JPH1147975A - 薄板のスポット溶接の評価方法 - Google Patents

薄板のスポット溶接の評価方法

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JPH1147975A
JPH1147975A JP9237596A JP23759697A JPH1147975A JP H1147975 A JPH1147975 A JP H1147975A JP 9237596 A JP9237596 A JP 9237596A JP 23759697 A JP23759697 A JP 23759697A JP H1147975 A JPH1147975 A JP H1147975A
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spot welding
nugget
tensile force
measuring
welded portion
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Masayoshi Iida
政義 飯田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、スポット溶接のナゲット径を非破
壊で測定し、スポット溶接の良否を評価、判定する手段
を提供する。 【解決手段】 本発明は、スポット溶接の被溶接材の下
側を吸引固定し、上側の溶接材の溶接部より少し離れた
箇所を吸引し、上下の被溶接材を引き離すように引張り
力を加える。この力によって、上側被溶接材はたわみ生
ずる。ただし、ナゲット部は、下側被溶接材が固定され
ているため、このたわみが生じない。この現象を利用し
て、上側被溶接材のたわみの量を複数の変位計で測定す
ることにより、ナゲットの径を求める。ナゲット径の測
定を非破壊で行うことにより、ほとんどのスポット溶接
の良否の評価がインプロセスで可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非破壊で、スポッ
ト溶接の良否の判定を行う為の評価方法に関するもので
ある。
【0002】スポット溶接は、薄板の接合方法で、比較
的薄い板材を高能率で、しかも簡便に接合できること
で、各種産業で広く用いられている。特に鋼板の接合
は、自動車工業、鉄道車両、家電製品等の分野でも多く
用いられている。本発明は、これらの産業で、スポット
溶接を行っている製造工程のほとんどの工程で利用でき
る計測技術である。
【0003】
【従来の技術】スポット溶接の評価方法は、JIS(日
本工業規格)で規定されている他、各種の方法が試みら
れている。しかしながら、そのスポット溶接の良否を正
確に評価する方法は、引張り試験や、溶接部の切断面の
観察等の破壊検査しか有力な検査方法が無いことも、現
状の検査方法に関する実態である。
【0004】非破壊での検査方法としての従来技術の各
方式を以下に示す。
【0005】外観試験は、溶接部の外観を目視,もしく
は顕微鏡で観察し、ピット15、表面の割れ16、の有
無を検査するものであるが、内部の不良状況はまったく
試験できない。
【0006】平滑度試験は、スポット溶接部のくぼみの
測定を行い、溶接が正常に行われたかの評価をくぼみの
深さで評価するものである。しかし、溶接部の接合の良
否や内部欠陥等を正確に評価することはできない。
【0007】電極変位による方法、電極間電圧、電極間
抵抗モニタ、超音波透過量モニタ、電極の温度測定によ
る状態監視による溶接条件の自動制御方式などは、スポ
ット溶接を行いながらその溶接の進行状況を監視し、溶
接条件の自動制御を行わしめる方法である。良質のスポ
ット溶接部の形成を可能とする有力な方法であり、各種
溶接機械に組み込まれ、実績もあるが、それでも各種の
板材の状態に関して一定の品質でのスポット溶接を行う
ことには限界があり、最終的には別途で何らかの評価試
験を必要とする。
【0008】過流深傷方式、超音波深傷方式によるスポ
ット溶接の内部の状態を確認する方式は、非破壊検査を
行う手段としては有力な方法といえる。ただし、深端子
による検査媒体を内部に渡り細く絞れないことや、ナゲ
ット13部とその周囲の圧着部の特性の分離が明確にで
