JPH0440359A - スポット溶接部の非破壊検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的】

（産業上の利用分野） 本発明は、溶接部の被破壊検査方法に係わり、さらに詳
しくは、特にオンラインでのスポット溶接部の検査に利
用される非破壊検査方法に係わる。 （従来の技術） 抵抗溶接の一種であるスポット溶接は、溶接時間が短く
作業速度が速い、ランニングコストが他の溶接法にくら
べ安い、局部加熱のため歪みの発生が少ない、溶接の自
動化９機械化が容易１作業員の熟練が不要、などの特徴
を備え、航空機、自動車、車両などの溶接に広く採用さ
れており、特に組立てラインにおいては、ロボットによ
る自動化が進んでいる。 しかし、このようなスポット溶接においても電極の消耗
や異物の付着等によって溶接面積が不十分になったり、
外観上は良好な溶接が行われているように見えても内部
欠陥の発生によって十分な接合強度が得られな功）つた
りする不具合がないとは言えず、溶接部を抜き取りによ
る破壊検査、打音検査、あるいは超音波探傷法などによ
って検査し、このような不具合の発生の有無をチエツク
するようにしていた。 （発明が解決しようとする課ＷＪ） しかしながら、上記検査法のうち、打音検査では、検査
に高度の熟練を要し、欠陥の検出精度についても必ずし
も高いものとは言えない。 また破壊検査などの抜き取り検査では、検査対象以外の
製品の健全性を必ずしも保証するものではないため、安
全性を見込んで必要以上に溶接点数を多くせざるを得す
、コストアップ要因となる。 一方、超音波探傷法は、従来から広く用いられている非
破壊検査法であり、製品を破壊することなく検査するの
で全数検査も可能であって、望ましい検査法と言える。 しかし、超音波の送受信を完全に行うために、被検査物
を水中に沈めたり、表面にグリースやグリセリンを塗布
したりして探触子と被検査物との接触に注意を払う必要
があり、そのために検査に時間がかかったり、熟練が必
要であったりして、短時間での検査、特にオンラインで
の連続的な検査には向かないという問題点がある。特に
、スポット溶接面には、金属がいったん溶融して再固化
した圧痕が生じており、平面ではなくなっているため、
探触子との接触が不十分になって超音波の透過効率が低
くなるという問題点があることから、このような問題点
の解消がスポット溶接部の全数検査をオンラインで行う
うえでの課題となっていた。 （発明の目的） 本発明は、スポット溶接部の検査における上記課題を解
決するためになされたものであって、スポット溶接部の
全数検査を溶接と連続的に、オンラインで行うことので
きる溶接部の非破壊検査方法を提供することを目的とし
ている。

【発明の構成】

（課題を解決するための手段） 本発明に係わるスポット溶接部の非破壊検査方法は、ス
ポット溶接を行うに際し、該溶接装置の電極先端部を被
溶接部に圧着させたままの状態で、前記溶接部との電極
部に備えた弾性波トランスデユーサによって受信した信
号を処理して溶接部の検査を行う構成としたものであっ
て、このスポット溶接部の非破壊検査方法の実施態様と
しては、溶接装置の一方の電極部に備えた送信用トラン
スデユーサから送信された弾性波を他方の電極部もしく
は前記一方の電極部に備えた受信用トランスデユーサに
よって受信する構成や、一方の電極に備えた送受信用ト
ランスデユーサによって弾性波の送信および受信を行う
構成や、さらには複数の溶接装置のうちの一方の作動に
よって発生する弾性波を他方の溶接装置の電極部に備え
た受信用トランスデユーサによって受信する構成や、複
数の溶接装置のうちの一方の溶接装置の電極部に備えた
送信用トランスデユーサから送信された弾性波を他方の
溶接装置の電極部に備えた受信用トランスデユーサによ
って受信する構成とすることもできる。そして、このよ
うな非破壊検査に使用する弾性波としては、１０Ｈｚ〜
１０ＭＨｚの範囲の特定の周波数ないしは特定の周波数
帯域であることが望ましいものであって、スポット溶接
部の非破壊検査方法におけるこのような構成を前述した
従来の課題を解決するための手段としたことを特徴とし
