JP2020514063A - 溶接接合部を評価するための方法及び溶接接合部評価装置 - Google Patents

Abstract

第１の部品（１２）と第２の部品（１４）との間の溶接接合部（１８）を評価するための方法が、溶接接合部（１８）が第１及び第２の電極（２０、２２）の間に配置されるように、第１の電極（２０）を第１の部品（１２）と接触させ、第２の電極（２２）を第２の部品（１４）と接触させるステップと；電流（ｉ）が溶接接合部（１８）を通って流れるように、第１の電気量（２８）を溶接接合部（１８）に印加するステップと；第１及び第２の電極（２０、２２）における第２の電気量（３０）を測定するステップと；第２の電気量（３０）の測定値（ΩF；ＵF）を基準値（Ω0；Ｕ0）と比較するステップと；比較するステップに基づいて溶接接合部（１８）を評価するステップと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、第１の部品と第２の部品との間の溶接接合部（又は、溶接結合部）を評価するための方法に関する。
さらに、本発明は、第１の部品と第２の部品との間の溶接接合部を評価するための評価装置に関する。

溶接技術の分野においては、目視検査を用いて溶接接合部を評価することが知られている。
完成した溶接接合部を目視検査する際、例えば、ツールノッチ又は衝突による何らかの跡があるかどうか、アニーリングカラー、ドラグライン等があるかどうか、溶接金属と母材との間に滑らかな移行があるかどうか、溶接シーム面の形状が満足のいくものであるかどうか、シームが、該シームの全長にわたって同じ幅であるかどうか等に関して、溶接シームを検査する。

溶接接合部を評価するために、この種の非破壊的評価方法に加えて、溶接接合部に機械的荷重を与える評価方法も知られている。

例えば、スタッド溶接の分野において、金属板と次のように該板に溶接されたスタッドとの間の溶接接合部を評価することが知られている。機械的評価装置を用いて、該評価装置が金属板上に支持された状態で、軸方向の引張力がスタッドにかけられる。引張力は、例えば、ねじにより生成し、所定のトルクに設定される。スタッド溶接接合部が、印加される軸方向の引張力に耐える場合には、スタッド溶接接合部が満足のいくものであると考えることができる。スタッド溶接接合部が適切なものでない場合には、スタッド溶接接合部が破損することになる。この破損が起こった場合、複雑な再加工が必要である。特に、自動車の車体構造において、これらの欠陥のあるスタッド溶接接合部を有する車両は、コンベヤ・ベルト生産工程から除去し、別個に機械加工しなければならないので、この種の再加工は望ましくない。

この背景に対して、本発明により対処される課題は、溶接接合部を評価するための改善された方法及び改善された溶接接合部評価装置を提供することである。

この課題は、最初に、第１の部品と第２の部品との間の溶接接合部を評価するための以下の方法、すなわち、溶接接合部が第１及び第２の電極の間に配置されるように、第１の電極を第１の部品と接触させ、第２の電極を第２の部品と接触させるステップと；電流が溶接接合部を通って流れるように、第１の電気量を溶接接合部に印加するステップと；第１及び第２の電極における第２の電気量を測定するステップと；第２の電気量の測定値を基準値と比較するステップと、比較するステップに基づいて溶接接合部を評価するステップと、を含む方法により解決される。

さらに、上述の課題は、第１の部品と第２の部品との間の溶接接合部を評価するための、特に本発明による方法を実行するための評価装置であって、少なくとも１つの接触点において第１の部品に電気的に接触するための第１の接触部分と、少なくとも１つの第２の接触点において第２の部品に電気的に接触するための第２の接触部分とを含み、第１の接触部分及び第２の接触部分は、溶接接合部が少なくとも１つの第１の接触部分と少なくとも１つの第２の接触部分との間に配置できるように、互いに対して配置され、第１の電気量を溶接接合部に印加するように設計された電源に溶接接合部を接続するための接続装置と、第１及び第２の接触部分における第２の電気量を測定するための測定装置と、第２の電気量の少なくとも１つの基準値を格納し、第２の電気量の測定値を基準値と比較し、比較に基づいて溶接接合部を評価するように設計された比較装置と、が設けられた評価装置により解決される。

