CN108026976B - 等速万向联轴器的外侧联轴器构件的制造方法及焊接部的超声波探伤检查方法 - Google Patents

等速万向联轴器的外侧联轴器构件的制造方法及焊接部的超声波探伤检查方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供等速万向联轴器(10、102)的外侧联轴器构件(11、112)的制造方法，外侧联轴器构件(11、112)的杯状部(12、122)和轴部(13)由独立构件构成，杯状部(12、122)在内周形成有供转矩传递单元(19、41)卡合的滚道槽(30、302)，轴部(13)形成于该杯状部(12、122)的底部，并且外侧联轴器构件通过对形成杯状部(12、122)的杯状构件(12a、12a2)和形成轴部(13)的轴构件(13a)进行焊接而成，其特征在于，制造方法至少包括：向杯状构件(12a、12a2)与轴构件(13a)的接合用端部(50、51)照射射束而进行焊接的焊接工序(S6)；利用除去加工使包括在焊接工序(S6)中形成的焊接部(49)在内的外表面成为平滑面(55)的除去加工工序(S6j)；以及利用一个探头(160)按照周向斜角探伤方式将超声波以不会发生全反射的入射角(RC)向平滑面(55)入射，将探头(160)的超声波的焦点设定在焊接部(49)的从表面到内部的多个位置来进行检查的超声波探伤检查工序(S6k)。

Description

等速万向联轴器的外侧联轴器构件的制造方法及焊接部的超 声波探伤检查方法
技术领域
本发明涉及等速万向联轴器的外侧联轴器构件的制造方法及焊接部的超声波探伤检查方法。
背景技术
构成机动车、各种工业机械的动力传递系统的等速万向联轴器将驱动侧与从动侧的两轴连结为能够传递转矩，并且，即使所述两轴具有工作角也能够等速地传递旋转转矩。等速万向联轴器大致分为仅允许角度位移的固定式等速万向联轴器和允许角度位移以及轴向位移这两方的滑动式等速万向联轴器，例如，在机动车的从发动机向驱动车轮传递动力的驱动轴中，在差速器侧(内盘侧)使用滑动式等速万向联轴器，在驱动车轮侧(外盘侧)使用固定式等速万向联轴器。
无论滑动式或固定式，等速万向联轴器具备外侧联轴器构件作为主要的构成构件，所述外侧联轴器构件具有：在内周面形成有供转矩传递单元卡合的滚道槽的杯状部；以及从该杯状部的底部沿轴向延伸的轴部。就该外侧联轴器构件而言，经常通过对实心的棒状材料(棒材)实施锻造加工、减薄拉伸加工等塑性加工、切削加工、热处理、磨削加工等，从而将杯状部与轴部一体成形。
但是，作为外侧联轴器构件，存在使用具有长尺寸的轴部(长杆)的构件的情况。为了使左右的驱动轴的长度相等，将一侧的驱动轴的内盘侧外侧联轴器构件设为长杆，该长杆被滚动轴承旋转支承。长杆部的长度根据车型而有所不同，但大致为300mm～400mm左右。在该外侧联轴器构件中，由于轴部为长尺寸，因此难以将杯状部与轴部高精度地一体成形。因此，提出了由独立构件构成杯状部和轴部并实施电子束焊接的方案(专利文献1)。
由于在焊接部产生气孔或结晶裂缝等缺陷，因此通常进行基于超声波探伤法的品质确认。在超声波探伤法中，虽能对内部的缺陷进行检查，但存在无法检测表面正下方约1～3mm的受到表面反射回声影响的范围这样的问题。通常，将该无法检测的区域称作不灵敏区。在专利文献2或专利文献3中提出了向圆柱或圆筒形状的产品沿着圆周方向倾斜地入射的方法。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2015-64101号公报
【专利文献2】日本特开昭58-144742号公报
【专利文献3】日本特开平5-332996号公报
发明内容
【发明要解决的课题】
专利文献1所记载的外侧联轴器构件的制造方法为如下方法：使杯状构件的接合用端面与轴构件的接合用端面对接，从外侧沿径向向该对接部照射射束而进行焊接，将接合用端面的外径针对每个联轴器尺寸而设为相同尺寸。根据该结构，提出了能够实现焊接部的强度、品质的提高、焊接成本的降低，并且能够实现杯状构件及轴构件的生产率的提高、以及杯状构件的品种统一带来的成本降低、生产管理的减轻的优异的外侧联轴器构件的制造方法。但是，并未关注焊接部的检查精度以及检查作业性的提高。
在专利文献2所记载的超声波探伤机中，为了从多个不同的方向照射超声波，而具备两个以上的固定的探头，多数情况下一边通过传送带等输送工件一边实施检查。另外，对于复杂形状的产品难以适用。进而，在将入射角设为27°以下的情况下，会产生表面反射回声而产生不灵敏区。例如，在等速万向联轴器的外侧联轴器构件那样的外径为φ100mm以下的圆筒部件的对焊中，焊接深度小到7mm以下，因此，在焊接部的整个区域要求0.5mm左右的高精度的焊接缺陷检测。每一个工件的检查范围较小，因此，在上述那样的具备输送装置的超声波探伤机中，导致设备的规模变大，设备费用成为高额。另外，由于按照产品而具备不同的形状，因此，难以适用专利文献2那样的简单的调整机构，换产调整费时费力。因此，明确了作为机动车用等的批量产品的等速万向联轴器的外侧联轴器构件的工业生产水平不成立。
在像专利文献3所记载的表面缺陷检测方法那样将入射角设为60°～70°的情况下，虽不会产生不灵敏区，但由于是超声波不会向内部入射的角度(临界角)，因此检查范围顶多限于表面。
虽然尝试了消除或减少表面附近的不灵敏区并对整个区域进行检查，但产品的形状受限且检查范围存在问题，有时无法适用。
本发明是鉴于前述的问题点而提出的，其目的在于，提供能以高检测精度且使工业生产成立的水平进行作为机动车用等的批量产品的等速万向联轴器的外侧联轴器构件的焊接部的从表面到内部的整个区域的缺陷检测、能够实现焊接部的强度、品质的提高、生产率的提高及制造成本的削减的外侧联轴器构件的制造方法及焊接部的超声波探伤检查方法。
【用于解决课题的方案】
本发明人等为了达成上述目的而进行了各种研究，其结果是，基于除去焊接部而形成平滑面以消除表面附近的不灵敏区、以及利用一个探头将超声波以不会发生全反射的入射角对焊接部的从表面到内部的整个区域进行检查这样的全新的技术思想，而实现本发明。
作为用于实现前述的目的的技术方案，本发明提供一种等速万向联轴器的外侧联轴器构件的制造方法，所述外侧联轴器构件的杯状部和轴部由独立构件构成，所述杯状部在内周形成有供转矩传递单元卡合的滚道槽，所述轴部形成于该杯状部的底部，并且所述外侧联轴器构件通过对形成所述杯状部的杯状构件和形成所述轴部的轴构件进行焊接而成，所述等速万向联轴器的外侧联轴器构件的制造方法的特征在于，所述制造方法至少包括下述工序：向所述杯状构件与所述轴构件的接合用端部照射射束而进行焊接的焊接工序；利用除去加工使包括在所述焊接工序中形成的焊接部在内的外表面成为平滑面的除去加工工序；以及利用一个探头按照周向斜角探伤方式将超声波以不会发生全反射的入射角向所述平滑面入射，将所述探头的超声波的焦点设定在所述焊接部的从表面到内部的多个位置来进行检查的超声波探伤检查工序。
另外，焊接部的超声波探伤检查方法涉及的本发明提供等速万向联轴器的外侧联轴器构件的焊接部的超声波探伤检查方法，所述外侧联轴器构件的杯状部和轴部由独立构件构成，所述杯状部在内周形成有供转矩传递单元卡合的滚道槽，所述轴部形成于该杯状部的底部，并且所述外侧联轴器构件通过对形成所述杯状部的杯状构件和形成所述轴部的轴构件进行焊接而成，所述等速万向联轴器的外侧联轴器构件的焊接部的超声波探伤检查方法的特征在于，利用除去加工使包括所述焊接部在内的外表面成为平滑面，利用一个探头按照周向斜角探伤方式将超声波以不会发生全反射的入射角向所述平滑面入射，将所述探头的超声波的焦点设定在所述焊接部的从表面到内部的多个位置来进行检查。
根据上述结构，可实现能够以高检测精度且使工业生产成立水平进行作为机动车用等的批量产品的等速万向联轴器的外侧联轴器构件的焊接部的从表面到内部的整个区域的缺陷检测、能够实现焊接部的强度、品质的提高、生产率的提高及制造成本的削减的外侧联轴器构件的制造方法及焊接部的超声波探伤检查方法。
具体而言，优选上述的除去加工工序中的除去加工是车削加工，在超声波探伤检查工序中将超声波沿着与车削加工的车削痕迹平行的方向入射。由此，不会产生因表面反射回声而导致的不灵敏区，能够得到高检测精度。
优选将实施上述的车削加工后的外表面的表面粗糙度设为Ra2.0以下。由此，消除表面粗糙度的影响，能够得到高检测精度。
优选将上述的超声波探伤检查工序中的超声波的入射角度设为10°～27°。由此，能够抑制表面附近的不灵敏区的产生，能够使超声波向内部入射。
