JP7144225B2 - スポット溶接部の検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、スポット溶接部の検査方法に関し、より詳細には、Ｘ線ＣＴスキャンにより溶接継手の内割れを検出するスポット溶接部の検査方法に関する。

図５に示すように、抵抗溶接継手１０は、重ね合された２枚の高張力鋼板１１Ａ，１１Ｂを、スポット溶接装置の上下一対の溶接電極（図示せず）により挟持して加圧し、溶接電極間に通電することで、高張力鋼板１１Ａ，１１Ｂの接触部が溶融して形成される。高張力鋼板１１Ａ，１１Ｂのスポット溶接部２０には、ナゲット（溶接金属）２１が形成されると共に、ナゲット２１の周囲に熱影響部２２が形成される。なお、図５中、符号２３は、ナゲット２１の周辺に生じる固相溶接されたコロナボンド部を表し、符号２５は、シートセパレーションを表し、符号２６は、一対の溶接電極の加圧により鋼板１１Ａ，１１Ｂの表面に形成された圧痕部を表す。

近年開発されている亜鉛めっき高張力鋼板では、溶接時に溶融亜鉛めっきを起因とするＬＭＥ割れ（溶融金属脆化割れ）が発生することが知られている。ＬＭＥ割れとしては、熱影響部２２に発生するＨＡＺ割れがあり、そのうち、溶接部の外部からナゲット２１に向かって形成される割れなどの外割れと、コロナボンド部２３の端部から板厚方向に向かって形成される内割れと、がある。

これらの割れの内、継手内部に発生する内割れは、外部から目視では確認することができず、また、応力集中部となり、継手強度を低下させる要因となるため特に重要視されている。

従来、このような割れについては、スポット溶接後にスポット溶接部２０のカットチェックによって割れの有無を確認していた。しかし、カットチェックでは、たまたま切断した一断面における割れの情報しか把握できず、継手強度を適切に評価できない問題があった。

このような問題に対処するため、特許文献１～３に記載の各種検査方法が提案されている。特許文献１の検査方法は、超音波探触子から発振した超音波によりナゲット径の大きさを求め、予め記憶されている正常ナゲット径と比較して、スポット溶接の異常の有無を検査している。また、特許文献２の検査方法は、検査対象物の溶接部にＸ線を照射して得られるＸ線透過画像から、溶接熱により組織変化を生じた溶融部と母材との組織境界面の透過画像を検出し、組織境界面の透過画像の濃度や形状寸法からナゲットの大きさや形状を検出してスポット溶接の良否を検査している。特許文献３の検査方法は、Ｘ線ＣＴ装置で撮影したレーザ溶接部の断面写真の濃淡から接合面積を算出し、あらかじめ設定した面積と比較することにより、溶接状態の良否を判定している。

特開昭６２－１１９４５３号公報 特開平８－２４７７４９号公報 特開２００９－１０５１９３号公報

しかしながら、特許文献１の検査方法は、超音波を発信する接触子を、スポット溶接部のくぼみ部の外領域から溶接部中心を通り反対側の外領域まで走査して、ナゲットの有無、及びその大きさを検出するので、走査線上における情報しか得られず、スポット溶接の異常の有無を適切に判別するには、情報が必ずしも十分でない虞がある。特許文献２の検査方法は、スポット溶接部のＸ線透過画像から溶接部の良否を検査し、また特許文献３の検査方法は、Ｘ線ＣＴ装置により得られたレーザ溶接部の断面写真の濃淡から接合面積を算出して溶接状態の良否を判別しているが、溶接部の割れ、特に継手強度に影響を及ぼす内割れについては、なんら記載されておらず改善の余地があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｘ線ＣＴスキャンを用いた検査方法により、非破壊検査によりスポット溶接部の割れ、特に内割れを精度よく定量把握できるスポット溶接部の検査方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 鋼板が重ね合された抵抗溶接継手に対してＸ線ＣＴスキャンを行う工程と、
前記Ｘ線ＣＴスキャンで得られたスライス画像に対して母材部、溶接金属、及び熱影響部を黒色化し、その他の部分を白色化する工程と、
前記白色化した部分のうち、シートセパレーションの白色部、圧痕部の白色部及び継手表面から連続する白色部の少なくとも一つを除去、又は黒色化する工程と、
継手内部にある前記白色部を内割れとして検出する工程と、
を備えることを特徴とするスポット溶接部の検査方法。
（２） 鋼板が重ね合された抵抗溶接継手に対してＸ線ＣＴスキャンを行う工程と、
前記Ｘ線ＣＴスキャンで得られたスライス画像に対して母材部、溶接金属、及び熱影響部を第１の色に、その他の部分を第２の色に色分けする工程と、
前記第２の色のうち、シートセパレーション、圧痕部及び継手表面から連続する部分の少なくとも一つを除去、又は前記第１の色に変色する工程と、
継手内部にある前記第２の色を内割れとして検出する工程と、
を備えることを特徴とするスポット溶接部の検査方法。

