JP4780334B2 - Weld crack detection method - Google Patents
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本発明は、溶接欠陥を検出するための技術に係り、特に溶接ビード内に発生する溶接割れを検出するための溶接割れ検出方法に関する。 The present invention relates to a technique for detecting a weld defect, and more particularly, to a weld crack detection method for detecting a weld crack generated in a weld bead.
従来、溶接欠陥を検出するための方法としては、たとえば、特許文献1に記載の方法がある。この方法では、溶接ビードに斜め方向からスリット状の光を照射し、この照射されたスリット光をテレビカメラによって撮像して、その画像をデータ処理することによって良否判定を行うようにしている。
しかしながら、上記特許文献1に記載の方法によれば、溶接ビードの形状的な特徴から良否判定を行うため、大きな盛上りやひけ、あるいは穴明き等の欠陥は検出できるものの、溶接ビードに生じている溶接割れを検出することは困難で、特に微小な溶接割れの検出は不可能である。また、凹凸の大きい溶接ビートで画像認識を行うため、ノイズ(外乱)の影響を受けやすく、ノイズ成分を打消すための面倒なデータ処理が必要になって、処理システムの複雑化が避けられない,という問題もあった。 However, according to the method described in Patent Document 1, the quality of the weld bead is determined based on the shape characteristics of the weld bead. Therefore, defects such as large swells, sink marks, or perforations can be detected, but they occur in the weld bead. It is difficult to detect weld cracks that are present, and in particular, it is impossible to detect minute weld cracks. In addition, since image recognition is performed using welding beats with large irregularities, it is easy to be affected by noise (disturbance), requiring troublesome data processing to cancel out noise components, and the complexity of the processing system is inevitable. There was also a problem.
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、溶接ビードに生じる溶接割れを簡単かつ確実に検出できる溶接割れ検出方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems. An object of the present invention is to provide a weld crack detection method capable of easily and reliably detecting a weld crack generated in a weld bead.
上記課題を解決するため、本発明に係る溶接割れ検出方法は、溶接中におけるワークの温度変化を監視し、その温度変化に基づいて溶接割れの有無を判定することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a weld crack detection method according to the present invention is characterized by monitoring a temperature change of a workpiece during welding and determining the presence or absence of a weld crack based on the temperature change.
広い板面を有するワークを溶接する場合、溶接の熱は、溶接部(溶接ビード)の左右方向へほぼ均等に熱伝導し、溶接部の左右方向で温度変化に大きな差が生じることはない、しかし、ワークのエッジ(側縁)に沿って溶接を行う場合は、エッジ部分で熱の移動が停止するので、該エッジ部分に熱が蓄積され、この蓄積された熱がエッジと反対側、すなわち溶接部側へ移動(逆流)する。このとき、溶接ビード内に割れが発生していると、該割れの内部が断熱層となるので、溶接ビード内を伝達してさらに反対側へ向う熱の移動が阻止される。この結果、溶接ラインよりもエッジ側部分では、溶接割れが発生している箇所に対応する部分と溶接割れが発生していない箇所に対応する部分とで、温度変化に差が生じる。すなわち、溶接割れが発生している箇所に対応する部分では、溶接割れが発生していない箇所に対応する部分よりも冷却に遅滞を生じることになる。本発明は、前記した知見に基づいてなされたもので、上記したように溶接中におけるワークの温度変化を監視することで、その温度変化から溶接割れの有無を簡単かつ確実に検出することができる。
以下に、本発明の態様をいくつか例示し、それらについて項分けして説明する。
When welding a workpiece having a wide plate surface, the heat of welding conducts heat almost evenly in the left-right direction of the welded portion (weld bead), and there is no great difference in temperature change in the left-right direction of the welded portion. However, when welding is performed along the edge (side edge) of the workpiece, the movement of heat stops at the edge portion, so that heat is accumulated at the edge portion, and this accumulated heat is opposite to the edge, that is, Move (back flow) to the weld side. At this time, if a crack is generated in the weld bead, the inside of the crack becomes a heat insulating layer, so that the heat transfer to the opposite side through the weld bead is prevented. As a result, in the edge side portion from the welding line, a difference in temperature change occurs between the portion corresponding to the portion where the weld crack is generated and the portion corresponding to the portion where the weld crack is not generated. That is, in the part corresponding to the place where the weld crack is generated, the cooling is delayed more than the part corresponding to the place where the weld crack is not generated. The present invention has been made based on the above-described knowledge, and by monitoring the temperature change of the workpiece during welding as described above, the presence or absence of a weld crack can be easily and reliably detected from the temperature change. .
