JP3433228B2 - 水中溶接方法及び装置 - Google Patents
水中溶接方法及び装置Info
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- JP3433228B2 JP3433228B2 JP2001039958A JP2001039958A JP3433228B2 JP 3433228 B2 JP3433228 B2 JP 3433228B2 JP 2001039958 A JP2001039958 A JP 2001039958A JP 2001039958 A JP2001039958 A JP 2001039958A JP 3433228 B2 JP3433228 B2 JP 3433228B2
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- ultrasonic sensor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/11—Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
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- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水中アーク溶接に
際し、超音波を利用して溶接部位の溶接状態を観察しな
がら、溶接条件を適切に制御する水中溶接方法及びそれ
に用いる装置に関するものである。
際し、超音波を利用して溶接部位の溶接状態を観察しな
がら、溶接条件を適切に制御する水中溶接方法及びそれ
に用いる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】これまで、海中の補修工事や海中での建
設工事における湿式水中アーク溶接は、多くの場合、潜
水夫が手作業で溶接状態を肉視しながら溶接条件を適切
に選んで実施している。しかしながら、水中という作業
環境のハンデキャップから、大気中の作業に比べ、溶接
品質が劣化し、信頼性に欠く結果になるのを免れない。
しかも水中では、溶接スラグやヒュームなどの分解によ
り作業部位付近に濁りや気泡などの視覚障害物を生じた
り、アーク光が水中で散乱して強烈な反射光となり視覚
を乱すなどの悪条件下で溶接を行わなければならないと
いう不利がある。
設工事における湿式水中アーク溶接は、多くの場合、潜
水夫が手作業で溶接状態を肉視しながら溶接条件を適切
に選んで実施している。しかしながら、水中という作業
環境のハンデキャップから、大気中の作業に比べ、溶接
品質が劣化し、信頼性に欠く結果になるのを免れない。
しかも水中では、溶接スラグやヒュームなどの分解によ
り作業部位付近に濁りや気泡などの視覚障害物を生じた
り、アーク光が水中で散乱して強烈な反射光となり視覚
を乱すなどの悪条件下で溶接を行わなければならないと
いう不利がある。
【０００３】一方、超音波センサは、大気中において材
料内部の非破壊的な探傷に広く用いられている外、視覚
障害者が物体位置を認識するために利用されているが、
大気中では超音波は伝播しにくく減衰しやすいという欠
点がある。そして、この欠点を克服するために使用波長
を大きくすると、物体検知の分解能は著しく低下する。
これに対し、水中では音波の伝播特性が優れ、また濁水
中でも伝播可能であるため、魚群探知機や物体の形状認
識手段などに広く用いられ、また、高周波数すなわち短
波長の使用が可能なために、精度の優れたセンシングが
可能であることが知られている。
料内部の非破壊的な探傷に広く用いられている外、視覚
障害者が物体位置を認識するために利用されているが、
大気中では超音波は伝播しにくく減衰しやすいという欠
点がある。そして、この欠点を克服するために使用波長
を大きくすると、物体検知の分解能は著しく低下する。
これに対し、水中では音波の伝播特性が優れ、また濁水
中でも伝播可能であるため、魚群探知機や物体の形状認
識手段などに広く用いられ、また、高周波数すなわち短
波長の使用が可能なために、精度の優れたセンシングが
可能であることが知られている。
【０００４】しかしながら、これまでの超音波探傷法で
は、通常、送受信兼用の単一のセンサを用いるが、この
ように単一の超音波センサを用いた場合には、一点のみ
の情報が得られるにすぎないため、深さや位置の異なる
反射体の形状についての情報を得ることができない。こ
