JP5818009B2 - 溶接部硬度評価方法 - Google Patents
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Description
これは、レーザを用いた突合せ溶接の溶接部良否判定方法であって、溶接部の断面形状を読み取ることで、溶接欠陥等、溶接良否を判定するという方法である。
すなわち、異種材料の突合せ溶接の場合、溶接部の成分が溶融した母材によって希釈されることでその溶接部の金属組織等に変化が生じる。このため溶接部の硬度が、同一ワーク(評価対象)上の複数の溶接部間あるいは溶接を行った同一設計のワーク毎に変化する。
したがって従来技術では、溶接部が所望の硬度となっているかどうかの判定は、結局、破壊検査によって行うことになり、コストや工数の増大を招いていた。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、1つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。
評価対象の突合せ位置や溶接部中央位置は、例えばスリットレーザを用いた光切断・三角測量法による公知の二次元断面測定装置によって測定される。
(2) 前記突合せ溶接され溶接部硬度評価する異種材料は、高炭素鋼を含むことを特徴とする(1)項に記載の溶接部硬度評価方法。
高炭素鋼を含む異種材料の組合せとしては、鋳物(例えばFCD450)と鋼材(例えばSCM420)又は、鋳物(FCD600)と機械構造用炭素鋼(SC材)若しくはクロム鋼鋼材(SCr材)等の組合せが挙げられる。
(2)項に記載の発明によれば、高炭素鋼を含む異種材料の突合せ溶接による溶接部の硬度評価を低コスト、低工数にて実現できる。
本発明者らは、異種材料の突合せ溶接における溶接部硬度評価において、上記のような課題を解決するため鋭意、実験・検討を重ねた結果、次のような知見を得、本発明を完成するに至った。
すなわち、異種材料、特に鋳物等の高炭素鋼を含む異種材料A,Bの組合せの突合せ溶接において、溶接部の成分が溶融した材料A,B(母材)によって希釈されることでその溶接部の金属組織等に変化が生じる。例えば溶接部中央位置が、一方の材料A側に偏っている場合、材料Aからの希釈が大きくなっており、また、他方の材料B側に偏っている場合は、材料Bからの希釈が大きくなっていて、溶接部の硬度が変化する。
そこで、評価対象と同様の材料A,Bからなる複数の試験用評価対象につき、評価対象における条件と同様の条件で材料A,Bの突合せ溶接後、その溶接部中央位置が、材料A側に偏っているか材料B側に偏っているか、及びどの程度偏っているか(偏り方向及び偏り量)を測定する。そして、その測定値と溶接部の硬度の相関(中央位置・硬度相関)を破壊検査等による実測によって予め作成しておく。
そして、突合せ溶接後の評価対象につき、その溶接部中央位置の上記偏り方向及び偏り量を測定し、測定結果を上記中央位置・硬度相関と対照すれば、同評価対象の溶接部硬度を評価できることを見い出し、本発明を完成するに至った。本発明によれば、評価対象の溶接部の硬度評価を同評価対象を破壊検査することなく行える。
図1は、本発明に係る溶接部硬度評価方法の一実施形態を示すフローチャートである。
この図1に示すように、本実施形態では、ステップ101において、評価対象(異種材料)の突合せ溶接による溶接部中央位置を測定する。
この溶接部中央位置の測定は、材料A,Bの突合せ位置に対する溶接部中央位置の測定であって、上記の突合せ位置に対して溶接部中央位置が材料A側に偏っているか材料B側に偏っているか、及びどの程度偏っているかを含んで行われる。すなわち、材料A,Bの突合せ位置を溶接前に測定し(ステップ91)、測定値を保持しておく。そして溶接(ステップ92)の後、材料A,Bの溶接部中央位置を測定し、その溶接部中央位置が、上記ステップ91による突合せ位置の測定値(データ)に対して、どちら側にどれだけ位置ずれしているか(材料A,Bの突合せ位置に対するずれ方向及びずれ量)を算出することにより行われる。
材料A,Bの突合せ位置及び溶接部中央位置は、公知の二次元断面測定装置によって測定した2次元断面プロファイルから、特定した測定ポイントについての位置情報(座標)を演算して求められる。
ステップ103では、ステップ102における中央位置・硬度相関との対照結果から、評価対象の上記溶接部の硬度を求め評価して処理を終了する。
図2は、突合せ溶接が行われた評価対象(異種材料の組合せ)Wの溶接部中央位置を測定する様子を示す図である。図中の吹出し部には、評価対象Wの溶接部中央位置を測定する二次元断面測定装置21部分を拡大して示す。
評価対象Wは、異種材料の組合せに係るもので、異種材料相互をレーザ溶接装置(レーザ溶接トーチ)22によって突合せ溶接したものである。