In the following, some aspects of the present invention will be illustrated and described.
(1)ワークのエッジに沿って溶接を行っている最中、溶接ラインよりエッジ側部分の温度変化を監視し、冷却過程の温度変化に基づいて溶接割れの有無を判定することを特徴とする溶接割れ検出方法。 (1) During welding along the edge of the workpiece, the temperature change at the edge side from the welding line is monitored, and the presence or absence of a weld crack is determined based on the temperature change in the cooling process. Weld crack detection method.
上記したように溶接割れが発生している箇所に対応する部分では、溶接割れが発生していない箇所に対応する部分よりも冷却に遅滞を生じるので、特に温度変化の冷却過程に大きな差が現れる。本(1)項記載の溶接割れ検出方法においては、この冷却過程の温度変化に基づいて溶接割れの有無を判定するので、溶接割れの検出精度が高まり、微小な溶接割れの検出も可能になる。 As described above, in the portion corresponding to the portion where the weld crack is generated, the cooling is delayed more than the portion corresponding to the portion where the weld crack is not generated. . In the weld crack detection method described in the item (1), since the presence or absence of the weld crack is determined based on the temperature change in the cooling process, the detection accuracy of the weld crack is increased, and the detection of a minute weld crack is also possible. .
(2)予め把握した、溶接割れが発生していない場合の温度変化と比較して、溶接割れの有無を判定することを特徴とする(1)項に記載の溶接割れ検出方法。 (2) The weld crack detection method according to item (1), characterized in that the presence or absence of a weld crack is determined in comparison with a temperature change in a case where no weld crack has occurred.
本(2)項記載の溶接割れ検出方法においては、予め把握した、溶接割れが発生していない場合の温度変化と比較することで、溶接割れの有無を簡単に判定することができる。この場合、温度変化を把握する判定基準は任意であり、冷却速度で判定しても、所定温度に降下するまでの時間で判定しても、あるいは冷却曲線の内側の面積で判定してもよく、これらの値に適当なしきい値を設定することで、溶接割れの有無を簡単に判定することができる。 In the weld crack detection method described in the item (2), the presence or absence of a weld crack can be easily determined by comparing with a change in temperature when the weld crack is not generated. In this case, the determination criterion for grasping the temperature change is arbitrary, and it may be determined by the cooling rate, by the time until the temperature falls to the predetermined temperature, or by the area inside the cooling curve. By setting appropriate threshold values for these values, the presence or absence of weld cracks can be easily determined.
(3)赤外線撮像装置により温度変化を監視することを特徴とする(1)または(2)項に記載の溶接割れ検出方法。 (3) The method for detecting a weld crack according to (1) or (2), wherein a temperature change is monitored by an infrared imaging device.
本(3)項記載の溶接割れ検出方法によれば、赤外線撮像装置により広域に温度変化を監視することができるので、溶接ビードの全長にわたって溶接割れ有無を判定することができ、品質保証に対する信頼性が向上する。 According to the weld crack detection method described in the item (3), since the temperature change can be monitored over a wide area by the infrared imaging device, the presence or absence of the weld crack can be determined over the entire length of the weld bead, and reliability for quality assurance can be determined. Improves.
(4)熱電対により温度変化を監視することを特徴とする(1)または(2)項に記載の溶接割れ検出方法。 (4) The method for detecting a weld crack according to (1) or (2), wherein a temperature change is monitored by a thermocouple.
