JPS5961569A - 溶込み状態検出装置 - 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】 本発明は母材間に形成される溶接部の溶込み状態を超音
波を利用して検出する検出装置に関する。

この稗の検出装置として従来、溶接部が形成される母材
表面に超音波探触子る配置し、先行する溶接トーチから
一定距離離れた後方の溶接部の溶込み状態を斜角探傷す
るようにしたものがある。

しかしこの従来の検出装置は、現に溶接作業が実施され
ている部分すなわち溶融状態にある溶接部から一定距離
後方の溶接部の溶込み状態を検出するものであることか
ら、超音波探傷によって溶込み不足が生、じていること
が検出されたときには、すでに当該溶接部と先行する溶
融状態にある溶接部との間にわたって溶込み不足を生じ
ていることになり、溶接条件の変更等の対応が’１４　
＜　１．Ｃる傾向にある。なお、溶込み不足を生じてい
るかどうかを検出することは、溶接構造物の強度を確保
する上で重要である。

さらに上記した従来の検出装置は、検出作業に際して水
、油等の接触媒質を介在させて母材上に配置させる必要
があることから、この媒質の送給装置を設けねばならず
、全体構成が複雑になるとともに、検査面すなわち母材
表面を平滑に研磨する必要があり、検出作業が面倒にな
りやすく、かつ探触子の母材表面の面粗さによる影響を
受け、検出値が不安定になりやすい。

なお上述した従来の検出装置において、溶接条件の変更
等の対応を早めるために、超音波探触子を溶接トーチと
ほぼ同じ位置に配置することが考えられるが、このよう
に構成した場合には、上述した接触媒質が溶暗部の高温
部に接触するので、当該高温部の脆化を招くおそれがあ
るとともに、溶接トーチから放射される熱を超音波探触
子が受けるので、この超音波探触子に損鶴を生じること
になり検出不能を招くことになる。

本発明はこのような従来技術における実情に鑑みてなさ
れたもので、その目的は、高込み不足を含む溶込み状態
を即時に検出することができ、接触媒質を９することな
く、かつ母材表面の研磨を必要とすることなく溶込み状
態を検出することのできる溶込み状ＱＭ検出装置を提供
することにある。

この目的を達成するために本発明は、溶圀部に超音波を
投射可能な超音波探触子が非接触型超音波１柴触子か区
なるとともに、この非接触型超音波探触子を溶接線方向
に沿って移動させる第１の手段と、当該非接触型超音波
探触子を溶接線方向と直交する方向に移動させる第２の
移動手段とを備え、非接触型超音波探触子を溶融状態に
ある溶接部の直下に配置可能にした構成にし′Ｃある。

以下、本発明の溶込み状態検出装置を図に基づいて説明
する。第１図は本発明の一実施例を示す構成概略図であ
る。同図におい冗、■、２は母材、３は現に溶接が実施
されている部分すなわち母料１．２間に形成される溶融
状態にある溶接部である。これらの母料１．２はＴ継手
を構成している。

４は溶接部３の直下に配置可能１よ非接触型超音波探触
子、５は超音波探傷装置６である。これらの探触子４及
び探傷装置５は、例えば電磁的超音波探傷手段によって
構成、しである。

この電磁的超音波探傷手段にあっては、探触子４が母材
２に磁界を与える直流電磁石と渦′１流を発生、受信す
る送受信コイルよりなり、探傷装置５が直流電源、パル
サー、増幅器等を有している。

そして、ＪＯＯ２０磁界が与えられた状態で探触子４の
送受信コイルを高周波でパルス的に励磁すると、母材２
０表面に渦電流が？ｉＵれ、フレミングの左手の法則に
基づく力（ローレンツ力）が母材２に働き、機械的変位
（超音波）が発生する。この超音波は母材２の表面より
垂直に伝搬し、欠陥あるいは母材２の底面で反射し、再
び表面に戻る。

超音波が表面へ戻って（ると、直流電磁石で与えられる
磁界中で母材２が機械的変位を生じることになり、フレ
ミングの右手の法則に基づく起電力が生じ渦電流が発生
する。渦電流が発生すると、その渦′１に流に応じた磁
界が発生することになり、この磁界を探触子４の送受信
コイルで電圧信号として受信する。

