JPS5914187B2 - スポット溶接検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波を用いて、スポット溶接部のナゲツトの
大きさを検査するスポット溶接検査装置に関する。

ι０ スポット溶接部の溶接健全度は、そのナゲツトが
所定の大きさに形成されているかどうかによるところが
大きく、健全な場合にはナゲツトは溶接時に使用される
電極チップの径よりもやや大きいかまたはそれに近い大
きさに形成されるが、不健フ５ 全な場合には電極チッ
プの径よりもはるかに小さく形成されて未溶着の部分を
生ずる。

そして、ナゲツトが強度上必要とされる大きさに形成さ
れているかどうかを検査する装置として、超音波を用い
たスポット溶接検査装置が用いられている。■０ 該装
置は、第１図に示すごとく、板３１、３２を溶接した被
検査体３に接触させて、超音波を該被検査体３に発射し
、該被検査体３からの反射波を受信すべき探触子１と、
該探触子１からの電気的信号を受けて上記反射波２１を
表示すべきオン６ 口スコープ等の表示装置２とより成
る。しかし、後述するごとく上記従来の探触子１は、前
記溶接チップの径とほぼ同じ径を有する先端面１１の全
面を被検査体に接触させて超音波パルスを発射させるた
めに、ナゲツト４が小さい場合でもそれが形成されてい
る部分からの情報（反射波）と未溶着部分からの情報と
が分離されないままに探触子に受信されてしまい、ナゲ
ツトが強度上必要とされる所定の大きさ以上に形成され
ているかどうかを判別することは困難であつた。すなわ
ち、従来の装置では探触子１から発信される超音波パル
スをスポツト溶接部の一方の板３１から入射させ、被検
査体からの反射波を受信するのであるが、ナゲツト４の
大きさが探触子の先端面１１より小さい場合には、ナゲ
ツト形成部分においては、入射波はナゲツトを通過し他
方の板３２の外面と板３１の音波入射面との間で多重反
射波５１を発生し、ナゲツトの形成されていない部分で
は板３１の板３２に面する側と入射面との間で多重反射
波５２を発生し、これら両反射波５１と５２とがともに
探触子１に受信され、したがつてこの受信信号をオシロ
スコープに表示させるときには、溶着良好部たるナゲツ
ト形成部にお 〉いて発生する反射波５１の各パルス間
に溶着不良部分の反射波５２が表われる。

この場合、上記の両反射波５１，５２よりナゲツトの大
きさを判別するには溶接不良部の反射波５２の高さ（反
射波強さ）を測定し、反射波高さ ２とナゲツト径との
関係を求めた検量線より判別しなければならず、かかる
判別方法はその操作が煩雑であると共に正確性にも欠け
ている。

このように、従来の検査装置は溶接状態の良、不良を判
別するに当つて大きな問題点があつた。

発明者らは、かかる問題点を解決すべく、先に、「上記
探触子の先端に超音波伝播用のウエーブガイドを配設］
してなるスポツト溶接検査装置を開発した（昭和４５年
特許出願第１０５０８７号、昭和５０年特許出願公告第
１５６７７号、特許第７９８２０６号）。該ウエーブガ
イドは、第１７図に示すごとき、被検査体に接触すべき
環状の接触面６５Ａを先端に形成した超音波伝播部とし
ての筒状体６２Ａと該筒状体６２Ａの内孔６４Ａ内に充
填した超音波吸収材６３Ａとからなるものである。なお
、同図において、６１Ａは上記探触子１の先端を装着す
るための凹所、６１２Ａは探触子接続面である。また、
上記ウエーブガイドにおいて、上記環状の接触面６５Ａ
の外径は溶接に用いる電極チツプの外径とほぼ同じに形
成し、内径は判別すべきナゲツトの大きさ（つまり、溶
着のために最小限必要とされるナゲツトの大きさ）に対
応して形成しておく。このように構成することにより、
探触子１には、溶接部中央部の情報は受信されず、溶接
部外局部の情報のみが受信されるようになり、前記従来
装置のごとき問題点を解決することができる。

即ち、検査時において、ナゲツト径が溶着に必要とされ
る大きさよりも小さいときには、ナゲツトはウエーブガ
イド６Ａの上記環状接触面６５Ａの内径よりも小さいた
めに、ウエーブガイド６Ａには未溶着部分のみの情報が
入り、その情報（多重反射）は探触子１を介して表示装
置２に伝えられ、溶着が不良であることが判定できる。
また、ナゲツト径が溶着に必要とされる大きさよりも大
きいときには、ナゲツトは上記環状接触面６５Ａの内径
より大きいために、ウエーブガイド６Ａには溶着部分の
情報（多重反射）が入り、同様にして溶着が良好である
ことが判定できる。上記のように、発明者らの上記ウエ
ーブガイドを用いた開発装置は前記従来の問題点を解決
するもので、現在各種溶接工場において実用に供されて
いる。