优选上述的探头的超声波的焦点位置的控制通过程序来进行。由此，能够适用于复杂的工件(外侧联轴器构件)形状或不同型号的外侧联轴器构件。同时，使设备的换产调整容易，能够确保检查的再现性。
在上述的超声波探伤检查工序中，通过在检查时使将杯状构件与轴构件焊接而成的工件旋转，能够在短时间内进行焊接部的1周(360°)的检查。
在上述的超声波探伤检查工序中，通过将探头的超声波的焦点设定在焊接部的壁厚内的多个位置并且将探头向轴向的多个位置扫描，由此能够利用一个探头以高检测精度对焊接部的整个区域进行检查。
【发明效果】
根据本发明涉及的等速万向联轴器的外侧联轴器构件的制造方法以及焊接部的超声波探伤检查方法，能够实现如下的外侧联轴器构件的制造方法及焊接部的超声波探伤检查方法：能够以高检测精度且使工业生产成立的水平进行作为机动车用等的批量产品的等速万向联轴器的外侧联轴器构件的焊接部的从表面到内部的整个区域的缺陷检测，能够实现焊接部的强度、品质的提高、生产率的提高以及制造成本的削减。
附图说明
图1是表示应用了基于关于本发明涉及的制造方法的第一实施方式制造成的外侧联轴器构件的驱动轴的整体结构的图。
图2a是放大表示图1的外侧联轴器构件的局部纵剖视图。
图2b是图2a的A部的放大图。
图2c是表示图2a的A部的焊接前的形状的放大图。
图3是表示图1的外侧联轴器构件的制造工序的概要图。
图4a表示焊接前的杯状构件，是减薄拉伸加工后的杯状构件的纵剖视图。
图4b表示焊接前的杯状构件，是车削加工后的杯状构件的纵剖视图。
图5a表示焊接前的轴构件，是将棒材切断了的钢坯的主视图。
图5b表示焊接前的轴构件，是锻造加工后的轴构件的局部纵剖视图。
图5c表示焊接前的轴构件，是车削加工、花键加工后的局部纵剖视图。
图6是表示焊接工序的概要图。
图7是表示焊接工序的概要图。
图8a是将焊接工序后的焊接部放大示出来表示焊接工序后的状态的纵剖视图。
图8b是将焊接工序后的焊接部放大示出来表示包括焊接部在内的外表面的除去加工工序后的状态的纵剖视图。
图9是表示各种表面粗糙度下的表面反射回声的检测结果的图表。
图10是表示超声波探伤检查装置的概要的主视图。
图11是表示超声波探伤检查装置的概要的俯视图。
图12是表示超声波探伤检查装置的概要的右侧视图。
图13是表示超声波探伤检查装置的概要的右侧视图。
图14是表示超声波探伤检查装置的概要的俯视图。
图15是沿图14的F-F线向视观察的局部放大图。
图16a表示将探头沿着轴向扫描的状态，是表示将探头向焊接部的轴构件侧扫描的状态的纵剖视图。
图16b表示将探头沿着轴向扫描的状态，是表示将探头向焊接部的轴向中央扫描的状态的纵剖视图。
图16c表示将探头沿着轴向扫描的状态，是表示将探头向焊接部的杯状构件侧扫描的状态的纵剖视图。
图17a表示周向斜角探伤方式的检查状态，是表示使超声波的焦点位于焊接部的内径侧的状态的横剖视图。
图17b表示周向斜角探伤方式的检查状态，是表示使超声波的焦点位于焊接部的中央的状态的横剖视图。
图17c表示周向斜角探伤方式的检查状态，是表示使超声波的焦点位于焊接部的外径侧的状态的横剖视图。
图18是表示对焊接部的整个区域进行了检查的状态的局部纵剖视图。
图19是说明焊接部的缺陷检测结果的合格与否判定程序的概要的图表。
图20是说明焊接部的缺陷检测结果的合格与否判定程序的概要的图表。
图21是说明焊接部的缺陷检测结果的合格与否判定程序的概要的图表。
图22是表示编号与图5c的轴构件不同的轴构件的主视图。
图23是表示使用图22的轴构件制造出的外侧联轴器构件的局部纵剖视图。
图24是表示杯状构件的品种统一的例子的图。
图25是表示基于第一实施方式制造出的不同类型的等速万向联轴器的局部纵剖视图。
图26a是表示图25的外侧联轴器构件的局部纵剖视图。
图26b是表示图26a的A部的焊接前的形状的放大图。
图27是表示外侧联轴器构件的制造方法的第二实施方式的概要图。
图28是表示外侧联轴器构件的制造方法的第三实施方式的概要图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
在图3～24中示出关于本发明涉及的等速万向联轴器的外侧联轴器构件的制造方法的第一实施方式，在图1以及图2中示出基于本实施方式的制造方法制造出的外侧联轴器构件以及等速万向联轴器。首先，根据图1以及图2对外侧联轴器构件以及等速万向联轴器进行说明，接着，根据图3～24对关于外侧联轴器构件的制造方法的第一实施方式进行说明。
图1是表示使用了基于第一实施方式的制造方法制造出的外侧联轴器构件11的驱动轴1的整体结构的图。驱动轴1主要包括：配置于差速器侧(图中右侧：以下，也称为内盘侧)的滑动式等速万向联轴器10；配置于驱动车轮侧(图中左侧：以下，也称为外盘侧)的固定式等速万向联轴器20；以及以能够传递转矩的方式连结两等速万向联轴器10、20的中间轴2。
图1所示的滑动式等速万向联轴器10是所谓的双圈型等速万向联轴器(DOJ)。该等速万向联轴器10具备：外侧联轴器构件11，其具有杯状部12和从杯状部12的底部沿轴向延伸的长尺寸轴部(以下也称为长杆部13)；内侧联轴器构件16，其收容于外侧联轴器构件11的杯状部12的内周；滚珠41，其作为转矩传递单元而配置于外侧联轴器构件11与内侧联轴器构件16的滚道槽30、40之间；保持器44，其具有分别与外侧联轴器构件11的筒状内周面42和内侧联轴器构件16的球状外周面43嵌合的球状外周面45、球状内周面46，用于保持滚珠41。保持器44的球状外周面45的曲率中心O1与球状内周面46的曲率中心O2相对于联轴器中心O在轴向上向相反侧等距离偏移。
在长杆部13的外周面固定有支承轴承6的内圈，该支承轴承6的外圈经由未图示的托架固定于变速器箱体。外侧联轴器构件11被支承轴承6支承为旋转自如，通过预先设置这样的支承轴承6，从而尽可能地防止运转时等的外侧联轴器构件11的振动。
图1所示的固定式等速万向联轴器20是所谓的球笼型等速万向联轴器，其具备：外侧联轴器构件21，其具有有底筒状的杯状部21a和从杯状部21a的底部沿轴向延伸的轴部21b；内侧联轴器构件22，其收容于外侧联轴器构件21的杯状部21a的内周；滚珠23，其作为转矩传递单元而配置在外侧联轴器构件21的杯状部21a与内侧联轴器构件22之间；保持器24，其配置于外侧联轴器构件21的杯状部21a的内周面与内侧联轴器构件22的外周面之间，用于保持滚珠23。需要说明的是，作为固定式等速万向联轴器20，有时也使用免根切(undercut free)型等速万向联轴器。
中间轴2在其两端部外径具有转矩传递用的花键(包括锯齿，下同)3。并且，通过使内盘侧的花键3与滑动式等速万向联轴器10的内侧联轴器构件16的孔部花键嵌合，从而以能够传递转矩的方式将中间轴2与滑动式等速万向联轴器10的内侧联轴器构件16连结。另外，通过使外盘侧的花键3与固定式等速万向联轴器20的内侧联轴器构件22的孔部花键嵌合，从而以能够传递转矩的方式将中间轴2与固定式等速万向联轴器20的内侧联轴器构件22连结。作为该中间轴2，示出了实心类型，但也可以使用中空类型。
在两等速万向联轴器10、20的内部封入有作为润滑剂的润滑脂。为了防止润滑脂向外部泄漏、来自联轴器外部的异物侵入，在滑动式等速万向联轴器10的外侧联轴器构件11与中间轴2之间、以及固定式等速万向联轴器20的外侧联轴器构件21与中间轴2之间，分别安装有蛇腹状的防护罩4、5。
根据图2对基于第一实施方式的制造方法制造出的外侧联轴器构件进行说明。图2是放大表示外侧联轴器构件11的图，图2a是局部纵剖视图，图2b是图2a的A部的放大图，图2c是表示焊接前的形状的图。外侧联轴器构件11包括有底筒状的杯状部12和长杆部13，所述杯状部12的一端开口，且在内周面的圆周方向上等间隔地形成有供滚珠41(参照图1)滚动的多个滚道槽30与筒状内周面42，所述长杆部13从杯状部12的底部沿轴向延伸，并在与杯状部12相反侧的端部外周设置有作为转矩传递用连结部的花键Sp。外侧联轴器构件11通过焊接杯状构件12a、轴构件13a而形成。
图2a～图2c所示的杯状构件12a由S53C等含有0.40～0.60重量％的碳的中碳钢构成，并且是由在内周形成有滚道槽30和筒状内周面42的筒状部12a1与底部12a2构成的一体成形件。在杯状构件12a的底部12a2形成有凸部12a3。在杯状构件12a的开口侧的外周形成有防护罩安装槽32，在内周形成有挡圈槽33。轴构件13a在杯状构件12a侧的外周形成有轴承安装面14以及挡圈槽15，在相反侧的端部形成有花键Sp。
