KR20070051295A

KR20070051295A - 초음파에 의한 스폿 용접부의 평가 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20070051295A
Application number: KR1020077004957A
Authority: KR
Inventors: 하지메 다카다
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2007-05-17
Also published as: AU2005278316B2; CN100447566C; CN101010583A; WO2006025591A1; US7698944B2; CA2579671A1; JP4470655B2; AU2005278316A1; US20070240512A1; EP1801576A4; EP1801576A1; KR100885832B1; CA2579671C; JP2006071422A

Abstract

본 발명은 탐사 시간이, 단시간에 한정되는 측정이어도, 초음파 탐촉자의 위치와 스폿 용접부의 위치의 차이나, 초음파 탐촉자와 금속판의 접촉 상태에 영향을 미치지 않고, 신뢰성 높은 스폿 용접부의 건전성을 평가한다. 구체적으로는, 스폿 용접부 (2) 외측의 금속판 (1a, 1b) 의 복수의 송파 위치로부터 복수 방향을 향하여, 피검체의 표면을 따라 전파되는 초음파를 송파하여, 스폿 용접부의 외측 금속판의 복수의 수파 위치에 있어서, 전파 경로에 스폿 용접부를 포함하지 않는 피검체의 표면을 따라 전파되어 온 초음파, 및 전파 경로에 스폿 용접부를 포함하는 피검체의 표면을 따라 전파되어 온 초음파를 수파함으로써, 스폿 용접부의 건전성을 평가한다.

Description

초음파에 의한 스폿 용접부의 평가 방법 및 장치 {EVALUATION METHOD AND DEVICE FOR SPOT WELDED PORTION BY ULTRASONIC WAVE}

본 발명은 스폿 용접 (spot welding) 에 의해 형성되는 용접 금속부 (이하, 용접 응고 조직, 또는 너깃 (nugget) 이라고도 한다) 의 직경이나 건전성을, 초음파를 이용한 비파괴 수단으로 검사 (nondestructive inspection) 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근, 예를 들어 자동차 보디의 제조 공장 등에 있어서는, 스폿 용접부 (spot-weld) 의 검사를 현장에서 고능률적으로 실시할 수 있도록 하기 위해, 간편하게 실시할 수 있는 스폿 용접 검사 방법이 크게 요망되고 있다.

자동차의 보디는 수천 점에 달하는 스폿 용접에 의해 조립되어 있기 때문에, 스폿 용접의 양부(良否) 가 차체의 강도나 내구성에 직접 영향을 미치기 때문에, 스폿 용접이 적절하게 실시되고 있는지 아닌지를 검사하는 것은 매우 중요하다. 종래, 이러한 스폿 용접부의 검사 방법으로서, 스폿 용접된 금속판 사이로 정 (a cold chisel) 을 꽂아, 스폿 용접부가 박리되는지 아닌지를 확인함으로써 양부를 판정하는 정 검사를 하고 있다. 그러나, 정 검사를 하면 스폿 용접부가 균열되는 경우가 있기 때문에, 정 검사에 의해서는 스폿 용접의 양부를 정확하게 판정하 는 것이 곤란하다. 또, 정 검사에 의해 파괴된 스폿 용접부를 갖는 부재를 제품으로 이용하는 것은 불가능하기 때문에, 비용이 높아지는 문제가 있다.

그래서, 최근 초음파를 이용하여 스폿 용접부의 양부를 비파괴로 검사하는 장치 및 방법이 여러 가지 제안되고 있다.

예를 들어, 일본 공개특허공보 2000-146928호, 일본 공개특허공보 2002-131297호, 일본 공개특허공보 평11-2627호, 일본 공개특허공보 평6-265529호에는, 2 장의 판을 중첩하여 용접되어 제작되는 스폿 용접부의 양부의 평가를 위해서, 판면에 수직으로 초음파를 입사시켜 반사파를 검출하는 방법이나 장치가 개시되어 있다. 또, 일본 공개특허공보 소62-52456호에는 피검체 (test piece) 를 통하여 그 상하에 1 세트의 국부 수침 탐촉자 (immersion probe) 를 대향으로 배치하여 피검체를 수평 방향으로 이동시킴으로써, 송파측 국부 수침 탐촉자로부터 송파되는 초음파 빔에 의해 피검체의 스폿 용접부를 주사하고, 수파측 국부 수침 탐촉자에 의해 수파된 신호로부터 스폿 용접부 내의 흠집의 유무를 판정하는 초음파 탐상 장치가 개시되어 있다.

그러나, 이들 선행 기술에서는, 편판 형상의 피검체에 대하여 수직 방향으로 초음파를 송수파한다. 따라서, 도 10 에 예시하는 피검체의 스폿 용접부 (102) 에 형성되는 오목부 (dent;102b) 의 주위에 형성되는 경사면 (inclined surface;102c) 에 있어서, 초음파 빔을 효율적으로 피검체 내에 입사시킬 수 없기 때문에, 스폿 용접부 (102) 에 형성되는 너깃 (102a) 의 크기를 고정밀도로 검출하는 것이 어렵다는 문제가 있다.

즉, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 상판 (101a) 과 하판 (101b) 을 중첩하여 스폿 용접하면, 스폿 용접부 (102) 에는 상판 (101a) 와 하판 (101b) 의 접합부에 「너깃」 이라고 불리는 용접 응고 조직 (solidified structure;102a) 이 형성된다. 또, 스폿 용접에서는 도시하지 않은 전극 칩 (electrode tip) 에 의해 상판 (101a) 및 하판 (101b) 이 강압되기 때문에, 상판 (101a) 및 하판 (101b) 의 표면에는 전극 칩의 첨단부의 형상에 상당하는 오목부 (102b) 이 형성된다.

또한, 당해 오목부 (102b) 의 저면과 상판 (101a) 및 하판 (101b) 의 표면 사이에는, 원추 형상의 경사면 (102c) 이 형성된다. 용접이 정상적으로 실시된 경우, 상기 너깃 (102a) 의 직경은 용접에 사용되는 전극 칩의 직경보다 약간 크거나 동등한 정도가 된다. 오목부 (102b) 의 내경은 전극 칩의 첨단부의 형상이 모따기를 갖는 원주형으로 형성되어 있는 점에서, 전극 칩의 원주부의 직경보다 약간 작아진다. 따라서, 오목부 (102b) 의 내경은 너깃 (102a) 의 직경보다 약간 작아지는 것이 통상적이다. 용접이 정상적으로 실시되지 않은 경우에는, 너깃 직경이 정상적으로 용접된 경우에 비해 작아져, 강도 부족 등의 이상이 발생한다. 또한, 도면 중의 부호 S 는 너깃 (102a) 의 선단 (toe) 을 나타내고 있다. 여기서 선단이란, 상판 (101a), 또는 하판 (101b) 의 표리면과 용접 금속의 면이 교차하는 점이다.

