JPH1144675A - ホイール組付溶接部の超音波測定法 - Google Patents
ホイール組付溶接部の超音波測定法Info
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- JPH1144675A JPH1144675A JP9204008A JP20400897A JPH1144675A JP H1144675 A JPH1144675 A JP H1144675A JP 9204008 A JP9204008 A JP 9204008A JP 20400897 A JP20400897 A JP 20400897A JP H1144675 A JPH1144675 A JP H1144675A
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- G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
Abstract
(57)【要約】
【課題】 近距離不感帯があるにかかわらずホイール溶
接部の探傷測定が可能なホイール組付溶接部の超音波測
定法の提供。 【解決手段】 ホイール１を水中に浸漬して溶接部６を
ホイール組付溶接部の超音波測定法。センサーを倣い装
置８でリム２に倣わせながら測定するホイール組付溶接
部の超音波測定法。センサーにビーム集中型センサーを
使用し、超音波の周波数を約２５ＭＨｚにして測定を実
行するホイール組付溶接部の超音波測定法。溶接の開先
角を約２０°とし超音波入射角を約５°に設定して測定
を実行するホイール組付溶接部の超音波測定法。
接部の探傷測定が可能なホイール組付溶接部の超音波測
定法の提供。 【解決手段】 ホイール１を水中に浸漬して溶接部６を
ホイール組付溶接部の超音波測定法。センサーを倣い装
置８でリム２に倣わせながら測定するホイール組付溶接
部の超音波測定法。センサーにビーム集中型センサーを
使用し、超音波の周波数を約２５ＭＨｚにして測定を実
行するホイール組付溶接部の超音波測定法。溶接の開先
角を約２０°とし超音波入射角を約５°に設定して測定
を実行するホイール組付溶接部の超音波測定法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ホイール組付溶接
部の超音波測定法に関し、とくにリムとディスクをレー
ザ溶接したホイールの溶接部を超音波により検査する方
法に関する。
部の超音波測定法に関し、とくにリムとディスクをレー
ザ溶接したホイールの溶接部を超音波により検査する方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のホイール組付溶接部ののど厚の検
査は、抜取りによる、破壊検査法（切断し、断面を研磨
して、溶接溶け込み状況を観察する方法）によってい
る。しかし、検査に時間がかかりリアルタイムの全数検
査は不可能である。また、断面切断による方法であるた
め溶接部の一部しか見れない。他方、最近、レーザ溶接
による組付け自動車用ツーピースホイールの量産が開始
された。レーザ溶接による組付けホイールの量産は世界
でも初めてであるため、万全を期すために、全数で、し
かも非破壊（たとえば、超音波測定）で、のど厚検査を
行いたい。
査は、抜取りによる、破壊検査法（切断し、断面を研磨
して、溶接溶け込み状況を観察する方法）によってい
る。しかし、検査に時間がかかりリアルタイムの全数検
査は不可能である。また、断面切断による方法であるた
め溶接部の一部しか見れない。他方、最近、レーザ溶接
による組付け自動車用ツーピースホイールの量産が開始
された。レーザ溶接による組付けホイールの量産は世界
でも初めてであるため、万全を期すために、全数で、し
かも非破壊（たとえば、超音波測定）で、のど厚検査を
行いたい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、超音波探傷測
定をホイールのレーザ溶接組付部に適用するには、つぎ
の問題が予想される。 近距離音場による不感帯がセンサー表面から約２６
ｍｍまでであり、板厚が約４ｍｍ、板表面から溶接部ま
での距離が約３ｍｍのホイールは近距離音場に入ってし
まい、直接には測定できない。さらに詳しくは、超音波
の伝播の様子は振動子の大小、振動周波数に関係し、振
動子の前方媒体中で独特の音の大きさ分布が形成され
る。これを、音場といい、図９にその一例を示す。白い
所が音圧の高い所、黒い部分が低い所、または０の所で
ある。振動子から一定の距離ｘ0 より遠い範囲で測定可
能となっている。ｘ0 を近距離音場限界距離といい
（１）式で与えられる。 ｘ0 ＝ Ｄ2 ／（４λ）＝ Ｄ2 ｆ／（４Ｃ） ・・・・ （１） Ｄ：円形振動子の直径 ｍｍ λ：伝幡媒質中の波長 ｆ：周波数 Ｃ：伝幡媒質中の音速 振動子の直径を５ｍｍ、周波数１０ＭＨｚあるいは２５
