JP4780334B2

JP4780334B2 - 溶接割れ検出方法

Info

Publication number: JP4780334B2
Application number: JP2007128439A
Authority: JP
Inventors: 雅志古川; 博成三方
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-05-14
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2027-05-14
Also published as: JP2008279497A

Description

本発明は、溶接欠陥を検出するための技術に係り、特に溶接ビード内に発生する溶接割れを検出するための溶接割れ検出方法に関する。

従来、溶接欠陥を検出するための方法としては、たとえば、特許文献１に記載の方法がある。この方法では、溶接ビードに斜め方向からスリット状の光を照射し、この照射されたスリット光をテレビカメラによって撮像して、その画像をデータ処理することによって良否判定を行うようにしている。
特開平５−７１９３２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の方法によれば、溶接ビードの形状的な特徴から良否判定を行うため、大きな盛上りやひけ、あるいは穴明き等の欠陥は検出できるものの、溶接ビードに生じている溶接割れを検出することは困難で、特に微小な溶接割れの検出は不可能である。また、凹凸の大きい溶接ビートで画像認識を行うため、ノイズ（外乱）の影響を受けやすく、ノイズ成分を打消すための面倒なデータ処理が必要になって、処理システムの複雑化が避けられない，という問題もあった。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、溶接ビードに生じる溶接割れを簡単かつ確実に検出できる溶接割れ検出方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る溶接割れ検出方法は、溶接中におけるワークの温度変化を監視し、その温度変化に基づいて溶接割れの有無を判定することを特徴とする。

広い板面を有するワークを溶接する場合、溶接の熱は、溶接部（溶接ビード）の左右方向へほぼ均等に熱伝導し、溶接部の左右方向で温度変化に大きな差が生じることはない、しかし、ワークのエッジ（側縁）に沿って溶接を行う場合は、エッジ部分で熱の移動が停止するので、該エッジ部分に熱が蓄積され、この蓄積された熱がエッジと反対側、すなわち溶接部側へ移動（逆流）する。このとき、溶接ビード内に割れが発生していると、該割れの内部が断熱層となるので、溶接ビード内を伝達してさらに反対側へ向う熱の移動が阻止される。この結果、溶接ラインよりもエッジ側部分では、溶接割れが発生している箇所に対応する部分と溶接割れが発生していない箇所に対応する部分とで、温度変化に差が生じる。すなわち、溶接割れが発生している箇所に対応する部分では、溶接割れが発生していない箇所に対応する部分よりも冷却に遅滞を生じることになる。本発明は、前記した知見に基づいてなされたもので、上記したように溶接中におけるワークの温度変化を監視することで、その温度変化から溶接割れの有無を簡単かつ確実に検出することができる。
以下に、本発明の態様をいくつか例示し、それらについて項分けして説明する。

（１）ワークのエッジに沿って溶接を行っている最中、溶接ラインよりエッジ側部分の温度変化を監視し、冷却過程の温度変化に基づいて溶接割れの有無を判定することを特徴とする溶接割れ検出方法。

上記したように溶接割れが発生している箇所に対応する部分では、溶接割れが発生していない箇所に対応する部分よりも冷却に遅滞を生じるので、特に温度変化の冷却過程に大きな差が現れる。本（１）項記載の溶接割れ検出方法においては、この冷却過程の温度変化に基づいて溶接割れの有無を判定するので、溶接割れの検出精度が高まり、微小な溶接割れの検出も可能になる。

（２）予め把握した、溶接割れが発生していない場合の温度変化と比較して、溶接割れの有無を判定することを特徴とする（１）項に記載の溶接割れ検出方法。

本（２）項記載の溶接割れ検出方法においては、予め把握した、溶接割れが発生していない場合の温度変化と比較することで、溶接割れの有無を簡単に判定することができる。この場合、温度変化を把握する判定基準は任意であり、冷却速度で判定しても、所定温度に降下するまでの時間で判定しても、あるいは冷却曲線の内側の面積で判定してもよく、これらの値に適当なしきい値を設定することで、溶接割れの有無を簡単に判定することができる。