이와 같이, 스폿 용접부 (102) 에는 오목부 (102b) 의 저면과 상판 (101a) 및 하판 (101b) 의 표면 사이에 원추 형상의 경사면 (102c) 이 형성되기 때문에, 상기 선행 기술에 관련되는 초음파 검사 장치와 같이, 초음파 빔을 피검체인 상판 (101a) 및 하판 (101b) 의 표면에 대하여 수직 방향으로 송수파하여 검사하면, 초음파가 경사면 (102c) 에서 반사되고, 피검체의 내부에 거의 전파되지 않기 때문에, 검사 부위로부터의 신호가 거의 얻어지지 않는다. 상기 기술한 바와 같이, 너깃 (102a) 의 크기는 전극 칩의 직경보다 약간 크거나 동등한 정도의 직경이 되기 때문에, 너깃 (102a) 의 선단 (S) 과 피검체에 형성되는 경사면 (102c) 은 거의 중첩되어 있다. 따라서, 초음파가 경사면 (102c) 에 있어서 반사되면, 너깃 선단 (S) 의 부근으로부터 정확한 신호를 잘 얻을 수 없게 되어, 정확한 너깃 직경의 판정 및 균열 등의 결함의 유무를 판정하는 것이 곤란해진다.

본원 발명자는 이미 일본 공개특허공보 2004-163210호에서, 복수의 금속판을 중첩시켜 용접하여 이루어지는 스폿 용접부의 초음파에 의한 평가 방법에 있어서, 스폿 용접부의 외측의 금속판에 스폿 용접부의 용접 금속을 향하여 램파 (Lamb Wave) 를 여기하고, 그 램파를 용접 금속에 투과시켜, 투과 후의 램파를 수신함으로써, 스폿 용접부의 건전성을 평가하는 것을 특징으로 하는 초음파에 의한 스폿 용접부의 평가 방법을 제안하였다. 이 발명에 의해, 스폿 용접부에 생성되는 오목부의 주위에 형성되는 경사면의 영향을 받지 않고 스폿 용접부의 평가를 실시하는 것에 성공하였다. 그러나, 일본 공개특허공보 2004-163210호에서는 2 개의 램파 탐촉자를 스폿 용접부를 협지시켜 서로 마주 보게 배치할 때, 2 개의 램파 탐촉자와 스폿 용접부의 위치 관계가 소정의 위치 관계로부터 어긋나면, 램파의 전파 경로가 스폿 용접부의 중심으로부터 어긋나기 때문에, 정확하게 스폿 용접부의 건전성을 평가할 수 없는 경우가 있다고 판명되었다. 이 문제는 측정 시간이 단시간에 한정되기 때문에, 램파 탐촉자와 스폿 용접부의 상대 위치의 조정을 충분히 실시할 수 없는 경우에 현저하게 발생한다.

여기에서 말하는 램파 (Lamb wave) 란, 판파 (plate wave) 라고도 하고, 박판 (금속판, 비금속판 중 어느 하나이어도 된다) 에 초음파를 특정한 입사각으로 비스듬하게 입사시킨 경우에 발생한다. 입사파의 굴절에 의해 박판 중에 생성된 경사 진행되는 세로파나 가로파가 박판의 표면 및 이면에 있어서 모드 변환을 수반하는 반사를 반복하면서 전파하여 간섭하는 결과, 박판이 판 두께 중심에 관하여 대칭, 또는 비대칭으로 변위하는 진행파가 생성된다. 이 진행파가 램파이다 (Joseph L. Rose, Ultrasonic waves in solid media, pp.101-126, Cambridge Univ Press, Cambridge, 1999 를 참조). 또한, 램파 탐촉자란, 박판에 램파를 여기시키기 위해서, 특정한 입사각으로 초음파를 박판에 입사시킬 수 있는 초음파 탐촉자이다. 또, 이 탐촉자를 램파의 수파에 이용하는 것이 가능하다.

또, 일본 공개특허공보 2004-163210호에 나타낸 방법을 이용하여 스폿 용접부의 건전성을 평가하고자 하는 경우에는, 일본 공개특허공보 2004-163210호의 청구항 3 에 나타낸 2 개의 주파수 f₁ 및 f₂ (f₁<f₂) 의 램파를 이용하여 투과한램파를 진폭 A₁ 및 A₂ 를 검출하여, 그들의 비 (A₂/A₁) 를 구하는 방법을 이용하지 않으면, 2 개의 램파 탐촉자와 금속판의 접촉 상태의 변화에 의해, 투과된 램파의 진폭이 변화하는 경우가 있기 때문에, 스폿 용접부의 건전성을 올바르게 평가할 수 없는 경우가 있다는 것도 판명되었다. 이 문제도, 측정 시간이 단시간으로 한정되 어, 램파 탐촉자와 금속판의 접촉 상태를 충분히 안정시킬 수 없는 경우에 현저하게 발생한다. 또한, 2 개의 주파수의 램파를 이용하는 경우에는, 램파의 통과 패스를 동일하게 할 필요를 비롯하여, 1 개의 램파 탐촉자의 내부에 2 개의 초음파 진동자를 전후로 나열하여 장착할 필요가 때문에, 램파 탐촉자가 대형화되는 것을 피할 수 없기 때문에, 좁은 장소에 있는 스폿 용접부의 평가가 어려운 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 미비를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 그 과제로 하는 것은 단시간 (예를 들어, 1 점당 5 초 이내.) 으로 한정되는 측정이어도, 초음파 탐촉자의 위치와 스폿 용접부 위치의 어긋남이나, 초음파 탐촉자와 금속판의 접촉 상태에 영향을 미치지 않고, 신뢰성이 높고 스폿 용접부의 건전성 (너깃의 유무, 너깃 직경, 용접 균열) 을 평가하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태의 구성을 나타내는 사시도이다.

도 2는 본 발명의 원리를 설명하기 위한, 초음파의 전파 경로를 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 원리를 설명하기 위한, 초음파의 전파 경로를 나타내는 평면도이다.

도 4는 스폿 용접부의 단면도이다.

도 5는 초음파 탐촉자와 스폿 용접부의 상대 위치가 최적인 경우의 매트릭스 표시의 예를 나타내는 설명도이다.

도 6A ∼ 도 6D는 초음파 탐촉자와 스폿 용접부의 상대 위치가 어긋난 경우의 매트릭스 표시의 예를 나타내는 설명도이다.

도 7은 본 발명을 실시하기 위한 장치의 예를 나타내는 일부 블록도를 포함하는 사시도이다.

도 8은 수파 초음파의 진폭의 보간 곡선을 나타내는 선도이다.

도 9A, 도 9B는 종래의 방법과 본 발명의 방법에 따른 측정 결과의 정밀도를 비교하여 나타내는 선도이다.

도 10은 스폿 용접부를 해설하기 위한 단면도이다.

도 11은 본 발명을 실시하기 위한 장치의 별도의 예를 나타내는 일부 블록도를 포함하는 사시도이다.