のため、水中では、これまで大気中のように超音波セン
サを利用して溶接部位を観察し、溶接条件を制御するこ
とは行われていなかった。
は、通常、送受信兼用の単一のセンサを用いるが、この
ように単一の超音波センサを用いた場合には、一点のみ
の情報が得られるにすぎないため、深さや位置の異なる
反射体の形状についての情報を得ることができない。こ
のため、水中では、これまで大気中のように超音波セン
サを利用して溶接部位を観察し、溶接条件を制御するこ
とは行われていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、水中溶接ビ
ードからの複数の超音波の反射波情報から溶接部位の形
状や位置を高速度で認識し、溶接状況や溶接結果を観察
し、これに対応して溶接条件を適切に変更することによ
り、信頼性の高い正確な湿式水中アーク溶接を行うこと
を目的としてなされたものである。
ードからの複数の超音波の反射波情報から溶接部位の形
状や位置を高速度で認識し、溶接状況や溶接結果を観察
し、これに対応して溶接条件を適切に変更することによ
り、信頼性の高い正確な湿式水中アーク溶接を行うこと
を目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】ところで、超音波センサ
を機械的に走査して、複数の反射波情報を得て、コンピ
ュータ処理を行う場合、走査と処理の間にタイムラグを
生じるため、水中溶接のセンシングの際にもこの点を考
慮する必要があるが、本発明者らは、この点について種
々検討したところ、アーク溶接を３０ｃｍ／分以下、特
に２０ｃｍ／分以下の水中溶接速度で行えば、超音波セ
ンサを走査しながら溶接した場合でも、十分に追随可能
であることを見出し、この知見に基づいて本発明をなす
に至った。
を機械的に走査して、複数の反射波情報を得て、コンピ
ュータ処理を行う場合、走査と処理の間にタイムラグを
生じるため、水中溶接のセンシングの際にもこの点を考
慮する必要があるが、本発明者らは、この点について種
々検討したところ、アーク溶接を３０ｃｍ／分以下、特
に２０ｃｍ／分以下の水中溶接速度で行えば、超音波セ
ンサを走査しながら溶接した場合でも、十分に追随可能
であることを見出し、この知見に基づいて本発明をなす
に至った。
【０００７】すなわち、本発明は、湿式水中アーク溶接
を行うに当り、溶接速度を３０ｃｍ／分以下に設定する
とともに、溶接トーチの移動方向に対して溶接ノズルの
前方の位置において、上方から垂直に中心周波数５〜１
０ＭＨｚ、水中焦点距離４０〜１００ｍｍの超音波を発
信し、かつその反射波を受信する超音波センサを用い
て、溶接線と直角方向に５０ｃｍ／分以上で、かつ溶接
速度の２倍以上の走査速度で走査を行うことにより、溶
接ビードの縦断面形状の情報をアナログ信号としてＡ／
Ｄ変換器に入力し、Ａ／Ｄ変換後、コンピュータ処理し
て溶接部の縦断面の輪郭像を形成させ、その輪郭像をコ
ンピュータにあらかじめ入力しておいた画像情報に基づ
いて鮮明に補正し、この画像に基づいて溶接トーチ内の
溶接ノズルの位置及び溶接条件の制御を行うことを特徴
とする水中溶接方法、及び中心周波数５〜１０ＭＨｚ、
水中焦点距離４０〜１００ｍｍの超音波を発信し、その
反射波を受信しうる超音波センサを溶接ノズルの前方の
位置で垂直に一体的に、かつ相互の直角方向へ変位自在
に付設した水中溶接トーチ、水中溶接トーチを直進さ
せ、かつそれに対して直角方向に超音波センサを変位さ
せるためのウイービング機構、超音波センサからの反射
情報を受信するための超音波パルスレシーバ、この超音
波パルスレシーバからの信号を入力し、これをＡ／Ｄ変
換するためのデジタルオシロスコープ、このデジタルオ
シロスコープからの出力情報を入力し、溶接部の縦断面
の輪郭像を形成させ、その輪郭像をあらかじめ入力され
た画像情報に基づいて鮮明に補正する演算処理を行うと
ともに、この画像に基づいて溶接トーチ内の溶接ノズル
の位置及び溶接条件を出力するためのコンピュータ及び
コンピュータからの指示により溶接トーチを移動するた
めの三軸モータドライバから構成された水中溶接装置を
提供するものである。
を行うに当り、溶接速度を３０ｃｍ／分以下に設定する
とともに、溶接トーチの移動方向に対して溶接ノズルの
前方の位置において、上方から垂直に中心周波数５〜１
０ＭＨｚ、水中焦点距離４０〜１００ｍｍの超音波を発
信し、かつその反射波を受信する超音波センサを用い
て、溶接線と直角方向に５０ｃｍ／分以上で、かつ溶接
