JPS6371640A - 直接観察が不可能な接合部の全裏波溶接の即時検査装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、全裏波溶接の即時検査装置に関し。

更に詳細には、直接［６ができない接合部の溶接を検査
することに関するものである。本発明に係る装置は、特
に実質的に閉じた部材上の溶接又は長くかつ細い径の２
本の管の溶接の検査を意図したものである。

（従来の技術） 全裏波溶接による組立においては、溶接部の背後に、例
えばＴＩＧ又はＭＩＧ溶接の場合、光を発する溶融浴が
形成され、あるいは電子ビーム又はレーザビームによる
溶接の場合、高程度又は低程度にイオン化された金属蒸
気で構成されかつ微細な溶融金属滴が任意に付随した、
輝き又は明るいプラズマが形成される。溶接中にこれら
の現象を確立することで、組立られる部材をその全厚さ
に渡って溶融領域で確実に覆うことができる。

全裏波溶接の即時検査装置は、それ自体周知の方法の、
溶接点に対する溶接ビードの背後における光の強度を検
出する光電手段、前記検出手段によって供給される電気
信号の処理手段及び信号手段からなっている。

光電検出器と光学処理手段を含む箱体によって構成され
る検出手段が知られている。これはかさの大きい検出手
段で、溶接ビードの背後が容易に観察できるときにのみ
使用されるものである。

また、フォトダイオードのグループから構成された検出
手段と、１つのフォトダイオードに接続された光ファイ
バのグループによって構成された検出手段も知られてい
る。これら２つの周知の検出手段において、フォトダイ
オードのグループと光ファイバのグループが円周上の光
信号を検出するように配置されている。これら周知の検
出手段において、各フォトダイオード又は光ファイバは
、実質的に無指向性の検出器を構成している。全体の溶
接ビードを観察するには、多くのフォトダイオード又は
光ファイバが必要になる。このように、これらの検出手
段は、かさが大きく、従って、単に直接ａ察が困難にな
り得る接合部の全裏波溶接の検査には使用することがで
きない。

（発明の目的） 本発明の目的は、直接観察ができないか、若しくは田型
を伴ってのみ可能な接合部の場合の、全裏波溶接の即時
的チェック又は検査を可能にすることにある。

（発明の構成） この目的は、光電検出器と、端部が溶接ビードのランダ
ムな点からの光信号を受光するようにカットされた１本
の光ファイバとからなる検出手段を使用することによっ
て達成される。

更に詳細には、本発明は、全裏波溶接の即時的チェック
又は検査のための装置に関し、それは直接観察ができな
い接合部に対して好適であり、溶接ビードの背後からの
光信号を検出する光電検出手段と、処理手段及び信号手
段とから構成され、光電検出手段は、光電検出器と光フ
ァイバとを含み、光ファイバは、その一端が前記検出器
に接続され、他端は円錐形状にカットされて溶接ビード
の背後付近に配置される。

好適な実施例によれば、光ファイバの円錐端の角度は、
光ファイバが静的に保持されたとき、全溶接ビードが光
電検出器の視野に入るような角度になっている。その円
錐の角度は２５°乃至４５″′の間が好ましい。

好適な実施例によれば、光ファイバは、少なくとも部分
的に外被に覆われている。その外被は延性材料でできて
いるのが有利であり、それは光ファイバの保護と機械的
支持を同時に与えるものである。

好適な態様において、処理手段は、検出された光信号強
度の関数である溶接ビーム強度の制御信号を溶接手段に
供給する。これは溶接ビームを制御し、溶接の全裏波ビ
ードを確実にもたらす。

（実施例） 以下、非限定的な実施例と添付図面に関連して本発明を
より詳細に説明する。

第１図は、本発明によるチェック又は検査装置を装備し
た溶接システムを図式的に示したものである。高性能圧
力装置のパルスレーザビームによる溶接の場合が例示的
に示されている。しかしながら、本発明による検査装置
は、溶接手段の性質に結び付けられるものではなく、実
際いかなる周知の手段とも組合せることができ、特に電
子ビームによる溶接＋　ＴＩＧ、ＭＩＧ又はＭＡＧ溶接
と組合せ得ることは明らかである。

溶接部材は、ベース２と受液管４からなり、その２つの
部材は大体ベースを備えた中空シリンダの形状をしてい
る。受液管４は小間口６を有する。

溶接された２つの部材の組立体は閉じた中空シリンダを
形成している。

レーザビームによる溶接の場合、溶接される２つの部材
は、溶接包囲体１０内の不活性雰囲気中に配置された支
持体８上に置かれる。溶接手段１４から供給されるレー
ザビーム１２は溶接包囲体の外から小窓１６を透過して
中に照射される。溶接手段は固定されている。２つの部
材間の全接合部の溶接は、部材を重置軸線の周りに回転
させることにより達成される。この回転は、支持体８の
上部分を構成する回転板１８により行なわれる。