ＭＨｚで垂直探傷を行う場合のｘ0 を求めると、１０Ｍ
Ｈｚの時ｘ0 ＝１０．５９ｍｍ、２５ＭＨｚの時ｘ0 ＝
２６．４８ｍｍとなり、ホイールの板厚が約４ｍｍ、板
表面から溶接部までの距離が約３ｍｍであるから、近距
離音場限界距離内に入ってしまい、直接には測定できな
いことがわかる。 ホイール自体の精度、とくに振れ精度が０．２〜
０．７ｍｍと、測定レベルに比較して大きいため、測定
位置を再現（センサーを測定位置に常に合わせること）
が困難である。さらに詳しくは、図１０に示すように、
ドラム試験と対応した場合、２．６ｍｍ以上でドラム試
験をクリアしていることから、のど厚３．０ｍｍ以上確
保、のど厚目標３．５ｍｍを管理値としたい。したがっ
て、超音波測定による測定精度の目標値を、のど厚３．
０ｍｍとのど厚目標３．５ｍｍを識別できる精度（検出
精度０．５ｍｍ）に設定する必要がある。ホイール自体
に０．５ｍｍ程度の振れがあるなかで、如何にして測定
誤差を少なくし、検出精度０．５ｍｍを維持するかが重
要となる。また、測定精度の維持を阻害する主な外乱因
子として、上記のホイール自体の振れ（縦振れ、半径方
向の振れ）の他に、ホイールを載置するテーブルの振
れ、ホイールとテーブル間のチャッキング時の偏心、水
温の変化による屈折率の変化などがある。 測定位置の板厚が約３ｍｍ程度であるため、表面か
らの反射エコーと欠陥からの反射エコーが重なり、欠陥
エコーのみの検出ができない。さらに詳しくは、表面エ
コーと反射エコーとのビーム路程の差は１μｓｅｃ程度
しかないため、センシングのゲート調整のみで、これら
を判別することは難しい。
定をホイールのレーザ溶接組付部に適用するには、つぎ
の問題が予想される。 近距離音場による不感帯がセンサー表面から約２６
ｍｍまでであり、板厚が約４ｍｍ、板表面から溶接部ま
での距離が約３ｍｍのホイールは近距離音場に入ってし
まい、直接には測定できない。さらに詳しくは、超音波
の伝播の様子は振動子の大小、振動周波数に関係し、振
動子の前方媒体中で独特の音の大きさ分布が形成され
る。これを、音場といい、図９にその一例を示す。白い
所が音圧の高い所、黒い部分が低い所、または０の所で
ある。振動子から一定の距離ｘ0 より遠い範囲で測定可
能となっている。ｘ0 を近距離音場限界距離といい
（１）式で与えられる。 ｘ0 ＝ Ｄ2 ／（４λ）＝ Ｄ2 ｆ／（４Ｃ） ・・・・ （１） Ｄ：円形振動子の直径 ｍｍ λ：伝幡媒質中の波長 ｆ：周波数 Ｃ：伝幡媒質中の音速 振動子の直径を５ｍｍ、周波数１０ＭＨｚあるいは２５
ＭＨｚで垂直探傷を行う場合のｘ0 を求めると、１０Ｍ
Ｈｚの時ｘ0 ＝１０．５９ｍｍ、２５ＭＨｚの時ｘ0 ＝
２６．４８ｍｍとなり、ホイールの板厚が約４ｍｍ、板
表面から溶接部までの距離が約３ｍｍであるから、近距
離音場限界距離内に入ってしまい、直接には測定できな
いことがわかる。 ホイール自体の精度、とくに振れ精度が０．２〜
０．７ｍｍと、測定レベルに比較して大きいため、測定
位置を再現（センサーを測定位置に常に合わせること）
が困難である。さらに詳しくは、図１０に示すように、
ドラム試験と対応した場合、２．６ｍｍ以上でドラム試
験をクリアしていることから、のど厚３．０ｍｍ以上確
保、のど厚目標３．５ｍｍを管理値としたい。したがっ
て、超音波測定による測定精度の目標値を、のど厚３．
０ｍｍとのど厚目標３．５ｍｍを識別できる精度（検出
精度０．５ｍｍ）に設定する必要がある。ホイール自体
に０．５ｍｍ程度の振れがあるなかで、如何にして測定
誤差を少なくし、検出精度０．５ｍｍを維持するかが重
要となる。また、測定精度の維持を阻害する主な外乱因
子として、上記のホイール自体の振れ（縦振れ、半径方
向の振れ）の他に、ホイールを載置するテーブルの振
れ、ホイールとテーブル間のチャッキング時の偏心、水
温の変化による屈折率の変化などがある。 測定位置の板厚が約３ｍｍ程度であるため、表面か
らの反射エコーと欠陥からの反射エコーが重なり、欠陥
エコーのみの検出ができない。さらに詳しくは、表面エ
コーと反射エコーとのビーム路程の差は１μｓｅｃ程度
しかないため、センシングのゲート調整のみで、これら
を判別することは難しい。
【０００４】本発明の課題は、近距離音場による不感帯
があるにかかわらずホイール溶接部の探傷測定ができ
る、ホイールの組付溶接部の超音波測定法を提供するこ
とである。本発明のもう一つの課題は、近距離音場によ
る不感帯があるにかかわらずホイール溶接部の探傷測定
ができるとともに、ホイール自体に振れがあるにかかわ
らず高精度で測定位置を合わせて測定できる、ホイール
の組付溶接部の超音波測定法を提供することである。本
発明のさらにもう一つの課題は、近距離音場による不感
帯があるにかかわらずホイール溶接部の探傷測定ができ
るとともに、表面からの反射エコーと欠陥からの反射エ
コーとを識別できる、ホイールの組付溶接部の超音波測
