JP2004184306A

JP2004184306A - 鋼板の突き合わせ溶接部の検査方法

Info

Publication number: JP2004184306A
Application number: JP2002353493A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Shimada; 清島田; Osamu Honda; 修本多; Suechika Honda; 末親本田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: JP3944068B2

Abstract

【課題】突き合わせ溶接部の段差不良、溶け込み不良、ブローホール、ピンホール等の各種の欠陥を迅速確実に検出することができる鋼板の突き合わせ溶接部の検査方法を提供する。
【解決手段】ホール素子などの感磁素子２とこれを挟む形で配置された磁化器３から構成される検出部１を用い、鋼板の溶接線方向に検出部１または鋼板を走査しながら鋼板の突き合わせ溶接部を溶接線方向に磁化させ、溶接欠陥部での漏洩磁束を検出する。検出部１を一定厚みの非磁性材料板９を介して鋼板と密着させることにより、検出部と溶接部との距離を一定に保ちながら検査を行なうことが好ましい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の鋼板を突き合わせ溶接した突き合わせ鋼板（テーラードウエルデッドブランクス）の溶接部の検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−２３９７６１号公報
【特許文献２】特開平５−７１９３２号公報
【特許文献３】特開平６−９４６４０号公報
【特許文献４】特許第３１５１９９４号明細書
【特許文献５】特開平５−２３２０８７号公報
【０００３】
突き合わせ鋼板は複数の鋼板を突き合わせ溶接したものであり、通常は板厚や材質の異なるシート状鋼板を組み合わせることにより、強度アップと軽量化というような要求を両立させるために使用されている。多くの場合にはレーザ溶接による溶接がなされているが、溶接部には溶け込み不良、ブローホール、ピンホールというような欠陥が生ずることがあり、その検査が必要である。このような鋼板の突き合わせ溶接部の検査方法として、従来から種々の方法が提案されている。
【０００４】
先ず特許文献１である特開２００２−２３９７６１号公報には、レーザ溶接中に発生するプラズマや熱などの代理信号を捕捉し、これが均一に発生しているかどうかを監視し、予め収集しておいた良好な溶接の場合の信号と比較して溶接良否判定を行なう方法が開示されている。しかしこの方法は溶接部の欠陥を直接検査していないので、鋼板突き合わせ部の表面状態の影響を受け易く、誤検出する問題がある。
【０００５】
次に特許文献２である特開平５−７１９３２号公報や特許文献３である特開平６−９４６４０号公報には、溶接ビードにスリット状のレーザ光を投射し、その投射されたスリット光を撮影し、溶接ビードの形状測定することで、溶接の良否判定を行なう方法が開示されている。この方法は溶接ビードの外形状を検出する方法であるから、段差不良欠陥は検出できるが、１ｍｍ程度以下の小さな溶け込み不良欠陥やピンホール欠陥、ブローホール欠陥は検出できない欠点がある。
【０００６】
また特許文献４である特許第３１５１９９４号明細書には、溶接の継ぎ目に沿って走行するセンサユニットに搭載された渦流探傷センサ及び超音波探傷センサを使って、渦流探傷センサが一定以上の大きさの欠陥を検知したら走行を停止させ超音波探傷センサを走査探傷させる方法が開示されている。しかし、渦流探傷では表皮効果により表面近傍の欠陥は検出できるが、内部の欠陥は検出し難い問題がある。また鋼板を磁気飽和する程度まで磁化させるため、検査できる肉厚に限界がある。更に鋼板の材質の影響を受けやすく、信号処理においても複雑な回路を必要とする問題がある。またこの方法では超音波探傷センサも用いているので内部欠陥も検出できるが、探傷速度の問題から渦流探傷センサで検知された欠陥についてのみ超音波探傷することになっており、内部欠陥は検出し難い問題が残ったままである。
【０００７】
また鋼板の突き合わせ溶接部の検査ではないが、特許文献５である特開平５−２３２０８７号公報には、走行状態の金属帯に磁化を印加して金属帯の幅方向に複数の磁気センサを配列しかつ幅方向に隣接する２個以上の磁気センサを直列接続した検出方法が開示されている。これを鋼板の突き合わせ溶接検査に適用した場合、溶接線上での材質変更による漏洩磁束や、突き合わせ鋼板の板厚差による漏洩磁束により誤検出が多発し、溶接欠陥を正確に検出できない問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、突き合わせ溶接部の段差不良、溶け込み不良、ブローホール、ピンホール等の各種の欠陥を迅速にかつ確実に検出することができる鋼板の突き合わせ溶接部の検査方法を提供するためになされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明の鋼板の突き合わせ溶接部の検査方法は、感磁素子とこれを挟む形で配置された磁化器から構成される検出部により鋼板の突き合わせ溶接部を溶接線方向に磁化させ、溶接欠陥部での漏洩磁束を検出することにより溶接部の良否を判定することを特徴とするものである。なお鋼板の溶接線方向に検出部または鋼板を走査しながら検査を行なうことが好ましく、千鳥配列された多数のホール素子を電気的に差動結合することにより一対の感磁素子を構成し、これらの対をなす感磁素子を用いることができる。
