JP2006208224A - 鋼板の突合せ溶接部検査装置及びこの装置を用いた検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】計測不感帯を従来よりも大幅に縮小し、鋼板端部の溶接欠陥をも検出することができる鋼板の突合せ溶接部検査装置と、溶接線に平行な欠陥も検出できる鋼板の突合せ溶接部検査方法を提供する。
【解決手段】検出部に内蔵させた磁化器１により鋼板の突合せ溶接部を磁化させ、溶接部欠陥による漏洩磁束を感磁素子列４により検出する鋼板の突合せ溶接部検査装置において、磁化器の各磁極２，３の内側近接位置に、感磁素子列４，４をそれぞれ配置し、計測不感帯を小さくした。また磁化器による磁化方向を鋼板の突合せ溶接線に対して斜めに保持しながら検出部を突合せ溶接線に沿って移動させることにより、溶接線に平行な欠陥も検出できるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、テーラード・ウェルディッド・ブランクスと呼ばれる板厚の異なる複数の鋼板を突合せ溶接した鋼板シートの検査に用いられる、鋼板の突合せ溶接部検査装置及びこの装置を用いた検査方法に関するものである。

鋼板の突合せ溶接部の検査方法としては、特許文献１、特許文献２に記載されているように、溶接ビードにスリット状のレーザ光を投射し、投射されたスリット光を撮影して溶接ビードの形状を測定し、溶接の良否判断を行う方法が知られている。この方法によれば段差不良欠陥は検出できるが、１ｍｍ程度以下の小さな溶け込み不良欠陥やピンホール欠陥は検出できない問題があった。

そこで本発明者は、感磁素子列とこれを挟む形で配置された磁化器とから構成された検出部を鋼板の突合せ溶接線の方向に磁化させ、溶接欠陥部での漏洩磁束を検出する方法を開発し、特許文献３のとおり提案した。この方法によれば、溶接部に段差があっても段差による漏洩磁束を発生させることがなく、欠陥による漏洩磁束のみを正確に検出することができる。

ところが、特許文献３に示される検出部は磁化器の中央部に感磁素子列を配置しているため、検査される鋼板が磁化器の磁極Ｎ、Ｓ上に完全に載り、磁路が閉じて初めて鋼板内部磁化が安定して検査が可能になる。その結果、計測不感帯が約４０ｍｍと広くなり、鋼板端部の溶接部の検査が行えなくなるという問題があった。また特許文献３に示される方法では溶接線方向に磁化するため、溶接線に平行な欠陥は漏洩磁束を発生せず、検出することができないという問題があった。
特開平５−７１９３２号公報 特開平６−９４６４０号公報 特開２００４−１８４３０６号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決し、計測不感帯を従来よりも大幅に縮小し、鋼板端部の溶接欠陥をも検出することができる鋼板の突合せ溶接部検査装置を提供することを第１の目的とするものである。また本発明の第２の目的は、溶接線に平行な溶接欠陥、段差不良欠陥、溶け込み不良欠陥などを検出できる鋼板の突合せ溶接部検査方法を提供することである。

上記の第１の目的を達成するためになされた請求項１の鋼板の突合せ溶接部検査装置は、検出部に内蔵させた磁化器により鋼板の突合せ溶接部を磁化させ、溶接部欠陥による漏洩磁束を感磁素子列により検出する鋼板の突合せ溶接部検査装置において、磁化器の両端に鋼板に向けて突出させた各磁極の内側近接位置に、感磁素子列をそれぞれ配置したことを特徴とするものである。なお請求項２のように、磁化器の両磁極の中間位置に、磁性体による中間ヨークを配置した構造とすることが好ましい。

また第２の目的を達成するためになされた請求項２の鋼板の突合せ溶接部検査方法は、請求項１または２記載の鋼板の突合せ溶接部検査装置を用いて溶接部検査を行うに際し、磁化器による磁化方向を鋼板の突合せ溶接線に対して斜めに保持しながら検出部を突合せ溶接線に沿って移動させることを特徴とするものである。

