WO2021106400A1 - 溶接検査装置 - Google Patents

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WO2021106400A1
WO2021106400A1 PCT/JP2020/038690 JP2020038690W WO2021106400A1 WO 2021106400 A1 WO2021106400 A1 WO 2021106400A1 JP 2020038690 W JP2020038690 W JP 2020038690W WO 2021106400 A1 WO2021106400 A1 WO 2021106400A1
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welding
liquid
welded portion
air
metal plate
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亜怜 原
翔真 村上
木谷　靖
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Ｊｆｅスチール株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a welding inspection device that enables simple and accurate detection of welding defects.
  • Welding has traditionally been used to join many structural members. However, there is also a problem that various welding defects may occur in the welding process.
  • Examples of methods for determining welding defects in more detail include an offline cross-section observation test, a penetrant inspection test, and a radiation transmission test.
  • the cross-section observation test although accurate judgment can be made, there is a problem that the time and work cost is large because it is necessary to cut out the welded portion.
  • the penetrant inspection test does not take as long as the cross-section observation test, but it still takes a long time, and in the case of a narrow welded part such as laser welding with a large underfill, the judgment of welding quality is accurate. There is also the problem of not being able to do it.
  • the radiation transmission test requires high-energy radiation and requires a large-scale detector from the viewpoint of preventing radiation leakage, so it is difficult to actually apply it in a factory.
  • Patent Documents 1 and 2 are known as documents that disclose a method for detecting defects such as cracks in a welded portion formed by laser welding.
  • Patent Document 1 when welding cracks occur in the welding beat, the width of the heat-affected zone becomes smaller, a threshold value is set for the width of the heat-affected zone, and the value is determined by image recognition.
  • a technique for determining a welding defect when the temperature falls below the above is disclosed.
  • Patent Document 2 when a weld crack occurs in the weld beat, the inside of the crack functions as a heat insulating layer and the cooling of the cracked portion is delayed, so that the temperature at a place away from the welded portion is utilized.
  • a technique for measuring a history and determining a welding defect when the cooling rate becomes slower than a certain threshold value is disclosed.
  • the width of the welded portion tends to become narrower, and when the width of the welded portion becomes narrower, welding defects become smaller.
  • the difference in the width of the heat-affected zone or the difference in the temperature change between the normal welded portion and the welded portion in which the weld crack or the like has occurred becomes small. Therefore, the quality of the welded portion cannot be accurately determined by the threshold value processing based on the width of the heat-affected zone described in Patent Document 1 or the determination based on the threshold value processing of the temperature change with time described in Patent Document 2.
  • the present invention has been completed in view of such a problem, and it is an object of the present invention to provide a welding inspection apparatus capable of easily and accurately detecting even a minute welding defect generated in a welded portion online. To do.
  • a welding inspection device for detecting a welding defect in a welded portion of a metal plate A liquid coating head that is placed on one side of the metal plate and can proceed in the welding direction of the metal plate, It has an air injection head, which is arranged on the other side of the metal plate and can proceed in the welding direction of the metal plate.
  • the liquid coating head has a liquid coating nozzle that projects toward one side of a metal plate and applies a liquid that seals a welded portion.
  • the air injection head is a welding inspection device having an air injection nozzle that projects toward the other surface side of a metal plate and injects air into a welded portion coated with a liquid.
  • minute welding defects are detected by detecting welding defects by utilizing the fact that air injected from the other side of the metal plate passes through the welding defect portion and the liquid applied to the one side foams. Even so, welding defects can be detected easily and accurately. Further, since the liquid coating head and the air injection head advance in the welding direction, online detection becomes possible, so that the inspection time can be significantly shortened as compared with the detection device and the detection method performed offline.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a welding inspection apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a side view showing an example of the welding inspection apparatus according to the present invention.
  • FIG. 3 is a top view of the welded joint when a welding defect occurs.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of the welded joint shown in FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an automobile skeleton part which is an example of an inspection object.
  • FIG. 1 shows an example in which a metal plate 2 and a metal plate 3 which are vertically overlapped are overlap-welded by a plurality of welded portions 4 formed in the longitudinal direction of the metal plates 2 and 3. Welding is usually performed in one direction, and that direction is referred to as the welding direction.
  • the welding direction coincides with the longitudinal direction of the welded portion 4, and in the example of FIG. 1, it also coincides with the longitudinal direction of the metal plates 2 and 3. Since laser welding is usually used in the lap welding, minute welding defects are likely to occur, and it is difficult to detect the welding defects by the conventional welding inspection method.
  • the welding inspection device 1 has a liquid coating head 5 and an air injection head 9.
  • the liquid coating head 5 has a tubular liquid coating nozzle 6 that projects toward one side (surface side) of the metal plate.
  • the air injection head 9 has a tubular air injection nozzle 10 that projects toward the other surface side (back surface side) of the metal plate.
  • the liquid 12 is applied to the surface of the metal plate 2 by the liquid application nozzle 6, and the air 13 is injected from the back surface of the metal plate 3 by the air injection nozzle 10.
  • the liquid coating head 5 and the air injection head 9 move along the welding direction.
  • the direction in which the liquid coating head 5 and the air injection head 9 travel is referred to as a traveling direction D. It is preferable that the liquid coating head 5 and the air injection head 9 move in synchronization with each other. As a result, it is possible to shorten the inspection time and prevent the liquid from evaporating and making it impossible to accurately detect cracks by scanning the air injection head after applying the liquid.
  • the air injection nozzle 10 injects air to the welded portion 4 after the liquid has been applied by the liquid application nozzle 6. From the viewpoint of ensuring that the liquid is applied before the air injection, it is desirable that the liquid application nozzle 6 is arranged in front of the air injection nozzle 10 in the traveling direction.