도 12는 본 발명의 다른 실시 형태의 구성을 나타내는 평면도이다.

도 13은 부드러운 부재를 개재시킨 곡면의 측정을 나타내는 단면도이다.

도 14A, 도 14B는 크랙이 있는 경우의 매트릭스 표시의 예를 크랙이 없는 경우와 대비하여 나타내는 도면이다.

(부호의 설명)

1a, 101a … 상판 1b, 101b … 하판

2, 102 … 스폿 용접부 2a, 102a … 너깃

2b … 용접 응고 조직 (용접 금속) 10, 20 … 초음파 탐촉자

11, 21 … 진동자 어레이 12, 22 … 수지 쐐기

13 … 실리콘 고무 15 … 송파 초음파 탐촉자

16 … 수파 초음파 탐촉자 25, 26 … 스위치 회로

30 … 초음파 송수신기 31, 131 … 게이트 수단

32, 132 … 피크치 검출 수단 33 … 처리 장치

34 … 표시기 111 … 초음파 송신기

121 … 초음파 수신기

발명의 개시

본 발명은 2 장 이상의 복수의 금속판을 중첩시켜 용접하여 이루어지는 스폿 용접부의 초음파에 의한 평가 방법에 있어서, 금속판 또는 스폿 용접부의 표면에 평행인 방향과 두께 방향에 의해 형성되는 단면 내를 전파하는 초음파를 피검체의 표면을 따라 전파되는 초음파라고 했을 때, 스폿 용접부의 외측 금속판의 복수의 송파 위치로부터 복수 방향을 향하여, 피검체의 표면을 따라 전파되는 초음파를 송파하여, 스폿 용접부 외측 금속판의 복수의 수파 위치에 있어서, 전파 경로에 스폿 용접부를 포함하지 않는 피검체의 표면을 따라 전파되어 온 초음파, 및 전파 경로에 스폿 용접부를 포함하는 피검체의 표면을 따라 전파되어 온 초음파를 수파하여, 상기 복수 위치에 있어서 수파되는 초음파로부터 스폿 용접부의 건전성을 평가함으로써, 상기 과제를 해결한 것이다.

또, 수파된 초음파의 진폭 (투과파 높이라고도 한다) 을 검출함으로써, 스폿 용접부의 너깃의 직경을 측정하도록 한 것이다.

본 발명은 또, 복수의 금속판을 중첩시켜 용접하여 이루어지는 스폿 용접부의 초음파에 의한 평가 장치에 있어서, 금속판 또는 스폿 용접부의 표면에 평행인 방향과 두께 방향에 의해 형성되는 단면 내를 전파하는 초음파를 피검체의 표면을 따라 전파되는 초음파라고 칭했을 때, 스폿 용접부의 외측 금속판의 복수의 송파 위치로부터 복수 방향을 향하여, 피검체의 표면을 따라 전파되는 초음파를 송파하는 수단과, 스폿 용접부 외측 금속판의 복수의 수파 위치에 있어서, 전파 경로에 스폿 용접부를 포함하지 않는 피검체의 표면을 따라 전파되어 온 초음파, 및 전파 경로에 스폿 용접부를 포함하는 피검체의 표면을 따라 전파되어 온 초음파를 수파하는 수단과, 상기 복수 위치에 있어서 수파된 초음파로부터 스폿 용접부의 건전성을 평가하는 수단을 구비함으로써, 상기 과제를 해결한 것이다.

또, 수파된 초음파의 진폭을 검출함으로써, 스폿 용접부의 너깃의 직경을 측정하도록 한 것이다.

또한, 각 송파 위치로부터 송파되고, 각 수파 위치에서 수파된 신호의 진폭을, 송파 위치와 수파 위치를 대응시킨 2 차원의 매트릭스로서 표시하는 표시 수단을 구비하도록 한 것이다.

그리고, 상기 표시 수단의 표시 결과에 기초하여, 상기 초음파를 송파하는 수단 및 상기 초음파를 수파하는 수단과 상기 스폿 용접부의 위치 관계를 조정하도록 하여, 초음파 탐촉자와 스폿 용접부의 위치 어긋남의 영향을 없애, 신뢰성 높은 건전성 평가를 할 수 있도록 한 것이다.

또, 전파 경로에 스폿 용접부를 포함하지 않는 피검체의 표면을 따라 전파되어 수파된 초음파의 진폭에 기초하여, 수파된 초음파에 의한 신호의 증폭도를 조정하도록 하여, 초음파 탐촉자와 금속판의 접촉 상태의 영향을 없애, 신뢰성 높은 건전성 평가를 할 수 있도록 한 것이다.

또, 복수의 송파 위치로부터 복수 방향을 향하여 피검체의 표면을 따라 전파 하는 초음파를 송파하는 수단을, 진동자 어레이 (probe array) 를 구비한 초음파 탐촉자 (ultrasonic probe) 로 한 것이다.

또, 복수의 수파 위치에 있어서 초음파를 수파하는 수단을, 진동자 어레이를 구비한 초음파 탐촉자로 한 것이다.

또, 진동자 어레이를 구비한 초음파 탐촉자가 금속판에 맞닿는 표면에, 유연하게 변형되는 부재를 부착한 것이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명한다.

이하, 2 장의 금속판이 접합되어 이루어지는 스폿 용접부의 평가를 예를 들어 설명한다. 2 장의 금속판의 상측의 판을 상판, 하측의 판을 하판이라고 한다. 본 발명에서는 도 1 에 나타내는 바와 같이, 진동자 어레이 (11) 를 구비한 초음파 탐촉자 (10) 와 진동자 어레이 (21) 를 구비한 초음파 탐촉자 (20) 를 상판 (1a) 상의 스폿 용접부 (2) 를 협지시킨 위치를 향해 맞추어 맞닿게 한다. 초음파 탐촉자 (10) 및 초음파 탐촉자 (20) 와 상판 (1a) 사이에는 적당한 접촉 매질을 개재시킨다. 예를 들어, 접촉 매질로서 글리세린, 글리세린 페이스트, 기계유, 알코올류, 물을 이용할 수 있다.

