JP5357727B2 - Welding failure detection method and welding failure detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スポット溶接によって形成される溶接部（溶接金属部）での溶接不良を検知して溶接の健全性を確保するための溶接不良の検知方法、およびこうした方法を実施するために構成される有用な装置に関するものである。 The present invention is configured to detect a welding failure in a welded portion (welded metal portion) formed by spot welding to ensure the soundness of welding, and to implement such a method. It relates to a useful device.
スポット溶接法は、２枚の鋼板を重ね合わせ、一般に丸棒状の電極で加圧しながら通電することによって、ジュール熱で金属を溶融させて点状に圧接する方法であり、例えば自動車部品等の組み立てに広く用いられている。また、自動車の場合には、スポット溶接される箇所は１台につき、４００〜１０００箇所程度になる場合がある。 The spot welding method is a method in which two steel plates are superposed and are energized while being pressed with a round bar electrode, so that the metal is melted by Joule heat and pressed in a spot shape. Widely used in In the case of an automobile, the number of spots that are spot-welded may be about 400 to 1000.
上記のようなスポット溶接では、溶接金属部（以下、「スポット溶接部」または単に「溶接部」と呼ぶことがある）は碁石状に形成され、これは一般にナゲットと呼ばれる。そしてスポット溶接部の引張せん断強さは、このナゲット径にほぼ比例することが知られている。そのためスポット溶接では、十分なナゲット径を確保することが求められる。ナゲット径が十分であるか否かの判定基準として、現在のところ少なくとも４√ｔ（ｔ：板厚）の大きさが必要であるとされている。 In spot welding as described above, a weld metal part (hereinafter sometimes referred to as “spot weld part” or simply “weld part”) is formed in a meteorite shape, which is generally called a nugget. It is known that the tensile shear strength of the spot weld is approximately proportional to the nugget diameter. Therefore, in spot welding, it is required to secure a sufficient nugget diameter. As a criterion for determining whether or not the nugget diameter is sufficient, at least 4√t (t: plate thickness) is currently required.
十分なナゲット径を確保しているかを検査するに際しては、超音波処理や電磁誘導等で非破壊的に検査するのが一般的であるが、こうした方法はインラインで（現場で）行なうことはできず、別の場所で検査しているのが実情である。 When inspecting whether a sufficient nugget diameter is secured, non-destructive inspection is generally performed by ultrasonic treatment, electromagnetic induction, or the like, but such a method can be performed in-line (on-site). The fact is that the inspection is conducted at a different location.
また、スポット溶接部の良否を判断する上においては、溶接によって形成されるナゲット内部に、空孔等の欠陥が存在しないことも重要な要件である。 Moreover, in determining the quality of the spot welded part, it is also an important requirement that no defects such as holes exist in the nugget formed by welding.
このような空孔については、Ｘ線ＣＴ（Ｘ線計算断層像法）によって、非破壊的に検査できるが、こうした方法は上記した各方法と同様に、インラインで（現場で）行なうことはできず、別の場所で検査している。 Such vacancies can be examined non-destructively by X-ray CT (X-ray computed tomography), but such methods can be performed in-line (in the field), similar to the methods described above. Inspected at another location.
スポット溶接部における良否（ナゲット径、空孔の有無）を現場で迅速に判断する方法は、これまで確立されておらす、また多数存在するスポット溶接部の全ての良否を判定することは困難である。こうしたことから、現状では、抜き打ち的にスポット溶接部をタガネで叩いで割れるかどうかによる破壊試験によって溶接部の良品を把握しているのが実情である。 The method for quickly judging the quality (nugget diameter, presence / absence of holes) in spot welds has been established so far, and it is difficult to judge the quality of all spot welds. is there. Therefore, at present, it is the actual situation that the non-defective product of the welded portion is grasped by a destructive test based on whether the spot welded portion is hit with a chisel to crack it.
しかしながら、こうした方法では、できるだけ多くの溶接部における良否を迅速に検査することは困難であり、また鋼板の高硬度・強度化に伴って、タガネによる試験方法そのものが適用できなくなるという問題が生じる。 However, with such a method, it is difficult to quickly inspect the quality of as many welds as possible, and with the increase in hardness and strength of the steel sheet, there arises a problem that the test method using the chisel cannot be applied.
こうしたことから、溶接部の良否をインラインでできるだけ迅速に、しかも非破壊で検査できる方法の確立が望まれているのが実情である。こうした要求に対応するべく、これまでにも様々な溶接分野で溶接部の良否を評価する方法が提案されている。 For these reasons, the establishment of a method capable of inspecting the quality of welds in-line as quickly as possible and non-destructively is desired. In order to meet such demands, methods for evaluating the quality of welds in various welding fields have been proposed.
例えば、特許文献１には、レーザ溶接法において、レーザ溶接中に発生するプラズマや熱などの様々な代理信号を捕捉し、これらが均一に発生しているかどうかを監視することにより、また予め収集しておいた良好な溶接の場合の信号と比較することにより、リアルタイムの且つ非破壊で溶接部の良否を判定する方法が提案されている。 For example, in Patent Document 1, in the laser welding method, various proxy signals such as plasma and heat generated during laser welding are captured, and whether or not they are generated uniformly is collected in advance. There has been proposed a method for judging the quality of a welded part in real time and nondestructively by comparing with a signal in the case of good welding.