本発明による方法は、以下の考慮事項に基づいている。特にいずれの位置合わせ不良、ひび、又は他の欠陥もない満足のいく溶接接合部において、溶接接合部の両端部の間に特定の電気抵抗が生じる。しかしながら、こうした種類の欠陥が溶接接合部に存在する場合、電気抵抗は、基準値と比較して概ね増大する。

ここで、電流が溶接接合部に流れ、次いで、例えば電圧などの別の電気量を測定することを可能にし、そこからの抵抗を計算し、抵抗自体若しくは溶接接合部にわたる導電率のような別の電気量を直接測定することが可能である。

しかしながら、溶接接合部の電気抵抗又導電率は、電流又は電圧の電気量から間接的に求められることが好ましい。

ここで、電極又はその接触点は、溶接接合部のすぐ近くに配置されることが好ましい。電流が同じ電極又接触点を介して溶接接合部を通って流れるように、第１の電気量を溶接接合部に印加することができる。しかしながら、これは、第２の電気量を測定する電極又は接触点よりも溶接接合部からさらに遠い点で行われることが好ましい。

第２の好ましい変形形態において、電極又は接触点において異なる電位が生じ、その電位差は、第２の電気量の測定値とすることができる。

本発明による方法及び本発明による評価装置において、好ましい態様によれば、例えば電流又は電圧の形の第１の電気量が溶接接合部に印加される、すなわち、溶接接合部を横切って電流が生じる。

しかしながら、本発明の第２の態様によれば、電極又は接触点において直接測定された抵抗又は導電率のみに基づいて溶接接合部を評価することも考えることができる。ここで、欠陥のない溶接接合部は、基準抵抗又は基準導電率を有するが、欠陥のある溶接接合部は、それとは異なる電気抵抗又は導電率を有すると仮定される。

問題は、完全に解決される。

特定の好ましい実施形態によれば、溶接接合部は、金属板部品と該金属板部品から突出するスタッド部品との間のスタッド溶接接合部であり、第１の電極は、スタッド部品のそばに金属板部品の表面と接触させられ、第２の電極は、金属板部品から見て外方に向いた、スタッド部品の端面と接触させられる。

スタッド溶接接合部において、溶接シームは、金属板部品の表面部分と端面の軸方向反対側の、スタッド部品の接合面との間のある種の溶接レンズとして設計される。溶接プロセスの際、スタッド部品は、一般に、対向する表面が溶融した後、基準線より下方に、すなわち、金属板部品の平面より下方に押し付けられる。従って、溶融接合部は、一般に、金属板部品に隣接してスタッドの基部においてスタッド部品のシャフト部分の周りに延びる環状溶接ビードも含む。

スタッド部品の端面とスタッド部品に隣接して金属板部品の一部を接触させることにより、レンズ形の溶接接合部が、第１の電極と第２の電極との間に配置される。

スタッド部品の端面に接触する電極と、第２の電気量を測定するために用いられる、第１の電極よりスタッド部品から半径方向に（スタッド部品の長手方向軸に対して）さらに離れた別の接触点との間に、第１の電気量が同様に確立されることが好ましい。

一般に、金属板部品がスタッド部品に隣接して１つの位置のみで接触する場合、この種の第２の電気量の測定値に基づいて、スタッド溶接接合部を評価することが考えられる。しかしながら、一般に、こういう場合、接触点の半径方向反対側に位置する溶接接続部の欠点が十分に検出できないことがある。

従って、第１の電極は、スタッド部品の外周の上にオフセットした少なくとも２つの点で金属板部品の表面と接触することが好ましい。

このように、電流が、第２の電極と、金属板部品上の第１の電極と、スタッド部品の外周の上にオフセットした金属板部品上の別の点との間に流れることが達成される。その結果、より高い確実性のレベルで溶接接合部の品質を評価することができる。