ている。 第１図は１本発明に係わるスポット溶接部の非破壊検査
方法の実施態様を示す概略図であり１図に示すスポット
溶接装置１は、上下の電極２．３に、送信および受信用
の弾性波トランスデユーサ４．５をそれぞれ備えており
、前記電極２．３の移動、クランプ、圧着１通電等は、
溶接コントローラ６によって制御されるようになってい
る。 記号７は、非破壊検査コントローラであり、前記溶接コ
ントローラ６とのタイミングを合わせて送信用トランス
デユーサ４を駆動し、発生した弾性波を溶接部を介して
受信用トランスデユーサ５によって受信し、溶接部にお
ける弾性波の伝わり方の評価解析を行う演算処理装置を
備えており、前記溶接部の不具合の有無を判定するよう
になっている。記号８は１例えばＣＲＴなどの表示装置
であり、前記演算処理装置による溶接部の判定結果を表
示するようになっている。 次に、本発明に係わるスポット溶接部の非破壊検査方法
の手順を第２図に示す流れ図に従って説明すると、ます
所足の溶接個所に電極２．３を移動し、画電極２，３を
溶接個所に圧着した後、前記画電極２および３の間に短
時間通電することによってスポット溶接を実施する。こ
のとき、鋼板９．９の接合部に発生するジュール熱によ
って接合部が局部的に溶融し、同時に電極２．３に加え
られている圧着力によって溶融部が加圧され、鋼板９．
９は前記溶融部において接合される。 次いで、溶接装置ｉ１の前記作動にタイミングを合わせ
た非破壊検査コントローラ７の指示によって送信用の弾
性波トランスデユーサ４から弾性波が送信され、該弾性
波は溶接部を介して受信用の弾性波トランスデユーサ５
によって受信される。 このとき、送信用トランスデユーサ４から送信された弾
性波は、溶接部の接合状態が良好な場合には、前記溶接
部を介して全周波数帯域にわたって効率良く受信用トラ
ンスデユーサ５に受信されるが、接合が不十分な場合に
は、受信用トランスデユーサ５に伝えられる波形は各周
波数毎に異なった影響を受け、結果的に弾性波の伝達形
式が異なることになるので、溶接部を介して受信した弾
性波の波形を解析することによって溶接部の健全性を評
価している。また、このとき１両電極２．３の先端（チ
ップ）は前記溶接部に圧着されたままとなっており、溶
接部はいったん溶融して電極２．３のチップ形状に沿っ
て変形し、その表面形状が電極チップ形状にほぼ完全に
一致しているため、溶接部と電極２．３との間の接合状
態が極めて良好に保たれており、前記弾性波の溶接部を
介しての送信および受信が効率良く行われるので前記溶
接部の健全性の評価を支障なく行うことができる。 そして、溶接部が健全であると評価された場合には、電
極２．３の圧着状態が解除され、次の溶接個所を溶接す
るために電極２．３を移動させる。 溶接部の健全性が舌足された場合には、この例では１回
だけ溶接を繰返すようになっており、溶接後弾性波によ
る同様の評価を行って溶接部の健全性が確認された場合
には、前記同様電極２．３の圧着状態を解除して次の溶
接個所の溶接を開始する。溶接を繰返しても健全性が得
られないときには、同一個所での溶接はできないと判断
し、別の部分での溶接をしなおすために電極２．３の圧
着を解除し、電極２，３を移動させるようにしている。 第３図は、溶接装置１の作動と非破壊検査との時間的関
係を図示するもので、溶接電流は、前記型ｇｉ２　、３
を圧着して時間ｔｌの経過後流れるようになっている０
弾性波は溶接電流が停止されてから時間ｔ２経過後に送
信が開始され、時間ｔ３は弾性波が送信されている時間
、言い換えると溶接部の評価時間である０時間ｔ４は、
溶接部が健全であると評価された後、電極２．３の圧着
を解除するまでの時間である。このうち１時間ｔｌ。 ｔ２．ｔ３．ｔ４は、通常圧の値をとるが、ｔｌおよび
ｔ４については理論的に０であってもよい、また、ｔ２
は負の値、すなわち通電中から弾性波の送信を開始する
ようにしても支障はない。 本発明に係わるスポット溶接部の非破壊検査方法に用い
る波形解析のパラメータとしては１周波数領域〒用いら
れる一般的な関数、すなわち相互相関関数、伝達ｒＡ数
数少クロススペクトルインパルス応答関数等、入出力間
