JPS5914188B2 - 抵抗点溶接部の超音波検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は抵抗溶接部の超音波検査装置に関す５ るも
のである。

一般にスポット溶接部の超音波による非破壊検査は溶接
工程と別の工程を設けて行ない、超音波探傷器を使用し
、探触子を溶接部に当ててブラウン管上に表われる多重
反射波形を観測して溶接状１０態を判定していたため、
検査に多くの時間を費するとともに、定量的な判定方法
でないため検査員による判定の差を生じる欠点があつた
。

また、溶接中にイン・プロセスで超音波により非破壊検
査を行なう従来の方法は、一対の電極の１５−方に発信
用の振動子、他方に受信用の振動子を装着し、溶接部に
超音波を透過させ、超音波の透過量の変化をブラウン管
上で観測するものであつた（透過法）。

この方法により、検査時間の低減と、検査の信頼性は飛
躍的に向上したが、発信・ク０ 受信用２ケの振動子が
必要なこと、またシリーズスポット溶接のように、電極
が片側だけにあるものに対して適用できないという欠点
がある。また、他の方法として電極の一方側に送・受信
用の振動子を装着し、反射法により非破壊検査を２５行
なう振動子反射法もあるが、この方法では振動子を片付
けた側の電極の先端面、あるいは、被溶接材と電極との
接触面における反射波を利用しているため、溶接状態を
判定する精度が著しく低いものであつた。９０そこで、
このような問題点を改善する方法として、一方の電極に
送受信兼用の振動子を装着してパルス状の超音波を送出
させ、他方の電極にもうけた超音波反射面で反射された
超音波を検知し、その波高値の変化を検出して、溶接状
態を定量的３５に判定するようにしたものが開発されて
いる。

まず上記従来の超音波検査装置について説明する。に０
− 第１図は従来の超音波検査装置の溶接時における、電極
、超音波振動子および被溶接材の配置と超音波の進行状
態を示す図、第２図は振動子に検知されブラウン管上に
示された、多重反射波形を示す図で、１は電極、２は送
受信兼用の超音波振動子で、電極１に穿設された孔３の
内端面３１に装着される。

４は電極１に対向する他方の電極、５は電極４に穿設さ
れた孔、５１は孔５の内端面で超音波反射面を形成する
。

６は電極１の先端面、７は電極４の先端面、８および９
はそれぞれ被溶接材、１０は被溶接材８，９の接触面、
１１は被溶接材８の電極１の先端面６との接触面、１２
は被爵接材９の電極４の先端面７との接触面、１３は超
音波振動子２を駆動し、また超音波振動子２に超音波反
射波が入力した際変換される電気信号を検出する送受信
装置である。

Ｔは送信波、Ｂ１は送信波Ｔが接触面１０，１１および
１２においてそれぞれ反射した反射波が合成され、振動
子２に入力された第１の反射波、Ｂ２は第１の反射波Ｂ
１が電極１の孔３の内端面３１で反射したのち再び電極
４の方向に進行し、接触面１１および１２でそれぞれ反
射され合成された第２の反射波、Ｃは進行波Ｔのうち接
触面１０，１１および１２を透過した超音波が超音波反
射面５１で反射された後に再び接触面１０，１１および
１２を透過して振動子２に到達した反射波である。第１
の反射波Ｂ１の主成分は接触面１１および電極１の先端
面６よりの反射波であり、通電時間の時間経過につれて
接触面１１と電極１の接触状態がよくなること及び接触
面積が増加するため反射波Ｂ１は単調に減少する。

また反射波Ｂ２は反射波Ｂ１とほぼ相似的な変化をする
。一方、反射面５１よりの反射波Ｃは、洛接部を２度通
過するため、被溶接材８，９の温度上昇による物注変化
の影響を受けるので、反射波Ｂ，，Ｂ２のように単調な
変化はしない。

第３図は溶接時間と反射波Ｃの波高値との関係を示す図
で、溶接電流が流れ初める時間Ｔ。

からある時点ｔ１まで、溶接時間の時間経過と共に反射
波Ｃの波高値は単調に増加する。この理由は溶接時・間
の経過とともに接触面１０，１１および１２の温度が上
昇し、接触状態が良くなるためである。さらに爵接時間
が経過すると時点ｔ１から時点Ｔ２まで間に急激に減少
する。溶接部の断面を検査すると、時点ｔ１から時点Ｔ
２に至る過程において微少な溶融部（ナゲツト）が形成
され始めている。すなわち、時点ｔ１から時点Ｔ２への
変化は、接合面１０附近の金属が固相から液相に転相す
る場合の超音波の急激な減衰によるものと考えられる。
従つてこの時点Ｔ２を検出することにより、溶融部の形
成の有無を検知することができる。さらに通電時間が経
過すると反射波Ｃの尖頭値は再び増加し、時点Ｔ３で通
電が終了する。第３図は反射波Ｃの通電時間終了時点Ｔ
３における尖頭値Ｈ２と、時点Ｔ２における尖頭値Ｈ１
との差Ｈ２−Ｈ１と溶融部径との関係を示す図で、両者
の間には良い相関関係が得られている。

