーションを伴った高速水噴流を直接噴射し、機械部品等の表面でのせき止め効果による高圧力で噴射流中のキャビテーション気泡を崩壊させ、その気泡の崩壊による衝撃力で機械部品等を叩いて、材料降伏点以上の歪を局部的に起こさせることにより、表面圧縮残留応力を付与し、残留応力の改善を行う。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２４００７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
原子力プラントの原子炉容器底部には各種の機器が取りつけられているが、一次冷却水中での応力腐食割れの発生が懸念され、水中での施工が簡単な上記方法が適用されている。
しかしながら水噴流ピーニング法は、キャビテーションを利用する方法であり、キャビテーションの崩壊に起因する疲労破壊（エロージョン）によるノズルの損傷が問題となっており、ノズルに通常の高力ステンレス鋼（ＳＵＳ６３０−Ｈ９００又はＳＵＳ６３０−Ｈ１１００等）を使用した場合では、ノズルの寿命が５〜１０時間程度と非常に短いことが問題となっている。
【０００５】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ノズル寿命の改善を図り、これにより水噴流ピーニング法施行効率の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はかかる目的を達成するもので、その手段は、ステンレス基材からなる液噴流ピーニング用噴射ノズルの本体にＣｏ系単相金属を肉盛りし、同肉盛部にピーニング孔を穿孔したことを特徴とする。
耐キャビテーション・エロージョン性を付与させるためには、高い強度が必要であり、一方硬い析出物を利用して強度を高めた合金ではマトリックスの強度が不足しているため、エロージョンの発生を防止できない。そのため噴射ノズルの肉盛部を強度の高いＣｏ系の単相金属（即ち実質的な単相金属であって、微量の析出物を含むがその影響が無視できる単相金属も含む）で構成する必要がある。単相金属として適用可能な材料として、例えばオーステナイト系ステンレス鋼がある。
【０００７】
本発明において、好ましくは、噴射ノズルの内部に形成される高圧液供給路を前記肉盛部内部まで延長し、同高圧液供給路にピーニング孔を連通させることにより、高い強度が必要な高圧液噴射孔付近を前記肉盛部で確実に覆い、かつ肉盛部のノズル本体への接合を強固にすることができる。
【０００８】
また本発明において、好ましくは、前記Ｃｏ系単相金属の耐力が１，０００Ｍｐａ以上であり、かつヤング率が２００Ｇｐａ以上とする。
耐力を１，０００ＭＰａ以上としたことにより、前記Ｃｏ系単相金属の強度が耐エロージョン性に対して十分な強度となり、またヤング率を２００Ｇｐａ以上という、鋼相当以上のヤング率としたため、肉盛部の変形抵抗が大きくなり、変形が防止されて、エロージョン発生の要因である低サイクル疲労特性を抑制することができる。
【０００９】
また、本発明において、好ましくは、前記Ｃｏ系単相金属が１３重量％以上のＣｒを含むようにする。これにより、液中での液噴流ピーニング施行に際し耐食性を確保する上で、安定した耐食皮膜が肉盛部表面に形成され、耐食性を向上することができる。
【００１０】
また本発明において、前記Ｃｏ系単相金属がコバルトクロムタングステン合金すなわちステライト合金（ステライト；米国Haynes Stellite社商品名）であることが好ましい。ステライトはＣｏをベース金属とし、Ｃｒ，Ｗ，Ｃ，Ｆｅ等を含有し、高温硬さ、耐磨耗性、耐食性に優れており、実用上最も耐エロージョン性が高い。
【００１１】
また本発明において、使用可能な噴射ノズルの形状に関し、特に制限はないが、例えば、前記噴射ノズルが円筒状の高圧液供給路をもつシリンダ型ノズル又はピーニング孔の出口側に拡大空洞部を設けたホーン型ノズルを使用することができる。特に前記ホーン型ノズルを使用すると、ノズル出口での圧力損失が大きく、キャビテーションの発生を容易にする。そのためホーン型ノズルを用いると、ノズル出口でのエロージョンの発生が大きくなるが、本発明によるノズルを用いることにより、エロージョンを防止できる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明によれば、液噴流ピーニング法に使用される噴射ノズルの耐エロージョン性を飛躍的に向上させ、その寿命を飛躍的に向上することにより、ピーニング作業の効率を飛躍的に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は本発明の第１実施例に係る水噴流ピーニング法に使用されるノズルに係り、水中に配置された中空管１の内面１ａにピーニングを施すものである。２は中空管１内に挿入された円筒状のノズル本体（例えばＳＵＳ６３０等からなる）、２ａはノズル２の先端部に肉盛溶接された肉盛部であり、ステライト合金（ステライト：商品名）からなり、肉盛後高圧水供給路３及び供給路３に連通したピーニング孔４が穿孔される。肉盛部２ａは円筒体の本体の頂部が円錐形状となっており、その円錐体に互いに反対方向にピーニング孔４が形成された２噴流式のものであり、２つのピーニング孔４から噴出される噴出流が互いの噴出反力を打ち消し合うようになっている。この場合ノズル２は回転して、中空管内面１ａをむら無くピーニング施工する。
【００１４】
