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JP5649433B2 - Wax thickness measuring apparatus and method - Google Patents
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Description

本発明は、ろう接された母材間の接合部において、ろう材の厚さを測定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for measuring the thickness of a brazing material at a joint between brazed base materials.

従来、金属材料間、非金属材料間、或いは、金属材料と非金属材料間を接合するために、ろう接が用いられている。ろう接は、母材よりも融点の低いろう(鑞)材を溶融させて接着剤として用いることにより、母材を溶融させずにぬれ現象で母材間を接合する接合手段である。ろう接として、硬ろうを用いるろう付と、軟ろう(はんだ)を用いるはんだ付とがある。硬ろうは、一般的に、金ろう、銀ろう、黄銅ろうなどの合金である。   Conventionally, brazing is used to join metal materials, non-metal materials, or between metal materials and non-metal materials. The brazing is a joining means for joining the base materials by a wetting phenomenon without melting the base material by melting a brazing material having a melting point lower than that of the base material and using it as an adhesive. As brazing, there are brazing using a hard brazing and soldering using a soft brazing (solder). The hard solder is generally an alloy such as a gold solder, a silver solder or a brass solder.

非特許文献1には、ろう付継手の強さに影響を与える因子はろう付すきま(ろう材の厚さ=ろう厚)、ろう付面積および母材強度等であり、これらの因子が複合的に作用してろう付強さが決まることが記載されている。図5は、非特許文献1の71頁図2に示された「突合せ継手および重ね継手のろう付強さへのろう付すきま、ろう付面積および母材強度の影響」から、ろう付強さとろう付すきまの関係のみを抽出したものである。図5に示されるように、ろう材の厚さ(ろう付すきま)が極めて小さい範囲では接合強度(せん断強さまたは引張強さ)が著しく小さく、ろう材の厚さの増加に伴って接合強度が増大している。ところが、接合強度は、ろう材の厚さが所定の値(突合せ継手ではT1,重ね継手ではT2)となったときにピークとなり、ここからろう材の厚さの増加に伴って減少している。このような接合強度とろう材の厚さの関係は、ろう接された母材間を接合しているろう材の厚さに好適な範囲があることを示している。   In Non-Patent Document 1, factors affecting the strength of brazed joints are brazing clearance (brazing material thickness = brazing thickness), brazing area, base metal strength, etc., and these factors are combined. It is described that the brazing strength is determined by acting on. FIG. 5 shows the effect of brazing strength from “the effects of brazing clearance, brazing area and base metal strength on the brazing strength of butt joints and lap joints” shown in FIG. Only the relationship of brazing clearance is extracted. As shown in FIG. 5, when the thickness of the brazing material (brazing gap) is extremely small, the joining strength (shear strength or tensile strength) is remarkably small, and the joining strength increases as the brazing material thickness increases. Has increased. However, the bonding strength peaks when the thickness of the brazing material reaches a predetermined value (T1 for the butt joint and T2 for the lap joint), and then decreases as the thickness of the brazing material increases. . Such a relationship between the joining strength and the thickness of the brazing material indicates that there is a suitable range for the thickness of the brazing material joining the brazed base materials.

上述の通り、ろう付による接合部の接合強度はろう材の厚さに影響を受けることから、製品の保証のためにろう材の厚さを管理することが望ましい。従来は、母材間を接合しているろう材の厚さは、試験的に母材をろう接し、これを切断して実測していた。しかし、ろう材の厚さはろう接状態(例えば、欠陥など)により変化することがあり、個々のろう接接合部においてろう材の厚さを測定できれば、より高い精度で製品を管理することが可能となる。このために、ろう接接合部のろう材の厚さを非破壊で測定する技術が望まれている。   As described above, since the joint strength of the joint portion by brazing is affected by the thickness of the brazing material, it is desirable to manage the thickness of the brazing material in order to guarantee the product. Conventionally, the thickness of the brazing material joining the base materials has been measured by brazing the base material experimentally and cutting it. However, the thickness of the brazing material may vary depending on the brazing state (for example, defects). If the brazing material thickness can be measured at each brazing joint, the product can be managed with higher accuracy. It becomes possible. For this reason, a technique for non-destructively measuring the thickness of the brazing material at the brazed joint portion is desired.

特許文献1では、ろう材の厚さではなく表面被膜の膜厚を測定する方法ではあるが、超音波を用いて非破壊で膜厚を測定する技術が開示されている。この技術は、ダンピングの大きい超音波探触子を用いて低い周波数のパルス成分と高い周波数のパルス成分とを含む超音波パルスを被験体に放射し、被験体から得られる表面エコー又は底面エコーの受信信号をフーリエ変換し、フーリエ変換したデータにおいて低い周波数側のピーク値と高い周波数側のピーク値とを得て、そのうち一方を正規化した値に基づいて被膜の膜厚を測定するものである。ここでは、1つの超音波の内部に2種類の成分を内在させることのできる超音波探触子が利用され、その送信波形は、2つのピークを有する双山の周波数分布を持っている。   Patent Document 1 discloses a technique for measuring the film thickness of a surface coating, not the thickness of a brazing material, but measuring the film thickness non-destructively using ultrasonic waves. This technique uses a highly damped ultrasonic probe to radiate an ultrasonic pulse including a low-frequency pulse component and a high-frequency pulse component to a subject. The received signal is subjected to Fourier transform, and in the Fourier transformed data, a peak value on the low frequency side and a peak value on the high frequency side are obtained, and the film thickness of the film is measured based on a value obtained by normalizing one of them. . Here, an ultrasonic probe capable of incorporating two types of components inside one ultrasonic wave is used, and its transmission waveform has a frequency distribution of two mountains having two peaks.

特開平3−137504号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-137504

溶接技術2008年6月号71−72頁Welding Technology June 2008, pages 71-72

従来、ろう接接合部のろう材の厚さを非破壊で測定する技術は存在しない。また、上記特許文献1に記載の膜厚測定方式を応用させて、ろう接接合部のろう材の厚さを測定したとしても、測定対象に制限がある。なぜなら、上記特許文献1に記載された膜厚測定方式は、高い周波数の超音波の方が低い周波数の超音波よりも減衰しやすいという特性を利用して、超音波の減衰量の差に基づいて膜厚を測定する。このため、実際には、母材と比較して超音波減衰量の極めて大きな被膜の膜厚しか測定することができない。   Conventionally, there is no technique for nondestructively measuring the thickness of the brazing material in the brazed joint portion. Further, even if the thickness measurement method described in Patent Document 1 is applied to measure the thickness of the brazing material at the brazed joint portion, there are limitations on the measurement target. This is because the film thickness measurement method described in Patent Document 1 is based on the difference in the attenuation amount of ultrasonic waves by utilizing the characteristic that high frequency ultrasonic waves are more easily attenuated than low frequency ultrasonic waves. And measure the film thickness. For this reason, in practice, only the film thickness of a coating film having an extremely large ultrasonic attenuation can be measured as compared with the base material.

そこで、本発明は、ろう接された母材間のろう材の厚さを非破壊で測定する装置および方法を提案する。   Therefore, the present invention proposes an apparatus and a method for non-destructively measuring the thickness of the brazing material between the brazed base materials.

本発明に係るろう厚測定装置は、ろう接された母材間のろう材の厚さを測定するろう厚測定装置であって、複数の周波数の超音波の発振と受信が可能な超音波探触子と、前記複数の周波数の超音波の各々につき、前記超音波探触子が発振して受信した超音波のエコー高さを測定するエコー測定部と、前記複数の周波数の超音波の前記母材と前記ろう材の2つの接合界面で反射した超音波のエコー高さ(以下、「界面エコー高さ」という)と前記ろう材の厚さとの相関関係を示すエコー高さ−ろう厚情報を格納した第1の記憶部と、前記エコー高さ−ろう厚情報を用いて、測定された前記エコー高さより得られる前記複数の界面エコー高さから前記ろう材の厚さを算出するろう厚演算部とを備えるものである。   A brazing thickness measuring apparatus according to the present invention is a brazing thickness measuring apparatus that measures the thickness of a brazing material between brazed base materials, and is an ultrasonic probe capable of oscillating and receiving ultrasonic waves of a plurality of frequencies. For each of the ultrasonic waves of the plurality of frequencies, the echo measuring unit that measures the echo height of the ultrasonic waves oscillated and received by the ultrasonic probe, and the ultrasonic waves of the plurality of frequencies Echo height-wax thickness information indicating the correlation between the echo height of ultrasonic waves reflected at the two joining interfaces between the base material and the brazing material (hereinafter referred to as “interface echo height”) and the thickness of the brazing material And a thickness of the brazing material to calculate the thickness of the brazing material from the plurality of interface echo heights obtained from the measured echo height using the first storage unit storing the echo and the echo height-wax thickness information And an arithmetic unit.