この技術では、紫外線強度に基づいて溶接部に発生したプラズマの強度を計測するプラズマセンサーを用いることを基本としており、レーザ溶接法によって形成される溶接部での良否を検知する方法としては有用であると言える。しかしながら、スポット溶接のように電気抵抗による発熱（ジュール熱）を利用して母材を溶解して溶接する方法には、原理的に適用できない。 This technology is based on using a plasma sensor that measures the intensity of the plasma generated in the weld based on the UV intensity, and is useful as a method for detecting the quality of welds formed by laser welding. It can be said that there is. However, it cannot be applied in principle to a method of melting and welding a base material using heat generated by electric resistance (Joule heat) like spot welding.
一方、特許文献２には、薄鋼板を被溶接部材とし、重ね溶接若しくは突き合わせ溶接に対して行なう溶接加工において、溶接時に発生する溶接欠陥を検出するために、スポット走査方式のレーザスキャナ装置を用い、これを揺動させることにより１ラインの取り込みを行ない、且つ溶接線に沿って進行させることにより、座標データを取り込み、更に測定用レーザの反射光量の減衰や測定エラーを考慮することにより、溶接ビードの形状および溶接欠陥を高精度に計測するための検査方法について提案されている。 On the other hand, in Patent Document 2, a spot scanning laser scanner device is used to detect a welding defect that occurs during welding in a welding process that is performed on lap welding or butt welding using a thin steel plate as a member to be welded. By oscillating this, one line is captured, and along the welding line, the coordinate data is captured, and further, the attenuation of the reflected light quantity of the measurement laser and the measurement error are taken into account. An inspection method for measuring the bead shape and weld defects with high accuracy has been proposed.
この技術は、溶接部の周りにスポット状のレーザ光を当ててその反射を解析することによって、溶接部の良否を判定するものである。しかしながら、この方法は、形成された溶接ビードの外観を外部から計測することによって、溶接部の良否を判断するものであり、スポット溶接のようにナゲット内部に形成される空孔を判定する方法としては適していない。しかも、レーザスキャナ装置は極めて高価なものであり、簡便に実施できる方法ではない。 This technique determines the quality of a welded portion by applying a spot-like laser beam around the welded portion and analyzing the reflection. However, this method is to judge the quality of the welded part by measuring the appearance of the formed weld bead from the outside, and as a method of judging the voids formed inside the nugget like spot welding. Is not suitable. Moreover, the laser scanner device is extremely expensive and is not a method that can be simply implemented.
本発明は上記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、スポット溶接によって形成される溶接部の良否（ナゲット中の空孔体積率、ナゲット径）を、インラインでできるだけ迅速に、しかも非破壊で検知し、溶接部の健全性を確保するための検知方法、およびそのための有用な検知装置を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above-described circumstances, and the purpose thereof is to determine the quality of the welded portion formed by spot welding (the void volume ratio and the nugget diameter in the nugget) as much as possible in-line. An object of the present invention is to provide a detection method for quickly and non-destructively detecting and ensuring the soundness of a welded portion, and a useful detection device therefor.
上記目的を達成することのできた本発明方法とは、スポット溶接時に溶接部から発生するＣＯガスおよび／またはＣＯ2ガスの量を測定して、ナゲット中の空孔体積率を決定する点に要旨を有するものである。上記本発明方法においては、スポット溶接時に溶接部から発生するスパッタ量を測定することも有用であり、こうした構成を採用することによってナゲット中の空孔体積率と共に、ナゲット径をも決定することができる。 The method of the present invention that has achieved the above object is characterized in that the volume ratio of CO gas and / or CO 2 gas generated from the weld during spot welding is measured to determine the void volume ratio in the nugget. It is what has. In the method of the present invention, it is also useful to measure the amount of spatter generated from the weld during spot welding, and by adopting such a configuration, the nugget diameter can be determined together with the void volume ratio in the nugget. it can.
上記方法におけるより具体的な構成としては、ガスの発生量とナゲット中の空孔体積率の関係、および／またはスパッタ量とナゲット径との関係を予め把握しておき、その合格基準を設定し、実溶接時のガスの発生量および／またはスパッタ量を測定し、予め把握した関係に従って空孔体積率および／またはナゲット径を決定し、前記設定した合格基準と照合することによって合否の判定を行なう構成が挙げられる。 As a more specific configuration in the above method, the relationship between the gas generation amount and the void volume ratio in the nugget and / or the relationship between the sputtering amount and the nugget diameter is grasped in advance, and the acceptance criteria are set. Measure the gas generation amount and / or spatter amount during actual welding, determine the void volume ratio and / or nugget diameter according to the relations grasped in advance, and check the pass / fail by comparing with the set acceptance criteria The structure to perform is mentioned.
