JP3015877B2 - 溶接部の動的ひずみ測定方法 - Google Patents
溶接部の動的ひずみ測定方法Info
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- JP3015877B2 JP3015877B2 JP10205702A JP20570298A JP3015877B2 JP 3015877 B2 JP3015877 B2 JP 3015877B2 JP 10205702 A JP10205702 A JP 10205702A JP 20570298 A JP20570298 A JP 20570298A JP 3015877 B2 JP3015877 B2 JP 3015877B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、アーク溶
接による溶接部の動的ひずみ測定方法に関するものであ
る。さらに詳しくは、この出願の発明は、アーク溶接に
ともなう材料の凝固直後からのひずみ挙動とそれに付随
しての高温割れや相変態の情報をその場で取得し、材料
の溶接性の評価と信頼性の向上を可能とする、新しい非
接触方式による動的測定方法に関するものである。
接による溶接部の動的ひずみ測定方法に関するものであ
る。さらに詳しくは、この出願の発明は、アーク溶接に
ともなう材料の凝固直後からのひずみ挙動とそれに付随
しての高温割れや相変態の情報をその場で取得し、材料
の溶接性の評価と信頼性の向上を可能とする、新しい非
接触方式による動的測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】アーク溶接による溶接部に生
ずるひずみは高温割れなどの溶接欠陥、材料の変形ある
いは残留応力など製品の品質管理の上で重要な問題であ
り、ひずみを非接触でその場測定する手法の確立が期待
されている。従来、このようなアーク溶接による溶接高
温部での動的なひずみ測定は、溶接部表面の凹凸などを
マーキングとみなして、これらを高速度撮影したフィル
ム上のマーキングの位置関係の変化から算出するなど、
極めて面倒な方法を採っていた。
ずるひずみは高温割れなどの溶接欠陥、材料の変形ある
いは残留応力など製品の品質管理の上で重要な問題であ
り、ひずみを非接触でその場測定する手法の確立が期待
されている。従来、このようなアーク溶接による溶接高
温部での動的なひずみ測定は、溶接部表面の凹凸などを
マーキングとみなして、これらを高速度撮影したフィル
ム上のマーキングの位置関係の変化から算出するなど、
極めて面倒な方法を採っていた。
【０００３】また、従来、高温割れとひずみの関係を判
定するには施工途上で溶接部に外部から引張りまたは曲
げ荷重を負荷して強制的に割れを発生させるモデル的な
方法がとられていたが、溶接部の溶融・凝固の過程での
割れとは対応関係は明瞭でなく、溶接性の評価としては
信頼性の低いものであった。そこで、この出願の発明
は、以上のような従来技術の欠点を解消し、簡便な方法
で、しかも実溶接の過程に沿って、ひずみや高温割れの
測定を可能とする新しい方法を提供することを課題とし
ている。
定するには施工途上で溶接部に外部から引張りまたは曲
げ荷重を負荷して強制的に割れを発生させるモデル的な
方法がとられていたが、溶接部の溶融・凝固の過程での
割れとは対応関係は明瞭でなく、溶接性の評価としては
信頼性の低いものであった。そこで、この出願の発明
は、以上のような従来技術の欠点を解消し、簡便な方法
で、しかも実溶接の過程に沿って、ひずみや高温割れの
測定を可能とする新しい方法を提供することを課題とし
ている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、まず第１には、アーク溶
接による溶接部の溶融・凝固の過程を経る箇所もしくは
熱的にその影響を受ける近傍箇所にレーザービームを照
射して、スペックル・パターンを連続的に測定し、得ら
れたスペックル・パターンの加熱源移動方向またはその
直角方向での変化によりひずみ量を動的に測定すること
を特徴とする溶接部の動的測定方法を提供する。
の課題を解決するものとして、まず第１には、アーク溶
接による溶接部の溶融・凝固の過程を経る箇所もしくは
熱的にその影響を受ける近傍箇所にレーザービームを照
射して、スペックル・パターンを連続的に測定し、得ら
れたスペックル・パターンの加熱源移動方向またはその
直角方向での変化によりひずみ量を動的に測定すること
を特徴とする溶接部の動的測定方法を提供する。
【０００５】そしてこの出願の発明は、第２には、動的