同様に、本発明に係るろう厚測定方法は、ろう接された母材間のろう材の厚さを測定するろう厚測定方法であって、複数の周波数の超音波の各々につき、超音波探触子が発振して受信した超音波のエコー高さを測定するステップと、複数の周波数の超音波の界面エコー高さと前記ろう材の厚さとの相関関係を示すエコー高さ−ろう厚情報を作成するステップと、前記エコー高さ−ろう厚情報を用いて、測定された前記エコー高さより得られる前記複数の界面エコー高さから前記ろう材の厚さを算出するステップとを含むものである。   Similarly, the brazing thickness measuring method according to the present invention is a brazing thickness measuring method for measuring the brazing material thickness between the brazed base metals, and for each of a plurality of ultrasonic waves, an ultrasonic probe is measured. The echo height-wax thickness information indicating the correlation between the ultrasonic echo height of the ultrasonic wave received by oscillation of the touch element and the interface echo height of the ultrasonic waves of a plurality of frequencies and the thickness of the brazing material And a step of calculating a thickness of the brazing material from the plurality of interface echo heights obtained from the measured echo height using the echo height-wax thickness information.

上記ろう厚測定装置およびろう厚測定方法では、複数の周波数の超音波を母材に入射して反射エコー高さを測定し、得られた複数の界面エコー高さに基づいて、ろう材の厚さを測定している。このように、本発明によれば、ろう接された母材間のろう材の厚さを非破壊で測定することができる。しかも、ろう材の厚さを測定するにあたって超音波の減衰を利用しないので、母材とろう材との超音波の減衰率が比較的小さくても、ろう材の厚さを測定することができる。さらに、母材とろう材の物性値を用いれば、既知の対比試験片などを利用することなく、ろう材の厚さを測定することができる。   In the above brazing thickness measuring apparatus and brazing thickness measuring method, ultrasonic waves of a plurality of frequencies are incident on a base material to measure the reflection echo height, and based on the obtained plurality of interface echo heights, the brazing material thickness is measured. Is measuring. Thus, according to the present invention, the thickness of the brazing material between the brazed base materials can be measured nondestructively. Moreover, since the ultrasonic attenuation is not used in measuring the thickness of the brazing material, the thickness of the brazing material can be measured even if the ultrasonic attenuation rate between the base material and the brazing material is relatively small. . Furthermore, if the physical property values of the base material and the brazing material are used, the thickness of the brazing material can be measured without using a known contrast test piece.

前記ろう厚測定装置および前記ろう厚測定方法において、前記複数の周波数は、少なくとも第1の周波数とこれよりも大きい第2の周波数とを含み、前記第1の周波数の超音波の界面エコー高さのろう材の厚さの増加に伴う変動サイクルが、前記第2の周波数の超音波の界面エコー高さのろう材の厚さの増加に伴う変動サイクルの2倍以上であることがよい。   In the solder thickness measuring apparatus and the solder thickness measuring method, the plurality of frequencies include at least a first frequency and a second frequency higher than the first frequency, and an ultrasonic interface echo height of the first frequency. It is preferable that the fluctuation cycle accompanying the increase in the thickness of the brazing filler metal is at least twice the fluctuation cycle accompanying the increase in the thickness of the brazing filler metal at the interface echo height of the ultrasonic wave of the second frequency.

または、前記ろう厚測定装置および前記ろう厚測定方法において、前記複数の周波数は、少なくとも第1の周波数とこれよりも大きい第2の周波数とを含み、前記第2の周波数は前記第1の周波数の2倍以上であることがよい。   Alternatively, in the solder thickness measuring apparatus and the solder thickness measuring method, the plurality of frequencies include at least a first frequency and a second frequency higher than the first frequency, and the second frequency is the first frequency. It is good that it is 2 times or more.

上記のように入射する複数の超音波の周波数の関係を定めることにより、測定された界面エコー高さからろう厚を特定することが容易となる。   By defining the relationship between the frequencies of a plurality of incident ultrasonic waves as described above, it becomes easy to specify the wax thickness from the measured interface echo height.

前記ろう厚測定装置において、前記エコー高さ−ろう厚情報は、前記複数の周波数、前記母材の物性値および前記ろう材の物性値、又は、これらに加えて実験値に基づいて作成することができる。同様に、前記ろう厚測定方法において、前記エコー高さ−ろう厚情報を作成するステップは、前記複数の周波数、前記母材の物性値および前記ろう材の物性値、又は、これらに加えて実験値に基づいて前記エコー高さ−ろう厚情報を作成することができる。   In the brazing thickness measuring apparatus, the echo height-brazing thickness information is created based on the plurality of frequencies, the physical property value of the base material and the physical property value of the brazing material, or in addition to experimental values. Can do. Similarly, in the brazing thickness measurement method, the step of creating the echo height-wax thickness information includes performing the experiment on the plurality of frequencies, the physical property value of the base material and the physical property value of the brazing material, or in addition thereto. The echo height-wax thickness information can be generated based on the value.

本発明によれば、非破壊でろう接接合部のろう材の厚さを測定することができる。しかも、測定に入射した超音波の減衰量を利用しないので、母材とろう材との超音波減衰量の差が小さくてもろう材の厚さの測定が可能である。   According to the present invention, it is possible to measure the thickness of the brazing material at the brazed joint portion in a nondestructive manner. In addition, since the attenuation amount of the ultrasonic wave incident on the measurement is not used, the thickness of the brazing material can be measured even if the difference in ultrasonic attenuation amount between the base material and the brazing material is small.

本発明の実施形態に係る超音波式ろう厚測定装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing a schematic structure of an ultrasonic soldering thickness measuring device concerning an embodiment of the present invention. 探触子が受信する反射波の種類を説明する図である。It is a figure explaining the kind of reflected wave which a probe receives. エコー高さ−ろう厚曲線の一例を表したグラフである。It is a graph showing an example of the echo height-brazing thickness curve. 受信波形を表したグラフである。It is a graph showing a received waveform. 接合強度へのろう材の厚さの影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of the thickness of the brazing material on joining strength. ろう厚測定処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a brazing thickness measurement process.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複説明を省略する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference symbols throughout the drawings, and redundant description thereof is omitted.

図1に示すように、本実施の形態に係る超音波式ろう厚測定装置1は、水浸法に則って、探触子2と被験体10を共に水中に浸漬しつつ、探触子2から発振した超音波を被験体10の母材11へ入射し、被験体10で反射して返ってきた超音波の測定を行うように構成されている。超音波式ろう厚測定装置1は、探触子2と、超音波送受信器3と、A/D変換器4と、演算制御装置5と、入力装置61と、出力装置62と、探触子2と被験体10とを水中に浸漬させるための水槽7とを備えている。   As shown in FIG. 1, the ultrasonic brazing thickness measuring apparatus 1 according to the present embodiment includes a probe 2 while immersing a probe 2 and a subject 10 together in water according to a water immersion method. The ultrasonic wave oscillated from the incident light is incident on the base material 11 of the subject 10 and the ultrasonic wave reflected and returned from the subject 10 is measured. The ultrasonic solder thickness measuring apparatus 1 includes a probe 2, an ultrasonic transmitter / receiver 3, an A / D converter 4, an arithmetic control device 5, an input device 61, an output device 62, and a probe. 2 and a water tank 7 for immersing the subject 10 in water.

被験体10は、ろう接された第1の母材11と第2の母材12を接合しているろう材13である。本実施形態では、第1の母材11および第2の母材12の材質ともにSUS403であり、ろう材13は金ろうである。第1の母材11と第2の母材12は、箔状のろうを用いた置きろう付によりろう接されており、接合部10Aのろう材13の厚さ(以下では、「ろう厚T」ともいう)は、マイクロメーターオーダーである。なお、厚さとは接合面と略直交する方向の大きさである。   The subject 10 is a brazing material 13 joining the brazed first base material 11 and the second base material 12. In the present embodiment, both the first base material 11 and the second base material 12 are SUS403, and the brazing material 13 is gold brazing. The first base material 11 and the second base material 12 are brazed by placing brazing using a foil-shaped brazing, and the thickness of the brazing material 13 of the joint portion 10A (hereinafter referred to as “wax thickness T Is also in the micrometer order. The thickness is a size in a direction substantially orthogonal to the joint surface.