ここでは、第１の電極は、スタッド部品の外周の上にオフセットした、金属板部品の表面上の３つ又は４つの点で、接触されることも特に有利である。

金属板部品を接触させる複数の点は、スタッド部品の外周の上に均一に離間配置されること、又は分散されることが好ましい。

別の好ましい実施形態によれば、第１及び第２の電極をそれぞれ金属板部品及びスタッド部品に接触させるために、接触が行われるまで、接触組立体は、スタッド部品の長手方向軸と並行に金属板部品及びスタッド部品に向けて動かされる。

その結果、好ましくは、本発明による方法は、１つのステップで行うことができる。さらに、接合ヘッドによりスタッド溶接プロセスが行われた後、溶接接合部を即座に評価することができるように、例えば、この種の接触組立体を溶接ヘッド内に統合することができる。

他の実施形態において、例えば、接触組立体は、別個の測定組立体内に統合される。

接合ヘッド及び接触組立体は、随意的に、ロボットにより案内することができる。

接触組立体が、少なくとも１つの軸方向に弾性的に撓むことができる接触チップを含むことも特に好ましく、接触組立体は、接触チップが撓むまで、金属板部品及びスタッド部品に向けて動く。

接触組立体が、接触チップが撓むまで部品に対して軸方向に移動する方策により、電極が確実に接触することを保証することができる。

スタッド部品の端面に接触する接触チップが提供されることが好ましい。さらに、接触組立体は、１つの接触チップを、特に、金属板部品に接触するように設計された複数の接触チップを含むことが好ましい。

本発明による評価装置において、スタッドに接触するための接触チップは、金属板部品に接触するための１つの接触チップ又は複数の接触チップから軸方向にオフセットしていることが好ましい。

ここで、接触チップは、第１又は第２の接触部分の一部とすることができる。

この種の接触部分及びこの種の第２の接触部分は、本発明による評価装置上で、機械的に相互接続されるが、互いに電気的に絶縁されることが好ましい。

全体的に、第１の電気量は、電圧又は電流とすること、特に、交流電圧又は交流電圧とすることが好ましい。特に、第１の電気量は、定電流を提供する電源によりもたらされる電流とすることが特に好ましい。

この実施形態において、第２の電気量は、電極又は接触部分において測定される電圧であることが好ましい。

第２の電気量の測定値と基準値との比較は、減算とすることができるが、測定値と基準値との間の比率を形成することにより行われることが好ましい。

複数の測定値を用いて、溶接接合部における欠陥の大きさ又は量に対するこの種の比較の値（例えば、比率）を表す評価ダイアグラムを生成することができる。

随意的に、ここで、依然として特定の偏差を許容し、比較的著しい差異（例えば、第２の電気量の測定値と基準値の非常に大きい比）がある場合にのみ、溶接接合部が適切でないという評価を与えることが可能である。

上述の特徴及びさらに以下に説明される特徴は、前述の組み合わせのみならず、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせで、又はそれら自体で用いることができることは明らかである。
本発明の実施形態は、図面に示されかつ以下の説明においてより詳細に説明される。

スタッド溶接接合部と、本発明による方法を実行するための接触組立体とを含む溶接組立体の概略図である。 欠陥のある溶接接合部を有する、図１と比較可能な図である。 本発明による方法を実行するための接触組立体の実施形態の斜視図である。 接触組立体及び接続装置、並びに測定装置の概略平面図である。 代替的な接続装置及び測定装置を含む接触組立体の代替的な実施形態である。 本発明による評価装置の接触組立体を通る概略的な長手方向断面図である。 電気量を示す溶接接合部の概略平面図である。 溶接接合部を評価するための特性曲線を示す図である。

図１は、金属板部品の形態の第１の部品１２と、スタッド部品の形態の第２の部品１４とを含む溶接組立体１０を概略的に示す。スタッド部品１４は、金属板部品１２の表面に対して垂直に延びる長手方向軸１６に沿って延びる。スタッド部品１４は、スタッド溶接プロセスにより、金属板部品１２に接合される。図１に概略的に示されるように、先のスタッド部品１４の接合表面と金属板部品１２の表面部分との間に、レンズ形の溶接接合部１８が形成される。