測定のひずみ量を時間変化のひずみとして測定し、得ら
れたひずみ曲線に現われる不連続部により溶接部の高温
割れを検出する測定方法を、第３には、動的測定のひず
み量の時間変化としてのひずみ曲線を、健全な溶接ビー
ドの場合のひずみ曲線との比較から溶接部の高温割れを
検出する測定方法を、第４には、ひずみ量の時間変化と
してのひずみ曲線に現われる膨張によって、相変態を検
出する測定方法を、第５には、膨張量によって、溶接部
の変態途上のトータルなひずみ量を検出する測定方法を
も提供する。
測定のひずみ量を時間変化のひずみとして測定し、得ら
れたひずみ曲線に現われる不連続部により溶接部の高温
割れを検出する測定方法を、第３には、動的測定のひず
み量の時間変化としてのひずみ曲線を、健全な溶接ビー
ドの場合のひずみ曲線との比較から溶接部の高温割れを
検出する測定方法を、第４には、ひずみ量の時間変化と
してのひずみ曲線に現われる膨張によって、相変態を検
出する測定方法を、第５には、膨張量によって、溶接部
の変態途上のトータルなひずみ量を検出する測定方法を
も提供する。
【０００６】以上のとおりのこの出願の発明によって、
容易に、高精度でアーク溶接部高温域のひずみを測定す
ることが可能となる。また、実溶接部に発生する高温割
れ（凝固割れ）の生じない健全な溶接部のひずみ変化曲
線と比較することにより、もしくはひずみ曲線に現れる
不連続箇所をもって検出することを可能とする。
容易に、高精度でアーク溶接部高温域のひずみを測定す
ることが可能となる。また、実溶接部に発生する高温割
れ（凝固割れ）の生じない健全な溶接部のひずみ変化曲
線と比較することにより、もしくはひずみ曲線に現れる
不連続箇所をもって検出することを可能とする。
【０００７】さらに溶接凝固部が冷却途上において相変
態を生じる場合、ひずみ曲線上に膨張が現れることから
相変態の発生時期、変態途上の膨張ひずみ量などを的確
に検出することができる。
態を生じる場合、ひずみ曲線上に膨張が現れることから
相変態の発生時期、変態途上の膨張ひずみ量などを的確
に検出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】この出願の発明は、以上のとおり
の手段によっての目的はレーザーを用いた非接触的手段
により溶接部のひずみ測定を行い、材料の凝固直後から
のひずみ挙動とそれに付随して高温割れならびに相変態
に関する情報を取得し、材料の溶接性の評価と製品の信
頼性向上を図ることを可能とするものであるが、以下に
その実施の形態について説明する。
の手段によっての目的はレーザーを用いた非接触的手段
により溶接部のひずみ測定を行い、材料の凝固直後から
のひずみ挙動とそれに付随して高温割れならびに相変態
に関する情報を取得し、材料の溶接性の評価と製品の信
頼性向上を図ることを可能とするものであるが、以下に
その実施の形態について説明する。
【０００９】まず、測定の具体的手段としては、この発
明では、レーザースペックル法を採用している。このレ
ーザースペックルひずみ測定法は物体の表面ひずみを非
接触で測定できる方法である。溶接部表面の測定点にレ
ーザービームを照射すると乱反射したビームの相互干渉
により観察面上に不規則な斑紋（レーザースペックルと
呼ばれる）が生じ、得られるスペックル・パターンにお
ける、加熱源移動方向またはその直角方向での、移動・
変化より物体表面のひずみを非接触で測定できる。この
発明では、アーク溶接部の溶融・凝固を経る箇所もしく
は熱的にその影響を受ける近傍の箇所にレーザービーム
を照射し、その位置のひずみをレーザースペックルひず
み測定法によってその場測定する。
明では、レーザースペックル法を採用している。このレ
ーザースペックルひずみ測定法は物体の表面ひずみを非
接触で測定できる方法である。溶接部表面の測定点にレ
ーザービームを照射すると乱反射したビームの相互干渉
により観察面上に不規則な斑紋（レーザースペックルと
呼ばれる）が生じ、得られるスペックル・パターンにお
ける、加熱源移動方向またはその直角方向での、移動・
変化より物体表面のひずみを非接触で測定できる。この
発明では、アーク溶接部の溶融・凝固を経る箇所もしく
は熱的にその影響を受ける近傍の箇所にレーザービーム
を照射し、その位置のひずみをレーザースペックルひず
み測定法によってその場測定する。
【００１０】図１は、レーザースペックルひずみ測定法
の一般的構成を例示したものである。たとえばこの図１
に例示したように、測定対象物（矩形板試験片）（１）
の片側をＧＴＡ（２）で加熱し、熱ひずみを生じさせ