きないなどにより、まだ正確にナゲット径14の測定を
行うことができる装置とはなっていない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来技術によって、特
にスポット溶接の装置に組み込まれた自動監視、制御装
置を利用することによって、ピット15、割れ16、ブ
ローホール17等の不良を非常に少なくし、溶接の品質
を向上させる効果は上がっている。しかし、ナゲット径
14の大きさのばらつきはまだ大きく、これが強度面で
一定の品質の確保を行おうとすると、大きな問題となっ
ている。
【0010】非破壊でナゲット径14の測定を正確に行
う測定装置や、溶接部の強度に関する評価を行うための
有効な評価装置がまだ無く、品質維持の対策として、安
全係数を大きく取るという方法、すなわちスポット溶接
の数を増やすことによって、製品の品質の維持を図ろう
とすることぐらいしか手段が無いのが現状である。
【0011】これらの現状を鑑み、スポット溶接の良否
の検査を、非破壊で迅速に、しかも正確に行う方法を本
発明により提供しようとするものである。この評価を製
品に対して行うことができれば、安全係数を低く抑える
ことができることと、また更に、簡易に測定、評価を行
うことができれば、その測定、評価装置をスポット溶接
直後のインプロセスで評価し、即座に追加溶接の実施や
対応策の実施を行うことができ、全体としての製造コス
ト低減に貢献することができる。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、スポット溶接の内部の溶融凝固した部分で
あるナゲット13の有効直径であるナゲット径14を非
破壊で、しかも正確に測定を行える手段を提供するもの
である。このナゲット径14の測定を行うことにより、
特別に品質が悪いスポット溶接は別にして、スポット溶
接の個別強度の評価を行うことができる。
【0013】また、この課題を解決する手段として、特
に鋼板の場合は、請求項2に示す磁石の吸引力を利用し
て簡単に本方法を実現することができる。
【0014】非破壊でナゲット径14を測定する場合、
他の多くの試みは、物体の内部を観察するための透過物
理現象をその測定の媒体とさせているが、本発明の手段
は、純粋に材料力学的な力によるたわみの大きさを利用
して、内部の見えない部分のナゲット径14の大きさ
を、測定可能な素材の表面上に具現させることを可能と
させ、簡単でかつ正確な測定を可能とさせている。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明は、下部の薄板部分である
下側被溶接材11を磁石等の吸着によって固定する。ス
ポット溶接された上部の薄板の素材である上側被溶接材
12の溶接部分の周囲数カ所を、下側被溶接材11に対
して引き離す方向で引張り力26を与える。ナゲット1
3の部分は、下側被溶接材11と融着されているため、
固定部分を形成している。ナゲット13の周囲の部分
は、上記引張り力26に対しては上側被溶接材12とし
ての薄板のままでの弾性係数でたわみを生ずることにな
る。このたわみを、円周の1方向に対して少なくとも2
箇所の変位の測定を行うことで、この測定点の位置23
と、そのたわみの測定値によって、ナゲット13の固定
端の位置を明確に測定することができる。ナゲット13
の径を測定する場合は、円周方向の対抗する2箇所に対
して、この測定を行い、各方向でのナゲット13の端部
の位置が特定されれば、その2点間の距離を求めること
で目的とするナゲット径14を求めることができる。
【0016】また、請求項3に示すように、交番荷重に
より引張り力26を与え、変位の振動の振幅で同様のナ
ゲット径14を求めることもできる。この場合は、上側
溶接材の固有振動数と、引張り力26の振動数を調整す
ることにより、より小さな引張り力26で大きな変位を
与えることができる。
【0017】
【実施例】以下、添付図面に従って、本発明の実施例を
解説する。図1では、スポット溶接部の断面を示してい
る。このスポット溶接の断面の状態は、切断しなければ
観察することはできない。この図の中で、本発明で求め
ようとしている物理量は、ナゲット径14である。他に
割れ16やブローホール17など、溶接部における不良