また請求項４の鋼板の突合せ溶接部検査方法は、請求項１または２記載の鋼板の突合せ溶接部検査装置を用いて溶接部検査を行うに際し、鋼板端部からの距離に応じて感度補正を行うことを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、磁化器の各磁極の内面側直近に感磁素子列をそれぞれ配置したので、磁化器が鋼板に進入する場合にも、鋼板から外れる場合にも、それぞれの感磁素子列によって漏洩磁束を検出することができる。この結果、計測不感帯を小さくすることができる。また請求項２の発明によれば、磁化器の両磁極の中間位置に磁性体による中間ヨークを配置したので、感磁素子列直上の鋼板内磁場の水平方向成分を増加させ、鋼板内磁場と直交して発生する漏洩磁束の垂直方向成分を増やすことができる。このため磁場の垂直方向成分のみしか感度を有しない感磁素子列での検出感度の低下を防止することができる。

請求項３の発明によれば、請求項１または２記載の鋼板の突合せ溶接部検査装置を用いて溶接部検査を行うに際し、磁化器による磁化方向を鋼板の突合せ溶接線に対して斜めに保持しながら検出部を突合せ溶接線に沿って移動させる。これにより溶接部に段差のあるテーラード・ウェルディッド・ブランクスにおいても、段差による漏洩磁束の発生レベルを抑制しつつ、ブローホール、ピンホール等の突発性欠陥に加えて、溶接線に平行な欠陥についても、検出が可能となる。

請求項４の発明によれば、磁化器の位置が鋼板の端部にあるか中央部にあるかによって異なる鋼板内磁場の強度変化に起因する検出感度を補正し、磁化器の位置にかかわらず安定した精度で鋼板の突合せ溶接部の検査を行うことができる。

以下に本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明の突合せ溶接部検査装置の検出部を示す断面図、図２はその平面図である。これらの図において、１はＵ字型永久磁石からなる磁化器であり、２，３はその両端のＮ、Ｓの磁極である。これらの磁極２，３は検査される鋼板の方向に突出させてある。図示されていないが、磁極２，３が鋼板と直接接触しないようにその上部にはフッ素樹脂板などが配置され、鋼板から一定の距離を保つようになっている。検出部は鋼板の突合せ溶接部に沿って一定速度で相対的に移動しながら検査を行う。

図３に示すように、これらの磁極２，３間には磁界が形成され、その直上に位置する鋼板の突合せ溶接部を磁化する。突合せ溶接部が健全であれば磁束は乱れることがないが、ブローホール、ピンホール等の内部欠陥やその他の形状変化があると、その部分で漏洩磁束が生ずる。そこで感磁素子列４を用いて漏洩磁束を検出することにより、突合せ溶接部の検査を行う。

図１に示すように、本発明では各磁極２，３の内面に、感磁素子列４、４をそれぞれ配置してある。５は感磁素子列４の基板であり、多数のホール素子が１ｍｍ程度のピッチで基板５上に２列に配置されて電気的に差動結合され、感磁素子列４を構成している。これらの基板５、５はできるだけ各磁極２，３の近接位置に配置することが好ましい。

このように磁化器１の各磁極２，３の内面側直近に感磁素子列４，４をそれぞれ配置した検出部を、鋼板の突合せ溶接部に沿って相対的に移動させながら検査を行う。感磁素子列４が鋼板の直下に来ないと漏洩磁束を正確に検出できないが、本発明では感磁素子列４，４を分散配置したことにより、磁化器１が鋼板に進入する場合にはその先端側の感磁素子列４の信号を検出し、磁化器１が鋼板から外れる場合にはその後端側の感磁素子列４の信号を検出するようにすれば、計測不感帯を図１に示すように小さくすることができる。