る。試験片裏面もしくは表面の所定の測定位置をレーザ
ー（３）で照射する。レーザー・スポットで乱反射した
ビームの相互干渉によりリニア・イメージセンサ（４）
上に形成されるランダムな模様（スペックル・パター
ン）の光の強度分布の変化を同センサで連続的に測定す
る。測定されたデータは、データ収録・解析装置（５）
に順次収納・解析し、測定距離：Ｌ0 およびねらい角：
θ0 など幾何学的数値（可変）を用いてコンピュータ
（６）によるひずみ変化曲線（７）に換算する。
の一般的構成を例示したものである。たとえばこの図１
に例示したように、測定対象物（矩形板試験片）（１）
の片側をＧＴＡ（２）で加熱し、熱ひずみを生じさせ
る。試験片裏面もしくは表面の所定の測定位置をレーザ
ー（３）で照射する。レーザー・スポットで乱反射した
ビームの相互干渉によりリニア・イメージセンサ（４）
上に形成されるランダムな模様（スペックル・パター
ン）の光の強度分布の変化を同センサで連続的に測定す
る。測定されたデータは、データ収録・解析装置（５）
に順次収納・解析し、測定距離：Ｌ0 およびねらい角：
θ0 など幾何学的数値（可変）を用いてコンピュータ
（６）によるひずみ変化曲線（７）に換算する。
【００１１】試験片に割れが生じた場合はひずみ変化曲
線上に不連続もしくは健全な試験片のひずみ変化曲線と
比較して異常な傾向となって現われる。それにより、割
れの発生・時期およびひずみとの関連を測定することが
できる。同様に相変態もひずみ変化曲線上に現れた変態
膨張により判定することができる。そこで以下に実施例
を示し、さらに詳しく説明する。
線上に不連続もしくは健全な試験片のひずみ変化曲線と
比較して異常な傾向となって現われる。それにより、割
れの発生・時期およびひずみとの関連を測定することが
できる。同様に相変態もひずみ変化曲線上に現れた変態
膨張により判定することができる。そこで以下に実施例
を示し、さらに詳しく説明する。
【００１２】
【実施例】ＳＵＳ３０４ステンレス薄板矩形板（６０×
１２０×４ｍｍ）およびＳＵＳ３１０ステンレス矩形板
（６０×１２０×１０ｍｍ）を試験片として用い、その
矩形板中央を６０ｍｍの長さにティグ・アークで加熱し
た（アーク電流１１０〜１５５Ａ、熱源移動速度１２０
ｍｍ／ｍｉｎ、加熱方向は板の長手方向、図２参照）。
その際、板の裏面まで溶け込みを与えるため試験片に幅
６〜８ｍｍ、深さ２〜８ｍｍの溝（グルーブ）を加工し
たものと原形のままのものを用いた。溝なしの試験片は
板表面、溝付きの試験片はその溝の底を上記の条件で加
熱した。そして試験片裏面の中央、加熱線直下をＡｒイ
オンレーザーで照射（照射スポット径約２．５ｍｍ）し
てレーザースペックルひずみ測定法によりひずみを連続
的に測定した。
１２０×４ｍｍ）およびＳＵＳ３１０ステンレス矩形板
（６０×１２０×１０ｍｍ）を試験片として用い、その
矩形板中央を６０ｍｍの長さにティグ・アークで加熱し
た（アーク電流１１０〜１５５Ａ、熱源移動速度１２０
ｍｍ／ｍｉｎ、加熱方向は板の長手方向、図２参照）。
その際、板の裏面まで溶け込みを与えるため試験片に幅
６〜８ｍｍ、深さ２〜８ｍｍの溝（グルーブ）を加工し
たものと原形のままのものを用いた。溝なしの試験片は
板表面、溝付きの試験片はその溝の底を上記の条件で加
熱した。そして試験片裏面の中央、加熱線直下をＡｒイ
オンレーザーで照射（照射スポット径約２．５ｍｍ）し
てレーザースペックルひずみ測定法によりひずみを連続
的に測定した。
【００１３】図３および図４は、裏波（加熱により試験
片裏面に生じたビード）表面のひずみの実測例を示した
ものであり、図３は、加熱線の直角方向のひずみ変化
を、図４は、熱源移動方向のひずみ変化を示している。
図３および図４のいずれかの場合も、試験片板厚４ｍ
ｍ、アーク電流１５５Ａの場合の裏波表面のひずみ変化
曲線（ひずみ−時間曲線）であり、材料の溶融期間、凝
固時期ならびに凝固直後からのひずみ変化が測定され
た。
片裏面に生じたビード）表面のひずみの実測例を示した
ものであり、図３は、加熱線の直角方向のひずみ変化
を、図４は、熱源移動方向のひずみ変化を示している。
図３および図４のいずれかの場合も、試験片板厚４ｍ
ｍ、アーク電流１５５Ａの場合の裏波表面のひずみ変化
曲線（ひずみ−時間曲線）であり、材料の溶融期間、凝
固時期ならびに凝固直後からのひずみ変化が測定され
た。
【００１４】図５は、溝付き試験片のクレータ部（ビー
ド終端部）に生じた割れを示しており、ＳＵＳ３１０ス
テンレス鋼板（１０ｍｍ厚、溝付き）に生じた凝固割れ
である。図６は、溝付き試験片のこの図５のクレータ部