轴构件13a由S40C等含有0.30～0.55重量％的碳的中碳钢构成。使在杯状构件12a的底部12a2的凸部12a3形成的接合用端面50与轴构件13a的杯状构件12a侧端部的接合用端面51对接，从杯状构件12a的外侧沿径向利用电子束焊接进行焊接。如图2a以及图2b所示，焊接部49由从杯状构件12a的径向外侧照射的射束产生的焊道而形成。详细情况后述，接合用端面50与接合用端面51的外径B1、B2(参照图4b、图5c)针对每个联轴器尺寸而设定为相同尺寸。但是，杯状构件12a的接合用端面50的外径B1与轴构件13a的接合用端面51的外径B2不一定为相同尺寸，例如考虑焊道的状态等，也可以使接合用端面51的外径B2比接合用端面50的外径B1小一些或者相反使接合用端面51的外径B2比接合用端面50的外径B1大一些等附加适当的尺寸差。在本说明书中，接合用端面50与接合用端面51的外径B1、B2针对每个联轴器尺寸而设定为相同尺寸是也包含接合用端面50的外径B1与接合用端面51的外径B2之间存在适当的尺寸差的概念。
如图2a～图2c所示，焊接部49形成在轴构件13a的比轴承安装面14靠杯状构件12a侧的接合用端面51，因此轴承安装面14等能够在之前进行加工而取消焊接后的后加工。另外，由于进行电子束焊接而在焊接部不存在毛刺，因此也能够省略焊接部的后加工，能够降低制造成本。并且，能够实现焊接部的基于超声波探伤的全数检查。在本实施方式的制造方法中，特征性构成在于，能以高检测精度且使工业生产成立的水平进行作为批量产品的等速万向联轴器的外侧联轴器构件的焊接部的从表面到内部的整个区域的缺陷检测的超声波探伤检查工序。详细内容见后述。
如图2c所示，杯状构件12a的接合用端面50以锪孔为环状的形态进行车削加工，径向的中央部残留锻造表面。由此，缩短车削加工时间。在轴构件13a的接合用端面51的内径侧形成有环状槽部51a，而且在环状槽部51a的内径侧形成有环状遮蔽部51b。环状槽部51a形成于焊接部49的焊道的正下方的焊接接合界面(参照图2b)。当使两接合用端面50、51对接时，形成有中空空洞部H。环状槽部51a与中空空洞部H之间被环状遮蔽部51b分离而被遮蔽。形成有环状槽部51a、环状遮蔽部51b的焊接部49作为后述的超声波探伤检查的对象而成为复杂的工件形状。
当使上述那样结构的杯状构件12a与轴构件13a对接，并在使作为批量产品的等速万向联轴器的工业生产成立的水平的真空(低压)气氛内进行电子束焊接时，如图2b所示，在焊接部49的焊道的内径侧不产生凹陷，焊接部49的焊道的内径端部充分形成至环状槽部51a。认为这是由于，中空空洞部H的残存空气的内压被环状遮蔽部51b遮蔽，而且环状槽部51a内的残存空气的体积极少，因此加热引起的体积膨胀量较小，内压的影响得到抑制。由此，能够提高焊接部的强度、品质、可靠性。环状槽部51a的宽度为1～3mm左右，深度为0.5～2mm左右。如图2a及图2b所示，通过车削加工对包括焊接部49在内的外表面进行除去而形成平滑面。
接下来，根据图3～24对关于本发明涉及的制造方法的第一实施方式进行说明。在说明作为本实施方式的制造方法的特征性构成的焊接部的超声波探伤检查工序的详细之前，说明整体的制造工序(加工工序)。图3表示外侧联轴器构件的制造工序的概要。在本实施方式中，如图所示，杯状构件12a通过包括棒材切断工序S1c、锻造加工工序S2c、减薄拉伸加工工序S3c以及车削加工工序S4c的制造工序而制造。另一方面，轴构件13a通过包括棒材切断工序S1s、车削加工工序S2s以及花键加工工序S3s的制造工序而制造。这样制造出的杯状构件12a与轴构件13a的中间部件分别被标注编号进行管理。
然后，杯状构件12a和轴构件13a经由焊接工序S6、除去加工工序S6j、超声波探伤检查工序S6k、热处理工序S7以及磨削加工工序S8而完成外侧联轴器构件11。
对各工序的概要进行说明。各工序是表示代表性的例子的工序，能够根据需要适当地进行变更、追加。首先，对杯状构件12a的制造工序进行说明。
[棒材切断工序S1c]
根据锻造重量将棒材以规定长度切断，制作钢坯。
[锻造加工工序S2c]
通过锻造加工将钢坯一体成形为作为杯状构件12a的毛坯的筒状部、底部以及凸部。
[减薄拉伸加工工序S3c]
对所述毛坯的滚道槽30以及筒状圆筒面42进行减薄拉伸加工，完成杯状构件12a的筒状部的内周。
[车削加工工序S4c]
在减薄拉伸加工后的毛坯上车削加工出外周面、防护罩安装槽32、挡圈槽33、接合用端面50等。在本实施方式中，在车削加工工序S4c之后，对作为中间部件的杯状构件12a标注编号进行管理。
接下来，对轴构件13a的制造工序进行说明。
[棒材切断工序S1s]
根据轴部全长将棒材以规定长度切断，制作钢坯。之后，有时根据轴构件13a的形状，通过镦锻将钢坯锻造加工为概略形状。
[车削加工工序S2s]
对钢坯或毛坯的外周面(轴承安装面14、挡圈槽15、花键下径、端面等)与杯状构件12a侧端部的接合用端面51、环状槽部51a进行车削加工。
[花键加工工序S3s]
在车削加工后的轴构件上滚轧加工出花键。但是，花键的加工不限于滚轧加工，也可以适当地置换为冲压加工等。在本实施方式中，在花键加工后，对作为中间部件的轴构件13a标注编号进行管理。
接下来，对从杯状构件12a与轴构件13a到完成外侧联轴器构件11的制造工序进行说明。
[焊接工序S6]
使杯状构件12a的接合用端面50与轴构件13a的接合用端面51对接而进行焊接。
[除去加工工序S6j]
利用车削加工来对包括杯状构件12a与轴构件13a的焊接部49在内的外表面进行除去而形成平滑面55(参照图2b)。
[超声波探伤检查工序S6k]
通过超声波探伤方法对杯状构件12a与轴构件13a的焊接部49进行检查。
[热处理工序S7]
对焊接后的杯状部12的至少滚道槽30、筒状内周面42以及轴部13的外周的所需范围作为热处理进行高频淬火回火。焊接部不实施热处理。杯状部12的滚道槽30、筒状内周面42形成HRC58～62左右的硬化层。另外，在轴部13的外周的规定范围形成HRC50～62左右的硬化层。
[磨削加工工序S8]
在热处理后，对轴部13的轴承安装面14等进行磨削加工从而进行精加工。由此，外侧联轴器构件11完成。
在本实施方式的制造工序中，在焊接工序后加入热处理工序，因此适于因焊接时的热量而使周边部的温度上升，对热处理部的硬度造成影响的形状、规格的杯状构件以及轴构件。
接下来，对本实施方式的制造方法的主要结构进行说明。图4a是表示杯状构件12a的减薄拉伸加工后的状态的纵剖视图，图4b是表示车削加工后的状态的纵剖视图。杯状构件12a的毛坯12a’在锻造加工工序S2c中一体成形出筒状部12a1’、底部12a2’以及凸部12a3’。之后，在减薄拉伸加工工序S3c中，对滚道槽30以及筒状圆筒面42进行减薄拉伸加工，如图4a所示对筒状部12al’的内周进行精加工。
然后，在车削加工工序S4c中，如图4b所示，车削加工出杯状构件12a的外周面、防护罩安装槽32、挡圈槽33等和底部12a2的凸部12a3的接合用端面50、接合用端面50的外径B1。
在图5中示出轴构件13a的各加工工序的状态。图5a是表示将棒材切断后的钢坯13a”的主视图，图5b是表示通过镦锻将钢坯13a”锻造加工成概略形状的毛坯13a’的局部纵剖视图，图5c是表示车削加工以及花键加工后的轴构件13a的局部纵剖视图。
在棒材切断工序S1s中，制作图5a所示的钢坯13a”，根据需要，如图5b所示，通过镦锻加工将钢坯13a”制作成使规定范围的轴径扩径并且在接合侧端部(杯状构件12a侧端部)形成凹部52的毛坯13a’。
之后，在车削加工工序S2s中，如图5c所示，对轴构件13a的外径、轴承安装面14、挡圈槽15、凹部52的内径部53(内径E)、接合用端面51、接合用端面51的外径B2以及环状槽部51a进行车削加工，在花键加工工序S3s中，在凹部52的相反侧端部通过滚轧、冲压加工出花键Sp。
如图4b所示的杯状构件12a的接合用端面50的外径B1在一个联轴器尺寸中设定为相同尺寸。另外，图5c所示的轴构件13a是长杆用的构件，接合用端面51的外径B2与轴径、外周形状无关地，设定为在一个联轴器尺寸中为相同尺寸。并且，轴构件13a的接合用端面51设定于比轴承安装面14靠杯状构件12a侧的位置。由于像这样进行尺寸设定，因此，使杯状构件12a共用化，仅将轴构件13a制作成与车型对应的各种轴径、长度、外周形状，通过对两构件12a、13a进行焊接，能够制作出适合于各种车型的外侧联轴器构件11。关于杯状构件12a的共用化的详细情况见后述。
接下来，根据图6以及图7对杯状构件12a与轴构件13a的焊接方法进行说明。图6以及图7是表示焊接装置的概要图。图6表示焊接前的状态，图7表示正在进行焊接的状态。如图6所示，焊接装置100主要包括电子枪101、旋转装置102、卡盘103、中心孔引导件104、尾座105、工件载置台106、中心孔引导件107、壳体108以及真空泵109。