しかしながら、上記先の開発装置におけるウエーブガイ
ド（以下、従来のウエーブガイドという）は、上記環状
接触面６５Ａと探触子接続面６１２Ａとの間の長さが約
１０ｍｍというような長いものであるため、被溶接部材
の１枚の板厚みが１．４Ｅｍ以下というような薄板の場
合には、次のような問題を生じることが分つた。

即ち、上記した従来のウエーブガイドを用いて検査を行
なう場合には、比較的低い周波数（５ＭＨｚ以下）で強
い超音波パルスを発信しうる探触子を用いれば、板厚１
．６耀以上の板のスポツト溶接部の検査には精度良くナ
ゲツトの大小を判別することができる。

しかし、板厚が１．４ｍ１Ｌ以下の場合には、溶接部の
多重反射の一つ一つのパルスが分離し難くなり、スポツ
ト溶接部の検査が不能となるおそれがある。そこで、パ
ルスの分解能を上げるため高い周波数（１０ＭＨｚ以上
）の超音波パルスを発信することができる探触子を用い
ること、またはシヨツクウエーブ形式のパルス巾の狭い
パルスを発信させることができる高分解能探触子を用い
ることが考えられる。

しかしながら、これらの探触子は、強い超音波パルスを
発信することができないため、スポツト溶接部の多重反
射波を十分な感度で受信することができなくなり、上記
のごとき薄板のスポツト溶接部の検査には利用できない
という欠点がある。更に、スポツト溶接部に入射させる
超音波パルスの強度を強くする手段として、ウエーブガ
イドの超音波伝播部の長さを短かくすることが考えられ
る。

しかし、単に伝播部の長さを短かくする場合においては
、探触子の発信面から発信された第１の超音波パルスが
ウエーブガイドを伝播して溶接部に入射されたあとに、
超音波パルスの一部のエネルギーがウエーブガイドの環
状接触面６５Ａと内部平坦面６１２Ａとの間、即ち超音
波伝播部において反射を繰り返し、これらの不必要な第
２、第３、第４の反射波パルスが次々と溶接部に強く入
射される。そのため、これらの不必要な数多くの入射波
のそれぞれが溶接部において多重反射を起し、必要とす
る前記第１の入射パルスによる溶接部の多重反射波に重
畳することとなる。それ故、超音波伝播部の長さを単に
短かくするのみでは、スポツト溶接部における多重反射
を鮮明に受信することができない。なお、上記の場合、
超音波伝播部の長さが従来のウエーブガイドのごとく１
０１ｎｍというような長い場合には、伝播部内における
上記反射の反射波パルスは伝播部の長さか長いためにそ
の中で減衰してしまい、このような問題は生じない。

しかし、このように長い場合は、前記のごとく、被溶接
部材の板厚みが薄いときには検査不能となる。本発明は
、上記のごとき問題点を克服し、薄い板のスポツト溶接
部のナゲツトの大きさを精度良く確実に検査することか
できるスポツト溶接検査装置を提供しようとするもので
あり、その最も特徴とするところは、上記ウエーブガイ
ドにおける超音波伝播経路の長さの条件を特定の範囲に
なしたことにある。即ち、本発明は、被検査体からの反
射波を受信すべき探触子と、上記反射波の波形、パルス
間隔、パルス数等を表示すべき溶接状態表示装置と、上
記探触子の先端に接続され上記反射波を上記被検査体か
ら上記探触子に誘導するためのウエーブガイドとからな
り、該ウエーブガイドは筒状体の超音波伝播部と該筒状
体の内孔に超音波吸収材を充填してなる内部超音波吸収
部とよりなると共に上記超音波伝播部はその超音波伝播
経路の長さが下式で算出される範囲にあることを特徴と
するスポツト溶接検査装置にある。

Ｌ−ｎ・λ±０．２λ ここにｎは整数値、λは超音波の波長（Ｍｍ）、Ｌは超
音波伝播経路の長さ（ＪＬＷ！）、しかして、本発明に
よれば、ウエーブガイドの構造を上記のごとく構成した
ので、前記のごとき薄板の溶接の場合においても被検査
体としてのスポツト溶接部からの多重反射波を非常に強
く受信することができ、またウエーブガイド中で多重反
射を繰返しながら溶接部に入射していく超音波について
も溶接部からは波形乱れのない多重反射波としてウエー
ブガイド中に入射させることかでき、したがつて溶接部
の多重反射波を鮮明に溶接状態表示装置に表示させるこ
とができる。

即ち、これを詳説すれば、本発明においては、ウエーブ
ガイド中での多重反射波は数多く現われるが、ウエーブ
ガイドの材質による超音波の吸収のほかに反射によるエ
ネルギーの減少が加わるため、これらの不必要な反射波
を短時間で減衰させることができるのである。