溶接のチェック又は検査装置は、光電検出手段２０、処
理手段２２及び信号手段２４からからなっている。検出
手段２０は、溶接包囲体１０内に配置され。

溶接包囲体１０の壁を貫通する電気的結線２６により処
理手段２２に接続されている。処理手段２２は増幅器２
８とそれに続くサーボ制御手段３０とから構成され、サ
ーボ制御手段３０は、接合部の背後で検出された光信号
の関数としての溶接手段１４のビームのパワーを、チャ
ンネル３２を介して制御するものである。信号手段２４
は、ディスプレイ手段３４（プロットテーブル、スクリ
ーン等）及び記録手段３６から構成することができる。

これらの手段は、検出された光信号に対応する第１の電
気信号と、溶接ビームの強度に対応する第２の電気信号
を同時的に受信する。この第２の信号は溶接手段からチ
ャンネル３８を介して処理手段２２に供給される。

本発明によれば、検出手段２０は、光電検出器４０と単
一の光ファイバ４２とからなる。光ファイバは、鞘又は
ケーシングによって被覆することにより機械的作用（ス
パッタリング、金属蒸気、溶融金属滴等）から保護され
ることが好ましい。鞘は延性材料、例えばステンレスス
チール又は銅から作製されるのが有利である。このこと
は、他の特別な固定装置を使用せずに、光ファイバが正
確に決められた経路に従い、最適位置に留まるように光
ファイバを形造ることができるからである。

その結果１本発明による光検出手段は、寸法的に細いと
いう利点から、直接観察の観点では近づけない、又は近
づくことが困難な領域への到達を可能にする大きな柔軟
性を持っている。

本発明によれば、接合部の背後で光信号を受光する光フ
ァイバの端部は円錐形状にカットされている。この円錐
角度は、視野４３の光学窓を定め。

溶接に起因しかつそれがファイバの端部を破壊するか若
しくは単に測定を乱すような機械的若しくは熱的作用が
達する範囲外にファイバを配置することを可能にするも
のである。

ファイバの長さは、光電検出器４０を溶接領域から移動
させるに十分であり、従って光電検出器は溶接作業の邪
魔にはならず、またその動作は環境（電界又は磁界、熱
、溶接雰囲気等）により妨げられることはない。

第２図は、光検出手段の長手方向断面を示したものであ
る。例えばフォトダイオードから構成された光電検出器
４０は、絶縁材料４４によって保護され、円筒支持体４
６内に設置されている。光電検出器の光学検知部は光フ
ァイバの一端に面し、光ファイバは、その上方部分にお
いてカラー５０によって位置付けられた鞘４８により保
護されている。この上方部分は支持体５２内に含まれて
いる。光信号を受光する光ファイバの端部５６は、円錐
形状にカットされている。光検出手段の視野４３は前記
円錐の光学窓に依存している。

光電検出器の支持体４６と光ファイバの支持体５２とは
、協同連結手段５８を備えていることが好ましい。この
ことは、光ファイバの交換を可能にし、従って検査する
溶接部の形状に光検出手段を適合させることができるか
らである。

第１図は、溶接ビートの背後の観察が困難な場合を示し
ている。何故ならば溶接された部分が閉じた容積を構成
するからである。本発明による検査装置は、例えば非常
に長く、かつ小径の２本の管を溶接する場合でも有利に
使用することができる。先行技術の光検出手段では不可
能であった溶接ビードの背後の直接ＩＪＱは、本発明に
よる光検出手段を用いると何等困難を伴わない。全ての
場合に、光ファイバの端部は、その視野が溶接ビードの
全部の背後をカバーするように設置される。

光ファイバの円錐端における光学窓の角度は、視野を溶
接部の位置及び径の関数として適合させることができる
。

第３ａ、４ａ及び５８図は、それぞれ光ファイバ端の３
つの異なる形態を例示している。第３ｂ。

４ｂ及び５ｂ図は、それらの各ファイバに対応する伝達
パワーを、光信号の入射角の関数として示している。

第３ａ図では、光ファイバ４２０円錐端５６の円錐窓は
４０°である。第３ｂ図のグラフは、光ファイバによっ
て伝達される光強度を光ビームの入射角θの関数として
示しており、そして視野４３が大略入射角で３０°と４
５°の間にあることを示している。

機械的作用を避けるために必要な光ファイバの端部の溶
接スポットあるいは溶接点からの距離を考慮すると、約
２００ｍｍの直径を有する円形接合部上の溶接動作をチ
ェックするのに前記視野が適合している。

第４ａ図では、円錐端５６の光学窓は３０″である。

第４ｂ図の曲線は、その時の視野４３がおよそ入射角で
５０”　と６０°の間にあることを示している。そのよ
うな視野は、特に約１００ｍの直径を有する接合り上の
溶接をチェックするのに適している。