定法を提供することである。
があるにかかわらずホイール溶接部の探傷測定ができ
る、ホイールの組付溶接部の超音波測定法を提供するこ
とである。本発明のもう一つの課題は、近距離音場によ
る不感帯があるにかかわらずホイール溶接部の探傷測定
ができるとともに、ホイール自体に振れがあるにかかわ
らず高精度で測定位置を合わせて測定できる、ホイール
の組付溶接部の超音波測定法を提供することである。本
発明のさらにもう一つの課題は、近距離音場による不感
帯があるにかかわらずホイール溶接部の探傷測定ができ
るとともに、表面からの反射エコーと欠陥からの反射エ
コーとを識別できる、ホイールの組付溶接部の超音波測
定法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。 （１） リムとディスクを組付溶接したホイールを水中
に浸漬する工程と、超音波測定装置のセンサーをホイー
ルの組付溶接部に対向させる工程と、ホイールを１周回
転させてホイールの組付溶接部の複数点を超音波探傷測
定する工程と、からなるホイール組付溶接部の超音波測
定法。 （２） 前記センサーをホイールのリムを倣う倣い装置
に固定することによりセンサーをホイールの組付溶接部
の測定すべき部位に正確に対向させる（１）記載のホイ
ール組付溶接部の超音波測定法。 （３） 前記センサーにビーム集中型センサーを使用す
る（１）記載のホイール組付溶接部の超音波測定法。 （４） 前記超音波測定装置の超音波の周波数を約２５
ＭＨｚに設定する（１）記載のホイール組付溶接部の超
音波測定法。 （５） 水中にヒータを設けて超音波探傷測定中水温を
一定に維持する（１）記載のホイール組付溶接部の超音
波測定法。 （６） 開先角を約２０°に選定し、超音波入射角を約
５°に選定して超音波探勝測定を行う（１）記載のホイ
ール組付溶接部の超音波測定法。
明はつぎの通りである。 （１） リムとディスクを組付溶接したホイールを水中
に浸漬する工程と、超音波測定装置のセンサーをホイー
ルの組付溶接部に対向させる工程と、ホイールを１周回
転させてホイールの組付溶接部の複数点を超音波探傷測
定する工程と、からなるホイール組付溶接部の超音波測
定法。 （２） 前記センサーをホイールのリムを倣う倣い装置
に固定することによりセンサーをホイールの組付溶接部
の測定すべき部位に正確に対向させる（１）記載のホイ
ール組付溶接部の超音波測定法。 （３） 前記センサーにビーム集中型センサーを使用す
る（１）記載のホイール組付溶接部の超音波測定法。 （４） 前記超音波測定装置の超音波の周波数を約２５
ＭＨｚに設定する（１）記載のホイール組付溶接部の超
音波測定法。 （５） 水中にヒータを設けて超音波探傷測定中水温を
一定に維持する（１）記載のホイール組付溶接部の超音
波測定法。 （６） 開先角を約２０°に選定し、超音波入射角を約
５°に選定して超音波探勝測定を行う（１）記載のホイ
ール組付溶接部の超音波測定法。
【０００６】上記（１）の方法では、水没式超音波測定
法を採用し水距離を置くことにより、近距離音場限界距
離外で測定することができる。上記（２）の方法では、
リムを倣う倣い装置を作製しそれにセンサーを取り付け
たので、ホイールを回転させたときリムの縦振れ（半径
方向振れ）に応じてセンサーもリム半径方向に移動する
ので、リムの縦振れがあってもセンサーは正しく溶接部
に対応することができる。上記（３）、（４）の方法で
は、センサーにビーム集中型センサーを使用する。ビー
ム集中型センサーは、見たいポイントに超音波ビームを
絞りこみ最大音圧を得るものである。ビーム径の１／３
に面状欠陥がかかればほぼ最大エコーに近い音圧が得ら
れる。超音波に使用される周波数が通常５〜１０ＭＨｚ
であるが、のど厚３．０ｍｍと３．５ｍｍの差０．５ｍ
ｍを正確に検出するために、ビーム径ΔＸを約１．５ｍ
ｍに設定し（面状欠陥の約３倍のビーム径とするた
め）、後述する（２）式を用いて、周波数２５ＭＨｚの
センサーを選定した。上記（５）の方法では、水温を一
定に保持するので、水の音速が一定となり屈折率も一定
になり、測定が温度の変化による外乱を受けにくい。上
記（６）の方法では、開先角を約２０°に選定し、超音
波入射角を約５°に選定するので、水から鋼への屈折角
が約２０°となり開先面で反射したエコーはそのままセ
ンサーに戻るが、水とホイールとの境界面で反射したエ
コーは反射角５°で反射してセンサーに戻らない。その
ため、表面からの反射エコーと欠陥からの反射エコーと
を識別できる。
法を採用し水距離を置くことにより、近距離音場限界距
離外で測定することができる。上記（２）の方法では、
リムを倣う倣い装置を作製しそれにセンサーを取り付け
たので、ホイールを回転させたときリムの縦振れ（半径
方向振れ）に応じてセンサーもリム半径方向に移動する
ので、リムの縦振れがあってもセンサーは正しく溶接部
に対応することができる。上記（３）、（４）の方法で