探触子2は、超音波を発振するとともに、超音波の反射波を受信するように構成されている。但し、探触子2は、複数の異なる周波数の超音波の発振と受信が可能であればその態様には限定されず、発振する周波数を或帯域で自由に可変な超音波探触子、発振する周波数を複数の値で変化させることのできる超音波探触子、および一定の周波数の超音波の発振と受信が可能な複数の超音波探触子などから適宜選択して用いることができる。   The probe 2 is configured to oscillate ultrasonic waves and receive reflected ultrasonic waves. However, the probe 2 is not limited to this mode as long as it can oscillate and receive a plurality of ultrasonic waves having different frequencies, and the ultrasonic probe or oscillator whose oscillation frequency can be freely changed in a certain band. It is possible to appropriately select and use an ultrasonic probe capable of changing the frequency to be changed by a plurality of values, a plurality of ultrasonic probes capable of oscillating and receiving ultrasonic waves of a certain frequency, and the like.

探触子2は超音波送受信器3と有線又は無線により接続されている。超音波送受信器3は、パルス発振部31と、受信部32と、増幅部33とを備えている。パルス発振部31は、探触子2へパルス信号を送信する。受信部32は、探触子2が受けた超音波の反射波の検出信号(反射波信号)を受信する。増幅部33は、この反射波信号を所定の増幅率で増幅してA/D変換器4へ送信する。A/D変換器4は、超音波送受信器3から受けたアナログの反射波信号をデジタル化し、そのデジタルデータを演算制御装置5へ出力する。なお、超音波送受信器3の増幅部33の増幅率は、エコー検出感度に相当するものである。エコー検出感度の基準感度は、標準試験体の底面エコー高さが80%となるように設定されている。   The probe 2 is connected to the ultrasonic transmitter / receiver 3 by wire or wirelessly. The ultrasonic transmitter / receiver 3 includes a pulse oscillating unit 31, a receiving unit 32, and an amplifying unit 33. The pulse oscillating unit 31 transmits a pulse signal to the probe 2. The receiving unit 32 receives a detection signal (reflected wave signal) of an ultrasonic reflected wave received by the probe 2. The amplifying unit 33 amplifies the reflected wave signal with a predetermined amplification factor and transmits the amplified signal to the A / D converter 4. The A / D converter 4 digitizes the analog reflected wave signal received from the ultrasonic transceiver 3 and outputs the digital data to the arithmetic control device 5. The amplification factor of the amplification unit 33 of the ultrasonic transmitter / receiver 3 corresponds to the echo detection sensitivity. The reference sensitivity of the echo detection sensitivity is set so that the bottom surface echo height of the standard specimen is 80%.

演算制御装置5は、エコー測定機能部50と、ろう厚測定機能部70とを具備している。本実施形態では、エコー測定機能部50と厚測定機能部70は一つの演算制御装置5に備わっているが、これらは各々異なる演算制御装置に搭載されていても良い。演算制御装置5には、A/D変換器4と、演算制御装置5に対し情報を入力するためのキーボードなどの入力装置61と、演算制御装置5から処理結果を出力するためのディスプレイやプリンタなどの出力装置62とが接続されている。演算制御装置5は、いわゆるコンピュータであって、CPU(Central Processing Unit)と、CPUが実行するプログラムおよびこれらプログラムに使用されるデータを書き替え可能に記憶するEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)と、プログラム実行時にデータを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)とを含んで構成されている。   The arithmetic and control unit 5 includes an echo measurement function unit 50 and a solder thickness measurement function unit 70. In this embodiment, the echo measurement function unit 50 and the thickness measurement function unit 70 are provided in one arithmetic control device 5, but they may be mounted in different arithmetic control devices. The arithmetic control device 5 includes an A / D converter 4, an input device 61 such as a keyboard for inputting information to the arithmetic control device 5, and a display or printer for outputting processing results from the arithmetic control device 5. The output device 62 is connected. The arithmetic and control unit 5 is a so-called computer, and a CPU (Central Processing Unit), a program executed by the CPU, and an EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory) that stores data used for these programs in a rewritable manner. And a RAM (Random Access Memory) that temporarily stores data during program execution.

演算制御装置5では、CPUで所定のプログラムが実行されることにより、演算制御装置5を構成する各機能部の機能が実現される。演算制御装置5のエコー測定機能部50は、発振制御部51、エコー測定部52および記憶部53を備えている。また、ろう厚測定機能部70は、ろう厚演算部71、接合強度評価部72、第1記憶部73および第2記憶部74を備えている。これらの各機能部の処理内容については後述する。   In the arithmetic and control unit 5, the functions of the functional units constituting the arithmetic and control unit 5 are realized by executing a predetermined program by the CPU. The echo measurement function unit 50 of the arithmetic control device 5 includes an oscillation control unit 51, an echo measurement unit 52, and a storage unit 53. The brazing thickness measuring function unit 70 includes a brazing thickness calculation unit 71, a joint strength evaluation unit 72, a first storage unit 73, and a second storage unit 74. The processing contents of these functional units will be described later.

なお、上記構成の超音波式ろう厚測定装置1は、演算制御装置5のろう厚測定機能部70を除いて、市販されている超音波式検査装置と特別な差異はない。超音波式検査装置とは、例えば、超音波式探傷装置などの、被験体に超音波を入射し、その反射波の強さおよび位置などを測定する機能を備えた装置である。よって、ろう厚測定装置1は、前述の公知の超音波式検査装置に、演算制御装置5の厚測定機能部70としての機能を備えて構成することができる。超音波式検査装置については良く知られているので、これ以上の詳細な説明は省略する。   The ultrasonic soldering thickness measuring apparatus 1 having the above configuration is not different from a commercially available ultrasonic testing equipment except for the soldering thickness measuring function unit 70 of the arithmetic and control unit 5. The ultrasonic inspection apparatus is an apparatus having a function of making an ultrasonic wave incident on a subject and measuring the intensity and position of the reflected wave, such as an ultrasonic flaw detection apparatus. Therefore, the brazing thickness measuring apparatus 1 can be configured by adding the function as the thickness measuring function unit 70 of the arithmetic and control unit 5 to the above-described known ultrasonic inspection apparatus. Since the ultrasonic inspection apparatus is well known, further detailed description is omitted.

上記構成の超音波式ろう厚測定装置1を用いて被験体10のろう接接合部のろう厚測定を行なうにあたって、演算制御装置5に入力装置61を介して測定条件が入力される。測定条件には、被験体10のデータ、感度、第1の超音波の周波数、第2の超音波の周波数等が含まれる。被験体10のデータは、母材11,12の厚さ(接合面と直交する方向の大きさ)と、母材11,12およびろう材13の物性値(材質、密度、超音波の音速など)とを含んでいる。また、エコー検出感度は、前述の通り定められる。   When performing the brazing thickness measurement of the brazed joint portion of the subject 10 using the ultrasonic brazing thickness measuring apparatus 1 having the above-described configuration, measurement conditions are input to the arithmetic control device 5 via the input device 61. The measurement conditions include data of the subject 10, sensitivity, the frequency of the first ultrasonic wave, the frequency of the second ultrasonic wave, and the like. The data of the subject 10 includes the thickness of the base materials 11 and 12 (size in the direction orthogonal to the joint surface) and the physical property values of the base materials 11 and 12 and the brazing material 13 (material, density, ultrasonic sound velocity, etc.) ). The echo detection sensitivity is determined as described above.