【００１０】
また検出部を一定厚みの非磁性材料板を介して鋼板と密着させることにより、検出部と溶接部との距離を一定に保ちながら検査を行なう方法を取ることが好ましく、溶接機の隣接位置に検出部を設置し、突き合わせ鋼板を溶接機から移動させて溶接部の検査を行なうこともできる。
【００１１】
さらに、検出された漏洩磁束の強度と溶接長さ当たりの検出頻度に基づいて、突き合わせ鋼板のプレス仕様別のランク分けを行なう方法や、検出された漏洩磁束の低周波側の信号レベルと発生頻度に基づいて、突き合わせ鋼板のプレス仕様別のランク分けを行なう方法を取ることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を、図を参照しながら説明する。
図１は本発明に用いられる検出部の構成を示す図であり、検出部１は感磁素子２とこれを挟む形で配置された磁化器３により構成されている。この実施形態では検出部１はレール４に沿って突き合わせ鋼板の溶接線方向に走行し、その上方に置かれた突き合わせ鋼板の溶接部を磁化しつつ、溶接欠陥が存在する場合に生ずる漏洩磁束を感磁素子２で検出することによって検査を行なう。検出部１の移動は例えばシリンダにより行われる。しかし検出部１を固定し、突き合わせ鋼板を移動させる方法を取ることもできる。このように磁化器３により鋼板の溶接部を溶接線方向に磁化させることで、溶接部の材質変化による磁場影響を受けずに、検査を行なうことができる。
【００１３】
磁化器３は例えば希土類永久磁石であり、突き合わせ鋼板に向けて突出させた両側の磁極には、スリップ材であるフッ素樹脂膜５が貼ってある。磁化器３の両側にはクッション６により支持されたローラ７が設けられ、磁極先端より０．５ｍｍ程度で張り出す構造になっている。また感磁素子２もクッション８によりフッ素樹脂膜５の方向に押しあてられている。
【００１４】
感磁素子２としては、漏洩磁束を検出できるホール素子を用いている。この実施形態では図２に示すように多数のホール素子を例えば１ｍｍピッチで千鳥配列し、感磁幅１０ｍｍ内は不感帯が発生しない構成を採用している。各ホール素子は電気的に差動結合された一対の感磁素子２を構成し、これらの対をなす感磁素子２を多数用いている。このようにホール素子の対を電気的に差動結合させることで、感磁素子２と鋼板との距離が変化し感磁素子２周辺の磁場が変化しても、計測信号に影響を与えず、溶接欠陥による漏洩磁場のみを計測できる。さらにこの対を突き合わせ鋼板の溶接線に直角方向に多数配置することで、鋼板と検出部１の機械的配置が多少ズレても、溶接線が多数の千鳥配列された感磁素子の間にあれば、溶接部の溶接欠陥が検査できるようになっている。
【００１５】
前記したようにこの検出部１はレール４上を走行しながら突き合わせ溶接部の検査を行なうものであるが、レール４の上部には肉厚０．２ｍｍの非磁性材料板９であるステンレス板を設けてあり、突き合わせ鋼板はこの非磁性材料板９の上に置かれて突き合わせ溶接部が検査される。非磁性材料板９を設けたことにより、溶接部の突起により感磁素子２が破壊されることが防止されるとともに、鉄粉が磁化器３に吸着されることが防止される。さらに一定厚さの非磁性材料板９を介して磁化器３により突き合わせ鋼板が吸着されるため、感磁素子２と溶接部との距離を常に同一に保つことができる。
【００１６】
磁化器３は、突き合わせ鋼板のフラット面側の溶接線方向に、材料内磁束密度が１００〜２０００Ｇａｕｓｓになるように磁化する。突き合わせ鋼板は、板厚が同じ鋼板でもまたは、板厚差がある鋼板でも、あるいは、それぞれの鋼板の材質が異なっても検査可能であるが、板厚差がある場合は、検出部１はフラット面側を走査する。フラット面側を検査するのは、非磁性材料板９を介して検出部１を突き合わせ鋼板の溶接部と均一に密着させるためであるが、機械的に検出部を均一に突き合わせ鋼板に密着できれば、どちらの面でも検査可能である。磁化器３は溶接部を溶接線方向に磁化することで、突き合わせ鋼板の段差による漏洩磁束が発生せず、溶け込み不足欠陥やピンホール欠陥による漏洩磁束が探査できるようになっている。
【００１７】
この検出部１はシリンダ等の駆動源により突き合わせ鋼板の溶接線方向に走査できる構造になっており、突き合わせ鋼板が非磁性材料板９を介して磁化器３の磁極に常に密着される。このように感磁素子２と突き合わせ鋼板との距離が常に一定に保たれるため、検出部１の振動によるノイズ信号は発生せず、一定の感度で溶接部の検査を行なうことができる。この時の走査速度は、１〜５０ｍ／分である。
【００１８】
図３と図４は請求項５の発明の実施形態を示す図である。１１と１２は鋼板支持テーブルであり、それぞれ第１の鋼板Ｓ１と第２の鋼板Ｓ２を支持している。鋼板支持テーブル１１はその両側の送り機構１３により平行移動が可能である。１４はレーザノズルであり、図３のように移動して第１の鋼板Ｓ１と第２の鋼板Ｓ２の端部をそれぞれレーザ切断したうえで、突き合わせ部をレーザ溶接することができる。このように突き合わされる２枚の鋼板を保持固定し、突き合わせ部の鋼板を切断することで、突き合わされる鋼板の両切断面の突き合わせ精度を溶接線全長に渡って確保し、かつこれをレーザ溶接することで、突き合わされる２枚の鋼板の段違い欠陥を起きないようにすることができる。