上記目的を達成するための他の方法は、スポット溶接時に溶接部から発生するスパッタ量を測定して、ナゲット径を決定することを特徴とする。 Another method for achieving the above object is characterized in that the nugget diameter is determined by measuring the amount of spatter generated from the weld during spot welding.
一方、上記目的を達成することのできた本発明の検知装置とは、スポット溶接によって形成される溶接部の良否を検知するための装置であって、スポット溶接時に溶接部周囲から発生するＣＯガスおよび／またはＣＯ2ガスを捕集する捕集孔に接続されたガス捕集器と、前記ガス捕集器に捕集されたＣＯガスおよび／またはＣＯ2ガスの量を測定するガス分析器と、測定されたガスの量のデータを処理するための電子計算機を備え、この電子計算機は、予め把握した関係に従って空孔体積率を決定するように構成されたものが挙げられる。 On the other hand, the detection device of the present invention that has achieved the above object is a device for detecting the quality of a welded portion formed by spot welding, including CO gas generated from around the welded portion during spot welding and a gas collector / or connected to a collecting hole for collecting the CO 2 gas, and a gas analyzer for measuring the amount of CO gas and / or CO 2 gas trapped in the gas collector, An electronic computer for processing the measured gas amount data is provided, and this electronic computer is configured to determine the void volume ratio in accordance with a previously grasped relationship.
上記目的を達成することのできた本発明装置の他の構成としては、スポット溶接時に溶接部周囲から発生するスパッタを捕集する捕集孔に接続されたスパッタ捕集器と、前記スパッタ捕集器に捕集されたスパッタの量を測定するスパッタ量測定器と、測定されたスパッタ量のデータを処理するための電子計算機を備え、この電子計算機は、予め把握した関係に従ってナゲット径を決定するように構成されたものが挙げられる。 Other configurations of the device of the present invention capable of achieving the above object include a sputter collector connected to a collection hole for collecting spatter generated from the periphery of the weld during spot welding, and the sputter collector. A spatter amount measuring device for measuring the amount of spatter collected in the device, and an electronic computer for processing data of the measured spatter amount, and the electronic computer determines the nugget diameter according to a previously grasped relationship. Is configured.
上記目的を達成することのできた本発明装置の更に他の構成としては、スポット溶接時に溶接部周囲から発生するＣＯガスおよび／またはＣＯ2ガスを捕集する捕集孔に接続されたガス捕集器と、スポット溶接時に溶接部周囲から発生するスパッタを捕集するスパッタ捕集孔に接続された捕集器と、前記ガス捕集器に捕集されたＣＯガスおよび／またはＣＯ2ガスの量を測定するガス分析器と、前記スパッタ捕集器に捕集されたスパッタの量を測定するスパッタ量測定器と、測定されたガスの量のデータおよびスパッタ量のデータを処理するための電子計算機を備え、この電子計算機は、予め把握した関係に従って空孔体積率およびナゲット径を決定するように構成されたものが挙げられる。 As still another configuration of the device of the present invention that can achieve the above-described object, a gas collection device connected to a collection hole for collecting CO gas and / or CO 2 gas generated from the periphery of the weld during spot welding. A collector connected to a sputter collecting hole for collecting spatter generated from around the weld during spot welding, and the amount of CO gas and / or CO 2 gas collected in the gas collector Analyzer for measuring the amount of spatter, a spatter amount measuring device for measuring the amount of spatter collected by the sputter collector, and an electronic computer for processing the measured gas amount data and spatter amount data And the electronic computer is configured to determine the pore volume ratio and the nugget diameter in accordance with the relationship grasped in advance.
本発明方法によれば、スポット溶接時に溶接部から発生するＣＯガスおよび／またはＣＯ2ガスの量やスパッタ量等のデータを測定するだけで、スポット溶接によって形成されるナゲット中に存在する空孔の体積率やナゲット径を決定できるので、多数形成される溶接部の良否をインラインで迅速に、しかも非破壊で検査できるものとなる。また、こうした方法を実施するための装置構成においても、大規模とはならず、比較的簡便な構成とすることができる。 According to the method of the present invention, the voids present in the nugget formed by spot welding can be measured only by measuring data such as the amount of CO gas and / or CO 2 gas generated from the weld during spot welding and the amount of spatter. Since the volume ratio and the nugget diameter can be determined, the quality of the welds formed in large numbers can be inspected quickly and non-destructively in-line. Also, the apparatus configuration for carrying out such a method is not large-scale and can be configured relatively simply.
本発明者らは、上記目的を達成するために、ナゲット中の空孔体積率やナゲット径と相関関係のある因子について、様々な角度から検討を重ねた。その結果、スポット溶接時に溶接部の周囲から発生するＣＯガスやＣＯ2ガスの量（濃度）は、ナゲット中の空孔体積率と相関関係があることが判明した。 In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have repeatedly examined factors having a correlation with the void volume ratio and the nugget diameter in the nugget from various angles. As a result, it has been found that the amount (concentration) of CO gas and CO 2 gas generated from around the weld during spot welding has a correlation with the void volume ratio in the nugget.