重ねレーザ溶接の場合は、溶接終端付近で溶接割れが発生しやすいので、溶接終端付近のみを集中的に監視すればよく、この場合は、本(4)項に記載のように熱電対を用いてコスト安に温度変化を監視することができる。 In the case of lap laser welding, weld cracks are likely to occur near the end of welding, so it is only necessary to centrally monitor the vicinity of the end of welding. In this case, a thermocouple is used as described in this section (4). Temperature changes can be monitored at low cost.
(5)溶接が、二枚重ねの鋼板の重ねレーザ溶接であることを特徴とする(1)乃至(4)項の何れか1項に記載の溶接割れ検出方法。 (5) The welding crack detection method according to any one of (1) to (4), wherein the welding is a lap laser welding of a two-ply steel sheet.
溶接割れは、二枚重ねの鋼板の重ねレーザ溶接において発生しやすいので、(5)項記載のように重ねレーザ溶接に適用する場合に、特に本発明は有用となる。 Since weld cracks are likely to occur in overlap laser welding of two-layer steel sheets, the present invention is particularly useful when applied to overlap laser welding as described in (5).
本発明に係る溶接割れ検出方法によれば、溶接ビードに生じる溶接割れを簡単かつ確実に検出できるので、溶接品の品質保証に向けてきわめて有用となる。 According to the weld crack detection method of the present invention, a weld crack generated in a weld bead can be detected easily and reliably, which is extremely useful for quality assurance of a welded product.
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一つの実施形態を示したものである。本実施形態は、二枚の薄鋼板1、2のフランジ部1a、2aを重ねレーザ溶接するに際し、これと並行して溶接部である溶接ビード3に発生する溶接割れの有無を検出するものである。重ねレーザ溶接は、ここではフランジ部1a、2aのエッジ(側縁)に近接する溶接ラインLに沿って断続的に行われるようになっており、レーザ光を出射する溶接トーチ4が溶接ラインL上を溶接方向Fへ移動する。溶接割れを検出するための割れ検出装置10は、溶接ラインLの上方に配置された赤外線撮像装置11と、この赤外線撮像装置11により撮像された画像をデータ処理して、フランジ部1a、2aのエッジに近接する部位における温度変化曲線を求める画像データ処理装置12と、この画像データ処理装置12で得られた温度変化曲線に基づいて溶接ビード3内の溶接割れの有無を判定する良否判定装置13と、良否判定装置13の判定結果を画面表示する表示装置14とから概略構成されている。
FIG. 1 shows one embodiment of the present invention. In the present embodiment, when the
溶接トーチ4による溶接範囲を広域に撮像できるように重ねレーザ溶接中、溶接ビード3内に溶接割れが発生すると、図2に示されるように、溶接割れ5が発生した箇所に対応するエッジ側部位(ここでは、エッジ近接部位)P1における温度変化曲線と溶接割れ5が発生していない箇所に対応するエッジ側部位(エッジ近接部位)P2における温度変化曲線とに差が生じる。図3は、その温度変化曲線の一例を示したもので、溶接割れ5が発生した箇所に対応するエッジ側部位P1における温度変化曲線(点線で表す)は、溶接割れ5が発生していない箇所に対応するエッジ側部位P2における温度変化曲線(実線で表す)と比べて、冷却過程に遅滞を生じる。この理由は、前記したように溶接割れ5によってエッジ側から反対方向への熱の移動が阻止されたためである。
When a weld crack occurs in the
上記割れ検出装置10を構成する赤外線撮像装置11は、溶接トーチ4による溶接範囲を広く撮像できる位置に配置されている。そして、溶接中、赤外線撮像装置11によって溶接範囲が高速で撮像され、その1コマごとの画像が画像データ処理装置12へ高速で送られる。画像データ処理装置12は、赤外線撮像装置11から送られた画像に対して、溶接方向Fへ所定のピッチで複数の測定ポイントを設定し、各測定ポイントについて温度変化曲線を求め、その結果を良否判定装置13へ送出する。良否判定装置13には、予め溶接割れ5が発生していない箇所に対応するエッジ側部位の良好な温度変化曲線が記憶されており、良否判定装置13は、この良好な温度変化曲線と前記実際に求めた温度変化曲線とを比較し、溶接割れ5の有無を判定する。この場合、良否判定装置13は、たとえば、冷却速度、所定温度に降下するまでの時間、冷却曲線の内側の面積等を判断基準として、これらの値に適当なしきい値を設定し、該しきい値との関係で良否を判定することができる。