  • the liquid coating head 5 preferably has a camera 7 in front of the liquid coating nozzle 6 in the traveling direction. Further, it is preferable that the air injection head 9 has the camera 11 in front of the air injection nozzle 10 in the traveling direction.
  • the camera 7 and the camera 11 may be devices that can recognize the welded portion 4 based on the brightness information of the captured image and the like. In a more specific example, the camera 7 and the camera 11 photograph the front and back surfaces of the metal plate 2 and the metal plate 3 and then output the photographed image to a control device (not shown).
  • the control device performs image processing to grasp the position of the welded portion 4, and then controls the operations of the liquid coating head 5 and the air injection head 9. Specifically, the control device moves the liquid coating head 5 and the air injection head 9 following the welding direction of the welded portion 4.
  • a device in which the camera 7 or the camera 11 and the control device are integrated may be used.
  • the liquid coating head 5 has the rear camera 8 behind the liquid coating nozzle 6 in the traveling direction.
  • the rear camera 8 photographs the front surface side of the welded portion 4 when air is injected from the back surface of the welded portion.
  • the captured image acquired by the rear camera 8 may be displayed on a display device (not shown).
  • the control device may determine the presence or absence of welding defects by identifying the presence or absence of bubbling in the liquid on the surface of the welded portion 4 from the photographed image. In this case, the inspection of welding defects can be performed automatically.
  • the rear camera 8 is provided at a position (opposite position) equivalent to the above-mentioned air injection nozzle 10 at least during the inspection in the traveling direction. As a result, the rear camera 8 can reliably photograph the welded portion 4 in which the air is injected.
  • the welded portion 4 can be automatically inspected.
  • the liquid 12 is applied to the surface of the welded portion 4 along the welding direction while the liquid coating head 5 moves in the traveling direction D on the surface side of the metal plate 2 with respect to the predetermined welded portion 4.
  • the air 13 is injected by the air injection head 9 from the back surface side of the welded portion 4 after the liquid 12 is applied.
  • the air injection head 9 may inject air 13 while moving in the traveling direction D in order to shorten the inspection time.
  • the air injection head 9 may stop moving when injecting the air 13 in order to perform an accurate inspection.
  • the determination of bubbles can be performed visually or can be performed using a captured image acquired by the rear camera 8.
  • the injection position of the air 13 by the air injection nozzle 10 is included on the back surface in the imaging field of view of the rear camera 8 in the traveling direction D so that the welded portion 4 during the air injection can be reliably photographed. It is designed to be used.
  • FIG. 3 is a top view of the vicinity of the welded portion 4
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • FIG. 4 shows a state in which a welding defect 14 in the welded portion 4 is detected by injecting air 13.
  • the welded portion 4 in the present invention includes a molten portion corresponding to a portion where the base metal is melted at the time of welding, and a heat-affected zone (HAZ) in which the structure is changed by welding heat in the vicinity thereof.
  • HZ heat-affected zone
  • the welding defect 14 often propagates to the entire area from the welding start end portion S to the welding end portion E.
  • the sealing liquid 12 is applied to the surface side of the welded portion 4.
  • the liquid 12 may have a surface tension sufficient to seal the surface of the welded portion 4, and may cause a foaming phenomenon by injecting air.
  • a liquid containing an effervescent factor such as a surfactant or a polymer compound can be used, such as a known gas leak detection liquid.
  • the air 13 is injected from the back surface side of the metal plate 3 to the welded portion 4 coated with the liquid 12.
  • a welding defect 14 specifically, a crack extending over the entire length of the welded portion in the plate thickness direction
  • the air 13 passes through the welding defect 14 and is a metal plate. It reaches the surface side of 2.
  • the air 13 generates bubbles 15 when passing through the liquid 12 on the surface side of the welded portion 4.
  • the air 13 injected from the back surface side of the metal plate 3 is the surface of the metal plate 2. It does not reach the side and does not generate bubbles 15 in the liquid 12.
  • the presence or absence of the welding defect 14 is determined by the presence or absence of bubbles 15 observed in the liquid 12 on the front side of the welded portion 4 when the air 13 is injected from the back surface side of the welded portion 4.
  • the detection work can be performed online, the period required for the detection work can be significantly shortened as compared with the conventional case.
  • the welding inspection device is applied to a welded portion of an alloyed thin steel plate, a welded portion formed by laser welding, or the like, even minute welding defects can be reliably detected.
  • the welded portion 4 is cut out in a cross section perpendicular to the welding direction, and the cut surface is observed with an optical microscope or the like to determine the presence or absence of the welding defect 14. Can be certified more reliably.
  • the various preferable conditions of the welding inspection device will be described below.
  • the present invention is not limited to the following suitable conditions.
  • the viscosity ⁇ of the liquid 12 is preferably 0.003 Pa ⁇ s or more and 1 Pa ⁇ s or less. More preferably, it is in the range of 0.005 Pa ⁇ s or more and 0.5 Pa ⁇ s or less.
  • the amount a of the liquid 12 to be applied per unit surface area of the weld 4 is preferably set to 0.0001 / mm 2 or more 0.003 ml / mm 2 or less. More preferably, it is in the range of 0.0005 ml / mm 2 or more and 0.002 ml / mm 2 or less.
  • the diameter ⁇ 1 of the liquid coating nozzle 6 is preferably 0.1 mm or more and 5.0 mm or less. More preferably, it is in the range of 0.5 mm or more and 3 mm or less.
  • the distance d1 between the liquid coating nozzle 6 and the surface of the metal plate 2 is preferably 1.0 mm or more and 5.0 mm or less. More preferably, it is in the range of 1.5 mm or more and 4 mm or less.
  • the feeding speed V of the liquid 12 is preferably 1.0 mm / s or more and 1000 mm / s or less. More preferably, it is in the range of 5.0 mm / s or more and 100 mm / s or less.
