JPH07509562A - 溶接接合部の評価方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.溶接領域に超音波を衝突させる超音波送信器と、超音波受信機を用いて抵抗 溶接される接合部を評価する方法であって、下記のステップからなる方法:−溶 接動作中に、溶接領域の超音波の音速c2を時間tの関数として決定し; −溶接領域の温度T(t)を、溶接領域における確認された音速c2(t)から 、溶接動作の持続時間の関数としてあらかじめ確認された溶接材の音速c2(t )の温度依存性と比較することにより決定し; −溶接材の融解時間tsを、溶接領域の温度T(t)の推移から、溶接材の融点 Tsと比較することにより、決定し;そして −溶接期間tの終了時に予期される溶接ナゲットの直径φを融解時間tsから溶 接動作中に算出する。 2.縦波の超音波が、超音波として用いられることを特徴とする請求の範囲第1 項記載の方法。 3.超音波透過度D(t)(超音波透過率)が、溶接動作中に、時間と溶接スポ ットの現在の音速c2(t)の関数として測定されることを特徴とする請求の範 囲第1項又は第2項記載の方法。 4.溶接動作を、特に溶接領域に剪断波を衝突させる超音波源と、超音波受信機 を用いて抵抗溶接部を、オンラインで評価する方法であって、下記のステップか らなる方法: −溶接材の融点Tsに達する時間であり、溶接ナゲットが生じ始める時間tsを 、超音波受信機の出力信号から決定し; −溶接ナゲットの体積Vを、溶接動作中に、融解温度に到達後の剪断波が縮小す ることから算出する。 5.時間t>ts時の溶接ナゲットの現在の体積Vは、下記の関係から決定され ることを特徴とする請求の範囲第4項記載の方法; V=B′*(D(t)−D(ts))+C′式中、 B′、C′:実験的に決定された定数 D(t):時間tでの超音波透過度 D(ts):融点に到達したときの超音波透過度である。 6.溶接動作の終了時に達成される溶接ナゲットの前記体積Vは、融解時間から 溶接動作の終了に至る期間Δtから、下記の関係により、決定されることを特徴 とする請求の範囲第4項又は第5項記載の方法:V=B′*Δt十C′ 式中、B′′及びC′′も、実験的に決定されるべき定数である。 7.融点に到達してから溶接動作の終わりまでの期間Δtの間に達成される溶接 ナゲットの体積は、下記の関係から決定されることを特徴とする請求の範囲第4 項記載の方法: V=B′′(Δt+D(ts)/([D(ts+δt)−D(ts)]/δt) +C′′式中、 B′′′、C′′′:実験的に決定された定数;D(ts):融点に到達したと きの超音波透過度;そして δt:“時間差”、即ち、小さい時間間隔である。 8.前記融点Tsが達成される時間は、前記剪断波の前記縮小の時間的変化が比 較的小さい値から比較的大きい値へ変化する時間を確認することにより決定され ることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第7項のいずれか1項に記載の方法。 9. −前記溶接領域における前記剪断波の前記音速c2は、時間tの関数として決定 され;−溶接領域の前記温度T(t)は、溶接材における前記音速c2(t)の あらかじめ確認された時間依存性と比較することにより、溶接領域の確認された 音速c2(t)から、溶接動作の持続時間の関数として決定され; −溶接材の前記溶解時間tsは、溶接材Tsの前記融点と比較することにより溶 接領域の温度T(t)の前記推移から決定される; ことを特徴とする請求の範囲第1項乃至第8項のいずれか1項に記載の方法。 10.前記超音波透過度D(t)(超音波透過率)は、測定された時間の関数と して溶接動作中に測定され、溶接スポットにおける現在の音速c2(t)、それ により決定されることを特徴とする請求の範囲第9項記載の方法。 11.前記超音波の速度c2(t)は、下記の式により、前記超音波透過度D( t)から算出することを特徴とする請求の範囲第9項記載の方法;c2(t)= (σ1*c1/σ2)* ▲数式、化学式、表等があります▼ 式中、 σ1:溶接電極即ち超音波源の密度 σ2:溶接材の密度 c1:溶接電極即ち超音波源の音速 c2:溶接材の音速 d:溶接ナゲットの密度 f:超音波の周波数 12.溶接電流の各現在の半波毎の溶接領域の音響透過度D(t)を、前記超音 波受信機からの前記出力信号A(t)から決定するために、 −平均的超音波エネルギ−Eliは、送信レベルが−定に維持される超音波送信 信号に対して、定義された遅延時間だけ遅延された第1の時間窓i中に、下記の 式により決定され; ▲数式、化学式、表等があります▼ −そして、溶接動作の結果としての平均的音響発信エネルギ−E2jは、前記第 1の窓に先立つかまたはそれに続き、その間超音波が溶接材に衝突させられない 第2の時間窓内で、下記の式により決定される:▲数式、化学式、表等がありま す▼ ことを特徴とする請求の範囲第11項記載の方法。 13.溶接電流の各現在の半波毎の溶接領域の前記音響透過度D(t)を、前記 超音波受信機からの前記出力信号A(t)から決定するために、 −前記超音波値Eliは、送信レベルが一定に維持される前記超音波送信信号に 対して、定義された遅延時間だけ遅延された第1の時間窓i中に、前記時間窓内 で発生する最大出力信号A(t)から決定され:−そして、溶接動作の結果とし ての前記音響発信値E2jは、前記第1の窓に先立つか又はそれに続き、その間 超音波が溶接材に衝突させられない第2の時間窓内で発生する最大出力信号A( t)から決定される、 ことを特徴とする請求の範囲第11項記載の方法。 14.前記超音波透過度Dの個々の測定値は、連続的に決定される音響発信レベ ルE2jが、あらかじめ設定された閾値を越えた場合に補正されることを特徴と する請求の範囲第12項又は第13項記載の方法。 