作为工件的杯状构件12a、轴构件13a载置于焊接装置100内的工件载置台106。位于焊接装置100的一端的卡盘103以及中心孔引导件107与旋转装置102连结，在通过中心孔引导件107对杯状构件12a进行对心后的状态下通过卡盘103夹持杯状构件12a，并施加旋转运动。在位于焊接装置100的另一端的尾座105一体地安装有中心孔引导件104，两者构成为能够沿轴向(图6、图7的左右方向)进退。
使轴构件13a的中心孔安置于中心孔引导件104，并进行定心。在焊接装置100的壳体108上连接有真空泵109。在本说明书中，封闭空间是指由壳体108形成的空间111。在本实施方式中，杯状构件12a以及轴构件13a整体收容于封闭空间111。在与杯状构件12a以及轴构件13a的接合用端面50、51对应的位置设置有电子枪101。电子枪101构成为能够相对于工件接近至规定位置。
接下来，对如上述那样构成的焊接装置100的动作与焊接方法进行说明。作为工件的杯状构件12a以及轴构件13a存放在与焊接装置100不同的部位。例如，通过机器人将各工件取出，搬运至图6所示的向大气开放的焊接装置100的壳体108内，放置在工件载置台106的规定位置。此时，中心孔引导件104以及尾座105向图的右侧后退，在杯状构件12a以及轴构件13a的接合用端面50、51之间设有间隙。之后，壳体108的门(省略图示)关闭，起动真空泵109而使壳体108内形成的封闭空间111减压。由此，轴构件13a的凹部52、内径部53内也被减压。
当封闭空间111减压至规定的压力，如图7所示，中心孔引导件104以及尾座105向左侧行进，杯状构件12a与轴构件13a的接合用端面50、51的间隙消失。随之，在杯状构件12a的接合用端面50与轴构件13a的内径面53、凹部52之间形成有被减压后的中空空洞部H，而且被减压后的环状槽部51a通过与中空空洞部H之间被环状遮蔽部51b(参照图2c)遮蔽而形成。杯状构件12a通过中心孔引导件107被定心且通过卡盘103而被固定，轴构件13a通过中心孔引导件104而被支承。之后，工件载置台106与工件分离。此时的工件载置台106与工件之间的间隔可以是微小的间隔，因此在图7中上述间隔省略图示。当然，也可以做成使工件载置台106向下方较大退避的结构。
之后，虽然省略图示，电子枪101接近工件直至规定位置，使工件旋转，开始预热。预热条件与焊接条件不同，使电子枪101接近工件而在点径较大的状态下照射电子束等，从而成为比焊接温度低的温度。通过进行预热，延缓焊接后的冷却速度从而能够防止淬裂。在达到规定的预热时间后，电子枪101后退至规定的位置，从工件的外侧沿径向照射电子束开始进行焊接。当焊接结束时，电子枪101后退，工件的旋转停止。
然后，虽然省略图示，但使密闭空间111向大气开放。并且，工件载置台106上升，在支承工件的状态下，中心孔引导件104以及尾座105向右侧后退，使卡盘103放开。之后，例如，机器人握持工件，从焊接装置100取出，排列在冷却储料器中。在本实施方式中，采用杯状构件12a以及轴构件13a整体收容于封闭空间111的方式，因此能够简化壳体108内的封闭空间111的结构。
具体而言，使用碳量为0.4～0.6％的杯状构件12a以及碳量为0.3～0.55％的轴构件13a，通过上述的焊接装置100，将壳体108内的封闭空间111的压力设定为6.7Pa以下而进行焊接。为了防止焊接后的快速冷却而抑制焊接部硬度的高硬度化，杯状构件12a、轴构件13a的接合用端面50、51在通过预热而均热化为300～650℃后，进行电子束焊接。其结果是，获得了在焊道的内径侧没有凹陷的焊接部。另外，通过预热产生的均热化能够将焊接结束后的焊接部硬度控制在Hv200～500的范围内，焊接强度高，并且能够得到稳定的焊接状态、品质。并且，通过以将焊接装置100的封闭空间111设为大气压以下的方式进行焊接，能够抑制焊接中的中空空洞部内的压力变化，能够防止熔融物的涌出以及向内径侧的导入。壳体108内的密闭空间111的压力设定为6.7Pa以下是使作为机动车用等的批量产品的等速万向联轴器的工业生产成立的水平的真空(低压)条件。
在本实施方式的外侧联轴器构件11中，如图2b所示，在轴构件13a，在接合用端面51的内径侧的焊接部49的焊道的正下方的焊接接合界面形成有环状槽部51a，而且在环状槽部51a的内径侧形成有环状遮蔽部51b。环状槽部51a与中空空洞部H被环状遮蔽部51b分离而被遮蔽。
当将上述那样结构的杯状构件12a与轴构件13a对接而进行电子束焊接时，如图2b所示，明确了在焊接部49的焊道的内径侧未产生凹陷，焊接焊道的内径端部充分形成至环状槽部51a。认为这是由于，中空空洞部H的内压被环状遮蔽部51b遮蔽，而且环状槽部51a内的残存空气的体积极小，因此加热引起的体积膨胀量较小，内压的影响得到抑制。由此，能够提高焊接部的强度、品质、可靠性。
本实施方式的制造工序(加工工序)的整体构成如前述那样，接下来，根据图8～19说明作为本实施方式的特征性构成的焊接部的超声波探伤检查工序。图8a是表示焊接工序S6后的焊接部的状态的纵剖视图，图8b是表示包括焊接部在内的外表面的除去加工工序S6j后的状态的纵剖视图。图9是表示各种表面粗糙度下的表面反射回声的检测结果的图表。图10是表示超声波探伤检查装置的概要的主视图，图11是俯视图，图12是右侧视图。图10～12均表示将焊接后的外侧联轴器构件载置于超声波探伤检查装置的状态。图13是表示利用外侧联轴器构件的上下的中心孔引导件进行了定心的状态的右侧视图，图14是表示在图13的定心之后探头移动到探伤位置的状态的俯视图。图15是表示探头与外侧联轴器构件的位置关系的局部主视图。图16～18是表示超声波探伤检查的状态的概要图，图19～21是说明焊接部的缺陷检测结果的合格与否判定程序的概要的图表。
首先，针对焊接部49的因表面反射回声而产生的不灵敏区，说明在开发过程中所得到的见解。如图8a所示，焊接工序S6后的焊接部49的焊道的外表面成为比杯状构件12a及轴构件13a的外径面稍微隆起的微小的凹凸形状。因此，明确了在将超声波向焊接部49的表面入射时无法避开因表面反射回声而产生的不灵敏区。
因此，本发明着眼于在进行超声波探伤检查之前对包括焊接部49在内的外表面进行除去而形成平滑面这一点。作为用于形成平滑面的除去加工，从表面性状出发而优选研磨加工，但难以以可进行工业生产的水平来进行作为机动车等的批量产品的等速万向联轴器的外侧联轴器构件的焊接部的除去加工，因而得出必须要利用车削加工进行除去加工这样的结论。
并且，针对利用车削加工进行除去而形成的沿周向具有车削痕迹的平滑面，改变超声波的入射方向来进行实验，其结果是，在沿着与车削痕迹垂直的方向入射时，会产生因表面反射回声而引起的不灵敏区，在沿着与车削痕迹平行的方向入射时，不会产生因表面反射回声而引起的不灵敏区。认为这是因为，在沿着与车削痕迹垂直的方向入射的情况下，容易受到超声波的漫反射的影响，在沿着与车削痕迹平行的方向入射的情况下，不容易受到上述的漫反射的影响。
进而，明确了即便在沿着不容易受到超声波的漫反射的影响的与车削痕迹平行的方向入射的情况下，也会受到表面粗糙度的影响，若表面粗糙度大则整体上表面反射回声增高，从而导致无法辨别来自缺陷的回声。图9示出各种表面粗糙度下的表面反射回声的峰值的检测结果。图9的横轴表示表面粗糙度，纵轴表示反射回声的峰值。基于检测结果可知，表面粗糙度Ra越小，表面反射回声变得越小。认为由于合格件的回声(基础回声)为10％以下，因此对测定不产生影响的表面粗糙度Ra优选为2.0μm以下。
基于上述见解，确定如下的条件，实现本实施方式的有关平滑面或入射方式的构成。
(1)利用车削加工进行除去而形成沿周向具有车削痕迹的平滑面。
(2)采用将超声波沿着与车削痕迹平行的方向入射的周向斜角探伤方式。
(3)将平滑面的表面粗糙度Ra设为2.0μm以下。
图8b示出在图3所示的除去加工工序S6j中利用车削加工对包括焊接部49在内的外表面进行除去而形成了平滑面55。在本实施方式中，平滑面55的表面粗糙度Ra设为0.8μm。在平滑面55上沿周向形成有车削痕迹。将超声波沿着与车削痕迹平行的方向入射的周向斜角探伤方式的详细情况在后叙述。
接着，基于图10～18对超声波探伤检查装置进行说明。如图10～12所示，超声波探伤检查装置120主要包括：设置于架台121的贮水槽122；工件载置台123及其升降装置147；上侧中心孔引导件124及其驱动定位装置128；下侧中心孔引导件126；使外侧联轴器构件11的中间产品11’(以下，也称为工件11’)旋转的旋转驱动装置125；探头160的驱动定位装置161。超声波探伤检查装置120的外框是框架133的组装体，在该框架133上设置架台121。