は、センサーにビーム集中型センサーを使用する。ビー
ム集中型センサーは、見たいポイントに超音波ビームを
絞りこみ最大音圧を得るものである。ビーム径の１／３
に面状欠陥がかかればほぼ最大エコーに近い音圧が得ら
れる。超音波に使用される周波数が通常５〜１０ＭＨｚ
であるが、のど厚３．０ｍｍと３．５ｍｍの差０．５ｍ
ｍを正確に検出するために、ビーム径ΔＸを約１．５ｍ
ｍに設定し（面状欠陥の約３倍のビーム径とするた
め）、後述する（２）式を用いて、周波数２５ＭＨｚの
センサーを選定した。上記（５）の方法では、水温を一
定に保持するので、水の音速が一定となり屈折率も一定
になり、測定が温度の変化による外乱を受けにくい。上
記（６）の方法では、開先角を約２０°に選定し、超音
波入射角を約５°に選定するので、水から鋼への屈折角
が約２０°となり開先面で反射したエコーはそのままセ
ンサーに戻るが、水とホイールとの境界面で反射したエ
コーは反射角５°で反射してセンサーに戻らない。その
ため、表面からの反射エコーと欠陥からの反射エコーと
を識別できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明実施例のホイール組付溶接
部の超音波測定法を図１〜図７を参照して説明する。本
発明実施例のホイール組付溶接部の超音波測定法は、図
１に示すように、リム２とディスク３を組付溶接したホ
イール１を水４中に浸漬する工程と、超音波測定装置の
センサー５をホイールの組付溶接部６に対向させる工程
と、ホイール１を１周回転させてホイールの組付溶接部
６の複数点を超音波探傷測定する工程と、からなる。な
お図１中７はターンテーブルである。水浸法による超音
波検査のため、センサー５とホイール１との間に水距離
をおくことができ、それによってホイール溶接部６を近
距離音場限界距離外で測定することができ、測定可能に
なる。ホイールの溶接部の水浸法による超音波検査、測
定では、センサー５から出た超音波は、水中を音速約１
４８０ｍ／ｓｅｃで伝わり、ホイール表面で一部は表面
エコーとして反射する。表面で、約９４％が反射する。
残りの超音波は屈折して、ホイール材料内部に入射す
る。ホイール内部に入射した超音波は縦波として音速５
９００ｍ／ｓｅｃで伝播する。溶接部に溶け込み不足や
レーザの狙い位置ずれなどによる開先残りがあるとそこ
で反射し、反射エコーとしてセンサーに戻る。溶接部に
何の欠陥も無いときはそのまま伝幡し、センサーには戻
らない。溶接部に欠陥があった場合に、ブラウン管８上
に移る探傷図形をモデル化して、図２に示す。
部の超音波測定法を図１〜図７を参照して説明する。本
発明実施例のホイール組付溶接部の超音波測定法は、図
１に示すように、リム２とディスク３を組付溶接したホ
イール１を水４中に浸漬する工程と、超音波測定装置の
センサー５をホイールの組付溶接部６に対向させる工程
と、ホイール１を１周回転させてホイールの組付溶接部
６の複数点を超音波探傷測定する工程と、からなる。な
お図１中７はターンテーブルである。水浸法による超音
波検査のため、センサー５とホイール１との間に水距離
をおくことができ、それによってホイール溶接部６を近
距離音場限界距離外で測定することができ、測定可能に
なる。ホイールの溶接部の水浸法による超音波検査、測
定では、センサー５から出た超音波は、水中を音速約１
４８０ｍ／ｓｅｃで伝わり、ホイール表面で一部は表面
エコーとして反射する。表面で、約９４％が反射する。
残りの超音波は屈折して、ホイール材料内部に入射す
る。ホイール内部に入射した超音波は縦波として音速５
９００ｍ／ｓｅｃで伝播する。溶接部に溶け込み不足や
レーザの狙い位置ずれなどによる開先残りがあるとそこ
で反射し、反射エコーとしてセンサーに戻る。溶接部に
何の欠陥も無いときはそのまま伝幡し、センサーには戻
らない。溶接部に欠陥があった場合に、ブラウン管８上
に移る探傷図形をモデル化して、図２に示す。
【０００８】超音波試験における、溶接部のど厚（溶け
込み深さ）の保証レベルと目標値をつぎの如く設定し
た。ドラム試験との対応で、２．６ｍｍ以上でドラム試
験をクリアしていることから、のど厚３．０ｍｍ以上、
のど厚目標３．５ｍｍを管理値とした。したがって、超
音波測定における測定精度の目標を、図１０において、
のど厚３．０ｍｍとのど厚目標３．５ｍｍとを識別でき
ることに設定した。
込み深さ）の保証レベルと目標値をつぎの如く設定し
た。ドラム試験との対応で、２．６ｍｍ以上でドラム試
験をクリアしていることから、のど厚３．０ｍｍ以上、
のど厚目標３．５ｍｍを管理値とした。したがって、超
音波測定における測定精度の目標を、図１０において、
のど厚３．０ｍｍとのど厚目標３．５ｍｍとを識別でき
ることに設定した。
【０００９】この検出精度０．５ｍｍを維持するため
に、センサー５をビーム集中型センサーとし、狙い角
（入射角）を所定範囲の角度（４°〜６°）に設定し
