JP7213214B2

JP7213214B2 - 溶接部の亀裂検出装置

Info

Publication number: JP7213214B2
Application number: JP2020171144A
Authority: JP
Inventors: 永士川崎; 高明松本; 將貴渡邉; 勝美村口
Original assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Current assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Priority date: 2020-10-09
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2023-01-26
Anticipated expiration: 2040-10-09
Also published as: JP2022062933A

Description

本開示は、溶接された部材の溶接部の亀裂を検出する技術に関する。

特開昭６２－２３１１５０号公報（特許文献１）には、直流電位差法を用いたスポット溶接の検査方法が開示されている。この検査方法では、スポット溶接された部材の両面に溶接部を跨いでそれぞれ電流電極を配置して直流電流を印加し、溶接部（溶融層）の両面の略中心にそれぞれ測定端子を配置して測定端子間の電位差を測定し、その測定結果からスポット溶接の良否を判定している。

特開昭６２－２３１１５０号公報

溶接された部材においては、溶融層とその周辺の母材層との間に亀裂（クラック）が発生する場合がある。このような層間亀裂は溶接の良否に影響するため、適切に検出することが望ましい。

特開昭６２－２３１１５０号公報に開示された検査方法においては、溶接部（溶融層）の両面の略中心にそれぞれ測定端子を配置し、測定端子間の電位差を測定した結果からスポット溶接の良否が判定される。しかしながら、この判定においては、溶融層と母材層との間に発生する亀裂が、測定端子同士を結ぶ直線に対して平行に入ることになる。この場合、層間亀裂の影響が測定端子間の電位差に反映され難く、層間亀裂を適切に検出することができないことが懸念される。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、溶融層と母材層との間に発生する亀裂を適切に検出することである。

本開示による溶接部の亀裂検出方法は、第１表面と、第１表面に対向する第２表面と、第１表面と第２表面との間に延在する溶接部とを含む板状の対象物の溶接部の亀裂を検出する方法である。この亀裂検出方法は、第１表面における溶接部からオフセットされた第１位置と、第２表面における、溶接部を挟んで第１位置と対向する第２位置との間に電流が印加されている状態において、第１表面における溶接部と第１位置との間の領域に配置される第１測定部と、第２表面における溶接部と第２位置との間の領域に配置される第２測定部との間の電位差または電気抵抗を測定するステップと、電位差または電気抵抗の測定結果から溶接部の亀裂を検出するステップとを含む。

本開示による溶接部の亀裂検出装置は、第１表面と、第１表面に対向する第２表面と、第１表面と第２表面との間に延在する溶接部とを含む板状の対象物の溶接部の亀裂を検出する装置である。この亀裂検出装置は、第１表面における溶接部からオフセットされた第１位置と、第２表面における、溶接部を挟んで第１位置と対向する第２位置との間に電流を印加するための電源と、対象物の第１表面および第２表面にそれぞれ接触して対象物を挟持するための第１部材および第２部材を有する挟持機構と、第１部材における、挟持機構の仮想中央線からオフセットされた位置に配置される第１測定端子と、第２部材における、仮想中央線を挟んで第１測定端子と対向する位置に配置される第２測定端子と、第１測定端子と第２測定端子との間の電位差または電気抵抗を測定する測定器と、測定器の測定結果から溶接部の亀裂を検出する検出器とを備える。

本開示による他の態様による溶接部の亀裂検出装置は、第１表面と、第１表面に対向する第２表面と、第１表面と第２表面との間に延在する溶接部とを含む板状の対象物の溶接部の亀裂を検出する装置である。この亀裂検出装置は、第１表面における溶接部からオフセットされた位置に配置される第１電極端子と、第２表面における、溶接部を挟んで第１電極端子と対向する位置に配置される第２電極端子と、第１電極端子と第２電極端子との間に電流を印加するための電源と、第１表面における溶接部と第１電極端子との間の領域に配置される第１測定端子と、第２表面における溶接部と第２電極端子との間の領域に配置される第２測定端子と、第１測定端子と第２測定端子との間の電位差または電気抵抗を測定する測定器と、測定器の測定結果から溶接部の亀裂を検出する検出器とを備える。