  • the feed amount b of the air 13 is preferably 10 ml / min or more and 50 ml / min or less. More preferably, it is in the range of 15 ml / min or more and 40 ml / min or less.
  • ⁇ Angle formed by the air injection nozzle 10 and the metal plate 3 on the back surface side ⁇ (deg)>
  • the angle ⁇ is smaller than 30 °, it becomes difficult for the air 13 to pass through the welding defect 14, and the welding defect 14 may not be detected.
  • the above-mentioned ⁇ is preferably 30 ° or more and 90 ° or less. More preferably, it is in the range of 45 ° or more and 90 ° or less.
  • the direction in which the air injection nozzle 10 is tilted is not particularly limited.
  • ⁇ Inner diameter of air injection nozzle 10 ⁇ 2 (mm)>
  • ⁇ 2 0.1 mm or more and 5.0 mm or less. More preferably, it is in the range of 1.0 mm or more and 4.0 mm or less.
  • d2 (mm)>
  • d2 is preferably 1.0 mm or more and 5.0 mm or less. More preferably, it is in the range of 1.5 mm or more and 4.0 mm or less.
  • An example of an inspection object to which the welding inspection apparatus according to the present invention can be applied is a skeleton part for an automobile.
  • a specific example of a skeleton component for an automobile is shown in FIG. In FIG. 5, a steel plate 2 which is a frame component having a substantially hat-shaped cross section and a steel plate 3 which is a panel component are used.
  • the skeleton component for an automobile has a closed cross section formed by welding a flange portion 2b of a frame component (steel plate 2) and a part of a panel component (steel plate 3) facing the flange portion 2b.
  • the above-mentioned automobile frame parts include center pillars, roof rails, and the like.
  • a thin steel plate made of a high-strength steel plate is generally used for these members, and laser welding is often used for lap welding of the flange portion, so that there is a high possibility that minute welding defects will occur.
  • the minute welding defect can be detected easily and accurately.
  • a steel sheet having the composition shown in Table 1 was used as the test material. More specifically, two steel sheets having a component composition of either steel type A or B were overwelded.
  • the plate thickness of the steel material was one of 1, 2 mm, 1.6 mm, and 2.0 mm for the steel type A, and 1.6 mm for the steel type B.
  • the steel plate 2 and the steel plate 3 at the time of lap welding had the same plate thickness.
  • the lengths of the steel plates 2 and 3 in the longitudinal direction were all 500 mm.
  • the steel plate 2 is a hat type having a vertical wall portion 2a and a flange portion 2b, and the steel plate 2 and the steel plate 3 are overlap-welded in the same manner as in FIG.
  • the welding defect was determined by the following procedure. (1) Does the liquid 12 generate bubbles 15 after the liquid 12 is applied from the front surface side to the 20 welded portions 4 formed on the flange portion of the hat type test piece and the air 13 is injected from the back surface side? I confirmed. (2) For each of the 20 welded portions 4, a portion 5 mm away from the welded end portion E was cut out perpendicular to the welding direction, and cross-sectional observation was performed. (3) Pass if the welded part where air bubbles are generated in the liquid 12 on the surface in (1) and the welded part where the welding defect 14 is found in (2) match in all 20 places, and even one matches. If not, it was rejected. The results obtained are shown in Table 2.
  • No. 1 of the example of the present invention. 1 to No. In any of the cases 4, the above-mentioned preferable conditions were satisfied, and welding defects could be detected more accurately. That is, No. 1 to No.
  • the liquid viscosity ⁇ of No. 4 is 0.1 Pa ⁇ s, and satisfies the condition of 0.003 Pa ⁇ s or more and 1 Pa ⁇ s or less. As a result, the air 13 could pass through the liquid 12 of the hat-shaped metal plate 2, and the liquid 12 applied to the surface of the welded portion 4 could be foamed.
  • the coating amount of the liquid 12 in 4 a is 0.001 ml / mm 2, meets 0.0001 / mm 2 or more 0.003 ml / mm 2 following conditions. Therefore, the liquid 12 was applied to the entire welded portion 4, and the surface of the welded portion 4 could be completely sealed.
  • the ⁇ 1 of the liquid nozzle 6 of No. 4 is 2.0 mm, which satisfies the condition of 0.1 mm or more and 5.0 mm or less. Therefore, the liquid nozzle 6 was not clogged, and the liquid 12 could be reliably prevented from flowing to the outside of the welded portion 4.
  • the distance d1 between the liquid nozzle 6 and the metal plate 2 of No. 4 is 2.0 mm, which satisfies the condition of 1.0 mm or more and 5.0 mm or less.
  • the liquids 12 having different supply timings do not interfere with each other, and it is possible to prevent a portion where the liquid 12 is not applied to the welded portion 4.
  • the feeding speed V of the liquid 12 of No. 4 is 10 mm / s, and satisfies the condition of 1.0 mm / s or more and 1000 mm / s or less. Therefore, the liquid 12 could be sealed to the welded portion 4 while shortening the coating time.
  • the feed amount b of the air 13 of 4 is 25 ml / min, which satisfies the condition of 10 ml / min or more and 50 ml / min or less, and the feed angle ⁇ of the air 13 is 90 °, and the condition of 30 ° or more and 90 ° or less. Meet. As a result, the air 13 could be reliably passed through the welding defect 14 and the bubbles 15 could be generated.
  • the diameter ⁇ 2 of the air injection nozzle 10 of No. 4 is 2.0 mm, which satisfies the condition of 0.1 mm or more and 5.0 mm or less.
  • the distance d2 between the air injection nozzle 10 of 4 and the metal plate 3 is 2.0 mm, which satisfies the condition of 1.0 mm or more and 5.0 mm or less. Therefore, the pressure of the injected air 13 could be secured and the bubbles 15 could be generated without the air 13 coming off from the welding defect 14.