したがつて反射波Ｃをゲート回路により選択的に検出し
通電時間終了時Ｔ３の反射波の尖頭値Ｈ２と時点Ｔ２に
おける尖頭値Ｈ１とを検出し、その差Ｈ２−Ｈ，を求め
ることにより形成される溶融部の径を知ることができる
ので、このことから溶接部分の良否について信頼性の高
い推定をすることができる。ところで従来の抵抗溶接部
の超音波検査方法であると、同一材質、板厚の被溶接材
を同一の電極で溶接条件を変えて溶接すると超音波透過
量の変化分Ｈ２−Ｈ，と溶融部の大きさ（面積）の関係
図は溶接条件によつて変化の大きいものとなる。

これは実験より明らかなことである。従つて従来の方法
であると后接条件が一定のもとで限つて超音波透過量の
変化分Ｈ２−Ｈ１と溶融部の大きさ（面積）の関係図は
有効であると言えよう。このように溶接条件等による超
音波透過量と溶融部の大きさ（面積）の関係図の変化を
少なくする必要があつた。

この発明はこのような問題点を改善するためになされた
ものであり以下この発明による超音波検査装置について
詳述する。

第４図において１４は溶融部、１５は通電時間開始信号
を受けると同時に超音波振動子２に電圧を間欠的に印加
してパルス状の超音波を送出させるための送信回路、１
６は超音波振動子２が超音波反射波を受信し電気信号に
変換した信号を増巾して出力する受信回路、１７はゲー
ト回路で、受信回路１６の出力電圧として電極４の超音
波反射面５１からの反射波の波高値を選択するための回
路、１８は受信回路１６の出力電圧の極小値を検出して
保持し、かつこの尖頭値Ｈ１を出力する検出・保持回路
、１９は溶接時間中に検出・保持回路１８から出力電圧
を表示する表示装置、２０は検出・保持回路１８から出
力電圧Ｈ１を受信したときのみ通電時間終了信号を受け
た時点の受信回路１６の出力電圧を保持し、かつこの尖
頭値Ｈ２を出力する保持回路、２１は検出・保持回路１
８の出力電圧Ｈ，と保持回路２０の出力゛亀圧Ｈ２との
差Ｈ２−Ｈ１を出力する差動増巾回路、２８は溶融部の
大きさを計算するのに必要な定数Ａ，Ｂ，Ｃ′を保持し
、出力する回路、２７は差動増巾回路２１からの出力Ｈ
２−Ｈ１と検出・保持回路１８からの出力Ｈ１と保持出
力回路２８からの出力Ａ２Ｂ，Ｃ′を基にして溶融部の
大きさを計算する演算回路、２２は上記演算回路２７の
演算結果を表示する表示装置である。

以上のように差信号Ｈ２−Ｈ１と極小値の尖頭値Ｈ，と
後で述べる被溶接の板厚・材質等により決定される定数
Ａ，Ｂ，Ｃ′により溶融部の大きさ（面積）を計算する
ことができる。

また、この方法によると溶接条件に依存するバラツキを
無くす事ができる。これは以下に説明する実１験例によ
り明らかである。

この一実施例である第５図は、従来と同様の方法で板厚
１．６ｍ７７！のＳｐｃｃ材を溶接条件イ，口，ハと変
えて溶接して得た超音波透過量の変化分Ｈ２−Ｈ，と爵
融部の大きさ（面積）の関係図である。第５図から明ら
かなように洛接条件（溶接竜流、加圧分）を変化させる
と超音波透過量Ｈ２Ｈｌと溶融部の大きさの関係は平行
移動した関係となる。すなわち、溶接条件（溶接電流、
加圧分）を変化させると超音波透過量の変化分Ｈ２−Ｈ
１が零の時の溶融部の大きさ（面積）はいろいろの値を
取ることになる。第６図は第５図のデータのうち超音波
透過量の変化分が零の時のＨ１の大きさとその時の溶融
部の大きさ（面積）の関係図である。