図２は本発明の第２実施例に係るホーン型の水噴流ピーニング用ノズルである。図２において、１１はノズル本体で、先端部に肉盛部１１ａが肉盛溶接されている。１２はノズル本体１１の内部に穿孔された高圧水供給路、１３は高圧水供給路に連通した小径のピーニング孔、１４はピーニング孔１３に連通した円錐形状の拡開部である。
【００１５】
図１に示す第１実施例のノズルの製造工程を図３により説明する。まずＳＵＳ６３０等の材質からなるノズル本体２の先端部にステライト合金（ステライト：商品名）からなる溶接棒２ｂを用いてＴＩＧ溶接により肉盛溶接２ａする（ａ）。次にノズル本体２の外形を機械加工した後（ｂ）、高圧水供給路３を穿孔する（ｃ）。次にノズル本体２の外周に装着用のねじ加工２ｃを施す（ｄ）。さらに供給路３に連通するピーニング孔４を穿孔する（ｅ）。
また図２に示す第２実施例のホーン型ノズルの製造工程を図４のより説明すると、まず第１実施例と同様にノズル本体１１に肉盛溶接部１１ａをＴＩＧ溶接等により肉盛溶接した後（ａ）、高圧水供給路１２、ピーニング孔１３、及び円錐形状拡開部１４の順に加工を行う（ｂ，ｃ）。またノズル本体１１の外周に装着用のねじ加工１１ｃを行う。
【００１６】
ここで留意すべきことは、第１実施例及び第２実施例ともに、高圧水供給路２、１３が肉盛部２ａ，１１ａの内部に至るまで形成されていることである。この構成により、耐エロージョン性に優れた肉盛部でピーニング孔のみならず高圧水供給路の一部まで十分に覆うことができるようになる。
【００１７】
上記実施例においては、肉盛部の材質として、耐磨耗性、耐エロージョン性に優れたステライト合金（ステライト：商品名）を使用しているが、表１に本発明において使用可能なステライト合金（ステライト：商品名）の成分例を示す。
【表１】
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【００１８】
従って、図１に示す前記第１実施例のノズルにおいては、ＳＵＳ６３０等通常の高力ステンレス鋼からなるノズル本体２の先端部に、単相でかつ耐力及びヤング率が共に大きなステライト合金（ステライト：商品名）からなる肉盛部を肉盛溶接し、同肉盛溶接部に高圧水供給路３の一部及びピーニング孔４を穿孔したことにより、十分な耐エロージョン強度を有すると共に、変形抵抗も大きく、エロージョンの発生要因である低サイクル疲労特性を抑制する効果がある。
従って、液噴流ピーニング用ノズルの寿命を飛躍的に延ばすことができ、液噴流ピーニング施行時の作業効率を飛躍的に向上させることができる。
【００１９】
次に、図２に示す本発明の第２実施例におけるノズル構造は、前記第１実施例のノズルと同様の特性、利点を有するが、さらにピーニング孔出口側に拡開部１４を具備するため、同拡開部で発生する渦流によりキャビテーションの発生を容易にするという利点をするが、本実施例のノズルにおいては、ステライト合金（ステライト：商品名）からなる肉盛部１１ａを具備するため、エロージョンの発生を生じなくて済むという利点をもつ。なおノズル軸線に対する拡開面の角度θは３０°近辺でキャビテーション発生効果が最も顕著である。
【００２０】
なお本発明の液噴流ピーニング用ノズルは、前記第１実施例及び第２実施例のノズル形状に適用が制限されるものではなく、例えば、図５に示す、液供給路が円筒形状であるノズルにも適用可能である。図中、２１はノズル本体、２１ａはノズル本体の先端部に肉盛溶接された肉盛部、２２はノズル本体２１の内部に穿孔された円筒形状の高圧液供給路、２３は高圧液供給路２２に連通するピーニング孔である。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明によれば、所謂液噴流ピーニング法に適用される噴射ノズルにおいて、従来問題となっていた短命なノズル寿命を解消し、簡単かつ安価な手段により耐エロージョン性を向上させ、長寿命化を達成し得るものであり、各種装置、部品へのピーニング作業効率を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例に係る水噴流ピーニング用ノズルの概略断面図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る水噴流ピーニング用ノズルの概略断面図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る水噴流ピーニング用ノズルの製造工程を示す概略    図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る水噴流ピーニング用ノズルの製造工程を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る水噴流ピーニング用ノズルの概略断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    ピーニング対象中空管
２、１１，２１    ノズル本体
２ａ，１１ａ，２１ａ    肉盛部
３、１２，２２    高圧液供給路
４、１３、２３    ピーニング孔
１４    円筒形状拡開部
【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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