진동자 어레이 (11) 를 구비한 초음파 탐촉자 (10) 를 이용하여, 복수의 위치로부터 상판 (1a) 에 초음파를 송파한다. 초음파 탐촉자 (10) 는 수지 쐐기 (12) 에 진동자 어레이 (11) 가 부착된 구조를 갖고 있어, 개개의 진동자 어레이 (11) 로부터 송파된 초음파가 비스듬하게 상판 (1a) 에 입사된다. 상기 비스듬하게 입사된 초음파에 의해, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 상판 (1a) 중에 상판 (1a) 표면에 대하여 비스듬하게 진행되는 초음파가 송파된다. 그 경사 진행되는 초음파는 세로파 및 가로파를 포함하고, 상판 (1a) 의 저면 및 표면에 있어서 모드 변환을 수반하는 경우가 있는 반사를 반복하면서, 상판 (1a) 내를 전파한다. 도 2 에 있어서 실선은 가로파이며, 파선은 세로파이다. 초음파의 상판 (1a) 에 대한 입사각이 적당한 값인 경우에는, 상기 반사를 반복하여 전파하는 초음파는 램파로 불리는 파동이 된다. 전파하여 온 초음파는 진동자 어레이 (21) 를 구비한 초음파 탐촉자 (20) 에 의해 수파된다. 초음파 탐촉자 (20) 는 수지 쐐기 (22) 에 진동자 어레이 (21) 가 부착된 구조를 갖고 있다. 수지 쐐기 (12, 22) 로서, 폴리스티롤 (폴리스티렌) 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지를 이용할 수 있다. 수지 쐐기 (12, 22) 로서 폴리스티롤 (폴리스티렌) 수지를 이용하고, 접촉 매질로서 글리세린 페이스트를 이용하면, 초음파 탐촉자-피검체 간의 초음파 전달에 대한 금속판 표면 조도나 곡률의 영향을 가장 경감시킬 수 있기 때문에, 이 조합이 바람직하다.

또, 자동차 등의 스폿 용접부에는 그 주위의 금속판 표면에 완만한 요철이 형성되어 있는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 초음파 탐촉자 (10) 및 초음파 탐촉자 (20) 의 피검체에 맞닿는 표면에 고무 등의 유연하게 변형되는 부재를 붙여 두면, 초음파 탐촉자 (10 및 20) 와 금속판 표면의 접촉이 안정적으로 되기 쉽기 때문에, 실용상 효과가 있다. 상기 유연하게 변형되는 부재는, ISO 48 : 1994 에 기초하는 국제 고무 경도 IRHD 가 30 이하인 부드러운 부재가 좋다. 구체적으로는, 실리콘 고무, 천연 고무, 에틸렌·프로필렌 고무 등이 해당된다.

진동자 어레이 (11) 를 구비한 초음파 탐촉자 (10) 와 진동자 어레이 (21) 를 구비한 초음파 탐촉자 (20) 에 의해, 도 3 에 나타내는 평면 경로 (금속판의 상면에서 본 경로) 를 전파한 초음파를 수신할 수 있다. 초음파 탐촉자 (10) 의 진동자 어레이 (11) 개개의 진동자를 11₁ ∼ 11_N 으로 나타내고, 초음파 탐촉자 (20) 의 진동자 어레이 (21) 개개의 진동자를 21₁ ∼ 21_N 으로 나타내기로 한다. N 으로는 예를 들어 4 ∼ 256 의 개수를 이용한다. N 은, 짝수가 아니어도 되고, 또 수신 진동자와 송신 진동자의 수를 일치시킬 필요도 없다. 도 3 은 N 이 8 인 경우이다. 진동자 어레이의 진동자 11₁∼11_N 으로부터 송파되는 초음파에는 공간적으로 확장 (예를 들어, 1 개의 진동자의 어레이 서열 방향에서의 치수를 1.5㎜, 진동자의 공칭 주파수를 5MHz 로 하여, 초음파의 확장을 제 1 영 복사각 (beam angle of divergence between first zero pressure points) 을 이용하여 나타내면, 금속판 표면에 평행인 면 내에서는 24 ∼ 45˚ 의 확장이 있다. 이 값은 측정에 이용하는 초음파의 전파 모드에 의존하여 변화한다.) 이 있기 때문에, 진동자 11_{1 ∼}11_N으로부터 도 3 에 나타낸 평면 경로를 취하는 초음파를 송파할 수 있다.

초음파 탐촉자 (10) 의 진동자 11₁ 로부터 송파된 초음파를, 초음파 탐촉자 (20) 의 진동자 21₁ ∼ 21_N 에 의해 수파한다. 다음으로, 초음파 탐촉자 (10) 의 진동자 (11₂) 로부터 송파된 초음파를, 초음파 탐촉자 (20) 의 진동자 (21₁ ∼ 21_N) 에 의해 수파한다. 이 과정을, 초음파 탐촉자 (10) 의 진동자 11_N 으로부터 송파된 초음파를, 초음파 탐촉자 (20) 의 진동자 (21₁ ∼ 21_N) 에 의해 수파될 때까지, 송파를 실시하는 진동자 (11_n(n=1, 2, ‥, N)) 를 순차 변경하여 실시한다. 이 결과, 복수 위치로부터 송파되어 복수의 방향으로 전파되는 초음파를, 초음파 탐촉자 (20) 의 진동자 (21₁ ∼ 21_N) 에 의해 수파할 수 있다.

스폿 용접부 (2) 에 생성되는 너깃 (2a) 은 도 4 에 나타내는 바와 같이, 거의 판 두께 방향에 평행인 (판의 압연 방향에 수직인) 방향성을 갖는 용접 응고 조직 (2b) 으로 되어 있다. 이 용접 응고 조직 (2b) 이 본 발명에서 말하는 용접 금속 (weld metal) 이다. 또, 이 용접 응고 조직 (2b) 은 덴드라이트 조직 (dendrite) 라고도 불리고, 일 방향으로 연장된 엉성한 결정의 집합이며, 강판의 금속 조직에 비해, 초음파의 전달이 나쁜 (감쇠가 큰) 성질을 갖고 있다. 따라서, 피검체의 표면을 따라 전파되는 초음파는, 용접 응고 조직 (2b) 의 판 표면에 평행인 길이 (너깃 직경이라고도 한다) 에 따라 감쇠된다. 따라서, 도 3 에 나타낸 경로를 전파하는 초음파는, 그 경로에 용접 응고 조직 (2b) 이 포함되는 경우, 전파 경로에 존재하는 용접 응고 조직 (2b) 의 길이 (너깃 직경이라고도 한다) 에 따른 감쇠를 받은 후, 초음파 탐촉자 (20) 에 수파된다.

또한, 상기 설명에 있어서는 본 발명이 금속판의 용접 검사에 적용되어 있었지만, 본 발명의 적용 대상은 이것에 한정되지 않는다. 또, 용접되는 금속판의 매수도 2 장으로 한정되지 않고, 3 장, 4 장, 5 장이어도, 2 장의 경우와 동일하게 측정이 가능하다.

본원 발명에 이용하는 피검체의 표면을 따라 전해지는 초음파는, 램파 (예 : A₀ 모드, S₀ 모드, A₀S₀ 혼재 모드, A₂ 모드, S₂ 모드 등, 자세하게는 Joseph L.Rose, Ultrasonic waves in solid media, pp.101-126, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1999 를 참조), 세로파, 가로파, 세로파와 가로파가 혼재하는 파동 중 어느 하나이어도 된다.