The
このように、本実施形態においては赤外線撮像装置11によりエッジ側部位の温度変化を監視して、該赤外線撮像装置11により撮像した画像をデータ処理し、溶接割れ5の有無を判定するので、微小な溶接割れであっても検出可能であり、検出精度に対する信頼性は十分高いものとなる。また、溶接ビード4の全長にわたって溶接割れ有無を検出するので、品質保証に対する信頼性が向上する。
As described above, in the present embodiment, the temperature change of the edge side portion is monitored by the
なお、上記実施形態においては、フランジ部1a、2aのエッジ近接部位の温度変化を監視するようにしたが、この監視部位(設定位置)は、溶接ラインLよりエッジ側部分であれば任意であり、エッジからわずか離れた部位であってもよい。また、上記実施形態においては、フランジ部1a、2aの溶接に適用した例を示したが、この溶接対象は任意であり、製品一般部であってもよい。さらに、上記実施形態においては、重ね溶接に適用した例を示したが、ワークのエッジ(側縁)沿って溶接する態様であれば、突き合せ溶接であっても、隅肉溶接であってもよい。
In the above embodiment, the temperature change of the edge proximity portion of the
板厚1.4mmの高張力鋼板を素材として、その二枚を重ね合せ、レーザ出力4kW、溶接速度2mm/minの条件でエッジから5mm離れた部位を重ねレーザ溶接した。この重ねレーザ溶接に際しては、事前にエッジ近接部位に溶接方向へ所定のピッチで複数の熱電対を取付けて温度変化を監視し、溶接割れが発生の有無と温度変化との関係について実験した。
Using a high-strength steel sheet having a thickness of 1.4 mm as a raw material, the two sheets were overlapped, and a
図5は、上記した実験結果を示したもので、同図(A)は、溶接割れが発生しない場合の温度変化曲線を、同図(B)は溶接割れが発生した場合の温度変化曲線をそれぞれ表わしている。これより溶接割れが発生した場合は、溶接割れが発生しない場合に比べて、冷却に大幅な遅滞が生じている。因みに、400℃まで降下するまでの時間で比較すると、溶接割れが発生しない場合(A)の時間TAが約3秒であるのに対し、溶接割れが発生した場合(B)の時間TBは約27秒であり、両者の間には極めて大きな時間差が認められる。したがって、たとえば、前記した時間TAとTBとの間に適当なしきい値を設定することで、本発明の方法により溶接割れを確実に検出できることが明らかである。 FIG. 5 shows the above experimental results. FIG. 5A shows a temperature change curve when no weld crack occurs, and FIG. 5B shows a temperature change curve when a weld crack occurs. Each represents. Thus, when the weld crack occurs, the cooling is significantly delayed as compared with the case where the weld crack does not occur. Incidentally, when compared with the time to drop to 400 ° C., while the time T A in the case of weld crack is not generated (A) is about 3 seconds, the time T B in the case of weld crack is generated (B) Is about 27 seconds, and a very large time difference is recognized between the two. Therefore, for example, it is clear that a weld crack can be reliably detected by the method of the present invention by setting an appropriate threshold value between the above-described times T A and T B.
1、2 薄鋼板
1a、2a フランジ部
3 溶接ビード
4 溶接トーチ
5 溶接割れ
10 溶接割れ検出装置
11 赤外線撮像装置
12 画像データ処理装置
13 良否判定装置
14 表示装置
L 溶接ライン
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