第５ａ図は光ファイバの極端な場合を示しており、その
ファイバの円錐端は１８０°の光学窓を持っている。こ
の場合の視野は、垂直な入射に中心があり、約３０″′
の円錐形である。このような円錐端の形状は例えばベー
スを小径の管上に溶接するとき重要になり得る。

第６ａ図は、ＹＡＧレーザ（イツトリウム・アルミニウ
ム・ガーネット半導体）により得られる溶接ビームの、
時間ｔの関数としてのエネルギーＥを示している。これ
はスポット溶接を含み、溶接はオーバラップしたスポッ
トの連続によって構成され、連続溶接を確実にするもの
である。

全裏波溶接の場合、レーザビームの各パルスに対して、
溶接部の背後でグラフ及び対応する光信号がある。光電
センサによって検出されるこの光信号の有無で、溶接ビ
ームの背後における溶接の状態を評価することができる
。

第６ｂ図は、レーザビームの強度に対応する、検出され
た光信号の強度を示したものである。

レーザパルス信号のスタートを溶接部の背後における光
信号のスタートから切り離すタイムラグ又は遅延は、溶
接裏波品質を表わしている。レーザビームパルス６０し
こ対しては、タイムラグΔＴ□は小さく、過剰溶は込み
が生じている。パルス６２に対しては、溶接ビームの背
後に光信号が現われておらず、従って溶は込み不足の状
態である。パルス６４に対しては、タイムラグΔＴ２は
正常な溶は込みを示している。最後に、パルス６６に対
するタイムラグΔＴ３は実質的にレーザパルスの持続時
間ΔＴと等しく、そこで全裏波が丁度到達したものであ
る。

第６ａ図及び第６ｂ図のクロノグラムは、溶接裏波品質
の詳細、起こり得る裏波欠陥及びその最初の溶接基準位
置からの座標を与える。それらは又、溶接点のオーバラ
ップがない状態で裏波が不適当と考えられる領域で、溶
接の修復が必要かどうかの決定を可能にするものである
。

検査装置の処理手段が溶接手段のパワーに対するサーボ
制御手段を構成する場合、第６ｂ図に示す信号が、溶接
手段のパワーの制御に用いられる。

このパワーは、レーザビームパルスのパルス６２及び６
６に対応する光信号の場合は増加し、またレーザビーム
のパルス６０に対応する光信号の場合は減少する。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、直接観察が不可
能か、若しくは非常に困難な閉じた容器内や細くかつ長
い管内の全溶接裏波を容易に検査することができ、又、
検出手段により得られた光信号を用いて溶接パワーを制
御し、確実な溶接を行なうため、全裏波溶接の信頼性を
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による検査装置の一実施例を図式的に
示す図、第２図は、同実施例の検出手段の構成図、第３
ａ図及び第３ｂ図は、それぞれ第１の実施例の光ファイ
バの端部及びその光伝達特性を示す図、第４ａ図及び第
４ｂ図は、それぞれ第２の実施例の光ファイバの端部及
びその光伝達特性を示す図、第５ａ図及び第５ｂ図は、
それぞれ第３の実施例の光ファイバの端部及びその光伝
達特性を示す図、第６ａ図及び第６ｂ図は、それぞれパ
ルスビームによる溶接の場合の溶接ビームの強度と、そ
のパルスビームの関数としての溶接部の背後における光
信号の強度を示す図である。 １４・・・溶接手段、　　２０・・・光電検出手段、２
２・・・処理手段、　　２４・・・信号手段、４０・・
・光電検出器、　４２・・・光ファイバ、４３・・・視
野、　４８・・・鞘、　５６・・・円錐端。 特許出願人　　コミサリア・ア・レネルジ・アトミック
ｄ ム−

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学的検出手段、処理手段及び信号手段から構成
   され、前記光学的検出手段は、光電検出器と光ファイバ
   とからなり、前記光ファイバは、一端が円錐形状に切断
   されて溶接ビードの背後に生ずる光を受光し、他端が前
   記光電検出器に接続されていることを特徴とする直接観
   察が不可能な接合部の全裏波溶接の即時検査装置。
2. （２）前記光ファイバの一端の円錐角度は、溶接される
   両部材によって定められる全接合部が、静的に保持され
   た前記ファイバの視野内に入るような角度であることを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の即時検査装
   置。
3. （３）前記光ファイバの一端の円錐角度が、２５°乃至
   ４５°の間であることを特徴とする特許請求の範囲第（
   １）項又は第（２）項記載の即時検査装置。
4. （４）前記光ファイバは、少なくともその一部が外被に
   覆われていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項乃至第（３）項のうちの一項に記載の即時検査装置。
5. （５）前記外被は、延性の材料から作製されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第（４）項記載の即時検査
   装置。
6. （６）前記処理手段は、検出された光信号の強度の関数
   としての溶接ビームの強度を制御するための信号を溶接
   手段に供給することを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項乃至第（５）項のうちの一項に記載の即時検査装置
   。