た。まず、ビーム集中型センサーについて説明する。ビ
ーム集中型センサーは、図３に概念を示すように、見た
いポイントに超音波ビームを絞り込み、最大の音圧を得
るものである。ビーム径の１／３が面状欠陥にかかれば
ほぼ最大エコーに近い音圧が得られるとされている。超
音波に使用される周波数は通常５〜１０ＭＨｚである
が、０．５ｍｍ（のど厚３．０ｍｍとのど厚目標３．５
ｍｍとの差）を正確に検出するために、ビーム径ΔＸを
約１．５ｍｍに設定し、次式により周波数約２５ＭＨｚ
のセンサーを選定した。 ΔＸ＝１．２２×（λＦ／ａ） ・・・・・・・・（２） ΔＸ：ビーム径（約１．５） λ：波長（水中）ｍｍ Ｆ：焦点距離ｍｍ（２５ｍｍ） ａ：振動子径ｍｍ（５ｍｍ） ｆ＝Ｃs ／λ ・・・・・・・・・・・・・・・・（３） ｆ：周波数 Ｃs ：鋼中の音速＝５９００ｍ／ｓｅｃ
に、センサー５をビーム集中型センサーとし、狙い角
（入射角）を所定範囲の角度（４°〜６°）に設定し
た。まず、ビーム集中型センサーについて説明する。ビ
ーム集中型センサーは、図３に概念を示すように、見た
いポイントに超音波ビームを絞り込み、最大の音圧を得
るものである。ビーム径の１／３が面状欠陥にかかれば
ほぼ最大エコーに近い音圧が得られるとされている。超
音波に使用される周波数は通常５〜１０ＭＨｚである
が、０．５ｍｍ（のど厚３．０ｍｍとのど厚目標３．５
ｍｍとの差）を正確に検出するために、ビーム径ΔＸを
約１．５ｍｍに設定し、次式により周波数約２５ＭＨｚ
のセンサーを選定した。 ΔＸ＝１．２２×（λＦ／ａ） ・・・・・・・・（２） ΔＸ：ビーム径（約１．５） λ：波長（水中）ｍｍ Ｆ：焦点距離ｍｍ（２５ｍｍ） ａ：振動子径ｍｍ（５ｍｍ） ｆ＝Ｃs ／λ ・・・・・・・・・・・・・・・・（３） ｆ：周波数 Ｃs ：鋼中の音速＝５９００ｍ／ｓｅｃ
【００１０】つぎにセンサー狙い角（入射角）の選定に
ついて説明する。センシングは、送信と受信を１個の探
触子で行う１探触子法で行う。水中と鋼中では音速が異
なるため、ホイール表面で屈折が起こる。この時の屈折
角は（４）式（スネルの法則）により求められる。表面
エコーと反射エコーのビーム路程の差は１μｓｅｃ程度
しかないため、センシングのゲート調整のみでこれらを
判別することは難しい。そこで、開先角度（屈折角度）
と反射角度の差を利用し、表面エコーの影響（音圧）を
極力回避できるように角度設定を行い、入射角は４°〜
６°を採用した。この入射角、反射角、屈折角の関係を
図４に示す。 ｓｉｎθL ／ＣL ＝ｓｉｎθS ／ＣS ・・・・・・・（４） θL ＝ａｒｃｓｉｎ｛（ＣL ／ＣS ）ｓｉｎθS ｝ ＝４．９２１７ （約５°） ここで、 θL ：入射角（センサーの狙い角） ＣL ：水中の音速＝１４８０ｍ／ｓｅｃ ＣS ：鋼中の音速＝５９００ｍ／ｓｅｃ θS ：屈折角＝開先角度＝２０° これによって、入射角は４°〜６°とし、開先角度を２
０°とした。
ついて説明する。センシングは、送信と受信を１個の探
触子で行う１探触子法で行う。水中と鋼中では音速が異
なるため、ホイール表面で屈折が起こる。この時の屈折
角は（４）式（スネルの法則）により求められる。表面
エコーと反射エコーのビーム路程の差は１μｓｅｃ程度
しかないため、センシングのゲート調整のみでこれらを
判別することは難しい。そこで、開先角度（屈折角度）
と反射角度の差を利用し、表面エコーの影響（音圧）を
極力回避できるように角度設定を行い、入射角は４°〜
６°を採用した。この入射角、反射角、屈折角の関係を
図４に示す。 ｓｉｎθL ／ＣL ＝ｓｉｎθS ／ＣS ・・・・・・・（４） θL ＝ａｒｃｓｉｎ｛（ＣL ／ＣS ）ｓｉｎθS ｝ ＝４．９２１７ （約５°） ここで、 θL ：入射角（センサーの狙い角） ＣL ：水中の音速＝１４８０ｍ／ｓｅｃ ＣS ：鋼中の音速＝５９００ｍ／ｓｅｃ θS ：屈折角＝開先角度＝２０° これによって、入射角は４°〜６°とし、開先角度を２
０°とした。
【００１１】つぎに、測定精度０．５ｍｍの維持につい
て説明する。測定精度の維持を阻害する主な外乱因子に
は、以下の項目が挙げられる。 （１）テーブルの振れ （２）ホイールとテーブル間のチャッキング時の偏心 （３）ホイール自体の振れ （４）水温の変化による屈折率の変化
て説明する。測定精度の維持を阻害する主な外乱因子に
は、以下の項目が挙げられる。 （１）テーブルの振れ （２）ホイールとテーブル間のチャッキング時の偏心 （３）ホイール自体の振れ （４）水温の変化による屈折率の変化
【００１２】このうち、水温の変化による屈折率の変化
は、水中ヒータを設けて水温を一定に制御することによ
り対策される。水の音速と温度との関係式はつぎの通り
である。 ＶW ＝１４０４．４＋４．８２１５Ｔ−０．０４７５６
２Ｔ2＋０．０００１３５４１Ｔ3 ＶW ：水の音速 Ｔ：水温 （℃） 水温１０℃と３０℃の時の超音波の入射角はそれぞれ