ここで、第1の超音波の周波数(第1周波数f)と、第2の超音波の周波数(第2周波数f)について詳細に説明する。図2は探触子が受信する反射波の種類を説明する図である。図2に示すように、探触子2から被験体10へ接合面に対して垂直に超音波が入射すると、超音波の一部は第1の母材11とろう材13との接合界面で反射し、残部は透過する。透過した超音波は、ろう材13と母材12との接合界面で反射する。このため、超音波が母材11,12とろう材13との2つの接合界面で反射して、測定される反射波(以下、「界面エコーh」ともいう)のエコー高さ(以下、「界面エコー高さH」ともいう)は、これらの波の干渉の影響を受けて、ろう厚Tに依存して変化する。この界面エコーhの他、測定される反射波には、第1の母材11に入射する前に第1の母材11の表面で反射した表面反射波や、第1の母材11、ろう材13および第2の母材12を透過して第2の母材12の底面で反射した底面反射波などがある。界面エコーhと、表面反射波および底面反射波とは、到達時間差により区別することができる。 Here, the frequency of the first ultrasonic wave (first frequency f 1 ) and the frequency of the second ultrasonic wave (second frequency f 2 ) will be described in detail. FIG. 2 is a diagram for explaining the types of reflected waves received by the probe. As shown in FIG. 2, when an ultrasonic wave is incident on the subject 10 from the probe 2 perpendicular to the bonding surface, a part of the ultrasonic wave is at the bonding interface between the first base material 11 and the brazing material 13. Reflected and the remainder transmitted. The transmitted ultrasonic waves are reflected at the bonding interface between the brazing material 13 and the base material 12. For this reason, the ultrasonic wave is reflected at the two joining interfaces of the base materials 11 and 12 and the brazing material 13 and the echo height (hereinafter referred to as “interface echo h”) of the reflected wave (hereinafter also referred to as “interface echo h”) is measured. The interface echo height H ”is also affected by the interference of these waves and varies depending on the solder thickness T. In addition to the interface echo h, the reflected wave to be measured includes a surface reflected wave reflected on the surface of the first base material 11 before entering the first base material 11, the first base material 11, and the wax. There is a bottom surface reflected wave transmitted through the material 13 and the second base material 12 and reflected by the bottom surface of the second base material 12. The interface echo h can be distinguished from the surface reflected wave and the bottom reflected wave by the arrival time difference.

探触子2からろう材13が介在する2面間に垂直入射された超音波の、ろう材13の透過率rは次に示す数式1で求めることができる。この数式1では、母材11,12とろう材13との2つの接合界面でそれぞれ音圧と速度が連続であると仮定している。そして、数式1と次に示す数式2を利用して、母材11,12およびろう材13の物性値と、第1周波数f又は第2周波数fと、入射波の強さとから、界面エコー高さH(反射波の強さ)を求めることができる。 The transmittance r of the brazing material 13 of the ultrasonic wave perpendicularly incident between the two surfaces where the brazing material 13 is interposed from the probe 2 can be obtained by the following formula 1. In Equation 1, it is assumed that the sound pressure and the velocity are continuous at the two joining interfaces of the base materials 11 and 12 and the brazing material 13. Then, using Formula 1 and Formula 2 shown below, from the physical property values of the base materials 11 and 12 and the brazing material 13, the first frequency f 1 or the second frequency f 2, and the intensity of the incident wave, the interface The echo height H (the intensity of the reflected wave) can be obtained.

Figure 0005649433
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上記数式1中、Z1は母材11の音響インピーダンス、Z2は母材12の音響インピーダンス、Z3はろう材13の音響インピーダンス、Tはろう厚、kは2π/λ(λはろう材13中の波長)をそれぞれ表している。なお、音響インピーダンスZは、式[Z=CL×ρ]に基づき、材料中の縦波音速CLと密度ρから求めることができる。また、上記数式2中、rはろう付部の反射率、Hはろう付部のエコー高さ(反射波の強さ)、r0は対比試験片での反射率、H0は対比試験片のエコー高さをそれぞれ表している。 In Equation 1, Z 1 is the acoustic impedance of the base material 11, Z 2 is the acoustic impedance of the base material 12, Z 3 is the acoustic impedance of the brazing material 13, T is the brazing thickness, and k is 2π / λ (λ is the brazing material). 13 represents the wavelength). The acoustic impedance Z can be obtained from the longitudinal wave sound velocity C L and the density ρ in the material based on the formula [Z = C L × ρ]. In the above formula 2, r is the reflectance of the brazed part, H is the echo height of the brazed part (the intensity of the reflected wave), r 0 is the reflectance of the comparison test piece, and H 0 is the comparison test piece. Represents the echo height.

図3に示すグラフ1には、界面エコー高さH(界面エコーhの最大エコー高さ)とろう厚Tの関係を示すエコー高さ−ろう厚曲線の一例が示されている。このエコー高さ−ろう厚曲線は、数式1,2の連立方程式に、母材11,12およびろう材13の物性値と、第1周波数f又は第2周波数fと、対比試験片のエコー高さを代入して得られる。ここで、母材はステンレス鋼であり、ろう材は金ろうである。グラフ1中、鎖線は超音波の周波数が5MHzのときのエコー高さ−ろう厚曲線を示し、実線は超音波の周波数が10MHzのときのエコー高さ−ろう厚曲線を示している。周波数が5MHzのときのエコー高さ−ろう厚曲線は、ろう厚が0μmから約180μmの間はろう厚Tの増大に伴ってエコー高さが0%から約20%まで増加し、ろう厚Tが約180μmから約360μmの間はろう厚Tの増大に伴ってエコー高さが約20%から0%まで減少し、以上のエコー高さの増加と減少からなる1サイクルをろう厚の増加に伴って繰り返している。また、周波数が10MHzのときのエコー高さ−ろう厚曲線は、ろう厚が0μmから約90μmの間はろう厚Tの増大に伴ってエコー高さが0%から約20%まで増加し、ろう厚Tが約90μmから約180μmの間はろう厚Tの増大に伴ってエコー高さが約20%から0%まで減少し、以上のエコー高さの増加と減少からなる1サイクルをろう厚の増加に伴って繰り返している。周波数が5MHzのときのエコー高さ−ろう厚曲線の変動の1サイクルは、周波数が10MHzのときのエコー高さ−ろう厚曲線の変動の1サイクルの2倍である。 Graph 1 shown in FIG. 3 shows an example of an echo height-wax thickness curve showing the relationship between the interface echo height H (the maximum echo height of the interface echo h) and the braze thickness T. This echo height-wax thickness curve is obtained by adding the physical properties of the base materials 11, 12 and the brazing material 13, the first frequency f 1 or the second frequency f 2 , Obtained by substituting the echo height. Here, the base material is stainless steel, and the brazing material is gold brazing. In graph 1, the chain line indicates an echo height-wax thickness curve when the ultrasonic frequency is 5 MHz, and the solid line indicates an echo height-wax thickness curve when the ultrasonic frequency is 10 MHz. The echo height-wax thickness curve when the frequency is 5 MHz shows that the echo height increases from 0% to about 20% as the braze thickness T increases while the braze thickness is between 0 μm and about 180 μm. Is about 180 μm to about 360 μm, the echo height decreases from about 20% to 0% as the wax thickness T increases, and one cycle consisting of the above increase and decrease of the echo height increases the wax thickness. It repeats with it. Further, the echo height-wax thickness curve when the frequency is 10 MHz shows that the echo height increases from 0% to about 20% as the wax thickness T increases when the wax thickness is between 0 μm and about 90 μm. When the thickness T is about 90 μm to about 180 μm, the echo height decreases from about 20% to 0% as the wax thickness T increases, and one cycle consisting of the above increase and decrease of the echo height is reduced by one cycle. It repeats with the increase. One cycle of the fluctuation of the echo height-wax thickness curve when the frequency is 5 MHz is twice the cycle of the fluctuation of the echo height-wax thickness curve when the frequency is 10 MHz.