６は探触子４が固設され、Ｘ方向に移動可能な移動装置
、７は移動装置６の移動距離すなわち探触子４のＸ方向
の移動距離Ｘを検出し、電気信号として出力するＸ方向
位置検出器である。８は移動装置６及び位置検出器７が
載置される走行台、９は走行台８が固設され、溶接線方
向すなわち第１図の紙面と直交する方向に移動可能な走
行装置、１０は走行装置９が載置される支持台、１１は
支持台１０に固設され、走行装置９の移動距離すなわち
探触子４のＹ方向の移動距離を検出し、電気信号として
出力するＹ方向位置検出器である。また１２は溶接トー
チで、走行台８上に立設した保持腕１３によって保持さ
れている。

１４は記憶機能、比較機能、及び演算機能を具有する中
央処理装置（ＣＰＵ）で、上述した探傷装置５、Ｘ方向
位置検出器７、及びＹ方向位置検出器１１はこの中央処
理装置１４に接続しである。１５は中央処理装置１４に
接続した表示装置で、中央処理装置１４から出力される
信号に応じて点灯する第１の赤ランプ１６及び第２ｖ赤
ランプ１７と、所定の用紙に記録可能な記録器１８を具
備している。

ところで、第２図は探触子４に受信される超音波の反射
エコー量を縦軸に、探触子４の溶接線、に直交する方向
であるＸ方向の位置を横軸にとった波形図である。なお
、この第２図における位ＭＡ〜Ｅは、第１図に示した位
１ＪＡ−Ｅに対応している。またこれらの位置Ａ−Ｅの
うち、位置Ａは移動装置６のＸ方向の移動開始時におけ
る探触子４の中心位置を示しており、位置Ｂは母材２の
第１図の図示左方端部の位置を示しており、位置Ｃは溶
接部３の溶接トーチ１２に近い側の端部け）位置を示し
て桓り、位置りは溶接部３の溶接トーチ１２から遠い側
の端部り位置を示しており、位置Ｅは移動装置６の移・
動限界位置を示している。この第２図に示すように、探
触子４を位置Ａから位置Ｅの間で移動させると、浴接部
３の近傍において反射エコー量の変化が認められる。そ
して、特に探触子４が第１図の右方［争に移動する場合
で位＃Ｃに近づくときは、この探触子４によって受信さ
れる反射エコー量は減少傾向となり、また探触子４が同
第１図の右方向に移動する場合で位ｉＤに近づくときは
、この探触子４によって受信される反射エコー量は増加
傾向となる。これは探触子４を介して母材２に発生する
超音波が溶接部３０部分では透過し、溶接部３以外の部
分では母材２の底面（第１図の図示上面）で反射するた
めである。なお、探触子４が第１図の左方向に移動する
場合で位置りに近づくとき、及び位置Ｃに近づくときは
、その反射エコー量はそれぞれ上述とは逆に、減少傾向
及び増加傾向となる。上記した一実施例における溶込み
状態の検出は、この第２図に示す反射エコー量の変化を
利用しておこなうものである。

なお、溶込み状態あ検出に先立って、望まい・溶接部３
に係る第２図の波形図を求め、その波形図から得られた
位置Ｃに相応する反射エコーの所定量と、位置りに相応
する反射エコーの所定量とを中央処理装置１４に記憶さ
せておく。またこの中央処理装置１４には位置Ａから位
ＷＢに至る距離ＸＡ、と、位置Ａから位ＷＥに至る距離
Ｘ４．をあらかじめ記憶させるとともＫ、位置Ｂから母
材１０）第１図の図示左方表面に至る距離Ｌ１と、望ま
しいだ接部３を与える脚長Ｌ２及び溶込み量り、とをあ
らかじめ記憶させておく。さらにこの中央処理装置１４
には、溶接トーチ１２によって形成される溶接部３の溶
接線の始端から終端までの距離に相応する走行装置９（
すなわち探触子４）の移動距離Ｙ、が設定される。また
・、表示装置１５を構成する第１の赤う゛ンプ１６は、
溶接部３の脚長があらかじめ設定されるり、に満たない
ときに点灯し、第２の赤ランプ１７は、溶接部３の溶込
み量があらかじめ設定されるり、に満だないときに点灯
するようにしである。