本開示によれば、溶融層と母材層との間に発生する亀裂を適切に検出することができる。

亀裂検出装置の構成の一例を模式的に示す図である。挟持機構が設置された状態の対象物を模式的に示す図である。挟持機構が設置された状態の対象物を、第１表面の法線方向から視た図である。亀裂検出装置が実行する処理の一例を示すフローチャートである。解析モデルを示す図である。解析によって得られた、解析モデルにおける層間亀裂の長さと測定端子間の電位差との対応関係を示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本実施の形態による亀裂検出装置の構成の一例を模式的に示す図である。この亀裂検出装置は、検出対象である対象物１０の溶接部３０の亀裂を検出する。図１には、亀裂検出装置に対象物１０が設置された状態が示されている。

対象物１０は、厚み方向に互いに重ね合わされた２枚の板状の母材１０Ａ，１０Ｂを含む。溶接部３０は、母材１０Ａと母材１０Ｂとを重ね合わせた部分がレーザ溶接されることによって溶融された溶融層である。溶接部３０は、第１表面１０ａ（母材１０Ａの上面）と、第１表面１０ａに対向する第２表面１０ｂ（母材１０Ｂの下面）との間に延在する。

亀裂検出装置は、電源１と、一対の電極端子２ａ，２ｂと、一対の測定端子３ａ，３ｂと、測定器４と、検出器５と、を備える。

一対の電極端子２ａ，２ｂは、溶接部３０を跨ぎ、かつ対象物１０の両面（第１表面１０ａおよび第２表面１０ｂ）にそれぞれ配置される。具体的には、電極端子２ａは、第１表面１０ａにおける溶接部３０からオフセットされた位置に配置される。電極端子２ｂは、第２表面１０ｂにおける、溶接部３０を挟んで電極端子２ａと対向する位置に配置される。

電源１の正極は電極端子２ａに接続され、電源１の負極は電極端子２ｂに接続される。電源１は、一対の電極端子２ａ，２ｂ間に電流を印加する。

一対の測定端子３ａ，３ｂは、一対の電極端子２ａ，２ｂよりも溶接部３０に近い領域において、溶接部３０を跨ぎ、かつ対象物１０の両面（第１表面１０ａおよび第２表面１０ｂ）にそれぞれ配置される。具体的には、測定端子３ａは、第１表面１０ａにおける溶接部３０と電極端子２ａの間の領域に配置される。測定端子３ｂは、第２表面１０ｂにおける溶接部３０と電極端子２ｂとの間の領域に配置される。

測定器４は、一対の測定端子３ａ，３ｂに接続される。測定器４は、電極端子２ａ，２ｂ間に電流が印加されている状態において測定端子３ａ，３ｂ間の電位差を測定し、その測定結果を検出器５に出力する。

検出器５は、測定器４の測定結果から溶接部３０の亀裂を検出する。具体的には、検出器５は、測定器４による電位差の測定値が予め定められたしきい値よりも大きい場合に溶接部３０に亀裂があると判定し、そうでない場合に溶接部３０に亀裂がないと判定する。なお、検出器５による検出結果は、図示しない報知装置（ディスプレイ、ランプ、スピーカなど）に出力され、報知装置を介して検査作業者に報知される。

上述のように、一対の測定端子３ａ，３ｂが、一対の電極端子２ａ，２ｂよりも溶接部３０に近い領域において、溶接部３０を跨いで対象物１０の両面（第１表面１０ａおよび第２表面１０ｂ）にそれぞれ配置される。このような測定端子３ａ，３ｂの配置を検査作業者が簡便に行えるようにするために、本実施の形態による亀裂検出装置には、第１表面１０ａおよび第２表面１０ｂに接触して対象物１０を挟持するための挟持機構が設けられ、その挟持機構に電極端子２ａ，２ｂがオフセットされた状態で配置される。

図２は、挟持機構４０が設置された状態の対象物１０を模式的に示す図である。図３は、挟持機構４０が設置された状態の対象物１０を、第１表面１０ａの法線方向から視た図である。図３に示すように、溶接部３０は、レーザ溶接によって形成されており、第１表面１０ａの法線方向から視て、細長い矩形形状を有する。