４．８°、５．０°となる。夏と冬では水温の違いか
ら、超音波の屈折角に影響を与え、センサーの最適狙い
角（入射角）が変化することが予測されるため、水槽に
ヒータを入れ、水温を一定にするようにした。
は、水中ヒータを設けて水温を一定に制御することによ
り対策される。水の音速と温度との関係式はつぎの通り
である。 ＶW ＝１４０４．４＋４．８２１５Ｔ−０．０４７５６
２Ｔ2＋０．０００１３５４１Ｔ3 ＶW ：水の音速 Ｔ：水温 （℃） 水温１０℃と３０℃の時の超音波の入射角はそれぞれ
４．８°、５．０°となる。夏と冬では水温の違いか
ら、超音波の屈折角に影響を与え、センサーの最適狙い
角（入射角）が変化することが予測されるため、水槽に
ヒータを入れ、水温を一定にするようにした。
【００１３】外乱のうち、テーブルの振れ、ホイールと
テーブル間のチャッキング時の偏心、ホイール自体の振
れに対しては、図５に示すように、リム２に倣う倣い装
置８を設け、倣い装置８にセンサー５を固定することに
より対策する。さらに詳しくは、量産時の測定ではライ
ンタクトタイムの要請から、溶接部全体を超音波でスキ
ャンさせることはできない。そこて、ホイールの溶接部
を１周させ、１周につき２０００ポイントの測定でのど
厚の検査を行う方法をとる。この測定を行う場合、テー
ブルの振れ、ホイールとテーブル間のチャッキング時の
偏心、ホイール自体の振れにより、センサーの狙い位置
がずれてしまう可能性がある。それを防止するため、図
５に示すように、リム２を倣う治具（倣い装置）８を製
作し、倣い装置８にセンサー５を固定し、倣い装置８は
倣いローラ９を有し、倣いローラ９をリム２の外周面に
バネ１０により付勢して当てる。リム２が変位してもそ
れにつれて倣い装置８も同量変位するので、溶接部とセ
ンサー５は一定の位置関係を保持する。
テーブル間のチャッキング時の偏心、ホイール自体の振
れに対しては、図５に示すように、リム２に倣う倣い装
置８を設け、倣い装置８にセンサー５を固定することに
より対策する。さらに詳しくは、量産時の測定ではライ
ンタクトタイムの要請から、溶接部全体を超音波でスキ
ャンさせることはできない。そこて、ホイールの溶接部
を１周させ、１周につき２０００ポイントの測定でのど
厚の検査を行う方法をとる。この測定を行う場合、テー
ブルの振れ、ホイールとテーブル間のチャッキング時の
偏心、ホイール自体の振れにより、センサーの狙い位置
がずれてしまう可能性がある。それを防止するため、図
５に示すように、リム２を倣う治具（倣い装置）８を製
作し、倣い装置８にセンサー５を固定し、倣い装置８は
倣いローラ９を有し、倣いローラ９をリム２の外周面に
バネ１０により付勢して当てる。リム２が変位してもそ
れにつれて倣い装置８も同量変位するので、溶接部とセ
ンサー５は一定の位置関係を保持する。
【００１４】超音波で測定する場合、通常、既知の寸法
のゲージと比較して良否を判定する。このゲージに相当
するものとして、図６に示すような、ホイール軸芯に対
し角度２０°、深さ３ｍｍの人工欠陥１１を有するマス
ターホイール２を使用することにした。
のゲージと比較して良否を判定する。このゲージに相当
するものとして、図６に示すような、ホイール軸芯に対
し角度２０°、深さ３ｍｍの人工欠陥１１を有するマス
ターホイール２を使用することにした。
【００１５】上記測定方法を用いて測定試験を実行し
た。試験を繰返し２０回行って、倣い改善前（比較例）
と倣い改善後（本発明）の欠陥数Ｎ、欠陥率（＝欠陥数
／２０００×１００）、欠陥長さＬを測定した。図７は
その結果を示している。図７からわかるように、倣い装
置の導入改善後、精度良く、ばらつきが小さく、測定で
きることがわかる。とくに、欠陥長さの繰返し２０回の
測定試験では、ばらつきσ＝０と信頼性が高いことがわ
かった。
た。試験を繰返し２０回行って、倣い改善前（比較例）
と倣い改善後（本発明）の欠陥数Ｎ、欠陥率（＝欠陥数
／２０００×１００）、欠陥長さＬを測定した。図７は
その結果を示している。図７からわかるように、倣い装
置の導入改善後、精度良く、ばらつきが小さく、測定で
きることがわかる。とくに、欠陥長さの繰返し２０回の
測定試験では、ばらつきσ＝０と信頼性が高いことがわ
かった。
【００１６】反射してくるエコーを、欠陥と見なすかど
うかの音圧レベル設定に閾値設定がある。とくに、周波
数２５ＭＨｚでの測定は、周波数が高いため、閾値の選
定によっては、結晶粒界での散乱の影響を受けることが
ある。このような欠陥の無い母材部分でも欠陥として評
価してしまう様子を図８に示す。閾値には図８より２０
０を選定した。これによって、欠陥のみを欠陥としてカ
ウントできるようになる。
うかの音圧レベル設定に閾値設定がある。とくに、周波
数２５ＭＨｚでの測定は、周波数が高いため、閾値の選
定によっては、結晶粒界での散乱の影響を受けることが