このように構成しである一実施例にあっては、溶接部３
の溶込み状豐の検出は例えば第３図に示すフローチャー
トの手順に従っておこなわれる。

なお、第１図に示す状態を移動装置６の移動開始前の状
態とし、最初にこの移動装置６を同第１図の右方向に移
動させるものとする。そして探触子４の中心位・置が位
置Ｅに至ったときに、この移動装置６の移動方向を変え
て左方向に移動させ、探触子４の中心位置が位置Ｂに至
ったときに再びこの移動装置６の移動方向を変えて右方
向に移動させ、以降は位置Ｅと位置Ｂとの間で同様の反
復動作を順次くり返すものとする。

はじめに第３図の手順５０に示すように、溶接トーチ１
２によって溶接作業を開始するとともに、走行装置９を
溶接線方向すなわちＹ方向に移動させ、移動装置６を溶
接線に直交する方向すなわちＸ方向に移動させる。次に
手順５１に移り、走行装置９の移動距離すなわち探触子
４の移動距離ＹがＹ方向位置検出器１１によって検出さ
れ、移動装置６の移動距離すなわち探触子４の移動距離
ＸがＸ方向位置検出器７によって検出され、それぞれ距
離Ｘ、Ｙに相当する信号が中央処理装！　１４　Ｋ出力
される。

次に手順５２に移り、中央処理装置１４で、走行装置９
の移動距離Ｙと、あらかじめ設定した溶接線の終端位置
までの移動距離Ｙ１との比較がお゛こなわれる。この場
合−１ｙ　＜　ｙ、を満足するときは、溶接トーチ１２
が終端位１ｕに至っていない状態であり、手順５３に移
る。この手順５３では、移動装置６の移動方向の判別、
すなわち移動装置６の移動距離Ｘが増加する方向か否か
の判別が、Ｘ方向位置検出器７から出力される信号に基
づいて中央処理装置１４でおこなわれる。この場合、第
１図の位置Ａに移動装置６が位置するときを移動前の状
態と定めたことから、この移動装置６が同第１図の右方
向に移動するときが、移動距離Ｘが増加する傾向に相応
し１．同第１図の左方向に移動するときが減少する傾向
に相応する。そして、手順５３でＸは増加傾向であると
判別されたときは手順５４に移る。

手順５４では、移動装置６−上の探触子４の中心位置が
移動限界位置である位ｉＥに至っていないかどうか、す
なわち、Ｘ＜Ｘ□を満足するかどうかの判別がおこなわ
れる。そして、Ｘ＜ＸＡｍを満足する場合には、移動装
置６が移動限界位置に至っていない状態であり、手順５
５に移る。手順５５では、移動装置６上の探触子４の中
心位置が位置Ｂに至ったかどうかの判別、すなわちＸ≧
Ｘ、、を満足するかどうかの判別がおこなわれ、満足さ
れないときは上述の手順５１に戻る。そして満足された
とき「 は手順５６に移る。手順５６においては、中央処理装置
１４に探傷装置５の検出信号が入力されていないかどう
かの確認がおこなわれる。この場合、探傷装置５が作動
していないときは手順５７に移り、中央処理装置１４か
らの信号によって探傷装置５を作動させることがおこな
われ、超音波探傷が開始される。この手順５７の後、及
び上記の手順５６で探傷装置５が作動していると確認さ
れた場合には手順５８に移る。手順５８では移動装置６
の移動距離Ｘと、あらかじめ中央処理装置１４に設定し
である距離ＸＡｍと距離り、との和との比較がおこなわ
れる。ここで、Ｘ≦ＸＡｍ　＋　”１が満足されるとき
は、探触子４の中心位置が第１図に示す母材１の左方表
面の直下を越えない位置にあり、手順５９に移る。

手順５９では、探触子４を介して探傷装置５によって得
られた反射エコー縫に相当する信号が、あらかじめ設定
した所定量に等しくなるまで減少したかどうかの判別が
中央処理装置１４でおこなわれる。この場合、等しくな
いときは手順５１に戻る。