これに対して図５に示した従来の装置では、磁化器１の磁極２，３の中央位置に感磁素子列４が配置されている。このため中央の感磁素子列４が鋼板の直下に位置するまでの区間が計測不感帯となっていた。このため従来は鋼板の端部から４０ｍｍ程度は溶接部の検査が行えなかったのに対して、本発明では計測不感帯を例えば１０ｍｍ程度まで大幅に減少させることに成功した。

ところで、このように両側の磁極２，３の近傍に感磁素子列４，４を分散配置すると、図３に示すように感磁素子列４の直上における鋼板内磁場が斜めになり、これと直交する漏洩磁束も斜めになるため、磁場の垂直成分に感度を有する感磁素子列４の検出感度が低下する。従って図３に示すような欠陥が存在しても、検出信号が小さくなる。

そこで図４に示すように、磁化器１の両磁極２，３の中間位置に、磁性体による中間ヨーク６を配置することが好ましい。これにより磁場分布が図４に示すように変化し、感磁素子列４の直上における磁場分布が水平方向となるので、この磁場に直行する漏洩磁束を感磁素子列４，４により感度よく検出することが可能となる。

以下に、請求項３，４の溶接部検査方法について説明する。溶接部検査は前記した本発明の溶接部検査装置を用いて行うが、請求項３の発明ではその際に図６に示すように検出部を傾け、磁化器１による磁化方向を鋼板の突合せ溶接線に対して斜めに保持しながら検出部を突合せ溶接線に沿って移動させる。

特許文献３に説明されているように、磁化方向を鋼板の突合せ溶接線に対して平行に維持しながら検査を行えば、板厚差による段差があっても漏洩磁束に影響は生じない。しかしこのことは、溶接線に平行な欠陥が存在してもその両端部でしか漏洩磁束を検出できないことを意味する。そこで請求項３の発明では、検出部を図６のように突合せ溶接線に対して角度を持たせる。

その角度(磁化角度）θは、５〜２５°の範囲が好ましく、１０〜２０°の範囲がより好ましい。角度θが小さすぎると従来技術と同様、溶接線に平行な欠陥、例えば未溶接欠陥が検出しにくくなる。逆に角度θが大きすぎると、段差による漏洩磁束が生じ易くなり、欠陥との識別が困難となる。図７はその様子を示した実測値であり、角度θを０°とした場合には内部欠陥は検出できるが、未溶接欠陥は両端部しか検出されていない。また４５°とした場合には段差形状によるバラツキと、その他の欠陥による信号とが識別しにくくなっている。これに対して１５°とした場合には、段差形状によるバラツキよりも内部欠陥による信号及び未溶接欠陥による信号レベルが大きく、溶接部に段差のあるテーラード・ウェルディッド・ブランクスにおいても、ブローホール、ピンホール等の内部欠陥及び溶接線に平行な欠陥についても、検出可能であることが分る。

上記のようにして鋼板の突合せ溶接部の検査を行うのであるが、図８に示すように鋼板の端部近傍では鋼板内磁場の磁束密度が高く、同一欠陥形状による漏洩磁場密度が強い。従ってこの漏洩磁場を検出する感磁素子列４の出力電圧も高くなり、検出精度が鋼板中央部とは異なることとなる。

そこで請求項４の発明では、図８に破線で示すような補正データを用いて感磁素子列４の出力を補正し、同一欠陥形状に対する出力を同一にする。この補正データは検査される鋼板の板厚や鋼種により異なるため、個々に設定されたデータを用いるものとする。これにより鋼板端部も中央部も、同一の精度で検査を行うことが可能となる。

厚みが１.４ｍｍの鋼板と０.７ｍｍの鋼板との突合せ溶接部に、直径が０.２mm、０．３mm、０.５mmの人工欠陥を形成した人工欠陥サンプルを作成し、磁化角度θを０°とした従来法と、１５°とした請求項３の発明の方法とによって、検査を行った。また人工欠陥を形成しない無欠陥サンプルも作成し、同様に検査した。図９はその結果を示す図であり、θを０°としても１５°としても、０．３mと０.５mmの人工欠陥は確実に検出することができた。なお無欠陥サンプルの検出結果は、特に変わらない。