速度の２倍以上の走査速度で走査を行うことにより、溶
接ビードの縦断面形状の情報をアナログ信号としてＡ／
Ｄ変換器に入力し、Ａ／Ｄ変換後、コンピュータ処理し
て溶接部の縦断面の輪郭像を形成させ、その輪郭像をコ
ンピュータにあらかじめ入力しておいた画像情報に基づ
いて鮮明に補正し、この画像に基づいて溶接トーチ内の
溶接ノズルの位置及び溶接条件の制御を行うことを特徴
とする水中溶接方法、及び中心周波数５〜１０ＭＨｚ、
水中焦点距離４０〜１００ｍｍの超音波を発信し、その
反射波を受信しうる超音波センサを溶接ノズルの前方の
位置で垂直に一体的に、かつ相互の直角方向へ変位自在
に付設した水中溶接トーチ、水中溶接トーチを直進さ
せ、かつそれに対して直角方向に超音波センサを変位さ
せるためのウイービング機構、超音波センサからの反射
情報を受信するための超音波パルスレシーバ、この超音
波パルスレシーバからの信号を入力し、これをＡ／Ｄ変
換するためのデジタルオシロスコープ、このデジタルオ
シロスコープからの出力情報を入力し、溶接部の縦断面
の輪郭像を形成させ、その輪郭像をあらかじめ入力され
た画像情報に基づいて鮮明に補正する演算処理を行うと
ともに、この画像に基づいて溶接トーチ内の溶接ノズル
の位置及び溶接条件を出力するためのコンピュータ及び
コンピュータからの指示により溶接トーチを移動するた
めの三軸モータドライバから構成された水中溶接装置を
提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に添付図面に従って本発明方法
及び装置を詳細に説明する。図１は、本発明方法及び装
置の１例を説明するための溶接トーチの先端部の断面略
解図である。この図において溶接トーチの先端部には、
二重構造の外筒で構成された水カーテン式水中溶接ノズ
ル１が付設され、通路２，２′を通ってシールド水が圧
入されている。このシールド水は外筒下部から円錐状に
噴出し、水カーテン３を形成する。一方ノズル内部から
はシールドガス４として二酸化炭素やアルゴンガスのよ
うな不活性ガスが圧入され、シールド水との相乗効果に
より安定したガス空間５を形成している。そして、自動
的に供給される溶接ワイヤ６と被溶接基材７の間で発生
するアーク８の作用により、溶接ビード９が形成され、
水中溶接が行われる。この装置を用いてＶ開先を使用す
る多層溶接の場合、Ｖ開先１０の上部側では、溶接幅が
広くなるため、通常溶接ノズル１を進行方向と直角の方
向に揺動させて広幅の溶接を行うことが必要である。こ
のため、ウイービング用の機構を備えているが、本発明
装置においては、このウイービング機能を有効に活用す
るために、ジグ１１によって支持された焦点型超音波セ
ンサ１２を溶接トーチに一体的に取り付け、溶接ノズル
１の前方に配置して左右方向に走査させている。
及び装置を詳細に説明する。図１は、本発明方法及び装
置の１例を説明するための溶接トーチの先端部の断面略
解図である。この図において溶接トーチの先端部には、
二重構造の外筒で構成された水カーテン式水中溶接ノズ
ル１が付設され、通路２，２′を通ってシールド水が圧
入されている。このシールド水は外筒下部から円錐状に
噴出し、水カーテン３を形成する。一方ノズル内部から
はシールドガス４として二酸化炭素やアルゴンガスのよ
うな不活性ガスが圧入され、シールド水との相乗効果に
より安定したガス空間５を形成している。そして、自動
的に供給される溶接ワイヤ６と被溶接基材７の間で発生
するアーク８の作用により、溶接ビード９が形成され、
水中溶接が行われる。この装置を用いてＶ開先を使用す
る多層溶接の場合、Ｖ開先１０の上部側では、溶接幅が
広くなるため、通常溶接ノズル１を進行方向と直角の方
向に揺動させて広幅の溶接を行うことが必要である。こ
のため、ウイービング用の機構を備えているが、本発明
装置においては、このウイービング機能を有効に活用す
るために、ジグ１１によって支持された焦点型超音波セ
ンサ１２を溶接トーチに一体的に取り付け、溶接ノズル
１の前方に配置して左右方向に走査させている。
【０００９】本発明方法においては、水中での溶接速度
を３０ｃｍ／分以下、好ましくは２０ｃｍ／分以下にす
るとともに、走査速度を５０ｃｍ／分以上で、かつ溶接
速度の２倍以上にすることが必要である。これよりも溶
接速度が大きかったり、走査速度が小さいと、走査速度
が溶接速度に追随することができず、溶接部位に関する
正確な情報を得ることができない。
を３０ｃｍ／分以下、好ましくは２０ｃｍ／分以下にす
るとともに、走査速度を５０ｃｍ／分以上で、かつ溶接