（３）赤外線撮像装置により温度変化を監視することを特徴とする（１）または（２）項に記載の溶接割れ検出方法。

本（３）項記載の溶接割れ検出方法によれば、赤外線撮像装置により広域に温度変化を監視することができるので、溶接ビードの全長にわたって溶接割れ有無を判定することができ、品質保証に対する信頼性が向上する。

（４）熱電対により温度変化を監視することを特徴とする（１）または（２）項に記載の溶接割れ検出方法。

重ねレーザ溶接の場合は、溶接終端付近で溶接割れが発生しやすいので、溶接終端付近のみを集中的に監視すればよく、この場合は、本（４）項に記載のように熱電対を用いてコスト安に温度変化を監視することができる。

（５）溶接が、二枚重ねの鋼板の重ねレーザ溶接であることを特徴とする（１）乃至（４）項の何れか１項に記載の溶接割れ検出方法。

溶接割れは、二枚重ねの鋼板の重ねレーザ溶接において発生しやすいので、（５）項記載のように重ねレーザ溶接に適用する場合に、特に本発明は有用となる。

本発明に係る溶接割れ検出方法によれば、溶接ビードに生じる溶接割れを簡単かつ確実に検出できるので、溶接品の品質保証に向けてきわめて有用となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一つの実施形態を示したものである。本実施形態は、二枚の薄鋼板１、２のフランジ部１ａ、２ａを重ねレーザ溶接するに際し、これと並行して溶接部である溶接ビード３に発生する溶接割れの有無を検出するものである。重ねレーザ溶接は、ここではフランジ部１ａ、２ａのエッジ（側縁）に近接する溶接ラインＬに沿って断続的に行われるようになっており、レーザ光を出射する溶接トーチ４が溶接ラインＬ上を溶接方向Ｆへ移動する。溶接割れを検出するための割れ検出装置１０は、溶接ラインＬの上方に配置された赤外線撮像装置１１と、この赤外線撮像装置１１により撮像された画像をデータ処理して、フランジ部１ａ、２ａのエッジに近接する部位における温度変化曲線を求める画像データ処理装置１２と、この画像データ処理装置１２で得られた温度変化曲線に基づいて溶接ビード３内の溶接割れの有無を判定する良否判定装置１３と、良否判定装置１３の判定結果を画面表示する表示装置１４とから概略構成されている。

溶接トーチ４による溶接範囲を広域に撮像できるように重ねレーザ溶接中、溶接ビード３内に溶接割れが発生すると、図２に示されるように、溶接割れ５が発生した箇所に対応するエッジ側部位（ここでは、エッジ近接部位）Ｐ１における温度変化曲線と溶接割れ５が発生していない箇所に対応するエッジ側部位（エッジ近接部位）Ｐ２における温度変化曲線とに差が生じる。図３は、その温度変化曲線の一例を示したもので、溶接割れ５が発生した箇所に対応するエッジ側部位Ｐ１における温度変化曲線（点線で表す）は、溶接割れ５が発生していない箇所に対応するエッジ側部位Ｐ２における温度変化曲線（実線で表す）と比べて、冷却過程に遅滞を生じる。この理由は、前記したように溶接割れ５によってエッジ側から反対方向への熱の移動が阻止されたためである。

上記割れ検出装置１０を構成する赤外線撮像装置１１は、溶接トーチ４による溶接範囲を広く撮像できる位置に配置されている。そして、溶接中、赤外線撮像装置１１によって溶接範囲が高速で撮像され、その１コマごとの画像が画像データ処理装置１２へ高速で送られる。画像データ処理装置１２は、赤外線撮像装置１１から送られた画像に対して、溶接方向Ｆへ所定のピッチで複数の測定ポイントを設定し、各測定ポイントについて温度変化曲線を求め、その結果を良否判定装置１３へ送出する。良否判定装置１３には、予め溶接割れ５が発生していない箇所に対応するエッジ側部位の良好な温度変化曲線が記憶されており、良否判定装置１３は、この良好な温度変化曲線と前記実際に求めた温度変化曲線とを比較し、溶接割れ５の有無を判定する。この場合、良否判定装置１３は、たとえば、冷却速度、所定温度に降下するまでの時間、冷却曲線の内側の面積等を判断基準として、これらの値に適当なしきい値を設定し、該しきい値との関係で良否を判定することができる。