また、そのために溶接部には強い超音波パルスの入射が
可能となり、溶接部からの多重反射波も一層強く受信す
ることができる。また、溶接部への超音波パルスの入射
は、探触子から発信される単一のパルスのみでなく、ウ
エーブガイド中で多数回起る多重反射による数多いパル
スも入射するが、これらのパルスは全て一波長の整数倍
の位相差を有して入射されるため、溶接部で起る多重反
射は全て同位相となり、互いの干渉による波形乱れを起
すことはない。したがつて、溶接部からの多重反射波を
非常に感度良く受信することができると共に鮮明な受信
波形を得ることができる。

そのため、前記のごとき高周波数パルスまたはショック
ウェーブ形式の高分解能パルスを発信する探触子を使用
することも可能となり、従来困難であつた薄板のスポツ
ト溶接部の検査が精度良く確実に行なうことができるの
である。なお、本発明の検査装置は前記のごとき薄板の
溶接部検査のみならず厚板の溶接部検査にも使用できる
ことは勿論である。

上記において、筒状体のウエーブガイドは被検査体から
探触子まで被検査体からの反射波を誘導させるためのも
ので、その一端には探触子固定部を備え、他端には被検
査体に接触させて被検査体に超音波を入射したり、反射
波を受信するための環状の接触面を有する。

接触面の外径は溶接に用いる電極チツプの外径とほぼ同
じに形成し、内径は判別すべきナゲツトの大きさに対応
して形成する。一方ウエーブガイドの探触子先端面に面
する側の内径は特に規定するものではないが余り大きく
すると、該ガイドと探触子との間の超音波伝達面積が小
さくなる。

なお、ウエーブガイドの先端接触面は環状を有するが該
環の形状は円形、だ円形などスポツト溶接のポケツト形
状に応じて任意に形成して差支えない。ウエーブガイド
に関して、前記の［超音波伝播経路の長さ」とは、上記
筒状体の［探触子先端部と接する接続面］と被検査体に
接する上記「環状接触面」との間の［軸方向直線長さの
２倍」の長さをいう。

しかして、本発明において最も重要なことは、前記のご
とくこの超音波伝播経路長さＬ：が下式で算出される範
囲にあることである。

Ｌ−ｎ・λ±０．２λ ここにｎは整数値、λは検査に使用する超音波の波張←
→である。

即ち、超音波伝播経路長さＬｂＷ）は、検査に使用する
超音波の波長の整数倍長さを基準とし、この基準長さを
中心として、上記０．２λの長さの範囲内でその長さの
変動が許容されるということである。

上記の波長はウエーブガイドの筒状体内の音速（ｍ／秒
）と、使用する超音波の周波数（サイタル）とによつて
決められる。なお、超音波経路長さＬは前記のごとく前
記筒状体の前記接続面と前記接触面の間の長さの「２倍
長さ」である故、ウエーブガイドの上記接続面と接触面
との間の長さは、上式で算出される長さＬの半分の長さ
に設計される。なお、上記の整数値ｎはウエーブガイド
の強度を考慮して５ないし２０の範囲が好ましい。例え
ば、ウエーブガイドの筒状体の材質として、その筒状体
内の音速が３０００ｍ／秒のものを用い、探触子先端か
ら発信する超音波として周波数５メガサイクル（５×１
０６サイクル）のものを用いる場合には、上記の波長λ
は０．６ｍｍとなる。

また、ここでｎ＝８とすると、結局上記の超音波伝播経
路長さＬは、その上限が８×０。６＋０．２×０．６一
４．９２ｍｍ、その下限が８×０．６−０．２×０．６
＝４．６８龍となり、該経路長さはこの範囲内にあれば
良いことになる。

次に、上記ウエーブガイドの内孔の壁にはその全面に密
着させて、該ガイド内における反射波を吸収させるため
の超音波吸収材を固着する。

固着方法としては、内孔壁に該吸収材を筒状に接着して
も良いが内孔内に該吸収材を充填するのが簡単である。
超音波吸収材の材質としてはゴム、パラフイン、樹脂、
あるいはこれらとタングステン粉末、カーボン粉末等と
の混合物など超音波を吸収する物質を用いる。探触子は
被検査体に超音波を発射し、被検査体からの反射波を受
信する形式のものである。