溶接接合部１８を評価するために、溶接接合部１８に隣接した第１の接触点２４において、第１の電極２０を金属板部品１２に接触させる。第２の接触点２６において、具体的には金属板部品１２から離れた、スタッド部品１４の端面（詳細には説明されない）において、第２の電極２２をスタッド部品１４に接触させる。

電極２０、２２は、概略的に示される接触組立体２７の一部とすることができる。図１に概略的に示されるように、接触組立体２７により、例えば電流の形の第１の電気量２８を溶接接合部１８に導入することができる。第１の電気量は、特に、電源により与えられ、この電源により、定電流ｉが溶接組立体１０に導入され、電流ｉが溶接接合部１８を通って流れる。

第２の電気量及び第２の電気量を測定するための測定装置が、３０により概略的に示される。測定装置は、第１及び第２の電極２０、２２における第２の電気量３０を測定する。第２の電気量３０は、好ましくは電圧である。電圧の値は、溶接組立体の電気抵抗から具体的には、特に溶接接合部１８の電気抵抗から生じる。部品１２、１４は、一般的に、同種の金属部品として製造され、通常非常に低い電気抵抗を有する。しかしながら、溶接接合部１８の領域においては、具体的には、溶接接合部の品質によって、すなわち、溶接接合部１８が、空洞、ひび、不純物のような欠陥を含むかどうかによって、電気抵抗が変化し得る。

ここで、一方では、第１の電気量２８を、電極２０、２２を介して溶接接合部１８に供給できることにも留意されたい。代替的に、第１の電気量２２を、第２の電極２２及び付加的な接触点を介して溶接接合部１８に供給することも可能であり、付加的な接触点は、第１の接触点２４よりもスタッド部品から半径方向にさらに離れている。

第１の電気量２８は、図１に破線で示される。場合によっては、第１の電気量２８は、電気量を溶接接合部１８に供給するのに十分でないことがあり、代わりに、電極２０、２２を介して、第２の電気量、例えば電気抵抗又は導電率などを単に受動的に測定する。

図２は、同じ接触組立体２７を示す。図２は、溶接接合部１８’が、欠陥３２を有した状態で形成される場合があり得ることも示す。

図１の開始点は、予め決められた基準値（例えば、図１にΩ₀で示される）と同じであるか又はそれに近い第２の電気量３０の測定値をもたらす完全な溶接接合部１８であるが、図２の組立体では、溶接接合部１８’における欠陥３２が原因で、基準値とは著しく異なる第２の電気量３０の測定値Ω_Fがもたらされる。

従って、概略的に示される比較装置３４において、溶接接合部１８’は、欠陥のあるものとして評価される。

対照的に、図１の溶接接合部１８では、接続されている比較装置３４（図１には図示されていない）は、溶接接合部１８が許容可能なものであるという結論に達する。

図３は、第２の接触点２６が、スタッド部品１４の端面に押し付けられる接触チップにより生成される、接触組立体の別の実施形態を示す。しかしながら、第１の電極は、スタッド部品１４の外周にわたって分散される２つ又はそれ以上の接触点２４ａ、２４ｂ等によって生成される。

これは、溶接接合部１８を通って流れる電流が、溶接接合部１８の異なるセグメント又は溶接接合部１８の外周部分を通って流れ、概略的に環として示される第１の電極２０に集まる部分的な電流で構成されることを保証する。

図４は、３つの接触点２４ａ、２４ｂ、２４ｃがスタッド部品１４の周りに配置され、それぞれ１２０°だけ互いから離間配置された、すなわち、スタッド部品１４の外周の上に均等に離間配置された、接触組立体２７の概略平面図である。

評価装置又は比較装置３４は、金属板部品１２上の接触点２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及びスタッド部品１４の端面上の第２の接触点２６を介して、第１の電気量２８を溶接接合部１８に供給する。第２の電気量３０も、同じ接触点を介して測定される。

図５は、接触組立体の構造及び動作モードに関して図４に対応する代替的な実施形態を示す。従って、同様の要素は、同様の参照符号により示される。以下に、基本的な違いを説明する。