の特性を示す任意のパラメータが用いられる。さらに、
発信波形に周期性があって、少なくとも周波数領域にお
いて再現性が得られる場合には、例えばパワースペクト
ルなど、受信波形のみの解析手法も用いることができる
。また発信波形の形は、ランダム、周期ランダム、イン
パルス等とくに限定されるものではないが、周期ランダ
ムを用いると伝達効率、解析効率が向上する。さらに、
信号の処理はデジタル式にもアナログ式にもできるが、
特にバンドパスフィルタとＲＭＳメータ等を用いて安価
で応答の速い解析装置を構成することができる。 なお、パラメータとして用いる伝達関数は、ある周波数
での入力信号のスペクトル値Ｓｘ　（ｆ）で出力信号５
ｙ（ｆ）をベクトル除算した偵Ｈ（ｆ）を指すものであ
り、Ｈ（ｆ）＝Ｓｙ　（ｆ）／５ｘ（ｆ）である。 本発明に係わるスポット溶接部の非破壊検査方法に適用
する電極部は、例えば第４図ないし第６図に示すような
構成とすることができる。 すなわち、第４図に示す電極部１０は、チューブ状のア
ダプタ１１．電極チップ１２および電極アーム１３とか
ら主に構成されており、前記アダプタ１１のほぼ中央部
にはリング状の弾性波トランスデユーサ１４を取付けて
おり、アダプタ１１と前記トランスデユーサ１４の間は
インシュレータ１５によって絶縁されている。またアダ
プタ１１は、その一端側でスポット溶接装置の一方の前
記電極アーム１３に接続され、他端側は交換可能な電極
チップ１２を接続するよ７−１でいると共に、前記チッ
プ１２を冷却するための冷媒（通常は木）を流すように
チューブ状になっている。 なお、当該電極部１０は、弾性波の送信側と受信側とで
同様の構成をとるが、前記トランスデユーサ１４は送信
専用、受信専用に構成することができる。 第５図は、トランスデユーサ１４をアダプタ１１の外側
に設けた場合であり、チー、ブ１２に直接接した構造と
なっているため弾性波の伝達効率が向上する利点がある
が、チップ１２との接触が不安定になりやすいため、チ
ップ１２の交換を頻繁に行わねばらないような溶接には
若干不向きである。 また、第６図に示す電極部１０は、トランスデユーサ１
４を電極アーム１３の内部に備えたものであり、アダプ
タ１１の頻繁な交換にもかかわらず安定して使用するこ
とができると共に、弾性波の伝達が冷媒を介して行うこ
ともできるため伝達効率も比較的安定しているという利
点がある。 しかし、この場合には弾性波の出力を若干大きくするこ
とが必要である。 本発明に係わる非破壊検査方法で用いるような弾性波は
、溶接部を介して他方のチップに導かれるため、チップ
同士が正確に対向している必要はない。 第７図は５本発明に係わるスポット溶接部のＪｔ’破壊
検査方法の他の実施態様に用いる電極部の構成を示すも
ので、ここでは、一方の電極部２０に送受信用のトラン
スデユーサ２１を備えており、前述のように他力の電極
２２が対向する位置にない場合や、他方の電極２２を頻
繁に交換しなければならないような場合に都合が良いも
のである。 弾性波の解析にあたっては、同一のトランスデユーサを
時分割で送信および受信に用いるか、あるいは一方の電
極部２０に送信および受信専用の２４Ｐ４のトランスデ
ユーサを内蔵させることによって送信および受信を行い
、解析にはもっばら反射波を用いる。 第８図は、本発明に係わる非破壊検査方法のさらに他の
実施態様を示すもので、複数の溶接装置間で弾性波を送
受して溶接部の検査を行う方法を説明する概略図である
。 すなわち、図に示すように、複数の溶接装置のうちの一
方の溶接装置の電極３１．３２は、受信用トランスデユ
ーサ３１ａ、３２ａをそれぞれ備えており、２枚の鋼板
３３．３３のスポット溶接を終了した状態でその溶接部
に圧着されたままとなっている。この状態で他方の溶接
装置の電極３４．３５が前記鋼板３３．３３に圧着する
際に発する弾性波を信号源として、前記一方の溶接装置
の電極３１．３２が行った溶接部の健全性の評価を行う
ようにしたものである。 このとき、電極３１．３２による溶接部の接合が完全に
行われておれば、それぞれのトランスデユーサ３１ａ、
３２ａが受信する弾性波は等しいものとなり、前記トラ