ビード終端部における割れ発生をひずみ曲線において検
出した例を示している。そして図７は、割れが生じた場
合と生じなかった場合のひずみ変化曲線の比較である。
割れの生じたＳＵＳ３１０試験片においては不連続部が
現れ、凝固後、収縮ひずみがほとんど生じていないこと
が確認できる。さらにひずみ変化曲線に現れた不連続部
から割れ発生の時期を推測することもできる。
ド終端部）に生じた割れを示しており、ＳＵＳ３１０ス
テンレス鋼板（１０ｍｍ厚、溝付き）に生じた凝固割れ
である。図６は、溝付き試験片のこの図５のクレータ部
ビード終端部における割れ発生をひずみ曲線において検
出した例を示している。そして図７は、割れが生じた場
合と生じなかった場合のひずみ変化曲線の比較である。
割れの生じたＳＵＳ３１０試験片においては不連続部が
現れ、凝固後、収縮ひずみがほとんど生じていないこと
が確認できる。さらにひずみ変化曲線に現れた不連続部
から割れ発生の時期を推測することもできる。
【００１５】図８は、冷却途上における溶接部の相変態
の検出例を示したものである。溶融・凝固を経た箇所の
ひずみ−時間変化曲線上に現われた変態途上の膨張を示
している。
の検出例を示したものである。溶融・凝固を経た箇所の
ひずみ−時間変化曲線上に現われた変態途上の膨張を示
している。
【００１６】
【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この出願の
発明によって、アーク溶接部の高温域におけるひずみ挙
動の測定により、溶接部材の凝固直後からのひずみ挙
動、高温割れとひずみの関連などを評価することがで
き、製品の信頼性向上に効果が期待される。また、相変
態検出により溶接継手の残留応力分布に関する情報を得
ることが期待できる。
発明によって、アーク溶接部の高温域におけるひずみ挙
動の測定により、溶接部材の凝固直後からのひずみ挙
動、高温割れとひずみの関連などを評価することがで
き、製品の信頼性向上に効果が期待される。また、相変
態検出により溶接継手の残留応力分布に関する情報を得
ることが期待できる。
【図１】レーザースペックル測定の構成を例示した図で
ある。
ある。
【図２】実施例における試験片を示した図である。
【図３】加熱源に直角方向の溶融・凝固を経た箇所のひ
ずみ−時間変化曲線を示した図である。
ずみ−時間変化曲線を示した図である。
【図４】加熱先方向の溶融・凝固を経た箇所のひずみ−
時間変化曲線を示した図である。
時間変化曲線を示した図である。
【図５】クレータ割れの形態を示した図である。
【図６】クレータ割れの検出例を示した図である。
【図７】割れ発生時のひずみ挙動を示した図である。
【図８】冷却途上における相変態の検出を示した図であ
る。
る。
１ 試験片 ２ 加熱源（ＧＴＡ） ３ レーザー ４ リニア・イメージセンサ ５ データ収録・解析装置 ６ コンピュータ ７ ひずみ変化曲線 ８ ビーム・エキスパンダ
Claims (5)
- 【請求項１】 アーク溶接による溶接部の溶融・凝固の
過程を経る箇所もしくは熱的にその影響を受ける近傍箇
所にレーザービームを照射して、スペックル・パターン
を連続的に測定し、得られたスペックル・パターンの加
熱源移動方向またはその直角方向での変化によりひずみ
量を動的に測定することを特徴とする溶接部の動的ひず
み測定方法。 - 【請求項２】 動的測定のひずみ量を時間変化のひずみ
として測定し、得られたひずみ曲線に現われる不連続部
により溶接部の高温割れを検出する請求項１の測定方
法。 - 【請求項３】 動的測定のひずみ量の時間変化としての
ひずみ曲線を、健全な溶接ビートの場合のひずみ曲線と
の比較から溶接部の高温割れを検出する請求項１または
２の測定方法。 - 【請求項４】 動的測定のひずみ量の時間変化としての
ひずみ曲線に現われる膨張によって、相変態を検出する
請求項１の測定方法。 - 【請求項５】 ひずみ曲線に現われる膨張量によって、
溶接部の変態途上のトータルなひずみ量を検出する請求
項４の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10205702A JP3015877B2 (ja) | 1998-07-21 | 1998-07-21 | 溶接部の動的ひずみ測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10205702A JP3015877B2 (ja) | 1998-07-21 | 1998-07-21 | 溶接部の動的ひずみ測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000039308A JP2000039308A (ja) | 2000-02-08 |