溶接状態表示装置は、多くの場合は受信波形自体を見る
ために前記のごとくオシロスコープを用いるが、受信波
のパルス間隔の時間を表示するメーター、受信波の一定
高さ以上の波のパルス数を表示するメーター、あるいは
受信波形の記録計などを用いても良い。また、多重反射
波のエコー間隔を電気的に計測し、その値をデイジタル
的に表示させることもできる。しかして、本発明によれ
ば探触子により超音波を発射し、該探触子により反射波
を受信する場合には、探触子より発射された超音波は筒
状のウエーブガイドを経て環状に被検査体に入り、ナゲ
ツト径かウエーブガイドの接触面の外径とはぼ同じかそ
れ以上であれば該ナゲツトを通過して被検査体の外面に
て反射し、再びウエーブガイドを経て探触子で受信され
、オシロスコープ等に表示され、その反射波のパルス間
隔は後述する第８図に示すごとく大きい。

一方、ナゲツト径がウエーブガイドの接触面の内径より
小さい場合には被検査体に入射した超音波は、ナゲツト
の外側の周囲に環状に入射し、ナゲツトには入射しない
ので、ウエーブガイドを接触させている側の板の間での
み反射し、その反射波はウエーブガイドを経て探触子に
受信され、その反射波のパルス間隔は後述する第９図に
示すごとく小さい。またナゲツト径がウエーブガイドの
接触面の内径より大きく外径より小さい場合には、入射
波はナゲツト形成部分では前記のごとく被検査体の外面
にて反射し、ナゲツトの形成されていない部分では前記
のごとくウエーブガイドの接触している板の間のみで反
射し、両反射波ともに探触子で受信されるので、その波
形は前記のパルス間隔の大きい波と小さい波との重畳波
となり不規則な波形を呈する。したがつてウエーブガイ
ド内径とナゲツト径の大きさとの関連によつてその受信
波形が上記のごとく明隙に異なるので、スポツト溶接部
のナゲツトの大きさ、つまり溶接状態を簡単に検知する
ことができる。

しかして、上記の波形は前記超音波伝播経路長さＬを前
記の式で算州される範囲内に設定することによつて、鮮
明に検知、表示することができ、この範囲を外れる場合
には被検査体の１枚の板厚のみが１．４龍位以下という
薄い場合、不鮮明にしか検知、表示できない。

（実施例１、比較例１，２参照）また、上記ウエーブガ
イドにおいて、第５図に示すごとく、ウエーブガイドが
、その先端に向うにしたがつて次第にその断面積が小さ
くなる錐状体であると共に、超音波伝播部の先端部は円
筒状体、即ち凸状断面の壌状体６６により構成されてい
る構造のものとすることもできる。

このような構造とするときには、前記と同様の効果が得
られるほか、被検査体と接触する接触面６５が長期使用
により損傷又は摩耗した場合にも、この凸状断面の環状
体６６の先端部を、前記超音波伝播経路長さＬの範囲内
にあるように削除し、平滑な面とすることにより、容易
に、再び使用に供することができる。（実施例２参照）
また、前記ウエーブガイドにおいて、第６図に示すごと
く、前記筒状体の外壁にも超音波吸収材を配設して外部
超音波吸収部を設ける場合には、前記と同様の効果が得
られるほか、超音波伝播部としての該筒状体の中での乱
反射を効果的に防止することができ、より精度の高い検
知、表示をすることができるこの超音波吸収材は前記し
たものと同様のものを用いる。

（実施例３参照）さらに、前記ウエーブガイドにおいて
、第７図に示すごとく、該ウエーブガイドの外壁を先端
に向つて縮少する円錐状体をなすと共に、内部超音波吸
収部を構成する内孔をその先端に向つて拡開する円錐状
体となし、上記内孔の円錐状態はその対向する内壁面に
よつて形成される内孔円錐角αが下記の範囲にあり、ま
た上記外壁の円錐状態はその対向する外壁面によつて形
成される外壁円錐角βが下記の範囲内にあるように構成
した場合には、溶接部の多重反射波をより一層鮮明に受
信、表示させることができる。

内孔円錐角α−９０±１０度 外壁円錐角β≧１８０−α度 このような効果が得られるのは、次のような理由による
ものと考えられる。

即ち、本ウエーブガイドは上記のように構成されている
ので、第７図に示すごとく、振動子１０１からパルスが
発信されたとき、およびウエーブガイドの超音波伝播経
路中において往復反射が生じて数多くの反射波パルスが
発生したとき、ウエーブガイドの円錐状内孔６４３に衝
突した波のうち、その僅かなエネルギー成分を有する反
射波ＲＷが前記円錐状内孔６４３の円錐状壁面６４３Ａ
で反射させられたとしても、その反射波ＲＷは、内孔壁
の内孔円錐角αが８０ないし１００度であるためウエー
ブガイドの軸線に対して直角方向外方に伝播する。

また一方、ウエーブガイドの外壁の外壁円錐角βも８０
度以上に設定されているので、該反射波ＲＷはガイドの
軸線に対し斜め上方に広がる態様に反射、伝播する。し
たかつて、ガイドの円錐状内孔の壁面６４３Ａで反射し
た波は、振動子１０１に直接到達することなく、ガイド
の側部へ反射、伝播させられ、減衰させられる。