上述の通り、界面エコー高さHはろう厚Tの増加に伴って周期的に変動し、その変動周期は超音波の周波数により異なる。この特性を利用すれば、複数の異なる周波数の超音波を被験体10に入射して界面エコー高さHを測定することにより、ろう厚Tを特定することが可能である。なお、本実施形態では、被験体10に入射する超音波の周波数は2種類であるが、超音波の周波数は2種類以上であればよい。超音波の周波数の種類が増えるほど測定誤差が生じにくくなると共に、より高精度にろう厚Tを測定することが可能となる。但し、使用する探触子2の構造や測定時間を考慮すれば、発振できる超音波の周波数は数種類が適当である。なお、測定される界面エコー高さHはろう厚Tの増加に伴って周期的に変動することから、用いる周波数が1種類であると、ろう厚Tの特定に誤りが生じるおそれがあり好ましくない。また、特に、干渉による界面エコー高さHの変化が数%と小さい母材とろう材の組み合わせである場合に、超音波の周波数が1種類であると測定されるろう厚Tが界面エコー高さHの測定誤差の影響を大きく受けるおそれがあり好ましくない。このような理由から、超音波の周波数は2種類以上でなければならない。   As described above, the interface echo height H periodically varies as the wax thickness T increases, and the variation period varies depending on the frequency of the ultrasonic waves. If this characteristic is used, it is possible to specify the brazing thickness T by measuring the interface echo height H by entering a plurality of ultrasonic waves having different frequencies into the subject 10. In the present embodiment, there are two types of frequencies of ultrasonic waves incident on the subject 10, but two or more types of ultrasonic frequencies may be used. As the types of ultrasonic frequencies increase, measurement errors are less likely to occur, and the wax thickness T can be measured with higher accuracy. However, considering the structure of the probe 2 used and the measurement time, several types of ultrasonic frequencies that can be oscillated are appropriate. Note that the measured interface echo height H periodically varies with an increase in the brazing thickness T. Therefore, if one frequency is used, an error may occur in the identification of the brazing thickness T, which is not preferable. . In particular, when the change in the interface echo height H due to interference is a combination of a base material and a brazing material as small as several percent, the brazing thickness T measured as one type of ultrasonic frequency is the interface echo height. The measurement error of the height H may be greatly affected, which is not preferable. For this reason, the ultrasonic frequency must be at least two types.

また、超音波の第1周波数fと第2周波数fとは、その超音波の波長よりもろう厚Tが薄くなるように定められる。第1周波数fおよび第2周波数fは、その波長λが厚Tの2倍より大きくなる値(2T<λ)であることが好ましい。なお、ろう厚Tは測定対象であるが、被験体10のろう厚Tのおおよその値は設計されている。上記超音波の波長λとろう厚Tとの関係は、このような設計されたおおよそのろう厚Tに基づいて定められる。 Further, the first frequency f 1 and the second frequency f 2 of the ultrasonic wave are determined so that the wax thickness T is thinner than the wavelength of the ultrasonic wave. The first frequency f 1 and the second frequency f 2 are preferably values (2T <λ) at which the wavelength λ is greater than twice the thickness T. The solder thickness T is a measurement target, but the approximate value of the solder thickness T of the subject 10 is designed. The relationship between the wavelength λ of the ultrasonic wave and the solder thickness T is determined based on the designed approximate solder thickness T.

さらに、超音波の第1周波数fと第2周波数fとは、グラフ1に示すように、一方の周波数の超音波のエコー高さ−ろう厚曲線の変動の1サイクルに、他方の周波数の超音波のエコー高さ−ろう厚曲線の変動の1サイクルが2つ以上含まれる関係であることが好ましい。換言すれば、一方の周波数の超音波のエコー高さ−ろう厚曲線の変動の1サイクルが、他方の周波数の超音波のエコー高さ−ろう厚曲線の変動の1サイクルの2倍以上であることが好ましい。より望ましくは、グラフ1に示されるように、一方の周波数の超音波のエコー高さ−ろう厚曲線の変動の1サイクルが、他方の周波数の超音波のエコー高さ−ろう厚曲線の変動の1サイクルの2倍であることが好ましい。このような第1周波数fと第2周波数fの組み合わせの一例として、一方の周波数を5MHzとし他方の周波数をその2倍の10MHzとすることができる。他方の周波数が一方の周波数の2倍以上であれば、上記のような第1周波数fと第2周波数fとの関係にあてはまる。なお、エコー高さ−ろう厚曲線は母材11,12およびろう材13の物性値により異なるので、母材11,12とろう材13との組み合わせに応じて適宜第1周波数fと第2周波数fとの組み合わせが選択されることとなる。超音波の第1周波数fと第2周波数fとが上記関係を有することにより、測定された複数の界面エコー高さHから、ろう厚Tを特定することが容易となる。 Furthermore, as shown in the graph 1, the first frequency f 1 and the second frequency f 2 of the ultrasonic wave are the other frequency in one cycle of the fluctuation of the echo height-wax thickness curve of the ultrasonic wave of one frequency. It is preferable that two or more cycles of fluctuation of the ultrasonic echo height-wax thickness curve are included. In other words, one cycle of the ultrasonic echo height-wax thickness curve fluctuation of one frequency is more than twice the one cycle of the ultrasonic echo height-wax thickness curve of the other frequency. It is preferable. More preferably, as shown in Graph 1, one cycle of the ultrasonic echo height-wax thickness curve variation of one frequency is equivalent to one cycle of the ultrasonic echo height-wax thickness curve variation of the other frequency. It is preferably twice as long as one cycle. As an example of such a combination of the first frequency f 1 and the second frequency f 2 , one frequency can be 5 MHz, and the other frequency can be 10 MHz, which is twice that frequency. If the other frequency is twice or more of the one frequency, the relationship between the first frequency f 1 and the second frequency f 2 is satisfied. Since the echo height-brazing thickness curve varies depending on the physical properties of the base materials 11 and 12 and the brazing material 13, the first frequency f 1 and the second frequency are appropriately set according to the combination of the base materials 11 and 12 and the brazing material 13. so that the combination of the frequency f 2 is selected. By having the above relationship between the first frequency f 1 and the second frequency f 2 of the ultrasonic wave, it becomes easy to specify the brazing thickness T from the plurality of measured interface echo heights H.

次の表1に示すテーブル1は、複数の異なる周波数(5MHzと10MHz)の超音波の界面エコー高さHとろう厚Tとの相関関係を示すエコー高さ−ろう厚情報の一例である。テーブル1では、列が10MHzの超音波の界面エコー高さH(%)を表し、行が5MHzの超音波の界面エコー高さH(%)を表し、行列の成分がろう厚T(μm)を表している。テーブル1を参照して、例えば、測定された10MHzの超音波の界面エコー高さHが13%であり、測定された5MHzの超音波の界面エコー高さHが19%であるときには、ろう厚Tは130−160μmである。   Table 1 shown in the following Table 1 is an example of echo height-wax thickness information indicating the correlation between the interface echo height H and the braze thickness T of ultrasonic waves having different frequencies (5 MHz and 10 MHz). In Table 1, the column represents the interface echo height H (%) of the ultrasonic wave of 10 MHz, the row represents the interface echo height H (%) of the ultrasonic wave of 5 MHz, and the component of the matrix is the wax thickness T (μm). Represents. Referring to Table 1, for example, when the measured interface echo height H of ultrasonic waves of 10 MHz is 13% and the measured interface echo height H of ultrasonic waves of 5 MHz is 19%, the brazing thickness T is 130-160 μm.

Figure 0005649433
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エコー高さ−ろう厚情報は、エコー高さ−ろう厚曲線に基づいて作成することができる。前述の通り、エコー高さ−ろう厚曲線は超音波の周波数、母材11,12の物性値、およびろう材13の物性値により変化するので、超音波の周波数と母材11,12とろう材13との組み合わせに応じてエコー高さ−ろう厚情報が作成される。エコー高さ−ろう厚情報は、超音波の周波数と母材11,12とろう材13との組み合わせに、予め行った実験で得られた実験値を加味して、作成することもできる。作成されたエコー高さ−ろう厚情報は、ろう厚測定機能部70の第1記憶部73に格納されて、後述するろう厚演算部71の処理で利用されるように設定される。   The echo height-wax thickness information can be created based on an echo height-wax thickness curve. As described above, the echo height-wax thickness curve changes depending on the ultrasonic frequency, the physical property values of the base materials 11 and 12, and the physical property value of the brazing material 13. The echo height-wax thickness information is created according to the combination with the material 13. The echo height-wax thickness information can be created by adding an experimental value obtained in an experiment conducted in advance to the combination of the ultrasonic frequency, the base materials 11 and 12 and the brazing material 13. The created echo height-wax thickness information is stored in the first storage unit 73 of the braze thickness measurement function unit 70 and set so as to be used in the processing of the brazing thickness calculation unit 71 described later.