여기서, 진동자 어레이 (11₁ ∼ 11_N 및 21₁ ∼ 21_N) 의 어레이 서열 방향에 있어서의 전체의 폭을, 측정하고자 하는 너깃 직경의 최대치의 1.1 ∼ 2.0 배로 하면, 스폿 용접부가 각 진동자 어레이의 어레이 서열 방향에 있어서의 중심에 근접하도록 스폿 용접부와 진동자 어레이의 위치 관계를 조정함으로써, 전파 경로에 스폿 용접부를 포함하지 않는 피검체의 표면을 따라 전파되어 온 초음파, 및 전파 경로에 스폿 용접부를 포함하는 피검체의 표면을 따라 전파되어 온 초음파를 수파할 수 있다.

또, 진동자 어레이 (11₁ ∼ 11_N 및 21₁ ∼ 21_N) 의 어레이 서열 방향에 있어서의 진동자의 폭을 작게 하여 진동자수 (N) 를 많게 함으로써, 측정 정밀도를 높일 수 있다. 진동자 어레이 (11₁ ∼ 11_N 및 21₁ ∼ 21_N) 의 어레이 서열 방향에 있어서의 진동자의 폭은, 필요로 하게 되는 측정 정밀도에 따라 결정하면 된다. 예를 들어, 진동자의 폭이 필요로 하게 되는 측정 정밀도보다 작게 할 필요는 없다. ±0.5㎜ 정도의 측정 정밀도가 필요한 경우에는 진동자의 폭을 0.5㎜ 이상으로 한다.

도 5 는, 판 두께 2.6㎜ 의 2 장의 강판을 중첩하여 스폿 용접 (용접 조건 : 15Hz, 5kA 의 전류를 통전) 한 샘플에, 상기한 바와 같이 초음파 탐촉자 (10) 및 초음파 탐촉자 (20) 를 스폿 용접부 (2) 를 협지시켜 서로 마주보게 하여 맞닿게 하고, 도 3 에 나타낸 8×8=64 의 경로의 초음파를 수파하여, 그 진폭을 검출한 결과를 도 7 에 나타내는 구성의 장치를 이용하여, 매트릭스 표시하고 있다. 초음파 탐촉자 (10) 는, 어레이 서열 방향에 있어서의 진동자의 폭을 1.5㎜, 어레이 서열 방향에 있어서의 진동자 사이의 간극을 0.1㎜, 어레이 서열 방향으로 직교하는 방향에서의 진동자의 길이를 8㎜ 로 하여 구성된 진동자 어레이 (11) 를 폴리스티롤 수지제의 수지 쐐기 (12) 에 부착함으로써 구성되어 있다. 초음파 진동자로서 공칭 주파수 5MHz 의 콤퍼지트 진동자 (piezo-composite) 를 이용하였다. 또, 초음파의 입사각 (판의 법선 방향이 입사각 0˚) 이 34.7˚ 가 되도록 수지 쐐기 (12) 의 경사면을 가공하였다. 초음파 탐촉자 (20) 의 사양은 초음파 탐촉자 (10) 의 사양과 동일하다. 도 5 에서는 상기 64 경로의 초음파의 진폭의 크기를, 해칭에 의한 5 단계의 농담 (실제로는 휘도 변조, 또는, 그레이 스케일에 의한 농담을 이용한다) 에 의해 나타내고 있고, 검은 부분일수록, 수파된 초음파의 진폭이 작다. 또, 세로 방향의 1 부터 8 이, 송파에 사용되는 초음파 탐촉자 (10) 의 진동자 어레이의 각 진동자 (11₁ ∼ 11₈), 가로 방향의 1 부터 8 이, 수파에 이용되는 초음파 탐촉자 (20) 의 진동자 어레이의 각 진동자 (21_l ∼ 21₈) 에 대응된다. 도 5 의 매트릭스에 있어서, 초음파의 전파 경로에 용접 응고 조직 (2b) 을 포함하는 경우의 수파의 진폭은, 우상으로 45˚ 방향을 중심으로 하여 나열된다. 이하, 이 검은 부분을 감쇠대 (attenuation band) 로 칭하면, 이 감쇠대의 폭 (W;우하 45˚ 방향에서의 길이) 이, 판 표면에 수직인 방향에서 보았을 때의 용접 응고 조직 (2b) 의 크기, 즉, 너깃 직경에 비례한다. 도 5 의 예는, 초음파 탐촉자 (10) 및 초음파 탐촉자 (20) 와 스폿 용접부의 위치 관계가 최적인 것을 나타내고 있다.

상기와 같이, 복수 위치로부터 송파되어 복수의 방향으로 전파되는 초음파를, 초음파 탐촉자 (20) 의 진동자 (21₁ ∼ 21_N) 에 의해 수파하여, 그 진폭을 매트릭스 표시하는 것의 이점을 이하에 나타낸다. 도 6A 와 도 6B 는 초음파 탐촉자 (10) 및 초음파 탐촉자 (20) 와 스폿 용접부 (2) 의 위치 관계가 진동자 어레이의 서열 방향 (도면의 상하 방향) 에 어긋난 경우를 나타내고, 도 6C 와 도 6D 는, 초음파 탐촉자 (10) 및 초음파 탐촉자 (20) 와 스폿 용접부 (2) 의 위치 관계가 진동자 어레이의 서열 방향과는 직각인 방향 (도면의 좌우 방향) 이 어긋난 경우를 나타내고 있다. 도 6 에 있어서 파선은 초음파의 평면 경로를 나타내고 있다. 초음파 탐촉자 (10) 및 초음파 탐촉자 (20) 와 스폿 용접부 (2) 의 위치 관계가, 도 6A 와 도 6B 와 같이, 진동자 어레이의 서열 방향으로 어긋난 경우에는, 도 5 와 비교하여, 매트릭스 표시에 있어서의 감쇠대가 좌상 (도 6A) 또는 우하 (도 6B) 로 이동된다. 또, 초음파 탐촉자 (10) 및 초음파 탐촉자 (20) 와 스폿 용접부 (2) 의 위치 관계가, 도 6C 와 도 6D 와 같이, 진동자 어레이의 서열 방향과는 직각인 방향으로 어긋난 경우에는, 매트릭스 표시의 상단 및 하단 (도 6C), 또는, 우단 및 좌단 (도 6D) 에 초음파의 감쇠가 작은 밝은 표시가 나타나게 된다. 따라서, 매트릭스 표시의 내용으로부터, 초음파 탐촉자 (10) 및 초음파 탐촉자 (20) 와 스폿 용접부의 위치 관계에 어긋남이 없는지 검지할 수 있다. 한편, 도 5 는 명료하게 감쇠대가 매트릭스 표시된 대각선 상에 위치하고 있기 때문에, 초음파 탐촉자 (10) 및 초음파 탐촉자 (20) 와 스폿 용접부의 위치 관계가 최적인 것의 일례를 나타내고 있다.

