In-situ measurement of internal stress during solidification cooling by white X-ray diffraction microscopy

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20968
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
• Research Institution: Japan Synchrotron Radiation Research Institute
• Principal Investigator: Toyokawa Hidenori 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 放射光利用研究基盤センター, 特別嘱託研究職員 (60344397)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 賢治 新潟大学, 人文社会科学系, 教授 (30154537) ; 菖蒲 敬久 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, サブリーダー (90425562)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: X線応力測定 / 2次元検出器

Outline of Final Research Achievements

Until today, there is no method to non-destructively measure a stress of coarse grains and welded parts of steels using high-energy synchrotron X-rays suitable for strength-bearing members such as steel materials. To solve this problem, in this research, we developed and applied the CdTe pixel detector as an area detector that enables the measurement of high-energy X-rays. In addition, through observation and analysis of X-ray diffraction images from coarse grains and welded parts, the strain measurement method of coarse grains and welded parts was clarified, and the double exposure method was proposed. Combining these two achievements, we attempted feasibility study of measuring the stress of coarse grains and welded parts of austenitic stainless steel. As a result, we established stress measurements of these materials.

Free Research Field

放射線科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでシンクロトロン放射光Ｘ線の高輝度，高指向性，透過力が素晴らしい性能を持ちながらも，粗大粒や溶接部の応力に適用できないことが，Ｘ線応力測定の歴史的難問として残されていた．本研究により，CdTeピクセル検出器の開発および二重露光法の組み合わせにより，その難問を解決するための方策が見つけ，実際に応力測定できることを実証することができた意義は大きい．特に，これまで溶接などの残留応力は数値解析に頼る以外になく，その結果を判定するには，実際の応力を非破壊的に測定する以外に方法がなかった．そのための実応力測定方法が確立し，社会の安全・安心に貢献することができた．また，数値解析の高度化にも貢献した．