それ故、ガイドの超音波伝播経路の長さＬを前記の条件
内で一層小さくした場合においても、溶接部の多重反射
波は前記壁面間の反射波により妨害されることはなく、
これを鮮明に受信し、表示させることができるのである
。（実施例４参照）実施例 １ 以下に、本発明のウエーブガイドを用い、二枚の鋼板を
スポツト溶接したものを被検査体として、その溶接部の
検査を行なつた本発明の実施例につき第２図ないし第４
図および第８図、９図により説明する。

第２図および第３図に示すごとく、ウエーブガイド６は
円錐筒部６２の上方に探触子の先端部を嵌合固定するた
めの凹所６１を有し、その内孔６４は下方に広がる円錐
状で、該内孔６４内にはパラフインと炭素粉との混合物
よりなる超音波吸収材６３を充填する。

そして上記円錐筒部６２が超音波伝播部を成す。吸収材
の充填に当つては、上記混合物の粉末を内孔６４内に少
量入れて、該粉末を加熱溶解し、冷却後再びその上に少
量の上記粉末を入れ同様に加熱溶解して充填する方法を
とり、該吸収材６３をガイド内孔壁と密着せしめて充填
した。ウエーベガイドの探触子との接続面６１２とウエ
ーブガイド先端面６５との間の軸方向長さは２．１５７
ｎｍとした。即ち、超音波伝播経路長さＬが４．３ｍ１
のウエーブガイドを作製した。ウエーブガイド６の探触
子１への固定は、第４図に示すごとくガイド６の前記凹
所６１内に探触子１の先端部を嵌入し、その先端面１１
と接続面６１２とを両面の間に超音波接触媒体としての
微少のマシン油を介在せしめて密接させると共に、上記
先端部側面は上記凹所６１の内壁６１１により挟持する
。上記探触子１は、その先端に振動子１０１を有する。
またガイド６はアクリル樹脂により作成し、探触子は周
波数５メガヘルツ（ＭＨｚ）の高分解能パルスを発信で
きるものを用いた。

ガイド６の円錐筒部６２の接触面６５における外径Ａは
５．８ｍ７！Ｌ、内径Ｂは４．４ｍ１Ｌ、接触子１に面
する側の内径Ｃは１龍、探触子１の先端部の外径は１３
ｍｍであつた。被検査体３は厚さ１．４ｍｍの鋼板３１
，３２を径６ｍｕの電極チツプにてスポツト溶接したも
のである。超音波伝播経路長さＬを４．３關としたのは
次の計算による。即ち、上記アクリル樹脂は、音速２７
００ｍ／秒の伝播速度を有している。そのため、波長λ
は〔２７００Ｘ１０３（ｍ／秒）〕÷〔５Ｘ１０６（１
／秒）〕＝０．５４關となる。前記整数値ｎとしては８
を採用した。その結果、超音波伝播経路長さＬは、８Ｘ
０．５４＋０．２×０．５４一４．４２８ｍ７１Ｌと、
８Ｘ０．５４−０．２Ｘ０．５４＝４．２１２ｍｍとの
間で選定すれば良いこととなる。そこで、本例では、こ
の長さＬを４．３ｍ７！Ｌとした。検査に当つては、被
検査体３において溶接により生じた凹所の表面４３に、
探触子１を固定したウエーブガイド６の接触面６５を微
少量のマシン油を介在させて接触せしめ、探触子１より
超音波を発射せしめ、該波をウエーブガイド６を経て被
検査体３に入射させ、被検査体３からの反射波を該ガイ
ド６を経て探触子１により受信し、第１図に示すごとき
、表示装置としてのオシロスコープ２に波形２１を表示
させる。測定の結果は次のようであつた。

１−ａ） 被検査体３の溶接部が上記ガイドの接触面６
５の外径Ａと同じかそれより大きい径Ｄ（例えば６．３
１Ｅｍ）を有するナゲツト４１を形成しているとき。

この場合上記超音波は、ガイド６の壌状の接触面６５よ
り被検査体３の板３１内に上記表面４３より該接触面６
５と同じ形状の環状に入射し、入射波はナゲツト４１を
通過して板３２内に入り該板３２の溶接部凹所表面４４
にて反射し、該反射波の多くは上記入射波と同じ経路を
経て探触子１にて受信される。

また上記反射波の一部は板３１の前記表面４３にて再び
反射して該表面４３と板３２の前記表面４４との間で多
重反射を起し、その反射波も、同様にガイド６を経て探
触子１に受信される。上記検査において受信された反射
波はオシロスコープ上に第８図に示すごとき波形を表示
する。