ある。このような欠陥の無い母材部分でも欠陥として評
価してしまう様子を図８に示す。閾値には図８より２０
０を選定した。これによって、欠陥のみを欠陥としてカ
ウントできるようになる。
【００１７】
【発明の効果】請求項１の方法によれば、水没式超音波
測定法を採用し水距離を置くことにより、近距離音場限
界距離外で測定することができる。請求項２の方法によ
れば、リムを倣う倣い装置を作製しそれにセンサーを取
り付けたので、ホイールを回転させたときリムの縦振れ
（半径方向振れ）に応じてセンサーもリム半径方向に移
動するので、リムの縦振れがあってもセンサーは正しく
溶接部に対応することができる。請求項３の方法によれ
ば、センサーにビーム集中型センサーを使用するので、
０．５ｍｍの測定精度を出せる。請求項４の方法によれ
ば、周波数２５ＭＨｚのセンサーを選定したので、０．
５ｍｍの測定精度を出せる。請求項５の方法によれば、
水温を一定に保持するので、水の音速が一定となり屈折
率も一定になり、測定が温度の変化による外乱を受けに
くい。請求項６の方法によれば、開先角を約２０°に選
定し、超音波入射角を約５°に選定するので、表面から
の反射エコーと欠陥からの反射エコーとを識別できる。
測定法を採用し水距離を置くことにより、近距離音場限
界距離外で測定することができる。請求項２の方法によ
れば、リムを倣う倣い装置を作製しそれにセンサーを取
り付けたので、ホイールを回転させたときリムの縦振れ
（半径方向振れ）に応じてセンサーもリム半径方向に移
動するので、リムの縦振れがあってもセンサーは正しく
溶接部に対応することができる。請求項３の方法によれ
ば、センサーにビーム集中型センサーを使用するので、
０．５ｍｍの測定精度を出せる。請求項４の方法によれ
ば、周波数２５ＭＨｚのセンサーを選定したので、０．
５ｍｍの測定精度を出せる。請求項５の方法によれば、
水温を一定に保持するので、水の音速が一定となり屈折
率も一定になり、測定が温度の変化による外乱を受けに
くい。請求項６の方法によれば、開先角を約２０°に選
定し、超音波入射角を約５°に選定するので、表面から
の反射エコーと欠陥からの反射エコーとを識別できる。
【図１】本発明の一実施例の水浸法を実施する装置の断
面図である。
面図である。
【図２】欠陥があった場合の探傷図形図ある。
【図３】ビーム収束型センサーの概略図ある。
【図４】入射角、屈折角、反射角の関係図である。
【図５】倣い装置の側面図である。
【図６】マスターホイールの一部断面図である。
【図７】倣い装置導入前後の測定精度向上状況図であ
る。
る。
【図８】欠陥率、欠陥長さ、欠陥数と閾値との関係図で
ある。
ある。
【図９】振動子の作る音場の一例の側面図である。
【図１０】ホイールの、のど厚近傍の断面図である。
１ ホイール ２ リム ３ ディスク ４ 水 ５ センサー ６ 溶接部 ７ ターンテーブル ８ 倣い装置 １２ マスターホイール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 枝川 昌浩 東京都千代田区四番町５番地９ トピー工 業株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 リムとディスクを組付溶接したホイール
を水中に浸漬する工程と、 超音波測定装置のセンサーをホイールの組付溶接部に対
向させる工程と、 ホイールを１周回転させてホイールの組付溶接部の複数
点を超音波探傷測定する工程と、からなるホイール組付
溶接部の超音波測定法。 - 【請求項２】 前記センサーをホイールのリムを倣う倣
い装置に固定することによりセンサーをホイールの組付
溶接部の測定すべき部位に正確に対向させる請求項１記
載のホイール組付溶接部の超音波測定法。 - 【請求項３】 前記センサーにビーム集中型センサーを
使用する請求項１記載のホイール組付溶接部の超音波測
定法。 - 【請求項４】 前記超音波測定装置の超音波の周波数を
約２５ＭＨｚに設定する請求項１記載のホイール組付溶
接部の超音波測定法。 - 【請求項５】 水中にヒータを設けて超音波探傷測定中
水温を一定に維持する請求項１記載のホイール組付溶接
部の超音波測定法。 - 【請求項６】 開先角を約２０°に選定し、超音波入射
角を約５°に選定して超音波探勝測定を行う請求項１記
載のホイール組付溶接部の超音波測定法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20400897A JP3761292B2 (ja) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | ホイール組付溶接部の超音波測定法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20400897A JP3761292B2 (ja) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | ホイール組付溶接部の超音波測定法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1144675A true JPH1144675A (ja) | 1999-02-16 |