ンスデユーサ３１ａ。 ３２ａからは同じ信号が得られるはずである。しかし、
接合が不十分な状態にあれば１弾性波の伝達経路に差が
生ずるため、異なった信号となって現れる。したがって
、これを検出するための信号処理は単純な差動アンプで
よいことになる。しかし、複数の溶接装置をタイミング
をあわせて操作することが必要となるので、その制御が
若干煩雑になるきらいがあるにの場合に利用する弾性波
は、必ずしも電極３４．３５を圧着する際のもののみに
限定される訳ではなく２例えば前記電極３４．３５によ
る溶接音であってもよい。 なお、以上の説明は、抵抗溶接の一種としてのスポット
溶接について行って来たが、これらの解析手法はすべて
超音波溶接にも応用することができる。 すなわち、超音波溶接は適当な形状のチップを有するへ
−を介して溶接部に伝えられた超音波振動による表面の
摩擦によって被溶接物の表面層に塑性変形が生じ、汚れ
が取れ、酸化膜が破れて清浄な面が現れたところで加圧
接合するものであり、トランスデユーサを用いて電気エ
ネルギーな超音波エネルギーに変え、前記バーを通じて
溶接部に伝えるようにしている。 したがって、この超音波信号の溶接部からの応答を前記
スポット溶接の場合と同様に解析することにより、溶接
部の接合状態を評価することができる。また、溶接しな
がら応答波形を解析することによって接合状態をモニタ
ーすることや、シーム溶接の場合には、この判定結果を
元にバー（ンノトロード）の移動速度にフィードバック
をかけて、最適な接合状態を得るようにすることも可Ｉ
Ｌである。 また、超音波溶接は、通常片側から行うので、解析には
反射波を用いるのが普通である。この場合、従来の超音
波溶接機をそのまま利用できる利点がある反面、主とし
てパルス的な使用方法になるため連続的な監視には若干
不向きである。これに対し、溶接部の反対側に受信専用
のトランスデユーサを設け、透過する超音波を監視する
ことにより、連続的な監視の可能な装置とすることがで
きる。 （発明の作用） 本発明に係わるスポット溶接部の非破壊検査方法では、
溶接装置の電極部に受信用あるいは送信用のり１性波ト
ランスデユーサを備え、溶接に際して前記溶接装置の電
極先端部を被溶接部に圧着したままの状態で、前記電極
先端部を介して弾性波の送受を行うようにしている。こ
のとき被溶接部はいったん溶融し、前記電極によって圧
着されているため、その表面が前記電極の先端形状に沿
って変形しており、被溶接部と電極との間の接触が極め
て良好な状態となっている。したがって、溶接部の検査
情報となる弾性波が損失なく送信あるいは受信され、溶
接部の健全性の判定が迅速、容易かつ高精度に行われる
ようになる。 （実施例） 電極部に送信用および受信用の弾性波トランスデユーサ
を備え、第１図に示したような構成のスポット溶接装置
１を使用して、板厚１．２ｍｍの自動車用亜鉛めっき鋼
板９，９を２枚重ねてスポット溶接を行い、引続いて電
極２．３の先端部を前記溶接部に圧着させたままの状態
で送信用トランスデユーサ４かも弾性波を発信して、当
該溶接部の健全性を解析評価した。 なお、このとき、予備調査によって健全な接合状態が得
られることを確認した、圧着力２５０ｋｇ、電流９５０
０Ａ、通電時間１２サイクルの標準溶接条件と、電流を
６５０ＯＡに減じて故意に不完全な接合状態となるよう
にした比較溶接条件の２．ＩＱの溶接条件でスポット溶
接を行い溶接欠陥の検出精度を調査した。また、溶接部
の解析には、１００ＫＨｚ　ＮＩＭＨｚの周波数帯域の
弾性波を用いた。 その結果、健全な接合状態が得らえる標準溶接条件でス
ポット溶接を行った場合には、送信用トランスデユーサ
４から送信された弾性波が、電極２．３および溶接部を
介して、全周波数帯域にわたって受信用トランスデユー
サ５に伝えられるのに対し、溶接電流を減じた比較溶接
条件によってスポット溶接を行った場合には、弾性波が
周波数毎に異なった伝達挙動を示し、５００ＫＨｚ〜８
００ＫＨｚで伝達不良となって、溶接部の接合状態が不
十分であることを検出することができた。また、この検
出は溶接直後に連続して実行することができ、極めて短
時間で結果が得られるので、オンラインでの溶接部の全