要因は有るが、本発明では、これらの評価は行わない。
これは、現状の技術(発明が解決しようとする課題)で
述べた通りにスポット溶接の品質はかなり高くなってい
ることに他ならない。
【0018】図2の本発明の原理図に従って上記ナゲッ
ト径14の測定手法を説明する。評価を行うスポット溶
接部の下側被溶接材11を固定吸引部21で固定する。
この時の精度は特に必要としない。これは、下側の被溶
接材11を固定することが本発明の目的である。吸引方
法は、エアー式、永久磁石のチャック、電磁式、または
測定作業能率を無視すれば、接着を行う方法など、いろ
いろな方法が取れる。鋼板では、電磁式が外部のコント
ロールも可能なことから、適している方法といえる。
(請求項2)
【0019】固定吸引部21に対して取付られている可
動吸引部22を上側被溶接材12に吸引し、下側の被溶
接材11に対して引き離す方向に引張り力26を加え
る。この方向に力が与えることができれば、吸引部が上
側被溶接材12に吸着固定をしなくてもかまわない。例
えば、磁力によって直接吸引することもできる。また、
交番荷重によって引張り力26を交互の振動させてなが
ら吸引する方法も取れる(請求項3)。上側の被溶接材
12は、可動吸引部22の引張り力26によって物理的
にたわみを生ずる。たわみの量は、引張り力26、溶接
部からの引張り位置、上側被溶接材12の形状(平面状
か湾曲しているか等)による断面2次モーメント、上側
被溶接材12の板厚、およびその材質のヤング係数で決
まる。
【0020】このたわみは、上側被溶接材12、下側被
溶接材11がスポット溶接の周囲の離れている所で起こ
り、溶接をされている部分は、下側被溶接材11が固定
吸引部21で固定されているためにたわまない状態とな
る。つまり、スポット溶接のナゲット13が固定端とな
る片持ち梁を構成しているモデルとして考えることがで
きる。上側被溶接材12のたわみの量を変位の測定器を
用いて測定する。
【0021】上側被溶接材12の材質や厚さ、溶接部の
周囲の形状の変化が無く、精度的に管理されていれば、
引張り力26に対して、その近くの位置が決まっている
変位測定点23のたわみの量を1箇所計ることにより、
ナゲット13の縁の位置を求めることができる。しか
し、測定する溶接部毎に精度が出ていない場合には、単
に1点のたわみの大きさを測定することでは、固定端の
位置を特定することはできない。そのため、一つの方向
で最低2点の測定点に対してたわみの測定を行うことに
よりナゲット13の縁の位置の計測精度を上げることが
できる。
【0022】一つの方向のたわみの測定で、ナゲット1
3の同一方向での縁の位置を特定できたとすれば、対向
する方向で、同様の測定を行えば、ナゲット13の径が
求められることになる。各方向の測定は、位置の基準が
明確に決定できれば、同時に測定する必要は特にはない
が、測定部20の設置条件や、測定時間を考慮すると同
時に2方向の測定が望ましい。無論、同時にXY方向を
測定し、2方向の径を求めることや、更に回転を行っ
て、全周の径を求めることもできる。
【0023】図3は、この評価方法を用いた評価装置の
実施例をブロック図で示す。固定吸着部21、可動吸着
部22を管制部30の吸着制御部34でコントロールが
できる構成としている。測定部20の吸引部21,2
2、および変位計測定部24は、支持アーム25で連結
されている。引張り力26を加える部分である可動吸引
部22と変位計測定部24とはアームは分離されていた
方が引張り力26に対しての支持アーム25のたわみが
測定結果に影響されないために望ましい。これらは各々
に固定吸着部21と連結される。
【0024】測定するスポット溶接部をこの測定部20
で挟み込む状態にし、固定吸引部21、可動吸引部22
で被溶接材11、12を吸引固定を行う。引張り力26
をかけない状態で、各変位計のアンプ部31の0リセッ
トを行う。一定の引張り力26を加え、各変位計で測定
点のたわみ量を測定する。各方向の2点のたわみ量の比
によって、測定部20の横方向の基準位置からのナゲッ
ト13の縁の位置を算出する。2つの方向でのナゲット
13の縁の位置の差が、ナゲット径14となる。
【0025】これらの演算は、ナゲット径演算部32で
行われ、アナログ演算器、もしくは一度測定結果をデジ