  • Example No. 1 of the present invention satisfying all of the suitable conditions. 1 to No. In No. 4, an accurate determination result of the presence or absence of the welding defect 14 was obtained.
  • the embodiment of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
  • the inspection of the welded portion when the metal plate is a steel material such as high-strength steel is illustrated, but the present invention is not limited to this, and mild steel, plated steel plate, stainless steel, heat-resistant steel, aluminum alloy, etc. It can also be applied to the inspection of the welded part of the metal plate of.
  • the welding method is not limited to the laser welding described above, and a known welding method suitable for the type of metal plate can be applied.
  • the welding inspection device 1 inspects the lap welding is illustrated, it can also be applied to the butt welding.

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Abstract

溶接検査装置１は、金属板２、３の溶接部４における溶接欠陥１４を検出するものであって、金属板の一方面側に配置されて金属板の溶接方向に進行可能な液体塗布ヘッド５と、金属板の他方面側に配置されて金属板の溶接方向に進行可能なエアー噴射ヘッド９と、を有し、液体塗布ヘッド５は、金属板の一方面側へ突出し、溶接部をシールする液体を塗布する液体塗布ノズルを有し、エアー噴射ヘッド９は、金属板の他方面側へ突出し、液体を塗布された溶接部にエアー１３を噴射するエアー噴射ノズルを有する。

Description

溶接検査装置
　本発明は、簡便かつ正確な溶接欠陥の検出を可能にする溶接検査装置に関する。
　溶接は、従来から多くの構造部材を接合する際に用いられている。しかし、溶接の過程で、様々な溶接欠陥が発生しうるという問題もある。
　例えば薄鋼板の溶接では、溶接部を貫通する割れと呼ばれる溶接欠陥が発生することがある。このような溶接欠陥は、製品の気密性及び耐食性に対して悪影響を与える。そこで、溶接欠陥を画像認識装置等によってオンラインにて検出し、再溶接を施す等の対策を講じる必要がある。
　近年、高強度化に伴って薄鋼板を合金化処理するケースが多いほか、レーザ溶接に代表される幅狭の溶接が実用化されているといった事情がある。これらの場合、従来のオンラインの検査方法では検出できない程度に微小な割れ等の溶接欠陥が発生しうる。
　溶接欠陥をより詳細に判定する方法として、オフラインでの断面観察試験、浸透探傷試験、及び放射線透過試験等が挙げられる。断面観察試験では、正確な判定ができるものの、溶接部を切り出す必要があるので時間的・作業的なコストが大きいという問題がある。浸透探傷試験は、断面観察試験ほどの時間はかからないものの、なお長時間を要する検査方法であり、かつレーザ溶接などの幅狭でアンダーフィルが大きい溶接部の場合には溶接良否の判定が正確にできないという問題もある。さらに放射線透過試験は、高エネルギーの放射線が必要であり、放射線の漏洩を防ぐ観点から大型の検出装置が必要なので、工場での実適用は難しい。
　レーザ溶接によって形成された溶接部の割れ等の欠陥を検出する方法を開示した文献として、以下の特許文献１及び特許文献２が知られている。
　特許文献１では、溶接ビートに溶接割れが発生している場合には、熱影響部の幅が小さくなることを利用し、熱影響部の幅にしきい値を設けて、画像認識にてその値を下回った場合に溶接不良と判定する技術が開示されている。特許文献２では、溶接ビートに溶接割れが発生している場合には、割れの内部が断熱層として機能して割れ部分の冷却が遅延することを利用し、溶接部から離れた箇所での温度履歴を計測し、冷却速度があるしきい値よりも遅くなった場合に溶接不良と判定する技術が開示されている。
特開２００８－１９６８６６号公報 特開２００８－２７９４９７号公報
　上述したように、レーザ溶接等において溶接部の幅が狭くなっていく傾向にあり、溶接部の幅が狭くなると溶接欠陥も微小になる。この場合、正常な溶接部と溶接割れ等が生じた溶接部との間の熱影響部の幅の差、もしくは温度変化の差は小さくなる。このため、特許文献１記載の熱影響部の幅によるしきい値処理もしくは特許文献２記載の温度の時間変化のしきい値処理に基づく判定では、正確に溶接部の良否を判定できなくなる。
　本発明はこのような問題に鑑みて完成されたものであり、溶接部に発生する微小な溶接欠陥であっても、オンラインにて簡便かつ正確に検出できる溶接検査装置を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