【００１９】
このような構造の溶接機の隣接位置に、検出部１が設置されており、溶接された突き合わせ鋼板は図４に示すように搬出アーム１５により、溶接機の鋼板支持テーブル１１、１２から非磁性材料板９の上に移動される。そして検出部１は前記のように溶接線に沿って走行しながら、突き合わせ溶接部を検査する。このような構造としておけば、溶接と検査とを一連に行なうことができる。しかし、溶接と検査とを別の位置で行なっても良いことはいうまでもなく、その場合にはレーザ溶接時の検査によるスパッターの飛散による検出部の破損・磨耗や電気的ノイズによる誤計測を防ぐことができる。
【００２０】
図５は、直径が０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍの人工ピンホール欠陥を設けた突き合わせ溶接部を、本発明方法により検査した場合の生波形検出信号とその信号処理波形とを示すグラフである。０．３ｍｍ以上のピンホールは、十分に検知可能であることが確認された。
【００２１】
図６は、本発明方法により計測された欠陥信号レベル（漏洩磁束の強度）及びその溶接長さ当たりの発生頻度と、その突き合わせ鋼板がプレスされた時の溶接欠陥割れとの関係を示すグラフである。プレス条件が厳しいＡプレス仕様向けではグラフの左下領域のみが合格範囲であるが、プレス条件が厳しいＢプレス仕様向けでは合格範囲が右上方にシフトする。このため、検出された漏洩磁束の強度と溶接長さ当たりの検出頻度に基づいて、その突き合わせ鋼板のプレス仕様別のランク分けを行なうことができる。これは、欠陥信号の強度が小さければ、溶接長さあたりの欠陥発生個数がある一定以上でプレス時の溶接線の割れにつながることが経験則で判っており、これを合格基準として定量判定を行なうものである。
【００２２】
図７は、本発明方法により計測された生信号と低周波側の信号を分離した信号処理波形を示すグラフである。ここで低周波側とは、検査速度をＶｍｍ／ｓｅｃとしたとき、Ｖ／１０〜Ｖ／１００Ｈｚの波長域を意味するものである。図５は突き合わせ鋼板の段違い欠陥を検出した例を示しており、高周波ノイズに影響されることなく、突き合わせ溶接部の形状的な欠陥を検出することができる。このため、検出された漏洩磁束の低周波側の信号レベルと発生頻度に基づいて、突き合わせ鋼板のプレス仕様別のランク分けを行なうことができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の効果を要約すると下記の通りである。
請求項１の発明によれば、磁化器により鋼板の溶接部を溶接線方向に磁化させることで、溶接部の材質変化による磁場影響を受けずに、溶接欠陥による漏洩磁束を確実に検出することができる。請求項２の発明によれば、異なる板厚の鋼板突き合わせ溶接部を検査する場合においても、板厚差で起きる段差による空間磁場に影響を与えることなく、溶接欠陥による漏洩磁束を確実に検出することができる。またこの検査のために鋼板の溶接線方向に、検出部または鋼板側を走査することで、溶接部の溶接線の全長が検査可能となる。
【００２４】
請求項３の発明によれば、感磁素子を千鳥配列にし、この対を電気的に差動結合させることで、感磁素子と鋼板との距離が変化し感磁素子周辺の磁場が変化しても、計測信号に影響を与えず、溶接欠陥による漏洩磁場のみを計測することができる。さらにこの対を突き合わせ鋼板の溶接線に直角方向に多数配置することで、鋼板と検出部の機械的配置がズレても、溶接線が多数の千鳥配列された感磁素子の間にあれば、溶接部の溶接欠陥が検査できる。
【００２５】
請求項４の発明によれば、検出部と接触した一定厚みの非磁性材料を介して突き合わせ鋼板を磁化させることで、磁化器に挟まれた検出部が非磁性材料を介して突き合わせ鋼板に密着させられる。これにより、突き合わせ鋼板形状が悪くても鋼板の板厚が０．４〜６．０ｍｍの範囲ならば、非磁性材料を介して磁化器の磁極間は、鋼板が磁化器に倣い、従って検出部と突き合わせ鋼板が非磁性材料の厚み分の距離が保たれ、かつ検出部あるいは鋼板を走査してもこの距離は安定して保つことができ、突き合わせ鋼板と検出部との距離変化による磁場変化が発生しない。
【００２６】
請求項５の発明によれば、溶接と検査とを一連に行なうことができる。請求項６と請求項７の発明によれば、検査結果に基づいて溶接鋼板をプレス仕様別にランク分けすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられる検出部の構成を示す断面図である。
【図２】感磁素子の拡大平面図である。
【図３】請求項５の発明の実施形態を示す平面図である。
【図４】請求項５の発明の実施形態を示す平面図である。
【図５】人工欠陥の検出例を示す波形図である。
【図６】請求項６の発明を説明するグラフである。
【図７】請求項７の発明における信号波形を示すグラフである。
【符号の説明】
１検出部
２感磁素子
３磁化器
４レール
５フッ素樹脂膜
６クッション
７ローラ
８クッション
９非磁性材料板
１１鋼板支持テーブル
１２鋼板支持テーブル
１３送り機構
１４レーザノズル
１５搬出アーム