第８図は横軸が時間（マイクロ秒）、縦軸がオシロスコ
ープ上の反射波高さである（後述する第９図も同じ）。
第８図において、波Ｔは、探触子１から発信された送信
パルス、波Ｓ１はウエーブガィド先端の接触面６５から
の第１回目の反射波、すなわちウエーブガイドの伝播経
路を１往復した反射波である。

また、Ｓ２，Ｓ３およびＳ４はそれぞれ伝播経路を２，
３および４往復した反射波である。なお、ウエーブガイ
ド６内における反射波はガイド６自身および内孔６４内
に充填した超音波吸収材６３により吸収され、被検査体
３からの多重反射波７３の表示を妨害していない。

１−ｂ） 溶接部が、ガイド６の接触面６５の内径Ｂよ
り小さい径Ｅ（例えは４．０ｍｕ）のナゲツト４２を形
成しているとき。

この場合、前記のごとく板３１内に入射した超音波は、
ナゲツト４２の外側にのみ入射されるので板３２には達
せず板３１の上下表面においてのみ多重反射を起し、そ
の受信波は第９図に示すごとき波形を有し、第８図に説
明したと同様の波Ｔ，Ｓｌ，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４とともに
、板３１内の多重反射波７４を示す。

１−ｃ） 溶接部がガイド６の接触面６５の外径Ａより
小さく内径Ｂより大なる径（例えば５ｍ１Ｌ）のナゲツ
トを形成しているとき。

この場合、受信波は前記多重反射波７３と７４との重畳
反射波となり、その波形は複雑である。

しかして、上記において、多重反射波７３と７４とはそ
のパルス間隔（秒）が異なり、溶接良好な大きなナゲツ
ト４１を形成しているときに得られる波７３のパルス間
隔ｔ１は、溶接不良な小さなナゲツト４２を形成してい
るときに得られる波７４のパルス間隔Ｔ２の約２倍の値
を有する。この間隔ｔ１は板３１の前記表面４３と板３
２の前記表面４４との間て生ずる多重反射波のパルス間
隔であり、間隔Ｔ２は板３１の前記表面４３と、該板３
１の板３２と対向する面との間で生ずる多重反射波のパ
ルス間隔である。上記のごとく本実施例によれば、被検
査体からの反射波は溶接部ナゲツトの大きさに対応した
波形を示すので、溶接状態を簡単に知ることができ、パ
ルス間隔が前記Ｔ２のごとく小であるときには溶接不合
格とするなどの検査を簡単に行なうことができる。また
ウエーブガイド６の内孔６４を、前記のごとく円錐状と
すると共に、探触子１に面する側の径を小さくしたので
、探触子１から発射される超音波の高エネルギーの部分
を被検査体３に入射させることができる。

さらにウエーブガイド６の超音波伝播部６２の外形を、
その接触面６５側の外径が小である円錐状に作成したの
で、電極チツプの径より大なる先端面を有する探触子で
あつても容易に超音波を被検査体に入射することができ
る。

また探触子１はガイド６に固定し、被検査体と接触する
のはガイド６であるので、探触子先端面が損傷すること
はなく、またガイド６は探触子１に嵌合固定してあるの
みであるからガイド６が損傷してもこれを別の新しいガ
イドと容易に交換し得る。

なお、ガイド６内における反射波は、これを前記のごと
くその内孔６４内の超音波吸収材によつて吸収させるこ
とができるので、被検査体からの多重反射波の表示を妨
害することがない。

また、探触子１へのガイド６の固定は、前記のごとくガ
イド６の上方に凹所６１を設けてこれに嵌合するのみで
なく、両者をネジ止め接着材等により固定することもで
きる。比較例 １ 超音波伝播経路長さＬが４．７ｍｍである外は、上記実
施例１に示したウエーブガイドと同様の構造を有するウ
エーブガイドを作製し、実施例１と同様の条件で溶接部
の検査を行なつた。

上記の超音波伝播経路長さＬは、前式における整数値ｎ
を８としたときの上限値４．４２８ｍｍ（５ｎを９とし
たときの下限値４。７５２７！Ｔｍとの間の長さを採用
したものである。

測定の結果を、第１２図および第１３図に、第８，９図
と同様にして示す。

第１２図は、前記実施例１の１−ａ）において示したと
同様の溶接状態のとき、第１３図は同じく１−ｂ）に示
したと同様の溶接状態のときの各波形である。上図より
知られるように、いずれの波形も溶接部から受信される
多重反射波の強度は強いが、しかし個々の多重反射波の
分解能が悪いことが分る。

すなわち、この場合は、上記の超音波伝播経路長さＬが
、波長λの整数倍でないために、探触子から発信された
第１の超音波パルスが溶接部に入射した後に、ウエーブ
ガイドの超音波伝播経路を往復反射して起る第２、第３
、第４等の反射波パルスが次々ど溶接部に入射され、こ
れらの不必要な数多くの入射波のそれぞれが溶接部にお
いて多重反射を起し、必要とする前記第１の超音波パル
スによる溶接部の多重反射に無秩序に重畳する。したが
つて、多重反射の分解能が悪くなるのである。このこと
は、溶接された板の厚みが薄くなるほどより顕著となる
。