速度の２倍以上にすることが必要である。これよりも溶
接速度が大きかったり、走査速度が小さいと、走査速度
が溶接速度に追随することができず、溶接部位に関する
正確な情報を得ることができない。
【００１０】図２は、本発明装置において、超音波の送
受信経路が水中の気泡などによって妨害されるのを防止
するために、超音波センサ１２の保持具１３の外周に着
脱自在のスカート１４を取り付けた例を示す側面図であ
る。このスカート１４の上部は、透明なプラスチック製
外筒１５から構成され、下部１６は被溶接基材７に凹凸
や突起物の障害があった場合でも、円滑な移動が可能な
ように、フレキシブル材料、例えばステンレス鋼線の編
成物で構成されている。このような構造にすることによ
り、シールドガスなどにより水中に大量の気泡が発生し
た場合でも、超音波の伝播経路が気泡により妨害される
ことを防止できる。
受信経路が水中の気泡などによって妨害されるのを防止
するために、超音波センサ１２の保持具１３の外周に着
脱自在のスカート１４を取り付けた例を示す側面図であ
る。このスカート１４の上部は、透明なプラスチック製
外筒１５から構成され、下部１６は被溶接基材７に凹凸
や突起物の障害があった場合でも、円滑な移動が可能な
ように、フレキシブル材料、例えばステンレス鋼線の編
成物で構成されている。このような構造にすることによ
り、シールドガスなどにより水中に大量の気泡が発生し
た場合でも、超音波の伝播経路が気泡により妨害される
ことを防止できる。
【００１１】図３は、焦点型超音波センサ１２によりＶ
型開先の溶接部の真上から送受信しながら、溶接線と直
角方向に走査して、溶接ビードからの超音波反射で得ら
れる縦断面の輪郭像（以下Ｂスコープ像という）を測定
する方法を説明するための側面図である。この図におい
て、溶接ビード９の真上から垂直に配置した超音波セン
サ１２を矢印方向に揺動しながら、前後方向に移動させ
てＢスコープ像を計測する。この際の超音波センサ１２
としては、中心周波数が５〜１０ＭＨｚの範囲の比較的
高周波数のもので、水中の焦点距離１７が４０〜１００
ｍｍ程度の比較的長焦点のものを用いるのが必要であ
る。そして一般に中心周波数が高くなると波長が短くな
り、分解能がよくなる。例えば、外径１５ｍｍ程度の小
型の焦点型超音波センサ１２を用いた場合、周波数１０
ＭＨｚでは水中の波長は０．１５ｍｍ、周波数５ＭＨｚ
では水中の波長は０．３ｍｍである。超音波の焦点径は
あまり絞られることはなく、中心周波数１０ＭＨｚ、焦
点距離５１ｍｍの場合の水中焦点径１８は１．１ｍｍで
ある。このように焦点が絞られないということは、焦点
径とあまり径が異ならない超音波ビームが焦点位置から
離れた場合に存在すること、すなわち焦点深度が深くな
ることを意味している。さらに、長焦点のセンサを使用
すれば、焦点深度をより深くすることができる。例え
ば、焦点距離５１ｍｍのセンサを用いた場合、水中距離
が７１ｍｍの位置においても、すなわち焦点位置から２
０ｍｍ離れていても、反射強度に関しては焦点位置のそ
れとほとんど変わらない。したがって、溶接部位の溶接
状態を観察する場合には、使用される鋼板の厚さや開先
の深さを勘案して、周波数が高く、焦点距離の比較的長
い特性のセンサを用いるのが有効である。
型開先の溶接部の真上から送受信しながら、溶接線と直
角方向に走査して、溶接ビードからの超音波反射で得ら
れる縦断面の輪郭像（以下Ｂスコープ像という）を測定
する方法を説明するための側面図である。この図におい
て、溶接ビード９の真上から垂直に配置した超音波セン
サ１２を矢印方向に揺動しながら、前後方向に移動させ
てＢスコープ像を計測する。この際の超音波センサ１２
としては、中心周波数が５〜１０ＭＨｚの範囲の比較的
高周波数のもので、水中の焦点距離１７が４０〜１００
ｍｍ程度の比較的長焦点のものを用いるのが必要であ
る。そして一般に中心周波数が高くなると波長が短くな
り、分解能がよくなる。例えば、外径１５ｍｍ程度の小
型の焦点型超音波センサ１２を用いた場合、周波数１０
ＭＨｚでは水中の波長は０．１５ｍｍ、周波数５ＭＨｚ
では水中の波長は０．３ｍｍである。超音波の焦点径は
あまり絞られることはなく、中心周波数１０ＭＨｚ、焦
点距離５１ｍｍの場合の水中焦点径１８は１．１ｍｍで
ある。このように焦点が絞られないということは、焦点
径とあまり径が異ならない超音波ビームが焦点位置から
離れた場合に存在すること、すなわち焦点深度が深くな
ることを意味している。さらに、長焦点のセンサを使用