また等しくなったときは、探触子４の中心位置が現にお
こなわれている溶接によって形成された浴。

融状前にある溶接部３の直下、特に溶接トーチ１２に近
い側に位置する溶接部３の端部の直下に至ったことを示
しており、手順６］Ｃ移る。

この手順６０では、中央処理装置１４でＬｔ　−（Ｘ−
ＸＡｌ　）　＝ＸＩ（１）の演算がおこなわれる。なお
この（１）式において、ｈ、ＸＡｌは前述したようにあ
らかじめ中央処理装置１４に設定される値であり、また
Ｘ−Ｘ、、は探触子４の中心位置の第１図に示す０月２
の左方端部からの距離を示しており、Ｌｌ（Ｘ　　Ｘ１
ｓ）は探触子４の中心位置の母材１の左方表面から同第
１図の左方向に向っての距離を示している。従って、糸
は現に形成されている溶接部３の脚長に相当する。

次に手順６１に移り、中央処理装置１４で凶とＬ滓満足
するかどらかの判別がおこなわれる。。ここで、Ｌ２は
前述したようにあらかじめ設定した望ましい溶接部３を
形成する脚長である。この判別が満足される場合は所望
の脚長が得られていることになり、手順５】に戻る。ま
たこの手順６１０判別が満足されない場合は脚長不足を
生じていることになり、手順６２に移る。この手順６２
では、中央処理装置１４から表示装置１５に信号が出力
され、これによって第１の赤ランプ１６が点灯する。従
って、現に形成されている溶接部３に脚長不足を生じた
ことが即時に識別できる。この手順６２の後、手順６３
に移る。

手順６３では、中°央処理装置１４から出力された信号
に応じて表示装置１５の記録器１８が作動し、走行装置
９の移動距離Ｙと、現に形成されている溶接部３の脚長
に相当する演算値Ｘ、とが所定の用紙に記録される。そ
の後は手順５１に戻る。

また上記した手順５８で、Ｘ≦ＸＡｍ　＋　Ｌｌが満足
されないとき′は、探触子４の中心位置が第１図に示す
母材１の左方表面の直下よりも・同第１図の右方に位置
していることになり、手）＠６４に移る。手順６４では
、中央処理装置１４において、探傷装ｆ５によって得ら
れた増加傾向の反射工゛コー量が、あらかじめ設定した
所定量に、奪しくなったかどうかの判別がおこなわれる
。この場合、等しくないときは手順５１に戻る。そして
等しくなったときには、探触子４の中心位置が溶接トー
チ１２に遠い側に位置する溶接部３の端部の直下に至っ
たことを示しており、手順６５に移る。

そしてこの手順６５では、中央処理装置ｆ　１４で、ｘ
−（ｘ□＋Ｌ＋　）　＝　Ｘｔ　　　　　（２）の演算
がおこなわれる。なおこの（２）式において、ＸＡｍ　
＋　Ｌｌは探触子４の中心位置の、第１図に示す位置Ａ
から母材１の図示左方表面に至る距離を示しており、Ｘ
　−（Ｘ、、＋Ｌ、　）は探触子４の母材１の左方表面
から右方向忙向っての距離を示している。従って、Ｘ！
は現に形成されている溶接部３の溶込み量に相当する。

次に手順６６に移り、同中央処理装置１４で、Ｘ、≧Ｌ
３を満足するかどうかの判別がおこなわれる。ここで、
Ｌ、は前述したようにあらかじめ設定した望ましい溶接
部３を形成する溶込み量である。この判別が満足される
場合は所定の溶込み量が得られていることになり手順５
１に戻る。またこの手順６６偽 の判別が満足されない場合には、溶込み不足を生じてい
ることになり、手順６７に移る。この手順６７では、中
央処理装置１４から表示装置壁に信号が出力され、これ
によって第２の赤ランプ１７が点灯する。従って、現に
形成されている溶、接部３に溶込み不足を生じたことが
即時に識別できる。この手順６７の後、手順６８に移る
。手順６８では、中央処理装置１４から出力された信号
に応じて表示装置１５の記録器Ｉ８が作動し、走行装ｊ
ｔ　９のＹ方向の距離Ｙと、現に形成されている溶接部
３の溶込み量に相当する演算値Ｘｔとが所定の用紙に記
録される。その後は手順５１に戻る。