본 발명에서는 매트릭스 표시를 보면서 초음파 탐촉자 (10 및 20) 와 스폿 용접부 (2) 의 위치 관계를 조정할 수 있기 때문에, 항상 초음파 탐촉자 (10 및 20) 와 스폿 용접부 (2) 의 위치 관계를 일정하게 유지함으로써, 신뢰성이 높은 스폿 용접부의 건전성 (너깃의 유무, 너깃 직경, 용접 분열의 유무) 의 평가가 가능하다.

또, 초음파 탐촉자 (10) 의 진동자 어레이 (11₁ ∼ 11_N) 를 이용하여 복수 위치로부터 송파되어 복수의 방향으로 전파하는 초음파를, 초음파 탐촉자 (20) 의 진동자 어레이 (21₁ ∼ 21_N) 에 의해 수파함으로써, 용접 응고 조직 (2b) 을 포함하지 않는 경로를 전파하여 온 초음파를 수파하는 것이 가능하다. 이것은, 도 5 와 도 6 의 매트릭스 표시가 흰 매트릭스로 표시된다. 이 진폭이 일정해지도록 수파된 초음파에 의한 신호의 증폭도를 조정함으로써, 초음파 탐촉자 (10) 및 초음파 탐촉자 (20) 와 금속판 (1a) 의 접촉 상태의 변화에 의한 수파 초음파의 진폭 변화를 보상할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 수파된 초음파의 진폭에 초음파 탐촉자와 금속판의 접촉 상태 변화의 영향이 나타나는 것을 방지할 수 있기 때문에, 신뢰성이 높은 스폿 용접부의 건전성 평가가 가능하다.

도 7 은 본 발명을 실시하기 위한 장치의 일례를 나타내고 있다. 이 장치는 초음파의 송파에 이용되는 진동자 어레이 (11₁ ∼ 11₈) 를 구비한 초음파 탐촉자 (10) 및 초음파의 수파에 이용되는 진동자 어레이 (21₁ ∼ 21₈) 를 구비한 초음파 탐촉자 (20), 상기 진동자 어레이 (11₁ ∼ 11₈) 의 진동자로부터 초음파를 송파 하는데 이용되는 전기 펄스를 공급하고, 또, 상기 진동자 어레이 (21₁ ∼ 21₈) 가 수파된 초음파의 신호를 증폭하는 초음파 송수신기 (30), 초음파의 송파에 있어서 그 초음파 송수신기 (30) 와 진동자 어레이 (11₁ ∼ 11₈) 사이에 개재하여, 진동자 어레이 (11₁ ∼ 11₈) 의 각 진동자와 초음파 송수신기 (30) 의 접속을 전환 스위치 회로 (25), 초음파의 수파에 있어서 상기 초음파 송수신기 (30) 와 진동자 어레이 (21₁ ∼ 21₈) 사이에 개재하여, 진동자 어레이 (21₁ ∼ 21₈) 의 각 진동자와 초음파 송수신기 (30) 의 접속을 전환 스위치 회로 (26), 상기 초음파 송수신기 (30) 에 의해 증폭된 신호 중 피검체의 표면을 따라 전파되는 초음파에 의한 신호를 취출하는 게이트 수단 (31), 상기 게이트 수단에 의해 취출된 신호의 진폭을 검출하는 피크치 검출 수단 (32), 그 피크치 검출 수단 (32) 에 의해 검출된 수파 초음파의 진폭을 받아, 표시기 (34) 에 수파 초음파의 진폭의 매트릭스 표시를 실시하는 처리 장치 (33) 에 의해 구성되어 있다. 또한, 초음파 송수신기 (30) 에 의해 증폭된 신호를 A/D 변환하여, 소프트웨어에 의해 디지탈화된 신호로부터 피검체의 표면을 따라 전파되는 초음파에 의한 신호의 진폭을 검출하도록 게이트 수단 (31) 및 피크치 검출 수단 (32) 을 구성할 수도 있다.

또, 본 발명을 실시하기 위한 장치의 별도의 예를 도 11 에 나타낸다. 이 장치는 초음파의 송파에 이용되는 진동자 어레이 (11₁ ∼ 11₈) 를 구비한 초음파 탐촉자 (10) 및 초음파의 수파에 이용되는 진동자 어레이 (21₁ ∼ 21₈) 를 구비한 초음파 탐촉자 (20), 상기 진동자 어레이 (11₁ ∼ 11₈) 의 진동자로부터 초음파를 송파 하는데 이용되는 전기 펄스를 공급하는 초음파 송신기 (111₁ ∼ 111₈), 또, 상기 진동자 어레이 (21₁ ∼ 21₈) 가 수파된 초음파의 신호를 증폭하는 초음파 수신기 (121₁ ∼ 121₈), 상기 초음파 수신기 (121₁ ∼ 121₈) 에 의해 증폭된 신호 중 피검체의 표면을 따라 전파되는 초음파에 의한 신호를 취출하는 게이트 수단 (131₁ ∼ 131₈), 상기 게이트 수단에 의해 취출된 신호의 진폭을 검출하는 피크치 검출 수단 (132₁ ∼ 132₈), 그 피크치 검출 수단 (132₁ ∼ 132₈) 에 의해 검출된 수파 초음파의 진폭을 받아, 표시기 (34) 에 수파 초음파의 진폭의 매트릭스를 표시하는 처리 장치 (33) 에 의해 구성되어 있다. 또한, 초음파 수신기 (121₁ ∼ 121₈) 에 의해 증폭된 신호를 A/D 변환하여, 소프트웨어에 의해 디지탈화 된 신호로부터 피검체의 표면을 따라 전파되는 초음파에 의한 신호의 진폭을 검출하도록 게이트 수단 (131₁ ∼ 131₈) 및 피크치 검출 수단 (132₁ ∼ 132₈) 을 구성할 수도 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 송파측, 수파측, 모두 진동자 어레이를 구비한 초음파 탐촉자를 이용하고 있기 때문에, 구성이 간략하다. 또한, 어느 일방, 또는, 양방에 복수의 탐촉자를 병설하여 이용하거나, 또는, 도 12 에 나타내는 바와 같이 단일의 진동자를 갖는 송파 초음파 탐촉자 (15) 와 수파 초음파 탐촉자 (16) 를 서로 마주 보게 하여 주사하는 것도 가능하다.