すれば、焦点深度をより深くすることができる。例え
ば、焦点距離５１ｍｍのセンサを用いた場合、水中距離
が７１ｍｍの位置においても、すなわち焦点位置から２
０ｍｍ離れていても、反射強度に関しては焦点位置のそ
れとほとんど変わらない。したがって、溶接部位の溶接
状態を観察する場合には、使用される鋼板の厚さや開先
の深さを勘案して、周波数が高く、焦点距離の比較的長
い特性のセンサを用いるのが有効である。
【００１２】図４の（ａ）は、Ｖ型開先の板厚２０ｍｍ
の鋼板に３層の肉盛り溶接を行った場合における溶接ビ
ード部分を焦点型超音波センサで走査して得たＢスコー
プ像の例であり、図４の（ｂ）は比較のために大気中で
の光切断法による画像である。（ａ）のＢスコープ像に
おいては、全体としての溶接部分の形状は分るが、不鮮
明な部分や虚像が認められる。すなわち、上辺部（イ）
や緩やかな曲線を描く肉盛り溶接部（ロ）は反射強度が
比較的大きく、かなり明確な輪郭が得られているが、斜
辺部分（ハ）は反射強度も弱く、不鮮明な像となってい
る。さらに実体の存在しない部分に対応する個所にもあ
たかも実体が存在するような疑似エコー（ニ）が認めら
れている。これらのうちの横線像は、鋼板底面から反射
した多重エコーであり、鋼中の音波の音速が水中の音速
の４倍であるために、あたかも近い距離に底面が存在す
るように現れたものである。これらの不鮮明な像や虚像
は、画像処理して信号の雑音を除去することにより補正
することができる。
の鋼板に３層の肉盛り溶接を行った場合における溶接ビ
ード部分を焦点型超音波センサで走査して得たＢスコー
プ像の例であり、図４の（ｂ）は比較のために大気中で
の光切断法による画像である。（ａ）のＢスコープ像に
おいては、全体としての溶接部分の形状は分るが、不鮮
明な部分や虚像が認められる。すなわち、上辺部（イ）
や緩やかな曲線を描く肉盛り溶接部（ロ）は反射強度が
比較的大きく、かなり明確な輪郭が得られているが、斜
辺部分（ハ）は反射強度も弱く、不鮮明な像となってい
る。さらに実体の存在しない部分に対応する個所にもあ
たかも実体が存在するような疑似エコー（ニ）が認めら
れている。これらのうちの横線像は、鋼板底面から反射
した多重エコーであり、鋼中の音波の音速が水中の音速
の４倍であるために、あたかも近い距離に底面が存在す
るように現れたものである。これらの不鮮明な像や虚像
は、画像処理して信号の雑音を除去することにより補正
することができる。
【００１３】次に、図５は、本発明装置の構成を示す系
統図であって、超音波センサ１２は水中溶接トーチ１９
に一体化して付設され、これらはウイービング機構２０
により、溶接線の方向に進行するとともに、それと直角
方向に揺動しながら二次元の走査を行う。そして、超音
波パルサレシーバ２１から出力された信号は、デジタル
オシロスコープ２２によりＡ／Ｄ変換され、コンピュー
タ２３に転送されて演算処理され、その結果に基づいて
与えられる指示に従って、三軸モータドライバ２４が駆
動し、溶接トーチ１９の位置調整や溶接条件を制御す
る。
統図であって、超音波センサ１２は水中溶接トーチ１９
に一体化して付設され、これらはウイービング機構２０
により、溶接線の方向に進行するとともに、それと直角
方向に揺動しながら二次元の走査を行う。そして、超音
波パルサレシーバ２１から出力された信号は、デジタル
オシロスコープ２２によりＡ／Ｄ変換され、コンピュー
タ２３に転送されて演算処理され、その結果に基づいて
与えられる指示に従って、三軸モータドライバ２４が駆
動し、溶接トーチ１９の位置調整や溶接条件を制御す
る。
【００１４】本発明方法においては、溶接開先はＶ型の
みでなく、Ｉ型、Ｘ型、Ｌ型など任意の形状であっても
よいが、これらは比較的簡単な形状に分類しうるので、
あらかじめ測定対象の溶接線の特徴をコンピュータ２３
に入力しておけば、これらの情報と計測により得られる
二次元情報に基づいて高い精度でＢスコープ像を得るこ
とができ、したがって溶接位置及び溶接条件の正確な制
御を行うことができる。なお、本発明によれば、溶接中
でなくても、溶接剤の溶接部位の設置誤差を調べたり、
溶接直後の溶接ビードの外観を検知し、その良否を判断
することもできる。
みでなく、Ｉ型、Ｘ型、Ｌ型など任意の形状であっても
よいが、これらは比較的簡単な形状に分類しうるので、
あらかじめ測定対象の溶接線の特徴をコンピュータ２３
に入力しておけば、これらの情報と計測により得られる
二次元情報に基づいて高い精度でＢスコープ像を得るこ