图12所示，上侧中心孔引导件124的驱动定位装置128由上下方向的驱动定位装置129和水平方向的驱动定位装置130构成。水平方向的驱动定位装置130设于支柱132的上端部，该支柱132固定于架台121。水平方向的驱动定位装置130主要包括由安装于支柱132的上端部的轨道134和直线引导件139构成的直线运动轴承135、移动构件136及与该移动构件136连结的驱动缸137。移动构件136被驱动缸137沿水平方向驱动而被定位。
上下方向的驱动定位装置129设于支承构件138，该支承构件138安装于水平方向的驱动定位装置130的移动构件136。上下方向的驱动定位装置129主要包括上侧中心孔引导件124及与上侧中心孔引导件124连结的驱动缸142、由安装于支承构件138的轨道139和直线引导件141构成的直线运动轴承140。上侧中心孔引导件124被驱动缸142沿上下方向驱动而被定位。顶尖124a借助滚动轴承等(省略图示)旋转自如地装配于上侧中心孔引导件124内。驱动缸142的上下方向的固定位置能够根据工件11’的型号、轴向尺寸利用进给丝杠机构等适当的机构(省略图示)进行调整。
下侧中心孔引导件126安装于在架台121安装的旋转支承构件143的旋转轴143a。旋转轴143a被安装于侧板144的伺服马达145旋转驱动。在旋转轴143a设有与工件11’的滚道槽30(参照图2a)卡合且用于传递旋转驱动力的卡止片146。下侧中心孔引导件126的顶尖126a虽然旋转自如，但在上下方向上的位置被固定。
工件载置台123安装于升降装置147。升降装置147包括：由安装于支柱132的侧面的轨道148和直线引导件150构成的直线运动轴承149；移动构件151；与该移动构件151连结的驱动缸152。工件载置台123利用升降装置147能在上下方向上以微小的量移动。
根据图10以及图11说明探头160的驱动定位装置161。如图10所示，在架台121设有固定构件155，在该固定构件155与上部的框架133之间安装有驱动缸(电动缸)156。固定构件155具有板状构件155a，在板状构件155a的背面安装有双点划线所示的轨道157。与板状构件155a对置地配置有探头160的驱动定位装置161的基座构件159。在基座构件159安装有直线引导件158，能够沿着轨道157移动。基座构件159与驱动缸156连结。由此，基座构件159被沿上下方向、即Z轴方向驱动、定位。
在基座构件159的上表面的图10的左右方向上安装有轨道162，且借助直线引导件163设有移动台164。移动台164与设置于基座构件159的上表面的驱动缸(电动缸)165连结。由此，移动台164被沿图10的左右方向、即X轴方向驱动、定位。
移动台164在上方具有安装部164a，在该安装部164a安装有驱动缸(电动缸)166。在驱动缸166安装有探头160的臂构件167。由此，臂构件167被沿图10的前后方向、即图11所示的Y轴方向驱动、定位。
如上所述，X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的驱动缸均使用电动滚珠丝杠类型的电动缸，因此能够实现高精度的定位。
在图10、图12以及图13中，为了容易理解各构件的配置状态，以将贮水槽122的图面跟前侧的侧面壁切割并且省略了水面的状态进行图示。在本实施方式的超声波探伤检查装置120中，工件11’的探伤部位、工件载置台123、移动构件151的一部分、下侧中心孔引导件126、旋转支承构件143的一部分、探头160以及臂构件167的一部分以浸入水中的方式配置于贮水槽122。
根据图15说明探头160的臂构件167的详细情况。在臂构件167的下部装配有探头160。探头160借助支架172安装于齿轮168。在臂构件167的上部设置有电动旋转促动器169，在电动旋转促动器169装配有齿数、模数与齿轮168相同的齿轮170。在齿轮168与齿轮170啮合有齿条171。因此，电动旋转促动器169的旋转运动从齿轮170向齿条171、齿轮168传递，电动旋转促动器169的旋转角与探头160的旋转角相同。由此，能够改变探头160的入射角。齿条171与齿轮168、170的齿隙得到抑制，因此，电动旋转促动器169与探头160同步旋转。确定电动旋转促动器169的旋转角的原点的要领在于，使探头160的支架172的底边与角度确认工具(省略图示)抵接而处于水平状态，将该状态下的电动旋转促动器169的旋转角设为原点。将电动旋转促动器169相对于该原点的旋转角设为R。在本实施方式中，例示出了基于齿条171与齿轮168、170的传递机构，但不限于此，也可以使用同步带和滑轮等传递机构。在本实施方式中，由于采用后述的周向斜角探伤方式，因此探头160设为水平状态，即，电动旋转促动器169的旋转角R设为0°。
接下来，与超声波探伤检查装置120的动作一起说明超声波探伤检查工序S6k。首先，根据图10～12说明载置焊接后的工件11’之前的状态。向贮水槽122中供水。如图12所示，上侧中心孔引导件124在利用水平方向的驱动定位装置130的驱动缸137沿水平方向后退了的位置待机，此时，上侧中心孔引导件124在上下方向的驱动定位装置129的驱动缸142的作用下位于向上方以适当量后退了的位置以避免与工件11’的轴端发生干涉。工件载置台123在升降装置147的驱动缸152的作用下位于向上方后退了适当量的位置，以使下侧中心孔引导件126的顶尖126a位于与工件11’的中心孔面对的跟前的位置。
如图10以及图11所示，探头160的臂构件167通过对探头160的驱动定位装置161的Z轴方向的驱动缸156、Y轴方向的驱动缸166以及X轴方向的驱动缸165进行位置控制，而在贮水槽122的左里侧(参照图11)的位置待机。将该位置作为原位置，成为后述的程序的原点。X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的位置由程序来控制。
在上述的初始状态下，利用装载机(省略图示)将焊接后的工件11’载置于工件载置台123。图10～12表示将工件11’载置于工件载置台123上的状态。在将工件11’载置于工件载置台123上的状态下，下侧中心孔引导件126的顶尖126a位于与工件11’的中心孔面对的跟前的位置。
然后，如图13所示，上侧中心孔引导件124在水平方向的驱动定位装置130的驱动缸137的作用下前进，在工件11’的上侧中心孔的水平方向的位置定位。接着，上侧中心孔引导件124在上下方向的驱动定位装置129的驱动缸142的作用下向下侧前进，与工件11’的上侧中心孔嵌合，当上侧中心孔引导件124继续前进时，工件载置台123下降，下侧中心孔引导件126的顶尖126a与工件11’的下侧中心孔嵌合，工件11’被定心。
然后，探头160在驱动定位装置161的Z轴方向的驱动缸156的作用下，在Z轴方向(上下方向)上前进至与探伤位置对应的位置。进一步，在Y轴方向的驱动缸166的作用下，在Y轴方向(水平方向)上前进至与探伤位置对应的位置。最后，在X轴方向的驱动缸165的作用下，沿X轴方向(水平方向)前进，如图14以及图15所示，探头160被定位于探伤位置。在本实施方式中，示出了按照Z轴方向、Y轴方向、X轴方向的顺序进行探头160的驱动定位的例子，但不限于此，可以适当改变顺序。
在将探头160定位于探伤位置时进行超声波探伤检查。焊接部49的缺陷可能存在于焊接部49的壁厚的内径侧、中央及外径侧(表面)，但本实施方式的超声波探伤检查的特征在于，利用一个探头160按照周向斜角探伤方式将超声波以不会发生全反射的入射角向平滑面55入射，将探头160的超声波的焦点设定在焊接部49的从表面到内部的多个位置而对焊接部49的整个区域进行检查，其中，所述平滑面55通过对包括焊接部49在内的外表面进行除去加工而形成。具体而言，针对利用车削加工进行除去而形成的沿周向具有车削痕迹的平滑面55，将超声波沿着与车削痕迹平行的方向入射。由此，本发明的特征在于，能够以高检测精度且使工业生产成立的水平进行作为机动车用等的批量产品的等速万向联轴器10的外侧联轴器构件11的焊接部49的从表面到内部的整个区域的缺陷检测。
