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技術士二次試験 機械部門 【過去問Ⅱ-2答案開示】(微小な亀裂 内部の欠陥 表層の亀裂 発見する方法 対策方法とリスク)

こんにちは。たけゆうです。

今回は新技術開発センター添削問題問Ⅱ-2について、回答案を開示します。

キーワードは「微小な亀裂」「内部の欠陥」「表層の亀裂」「それらの発見方法と対策とリスク」です。

ご自身の製品と技術を取り入れて、ご自身にて答案を作成下さい。

材料・信頼性工学【問Ⅱ】

機器や構造物に繰り返しの荷重が作用すると、微小な亀裂が発生する場合がある。もしくは、初めから部材内部に微小な欠陥が内在している場合もある。このような欠陥について、材料力学の専門家として以下の問いに答えよ。

(1)部材表層の亀裂を発見する方法を2つ挙げ、それぞれメリット・デメリットを含め説明せよ。
(2)部材内部の欠陥を発見する方法を2つ挙げ、それぞれメリット・デメリットを含め説明せよ。
(3)亀裂もしくは欠陥を発見した場合の対策方法を挙げ、その対策が保有するリスクについて、あなたの意見を述べよ。

(1)解説

技術士機械部門の試験問題として、「構造物の維持管理技術」は定番の出題キーワードになります。

構造物を維持管理するためにも、破壊前の微細な欠陥を逃さず検知し、対策する事が不可欠です。

技術士試験本番を迎える前に、「表面の欠陥を発見する方法」「内部の欠陥を発見する方法」を暗記しましょう。

出来れば、それぞれ2つの具体的な方法メリットデメリットをスラスラ原稿に起こせるようにして下さい。

今回は、Ⅱ-2答案として原稿用紙の文字数が十分確保されているので、答案に十分記載出来ました。

まずは答案を確認いただき、気になったワードが有れば、個別で図を含めて理解する事をお勧めします。

(2)答案

1.部材表層のき裂を発見する方法
1.1.浸透探傷試験

浸透液を探傷面に塗り、染み込むまで5~30分待つ。その後、水洗い又はウエスにて、傷内部以外の探傷液を除去する。次に、探傷面に現像材をつけて、毛細管現象で浸透液を染み出させる。
メリット:安価で容易
デメリット:表面に圧縮応力がある場合、発見困難
1.2.渦電流探傷試験
試験体に誘導電流を生じさせる。傷部は電流が流れにくくなり、一次側のコイルのインピーダンスが変化する。その変化をモニタする方法。
メリット:試験時間が短い。自動化しやすい。
デメリット:試験片の形状、表面粗さからノイズが生じやすく、小さい傷の探傷に向かない。

2.部材内部の欠陥を発見する方法
2.1.放射線透過試験

部材内部に放射線を当て、透過した放射線がフィルムを感光させる。金属内部の空洞を透過した放射線の強さは周囲と異なるため、フィルムに濃度差が生まれる。その濃度差をモニタする方法。
メリット:大きな体積の傷を発見容易である。
デメリット:き裂の進展方向が不明の傷は検出困難。
2.2.超音波探傷試験
超音波の指向性と反射の性質を利用し、部材に超音波を発信して、反射音が返るまでの遅れ時間を計測する。その結果から傷位置を特定する方法。
メリット:応答が速いため、広範囲で走査可能。
デメリット:多層に渡るクラックは傷部まで計測困難。

3.き裂・欠陥を発見した場合の対策方法
3.1.対象物と対策法

対象物として、エレベータ巻上機の綱車を想定する。急停止に対する耐衝撃性、ロープ荷重に対する必要強度から、球状黒鉛鋳鉄を使用している。
(1)出荷前品質管理時の発見
巣のサイズ、場所を特定し、冷やし金や押湯の位置を変更し、応力集中部の巣を抑制する。Ca量を下げ、Mg量を調整し、黒鉛球状化率を80%以上確保する。
(2)使用中定期検査時の発見
欠陥含有モデルでFEM解析し、応力と余寿命を見積る。次回点検まで破壊が予測される場合は取替を実施する。
3.2.対策が保有するリスク
(1)不良品出荷リスク

全数検査不可能であり、巣の大きさにバラツキが発生する。その点はバラツキを3σで見込み、故障率を0.3%とする。
(2)継続使用判断のリスク
環境要因や地震等の天災により、き裂進行度合いの早期化がある。ロープ滑りや粗線破断の遠隔診断を取り入れ、早期発見により機能損失の前に対策する。

以上

(3)答案(原稿用紙)

ABOUT ME
takeyuu
倹約投資家サラリーマンパパ33歳。ずっとニコニコ円満家庭が目標。 機械/電気で技術士一次試験合格。 機械で技術士二次試験不合格するも、合格を目指し情報発信中。 (令和2年の結果 問Ⅰ:A、問Ⅱ:C、問Ⅲ:A)