とができ、したがって溶接位置及び溶接条件の正確な制
御を行うことができる。なお、本発明によれば、溶接中
でなくても、溶接剤の溶接部位の設置誤差を調べたり、
溶接直後の溶接ビードの外観を検知し、その良否を判断
することもできる。
【００１５】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。
明する。
【００１６】実施例１
図６に示す平面形状をもつ板厚１０ｍｍのルートギャッ
プ（ヘ）が０〜１２ｍｍの範囲で連続的に変化するＩ型
開先（ホ）をもつ試料（Ａ）について、図１で示す装置
を用いて８０ｍｍの長さの範囲でギャップ幅を計測し
た。その結果を実測値と測定値との関係を示すグラフと
して図７に示した。この図から分るように、測定範囲全
域にわたって、＋０．５ｍｍ以内の誤差が認められる
が、ばらつきは少ない。
プ（ヘ）が０〜１２ｍｍの範囲で連続的に変化するＩ型
開先（ホ）をもつ試料（Ａ）について、図１で示す装置
を用いて８０ｍｍの長さの範囲でギャップ幅を計測し
た。その結果を実測値と測定値との関係を示すグラフと
して図７に示した。この図から分るように、測定範囲全
域にわたって、＋０．５ｍｍ以内の誤差が認められる
が、ばらつきは少ない。
【００１７】実施例２
図１に示す装置を用い、板厚１０ｍｍでＶ型開先をもつ
鋼板に２層の肉盛り溶接を施した。このようにして得た
受信波についての横軸を時間、縦軸を波長としたときの
グラフを図８（ａ）ないし（ｃ）に、スコープ像を
（ｄ）に示す。また、画像処理により溶接部の輪郭のみ
を抽出した例を（ｅ）に示す。これらの図のうち（ａ）
の波形は鋼板表面からのエコー（ト）と、裏面からの多
重反射波（チ）であり（鋼板内部では音速が水中の４倍
になるために、このように多重エコーが現れる）、この
ような多重波形の存在から平板部の存在が分る。さらに
（ｄ）に示す左右の平板の端部の位置（リ）の決定を行
うことができる。次に、（ｃ）の溶接ビードのエコー
（ヌ）から溶接ビードの形状を推定できる。溶接ビード
は通常なだらかな曲線を描き、対象面が水平に近いこと
もあることから、比較的強い表面エコーが現れるととも
に、裏面からのエコーは現れることはほとんどない。こ
れらから、溶接ビード部分の存在を知ることができ、ま
たエコー位置から端部（ル）の位置を推定することがで
きる。（ｂ）のような波形（ヲ）となる斜面は検出が困
難な場合もあるが、（ａ）、（ｂ）で得られる情報と斜
辺部は直線状である特徴から（ｄ）に示すような斜辺像
（ワ）を推定することができる。（ｄ）のＢスコープ像
の中で細線で示す部分（ワ）、（カ）は推定された形状
であり、これらから余分な信号が除去された輪郭像が得
られることが分る。
鋼板に２層の肉盛り溶接を施した。このようにして得た
受信波についての横軸を時間、縦軸を波長としたときの
グラフを図８（ａ）ないし（ｃ）に、スコープ像を
（ｄ）に示す。また、画像処理により溶接部の輪郭のみ
を抽出した例を（ｅ）に示す。これらの図のうち（ａ）
の波形は鋼板表面からのエコー（ト）と、裏面からの多
重反射波（チ）であり（鋼板内部では音速が水中の４倍
になるために、このように多重エコーが現れる）、この
ような多重波形の存在から平板部の存在が分る。さらに
（ｄ）に示す左右の平板の端部の位置（リ）の決定を行
うことができる。次に、（ｃ）の溶接ビードのエコー
（ヌ）から溶接ビードの形状を推定できる。溶接ビード
は通常なだらかな曲線を描き、対象面が水平に近いこと
もあることから、比較的強い表面エコーが現れるととも
に、裏面からのエコーは現れることはほとんどない。こ
れらから、溶接ビード部分の存在を知ることができ、ま
たエコー位置から端部（ル）の位置を推定することがで
きる。（ｂ）のような波形（ヲ）となる斜面は検出が困
難な場合もあるが、（ａ）、（ｂ）で得られる情報と斜
辺部は直線状である特徴から（ｄ）に示すような斜辺像
（ワ）を推定することができる。（ｄ）のＢスコープ像
の中で細線で示す部分（ワ）、（カ）は推定された形状
であり、これらから余分な信号が除去された輪郭像が得
られることが分る。
【００１８】実施例３
図１に示す装置を用い、板厚１０ｍｍの鋼板でＶ型開先
に、０〜５層の肉盛り溶接を行った。このようにして得
た試料についての表面からの写真像（ａ）、雑音の除去
処理を施して得られる超音波画像（ｂ）、横断面Ｂスコ
ープ像（ｃ）及び縦断面Ｂスコープ像（ｄ）をそれぞれ
図９に示す。この図から分るように、演算処理により、
かなり鮮明な超音波像が得られる。