スポット溶接時に溶接部の周囲から発生するガスの種類としては、ＣＯガスやＣＯ2ガスの他にも、ＮＯｘ等も存在する。しかしながら、ＣＯガス、ＣＯ2ガス以外のガス成分については、その存在が希薄であること、およびその存在を測定する装置との関係から、測定精度の点から問題がある。これに対して、ＣＯガスやＣＯ2ガスは、その濃度が少ない場合であっても、その変動を迅速にしかも高精度に把握できることになる。本発明で対象とするガス成分としては、ＣＯガスおよびＣＯ2ガスのどちらか一方、或はその両方（合計量）を測定しても良く、これらの濃度は、ナゲット中の空孔体積率と強い相関関係が存在することになる（後記実施例参照）。即ち、本発明では、スポット溶接時に溶接部の周囲から発生するＣＯガスやＣＯ2ガスの量（濃度）を測定することによって、ナゲット中の空孔体積率を把握できることになる。 In addition to CO gas and CO 2 gas, NOx and the like exist as types of gas generated from the periphery of the weld during spot welding. However, gas components other than CO gas and CO 2 gas have a problem in terms of measurement accuracy due to their presence in a lean state and the relationship with an apparatus for measuring the presence. On the other hand, even if the concentration of CO gas or CO 2 gas is small, the fluctuation can be grasped quickly and with high accuracy. As the gas component of interest in the present invention, either one or both (total amount) of CO gas and CO 2 gas may be measured, and these concentrations are determined based on the void volume ratio in the nugget. There will be a strong correlation (see Examples below). That is, according to the present invention, the volume ratio of voids in the nugget can be grasped by measuring the amount (concentration) of CO gas and CO 2 gas generated from around the weld during spot welding.
尚、スポット溶接時に溶接部の周囲から発生するＣＯガスやＣＯ2ガスの量は、溶接される鋼板によって異なる。すなわち鋼種を特定する毎に発生するガス量と空孔体積率と明らかな相関関係があるので、鋼板毎にその相関関係を予め把握しておけば、実溶接時のガス発生量を測定することによって、様々な鋼板に対しても対応できることになる。そして、各種鋼板において、夫々の合格基準を設定しておき、その合格基準と照合することによって、合否の判定を行なうことができる。 Note that the amount of CO gas and CO 2 gas generated from the periphery of the weld during spot welding varies depending on the steel sheet to be welded. In other words, there is a clear correlation between the amount of gas generated each time a steel type is specified and the void volume ratio. If the correlation is known in advance for each steel plate, the amount of gas generated during actual welding can be measured. Therefore, it can cope with various steel plates. And in each steel plate, each pass standard is set, and the pass / fail judgment can be performed by collating with the pass standard.
上記のような現象が生じる理由について、本発明者らはその全てを解明し得た訳ではないが、次のように考えることができた。即ち、鋼板中のＣ（炭素）が、スポット溶接時の熱によって気化し、これが溶接部の周囲から発生するガスとなるので、空孔の大小によってその濃度が異なってくるものと考えられる。このように理解することによって、スポット溶接時に溶接部の周囲から発生するＣＯガスやＣＯ2ガスの量は、溶接される鋼板によっても異なるという現象も理解できる。 The present inventors have not been able to clarify all of the reasons why the above phenomenon occurs, but could be considered as follows. That is, C (carbon) in the steel plate is vaporized by heat during spot welding, and this gas is generated from the periphery of the welded portion, so the concentration is considered to vary depending on the size of the holes. By understanding in this way, it is also possible to understand the phenomenon that the amount of CO gas or CO 2 gas generated from the periphery of the weld during spot welding varies depending on the steel sheet to be welded.
こうした方法によれば、測定に要する時間は溶接部毎に１０秒程度であるが、多数の溶接部の存在を考慮しても、十分にインラインで迅速に測定するという要求を満足できるものとなる。 According to such a method, the time required for the measurement is about 10 seconds for each welded portion, but even if the presence of a large number of welded portions is taken into consideration, it is possible to satisfy the requirement of sufficiently measuring quickly in line. .
本発明では、基本的にＣＯガスやＣＯ2ガスの量が或る設定値（合格基準）を超えたときに「欠陥有り」と評価するものであるが、こうした構成では、溶接が全く行なわれていない場合であっても、「欠陥無し」と評価される可能性がある。そこで、本発明者らは、溶接部の健全性の評価を別の要件からも把握できるように検討した。その結果、スポット溶接時に溶接部の周囲から発生するスパッタ量は、形成されるナゲットの大きさ（ナゲット径）と相関関係があることが判明したのである。 In the present invention, basically, when the amount of CO gas or CO 2 gas exceeds a certain set value (acceptance criteria), “defect” is evaluated, but in such a configuration, welding is performed at all. Even if it is not, there is a possibility that it is evaluated as “no defect”. Then, the present inventors examined so that the evaluation of the soundness of a welded part could be grasped from other requirements. As a result, it has been found that the amount of spatter generated from the periphery of the weld during spot welding has a correlation with the size of the nugget formed (nugget diameter).