挟持機構４０は、対象物１０の第１表面１０ａおよび第２表面１０ｂにそれぞれ接触して対象物１０を挟持するための第１部材４１および第２部材４２を有する。測定端子３ａは、第１部材４１における、挟持機構４０の仮想中央線ＣＬに対してオフセットされた位置に配置される。測定端子３ｂは、第２部材４２における、仮想中央線ＣＬを挟んで測定端子３ａと対向する位置に配置される。このような挟持機構４０が設けられることにより、検査作業者は、挟持機構４０の仮想中央線ＣＬ付近に溶接部３０が位置するように挟持機構４０で対象物１０を挟持するという簡便な作業で、一対の測定端子３ａ，３ｂを溶接部３０を跨いで対象物１０の両面（第１表面１０ａおよび第２表面１０ｂ）にそれぞれ配置することができる。

また、レーザ溶接によって形成される溶接部３０の表面は、溶接部３０の周辺の母材表面よりも隆起し得る。本実施の形態による亀裂検出装置においては、上述のように、測定端子３ａ，３ｂが、溶接部３０ではなく、溶接部３０からオフセットされた位置に配置される。これにより、溶接部３０の表面が隆起している場合であっても、測定端子３ａ，３ｂを対象物１０に適切に設置することができる。その結果、本実施の形態による亀裂検出装置はレーザ溶接部にも容易に適用することができる。

＜溶接部３０の亀裂検出＞
レーザ溶接された対象物１０においては、溶接部３０とその周辺の母材層との間に層間亀裂３１が発生する場合がある。このような層間亀裂３１は溶接の良否に影響するため、適切に検出することが望ましい。

しかしながら、仮に溶接部３０の両面（第１表面１０ａおよび第２表面１０ｂ）の略中心にそれぞれ測定端子を配置すると、層間亀裂３１が、測定端子同士を結ぶ直線に対して平行に入ることになる。この場合、層間亀裂３１の影響が測定端子間の電位差に反映され難くなり、その結果、層間亀裂３１を適切に検出することができなくなることが懸念される。

上記の点に鑑み、本実施の形態による亀裂検出装置においては、上述のように、一対の測定端子３ａ，３ｂが、溶接部３０を跨いて、溶接部３０の両面の略中心からそれぞれオフセットされた位置に配置される。これにより、層間亀裂３１が、測定端子３ａ，３ｂ同士を結ぶ直線に対して交差し易くなる。これにより、層間亀裂３１の影響が測定端子３ａ，３ｂ間の電位差に反映され易くなる。その結果、層間亀裂３１を適切に検出することができる。

図４は、本実施の形態による亀裂検出装置が溶接部３０の亀裂検出を行なう際に実行する処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、対象物１０が亀裂検出装置に設置された状態で開始される。

亀裂検出装置の測定器４は、電源１により電極端子２ａ，２ｂ間に電流が印加されている状態において、測定端子３ａ，３ｂ間の電位差を測定する（ステップＳ１２）。

次いで、亀裂検出装置の検出器５は、測定器４による電位差の測定値に基づいて、対象物１０の溶接部３０に亀裂があるか否かを判定する（ステップＳ１４）。具体的には、検出器５は、測定器４による電位差の測定値が予め定められたしきい値よりも大きい場合に溶接部３０に亀裂があると判定し、そうでない場合に溶接部３０に亀裂がないと判定する。なお、ステップＳ１４にて用いられる「しきい値」は、解析あるいは測定試験等によって予め決めておくことができる。また、本実施の形態では測定端子３ａ，３ｂ間の電位差の測定値を用いて溶接部３０の亀裂判定を行なっているが、溶接部３０の亀裂判定に用いられるパラメータは測定端子３ａ，３ｂ間の電位差の測定値に限られず、たとえば測定端子３ａ，３ｂ間の電気抵抗の測定値を用いて溶接部３０の亀裂判定を行なうこともできる。

＜解析結果＞
本願発明者等は、本実施の形態による亀裂検出装置と、溶接部３０の両面の略中心にそれぞれ測定端子を配置する比較例（従来相当）の亀裂検出装置との違いを解析にて検証した。