に、０〜５層の肉盛り溶接を行った。このようにして得
た試料についての表面からの写真像（ａ）、雑音の除去
処理を施して得られる超音波画像（ｂ）、横断面Ｂスコ
ープ像（ｃ）及び縦断面Ｂスコープ像（ｄ）をそれぞれ
図９に示す。この図から分るように、演算処理により、
かなり鮮明な超音波像が得られる。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、焦点型超音波センサを
用いて水中走査することにより多点からの反射波情報及
びＢスコープ像を得ることができ、これらの情報をコン
ピュータ処理することにより、溶接位置や溶接条件を適
切に制御し、正確な水中溶接を行うことができる。
用いて水中走査することにより多点からの反射波情報及
びＢスコープ像を得ることができ、これらの情報をコン
ピュータ処理することにより、溶接位置や溶接条件を適
切に制御し、正確な水中溶接を行うことができる。
【図１】 本発明装置の溶接トーチ先端部の断面略解
図。
図。
【図２】 本発明装置において超音波センサの周囲にス
カートを設けた例の側面図。
カートを設けた例の側面図。
【図３】 本発明方法の１例を示す説明図。
【図４】 本発明方法により得られるＢスコープ像及び
大気中での光切断法による画像。
大気中での光切断法による画像。
【図５】 本発明装置の構成を示す系統図。
【図６】 実施例で用いた試料の形状を示す平面図。
【図７】 実施例における実測値と測定値との関係を示
すグラフ。
すグラフ。
【図８】 実施例で得た溶接試料の高周波測定グラフ、
スコープ像及び画像処理後の輪郭図。
スコープ像及び画像処理後の輪郭図。
【図９】 実施例で得た試料の写真、超音波画像、横断
面Ｂスコープ像及び縦断面Ｂスコープ像。
面Ｂスコープ像及び縦断面Ｂスコープ像。
１ 溶接ノズル
２，２′シールド水の通路
３ 水カーテン
４ シールドガス
５ ガス空間
６ 溶接ワイヤ
７ 被溶接基材
８ アーク
９ 溶接ビード
１０ 溶接Ｖ開先
１１ ジグ
１２ 超音波センサ
１３ 保持具
１４ スカート
１５ プラスチック製外筒
１６ 外筒下部
１７ 焦点距離
１８ 焦点径
１９ 溶接トーチ
２０ ウイービング機構
２１ 超音波パルサレシーバ
２２ デジタルオシロスコープ
２３ コンピュータ
２４ 三軸モータドライバ
フロントページの続き
(72)発明者 田中 正人
香川県高松市林町2217番14 経済産業省
産業技術総合研究所四国工業技術研究所
内
(72)発明者 森田 孝男
香川県高松市林町2217番14 経済産業省
産業技術総合研究所四国工業技術研究所
内
(72)発明者 榊原 実雄
香川県高松市林町2217番14 経済産業省
産業技術総合研究所四国工業技術研究所
内
(56)参考文献 特開 平９−239539（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−106570（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−134054（ＪＰ，Ａ)
特開 昭52−82382（ＪＰ，Ａ)
特公 昭51−16027（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 9/095
B23K 9/00
G01N 29/10
Claims (3)
- 【請求項１】 湿式水中アーク溶接を行うに当り、溶接
速度を３０ｃｍ／分以下に設定するとともに、溶接トー
チの移動方向に対して溶接ノズルの前方の位置におい
て、上方から垂直に中心周波数５〜１０ＭＨｚ、水中焦
点距離４０〜１００ｍｍの超音波を発信し、かつその反
射波を受信する超音波センサを用いて、溶接線と直角方
向に５０ｃｍ／分以上で、かつ溶接速度の２倍以上の走
査速度で走査を行うことにより、溶接ビードの縦断面形
状の情報をアナログ信号としてＡ／Ｄ変換器に入力し、
Ａ／Ｄ変換後、コンピュータ処理して溶接部の縦断面の
輪郭像を形成させ、その輪郭像をコンピュータにあらか
じめ入力しておいた画像情報に基づいて鮮明に補正し、
この画像に基づいて溶接トーチ内の溶接ノズルの位置及
び溶接条件の制御を行うことを特徴とする水中溶接方
法。 - 【請求項２】 中心周波数５〜１０ＭＨｚ、水中焦点距
離４０〜１００ｍｍの超音波を発信し、その反射波を受
信しうる超音波センサを溶接ノズルの前方の位置で垂直
に一体的に、かつ相互の直角方向へ変位自在に付設した
水中溶接トーチ、水中溶接トーチを直進させ、かつそれ
に対して直角方向に超音波センサを変位させるためのウ