ここで、図6を参照しながら、被験体10のろう接接合部のろう厚測定の流れを説明する。前述の通り測定条件を演算制御装置5に入力し、被験体10を水槽7に沈めた後、探触子2を所望の測定点に位置させる。そして、探触子2を作動させて、第1周波数fの超音波の反射エコー測定を開始する(ステップS1)。演算制御装置5の発振制御部51は、測定条件に基づいて、超音波の第1周波数fなどの情報を含むパルス生成指令を超音波送受信器3へ送信する。超音波送受信器3のパルス発振部31は、パルス生成指令に基づきパルスを発振する。超音波送受信器3のパルス発振部31が発振したパルス電圧が探触子2(詳細には、探触子2が備える振動素子)に加えられて、探触子2から第1周波数fの超音波(縦波)が発生する。探触子2から発生した超音波は、水槽7に湛えられた媒体(水)を介して被験体10の第1の母材11へ、接合面に対して垂直に入射する。 Here, the flow of the brazing thickness measurement of the brazed joint portion of the subject 10 will be described with reference to FIG. As described above, the measurement conditions are input to the arithmetic and control unit 5, and after the subject 10 is submerged in the water tank 7, the probe 2 is positioned at a desired measurement point. Then, the probe 2 is operated to start the reflected echo measurement of the ultrasonic wave having the first frequency f 1 (step S1). The oscillation control unit 51 of the arithmetic control device 5 transmits a pulse generation command including information such as the first frequency f 1 of the ultrasonic wave to the ultrasonic transceiver 3 based on the measurement conditions. The pulse oscillating unit 31 of the ultrasonic transceiver 3 oscillates a pulse based on a pulse generation command. A pulse voltage oscillated by the pulse oscillating unit 31 of the ultrasonic transceiver 3 is applied to the probe 2 (specifically, a vibration element included in the probe 2), and the probe 2 has the first frequency f 1 . Ultrasound (longitudinal wave) is generated. The ultrasonic wave generated from the probe 2 is incident on the first base material 11 of the subject 10 perpendicularly to the bonding surface through a medium (water) contained in the water tank 7.

探触子2は、前述のような反射波を受信(検出)し、反射波の検出信号を超音波送受信器3の受信部32へ送信する。この反射波信号は、超音波送受信器3の増幅部33で増幅されて、A/D変換器4でデジタルデータに変換されて、演算制御装置5へ出力される。演算制御装置5のエコー測定部52は、反射波信号のデジタルデータを処理して反射エコー高さを測定する。測定された第1の反射エコー高さデータ(反射波形情報)は記憶部53に格納される。以上が、第1周波数fの超音波の反射エコー測定動作の流れである。同様にして、ろう厚測定装置1で、第2周波数fの超音波の反射エコー測定動作を行い(ステップS2)、記憶部53に第2の反射エコー高さデータが格納される。 The probe 2 receives (detects) the reflected wave as described above, and transmits a detection signal of the reflected wave to the receiving unit 32 of the ultrasonic transceiver 3. The reflected wave signal is amplified by the amplifying unit 33 of the ultrasonic transceiver 3, converted into digital data by the A / D converter 4, and output to the arithmetic control device 5. The echo measurement unit 52 of the arithmetic and control unit 5 processes the digital data of the reflected wave signal and measures the height of the reflected echo. The measured first reflection echo height data (reflection waveform information) is stored in the storage unit 53. The above is the flow of the ultrasonic reflected echo measurement operation of the first frequency f 1 . Similarly, the ultrasonic measurement of the reflected echo of the second frequency f 2 is performed by the brazing thickness measuring apparatus 1 (step S 2), and the second reflected echo height data is stored in the storage unit 53.

上述のように第1周波数fの超音波の反射エコー測定と、第2周波数fの超音波の反射エコー測定が終わると、ろう厚測定機能部70のろう厚演算部71は、エコー測定機能部50の記憶部53に格納された第1および第2の反射エコー高さデータに基づいてろう厚Tを演算する。各反射エコー高さデータは、例えば、図4のグラフ2に示す受信波形として表すことができる。受信波形は、縦軸が反射エコー高さを示し、横軸がビーム路程(時間)を示すグラフ上に表される。 As described above, when the ultrasonic echo reflection measurement of the first frequency f 1 and the ultrasonic reflection echo measurement of the second frequency f 2 are finished, the solder thickness calculation unit 71 of the solder thickness measurement function unit 70 performs the echo measurement. Based on the first and second reflection echo height data stored in the storage unit 53 of the function unit 50, the wax thickness T is calculated. Each reflection echo height data can be expressed as, for example, a reception waveform shown in graph 2 of FIG. The received waveform is represented on a graph in which the vertical axis indicates the height of the reflected echo and the horizontal axis indicates the beam path length (time).

ろう厚演算部71は、まず、第1の反射エコー高さデータを記憶部53から読み出し、第1の反射エコー高さデータに含まれる界面エコーhの最大の反射エコー高さを第1の界面エコー高さHとして取得する(ステップS3)。例えば、図4のグラフ2に示す受信波形では、1つめの検出波が表面反射波であり、2つめの検出波が界面エコーhであり、この界面エコーhの最大の反射エコー高さが界面エコー高さHである。同様に、ろう厚演算部71は、第2の反射エコー高さデータを記憶部53から読み出し、第2の反射エコー高さデータに含まれる界面エコーhの最大の反射エコー高さを第2の界面エコー高さHとして取得する(ステップS4)。 The wax thickness calculation unit 71 first reads the first reflection echo height data from the storage unit 53, and determines the maximum reflection echo height of the interface echo h included in the first reflection echo height data as the first interface. acquiring echo as the height H 1 (step S3). For example, in the received waveform shown in graph 2 of FIG. 4, the first detected wave is a surface reflected wave, the second detected wave is an interface echo h, and the maximum reflected echo height of this interface echo h is the interface. The echo height is H. Similarly, the brazing thickness calculator 71 reads the second reflected echo height data from the storage unit 53, and determines the maximum reflected echo height of the interface echo h included in the second reflected echo height data as the second reflected echo height. obtaining a surface echo height H 2 (step S4).

続いて、ろう厚演算部71は、第1記憶部73からエコー高さ−ろう厚情報を読み出し(ステップS5)、このエコー高さ−ろう厚情報を参照して、第1の界面エコー高さHと第2の界面エコー高さHとの組み合わせからろう厚Tを特定する(ステップS6)。以上の流れで、算出されたろう厚Tは、例えば、ディスプレイなどの出力装置62に出力することができる。 Subsequently, the brazing thickness calculation unit 71 reads the echo height-wax thickness information from the first storage unit 73 (step S5), and refers to the echo height-brazing thickness information to determine the first interface echo height. The wax thickness T is specified from the combination of H 1 and the second interface echo height H 2 (step S6). With the above flow, the calculated wax thickness T can be output to the output device 62 such as a display, for example.

次に、接合強度評価部72は、算出されたろう厚Tに基づいて、ろう接の接合強度を算出する。接合強度とろう厚Tとの相関関係を示す接合強度−ろう厚情報は第2記憶部74に格納され、接合強度評価部72の処理で利用するように設定されている。ろう接の接合強度とろう厚Tとの関係は母材11,12とろう材13の組み合わせ、接合面積、およびろう厚Tにより定まる。そこで、接合強度−ろう厚情報は、母材11,12とろう材13の組み合わせおよび接合面積を定め、このときの接合強度とろう厚Tとの関係を試験的又は理論的に求めて、作成されている。接合強度−ろう厚情報は、例えば、図5に示すような、接合強度(せん断強さまたは引張強さ)とろう厚T(ろう付すきま)との関係である。なお、図5において、縦軸に示された突合せ継手の場合の引張強さまたは重ね継手の場合のせん断強さが接合強度と対応し、横軸に示されたろう付すきまがろう厚Tと対応している。   Next, the bonding strength evaluation unit 72 calculates the bonding strength of the brazing based on the calculated brazing thickness T. The bonding strength-wax thickness information indicating the correlation between the bonding strength and the brazing thickness T is stored in the second storage unit 74 and is set to be used in the processing of the bonding strength evaluation unit 72. The relationship between the brazing joint strength and the brazing thickness T is determined by the combination of the base materials 11 and 12 and the brazing material 13, the joining area, and the brazing thickness T. Therefore, the bonding strength-brazing thickness information is created by determining the combination of the base materials 11 and 12 and the brazing material 13 and the bonding area, and obtaining the relationship between the bonding strength and the brazing thickness T at this time experimentally or theoretically. Has been. The bonding strength-brazing thickness information is, for example, the relationship between the bonding strength (shear strength or tensile strength) and the brazing thickness T (brazing gap) as shown in FIG. In FIG. 5, the tensile strength in the case of the butt joint shown on the vertical axis or the shear strength in the case of the lap joint corresponds to the bonding strength, and the brazing clearance shown on the horizontal axis corresponds to the brazing thickness T. doing.