［１］　金属板の溶接部における溶接欠陥を検出する溶接検査装置であって、
　金属板の一方面側に配置されて金属板の溶接方向に進行可能な液体塗布ヘッドと、
　金属板の他方面側に配置されて金属板の溶接方向に進行可能なエアー噴射ヘッドと、を有し、
　前記液体塗布ヘッドは、金属板の一方面側へ突出し、溶接部をシールする液体を塗布する液体塗布ノズルを有し、
　前記エアー噴射ヘッドは、金属板の他方面側へ突出し、液体を塗布された溶接部にエアーを噴射するエアー噴射ノズルを有する溶接検査装置。
［２］　前記液体塗布ヘッドは、前記液体塗布ノズルよりも進行方向の前方に、溶接部を撮影するカメラを有する［１］に記載の溶接検査装置。
［３］　前記エアー噴射ヘッドは、前記エアー噴射ノズルよりも進行方向の前方に、溶接部を撮影するカメラを有する［１］又は［２］に記載の溶接検査装置。
［４］　前記液体塗布ノズルは、前記エアー噴射ノズルよりも進行方向の前方に、配置される［１］から［３］までのいずれかに記載の溶接検査装置。
［５］　前記液体塗布ヘッドは、前記液体塗布ノズルよりも進行方向の後方に、液体中で発生する泡を撮影する後方カメラを有する［１］から［４］までのいずれかに記載の溶接検査装置。
　本発明によると、金属板の他方面側から噴射されたエアーが溶接欠陥部分を通り、一方面側に塗布された液体が泡立つことを利用して溶接欠陥を検出することにより、微小な溶接欠陥であっても、簡便かつ正確に溶接欠陥を検出できる。
　また、液体塗布ヘッド及びエアー噴射ヘッドが溶接方向へ進行することにより、オンラインでの検出が可能となるので、オフラインで行う検出装置及び検出方法に比べて、検査時間を大幅に短縮できる。
図１は、本発明に係る溶接検査装置の一例を示す斜視図である。 図２は、本発明に係る溶接検査装置の一例を示す側面図である。 図３は、溶接欠陥が発生した場合の溶接継手の上面図である。 図４は、図３に示す溶接継手のＡ－Ａ線断面図である。 図５は、検査対象物の一例である自動車用骨格部品を示す斜視図である。
　以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について具体的に説明する。尚、本発明は当該実施形態に限定されるわけではない。
　図１は、上下に重ね合わせた金属板２と金属板３とを、金属板２、３の長手方向に形成された複数の溶接部４によって重ね溶接を行った例を示す。溶接は、通常一方向に向かって行われ、当該方向を溶接方向と称する。溶接方向は、溶接部４の長手方向と一致し、図１の例では金属板２、３の長手方向とも一致する。当該重ね溶接では通常レーザ溶接が用いられるので、微小な溶接欠陥が発生しやすく、従来の溶接検査方法では当該溶接欠陥を検出しにくい。
　＜溶接検査装置＞
　図１に示すように、本発明に係る溶接検査装置１は、液体塗布ヘッド５とエアー噴射ヘッド９とを有する。液体塗布ヘッド５は、金属板の一方面側（表面側）へ突出する筒状の液体塗布ノズル６を有する。エアー噴射ヘッド９は、金属板の他方面側（裏面側）へ突出する筒状のエアー噴射ノズル１０を有する。図２のように、液体塗布ノズル６によって金属板２の表面に液体１２が塗布され、エアー噴射ノズル１０によって金属板３の裏面からエアー１３が噴射される。
　液体塗布ヘッド５及びエアー噴射ヘッド９は、溶接方向に沿って移動する。図１にて、液体塗布ヘッド５及びエアー噴射ヘッド９が進行する方向を、進行方向Ｄと称する。尚、液体塗布ヘッド５とエアー噴射ヘッド９とは、同期して移動することが好ましい。これにより、検査時間を短くするとともに、液体を塗布してから時間をあけてエアー噴射ヘッドを走査させることで液体が蒸発してしまい、割れを正確に検出できなくなるのを防止することができる。
　エアー噴射ノズル１０は、液体塗布ノズル６によって液体を塗布された後の溶接部４に対してエアーを噴射する。エアーの噴射よりも液体の塗布を確実に先に行うという観点から、液体塗布ノズル６は、エアー噴射ノズル１０よりも進行方向の前方に配置されることが望ましい。
　詳細については後述するが、液体１２を塗布された溶接部４の裏側からエアー１３を噴射すると、溶接欠陥がある場合には溶接部４の表面側の液体中に泡が検出される。当該泡の有無によって、溶接欠陥の有無を判定できる。
　液体塗布ヘッド５は、液体塗布ノズル６よりも進行方向前方にカメラ７を有することが好ましい。また、エアー噴射ヘッド９は、エアー噴射ノズル１０よりも進行方向前方にカメラ１１を有することが好ましい。当該カメラ７及びカメラ１１は、撮影画像の明暗情報等をもとに溶接部４を認識可能な装置であればよい。より具体的な一例では、カメラ７及びカメラ１１は、金属板２及び金属板３の表裏面を撮影した後に、制御装置（図示せず）へと撮影画像を出力する。制御装置は、画像処理を行って溶接部４の位置を把握し、次いで液体塗布ヘッド５及びエアー噴射ヘッド９の動作を制御する。具体的には、制御装置は、液体塗布ヘッド５及びエアー噴射ヘッド９を、溶接部４の溶接方向に追従して移動させる。尚、カメラ７又はカメラ１１と、制御装置とは一体化した装置を用いてもよい。
　さらに液体塗布ヘッド５は、液体塗布ノズル６よりも進行方向後方にて、後方カメラ８を有することが好ましい。後方カメラ８は、溶接部裏面からのエアー噴射時に、溶接部４の表面側を撮影する。後方カメラ８によって取得された撮影画像が、図示しない表示装置に表示されるようにしてもよい。あるいは、制御装置が撮影画像から溶接部４の表面の液体中の泡立ちの有無を識別することで、溶接欠陥の有無を判定するようにしてもよい。この場合、溶接欠陥の検査を自動で行うことができる。
　後方カメラ８は、進行方向に関して、少なくとも検査中において前述したエアー噴射ノズル１０と同等の位置（対向する位置）に設けられることが望ましい。これにより、後方カメラ８は、エアー噴射がなされている溶接部４を確実に撮影できる。