スポット溶接では、溶接時に溶接部周囲からはスパッタは目視確認できず、このようなスパッタは発生していないものと考えられていた。しかしながら、本発明者らが、溶接部周囲から発生するヒューム（蒸発したガス成分も含む気体状物質）を検討したところ、その中には溶接金属部から発生する金属成分（本発明では、これをスパッタと呼んでいる）が含まれており、この金属成分の量は形成されるナゲット径と相関関係があることが分かった。 In spot welding, spatter was not visually confirmed from the periphery of the weld during welding, and it was considered that such spatter did not occur. However, when the present inventors examined fumes (a gaseous substance including vaporized gas components) generated around the welded portion, the metal components generated from the welded metal portion (in the present invention, this is included). It was found that the amount of this metal component has a correlation with the diameter of the nugget formed.
従って、スポット溶接時に溶接部の周囲から発生するスパッタ量を測定することによって、上記した方法と同様にして、ナゲット径を決定できることになる。こうした方法を採用する場合においても、測定に要する時間は溶接部毎に５秒程度となり、多数の溶接点を考慮しても、十分にインラインで迅速に測定するという要求を満足できるものとなる。 Therefore, by measuring the amount of spatter generated from the periphery of the weld during spot welding, the nugget diameter can be determined in the same manner as described above. Even in the case of adopting such a method, the time required for measurement is about 5 seconds for each welded portion, and even if a large number of welding points are taken into consideration, the requirement for sufficient in-line and rapid measurement can be satisfied.
スパッタ量によってナゲット径を決定する方法は、上記したＣＯガスやＣＯ2ガスの量によって空孔体積率を決定する方法と併用することもできるが、この方法を単独で採用しても溶接部の健全性を十分把握できるものとなる。 The method for determining the nugget diameter based on the amount of spatter can be used in combination with the method for determining the void volume ratio based on the amount of the above-described CO gas or CO 2 gas. You will be able to fully understand the soundness.
本発明方法を実施するための装置構成を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の装置構成例を示す概略説明図であり、１はスポット溶接機、２ａ，２ｂは電極、３はガス捕集器、４はガス分析器、５はスパッタ捕集器、６はスパッタ量測定器、７は電子計算機、８ａ，８ｂは被溶接部材としての一対の鋼板、を夫々示している。また、図中３ｂ，５ｂはガス捕集器３およびスパッタ捕集器５の夫々に接続される捕集孔（ガス捕集用捕集孔およびスパッタ捕集用捕集孔）を示しており、例えば直径：４ｍｍのパイプ状物からなり、捕集の際に鋼板表面に対して傾斜角４５°程度で、電極の側面から１ｍｍ程度離れた位置にその先端部が位置するように配置される。 An apparatus configuration for carrying out the method of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an apparatus configuration example of the present invention, wherein 1 is a spot welder, 2a and 2b are electrodes, 3 is a gas collector, 4 is a gas analyzer, 5 is a sputter collector, Reference numeral 6 denotes a spatter amount measuring device, 7 denotes an electronic computer, and 8a and 8b denote a pair of steel plates as members to be welded. In addition, 3b and 5b in the figure indicate collection holes (gas collection collection holes and sputter collection collection holes) connected to the gas collection device 3 and the sputter collection device 5, respectively. For example, it is made of a pipe-like material having a diameter of 4 mm, and is arranged so that its tip end is located at a position inclined about 45 ° with respect to the steel plate surface and about 1 mm away from the side surface of the electrode during collection.
まずＣＯガスやＣＯ2ガス量によってナゲット中の空孔体積率を決定する場合には、一対の鋼板８ａ，８ｂのスポット溶接時に溶接部から発生するＣＯガスやＣＯ2ガスを捕集孔３ｂから捕集し、それをガス捕集器３に送り、捕集したガスの量をガス分析器４で測定する。測定されたガスの量のデータは電子計算機７に送られ、この電子計算機７は、予め把握した関係（ガス量と空孔体積率の関係）に従って空孔体積率を決定するように処理する。そして、設定された合格基準と照合することによって、合否の判定を行なう。 First, when determining a pore volume fraction in the nugget by CO gas or CO 2 gas amount, a pair of steel plates 8a, CO gas and CO 2 gas generated from the welded portion during 8b spot welding from the collection hole 3b The collected gas is sent to the gas collector 3, and the amount of the collected gas is measured by the gas analyzer 4. Data of the measured gas amount is sent to the electronic computer 7, and the electronic computer 7 performs processing so as to determine the pore volume ratio in accordance with a previously grasped relationship (relationship between the gas amount and the pore volume ratio). Then, the acceptance / rejection is determined by collating with the set acceptance criteria.