接合強度評価部72は、第2記憶部74から接合強度−ろう厚情報を読み出し(ステップS7)、この接合強度−ろう厚情報を参照して、算出されたろう厚Tから接合強度を特定する(ステップS8)。このように算出された接合強度は、例えば、ディスプレイなどの出力装置62にろう厚Tとともに表示されるように出力することができる。   The joint strength evaluation unit 72 reads the joint strength-wax thickness information from the second storage unit 74 (step S7), and refers to the joint strength-brax thickness information to identify the joint strength from the calculated braze thickness T ( Step S8). The joint strength calculated in this way can be output so as to be displayed together with the wax thickness T on an output device 62 such as a display, for example.

さらに、接合強度評価部72は、算出された接合強度から、接合の良・不良を評価する。例えば、図5に表されるように、接合強度に或しきい値αが設定され、このしきい値αを境界として接合良範囲と接合不良範囲とが定められている。すなわち、接合強度がしきい値α以上の範囲は接合良範囲であり、接合強度がしきい値αに満たない範囲は接合不良範囲である。このしきい値αは、第2記憶部74に格納される接合強度−ろう厚情報に含まれていてもよいし、測定毎に入力装置61で測定条件の一つとして入力されてもよい。   Further, the bonding strength evaluation unit 72 evaluates the bonding quality from the calculated bonding strength. For example, as shown in FIG. 5, a certain threshold value α is set for the bonding strength, and a good bonding range and a poor bonding range are determined with the threshold value α as a boundary. That is, the range in which the bonding strength is equal to or higher than the threshold value α is a good bonding range, and the range in which the bonding strength is less than the threshold value α is a poor bonding range. This threshold value α may be included in the joint strength-wax thickness information stored in the second storage unit 74, or may be input as one of the measurement conditions by the input device 61 for each measurement.

接合強度評価部72は、算出された接合強度としきい値αとを比較し(ステップS9)、接合強度がしきい値α以上のときは接合良と評価し(ステップS10)、接合強度がしきい値αに満たないときは接合不良と評価する(ステップS11)。この接合良又は不良の評価結果は、例えば、ディスプレイなどの出力装置62にろう厚Tおよび接合強度とともに表示されるように出力することができる。   The bonding strength evaluation unit 72 compares the calculated bonding strength with the threshold value α (step S9), and evaluates that the bonding strength is good when the bonding strength is equal to or higher than the threshold value α (step S10). If it is less than the threshold value α, it is evaluated as a bonding failure (step S11). The evaluation result of good or bad joining can be output so as to be displayed together with the brazing thickness T and the joining strength on an output device 62 such as a display.

上述の通り、本実施形態に係るろう厚測定装置1を用いたろう厚測定方法では、予め界面エコー高さHとろう材13の厚さとの相関関係を示すエコー高さ−ろう厚情報を作成しておき、複数の周波数の超音波の各々につき、探触子2が発振して受信した超音波の反射エコー高さを測定し(ステップS1,2)、測定された反射エコー高さより得られる複数の界面エコー高さHからろう材13の厚さを算出している(ステップS3,4,5,6)。このようにして、非破壊でろう接された母材間のろう材の厚さを測定することができる。しかも、ろう材の厚さを測定するにあたって超音波の減衰を利用しないので、母材とろう材との超音波の減衰率が比較的小さくても、ろう材の厚さを測定することができる。さらに、母材とろう材の物性値を用いれば、既知の対比試験片などを利用することなく、ろう材の厚さを測定することができる。   As described above, in the solder thickness measuring method using the solder thickness measuring apparatus 1 according to the present embodiment, echo height-wax thickness information indicating the correlation between the interface echo height H and the thickness of the brazing material 13 is created in advance. In addition, for each of the ultrasonic waves having a plurality of frequencies, the height of the reflected echo of the ultrasonic wave oscillated and received by the probe 2 is measured (steps S1 and S2), and a plurality obtained from the measured reflected echo height. The thickness of the brazing material 13 is calculated from the interface echo height H (steps S3, 4, 5, 6). In this way, the thickness of the brazing material between the non-destructive brazed base materials can be measured. Moreover, since the ultrasonic attenuation is not used in measuring the thickness of the brazing material, the thickness of the brazing material can be measured even if the ultrasonic attenuation rate between the base material and the brazing material is relatively small. . Furthermore, if the physical property values of the base material and the brazing material are used, the thickness of the brazing material can be measured without using a known contrast test piece.

以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更を行うことが可能である。   The preferred embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes can be made as long as they are described in the claims. is there.

例えば、上述の実施形態では、第1周波数fの超音波の反射エコー測定動作を行ってから、第2周波数fの超音波の反射エコー測定動作を行っているが、反射エコー測定の流れはこれに限定されない。例えば、第1周波数fの超音波と第2周波数fの超音波とを所定の間隔をおいて発振して反射エコー測定を行い、1つの反射エコー高さデータを得て、1つの反射エコー高さデータから第1の界面エコー高さHと第2の界面エコー高さHを得ることもできる。つまり、反射エコー測定の手段及び方法は、異なる種類の周波数の超音波の界面エコー高さをそれぞれ取得することができるものであれば、上記実施形態に限定されない。 For example, in the above-described embodiment, the ultrasonic reflected echo measurement operation of the second frequency f 2 is performed after the ultrasonic reflected echo measurement operation of the first frequency f 1 is performed. Is not limited to this. For example, an ultrasonic wave of the first frequency f 1 and an ultrasonic wave of the second frequency f 2 are oscillated at a predetermined interval to perform reflection echo measurement to obtain one reflection echo height data and one reflection. The first interface echo height H 1 and the second interface echo height H 2 can also be obtained from the echo height data. That is, the means and method for reflection echo measurement are not limited to the above-described embodiment as long as they can acquire the interface echo heights of ultrasonic waves of different types.

また、上述の実施形態では、超音波式ろう厚測定装置1は探触子と被験体とを水没させる全没水浸法を採用しているが、母材11の超音波の入射面と探触子の間だけ局部的に水を介在させる局部水浸法を採用してもかまわない。さらに、高精細且つ誤差の少ない探傷を行うために水浸法を用いることが望ましいが、被験体10の状況によっては水浸法を採用しなくともよい。   In the above-described embodiment, the ultrasonic soldering thickness measurement apparatus 1 employs the total immersion method in which the probe and the subject are submerged. You may employ | adopt the local water immersion method which interposes water locally only between a touch element. Further, although it is desirable to use the water immersion method in order to perform flaw detection with high definition and little error, the water immersion method may not be used depending on the condition of the subject 10.

さらに、上述の実施形態では、超音波式ろう厚測定装置1が備える探触子2は、点集束型探触子である。但し、これに代えて、他の種類の探触子を用いることが可能である。   Furthermore, in the above-described embodiment, the probe 2 provided in the ultrasonic solder thickness measuring apparatus 1 is a point focusing probe. However, instead of this, other types of probes can be used.

また、上述の実施形態では、ろう厚測定装置1で測定されたろう厚Tは母材11,12間の接合強度の評価に利用されているが、ろう厚Tはその他にも利用することができる。例えば、測定されたろう厚Tをろう材13の超音波探傷に利用することができる。ろう材13の欠陥を超音波探傷する場合には、超音波を被験体10に入射し、得られた反射エコー高さとしきい値とを比較して、欠陥の有無を判断する。このときのしきい値をろう材の厚さ基づいて定めることができる。   In the above-described embodiment, the brazing thickness T measured by the brazing thickness measuring device 1 is used for evaluating the bonding strength between the base materials 11 and 12, but the brazing thickness T can be used for other purposes. . For example, the measured brazing thickness T can be used for ultrasonic flaw detection of the brazing material 13. When ultrasonic flaw detection is performed for a defect in the brazing material 13, the ultrasonic wave is incident on the subject 10, and the obtained reflection echo height is compared with a threshold value to determine the presence or absence of the defect. The threshold value at this time can be determined based on the thickness of the brazing material.