| JP3761292B2 JP3761292B2 (ja) | 2006-03-29 |
Family
ID=16483250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20400897A Expired - Fee Related JP3761292B2 (ja) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | ホイール組付溶接部の超音波測定法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3761292B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4711818A (en) * | 1986-05-27 | 1987-12-08 | Xerox Corporation | Fusing member for electrostatographic reproducing apparatus |
| JP2004233144A (ja) * | 2003-01-29 | 2004-08-19 | Daido Steel Co Ltd | 接合部の検査方法および検査装置 |
| JP2007147548A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | National Maritime Research Institute | 隅肉溶接ののど厚値測定方法及びのど厚値測定装置 |
| US7523554B2 (en) | 2003-06-17 | 2009-04-28 | Honda Motor Co., Ltd. | Method of manufacturing a wheel rim |
| JP2010014554A (ja) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Toyota Motor Corp | 溶接溶け込み深さ評価方法 |
| CN105945429A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-09-21 | 哈尔滨工业大学（威海） | 超声辅助水下激光切割装置及方法 |
-
1997
- 1997-07-30 JP JP20400897A patent/JP3761292B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4711818A (en) * | 1986-05-27 | 1987-12-08 | Xerox Corporation | Fusing member for electrostatographic reproducing apparatus |
| JP2004233144A (ja) * | 2003-01-29 | 2004-08-19 | Daido Steel Co Ltd | 接合部の検査方法および検査装置 |
| US7523554B2 (en) | 2003-06-17 | 2009-04-28 | Honda Motor Co., Ltd. | Method of manufacturing a wheel rim |
| JP2007147548A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | National Maritime Research Institute | 隅肉溶接ののど厚値測定方法及びのど厚値測定装置 |
| JP4701457B2 (ja) * | 2005-11-30 | 2011-06-15 | 独立行政法人海上技術安全研究所 | 隅肉溶接ののど厚値測定方法及びのど厚値測定装置 |
| JP2010014554A (ja) * | 2008-07-03 | 2010-01-21 | Toyota Motor Corp | 溶接溶け込み深さ評価方法 |
| CN105945429A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-09-21 | 哈尔滨工业大学（威海） | 超声辅助水下激光切割装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3761292B2 (ja) | 2006-03-29 |
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