一方、スパッタ量によってナゲット径を決定する場合には、一対の鋼板８ａ，８ｂのスポット溶接時に溶接部から発生するスパッタを捕集孔５ｂから捕集し、それをスパッタ捕集器５に送り、捕集したスパッタ量をスパッタ量測定器６で測定する。測定されたスパッタ量のデータは電子計算機７に送られ、この電子計算機７は、予め把握した関係（スパッタ量とナゲット径の関係）に従ってナゲット径を決定するように処理する。そして、設定された合格基準と照合することによって、合否の判定を行なう。 On the other hand, when determining the nugget diameter according to the amount of spatter, the spatter generated from the welded portion during spot welding of the pair of steel plates 8a, 8b is collected from the collection hole 5b, and sent to the sputter collector 5, The collected spatter amount is measured by a spatter amount measuring device 6. Data of the measured sputtering amount is sent to the electronic computer 7, and the electronic computer 7 performs processing so as to determine the nugget diameter according to the relationship grasped in advance (relation between the sputtering amount and the nugget diameter). Then, the acceptance / rejection is determined by collating with the set acceptance criteria.
尚、図１に示した装置構成では、ＣＯガスやＣＯ2ガス量によってナゲット中の空孔体積率を決定する構成と、スパッタ量によってナゲット径を決定する構成のいずれをも備えたものを示したが、必要によって、ＣＯガスやＣＯ2ガス量によってナゲット中の空孔体積率を決定する構成だけ、或はスパッタ量によってナゲット径を決定する構成だけとすることもでき、夫々の装置構成に応じて、各本発明方法が実施できる。 The apparatus configuration shown in FIG. 1 includes both a configuration in which the void volume ratio in the nugget is determined by the amount of CO gas and CO 2 gas, and a configuration in which the nugget diameter is determined by the amount of sputtering. However, if necessary, only the configuration in which the void volume ratio in the nugget is determined based on the amount of CO gas or CO 2 gas, or the configuration in which the nugget diameter is determined based on the amount of spatter can be used. Accordingly, each method of the present invention can be implemented.
スポット溶接の条件についても、通常行なわれている条件に従えば良く、何ら限定するものではないが、その条件によってガス発生量やスパッタ発生量が変化する場合があるので、溶接部の良否を評価する際には、予め設定しておく合格基準については、溶接条件等をも考慮する必要がある。 As for spot welding conditions, it is sufficient to follow the usual conditions, and there is no limitation. However, the gas generation amount and spatter generation amount may change depending on the conditions, so the quality of the welded part is evaluated. In doing so, it is necessary to consider welding conditions and the like for the acceptance criteria set in advance.
本発明で対象とする鋼板としては、低炭素鋼板、低合金鋼板、ステンレス鋼板等の各種鋼板が挙げられる。また、鋼板の厚みについてはその種類によっても異なるが、スポット溶接できる薄板であれば何ら限定するものでなく、通常の鋼板の場合には０．３〜２．５ｍｍ程度である。 Various steel plates such as a low carbon steel plate, a low alloy steel plate, and a stainless steel plate can be used as the steel plate targeted in the present invention. Further, the thickness of the steel plate varies depending on the type thereof, but is not limited as long as it is a thin plate that can be spot-welded, and is about 0.3 to 2.5 mm in the case of a normal steel plate.
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, and appropriate modifications are made within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.
［実施例１］
様々な鋼板を用い、下記の条件で溶接を行なうと共に（同じ鋼種同士を溶接）、前記図１に示した装置構成に従って、溶接部周囲から発生するＣＯガス量およびＣＯ2ガス量を測定した。また、各ガス量に対応するナゲット内の空孔体積率を、Ｘ線ＣＴ（「ＳＭＸ−２２５−ＣＴ−ＳＶ」商品名：島津製作所製）で測定した。尚、ガス量の測定に当たっては、前記図１に示したように、スポット溶接機１にガス分析器４を隣接して、時系列でガス量（ガス濃度）を測定し、或る測定タイミングでの最大値を採用した。また、捕集したガス量は４．０〜１０．０Ｌ／分であり、測定間隔は１秒である。
[Example 1]
Using various steel plates, welding was performed under the following conditions (welding the same steel types), and the amounts of CO gas and CO 2 gas generated from the periphery of the weld were measured according to the apparatus configuration shown in FIG. Moreover, the void volume ratio in the nugget corresponding to each gas amount was measured by X-ray CT (“SMX-225-CT-SV”, trade name: manufactured by Shimadzu Corporation). In measuring the gas amount, as shown in FIG. 1, the gas analyzer 4 is adjacent to the spot welder 1, the gas amount (gas concentration) is measured in time series, and at a certain measurement timing. The maximum value of was adopted. The collected gas amount is 4.0 to 10.0 L / min, and the measurement interval is 1 second.