なお、超音波式ろう厚測定装置1の測定対象であるろう厚は、ろう付された母材11,12間のろう材13のろう厚Tに限られない。本発明に係るろう厚測定装置および方法によれば、はんだ付された母材間のろう材(はんだ)の厚さを測定することもできる。さらに、本発明に係るろう厚測定装置および方法によれば、母材間に水などの媒体で満たされた微小間隙がある場合に、この微小間隙の大きさを測定することもできる。   The brazing thickness that is a measurement target of the ultrasonic brazing thickness measuring apparatus 1 is not limited to the brazing thickness T of the brazing material 13 between the brazed base materials 11 and 12. According to the brazing thickness measuring apparatus and method according to the present invention, the thickness of the brazing material (solder) between the soldered base materials can also be measured. Furthermore, according to the brazing thickness measuring apparatus and method according to the present invention, when there is a minute gap filled with a medium such as water between the base materials, the size of the minute gap can also be measured.

本発明は、ろう接された母材間のろう材の厚さを測定するために有用である。さらに、本発明を応用させて、母材間に水などの媒体で満たされた微小間隙がある場合に、この微小間隙の大きさを測定することもできる。   The present invention is useful for measuring the thickness of a brazing material between brazed base materials. Furthermore, by applying the present invention, when there is a minute gap filled with a medium such as water between the base materials, the size of the minute gap can be measured.

1 超音波式ろう厚測定装置
2 探触子
3 超音波送受信器
4 A/D変換器
5 演算制御装置
7 水槽
10 被験体
11,12 母材
13 ろう材
50 エコー測定機能部
51 発振制御部
52 エコー測定部
53 記憶部
61 入力装置
62 出力装置
70 厚測定機能部
71 ろう厚演算部
72 接合強度評価部
73 第1記憶部
74 第2記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic brazing | wax thickness measuring apparatus 2 Probe 3 Ultrasonic transmitter / receiver 4 A / D converter 5 Arithmetic controller 7 Water tank 10 Subject 11, 12 Base material 13 Brazing material 50 Echo measurement function part 51 Oscillation control part 52 Echo measurement unit 53 Storage unit 61 Input device 62 Output device 70 Thickness measurement function unit 71 Brazing thickness calculation unit 72 Bond strength evaluation unit 73 First storage unit 74 Second storage unit

Claims (8)

ろう接された母材間のろう材の厚さを測定するろう厚測定装置であって、
複数の周波数の超音波の発振と受信が可能な超音波探触子と、
前記複数の周波数の超音波の各々につき、前記超音波探触子が発振して受信した超音波のエコー高さを測定するエコー測定部と、
前記複数の周波数の超音波の前記母材と前記ろう材の2つの接合界面で反射した超音波の界面エコー高さと前記ろう材の厚さとの相関関係を示すエコー高さ−ろう厚情報を格納した第1の記憶部と、
前記エコー高さ−ろう厚情報を用いて、測定された前記エコー高さより得られる前記複数の界面エコー高さから前記ろう材の厚さを算出するろう厚演算部とを備える、ろう厚測定装置。
A brazing thickness measuring device for measuring a brazing material thickness between brazed base materials,
An ultrasonic probe capable of oscillating and receiving ultrasonic waves of multiple frequencies;
For each of the ultrasonic waves of the plurality of frequencies, an echo measurement unit that measures the echo height of the ultrasonic wave that is received by the ultrasonic probe being oscillated,
Stores echo height-wax thickness information indicating the correlation between the ultrasonic interface echo height reflected by two joint interfaces between the base material and the brazing material of the ultrasonic waves of the plurality of frequencies and the brazing material thickness. The first storage unit
A brazing thickness measuring device comprising: a brazing thickness calculation unit that calculates the brazing material thickness from the plurality of interface echo heights obtained from the measured echo height using the echo height-brazing thickness information .
前記複数の周波数は、少なくとも第1の周波数とこれよりも大きい第2の周波数とを含み、前記第1の周波数の超音波の界面エコー高さのろう材の厚さの増加に伴う変動サイクルが、前記第2の周波数の超音波の界面エコー高さのろう材の厚さの増加に伴う変動サイクルの2倍以上である、請求項1に記載のろう厚測定装置。   The plurality of frequencies include at least a first frequency and a second frequency that is higher than the first frequency, and a fluctuation cycle associated with an increase in the thickness of the brazing filler metal at the ultrasonic interface echo height of the first frequency. The solder thickness measuring device according to claim 1, wherein the thickness of the interface echo height of the ultrasonic wave of the second frequency is at least twice the fluctuation cycle accompanying the increase in the thickness of the brazing filler metal. 前記複数の周波数は、少なくとも第1の周波数とこれよりも大きい第2の周波数とを含み、前記第2の周波数は前記第1の周波数の2倍以上である、請求項1に記載のろう厚測定装置。   2. The wax thickness according to claim 1, wherein the plurality of frequencies includes at least a first frequency and a second frequency that is higher than the first frequency, and the second frequency is at least twice the first frequency. measuring device. 前記エコー高さ−ろう厚情報は、前記複数の周波数、前記母材の物性値および前記ろう材の物性値、又は、これらに加えて実験値に基づいている、請求項1から3のいずれか一項に記載のろう厚測定装置。   The echo height-brazing thickness information is based on the plurality of frequencies, the physical property value of the base material and the physical property value of the brazing material, or in addition to these, an experimental value. The solder thickness measuring apparatus according to one item. ろう接された母材間のろう材の厚さを測定するろう厚測定方法であって、
複数の周波数の超音波の各々につき、超音波探触子が発振して受信した超音波のエコー高さを測定するステップと、
複数の周波数の超音波の界面エコー高さと前記ろう材の厚さとの相関関係を示すエコー高さ−ろう厚情報を作成するステップと、
前記エコー高さ−ろう厚情報を用いて、測定された前記エコー高さより得られる前記複数の界面エコー高さから前記ろう材の厚さを算出するステップとを含む、ろう厚測定方法。
A brazing thickness measuring method for measuring a brazing material thickness between brazed base materials,
Measuring the echo height of the ultrasonic wave received and oscillated by the ultrasonic probe for each of the ultrasonic waves of a plurality of frequencies;
Creating echo height-wax thickness information indicative of the correlation between the interface echo height of ultrasonics at multiple frequencies and the thickness of the brazing material;
Calculating the thickness of the brazing material from the plurality of interface echo heights obtained from the measured echo height using the echo height-wax thickness information.
前記複数の周波数は、少なくとも第1の周波数とこれよりも大きい第2の周波数とを含み、前記第1の周波数の超音波の界面エコー高さのろう材の厚さの増加に伴う変動サイクルが、前記第2の周波数の超音波の界面エコー高さのろう材の厚さの増加に伴う変動サイクルの2倍以上である、請求項5に記載のろう厚測定方法。   The plurality of frequencies include at least a first frequency and a second frequency that is higher than the first frequency, and a fluctuation cycle associated with an increase in the thickness of the brazing filler metal at the ultrasonic interface echo height of the first frequency. The solder thickness measuring method according to claim 5, wherein the ultrasonic wave has an interface echo height of the second frequency at least twice as long as a fluctuation cycle associated with an increase in the thickness of the brazing material. 前記複数の周波数は、少なくとも第1の周波数とこれよりも大きい第2の周波数とを含み、前記第2の周波数は前記第1の周波数の2倍以上である、請求項5に記載のろう厚測定方法。   The wax thickness according to claim 5, wherein the plurality of frequencies include at least a first frequency and a second frequency higher than the first frequency, and the second frequency is at least twice the first frequency. Measuring method. 前記エコー高さ−ろう厚情報を作成するステップは、前記複数の周波数、前記母材の物性値および前記ろう材の物性値、又は、これらに加えて実験値に基づいて前記エコー高さ−ろう厚情報を作成する、請求項5から7のいずれか一項に記載のろう厚測定方法。   The step of creating the echo height-wax thickness information includes the step of creating the echo height-wax based on the plurality of frequencies, the physical property value of the base material and the physical property value of the brazing material, or in addition to these experimental values. The solder thickness measuring method according to any one of claims 5 to 7, wherein the thickness information is created.
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