数検査に十分適用できるものであることが確認された。

【発明の効果】

本発明に係わるスポット溶接部の非破壊検査方法は、ス
ポット溶接を行うに際し、該溶接装置の電極先端部を被
溶接部に圧着させたままの状態で、前記溶接装置の電極
部に備えた弾性波トランスデユーサによって受信した信
号を舛理して溶接部の検査を行う構成としたものであり
、前記非破壊検査方法の実施態様としては、溶接装置の
一方の電極部に備えた送信用トランスデユーサから送信
された弾性波を他方の電極部もしくは前記一方の電極部
に備えた受信用トランスデユーサによって受信する構成
や、一方の電極部に備えた送受信用トランスデユーサに
よって弾性波の送信および受信を行う構成や、さらには
複数の溶接装置の一方の作動によって発生する弾性波を
他方の溶接装置の電極部に備えた受信用トランスデユー
サによって受信する構成や、複数の溶接装置のうちの一
方の溶接装置の電極部に備えた送信用トランスデユーサ
から送信された弾性波を他方の溶接装置の電極部に備え
た受信用トランスデユーサによって受信する構成とした
ものであるから、溶接部の検査情報となる弾性波が電極
を介して損失なく溶接部を透過し、効率よく受信される
ようになって、溶接部の健全性の一計価を迅速、容易し
かも高精度に行うことができ、スポット溶接部の全数検
査をオンラインで実施できるという極めて優れた効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるスポット溶接部の非破壊検査方
法の一実施態様を示す概略図、第２図および第３図は第
１図で説明したスポット溶接部の非破壊検査方法のそれ
ぞれフローチャートおよびタイムチャート、第４図ない
し第６図はいずれも電極部の構造例を説明する断面図、
第７図は本発明の他の実施態様におけるスポット溶接部
の非破壊検査方法に用いる電極形状を示す１ｌＩＩＩ８
図、第８図は本発明の他の実施態様におけるスボ−／　
）溶接部の非破壊検査方法を説明する概略斜視図である
。 １・・・スポット溶接装置 ２．３，３１．３２，３４．３５・・・電極、４・５・
１４・２１．３１ａ、３２ａ・・・弾性波トランスデユ
ーサ。 特許出願人　　１把　後　矢　吉

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）スポット溶接を行うに際し、該溶接装置の電極先
   端部を被溶接部に圧着させたままの状態で、前記溶接装
   置の電極部に備えた弾性波トランスデューサによって受
   信した信号を処理して溶接部の検査を行うことを特徴と
   するスポット溶接部の非破壊検査方法。
2. （２）溶接装置の一方の電極部に備えた送信用トランス
   デューサから送信された弾性波を他方の電極部もしくは
   前記一方の電極部に備えた受信用トランスデューサによ
   って受信することを特徴とする請求項（１）記載のスポ
   ット溶接部の非破壊検査方法。
3. （３）溶接装置の一方の電極部に備えた送受信用トラン
   スデューサによって弾性波の送信および受信を行うこと
   を特徴とする請求項（１）記載のスポット溶接部の非破
   壊検査方法。
4. （４）複数の溶接装置のうちの一方の作動によって発生
   する弾性波を他方の溶接装置の電極部に備えた受信用ト
   ランスデューサによって受信することを特徴とする請求
   項（１）記載のスポット溶接部の非破壊検査方法。
5. （５）複数の溶接装置のうちの一方の溶接装置の電極部
   に備えた送信用トランスデューサから送信された弾性波
   を他方の溶接装置の電極部に備えた受信用トランスデュ
   ーサによって受信することを特徴とする請求項（１）記
   載のスポット溶接部の非破壊検査方法。
6. （６）前記弾性波が１０Ｈｚ〜１０ＭＨｚの範囲の特定
   周波数ないしは特定の周波数帯域であることを特徴とす
   る請求項（１）ないし（５）のいずれかに記載のスポッ
   ト溶接部の非破壊検査方法。
7. （７）スポット溶接部が抵抗溶接または超音波溶接によ
   るものであることを特徴とする請求項（６）記載のスポ
   ット溶接部の非破壊検査方法。