イービング機構、超音波センサからの反射情報を受信す
るための超音波パルスレシーバ、この超音波パルスレシ
ーバからの信号を入力し、これをＡ／Ｄ変換するための
デジタルオシロスコープ、このデジタルオシロスコープ
からの出力情報を入力し、溶接部の縦断面の輪郭像を形
成させ、その輪郭像をあらかじめ入力された画像情報に
基づいて鮮明に補正する演算処理を行うとともに、この
画像に基づいて溶接トーチ内の溶接ノズルの位置及び溶
接条件を出力するためのコンピュータ及びコンピュータ
からの指示により溶接トーチを移動するための三軸モー
タドライバから構成された水中溶接装置。 - 【請求項３】 溶接トーチ及び超音波センサの周囲に水
カーテンを形成させた請求項２記載の水中溶接装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001039958A JP3433228B2 (ja) | 2001-02-16 | 2001-02-16 | 水中溶接方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001039958A JP3433228B2 (ja) | 2001-02-16 | 2001-02-16 | 水中溶接方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002239727A JP2002239727A (ja) | 2002-08-28 |
| JP3433228B2 true JP3433228B2 (ja) | 2003-08-04 |
Family
ID=18902651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001039958A Expired - Lifetime JP3433228B2 (ja) | 2001-02-16 | 2001-02-16 | 水中溶接方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3433228B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105149824A (zh) * | 2015-01-24 | 2015-12-16 | 安琳 | 一种水下焊缝自动识别方法 |
| CN107775162A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-09 | 哈尔滨工业大学（威海） | 水下湿法焊接气泡调控装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104227185B (zh) * | 2014-10-13 | 2016-03-16 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种水下湿法焊接观测仪及使用方法 |
| CN105195929A (zh) * | 2015-01-24 | 2015-12-30 | 无锡桑尼安科技有限公司 | 水下焊缝自动识别系统 |
| RU202387U1 (ru) * | 2020-11-02 | 2021-02-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Учебный Научно-Технический Центр "Сварка" | Устройство для подводной сварки |
| CN112743191B (zh) * | 2020-12-28 | 2022-10-28 | 哈尔滨工程大学烟台研究院 | 一种水下电弧增材修复方法 |
-
2001
- 2001-02-16 JP JP2001039958A patent/JP3433228B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| CN107775162A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-09 | 哈尔滨工业大学（威海） | 水下湿法焊接气泡调控装置 |
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| JP2002239727A (ja) | 2002-08-28 |
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