また上述した手順５４で、Ｘ　＜　Ｘ、、が満足されな
い場合、すなわち探触子４の中心位置が位置Ｅに至り、
移動装置６が移動限界位置まで移動したときは手順６９
に移り、中央処理装置１４がらの信号によって移動装置
６は今までの右方向の移動をやめて第１図の左方向に移
動をはじめる。この手順６９の後は手順５１に戻る。

また上述した手順５３で、Ｘが増加傾向にないことが判
別されたとき、すなわち第１図の左方向に移動装置６が
移動していると中央処理装置１４で判別されたときは、
手順７０に移る。この手順’７０では、中央処理装置°
１４でＸ＞Ｘ、、を満足するかどうかの判別すなわち探
触子４の中央位置が位置Ｂに一致する位置まで移動装置
６が戻ったかどうかの判別がおこなわれ、Ｘ＞Ｘ、、を
満足するとき、すなわち移動装置６が戻っていないとき
には、手順７１に移る。

手順７１では、移動装置ｆｔ６の移動距Ｍ　Ｘと、あら
かじめ中央処理装置１４に設定しである距＃Ｘａｍと距
離り、との和との比較がおこなわれる。ここで、Ｘ≦Ｘ
Ａ、＋Ｌ、が満足されないときは、探触子４の中心位置
が第１図の母材１の左方表面の直下よりも同第１図の右
方に位置するところまで移動装置６が戻ったことを示し
ており、手順７２に移る。手順７２では、探触子４を介
して得られる反射エコー量（この場合は移動装置６は戻
り動作であるため減少傾向となる）が、あらかじめ設定
しである第２図の位置りに相当する反射エコー量に等し
くなったかどうかの判別が中央処理装置１４でおこなわ
れる。この場合、等しり１工いときは手順５１に戻る。

そして等しくなったときは、探触子４の中心位置が溶接
トーチ１２に遠い側に位置する溶接部３の端部の直下に
至ったことを示しており、前述した手順６５に移る。な
お手順６５、ｆｉ６．６７．１″Ｊ８の動作は前述のと
おりであるので省略する。

また上記の手１１１Ｌ（７１で、Ｘ≦Ｘ、、＋Ｌ、が満
足されたときは、探触子４の中心位置が第１図の母材１
・の左方表面の直下よりも同第１図の左方に位置すると
ころまで移動装置６が戻ったことを示しており、手順７
３に移る。手順７３では、探触子４を介して得られる反
射エコー量（この場合は移動装置６は戻り動作であるた
め増加傾向となる）が、あらかじめ設定しである第２図
の位置Ｃに対応する反射エコー量に等しくなったかどう
かの判別が中央処理装置１４でおこなわれる。この場合
、等しくないときは手順５１に戻る。そして等しくなっ
たときは、探触子４の中心位置が溶接トーチ１２に近い
側に位置する溶接部３の端部の直下に至ったことを示し
ており、前述した手順６０に移る。なお、手順６０．６
１．６２．６３の動作は前述のとおりであるので省略す
る。

また上記した手順７０で、Ｘ＞ＸＡｌが満足されないと
きは、探触□子４の中心位置が第１図の位［Ｂに至った
ことを示しており、手順６９に移る。この手順６９では
、前述したように移動装置６の移動方接部３の溶込み状
態が探触子４を介して検出され、脚長不足が生じれば第
１の赤ランプ１６が点灯し、溶込み不足を生じれば第２
の赤ランプ１７が点灯スる。

そして、手順５２でＹ＜Ｙｌが満足されないとき、すな
わち溶接トーチ１２によって形成される溶接部３があら
かじめ設定される終端位置に至ったことが判別されたと
、きには手順７４に移り、溶接作業を終了させるととも
に、走行装置９及び移動装置６の移動を停止させる信号
、ならびに探傷装置５の作動を停止させる信号が中央処
理装置１４からそれぞれ対応する装置に出力され、超音
波探傷による検出作業が終了する。