本実施形態において、評価対象Wは、自動車のデファレンシャルギヤを構成する鋳物(例えばFCD450)からなるデフケースWaと鋼材(例えばSCM420)からなるリングギヤWbの組合せについて、両者を突合せ溶接したものである(図3の拡大図参照)。突合せ溶接は、デフケース(鋳物)Waとリングギヤ(鋼材)Wbを突合せ位置33に位置決め固定した状態で、中心軸31回りに360°回転(矢印32参照)させながら上記突合せ位置33に溶接用レーザ光を照射して行われる。
また図5(a)は、上記のデフケースWaとリングギヤWbの組合せに係る評価対象Wの突合せ溶接された溶接部(ビード)52の端面を示し、同(b)は同溶接部52の断面(ハッチング省略)を示す。評価対象Wの溶接部中央位置51〔溶接部(ビード)52の幅bw方向の中央位置bw/2〕は、溶接後に二次元断面測定装置21等によって測定される。
評価対象Wの突合せ位置33及び溶接部中央位置51の測定は、溶接時と同様にデフケースWaとリングギヤWbを360°回転させながら、溶接前の突合せ位置33及び溶接後の溶接部52に2次元断面プロファイル測定用レーザ光(スリットレーザ22a)を照射して行われる。
評価対象Wの突合せ位置33及び溶接部中央位置51の測定を、位置決め固定されたデフケースWa及びリングギヤWbの360°に亘って連続して行ってもよいが、一定回転角毎に間欠的に行ってもよい。
ここでは、図4に示す突合せ位置33を基準位置0と置く。そして、この基準位置0に対して、図5に示す溶接部中央位置51、つまり溶接部52の幅bw方向の中央位置bw/2が、同幅bw方向の図中、左側(−側)か右側(+側)のどちら側に、何mmずれているかを演算することによって測定される。
すなわち、評価対象Wの溶接部52の硬度の評価に当たっては、評価対象Wと同様の材料、同様の条件で溶接された複数の試験用評価対象について、その溶接部中央位置(突合せ位置に対するずれ方向及びずれ量)を、同様の二次元断面測定装置21及び演算等によって測定する。この測定結果を溶接部中央位置データと記すと、この複数の試験用評価対象についての各溶接部中央位置データを適宜の記憶装置に保存する。
そして、各試験用評価対象の溶接部52の硬度を破壊検査等によって実測し、その実測値とそれに対応する溶接部中央位置データの相関(中央位置・硬度相関)データを予め作成する。
この図6において、横軸は溶接部中央位置(ビード幅方向中央位置)51を、縦軸は溶接部52の硬度〔Hv〕を示す。横軸に付された数値〔単位:mm〕は溶接部中央位置51の突合せ位置33からのずれ量を、符号「−」,「+」は溶接部中央位置51が突合せ位置33に対して左右のどちら側にずれているかを示す。符号「−」は左側に、符号「+」は右側にずれていることを示す。試験用評価対象(溶接部中央位置データ)に対する強度の実測値は、図6中に「◆」印にてプロットしてある。
なお図6中、曲線63は、上記複数の試験用評価対象についての硬度の実測結果をプロットして得られた試験用評価対象硬度曲線である。
図6において、縦軸に沿う矢印61は硬度〔Hv〕の上限規格を、横軸に沿う両方向矢印62は硬度がOKとされるずれ量の範囲を示す。
したがって図6の例では、突合せ位置33からの溶接部中央位置51のずれが、左側について約0.37mm以内、右側について約0.16mm以内であれば、溶接部52の硬度が良(OK)と評価される。
これにより、評価対象Wの溶接部中央位置データ、つまり評価対象Wの溶接部中央位置51が溶接部52の幅方向のどちら側に何mmずれているか、を測定することにより、破壊検査によることなく評価対象Wの溶接部52の硬度が高精度に推定され、その硬度から評価対象Wの溶接部52の硬度が評価できる。
評価対象Wの溶接部52の硬度の評価は、評価対象Wの突合せ位置33及び溶接部中央位置51の測定を行ったデフケースWa及びリングギヤWbの中心軸31(図3参照)の回りの全ての箇所について連続して行ってもよいが、予め設定した回転角毎に間欠的に行ってもよい。
Claims (2)
- 異種材料の突合せ溶接における溶接部硬度評価方法であって、
前記異種材料の突合せ位置を測定し、
前記異種材料を突合せ溶接してその溶接部中央位置を測定し、
前記突合せ位置に対する溶接部中央位置のずれ方向およびずれ量を算出し、
該算出した溶接部中央位置のずれ方向およびずれ量を、試験用評価対象を用いて予め作成された、前記異種材料の突合せ位置に対する溶接部中央位置のずれ方向およびずれ量と溶接部硬度との相関と対照して、
前記突合せ溶接による溶接部の硬度を評価することを特徴とする溶接部硬度評価方法。 - 前記突合せ溶接され溶接部硬度評価する異種材料は、高炭素鋼を含むことを特徴とする請求項1に記載の溶接部硬度評価方法。
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