도 7 에 나타낸 장치에 있어서, 초음파 탐촉자 (10 및 20) 의 쐐기재 (12, 22) 를 폴리스티롤로 하여, 공칭 주파수 5MHz 의 콤퍼지트 진동자로 이루어지는 진동자 어레이 (11₁ ∼ 11₈ 및 21₁ ∼ 21₈) 의 어레이 서열 방향에 있어서의 진동자의 폭을 1.5㎜, 어레이 서열 방향에 있어서의 진동자 사이의 간극을 0.1㎜, 어레이 서열 방향에 직교하는 진동자의 길이를 8㎜ 로 하고, 초음파의 상판 (1a) 표면에 대한 입사각이 34.7˚ 가 되도록 하여 스폿 용접부 (2) 를 측정하였다. 또한, 초 음파 탐촉자 (10) 및 초음파 탐촉자 (20) 와 상판 (1a) 사이에는 접촉 매질로서, 글리세린 페이스트를 개재시켰다. 측정의 대상으로 판 두께 2.6㎜ 의 2 장의 강판을 중첩하여 스폿 용접 (용접 조건 : 15Hz, 2 ∼ 10kA 의 전류를 통전) 하여 제작된 30 개의 샘플을 이용하였다. 이 측정에서는 수파된 초음파의 진폭의 매트릭스 표시에 있어서의 감쇠대가, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 정확히 우상의 대각선을 중심으로 하여 표시되도록, 초음파 탐촉자 (10 및 20) 와 스폿 용접부 (2) 의 상대 위치를 조정하여 측정하였다. 또, 감쇠대의 폭 (W) 의 측정에서는 진동자 어레이의 진동자 (11_n) 가 송파되고, 진동자 어레이의 진동자 (21_n) 가 수파되는 조합 (n=1, 2, ‥, 8,) 에 있어서 수파된 초음파의 진폭으로부터, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 어레이 서열 방향에서 본 수파 초음파의 진폭 프로필 (투과파 높이라고도 한다) 을 보간에 의해 구하여, 이 진폭 프로필이 소정의 임계치를 하회하는 폭을 구하였다. 그리고, 그 감쇠대의 폭 (W) 을 너깃 직경으로 하였다. 여기서, 임계치의 설정 방법은 하기와 같이 하였다. 즉, 미리 여러 예의 샘플을 이용하여, 단면 검경 (절단 시험이라고도 한다) 의 결과와 상기 진폭 프로필을 비교한 결과, 전파 경로에 스폿 용접부를 포함하지 않는 피검체의 표면을 따라 전파되어 온 초음파의 진폭에 대하여 거의 -6dB 를 임계치로 하면, 검경에 의해 구한 너깃 직경과 본 발명에 의해 구한 너깃 직경이 가장 잘 일치하는 것이 판명되었기 때문에, 여기에서는 임계치를 -6dB 로 하였다. 또한, 상기 임계치 (-6dB) 는 일례로서, 실제로는 측정 대상마다 실험치 등에 기초하여 임계치를 설정하는 것이 좋다.

종래 기술과 대비하기 위해, 상기 측정 방법 및 일본 공개특허공보 2004-163210호에 나타낸 방법을 이용하여, 초음파 탐촉자 (여기에서는, 일본 공개특허공보 2004-163210호에 나타낸 램파 탐촉자도 초음파 탐촉자라고 한다.) 가 샘플에 맞닿고나서 5 초 이내에 측정을 종료하는 조건을 달아 측정하였다. 일본 공개특허공보 2004-163210호에 나타낸 방법에 의한 측정에서는, 공칭 주파수 : 5MHz, 진동자 사이즈 : 10 × 10㎜, 쐐기 재질 : 아크릴 수지, 쐐기로부터 샘플에 대한 초음파 입사각 : 65.9˚ 의 사양을 갖는 초음파 탐촉자를 이용하였다. 도 7 에 나타낸 장치에 의한 (본 발명에 의한) 측정 결과를 ■ 의 플롯을 이용하여 도 9B 에 나타낸다. 또, 일본 공개특허공보 2004-163210호에 나타낸 방법에 의한 측정 결과를 도 9A 에 나타낸다. 도 9A 및 도 9B 에서는, 가로축에 절단 시험 (단면을 에칭하여 현미경 관찰, 단면 검경이라고도 한다) 의 결과 구해진 너깃 직경을 취하고, 세로축에 각각의 방법으로 구해진 너깃 직경을 취하여 산포도를 표시하고 있다. 또한, 도 9B 에 있어서의 □, △, ▲, ○ 의 플롯에 대해서는, 이하에 설명한다. 도 9A 의 일본 공개특허공보 2004-163210호에 나타낸 방법에서는, 초음파 탐촉자와 용접 응고 조직의 위치 맞춤을 단시간에 실시할 수 없는 것이 원인이 된 너깃 직경의 과소 평가나, 초음파 탐촉자와 샘플의 접촉 상태가 단시간으로는 좀처럼 확인되지 않는 것, 또, 접촉 상태 변화를 보상하는 수단이 없는 것이 원인이 된 너깃 직경의 과대 평가가 발생하고 있다. 이에 대하여, 도 9B 의 본 발명의 측정 결과에서는 모든 측정치가 ±0.5㎜ 이내로 들어 있어, 신속하게 신 뢰성이 높은 측정 결과가 얻어지는 것을 알 수 있다. 이것은 수파 초음파 진폭의 매트릭스 표시에 의해 초음파 탐촉자와 스폿 용접부 (용접 응고 조직) 의 위치 맞춤을 용이하게 실시할 수 있는 것, 용접 응고 조직을 포함하지 않는 경로를 전파하여 수파된 초음파의 진폭이 일정해지도록 감도를 조정함으로써, 초음파 탐촉자와 금속판의 접촉 상태의 변화에 의한 수파 초음파의 진폭 변화를 보상할 수 있는 것에 의한 것이다.

또, 도 8 에 나타낸 수파 초음파의 어레이 서열 방향에서의 진폭 프로필을 이용하여, 수파 초음파의 진폭의 최소치와 용접 응고 조직을 포함하지 않는 경로에서의 수파 초음파의 진폭의 비를 구하여, 일본 공개특허공보 2004-163210호에 나타낸 방법을 이용하여 너깃 직경을 구하는 것도 가능하다.

도 13 은, 표면에 두께 0.5㎜ 의 필름 형상의 실리콘 고무 (13) 를 부착한 초음파 탐촉자 (10) 를 완만한 곡면 (5) 에 눌러서 댄 상태를 나타내는 단면도이다. 초음파 탐촉자 (20) 에도 동일하게 필름 형상의 실리콘 고무를 부착하여, 반경 100㎜ 의 곡률을 갖는 두께 2.6㎜ 의 2 장의 강판을 중첩하여 스폿 용접 (용접 조건 : 15Hz 의 전류를 4 ∼ 8kA 통전) 하여 제작된 스폿 용접 샘플의 너깃 직경을 측정하여, 절단 시험으로 구한 너깃 직경과 대비하였다. 이 결과를 도 9B 에 □ 로 나타낸다. 이와 같이, 곡률을 갖는 금속판의 스폿 용접부이어도 본 발명 방법 및 장치를 이용하여, 정확하게 너깃 직경을 측정할 수 있다.

