持続荷重によるひび割れ
持続荷重割れ（SLC）は、一定期間にわたって応力を受ける圧力容器や構造部品に時折発生する冶金現象である。[1]
これは特に潜水用シリンダーなどのアルミニウム製圧力容器で顕著です。[2] [3]
持続荷重割れは製造上の欠陥ではなく、特定の合金や使用条件に関連する現象です。
- 6351アルミニウム合金[2]
- 過剰な充填圧力による過度の応力[2]
- 乱用と機械的損傷[2]
発生
アルミニウム製高圧シリンダーの大手メーカーであるLuxfer社によると、亀裂の進行は非常に遅いと報告されています。 [4]シリンダーから漏れが発生する可能性のある段階に達するまでに、亀裂は8年以上かけて発達すると報告されており、適切な訓練を受けた検査員が渦電流式亀裂検出装置を使用することで、適時に検出することが可能です。[5]
Luxfer、Walter Kidde、CIG ガスシリンダーなど、複数のメーカーが製造したシリンダーで SLC 亀裂が検出されました。
亀裂のほとんどはシリンダーのネックとショルダー部分に観察されていますが、円筒部分にもいくつかの亀裂が報告されています。[1]
歴史
この現象は1983年、米国で使用中に破裂したフープ巻き繊維強化アルミニウム合金シリンダーで初めて確認されました。この合金は鉛含有量が比較的高い（400ppm）6351でしたが、鉛含有量を低減した後も問題は再発し、その後、モノリシックアルミニウムシリンダーでも問題が検出されました。[6] [5]シリンダーの円筒部におけるSLCクラックの最初の事例は1999年に報告されました。 [1]
検出
ネック部の亀裂は検査中に容易に観察できますが、ボディ部とショルダー部の亀裂は検出が困難です。[1]ネック部のねじ山亀裂は、渦電流式亀裂検出装置を用いて非破壊検査できます。この方法は合金6351では信頼性が高いと報告されていますが、合金6061では偽陽性が報告されています。[5]
寄与要因
これらの亀裂の発生形態はすべて、シリンダーが長期間高圧にさらされた結果です。亀裂は粒界に存在し、粒界で発生します。応力腐食や疲労の兆候は見られません。[1] [5]
比較的高い鉛含有量が一因として特定されている。鉛の存在下では粒界割れが促進される。ビスマスの存在も一因となっていると疑われている。[1]
合金組成も要因となることが分かっています。合金6061は、合金5283および7060と同様に、SLCに対する優れた耐性を示しています。内面の折り目などの製造欠陥は、特に平行ねじ付きシリンダーにおいて有害であることが示されています。結晶粒径は比較的重要ではないことが示されています。[1] [5]
合金組成
| 元素 （重量％） | 合金6082† | 合金6351† | 合金6061 | 合金5283 | 合金7060 |
|---|---|---|---|---|---|
| シリコン | 0.7～1.3 | 0.7～1.3 | 0.4～0.8 | 最大0.30 | 最大0.15 |
| 鉄 | 最大0.50 | 最大0.50 | 最大0.70 | 最大0.30 | 最大0.20 |
| 銅 | 最大0.10 | 最大0.10 | 0.15～0.40 | 最大0.03 | 1.8～2.6 |
| マンガン | 0.40～1.0 | 0.40～0.80 | 最大0.15 | 0.5～1.0 | 最大0.20 |
| マグネシウム | 0.6～1.2 | 0.40～0.80 | 0.8～1.2 | 4.5～5.1 | 1.3～2.1 |
| クロム | 最大0.25 | - | 0.04～0.35 | 最大0.05 | 0.15～0.25 |
| 亜鉛 | 最大0.20 | 最大0.20 | 最大0.25 | 最大0.10 | 6.1～7.5 |
| チタン | 最大0.10 | 最大0.20 | 最大0.15 | 最大0.03 | 最大0.05 |
| その他各* | 最大0.05 | 最大0.05 | 最大0.05 | 最大0.05 | 最大0.05 |
| その他合計 | 最大0.15 | 最大0.15 | 最大0.15 | 最大0.15 | 最大0.15 |
| アルミニウム | 残り | 残り | 残り | 残り | 残り |
| *この制限に加えて、鉛とビスマスを最大 0.003% に制限する必要があります。 † 合金 6351 は、基本的に合金 6082 の制限範囲内です。 | |||||
参照
参考文献
- ^ abcdefgh Barthélémy, Hervé; Birch, David; Dörner, Wolfgang; Erlandsson, Jörgen; Gabrieli, Giorgio; Kriese, Alexander; Vandererven, Els; Webb, Andy (2004). アルミニウム合金シリンダーの持続荷重割れ防止のための推奨事項、IGC Doc 57/11/E（IGC Doc 57/04/Eの改訂版）。ブリュッセル：欧州産業ガス協会（AISBL） 。 2012年9月1日閲覧。
- ^ abcd Luxfer Gas Cylinders (2015). 「持続荷重割れ - SLC関連の破裂に最も弱いシリンダーの種類は？」Luxfer Gas Cylinders . 2018年10月6日閲覧。
- ^ High, Bill. 「6351合金製SCBAおよびSCUBAアルミニウムシリンダーのひび割れと破裂（アーカイブコピー）」（PDF） . PSI, Inc. 2015年12月26日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2015年10月9日閲覧。2012年8月30日に最初にアクセスされました。
- ^ Luxfer Gas Cylinders (2015). 「持続荷重によるひび割れ - ひび割れはどのくらい早く成長するのか？」Luxfer Gas Cylinders . 2018年10月6日閲覧。
- ^ abcde 「6351アルミニウム合金製スキューバシリンダー破裂における持続荷重割れ（SLC）（アーカイブコピー）」（2007年10月22日）。2015年6月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年10月9日閲覧。
- ^ フィラメント巻き補強のないソリッド鍛造品。