次に、図１０に示すように、厚みが１.４ｍｍの鋼板と０.７ｍｍの鋼板との突合せ溶接部に、未溶接部を形成した未溶接サンプルを作成し、磁化角度θを０°とした従来法と、１５°とした請求項３の発明の方法とによって、検査を行った。従来法では溶接線と平行な未溶接部は漏洩磁束を生じないので両端部しか検出できなかったが、磁化角度θを１５°とすると未溶接部の全体を検出することができた。これは未溶接部の鋼板端面の細かな凹凸によって生じる漏洩磁束を検出できるためである。

次に、図１１に示すように、厚みが１.４ｍｍの鋼板と０.７ｍｍの鋼板とを３箇所でスポット溶接したスポット溶接サンプルを作成し、磁化角度θを０°とした従来法と、１５°とした請求項３の発明の方法とによって、検査を行った。この実施例でも、従来法では未溶接部は検出できないが、磁化角度θを１５°とすると未溶接部の全体を検出することができることが分る。

厚みが１.４ｍｍの鋼板と０.７ｍｍの鋼板との突合せ溶接部の、端部から８ｍｍの位置に直径が０.３mmの人工欠陥を形成し、１００ｍｍの位置に直径が０．２mmの人工欠陥を形成し、１５０mmの位置に直径が０.３mmの人工欠陥を形成し、２００ｍｍの位置に直径が０．５mmの人工欠陥を形成したサンプルを作成し、図１に示した装置により検査を行った。その結果は図１２に示されるとおりである。鋼板端部から５ｍｍを過ぎるとエッジによる検出信号の乱れが安定し、端部から８ｍｍの位置に設けた欠陥を、１５０mmの位置のものと同一精度で正確に検出できることが確認された。また、欠陥の大きさに対応して欠陥信号(信号電圧）が変化し、欠陥を正確に検出していることが分る。

本発明の突合せ溶接部検査装置の検出部を示す断面図である。 本発明の突合せ溶接部検査装置の検出部を示す平面図である。 磁極間に形成される磁界を示す断面図である。 請求項２の発明の実施形態を示す断面図である。 従来の検出部を示す断面図である。 請求項３の発明の実施形態を示す平面図である。 磁化角度と漏洩磁束密度との関係を示すグラフである。 請求項４の発明を示すグラフである。 実施例１の結果を示すグラフである。 実施例２の結果を示すグラフである。 実施例３の結果を示すグラフである。 実施例４の結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 磁化器
２ 磁極
３ 磁極
４ 感磁素子列
５ 感磁素子列の基板
６ 中間ヨーク

Claims (4)

1. 検出部に内蔵させた磁化器により鋼板の突合せ溶接部を磁化させ、溶接部欠陥による漏洩磁束を感磁素子列により検出する鋼板の突合せ溶接部検査装置において、磁化器の両端に鋼板に向けて突出させた各磁極の内側近接位置に、感磁素子列をそれぞれ配置したことを特徴とする鋼板の突合せ溶接部検査装置。
2. 磁化器の両磁極の中間位置に、磁性体による中間ヨークを配置したことを特徴とする請求項１記載の鋼板の突合せ溶接部検査装置。
3. 請求項１または２記載の鋼板の突合せ溶接部検査装置を用いて溶接部検査を行うに際し、磁化器による磁化方向を鋼板の突合せ溶接線に対して斜めに保持しながら検出部を突合せ溶接線に沿って移動させることを特徴とする鋼板の突合せ溶接部検査方法。
4. 請求項１または２記載の鋼板の突合せ溶接部検査装置を用いて溶接部検査を行うに際し、鋼板端部からの距離に応じて感度補正を行うことを特徴とする鋼板の突合せ溶接部検査方法。

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