对本实施方式的具体的检查的概要进行说明。基于图16及图17来说明探头160的扫描位置及超声波的焦点的瞄准位置。图16a～图16c示出将探头160沿着轴向(Z轴方向)扫描的状态。图16a示出将探头160的扫描位置设于焊接部49的轴构件13a侧的状态。从该状态起使探头160向Z轴方向的下侧移动，如图16b所示，将探头160的扫描位置设于焊接部49的轴向中央。进而，使探头160向Z轴方向的下侧移动，如图16c所示，将探头160的扫描位置设于焊接部49的杯状构件12a侧。由此，能够利用一个探头160进行焊接部49的轴向的整个区域的缺陷检查。
接着，基于图17a～图17c对探头160的超声波的焦点的瞄准位置进行说明。图17a～图17c将焊接部49的轴向中央的位置作为探头160的扫描位置的代表例而图示出来，是图16b的I2-I2线处的局部横剖视图。在探头160的扫描位置位于焊接部49的轴构件13a侧(图16a的I1-I1线处的横截面)或者位于焊接部49的杯状构件12a侧(图16c的I3-I3线处的横截面)的情况下，超声波的焦点的瞄准位置也同样，因此省略图示。如图17a～图17c所示，超声波以轴线G为中心且具有宽度，相交而形成焦点。在该焦点处，超声波成为高密度，缺陷的检测精度变高。
图17a示出将声波的焦点的瞄准位置设定在焊接部49的内径侧的情况。在该情况下，能够检测出焊接部49的内径侧的缺陷K1。接着，在使探头160向X轴方向(图面左侧)移动而将超声波的焦点的瞄准位置设定在焊接部49的壁厚的中央时，如图17b所示，能够检测出存在于焊接部49的壁厚的中央的缺陷K2。在使探头160进一步向X轴方向(图面左侧)移动而将超声波的焦点的瞄准位置设定在焊接部49的外径侧(表面)时，如图17c所示，能够检测出存在于焊接部49的外径侧的缺陷K3。由此，能够利用一个探头160来进行焊接部49的从表面到内部的整个区域的缺陷检查。
对超声波探伤检查的实际的状态进行说明。在每次进行工件11’的检查时，如前所述，探头160如图10及图11所示那样在原位置待机。在将工件11’定心于超声波探伤装置120之后，根据程序的指令，探头160向图14及图15所示的探伤位置前进而被定位。将该探伤位置在图16a及图17a中示出。探头160的X轴方向的扫描位置如图16a所示设定在焊接部49的轴构件13a侧，如图17a所示，探头160的超声波的焦点(用小椭圆或小圆表示)的瞄准位置设定在焊接部49的内径侧。为了简化附图而省略了焊接部49的剖面线。后述的图17及图18也同样。
在周向斜角探伤方式中，探头160的超声波送信脉冲(以下简称作送信脉冲)G的轴线与工件11’的轴线成直角且与图16a的纵剖面平行。此时，改变探头160的送信脉冲G的轴线的电动旋转促动器169的旋转角R设为0°(参照图15)。但是，在送信脉冲的轴线倾斜的类型的探头的情况下，与倾斜的量相应地调整电动旋转促动器的旋转角R，从而使送信脉冲G的轴线与工件11’的轴线成直角且与图16a的纵剖面平行。如图17a所示那样，使探头160在Y轴方向上偏置而定位，因此，产生周向斜角RC的入射角，折射角成为RC’。
如图16a、图17a所示，将送信脉冲G向利用车削加工进行除去而形成的沿周向具有车削痕迹的平滑面55沿着与车削痕迹平行的方向入射。该送信脉冲G的入射方向、入射角RC及折射角RC’在后述的图16b、图16c、图17b及图17c中也同样。入射角RC设定为能抑制表面附近的不灵敏区的产生且使超声波还向内部入射的18°。入射角RC设定为使超声波不会发生全反射的入射角，其范围优选为10°～27。。
从探头160连续地发送送信脉冲G。伺服马达145(参照图13)反转至适当的旋转角之后，进行正转且在等速旋转状态下将相位角0°作为原点，作为第一步骤，与相位角对应地在一个步骤中接收1周(360°)的反射回声Grl。焊接部49的缺陷K1、K2、K3可能存在于壁厚的内径侧、中央及外径侧(表面)，与图17a对应地，检测出焊接部49的轴构件13a侧的壁厚的内径侧的缺陷K1。
接着，作为第二步骤，使位置在Z轴方向上错开(X轴方向、Y轴方向的位置不变。接下来的第三步骤也相同)，如图16b所示，将探头160定位于焊接部49的轴向中央。与第一步骤同样地，将相位角0°作为原点来进行旋转，与相位角对应地接收1周(360°)的反射回声Grl。作为第三步骤，使Z轴方向的位置进一步错开，如图16c所示，将探头160定位于焊接部49的杯状构件12a侧。与前步骤同样地，与相位角对应地接收1周(360°)的反射回声Grl。由此，针对焊接部49的壁厚的内径侧的缺陷K1进行轴向的整个区域的缺陷检查。
接着，作为第四步骤，如图17b所示，使探头160向X轴方向移动而将超声波的焦点的瞄准位置设定在焊接部49的壁厚的中央，并且使探头160向Z轴方向移动而定位于焊接部49的轴构件13a侧的位置(参照图16a)。与第一～第三步骤同样地，将相位角0°设为原点进行旋转，与相位角对应地接收1周(360°)的反射回声Gr2。同样，作为，第五步骤，使探头160向Z轴方向移动而对焊接部49的轴向中央(参照图16b)进行检查，作为第六步骤，对焊接部49的杯状构件12a侧进行检查。由此，针对焊接部49的壁厚的中央的缺陷K2进行轴向的整个区域的缺陷检查。
作为第七步骤，如图17c所示，使探头160向X轴方向进一步移动而将超声波的焦点的瞄准位置设定在焊接部49的外径侧，并且使探头160向Z轴方向移动而定位于焊接部49的轴构件13a侧的位置(参照图16a)来进行检查。进而，作为第八步骤，使探头160向Z轴方向移动来对焊接部49的轴向中央(参照图16b)进行检查，作为第九步骤，对焊接部49的杯状构件12a侧进行检查。与前步骤同样地，将相位角0°设为原点进行旋转，与相位角对应地接收1周(360°)的反射回声Gr3。由此，针对焊接部49的杯状构件12a侧的缺陷K3进行轴向的整个区域的缺陷检查。
通过以上的第一～第九步骤的缺陷检查，能够利用一个探头160进行焊接部49的整个区域的缺陷检查。各步骤中的缺陷检查的范围如图18所示。第一步骤～第九步骤的缺陷检查的范围分别用S1～S9表示。如图示所示那样，通过缺陷检查的范围S1～S9来覆盖焊接部49的整个区域，从而能够以高检测精度且使工业生产成立的水平进行焊接部49的从表面到内部的整个区域的缺陷检测。
将以上说明的各探伤方式的程序的指令值的例子汇总示于表1中。这样的探伤程序按照型号预先设定。作业者能够选择按照型号设定好的探伤程序，从工件11’的投入开始自动地进行检测。因此，通过利用程序的指令值来控制探头160的位置和角度，能够适用于复杂的工件(外侧联轴器构件)形状、不同的型号的外侧联轴器构件。同时，使设备的换产调整容易，能够确保检查的再现性。
[表1]
Figure BDA0001597675930000241
前述的各探伤方式的程序的步骤、指令值的例子不限于表1所示的例子。在表1的例子中，将焊接部49的轴向的扫描位置及超声波的焦点的瞄准位置分别取三个，但位置的数量可以适当增减。另外，各步骤的顺序或指令值可以适当修正。
接下来，根据图19～21说明焊接部的缺陷检测结果的合格与否判定程序例的概要。图19所示的图表示出成为没有缺陷的基础的反射回声(以下，称为基础回声)。将基础回声的最大值(20％)作为基准，设定为基础回声的2倍的值为阈值X1，设定为基础回声的3倍的值为阈值X2。
就反射回声而言，每1°出现一个数据，因此，在1周出现360个数据。阈值X1为了判定检测到较小的缺陷的情况下的合格与否而设定。在焊接部的1周(360°)检测到10个以上超过阈值X1的反射回声的数据时，判定为不合格件。在图20所示的反射回声的数据中，超过阈值X1的情况在焊接部的1周出现两个，因此判定为合格件。
阈值X2为了判定检测到较大的缺陷的情况下的合格与否而设定。在焊接部的1周(360°)检测到哪怕一个超过阈值X2的反射回声的数据时，判定为不合格件。在图21所示的反射回声的数据中，超过阈值X1的情况为两个，根据阈值X1判定为合格件，但由于出现一个超过阈值X2的数据，因此，最终判定为不合格件。
如前所述，只要根据阈值X1、X2中的任何一个判定为不合格，则将工件11’判定为不合格。通过根据反射回声的数据利用阈值X1、X2进行合格与否判定，能够自动地进行检查。但是，合格与否判定能够根据工件11’的实际情况适当调整判定基准。
探伤检查结束后，如图10～12所示，探头160返回待机位置，上侧中心孔引导件124、下侧中心孔引导件126离开工件11’。将工件11’利用装载机(图示省略)从超声波探伤装置120搬出。这样，依次反复进行工件11’的检查。