つまり、多重反射波の一つ一つのパルス間隔（時間）が
一層短かくなるため、パルスの分離が一層悪くなるので
ある。これに対し、本発明にかかるウエーブガイドを用
いた装置は、前記第８，９図に示すごとく、鮮明な波形
を検知し、表示させることができ、優れた装置であるこ
とが分る。

比較例 ２ 次に、発明者らがすでに開発した従来のウエーブガイド
を用いて、実施例１と同様の条件で溶接部の検査を行な
つた。

この従来のウエーブガイドは、前述した第１７図に示し
たごとく、環状先端面６５Ａと探触子接続面６１２との
間の長さが１０ｎで、超音波伝播経路長さが２０ｍ７ｎ
という長いものである。上記の測定の結果を第１４図、
第１５図に第８，９図と同様にして示す。

第１４図は、前記実施例１の１−ａ）において示したと
同様の溶接状態のとき、第１５図は同じく１−ｂ）に示
したと同様の溶接状態のときの各波形である。

上図より知られるように、いずれの波形も溶接部から受
信される多重反射波の強度は非常に弱いことが分る。

このように、溶接部からの多重反射波の強度が極端に弱
いのは、高分解能パルスの探触子から発信されるパルス
強度がもともと弱いこと、さらには従来のウエーブガイ
ドは長い伝播経路を有するためにこの経路において必要
とする溶接部の多重反射波をも減衰させでしまうためで
ある。

このことは、溶接された板の厚みが薄くなるほど顕著と
なる。つまり溶接部の板厚が薄くなるほど一層優れた高
分解能パルスが必要となるため、受信される多重反射の
強度は更に一層弱くなるのである。また、上記した従来
のウエーブガイドを用い、かつ、普通の分解能のパルス
を発信する探触子を利用して、実施例１と同様の条件で
溶接部の検査を行なつたところ、溶接部の多重反射は互
いに重畳すると共に干渉し合つて全く分離せず、スポツ
ト溶接部の検査は不可能であつた。これに対し、本発明
にかかるウエーブガイドを用いた装置は、前記第８図、
第９図に示すごとく溶接部から受信される多重反射の強
度が強く、鮮明な波形を検知、表示させることができ、
優れた装置であることが分る。

実施例２ 第５図に示すごとく、被検査体と接触させる先端部の構
造とガイドの内孔形状が異なる外は、実施例１に示した
と同様のウエーブガイド６０２を作製し、実施例１と同
様の測定を行なつた。

該ウエーブガイドは、同図にその断面を示すごとく、上
記先端部を凸状断面の環状体６６となしたもので、その
凸状部は内径Ｇ、外径Ｆが高さＨの長さの間同じである
ように円筒状体に構成されている。なお、第３図と同じ
符号は同じ名称の部所であり、６２２は超音波伝播部、
６４２は超音波吸収材用内孔、６３２は超音波吸収材で
ある。本例においては、上記の先端部の内径Ｇは４．４
關、外径Ｆは５．８１！１７１Ｌ１超音波経路長さＬは
４．３龍、吸収材充填用内孔６４２の探触子接続側の内
径１は０．７Ｉ１とし（実施例１と同様）、凸状環状部
６６の高さＨは０．８龍とした。このウエーブガイドを
用いて、実施例１と同様の測定をしたところ、実施例１
に示したと同様の優れた波形の検知、表示を得ることが
できた。

実施例 ３第６図に示すごとく、筒状体としての円錐筒
部６２の外壁に外部超音波吸収部６７を設ける外は実施
例１と同様のウエーブガイド６０３を作製し、１０メガ
ヘルツの高分解能パルスを用い、実施例１と同様にして
測定した。

なお、被検査体は厚さ０．８７７！ｌの２枚の鋼板を実
施例１と同様にスポツトを溶接したものである。上記の
外部超音波吸収部６７の配設は、超音波吸収材としての
炭素粉と樹脂との混合物を、上記外壁に付着、固化させ
、その後機械加工により該吸収材の厚みを０．５ｍｍ程
度とすることにより行なつた。

このウエーブガイドを用いて、実施例１と同様の測定を
行なつたところ、被検査体の厚みが非常に薄いにも拘ら
ず、優れた検知、表示を得ることができた。

その波形を、実施例１において１−ａ）に示した場合と
同条件の場合について第１０図に、同じく１−ｂ）と同
条件の場合について第１１図に、第８，９図と同様にし
てそれぞれ示した。実施例 ４第７図に示すごとく、ウ
エーブガイドの下方に広がる円錐状内孔６４３の内孔円
錐角αを９０度外壁６５３の外壁円錐角βを９０度に設
定した外は、前記実施例１と同様のウェーブガード６０
４を作製し、１０ＭＨｚの高分解能パルスを用いて実施
例１と同様にして測定を行なつた。