図５は、解析モデルを示す図である。この解析モデルは、隙間０．１ｍｍの２枚のアルミ板を溶接することによって形成される。各アルミ板のサイズは、厚み（図５における上下方向の寸法）２ｍｍ、幅（図５における奥行方向の寸法）１０ｍｍである。溶接部のサイズは、幅（図５における左右方向の寸法）１ｍｍ、長さ（図５における奥行方向の寸法）６ｍｍである。

図５に示す解析モデルにおいて、深さ（図５における上下方向の寸法）１０ｍｍ、長さ（図５における奥行方向の寸法）Ｌの層間亀裂を生成し、２枚のアルミ板の両端に１０００Ａの電流を印加したときの測定端子間の電位差を算出した。

なお、図５に示すように、本実施の形態による亀裂検出装置の一対の測定端子の位置Ｖ１，Ｖ２は、２枚のアルミ板の左端からの距離をＸとして、Ｘ＝４．５ｍｍ、３５．５ｍｍとした。一方、比較例（従来相当）の亀裂検出装置の一対の測定端子は、それぞれ溶接部の両面の中心（Ｘ＝２０ｍｍ）とした。

このような解析モデルにおいて、層間亀裂の長さＬを変化させながら測定端子間の電位差を算出した。

図６は、解析によって得られた、解析モデルにおける層間亀裂の長さＬと測定端子間の電位差との対応関係を示す図である。なお、図６においては、本実施の形態による亀裂検出装置での解析結果と、比較例による亀裂検出装置での解析結果とが示されている。

図６から、比較例による測定端子間の電位差は層間亀裂の長さＬが変化してもほぼ一定であるのに対し、本実施の形態による測定端子間の電位差は層間亀裂の長さＬが大きくなるほど大きくなることが理解できる。これは、本実施の形態による測定端子の配置が、比較例よりも、層間亀裂を検出し易いこと意味する。たとえば、図５に示す解析結果においては、電位差４９ｍＶをしきい値に設定することで、長さＬが３ｍｍ以上である層間亀裂を検出することが可能となる。

＜変形例＞
上述の実施の形態においては２枚の母材１０Ａ，１０Ｂを厚み方向に重ね合わせた部分に溶接部３０が設けられる対象物１０を示したが、対象物１０の態様はこれに限定されない。たとえば、２枚の母材１０Ａ，１０Ｂの端面を突合わせた部分を溶接する、いわゆる突合せ溶接部が設けられる対象物に対しても本開示は適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１電源、２ａ，２ｂ電極端子、３ａ，３ｂ測定端子、４測定器、５検出器、１０対象物、１０Ａ，１０Ｂ母材、１０ａ第１表面、１０ｂ第２表面、３０溶接部、３１亀裂、４０挟持機構、４１第１部材、４２第２部材、ＣＬ仮想中央線。

Claims

第１表面と、前記第１表面に対して略平行に配置される第２表面と、前記第１表面と前記第２表面との間に延在する溶接部とを含む板状の対象物の前記溶接部の亀裂を検出する装置であって、
前記第１表面における前記溶接部から離れた第１位置と、前記第２表面における、前記溶接部を挟んで前記第１位置とは反対側の第２位置との間に電流を印加するための電源と、
前記対象物の前記第１表面および前記第２表面にそれぞれ接触して前記対象物を挟持するための第１部材および第２部材を有する挟持機構と、
前記第１部材における、前記挟持機構の仮想中央線から離れた位置に配置される複数の第１測定端子と、
前記第２部材における、前記仮想中央線を挟んで前記第１測定端子とは反対側の位置に配置される複数の第２測定端子と、
前記複数の第１測定端子と前記複数の第２測定端子との間の電位差または電気抵抗を測定する測定器と、
前記測定器の測定結果から前記溶接部の亀裂を検出する検出器とを備える、溶接部の亀裂検出装置。
前記検出器は、前記電位差または前記電気抵抗の測定値がしきい値よりも大きい場合に前記溶接部に亀裂があると判定する、請求項１に記載の溶接部の亀裂検出装置。
前記溶接部は、前記第１表面の法線方向から視て、矩形形状を有する、請求項１または２に記載の溶接部の亀裂検出装置。
前記対象物は、第１母材と第２母材とを含み、
前記溶接部は、前記第１母材と前記第２母材とを厚み方向に重ね合わせた部分に配置される、請求項１～３のいずれかに記載の溶接部の亀裂検出装置。