このように、本実施形態においては赤外線撮像装置１１によりエッジ側部位の温度変化を監視して、該赤外線撮像装置１１により撮像した画像をデータ処理し、溶接割れ５の有無を判定するので、微小な溶接割れであっても検出可能であり、検出精度に対する信頼性は十分高いものとなる。また、溶接ビード４の全長にわたって溶接割れ有無を検出するので、品質保証に対する信頼性が向上する。

なお、上記実施形態においては、フランジ部１ａ、２ａのエッジ近接部位の温度変化を監視するようにしたが、この監視部位（設定位置）は、溶接ラインＬよりエッジ側部分であれば任意であり、エッジからわずか離れた部位であってもよい。また、上記実施形態においては、フランジ部１ａ、２ａの溶接に適用した例を示したが、この溶接対象は任意であり、製品一般部であってもよい。さらに、上記実施形態においては、重ね溶接に適用した例を示したが、ワークのエッジ（側縁）沿って溶接する態様であれば、突き合せ溶接であっても、隅肉溶接であってもよい。

板厚１．４ｍｍの高張力鋼板を素材として、その二枚を重ね合せ、レーザ出力４ｋＷ、溶接速度２ｍｍ／ｍｉｎの条件でエッジから５ｍｍ離れた部位を重ねレーザ溶接した。この重ねレーザ溶接に際しては、事前にエッジ近接部位に溶接方向へ所定のピッチで複数の熱電対を取付けて温度変化を監視し、溶接割れが発生の有無と温度変化との関係について実験した。

図５は、上記した実験結果を示したもので、同図（Ａ）は、溶接割れが発生しない場合の温度変化曲線を、同図（Ｂ）は溶接割れが発生した場合の温度変化曲線をそれぞれ表わしている。これより溶接割れが発生した場合は、溶接割れが発生しない場合に比べて、冷却に大幅な遅滞が生じている。因みに、４００℃まで降下するまでの時間で比較すると、溶接割れが発生しない場合（Ａ）の時間Ｔ_Aが約３秒であるのに対し、溶接割れが発生した場合（Ｂ）の時間Ｔ_Bは約２７秒であり、両者の間には極めて大きな時間差が認められる。したがって、たとえば、前記した時間Ｔ_AとＴ_Bとの間に適当なしきい値を設定することで、本発明の方法により溶接割れを確実に検出できることが明らかである。

本発明に係る溶接割れ検出方法および装置の一つの実施形態を模式的に示す斜視図である。溶接割れの発生状況を模式的に示す平面図である。溶接割れが発生した箇所に対応する部位（Ｐ１）と溶接割れが発生していない箇所に対応する部位（Ｐ２）とにおける冷却曲線の差を示すグラフである。溶接割れの実験結果を示したもので、（Ａ）は、溶接割れが発生しない場合の温度変化曲線を、（Ｂ）は溶接割れが発生した場合の温度変化曲線をそれぞれ示すグラフである。

符号の説明

１、２薄鋼板
１ａ、２ａフランジ部
３溶接ビード
４溶接トーチ
５溶接割れ
１０溶接割れ検出装置
１１赤外線撮像装置
１２画像データ処理装置
１３良否判定装置
１４表示装置
Ｌ溶接ライン

Claims

ワークのエッジに沿って溶接を行っている最中、溶接ラインよりエッジ側部分の温度変化を監視し、冷却過程の温度変化に基づいて溶接割れの有無を判定することを特徴とする溶接割れ検出方法。
予め把握した、溶接割れが発生していない場合の温度変化と比較して、溶接割れの有無を判定することを特徴とする請求項１に記載の溶接割れ検出方法。
赤外線撮像装置により温度変化を監視することを特徴とする請求項１または２に記載の溶接割れ検出方法。
熱電対により温度変化を監視することを特徴とする請求項１または２に記載の溶接割れ検出方法。
溶接が、二枚重ねの鋼板の重ねレーザ溶接であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の溶接割れ検出方法。