従って、接触点２４ａ、２４ｂ、２４ｃに加えて、図５の接触組立体２７は、接続装置を形成する複数の給電部分３８ａ、３８ｂ、３８ｃを含む。給電部分３８ａ、３８ｂ、３８ｃも同様にスタッド部品１４の外周にわたって分散されるが、各々が接触点２４ａ、２４ｂ、２４ｃよりもスタッド部品からさらに遠くに半径方向に離間配置される。

第１の電気量２８は、第２の接触点２６及び給電部分３８ａ、３８ｂ、３８ｃを介して、溶接接合部１８に供給される。第２の電気量３０は、共通の第１の電極２０に接続された接触点２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、及び、第２の電極２２に接続された接触点２６において測定される。

図６は、接触組立体２７の構造及び動作モードに関して図３に対応する、接触組立体２７を示す。従って、同様の要素は、同様の参照符号により示される。

図６は、接触点２４、２６が、接触組立体２７のそれぞれの接触チップ４２に接触し得ることを示す。この場合、各接触チップ４２は、接触組立体上に取り付けられるので、接触チップ受け部分４４内に軸方向に案内され、関連したばね組立体４６により接触方向４７とは反対に予め張力がかけられている。

接触点２４ａ、２４ｂ等のための接触チップ４２は、第１の環状接触部分４８に電気的に接続され、そこに、第１の電極２０を形成することができる。第２の接触点２６のための接触チップ４２は、第２の内部接触部分５０上に弾性的に撓み可能なように取り付けられ、第２の電極２２は、第２の接触部分５０上に形成される。接触部分４８、５０は、絶縁部分５２によって互いに絶縁される。

図示されるように、接触点２４のための接触チップ４２は、接触点２６のための接触チップから軸方向に離間配置される。

このことは、接触組立体２７が溶接接合部１８に接近すると、金属板部品１２及びスタッド部品１４がほぼ同時に接触することを保証することができる。

あらゆる表面の凹凸等を、弾性的に撓み可能な接触チップにより補償することができる。図６は、参照符号５４として撓み経路を概略的に示す。接触チップ４２がそれぞれ、特定の距離だけ撓むと、第２の電気量だけが測定され、この特定の距離は、例えば、第１の接触部分４８と金属板部品１２との間の間隔により間接的に求めることができる。

図７は、スタッド部品１４と金属板部品（図７にはより詳細に図示されていない）との間のスタッド溶接接合部１８において、何らかの欠陥があるかどうかによって、異なる第２の電気量Ｕ₀、Ｕ_Fがもたらされ得ることを示す。

電流が電源により溶接接合部１８に供給されたと仮定した場合、例えば、電圧Ｕ₀は、接触点２６、２４ａを介して、第２の電気量として測定することができる。図７は、接触点２４ａ、２６の間に撓みはなく、従って、値Ｕ₀は、実質的に基準値に対応することを示す。

図７は、第２の接触点の対２４ｂ、２６の間に傷Ａ_Fを有する欠陥３２があることも示す。従って、接触点２４ｂ、２６を介して、基準電圧Ｕ₀より概して大きい異なる電圧Ｕ_Fが測定される。

２４ａと２６の間の欠陥のない経路において、図７は、例えば、基準抵抗に対応し得る欠陥ベース値Ａ₀を示す。

図８は、Ａ_F／Ａ₀の値がＵ_F／Ｕ₀に対してプロットされる特性曲線５６を有する図を示す。

理想的には、線形の特性曲線がもたらされる。

閾値Ｓより下方にある溶接接合部は、許容可能なものとして又は「満足のいくもの」として評価することができ、一方、閾値Ｓの外にありかつＵ_F対Ｕ₀の比がＳより大きい溶接接合部は、欠陥のあるものとして評価することができる。

１０：溶接組立体
１２：第１の部品（金属板部品）
１４：第２の部品（スタッド部品）
１８、１８’：溶接接合部
２０：第１の電極
２２：第２の電極
２４：第１の接触点
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ：接触点
２６：第２の接触点
２７：接触組立体
２８：第１の電気量
３０：第２の電気量
３２：欠陥
３４：評価装置又は比較装置
３８ａ、３８ｂ、３８ｃ：給電部分
４２：接触チップ
４４：接触チップ受け部分
４７：接触方向
４８：接触部分
５１：撓み経路
５６：特性曲線