なお上記実施例では、非接触型超音波探触子４と超音波
探傷装置５とを電磁的超音波探傷手段によって構成しで
あるが、これらの探触子４と探傷装置５はレーザ光を利
用した超音波探傷手段によって°構成することもできる
。

また上記実施例では、中央処理装置１４に接続して、赤
ランプ１６．１７及び記録器１８を具備する表示装置１
５を設けであるが、この表示装置１５は、溶接部３の脚
長に相当する演算値Ｘ１、溶込み量に相当する演算値為
、及び走行装置９（探触子４）の移動距離Ｙを表示する
ブラウン管等の映像手段を具備する構成にしてもよい。

また上記実施例では明示していないが、中央処理装置１
４に接続して警報音を発する警報装置を設け、脚長不足
、溶込み不足を生じたときに中央処理装置１４から警報
装置に信号を出力し、これによって警報音が発せられる
構成にしてもよい。

また、上記した溶接トーチ１２を自動溶接装置によって
構成する場合には、超音波探傷装置５から出力される電
気信号に応じて当該自動溶接装置をフィードバック制御
させるようにすることも可能である。

また上記実施例では、母材１．２によってＴ継手を構成
するようにしであるが、本発明はこのＴ継手における溶
込み状態の検出だけには限定されず、突合せ継手、かど
継手、重ね継手、当金継手等種々の継手形態においても
適用可能である。

本発明の溶込み状態検出装置は以上のように構成しであ
ることから、溶込み状態を即時に検出することかでき、
それ故、従来に比べて溶接条件の変更等に対する対応を
早めることができ、溶接作業能率が向上する効果がある
。また、接触媒質を要することなく溶込み状態を検出す
ることができるので、従来のような媒質の送給装置が不
要となり、全体の構成がｆＳ単になるとともに、接触媒
質が溶接トーチによって熱せられた母材の高温部に作用
することが１よいので当該高温部に脆化を生じることが
なく、十分な溶接強度を確保できる。さらに、母材表面
の研磨を必要とすることなく癖込み状態を検出できるこ
とから、検出作業が簡単になり、また母材表面の面粗さ
等による影響を受けることなく検出できることから安定
した検出性能５　が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶込み状態検出装置の一実施し１１を
示す構成概略図、第２図は第１図に示す超音波探触子に
受信される超音波の反射エコー量と画該超廿波探触子の
溶接線に直交する方向の位置との間係を示す波形図、第
３図は第１図に示す一実施例によっておこなわれる溶込
み状態の検出手順の一例を示すフローチャートである。 １．２・・・・・・母材、３・・・・・・溶接部、４・
・・・・・非接触型超音波探触子、５・・・・・・超音
波探傷装置、６・・・・・・移動装置、７′・・・・・
・Ｘ方向位置検出器、８・・・・・・走行台、９・・・
・・・走行装置、１０・・・・・・支持台、１１−・・
・・Ｙ方向位置検出器、１２・・・・・・溶接トーチ、
１３・・・・・・保持腕、１４・・・・・・中央処理装
置（ＣＰＵ）、１５・・・・・・表示装置、】６・・・
・・・第１の赤ランプ、１７・・・・・・第２の赤ラン
プ、１８・・・・・・記録器。 手続補正書（自発） 昭和５８年３月２８日 特許庁長官　若杉和夫　殿 ｌ、事件の表示 昭和５７年　特　計　願第１７０９８７号２、発明の名
称　　溶込み状態検出装飯３、　補正をする者 事件との関係　　　　出願人 ７、補正の対象 （１）明細書の第５頁、第７行の「起電力」から同第５
頁、第１１付の「受信する。」を、下記のように訂正す
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　母材間に形成される溶接部に超音波を投射可能な
   超音波探触子を−備え、超音波を利用して溶接部の高込
   み状態を検出する検出装置にお（・て、上記超音波探触
   子が非接触型超音波探触子力）らなるとともに、この非
   接触型超音波探触子を溶接線方向に沿って移動させる第
   １の移動手段と、該非接触型超音波探触子を溶接線方向
   と直交する方向に移動させる第２の移動手段とを備え、
   上記非接触型超音波探触子を溶融状態にある溶接部の直
   下に配置可能にしたことを特徴とする。溶込み状態検出
   装置。