タル変換してデジタル式のマイクロコンピュータによっ
て計算される。この計算を行うためにナゲット径演算部
32が変位計のアンプ部31に接続されている。ナゲッ
ト径14が算出された結果に基づき、良否の判定基準に
対しての比較を行い、良否の表示やナゲット径14の表
示などの必要な情報を表示する。また、更に外部に対し
て通信することにより判定結果を生産工程にフィードバ
ックすることもできる。この実施例では、判定表示部3
3がこれら機能を有する。
【0026】この実施例の場合、同時に4点の変位測定
を行うため、瞬時に溶接部の良否の判定が行える。ま
た、薄板の場合は、引張り力26もそれほど大きくする
必要が無いことから、測定部20は比較的小さく構成さ
せることができる。また、測定部20の挿入位置決め精
度は、特に必要としないことから、簡易ロボットでの自
動測定も可能となる装置にすることも容易である。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のスポット
溶接の評価方法による測定装置、または評価装置を用い
れば、スポット溶接のナゲット径14の大きさを個別の
スポット溶接部に対して非破壊で測定することができ
る。個別のナゲット径14が管理できることから、全体
のスポット溶接の数量を必要とする強度による数にまで
減らすことができる。そのため、スポット溶接の工程の
コストを削減させることができる。
【0028】また、この発明の評価方法によれば、良否
の結果が即座に求められるため、インプロセスで全数を
検査することが可能となる。この測定装置をスポット溶
接工程の直後に配置し、このナゲット径14の測定を行
えば、スポット溶接の不良を即座に発見し、溶接工程に
フィードバックさせ、その場で修復させることができ
る。このことは、不良を次工程に流出させないという基
本的な品質管理に対する要求を完全に満たすことのでき
る画期的な方法といえる。
【0029】スポット溶接は、薄板の接合を行う場合
に、各種産業で多方面に利用されている。このほとんど
の溶接工程対して、信頼性を向上させることができる本
発明の効果の大きさは、計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるスポット溶接の内部構造の断面
図。
【図2】本発明の考え方を示す原理図の断面図。
【図3】本発明の実施例のブロック図。
【符号の説明】
11 下側被溶接材 12 上側被溶接材 13 ナゲット部 14 ナゲット径 15 ピット 16 割れ 17 ブローホール 20 測定部 21 固定吸引部 22 可動吸引部 23 変位測定点 24 変位計測定部 25 支持アーム 26 引張り力 30 管制部 31 変位計アンプ部 32 ナゲット径演算部 33 判定表示部 34 吸着制御部 35 電源部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スポット溶接における溶接部の評価試験方
    法で、溶接部の裏面を吸着固定し、上面の溶接部の周囲
    の数カ所を固定側に対して反対方向に引張ることのでき
    る吸着装置を設け、スポット溶接の接合板材を引き離す
    ように弾性変形の範囲内で一定の引張り力を与え、その
    引張り力に対してスポット溶接の周囲に反りを発生させ
    る。その反りの変位を寸法測定装置で測定し、変位量か
    らスポット溶接のナゲット径を算出する手段を設け、ナ
    ゲット径を求めることによりスポット溶接部の良否の判
    定を行う評価方法。
  2. 【請求項2】請求項1の評価方法において、その引張り
    力を生じさせる方法として、磁石、または電磁石を用い
    て溶接部の対行面を吸着、もしくは吸引力を生じさせ、
    変形を与え、目的のナゲット径を測定する鋼板のスポッ
    ト溶接の評価方法。
  3. 【請求項3】請求項1の評価方法において、一定の引張
    り力を与える代わりに、振幅の一定な交番荷重で引張
    り、反りの変位の振幅を測定することで目的のナゲット
    計を測定するスポット溶接の評価方法。
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