これより明らかなように極小点での超音波透過波の尖頭
値Ｈ，と癖融部の大きさは良い比例関係がある。第７図
は、上記第５図と第６図を１つの関係図としたものであ
る。

横軸に超音波透過量（相対イ旬、縦軸に？融部の大きさ
（面積）をとつてある。図中の直線二は、Ｈ１と極小点
での？融部の面積の関係を示しており、直線イ，口，ハ
等はＨ２−Ｈ１と溶融部の面積の関係を示している。す
なわち、超音波透過量と溶融部の大きさの関係は、極小
点に於いて溶接条件に依らず一対一に対応しているが、
極小点を過ぎてからは、溶接条件により直線イ，口，ハ
と分離する。上記第７図の関係を式で表わすと次式とな
る。

Ｓ−Ａ−Ｈ１＋Ｂ・（Ｈ２−Ｈ１）＋ＣＩ−（１）Ａ：
直線二の傾きであり、Ｈ２−Ｈ１−０での超音波透過量
Ｈ１に対する溶融部の面積の割合。

Ｂ：直線イ，口，ハ等の傾きであり、超音波透過量（Ｈ
２−Ｈ１）に対する溶融部の面積の増加分。

Ｃ：被溶接材に依存する定数。

このように上式を用いることにより、板厚、材質毎に上
記各定数Ａ，Ｂ，Ｃ′を予め求めておけば溶接条件等に
よるバラツキを少なくして溶融部の大きさを測定するこ
とができる。

この発明は、以上の説明により明らかなように、重ねら
れた被洛接材を両面から電極で挟み、加圧通電して溶接
するものにおいて、一方の電極に配設せる超音波振動子
を駆動してパルス状に超音波を送出させ、他方の電極に
形成せる反射面で被溶接材を通つて伝播して来た超音波
を反射させこの反射波が上記被爵接材を再び通つて上記
超音波振動子に戻つてきたのを超音波送出時の間に検出
し、この検出せる反射板の尖頭値の変化のうち、極小点
での反射波の尖頭値と、溶接電流終了時の反射波の尖頭
値と上記極小点での反射波の尖頭値との差の値等より、
上記被爵接材に形成される溶融部分の面積を算出できる
ようにしたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接装置の要部の構成と、その動作原理を説明
するための断面図、第２図は超音波振動子で検出された
超音波反射波の波形図、第３図はこの検査方法の情報媒
体である反射波Ｃの尖頭値の変化を示す特性図、第４図
はこの発明の一実施例の構成を示すプロツタ図、第５図
は爵接条件を変えた場合の反射波Ｃの変化量（Ｈ２−Ｈ
，）と被爵接材の爵融部（ＳＨ２−Ｈ１）の大きさとの
関係を示す図、第６図は溶接条件を変えた場合の反射波
Ｃの変化量と被爵接材の溶融部の大きさとの関係を示す
図、第７図は第５図と第６図に示した特性を１つにまと
めた特性図である。 図において１，４は電極、２は超音波振動子、３，５は
孔、５１は超音波反射面、８，９は被溶接材、１０，１
１，１２は超音波反射面を形成する各部材の接触面、１
３は送受信装置、１４は溶融部分、１５は送信回路、１
６は受信回路、１７はゲート回路、１８は検出保持回路
、１９，２２は表示装置、２０は保持回路、２１は差動
増巾回路、２７は演算回路、２８は保持・出力回路であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超音波振動子を取付けた電極と超音波反射面を形成
   した電極とで被溶接材を挾み、上記両電極間に上記被検
   材を通して溶接電流を通電するための装置と、上記振動
   子を駆動してパルス状に超音波を送出させるための送信
   回路と、上記超音波の送出休止時間内に上記超音波反射
   面からの超音波反射波を上記振動子により検知して電気
   信号として取り出す受信回路と、上記受信回路の出力信
   号から上記反射波検出に対する通電時間中における波高
   値の極小値を検出するとともに対応する電気信号Ｈ＿１
   を送出する第一の送出回路と、上記極小値を通過した後
   の上記出力信号の波高値を検出するとともに上記波高値
   に対応する電気信号Ｈ＿２を送出する第２の送出回路と
   、上記電気信号Ｈ＿１とＨ＿２の差信号Ｈ＿２−Ｈ＿１
   を出力する差動増巾回路とを備え上記第１の送出回路か
   らの電気信号Ｈ＿１と、上記差動増幅回路からの差信号
   Ｈ＿２−Ｈ＿１をもとにして上記被溶接材に形成される
   溶融部の大きさを求めるとともにその大きさの値から上
   記被溶接材の溶融状態の良否を判定するようにした抵抗
   点溶融部の超音波検査装置。