　上述のように、カメラ７又はカメラ１１による溶接部４の追従機能と、後方カメラ８による泡の判定機能とを組み合わせることで、自動で溶接部４の検査が可能となる。
　図１、２を用いて溶接検査装置１の動作についてより詳細に説明する。まず、所定の溶接部４に対し、金属板２の表面側で液体塗布ヘッド５が進行方向Ｄに移動しながら、液体１２が溶接方向に沿って溶接部４の表面に塗布されていく。次に液体１２が塗布された後の溶接部４の裏面側から、エアー噴射ヘッド９によってエアー１３が噴射される。なお、エアー噴射ヘッド９は、検査時間の短縮のために、進行方向Ｄに向かって移動しながらエアー１３を噴射してもよい。あるいは、エアー噴射ヘッド９は、精度よく検査を行うために、エアー１３を噴射するときには移動を停止してもよい。泡の判定は、目視で行うこともできるし、後方カメラ８により取得された撮影画像を用いて行うこともできる。撮影画像を用いる場合には、エアー噴射中の溶接部４を確実に撮影できるように、進行方向Ｄにおける後方カメラ８の撮影視野内にエアー噴射ノズル１０によるエアー１３の噴射位置が裏面にて含まれるようになっている。
　次に、図３及び図４を用いて、本発明に係る溶接検査装置によって溶接欠陥が検出される原理を説明する。図３は溶接部４近傍の上面図であり、図４は図３のＡ－Ａ断面図である。図４は、エアー１３を噴射することで、溶接部４における溶接欠陥１４を検出している状態を示す。尚、本発明における溶接部４は、溶接時に母材が溶融した部分にあたる溶融部と、その周辺において溶接熱により組織変化を生じた熱影響部（ＨＡＺ）とを含む。また図３のように、溶接欠陥１４は、溶接始端部Ｓから溶接終端部Ｅまでの全体に伝播することが多い。
　まず、溶接部４の表面側にシール用の液体１２が塗布される。液体１２は、溶接部４の表面をシールできる程度の表面張力を有し、エアーの噴射によって泡沫現象を生じるものであればよい。液体１２の具体例として公知のガス漏れ検出液等のように、界面活性剤もしくは高分子化合物等の発泡因子を含有する液体を用いることができる。
　次に、液体１２が塗布された溶接部４を対象として、金属板３の裏面側からエアー１３を噴射する。図３及び図４の例のように、溶接部４に溶接欠陥１４（具体的には溶接部の板厚方向全長に及ぶ割れ）が存在すると、エアー１３は当該溶接欠陥１４を通って金属板２の表面側へと到る。エアー１３は、溶接部４の表面側の液体１２を通過する際に、泡１５を発生させる。
　一方で、溶接部４に溶接欠陥が存在しない場合、例えば溶接部４の厚さ方向全長に及ぶ割れが存在しないときには、金属板３の裏面側から噴射されたエアー１３は、金属板２の表面側まで到ることはなく、液体１２において泡１５を発生させることはない。
　このように、溶接部４の裏面側からエアー１３を噴射し、この際に溶接部４の表面側の液体１２で観察される泡１５の有無によって、溶接欠陥１４の有無が判定される。このように、泡の観察を行うことで微小な溶接欠陥の有無を判定でき、従来に比べて簡便かつ正確な検出が可能となる。また、オンラインでの検出作業を行えることから、従来に比べて検出作業にかかる期間を大幅に短縮できる。特に、上記溶接検査装置が、合金化された薄鋼板の溶接部、及びレーザ溶接によって形成された溶接部等に適用された場合、微小な溶接欠陥であっても確実に検出できる。
　尚、上述した溶接検査装置を用いて溶接欠陥の検出を行った後、溶接部４を溶接方向と垂直な断面で切り出して、切断面を光学顕微鏡等で観察すれば、溶接欠陥１４の有無をより確実に認定できる。
　以下に溶接検査装置の好ましい各種条件について説明する。尚、本発明は、以下の好適条件に限定されるわけではない。
＜液体１２の粘度：μ（Ｐａ・ｓ）＞
　液体１２の粘度が大きい場合、エアー１３が液体１２によりブロックされ、溶接欠陥１４を通過できないことがある。一方で、液体１２の粘度が小さい場合、貫通した溶接欠陥１４がある金属板２、３に対して噴射されたエアー１３が、溶接部４の表面に塗布した液体１２を泡立てることなく、液体１２を通過することがある。これらの観点から、液体１２の粘度μは、０．００３Ｐａ・ｓ以上１Ｐａ・ｓ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは０．００５Ｐａ・ｓ以上０．５Ｐａ・ｓ以下の範囲である。
＜液体１２の塗布量：ａ（ｍｌ／ｍｍ２）＞
　液体１２の塗布量が少ない場合、溶接部４の表面全体に液体１２が広がらず、溶接部４の表面を完全にシールすることができないことがある。この場合、エアー１３が液体１２の塗布されていない部分を通過することで、泡１５が発生せず溶接欠陥１４を検出できないという問題が起こりうる。一方で、液体１２の塗布量が多い場合、液体１２が溶接部４から流出して溶接部４の表面をシールできなくなる可能性がある。これらの観点から、溶接部４の単位表面積あたりに塗布する液体１２の量ａは、０．０００１ｍｌ／ｍｍ２以上０．００３ｍｌ／ｍｍ２以下とすることが好ましい。さらに好ましくは０．０００５ｍｌ／ｍｍ２以上０．００２ｍｌ／ｍｍ２以下の範囲である。
＜液体塗布ノズル６の直径：Φ１（ｍｍ）＞
　液体塗布ノズル６の直径が小さい場合、ノズルの先端が目詰まりを起こす可能性がある。一方で、液体塗布ノズル６の直径が大きい場合、ノズルの内径が溶接部４の幅より大きくなり、液体１２が溶接部４の外側に流出する可能性がある。これらの観点から、液体塗布ノズル６の直径Φ１は、０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは０．５ｍｍ以上～３ｍｍ以下の範囲である。
＜液体塗布ノズル６と金属板２の表面との距離：ｄ１（ｍｍ）＞