Claims

感磁素子とこれを挟む形で配置された磁化器から構成される検出部により鋼板の突き合わせ溶接部を溶接線方向に磁化させ、溶接欠陥部での漏洩磁束を検出することにより溶接部の良否を判定することを特徴とする鋼板の突き合わせ溶接部の検査方法。
鋼板の溶接線方向に検出部または鋼板を走査しながら検査を行なう請求項１記載の鋼板の突き合わせ溶接部の検査方法。
千鳥配列された多数のホール素子を電気的に差動結合することにより一対の感磁素子を構成し、これらの対をなす感磁素子を用いる請求項１記載の鋼板の突き合わせ溶接部の検査方法。
検出部を一定厚みの非磁性材料板を介して鋼板と密着させることにより、検出部と溶接部との距離を一定に保ちながら検査を行なう請求項１記載の鋼板の突き合わせ溶接部の検査方法。
溶接機の隣接位置に検出部を設置し、突き合わせ鋼板を溶接機から移動させて溶接部の検査を行なう請求項１記載の鋼板の突き合わせ溶接部の検査方法。
検出された漏洩磁束の強度と溶接長さ当たりの検出頻度に基づいて、突き合わせ鋼板のプレス仕様別のランク分けを行なう請求項１記載の鋼板の突き合わせ溶接部の検査方法。
検出された漏洩磁束の低周波側の信号レベルと発生頻度に基づいて、突き合わせ鋼板のプレス仕様別のランク分けを行なう請求項１記載の鋼板の突き合わせ溶接部の検査方法。