Claims (8)

1. 第１の部品（１２）と第２の部品（１４）との間の溶接接合部（１８）を評価するための方法であって、
   前記溶接接合部（１８）が前記第１及び前記第２の電極（２０、２２）の間に配置されるように、第１の電極（２０）を前記第１の部品（１２）と接触させ、第２の電極（２２）を前記第２の部品（１４）と接触させるステップと、
   電流（ｉ）が前記溶接接合部（１８）を通って流れるように、第１の電気量（２８）を前記溶接接合部（１８）に印加するステップと、
   前記第１及び第２の電極（２０、２２）における第２の電気量（３０）を測定するステップと、
   前記第２の電気量（３０）の測定値（Ω_F；Ｕ_F）を基準値（Ω₀；Ｕ₀）と比較するステップと、
   前記比較するステップに基づいて前記溶接接合部（１８）を評価するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記溶接接合部（１８）は、金属板部品（１２）と、前記金属板部品（１２）から突出するスタッド部品（１４）との間のスタッド溶接接合部（１８）であり、前記第１の電極（２０）は、前記スタッド部品（１４）のそばに前記金属板部品（１２）の表面と接触させられ、前記第２の電極（２２）は、前記金属板部品（１２）から見て外方に向いた、前記スタッド部品（１４）の端面と接触させられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の電極（２０）は、前記スタッド部品（１４）の外周の上にオフセットした少なくとも２つの点で、前記金属板部品（１２）の前記表面と接触させられることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記第１の電極（２０）は、前記スタッド部品（１４）の外周の上にオフセットした３つ又は４つの点で、前記金属板部品（１２）の前記表面と接触させられることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記第１及び前記第２の電極（２０、２２）をそれぞれ前記金属板部品（１２）及び前記スタッド部品（１４）と接触させるために、前記接触が行われるまで、接触組立体（４０）は、前記スタッド部品（１４）の長手方向軸と並行に前記金属板部品（１２）及び前記スタッド部品（１４）に向けて動かされることを特徴とする、請求項２〜請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 前記接触組立体（４０）は、少なくとも１つの軸方向に弾力的に撓み可能な接触チップ（４２）を含み、かつ、前記接触チップ（４２）が撓むまで、前記金属板部品（１２）及び前記スタッド部品（１４）に向かって動くことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１の電気量（２８）は、交流電圧又は交流電流（ｉ）であることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の方法。
8. 第１の部品（１２）と第２の部品（１４）との間の溶接接合部（１８）を評価するための、特に請求項１〜請求項７に記載の方法を実行するための評価装置（３４）であって、
   少なくとも１つの接触点（２４）において前記第１の部品（１２）に電気的に接触するための第１の接触部分（４８）と、
   少なくとも１つの第２の接触点（２６）において前記第２の部品（１４）に電気的に接触するための第２の接触部分（５０）と、
   を含み、
   前記第１の接触部分（４８）及び前記第２の接触部分（５０）は、前記溶接接合部（１８）を前記少なくとも１つの第１の接触部分（２４）と前記少なくとも１つの第２の接触部分（２６）との間に配置できるように、互いに対して配置され、
   第１の電気量（２８）を前記溶接接合部（１８）に印加するように設計された電源に前記溶接接合部（１８）を接続するための接続装置と、
   前記第１及び前記第２の接触部分（４８、５０）における第２の電気量を測定するための測定装置と、
   前記第２の電気量（３０）の少なくとも１つの基準値（Ω₀；Ｕ₀）を格納し、前記第２の電気量（３０）の測定値（Ω_F；Ｕ_F）を前記基準値（Ω₀；Ｕ₀）と比較し、前記比較に基づいて前記溶接接合部（１８）を評価するように設計された比較装置と、
   が設けられたことを特徴とする、評価装置（３４）。

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