　上記距離ｄ１が小さい場合、金属板２に接触した液体１２と後から供給される液体１２とが干渉し、液体塗布ノズル６から適切に液体１２を供給できない可能性がある。一方、上記距離ｄ１が大きい場合、目的の箇所に液体１２を塗布することができない可能性がある。これらの観点から、液体塗布ノズル６と金属板２の表面との間の距離ｄ１は、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは１．５ｍｍ以上～４ｍｍ以下の範囲である。
＜液体１２の送給速度：Ｖ（ｍｍ／ｓ）＞
　液体１２の送給速度が小さい場合、液体１２の塗布作業に要する時間が過大となる。一方で、液体１２の送給速度が大きい場合、液体１２が溶接部４の表面から飛び散り、上手く表面をシールできない可能性がある。これらの観点から、液体１２の送給速度Ｖは、１．０ｍｍ／ｓ以上１０００ｍｍ／ｓ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは５．０ｍｍ／ｓ以上１００ｍｍ／ｓ以下の範囲である。
＜エアー１３の送給量：ｂ（ｍｌ／ｍｉｎ）＞
　エアー１３の送給量が少ない場合、板厚方向に貫通する溶接欠陥１４が存在する場合でも、エアー１３が当該溶接欠陥１４を通過しない可能性がある。一方でエアー１３の送給量が多い場合、エアー１３が金属板表面の液体１２を吹き飛ばしてしまい、溶接欠陥１４が検出できない可能性がある。これらの観点から、エアー１３の送給量ｂは、１０ｍｌ／ｍｉｎ以上５０ｍｌ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは１５ｍｌ／ｍｉｎ以上４０ｍｌ／ｍｉｎ以下の範囲である。
＜エアー噴射ノズル１０と裏面側の金属板３のなす角度：θ（ｄｅｇ）＞
　角度θが３０°よりも小さい場合、エアー１３が溶接欠陥１４を通過しにくくなり、溶接欠陥１４を検出できない可能性がある。一方で、エアー１３の溶接欠陥１４における通過しやすさを考えると、θは９０°に近い方が望ましい。よって、上述のθは３０°以上９０°以下とすることが好ましい。さらに好ましくは４５°以上９０°以下の範囲である。尚、上述のθを算出する際に、エアー噴射ノズル１０が傾斜する方向は特に限定されない。
＜エアー噴射ノズル１０の内径：Φ２（ｍｍ）＞
　内径Φ２が小さい場合、エアー１３が溶接欠陥１４から外れた位置に噴射された際に、溶接欠陥１４を検出することが難しい。一方で、上述のΦ２が大きい場合、噴射するエアー１３の圧力を確保できず、エアー１３が板厚方向に貫通した溶接欠陥１４を通過することができず、溶接欠陥１４を検出することが難しいことがある。以上の観点から、Φ２は０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とすることが望ましい。さらに望ましくは１．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の範囲である。
＜エアー噴射ノズル１０と裏面側の金属板３との間の距離：ｄ２（ｍｍ）＞
　距離ｄ２が小さい場合、エアー１３が溶接欠陥１４から外れた位置に噴射された際に、溶接欠陥１４を検出することが難しい。一方で上述のｄ２が大きい場合、エアー１３が金属板３の裏面に到達するまでに広がってしまい、圧力を確保できず、溶接欠陥１４を検出することが難しいことがある。以上の観点から、ｄ２は１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは１．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の範囲である。
＜検査対象物＞
　本発明に係る溶接検査装置を適用可能な検査対象物の一例として、自動車用骨格部品が挙げられる。自動車用骨格部品の具体例を図５に示す。図５では、断面形状が略ハット形状のフレーム部品である鋼板２と、パネル部品である鋼板３とが用いられる。当該自動車用骨格部品は、フレーム部品（鋼板２）のフランジ部２ｂと、当該フランジ部２ｂに対向するパネル部品（鋼板３）の一部とが溶接されて、閉断面を構成する。
　前述した自動車用骨格部品の具体例として、例えば、センターピラー、及びルーフレール等が挙げられる。これらの部材には、一般的に高張力鋼板からなる薄鋼板が使用され、フランジ部の重ね溶接ではレーザ溶接が用いられることも多いので、微小な溶接欠陥が発生する可能性が高い。本発明に係る溶接検査装置を用いることで、当該微小な溶接欠陥も簡易かつ正確に検出できる。
　以下、本発明の作用及び効果について、実施例を用いて説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるわけではない。
　本実施例では、供試材として表１に示す成分組成の鋼板を用いた。より具体的には、鋼種Ａ又はＢのいずれかの成分組成を備えた鋼板２枚を、重ね溶接した。鋼材の板厚は、鋼種Ａが１、２ｍｍ、１．６ｍｍ及び２．０ｍｍのいずれかであり、鋼種Ｂが１．６ｍｍであった。重ね溶接する際の鋼板２と鋼板３は、ともに同じ板厚とした。鋼板２、３の長手方向長さは、いずれも５００ｍｍであった。尚、鋼板２は、図５に示すように縦壁部２ａとフランジ部２ｂとを有するハット型であり、図５と同様の態様で鋼板２と鋼板３とが重ね溶接された。具体的には、ハット型の鋼板２と底板（鋼板３）とを重ね合わせた後、重ね合わせた鋼板２のフランジ部２ｂの表面側から長手方向に沿って複数個所（２０箇所）のレーザ溶接を断続的に行って溶接部４を形成した。この際、溶接欠陥の判定の有効性を調べるため、２０箇所のすべての溶接部４に溶接欠陥が含まれるように溶接を行った。尚、試験片のサイズは、縦壁部２ａの高さが４０ｍｍ、フランジ部２ｂの長手方向長さが５００ｍｍ、フランジ部２ｂの幅が片側２０ｍｍであった。
　次に溶接欠陥の判定を以下の手順で行った。
（１）ハット型試験片のフランジ部に形成された２０箇所の溶接部４に、表面側から液体１２を塗布し、裏面側からエアー１３を噴射した後に、液体１２に泡１５が発生するかどうかを確認した。