如以上说明的那样，本实施方式的超声波探伤检查装置120主要包括：设置于架台121的贮水槽122；工件载置台123及其升降装置147；上侧中心孔引导件124及其驱动定位装置128；下侧中心孔引导件126；使外侧联轴器构件11的中间产品11’(以下，也称为工件11’)旋转的旋转驱动装置125；探头160的驱动定位装置161。根据该结构，能够使供水、排水、从工件11’的搬入到探伤检查、搬出的各动作连动，能够自动化地进行超声波探伤检查。因而，利用一个探头160按照周向斜角探伤方式将超声波以不会发生全反射的入射角向平滑面55入射，将探头160的超声波的焦点设定在焊接部49的从表面到内部的多个位置而对焊接部49的整个区域进行检查，其中，所述平滑面55通过对包括焊接部49在内的外表面进行除去加工而形成，由此，除了能以高检测精度且使工业生产成立的水平进行作为机动车用等的批量产品的等速万向联轴器10的外侧联轴器构件11的焊接部49的从表面到内部的整个区域的缺陷检测这样的特征以外，还能够提高检查的精度、作业性及效率，适用于作为批量产品的等速万向联轴器的外侧联轴器构件的焊接部的检查。
另外，在超声波探伤检查中，与本实施方式的将杯状构件12a的接合用端面50的外径B1针对每个联轴器尺寸而设为相同尺寸的结构相结合，还能减少对于编号不同的外侧联轴器构件11的换产调整作业，能谋求检查效率的进一步提高。而且，由于是在水中进行探伤的结构，因此，超声波的传播良好，能实现更高精度的检查。
接下来，作为制造理念的总结，关于杯状构件的品种统一，例示与上述的图5所示的长杆类型的轴构件13a不同编号的轴构件进行补充说明。图22以及图23所示的轴构件13b是内盘侧的标准的杆用的构件。在轴构件13b形成有与杯状构件12a的底部12a2(凸部12a3)的接合用端面50(参照图4b)对接的接合用端面51。该接合用端面51的外径B2及内径E形成为与图5c所示的长杆类型的轴构件13a的接合用端面51的外径B2及内径E相同的尺寸。
该轴构件13b是内盘侧的标准的杆用的构件，因此，轴部的长度短，在轴向中央部形成有滑动轴承面18，在该滑动轴承面18形成有多个油槽19。在与杯状构件12a侧相反侧的端部形成有花键Sp与挡圈槽48。这样，即使标准长度的杆、长杆这样的类型的不同、每种车型的各种轴径、外周形状不同，也能够将轴构件13a、13b的接合用端面51的外径B2设定为相同尺寸。
由于杯状构件12a与轴构件13a、13b的接合用端面50、51的外径B(B1及B2)针对每个联轴器尺寸而设定为相同尺寸，因此能够在热处理前的状态下准备针对每个联轴器尺寸共用化的杯状构件和针对各种车型而具备各种轴部规格的轴构件，能够分别对杯状构件12a与轴构件13a、13b的中间部件标注编号进行管理。并且，即使将杯状构件12a品种统一，通过与对于每种车型具备各种轴部规格的轴构件13a、13b组合，能够迅速地制作与要求相应的各种外侧联轴器构件11。因此，能够实现由杯状构件12a的品种统一带来的成本降低和生产管理的负荷减轻。
在上述中，为了易于理解，以标准长度的杆与长杆这种类型的不同为例，进行杯状构件的品种统一的说明，但不限于此，杯状构件相对于标准长度的杆之间的针对每种车型而具备各种轴部规格的轴构件、长杆之间的针对每种车型而具备各种轴部规格的轴构件的品种统一也是同样的。
作为以上的概括，在图22中示出本实施方式的杯状构件的品种统一的例子。如图所示，杯状构件在一个联轴器尺寸中共用化，例如，标注编号C001而进行管理。与此相对，轴构件针对每种车型而具备各种轴部规格，例如，标注编号S001、S002、～S(n)而进行管理。并且，例如，当组合编号C001的杯状构件和编号S001的轴构件来进行焊接时，能够制作编号A001的外侧联轴器构件。这样，通过杯状构件的品种统一，能够实现成本降低、减轻生产管理的负荷。就该品种统一而言，杯状构件在一个联轴器尺寸中并不限定为一个种类、即一个型号，例如，也包括根据最大工作角的不同规格而在一个联轴器尺寸中设定多个种类(多个型号)的杯状构件，将这些杯状构件的上述接合用端面的外径B1设为相同尺寸的情况。
接下来，根据图25以及图26说明与基于本发明的第一实施方式的制造方法制造出的图1以及图2a的等速万向联轴器以及外侧联轴器构件不同类型的等速万向联轴器以及外侧联轴器构件。在该等速万向联轴器以及外侧联轴器构件中，对具有与图1以及图2a的等速万向联轴器以及外侧联轴器构件相同功能的部位标注相同的附图标记(除了带下角标的文字)，仅说明要点。
图25所示的滑动式等速万向联轴器102是三球销型等速万向联轴器(TJ)，且具备：外侧联轴器构件112，其具有杯状部122和从杯状部122的底部沿轴向延长的长杆部13；内侧联轴器构件162，其收容于外侧联轴器构件112的杯状部122的内周；滚子19，其作为转矩传递单元配置于外侧联轴器构件112与内侧联轴器构件162之间。内侧联轴器构件162由三球销构件17构成，该三球销构件17在圆周方向上等间隔地设置有外嵌滚子19的三个脚轴18。
在长杆部13的外周面固定有支承轴承6的内圈，该支承轴承6的外圈经由未图示的托架固定于变速器箱体。外侧联轴器构件112通过支承轴承6被支承为旋转自如，从而尽可能地防止运转时等外侧联轴器构件112的振动。
图26示出外侧联轴器构件112的局部纵剖面。如图所示，外侧联轴器构件112包括有底筒状的杯状部122和长杆部13，所述杯状部122的一端开口，且在内周面的圆周方向三等分位置形成有供滚子19(参照图25)滚动的滚道槽302与内周面312，所述长杆部13从杯状部122的底部沿轴向延伸，并且在与杯状部122侧相反侧的端部外周设置有作为转矩传递用连结部的花键Sp。外侧联轴器构件112通过焊接杯状构件12a2和轴构件13a而形成。
如图26所示，杯状构件12a2是由在内周形成有滚道槽302与内周面312的筒状部12a12与底部12a22构成的一体成形件。在杯状构件12a2的底部12a22形成有凸部12a32。在杯状构件12a2的开口侧的外周形成有防护罩安装槽32。轴构件13a在杯状构件12a2侧的外周形成有轴承安装面14以及挡圈槽15，在与杯状构件12a2侧相反侧的端部形成有花键Sp。
使在杯状构件12a2的底部12a22的凸部12a32形成的接合用端面502与轴构件13a的杯状构件12a2侧端部的接合用端面51对接，并从径向的外侧利用电子束焊接进行焊接。焊接部49由从杯状构件12a2的径向外侧照射的射束产生的焊道而形成。与第一实施方式的外侧联轴器构件相同，接合用端面502与接合用端面51的外径B(B1及B2)针对每个联轴器尺寸而设定为相同尺寸。焊接部49形成在轴构件13a的比轴承安装面14靠杯状构件12a2侧的接合用端面51，因此轴承安装面14等能够在之前进行加工而取消焊接后的后加工。另外，由于进行电子束焊接而在焊接部不存在毛刺，因此也能够省略焊接部的后加工，能够降低制造成本。
外侧联轴器构件112与前述的关于外侧联轴器构件11的制造方法的第一实施方式中所述的内容相同，而且在后述的关于外侧联轴器构件的制造方法的第二及第三实施方式中也同样地适用，因此能够全部适用前述的全部内容，省略重复说明。
在图27中示出本发明的制造方法的第二实施方式。在本实施方式的制造工序中，将在第一实施方式中的上述的图3的热处理工序S7中的杯状构件的热处理工序放入到焊接工序S6之前，作为热处理工序S5c，对于杯状构件准备成品件。除此以外的内容，即，关于制造方法的第一实施方式中的上述的各工序的概要、杯状构件以及轴构件的主要的加工工序的状态、杯状构件的共用化、焊接方法、超声波探伤检查的方法、品种统一、外侧联轴器构件的结构等相同，因此将第一实施方式的全部内容适用于本实施方式，仅对不同的部分进行说明。
如图4b所示，杯状构件12a呈从接合用端面50经由底部12a2直至直径较大的筒状部12a1的形状，并且，实施作为淬火回火的热处理的部位是筒状部12a1的内周的滚道槽30、筒状内周面42。因此，通常，对于热处理部不存在焊接时的热影响，因此对于杯状构件12a，在焊接前实施热处理作为成品部件而准备。本实施方式的制造工序在实用方面优选。
在本实施方式的制造工序中，对于杯状构件12a，不实施作为成品件的热处理，因此标注作为成品件的编号进行管理。因此，杯状构件12a的品种统一带来的成本降低、生产管理的负荷减轻变得显著。另外，对于杯状构件12a而言，直至经由锻造加工、车削加工、热处理的成品件，能够单独地制造，包括减少换产调整等而使生产率提高。
在本实施方式的情况下，对于表示在第一实施方式中的上述的杯状构件的品种统一的例子的图24，图中的杯状构件的编号仅为作为成品件的编号，对于轴构件与外侧联轴器构件，与第一实施方式相同，因此省略说明。