| JP3015877B2 true JP3015877B2 (ja) | 2000-03-06 |
Family
ID=16511299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10205702A Expired - Lifetime JP3015877B2 (ja) | 1998-07-21 | 1998-07-21 | 溶接部の動的ひずみ測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3015877B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104275560A (zh) * | 2014-10-29 | 2015-01-14 | 武船重型工程股份有限公司 | 一种钢梁的焊接方法 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007064864A (ja) * | 2005-09-01 | 2007-03-15 | Toyo Seiki Seisakusho:Kk | 歪み計測方法、歪み計測装置 |
| EP2700847B1 (en) | 2011-04-18 | 2017-10-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for manufacturing vehicle power transmission device |
| RU2475725C1 (ru) * | 2011-09-14 | 2013-02-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Инженерно-Технологический Центр "Сварка" | Способ неразрушающего экспресс-контроля сварных соединений и устройство, его реализующее |
| US9400237B2 (en) | 2013-03-15 | 2016-07-26 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Optical method for detecting displacements and strains at ultra-high temperatures during thermo-mechanical testing |
| WO2014181458A1 (ja) | 2013-05-10 | 2014-11-13 | 株式会社日立製作所 | 溶接方法、溶接システム及び溶接凝固割れモニタリングシステム |
| CN104990498B (zh) * | 2015-06-16 | 2017-07-18 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 基于ccd摄影的电站锅炉高温管系宏观位移测量装置及方法 |
| DE102017104047A1 (de) * | 2017-02-27 | 2018-08-30 | Universität Kassel | Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung von Fügeverbindungen |
| CN110954008B (zh) * | 2019-11-29 | 2021-08-24 | 上海交通大学 | 基于三维数字图像相关方法的焊接应变测量系统及方法 |
-
1998
- 1998-07-21 JP JP10205702A patent/JP3015877B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104275560A (zh) * | 2014-10-29 | 2015-01-14 | 武船重型工程股份有限公司 | 一种钢梁的焊接方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000039308A (ja) | 2000-02-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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