도 9B 에 있어서의 △ 의 플롯은 판 두께 0.8㎜, 2.0㎜, 2.6㎜ 의 3 장의 강판을 스폿 용접 (용접 전류 : 10kA, 26Hz) 한 스폿 용접 샘플을 측정 대상으로 하 여 너깃 직경을 측정하여, 절단 시험에 의해 구한 너깃 직경과 대비한 결과이다. 또, 도 9B 에 있어서의 ▲ 의 플롯은, 판 두께 0.8㎜, 0.8㎜, 1.2㎜, 2.3㎜ 의 4 장의 강판을 스폿 용접 (용접 전류 : 11kA, 24Hz) 한 스폿 용접 샘플을 측정 대상으로 하여 너깃 직경을 측정하여, 절단 시험으로 구한 너깃 직경과 대비한 결과이다. 또한, 도 9B 에 있어서의 ○ 의 플롯은, 판 두께 0.8㎜, 0.8㎜, 0.8㎜, 1.2㎜, 1.6㎜ 의 5 장의 강판을 스폿 용접 (용접 전류 : 12kA, 22Hz) 한 스폿 용접 샘플을 측정 대상으로 하여 너깃 직경을 측정하여, 절단 시험으로 구한 너깃 직경과 대비한 결과이다. 이와 같이, 용접되는 금속판의 매수가 3 ∼ 5 장이어도 본 발명 방법 및 장치를 이용하여, 정확하게 너깃 직경을 측정할 수 있다.

스폿 용접부의 건전성의 평가도, 너깃 직경만을 측정하는 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 14A 는 용접 균열을 갖는 스폿 용접부를 도 7 에 나타낸 장치를 이용하여 측정했을 때의 매트릭스 표시를 나타내고 있다. 대비를 위해 동등한 용접 조건에 의해 제작된 용접 균열이 없는 스폿 용접부를 측정했을 때의 매트릭스 표시를 도 14B 에 나타낸다. 용접 균열의 존재에 의해 매트릭스 표시의 패턴이 감쇠대의 농도 또는, 휘도가, 우상의 대각선에 관하여 현저하게 비대칭하게 변화하기 때문에, 매트릭스 표시를 관찰함으로써, 용접 균열을 검지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 스폿 용접부에 형성되는 오목부의 주위에 형성되는 경사면의 영향을 받지 않고, 정확하게 비파괴로 스폿 용접부를 평가하는 것이 가능해짐 과 함께, 탐사 시간이, 단시간에 한정되는 측정이어도, 초음파 탐촉자의 위치와 스폿 용접부의 위치의 차이나, 초음파 탐촉자와 금속판의 접촉 상태에 영향을 받지 않고, 신뢰성 높은 스폿 용접부의 건전성을 평가하는 것이 가능해진다.

Claims

복수의 금속판을 중첩시켜 용접하여 이루어지는 스폿 용접부의 초음파에 의한 평가 방법에 있어서, 금속판 또는 스폿 용접부의 표면에 평행인 방향과 두께 방향에 의해 형성되는 단면 내를 전파하는 초음파를 피검체의 표면을 따라 전파되는 초음파라고 했을 때, 스폿 용접부의 외측 금속판의 복수의 송파 위치로부터 복수의 방향을 향하여, 피검체의 표면을 따라 전파되는 초음파를 송파하고, 스폿 용접부의 외측 금속판의 복수의 수파 위치에 있어서, 전파 경로에 스폿 용접부를 포함하지 않는 피검체의 표면을 따라 전파되어 온 초음파, 및 전파 경로에 스폿 용접부를 포함하는 피검체의 표면을 따라 전파되어 온 초음파를 수파하여, 상기 복수 위치에 있어서 수파된 초음파로부터 스폿 용접부의 건전성을 평가하는 초음파에 의한 스폿 용접부의 평가 방법.
제 1 항에 기재된 방법에 있어서, 수파된 초음파의 진폭을 검출함으로써, 스폿 용접부의 너깃 직경을 측정하는 것을 특징으로 하는 초음파에 의한 스폿 용접부의 평가 방법.
복수의 금속판을 중첩시켜 용접하여 이루어지는 스폿 용접부의 초음파에 의한 평가 장치에 있어서, 금속판 또는 스폿 용접부의 표면에 평행인 방향과 두께 방향에 의해 형성되는 단면 내를 전파하는 초음파를 피검체의 표면을 따라 전파되는 초음파라고 했을 때, 스폿 용접부의 외측 금속판의 복수의 송파 위치로부터 복수 방향을 향하여, 피검체의 표면을 따라 전파되는 초음파를 송파하는 수단과, 스폿 용접부의 외측 금속판의 복수의 수파 위치에 있어서, 전파 경로에 스폿 용접부를 포함하지 않는 피검체의 표면을 따라 전파되어 온 초음파, 및 전파 경로에 스폿 용접부를 포함하는 피검체의 표면을 따라 전파되어 온 초음파를 수파하는 수단과, 상기 복수 위치에 있어서 수파된 초음파로부터 스폿 용접부의 건전성을 평가하는 것을 특징으로 하는 초음파에 의한 스폿 용접부의 평가 장치.
제 3 항에 기재된 장치에 있어서, 수파된 초음파의 진폭을 검출함으로써, 스폿 용접부의 너깃 직경을 측정하는 것을 특징으로 하는 초음파에 의한 스폿 용접부의 평가 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 기재된 장치에 있어서, 추가로 각 송파 위치로부터 송파되고, 각 수파 위치에서 수파된 신호의 진폭을 매트릭스 표시하는 것을 특징으로 하는 초음파에 의한 스폿 용접부의 평가 장치.
제 5 항에 기재된 장치에 있어서,

상기 표시 수단의 표시 결과에 기초하여, 상기 초음파를 송파하는 수단 및 상기 초음파를 수파하는 수단과 상기 스폿 용접부와의 위치 관계를 조정하는 것을 특징으로 하는 초음파에 의한 스폿 용접부의 평가 장치.
제 4 항에 기재된 장치에 있어서,

전파 경로에 스폿 용접부를 포함하지 않는 피검체의 표면을 따라 전파되어 수파된 초음파의 진폭에 기초하여, 수파된 초음파에 의한 신호의 증폭도를 조정하는 것을 특징으로 하는 초음파에 의한 스폿 용접부의 평가 장치.
제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 장치에 있어서, 복수의 송파 위치로부터 복수 방향을 향하여 피검체의 표면을 따라 전파되는 초음파를 송파하는 수단이, 진동자 어레이를 구비한 초음파 탐촉자인 것을 특징으로 하는 초음파에 의한 스폿 용접부의 평가 장치.
제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 장치에 있어서, 복수의 수파 위치에 있어서 초음파를 수파하는 수단이, 진동자 어레이를 구비한 초음파 탐촉자인 것을 특징으로 하는 초음파에 의한 스폿 용접부의 평가 장치.
제 8 항 또는 제 9 항에 기재된 장치에 있어서, 진동자 어레이를 구비한 초음파 탐촉자가 금속판에 맞닿는 표면에, 유연하게 변형되는 부재가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파에 의한 스폿 용접부의 평가 장치.