在图28中示出本发明的制造方法的第三实施方式。在本实施方式的制造工序中，将在第一实施方式中的上述的图3的热处理工序S7的杯状部与轴部的热处理工序以及轴部的磨削加工工序S8放入到焊接工序S6之前，作为杯状构件的热处理工序S5c、轴构件的热处理工序S4s以及磨削加工工序S5s。因此，将杯状构件与轴构件均作为成品件而准备。除此以外的内容，即，关于制造方法的第一实施方式中的上述的各工序的概要、杯状构件以及轴构件的主要的加工工序的状态、杯状构件的共用化、焊接方法、超声波探伤检查的方法、品种统一、外侧联轴器构件的结构等相同，因此将第一实施方式的全部内容适用于本实施方式，仅对不同的部分进行说明。
轴构件在花键加工工序S3s之后，在热处理工序S4s中，在外周面的规定范围通过高频淬火形成HRC50～62左右的硬化层。包括接合用端面51在内的规定的轴向部位不实施热处理。对于杯状构件的热处理、编号标注等，与关于制造方法的第二实施方式相同，因此省略重复说明。
在热处理工序S4s后，轴构件移至磨削加工工序S5s，对轴承安装面14等进行精加工。由此，获得作为成品件的轴构件。然后，对轴构件标注作为成品件的编号进行管理。本实施方式的制造工序适于具有对于热处理部不产生焊接时的热影响的形状、规格的杯状构件以及轴构件的情况。
在本实施方式的制造工序中，杯状构件与轴构件双方能够标注作为成品件的编号进行管理。因此，杯状构件的品种统一带来的成本降低、生产管理的负荷减轻更加显著。另外，对于杯状构件以及轴构件而言，直至经由锻造加工、车削加工、热处理以及热处理后的磨削加工等的成品件，能够分别单独地制造，包括减少换产调整等而使生产率进一步提高。
在本实施方式的情况下，对于表示在第一实施方式中的上述的杯状构件的品种统一的例子的图24，图中的杯状构件以及轴构件的编号为成品件的编号。外侧联轴器构件与第一实施方式相同，因此省略说明。但是，所谓作为成品部件的杯状构件、轴构件，不限于实施了上述的热处理后的磨削加工、淬火后切削等精加工的构件，还包括未进行该精加工的热处理结束状态的杯状构件、轴构件。
如在品种统一中所述的那样，杯状构件不限定于在一个联轴器尺寸中为一个种类、即一个编号。即，如上所述，例如，也包括如下情况，根据最大工作角的不同规格而在一个联轴器尺寸中设定多个种类(多个型号)的杯状构件，将这些杯状构件的上述接合用端面的外径B1设为相同尺寸。另外，除此以外，例如，还包括如下情况，考虑联轴器功能、制造现场的实际情况、生产率等，为了在热处理前的中间部件与成品部件的多个形态下管理杯状构件，在一个联轴器尺寸中设定多个种类(多个型号)的杯状构件，将这些杯状构件的上述接合用端面的外径B1设为相同尺寸。
在以上的实施方式中，示出了应用电子束焊接的情况，但能够同样地应用激光焊接。
在以上的关于外侧联轴器构件的实施方式中，对应用于作为滑动式等速万向联轴器10的双圈型等速万向联轴器、三球销型等速万向联轴器102的情况进行了说明，但本发明也能够应用于十字槽型等速万向联轴器等其他滑动式等速万向联轴器的外侧联轴器构件、以及固定式等速万向联轴器的外侧联轴器构件。另外，以上，将本发明应用于构成驱动轴的等速万向联轴器的外侧联轴器构件，但本发明也能够应用于构成传动轴的等速万向联轴器的外侧联轴器构件。
本发明不受前述的实施方式任何限定，无需言及在不脱离本发明的主旨的范围内，还能够以各种方式实施，本发明的范围由权利请求的范围示出，并且包括与权利请求的范围记载等同的含义以及范围内的全部变更。
【附图标记说明】
1 驱动轴
2 中间轴
3 花键
4 防护罩
5 防护罩
6 支承轴承
10 滑动式等速万向联轴器
11 外侧联轴器构件
11’ 工件
12 杯状部
12a 杯状构件
12a1 筒状部
12a2 底部
13 长尺寸轴部
13a 轴构件
14 轴承安装面
16 内侧联轴器构件
17 三球销构件
19 转矩传递单元(滚子)
20 固定式等速万向联轴器
21 外侧联轴器构件
22 内侧联轴器构件
23 转矩传递单元(滚珠)
24 保持器
30 滚道槽
31 内周面
40 滚道槽
41 转矩传递单元(滚珠)
42 筒状内周面
49 焊接部
50 接合用端面
51 接合用端面
55 平滑面
100 焊接装置
101 电子枪
108 壳体
109 真空泵
111 密闭空间
120 超声波探伤检查装置
121 架台
122 贮水槽
123 工件载置台
124 上侧中心孔引导件
125 旋转驱动装置
126 下侧中心孔引导件
128 驱动定位装置
129 上下方向的驱动定位装置
130 水平方向的驱动定位装置
142 驱动缸
143 旋转支承构件
145 伺服马达
156 驱动缸
160 探头
161 驱动定位装置
165 驱动缸
166 驱动缸
167 臂构件
168 齿轮
169 电动旋转促动器
170 齿轮
171 齿条
B1 外径
B2 外径
D 内径
E 内径
G 送信脉冲
Grl 反射回声
Gr2 反射回声
Gr3 反射回声
K1 缺陷
K2 缺陷
K3 缺陷
O 联轴器中心
O1 曲率中心
O2 曲率中心
RC 周向斜角(入射角)
RC’ 折射角
S6 焊接工序
S6j 除去加工工序
S6k 超声波探伤检查工序
X1 阈值
X2 阈值

Claims (6)

1.一种等速万向联轴器的外侧联轴器构件的制造方法，所述外侧联轴器构件的杯状部和轴部由独立构件构成，所述杯状部在内周形成有供转矩传递单元卡合的滚道槽，所述轴部形成于该杯状部的底部，并且所述外侧联轴器构件通过对形成所述杯状部的杯状构件和形成所述轴部的轴构件进行焊接而成，
所述等速万向联轴器的外侧联轴器构件的制造方法的特征在于，
所述制造方法至少包括下述工序：
向所述杯状构件与所述轴构件的接合用端部照射射束进行焊接而形成工件的焊接工序；
利用基于车削加工的除去加工使包括在所述焊接工序中形成的焊接部在内的外表面成为平滑面的除去加工工序；以及
利用一个探头按照周向斜角探伤方式将超声波沿着与在所述车削加工中形成的车削痕迹平行的方向、且以不会发生全反射的入射角向所述平滑面入射来进行检查的超声波探伤检查工序，
所述周向斜角探伤方式是指，在从所述一个探头发送的送信脉冲的轴线与所述工件的轴线成直角且与包含所述工件的轴线的纵剖面平行的方式偏置的状态下，使所述一个探头在与所述工件的轴线正交的横剖面中互相正交的X轴方向、Y轴方向及与所述工件的轴线平行的Z轴方向上定位，从该探头将送信脉冲向所述工件发送，从所述工件接收反射回声，
所述周向斜角探伤方式具有多个步骤，在该多个步骤中，所述一个探头的Z轴方向的位置不同，且将所述多个步骤反复进行多次，在该反复的各次中，为了将所述一个探头的超声波的焦点设定在所述焊接部的壁厚内不同的位置而改变所述一个探头的X轴方向的位置，由此对所述焊接部的整个区域进行检查。
2.根据权利要求1所述的等速万向联轴器的外侧联轴器构件的制造方法，其特征在于，
将实施所述车削加工后的外表面的表面粗糙度设为Ra2.0以下。
3.根据权利要求1所述的等速万向联轴器的外侧联轴器构件的制造方法，其特征在于，
将所述超声波探伤检查工序中的超声波的入射角度设为10°～27°。
4.根据权利要求1所述的等速万向联轴器的外侧联轴器构件的制造方法，其特征在于，
所述探头的超声波的焦点位置的控制通过程序来进行。
5.根据权利要求1所述的等速万向联轴器的外侧联轴器构件的制造方法，其特征在于，
在所述超声波探伤检查工序中，使所述杯状构件和所述轴构件焊接而成的工件在检查时进行旋转。
6.一种等速万向联轴器的外侧联轴器构件的焊接部的超声波探伤检查方法，
所述外侧联轴器构件的杯状部和轴部由独立构件构成，所述杯状部在内周形成有供转矩传递单元卡合的滚道槽，所述轴部形成于该杯状部的底部，并且所述外侧联轴器构件通过对形成所述杯状部的杯状构件和形成所述轴部的轴构件进行焊接而成，
所述等速万向联轴器的外侧联轴器构件的焊接部的超声波探伤检查方法的特征在于，
利用基于车削加工的除去加工使包括所述焊接部在内的工件的外表面成为平滑面，
利用一个探头按照周向斜角探伤方式将超声波沿着与在所述车削加工中形成的车削痕迹平行的方向、且以不会发生全反射的入射角向所述平滑面入射，
所述周向斜角探伤方式是指，在从所述一个探头发送的送信脉冲的轴线与所述工件的轴线成直角且与包含所述工件的轴线的纵剖面平行的方式偏置的状态下，使所述一个探头在与所述工件的轴线正交的横剖面中互相正交的X轴方向、Y轴方向及与所述工件的轴线平行的Z轴方向上定位，从该探头将送信脉冲向所述工件发送，从所述工件接收反射回声，
所述周向斜角探伤方式具有多个步骤，在该多个步骤中，所述一个探头的Z轴方向的位置不同，且将所述多个步骤反复进行多次，在该反复的各次中，为了将所述一个探头的超声波的焦点设定在所述焊接部的壁厚内不同的位置而改变所述一个探头的X轴方向的位置，由此对所述焊接部的整个区域进行检查。
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