15.前記補正は、外乱された音響透過度値Eliを、二つの隣接する値の平均 値により、置き換えることにより行われることを特徴とする請求の範囲第14項 記載の方法。 16.前記剪断波は、横波の超音波又はねじり波であることを特徴とする請求の 範囲第1項又は第3項乃至第12項のいずれか1項記載の方法。 17.電流の強さが測定され、電極の現在の直径が、該測定された電流の強さか ら決定されることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第16項のいずれか1項に 記載の方法。 18.溶接期間tの終了時に予期される溶接ナゲットの直径は、下記の式により 融解時間から算出され:φ2=φ2e*2*Ts*B*cs*(t−ts)/( cv*(exp(B*ts)−1))式中、 φe:電極の直径 cs:溶接材の比融解熱 cv:溶接材の比熱 t:溶接動作の全持続時間 ts:融解時間 そしてBの値は、経験的に決定される ことを特徴とする請求の範囲第1項乃至第17項のいずれか1項に記載の方法。 19.前記Bの値ならびにさらにAの値は、特に、溶接材の前記温度T(t)の 時間的推移から“最適の”方法にしたがって下記の関係により決定されることを 特徴とする請求の範囲第1項乃至第18項のいずれか1項に記載の方法: T(t)=A*(1−exp−(B*t)20.前記A及びBの値の概算により 、下記の関係が成立し、 A=J2*R0*d/k B=k/(cv*σ*d) 式中、 J:電流の密度 R0:溶接材の比電気抵抗 cv:溶接材の比熱 σ:溶接材の密度 d:溶接材の厚さ k:溶接材/電極構成の熱伝導比 であり、そして、溶接材の実際の電流密度Jは、下記の式により、A及びBの値 から決定されることを特徴とする請求の範囲第18項又は第19項記載の方法: J2=A*B*cv*/dσ 21.溶接結果が電流の弦さI又は溶接中の前記溶接期間tを変更することによ り影響を受けることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第20項のいずれか1項 に記載の方法。 22.前記超音波透過度Dの偶発的測定変動から大きく独立している“最適の” 融解時間tsが、関係A=J2*R0*d/kを適用することにより決定される ことを特徴とする請求の範囲第1項乃至第21項のいずれか1項に記載の方法。 23.前記電流の強さIを測定するときの溶接ナゲットの絶対サイズφを決定す るために、電極の前記直径φeが式(12)により決定されることを特徴とする 請求の範囲第1項乃至第22項のいずれか1項に記載の方法: (12)φ2e=I2*R0/(A*B*cv*σ)24.溶接工程における外 乱(溶接材の損失、溶接スポットの温度が閾値としてあらかじめ設定された融点 より下にさがる)の表示のために、前記超音波透過度の第2の相対極大値が、前 記透過度極大値があらかじめ設定されたピーク値を超過した場合に示されること を特徴とする請求の範囲第1項乃至第23項のいずれか1項に記載の方法。 25.外乱が、溶接ナゲットの温度が、期間t3の間、融点より下回るようにし て示される場合は、前記溶接ナゲットの前記直径を決定する前記方法は、式(5 )に基づいて溶接ナゲットの前記直径を昇出する時に、前記期間t3が、溶接動 作の全持続期間から減算されるようにして修正されることを特徴とする請求の範 囲第1項乃至第24項のいずれか1項に記載の方法。 26.抵抗溶接接合部の分析において超音波を利用する装置であって、 −前記抵抗溶接接合部に超音波を衝突させる超音波送信器;及び −音波による検査に続く超音波信号を受信する超音波受信器であって、その出力 信号を、評価/制御装置が、溶接動作を評価するために、そしてもし必要ならば 、制御するために評価する超音波受信器;を有する装置において、 前記超音波送信器(2.1)は、外側の電極シャンク(3)又は電極ホルダに取 り付けられ、剪断波を発生させ、特に、溶接スポットの音波による検査のための 横波又はねじり波を発生させることを特徴とする装置。 27.前記超音波受信機は、前記外側電極シャンク(3)又は前記電極ホルダに 取り付けられることを特徴とする請求の範囲第26項記載の装置。 28.前記超音波送信器は、溶接機の一方の電極(1)の前記電極シャンク(3 )の外壁又は前記電極ホルダに配され、前記超音波受信機(2.2)は、他方の 溶接電極に配されることを特徴とする請求の範囲第27項記載の装置。 29.送信及び受信時に作動させうる超音波変換器は、前記電極シャンク又はホ ルダの前記外壁にのみ設けられることを特徴とする請求の範囲第26項記載の装 置。 30.電子一音響超音波変換器により、電極壁で起こされる横波又はねじり波が 、周波数範囲50〜500KHzの間にあることを特徴とする請求の範囲第26 項乃至第29項のいずれか1項に記載の装置。 31.周波数の作動範囲が1MHzに達することを特徴とする請求の範囲第26 項乃至第30項のいずれか1項に記載の装置。 32.水平方向に分極された横波の分極ベクトルは、電極(1)の管の軸に垂直 に整列することを特徴とする請求の範囲第26項乃至第31項記載の装置。 33.超音波を利用するために用いられる前記横波又はねじり波の周波数が、各 半波λ/2が前記溶接電極、即ち前記溶接ナゲット(4)の直径に略対応するよ うに選択されることを特徴とする請求の範囲第26項乃至第32項のいずれか1 項に記載の装置。 34.水平方向に分極した横波が、ある角度で放射されることを特徴とする請求 の範囲第26項乃至第33項のいずれか1項に記載の装置。
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