［スポット溶接条件］
鋼板の種類：５９０ＭＰａ級溶融亜鉛めっき鋼板（Ｃ含有量：０．０６５質量％）
９８０ＭＰａ級溶融亜鉛めっき鋼板（Ｃ含有量：０．１２質量％）
鋼板厚さ：１．４ｍｍ
電極先端部直径：６ｍｍ（ドーム形状）
溶接電流（印加電流）：６〜１２ｋＡ
溶接時間（通電時間）：１８サイクル／６０Ｈｚ（５９０ＭＰａ級鋼板）
２０サイクル／６０Ｈｚ（９８０ＭＰａ級鋼板）
加圧力：３８０ｋｇｆ（５９０ＭＰａ級鋼板）、４４０ｋｇｆ（９８０ＭＰａ級鋼板）
[Spot welding conditions]
Type of steel plate: 590 MPa class hot dip galvanized steel plate (C content: 0.065 mass%)
980 MPa class hot-dip galvanized steel sheet (C content: 0.12% by mass)
Steel plate thickness: 1.4mm
Electrode tip diameter: 6mm (dome shape)
Welding current (applied current): 6-12 kA
Welding time (energization time): 18 cycles / 60 Hz (590 MPa class steel plate)
20 cycles / 60 Hz (980 MPa grade steel plate)
Applied pressure: 380 kgf (590 MPa grade steel plate), 440 kgf (980 MPa grade steel plate)
その結果を下記表１（５９０ＭＰａ級鋼板）、および表２（９８０ＭＰａ級鋼板）の夫々に示す。尚、空孔体積率の合格基準は２．０％以下である。 The results are shown in Table 1 (590 MPa grade steel plate) and Table 2 (980 MPa grade steel plate), respectively. In addition, the acceptance criteria for the void volume ratio is 2.0% or less.
表１、２に示した結果に基づいて、ガス濃度（ＣＯガス濃度またはＣＯ2ガス濃度）と空孔体積率との関係を図２〜５に示す。このうち図２は、５９０ＭＰａ級鋼板同士をスポット溶接したときにおけるＣＯガス濃度と空孔体積率との関係を、図３は９８０ＭＰａ級鋼板同士をスポット溶接したときにおけるＣＯガス濃度と空孔体積率との関係を、図４は５９０ＭＰａ級鋼板同士をスポット溶接したときにおけるＣＯ2ガス濃度と空孔体積率との関係を、図５は９８０ＭＰａ級鋼板同士をスポット溶接したときにおけるＣＯ2ガス濃度と空孔体積率との関係を、夫々示すグラフである。 Based on the results shown in Tables 1 and 2, the relationship between the gas concentration (CO gas concentration or CO 2 gas concentration) and the void volume ratio is shown in FIGS. Of these, FIG. 2 shows the relationship between the CO gas concentration and the void volume ratio when spot welding is performed on 590 MPa class steel plates, and FIG. 3 is the CO gas concentration and the void volume ratio when spot welding is performed on 980 MPa class steel plates. 4 shows the relationship between the CO 2 gas concentration when the 590 MPa class steel plates are spot welded to each other and the void volume ratio, and FIG. 5 shows the CO 2 gas concentration when the 980 MPa class steel plates are spot welded with each other. It is a graph which shows the relationship with a void | hole volume ratio, respectively.
上記の結果に基づき、ガス濃度（ＣＯガスまたはＣＯ2ガスの濃度）（ｘ）と、空孔体積率（ｙ）との関係を最小二乗法によって求めたところ、下記（１）〜（４）式の関係で示されることが判明した。
ｙ＝０．０７６５ｘ−０．０４５８（図２） …（１）
ｙ＝０．０９９１ｘ−０．２８０６（図３） …（２）
ｙ＝０．０２３８ｘ−１０．７４１（図４） …（３）
ｙ＝０．０４５１ｘ−１９．７５２（図５） …（４）
Based on the above results, the relationship between the gas concentration (concentration of CO gas or CO 2 gas) (x) and the void volume ratio (y) was determined by the least square method, and the following (1) to (4) It turned out to be shown by the relationship of the formula.
y = 0.0765x-0.0458 (FIG. 2) (1)
y = 0.0991x-0.2806 (FIG. 3) (2)
y = 0.0238x-10.741 (FIG. 4) (3)
y = 0.0451x−19.752 (FIG. 5) (4)
この結果から、溶接部から発生するガス濃度（ｘ）は、ナゲット中の空孔体積率（ｙ）と相関関係が認められることが明らかであり、それらは下記（５）式に示す一般式で与えられることになる。従って、これらの関係を各種鋼板毎に予め把握しておくことによって、ナゲット中の空孔体積率を容易に決定できることになる。
ｙ＝Ａ×ｘ＋Ｂ …（５）
（但し、ＡおよびＢは、溶接条件、鋼板の種類によって決定される定数）
From this result, it is clear that the gas concentration (x) generated from the weld is correlated with the void volume ratio (y) in the nugget, which is a general formula shown in the following formula (5). Will be given. Therefore, by grasping these relationships in advance for each type of steel sheet, the void volume ratio in the nugget can be easily determined.
y = A × x + B (5)
(However, A and B are constants determined by welding conditions and the type of steel plate)
９８０ＭＰａ級鋼板同士をスポット溶接したときにおける空孔体積率が１．７％のときのナゲット断面構造を図６（図面代用写真）に、９８０ＭＰａ級鋼板同士をスポット溶接したときにおける空孔体積率が５．１％のときのナゲット断面構造を図７（図面代用写真）に夫々示す。 Fig. 6 (drawing substitute photograph) shows the nugget cross-sectional structure when the void volume ratio is 1.7% when spot welding of 980 MPa class steel sheets is performed, and the void volume ratio when spot welding is performed between 980 MPa class steel sheets. FIG. 7 (drawing substitute photograph) shows the nugget cross-sectional structure at 5.1%.