ここに、超音波の波長λは０．２７ｎであり、ウエーブ
ガイドの超音波伝播経路の長さＬは、波長の１４倍、す
なわちＬ＝０．２７×１４±０．２×０．２７−３．７
８ｊ１±０．０５４から算出して、３。

８７ｎｍとした。

したがつて、接触面６５と探触子接続面６１２との間の
長さは１．９５龍である。また、ガイド先端部の内径Ｇ
は４．４ｍｍ、外径Ｆは５．８朋であり、ガイド６０４
に装着した探触子１はその先端部に高分解能超音波パル
スの送受信を行う外径６．３５ｍｍの振動子１０１が配
設されている。測定は、板厚０．７１ｆＬｍの２枚の鋼
板を実施例１と同様にスポツト溶接した被検査体につい
て行なつた。

その結果、被検査体の厚みが一層薄いにも拘らず、前記
実施例３において第１０図および第１１図に示したと同
様の、分解能の高い鮮明な多重反射波形を表示装置２の
ブラウン管上に表示させることができた。なお、上記α
ならびにβの値は、前記した範囲内において、実施例１
ないし３のガイドにも適用できるのは勿論である。

次に他の実施例として、第１６図に示すウエーブガイド
６０１は前記実施例１のガイド６の円錐状内孔６４を円
柱状内孔６４１となし、該内孔６４１内には円柱状のゴ
ム製超音波吸収材６３１を、接着材により固着したもの
で、本例は強い超音波を発射する探触子を用いる場合に
製作簡単な構造である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスポツト溶接検査装置の説明図、第２図
ないし第７図は本発明の実施例にかかるウニーブガイド
を示し、第２図は実施例１におけるウエーブガイドの斜
視図、第３図は第２図の線に沿う縦断面図、第４図は溶
接部の検査実施態様を示す断面図、第５図は実施例２の
、第６図は実施例３の、第７図は実施例４の各ウエーブ
ガイドの断面図、また第８図および第９図は実施例１の
、第１０図および第１１図は実施例３の、第１２図およ
び第１３図は比較例１の、第１４図および第１５図は比
較例２の各例における反射波の高さと時間との関係を示
す波形図、第１６図は本発明の他の実施例の、第１７図
は比較例２に示した従米の各ウエーブガイドの断面図で
ある。 １・・・・・・探触子、２・・・・・・表示装置、３・
・・・・・被検査体、４，４１，４２・・・・・・ナゲ
ツト、５１，５２・・・・・・多重反射波、６・・・・
・・ウエーブガイド、６１・・・・・・探触子接続用凹
所、６２・・・・・・筒状体、６３・・・・・・超音波
吸収材、６５・・・・・・接触面、６６・・・・・・凸
状断面壌状体、６７・・・・・・外部超音波吸収部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検査体からの反射波を受信すべき探触子と、上記
   反射波の波形、パルス間隔、パルス数等を表示すべき溶
   接状態表示装置と、上記探触子の先端に接続され上記反
   射波を上記被検査体から上記探触子に誘導するためのウ
   ェーブガイドとからなり、該ウェーブガイドは筒状体の
   超音波伝播部と該筒状体の内孔に超音波吸収材を充填し
   てなる内部超音波吸収部とよりなると共に上記超音波伝
   播部はその超音波伝播経路の長さが下式で算出される範
   囲にあることを特徴とするスポット溶接検査装置。 Ｌ＝ｎ・λ±０．２λ ここにｎは整数値、λは超音波の波長（ｍｍ）、Ｌは超
   音波伝播経路の長さ（ｍｍ）、２ ウェーブガイドは、
   その外壁が先端に向つて縮少する錐状体であると共に、
   超音波伝播部の先端部分は凸状断面の環状体により構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載のスポット溶接検査装置。 ３ ウェーブガイドは、その外壁に超音波吸収材を配設
   してなる外部超音波吸収部を有してなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のスポット溶接検査装置
   。 ４ ウェーブガイドは、その外壁が先端に向つて縮少す
   る円錐状態であると共にその内部超音波吸収部の内孔が
   先端に向つて拡開する円錐状態であり、上記内孔の円錐
   状態はその対向する内壁により形成される内孔円錐角α
   が下式で算出される範囲内にあり、また上記外壁の円錐
   状態はその対向する壁面によつて形成される外壁円錐角
   βが下式で算出される範囲内にあることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のスポット溶接検査装置。 内孔円錐角α＝９０±１０度外壁円錐角β≧１８０−α
   度