（２）２０箇所の溶接部４のそれぞれについて、溶接終端部Ｅから５ｍｍ離れた箇所を溶接方向と垂直に切り出し、断面観察を実施した。
（３）（１）で表面の液体１２に気泡が発生した溶接個所と、（２）で溶接欠陥１４がみられた溶接個所が２０箇所全てで一致していれば合格、一つでも一致していない場合には不合格とした。得られた結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、本発明例のＮｏ．１～Ｎｏ．４のいずれの場合も、上述した好適条件を満たしており、より正確に溶接欠陥を検知できた。すなわち、Ｎｏ．１～Ｎｏ．４の液体粘度μは０．１Ｐａ・ｓであり、０．００３Ｐａ・ｓ以上１Ｐａ・ｓ以下の条件を満たしている。これにより、エアー１３がハット型金属板２の液体１２を通過することができ、溶接部４の表面に塗布した液体１２を泡立てることができた。
　Ｎｏ．１～Ｎｏ．４の液体１２の塗布量ａは０．００１ｍｌ／ｍｍ２であり、０．０００１ｍｌ／ｍｍ２以上０．００３ｍｌ／ｍｍ２以下の条件を満たしている。このため、液体１２が溶接部４全体に塗布され、溶接部４の表面を完全にシールすることができた。
　Ｎｏ．１～Ｎｏ．４の液体ノズル６のΦ１は２．０ｍｍであり、０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の条件を満たしている。よって、液体ノズル６が目詰まりを起こすことなく、液体１２が溶接部４の外側に流れてしまうのを確実に防止できた。
　Ｎｏ．１～Ｎｏ．４の液体ノズル６と金属板２との間の距離ｄ１は２．０ｍｍであり、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の条件を満たしている。これにより、供給のタイミングが異なる液体１２同士が干渉することなく、溶接部４に液体１２を塗布していない箇所が生じるのを防止することができた。
　Ｎｏ．１～Ｎｏ．４の液体１２の送給速度Ｖは１０ｍｍ／ｓであり、１．０ｍｍ／ｓ以上１０００ｍｍ／ｓ以下の条件を満たす。このため、塗布時間の短縮化を図りつつ、溶接部４に液体１２をシールすることができた。
　Ｎｏ．１～Ｎｏ．４のエアー１３の送給量ｂは２５ｍｌ／ｍｉｎであり、１０ｍｌ／ｍｉｎ以上５０ｍｌ／ｍｉｎ以下の条件を満たし、エアー１３の送給角度θは９０°であり、３０°以上９０°以下の条件を満たす。これにより、溶接欠陥１４にエアー１３を確実に通過させ、泡１５を発生させることができた。
　Ｎｏ．１～Ｎｏ．４のエアー噴射ノズル１０の径Φ２は２．０ｍｍであり、０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の条件を満たす。また、Ｎｏ．１～Ｎｏ．４のエアー噴射ノズル１０と金属板３との間の距離ｄ２は２．０ｍｍであり、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の条件を満たす。このため、エアー１３が溶接欠陥１４から外れることなく、噴射するエアー１３の圧力を確保して、泡１５を発生させることができた。
　以上の通り、好適条件のすべてを満たす本発明例Ｎｏ．１～Ｎｏ．４において、正確な溶接欠陥１４の有無の判定結果が得られた。
　本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されず、種々の変更を加えることができる。例えば、上記実施形態において、金属板が高張力鋼等の鋼材である場合の溶接部の検査について例示しているが、これに限らず、軟鋼、めっき鋼板、ステンレス鋼、耐熱鋼、アルミニウム合金などの金属板の溶接部の検査についても適用することができる。これに伴い、溶接方法は、上述したレーザー溶接に限らず、金属板の種類に適した公知の溶接方法を適用することができる。さらに、溶接検査装置１が重ね合せ溶接の検査を行う場合について例示するが、突合せ溶接にも適用することができる。
１　　　　　溶接検査装置
２、３　　　　　金属板（鋼板）
２ａ　　　縦壁部
２ｂ　　　フランジ部
４　　　　　溶接部
５　　　　　液体塗布ヘッド
６　　　　　液体塗布ノズル
７　　　　　カメラ
８　　　　　後方カメラ
９　　　　　エアー噴射ヘッド
１０　　　　エアー噴射ノズル
１１　　　　カメラ
１２　　　　液体
１３　　　　エアー
１４　　　　溶接欠陥
Ｄ　　　　　進行方向
Ｅ　　　　　溶接終端部
Ｓ　　　　　溶接始端部

Claims (5)

  1. 　金属板の溶接部における溶接欠陥を検出する溶接検査装置であって、
    　金属板の一方面側に配置されて金属板の溶接方向に進行可能な液体塗布ヘッドと、
    　金属板の他方面側に配置されて金属板の溶接方向に進行可能なエアー噴射ヘッドと、を有し、
    　前記液体塗布ヘッドは、金属板の一方面側へ突出し、溶接部をシールする液体を塗布する液体塗布ノズルを有し、
    　前記エアー噴射ヘッドは、金属板の他方面側へ突出し、液体を塗布された溶接部にエアーを噴射するエアー噴射ノズルを有する溶接検査装置。
  2. 　前記液体塗布ヘッドは、前記液体塗布ノズルよりも進行方向の前方に、溶接部を撮影するカメラを有する請求項１に記載の溶接検査装置。
  3. 　前記エアー噴射ヘッドは、前記エアー噴射ノズルよりも進行方向の前方に、溶接部を撮影するカメラを有する請求項１又は２に記載の溶接検査装置。
  4. 　前記液体塗布ノズルは、前記エアー噴射ノズルよりも進行方向の前方に、配置される請求項１から３までのいずれか一項に記載の溶接検査装置。
  5. 　前記液体塗布ヘッドは、前記液体塗布ノズルよりも進行方向の後方に、液体中で発生する泡を撮影する後方カメラを有する請求項１から４までのいずれか一項に記載の溶接検査装置。
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