［実施例２］
実施例１で用いたのと同じ鋼板を用い、同様の条件で溶接を行なうと共に（同じ鋼種同士を溶接）、前記図１に示した装置構成に従って、溶接部周囲から発生するスパッタ量を測定した。また、各ガス量に対応するナゲット径を、光学顕微鏡を用いて測定した。尚、スパッタ量の測定に当たっては、前記図１に示したように、スポット溶接機１にスパッタ量測定器６（「ＤＵＳＴ ＴａｒｋＩＩ Ｍｏｄｅｌ８５３１」商品名：ＴＳＩ社製）を隣接して、時系列でスパッタ量を測定し、或る測定タイミングでの最大値を採用した。また、捕集したスパッタ粒子径：０．１〜１．０μｍ、スパッタ量：１．４〜３．０Ｌ／分であり、測定間隔は１秒である。
[Example 2]
Using the same steel plate as used in Example 1, welding was performed under the same conditions (welding the same steel types), and the amount of spatter generated from the periphery of the weld was measured according to the apparatus configuration shown in FIG. . Moreover, the nugget diameter corresponding to each gas amount was measured using an optical microscope. In measuring the amount of spatter, as shown in FIG. 1, the spatter amount measuring device 6 (“DUST Mark II Model 8531” trade name: manufactured by TSI) is adjacent to the spot welder 1 and sputtered in time series. The quantity was measured and the maximum value at a certain measurement timing was adopted. The collected sputtered particle diameter is 0.1 to 1.0 μm, the sputter amount is 1.4 to 3.0 L / min, and the measurement interval is 1 second.
その結果を下記表３（５９０ＭＰａ級鋼板）、および表４（９８０ＭＰａ級鋼板）の夫々に示す。尚、このときのナゲット径とは、図８（図面代用写真）で示される長さである。また、ナゲット径の合格基準は４．７ｍｍ以上である。 The results are shown in Table 3 (590 MPa grade steel plate) and Table 4 (980 MPa grade steel plate), respectively. The nugget diameter at this time is the length shown in FIG. 8 (drawing substitute photograph). Moreover, the acceptance criterion for the nugget diameter is 4.7 mm or more.
表３、４に示した結果に基づいて、スパッタ量とナゲット径との関係を図９、１０に示す。このうち図９は、５９０ＭＰａ級鋼板同士をスポット溶接したときにおけるスパッタ量とナゲット径との関係を、図１０は９８０ＭＰａ級鋼板同士をスポット溶接したときにおけるスパッタ量とナゲット径との関係を、夫々示すグラフである。 Based on the results shown in Tables 3 and 4, the relationship between the sputtering amount and the nugget diameter is shown in FIGS. Of these, FIG. 9 shows the relationship between the spatter amount and the nugget diameter when spot welded 590 MPa class steel plates, and FIG. 10 shows the relationship between the spatter amount and the nugget diameter when spot welded 980 MPa class steel plates. It is a graph to show.
上記の結果に基づき、スパッタ量（Ｘ）と、ナゲット径（Ｙ）との相関関係を最小二乗法によって求めたところ、下記（６）式、（７）式の関係で示されることが判明した。
Ｙ＝０．００８２Ｘ−３．７７０３（図９の場合） …（６）
Ｙ＝０．００７７Ｘ＋３．９４１０（図１０の場合） …（７）
Based on the above results, the correlation between the sputtering amount (X) and the nugget diameter (Y) was determined by the least square method, and it was found that the relationship was expressed by the following equations (6) and (7). .
Y = 0.0082X−3.7703 (in the case of FIG. 9) (6)
Y = 0.0077X + 3.9410 (in the case of FIG. 10) (7)
この結果から、溶接部から発生するスパッタ量（Ｘ）は、ナゲット径（Ｙ）と相関関係が認められることが明らかであり、それらは下記（８）式に示す一般式で与えられることになる。従って、これらの関係を各種鋼板毎に予め把握しておくことによって、ナゲット径を容易に決定できることになる。
Ｙ＝Ｃ×Ｘ＋Ｄ …（８）
（但し、ＣおよびＤは、溶接条件、鋼板の種類によって決定される定数）
From this result, it is clear that the amount of spatter (X) generated from the weld is correlated with the nugget diameter (Y), which is given by the general formula shown in the following formula (8). . Therefore, the nugget diameter can be easily determined by grasping these relationships in advance for each steel plate.
Y = C × X + D (8)
(However, C and D are constants determined by welding conditions and the type of steel plate)
１ スポット溶接機
２ａ，２ｂ 電極
３ ガス捕集器
４ ガス分析器
５ スパッタ捕集器
６ スパッタ量測定器
７ 電子計算機
８ａ，８ｂ 鋼板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spot welder 2a, 2b Electrode 3 Gas collector 4 Gas analyzer 5 Sputter collector 6 Spatter amount measuring device 7 Electronic computer 8a, 8b Steel plate
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