本発明のスポット溶接部の検査方法によれば、従来の断面マクロ観察検査方法では検出困難であった溶接継手内部にある内割れを非破壊で、精度よく定量把握することができる。

本発明の第１実施形態のスポット溶接部の検査方法による検査手順を示す図である。 本発明の第２実施形態のスポット溶接部の検査方法による検査手順を示す図である。 本発明の第３実施形態のスポット溶接部の検査方法による検査手順を示す図である。 本発明の第４実施形態のスポット溶接部の検査方法による検査手順を示す図である。 抵抗溶接継手を模式的に示す断面図である。

以下、本発明に係るスポット溶接部の検査方法の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
本実施形態の検査方法では、まず、図５に示すような、スポット溶接部２０を備える抵抗溶接継手１０に対して、鋼板１１Ａ，１１Ｂの板厚に垂直な所定の方向に沿ってＸ線ＣＴスキャンを行う。これにより、所定の方向において等間隔で切断した複数の断面画像（以後、スライス画像という）の集合体からなるＸ線ＣＴスキャン画像が与えられる。

Ｘ線ＣＴスキャンでは、Ｘ線が透過する部分は白色に、Ｘ線が完全に遮られる部分は黒色に、また一部のＸ線が透過、又は遮られる部分は、Ｘ線の透過量に従って濃淡のあるグレーで表示される。従って、抵抗溶接継手１０のスライス画像は、図１に示すように、鋼板１１Ａ，１１Ｂの母材部１１、溶接金属（ナゲット）２１、及び熱影響部２２（図５参照）が黒色又はグレーで表示され、圧痕部２６、内割れ２４を含む割れ、及びシートセパレーション２５が白色又はグレーで表示される。

このＸ線ＣＴスキャンにより得られたスライス画像３１に対して、画像の濃淡を示す数値に対して設定した閾値で二値化処理を施すことで、母材部１１、溶接金属２１、及び熱影響部２２を黒色化し、その他の部分を白色化する。これにより、圧痕部２６、内割れ２４、及びシートセパレーション２５が白色で表示された中間処理画像３２が得られる。

そして、中間処理画像３２をトリミングして圧痕部２６、及びシートセパレーション２５を除去し、内割れ２４だけが白色部として残る検査画像３３を作成する。なお、表面から連続する白色部によって表示される外割れがある場合は、この外割れを黒色化するように画像処理する。同様に、ナゲット２１の内部に、白色部によって表示される、表面まで貫通しない割れや気孔がある場合も、これらの部分を黒色化するように画像処理する。ただし、外割れがコロナボンド部２３まで延びている場合には、内割れ２４として取り扱い、黒色化しない。これにより、検査画像３３には、内割れ２４だけが白色部として表示される。

上記した処理を、Ｘ線ＣＴスキャン画像の複数のスライス画像３１に対して同様に行い、内割れ２４の有無を検査する。そして、検査画像３３に白色部として示される内割れ２４の内、継手強度に影響する板厚方向への最大割れ長さが０．２ｍｍ以上の割れがある場合に、溶接不良と判定する。

このように、Ｘ線ＣＴスキャンによるスライス画像３１に基づいて検査を行うので、従来の非破壊検査では正確な検出が困難な内割れ２４を、非破壊で、精度よく定量把握することができる。
また、複数のスライス画像３１に基づいて、内割れ２４のうち、板厚方向に垂直な面における最大割れ長さ（内割れ２４の周長）を算出することもできる。このため、溶接状態は、内割れ２４の板厚方向の最大割れ長さに加えて、該周長も考慮して判定することもできる。なお、溶接状態は、上記に限定されず、内割れ２４の面積や体積により判定してもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態のスポット溶接部の検査方法について、図２を参照して説明する。
本実施形態は、抵抗溶接継手１０に対してＸ線ＣＴスキャンを行い、Ｘ線ＣＴスキャンにより得られたスライス画像３１に対して二値化処理を施して、中間処理画像３２を作成する点までは、第１実施形態と同様である。したがって、図２中、第２実施形態のスライス画像３１及び中間処理画像３２は、実質的に第１実施形態のものと同じである。

一方、本実施形態では、中間処理画像３２で白色に表示された部分のうち、圧痕部２６、及びシートセパレーション２５を黒色化して、内割れ２４だけが白色部として表示された検査画像３３を作成する。なお、表面から連続する白色部として表示される外割れや、ナゲット２１の内部の割れや気孔がある場合は、第１実施形態と同様に、これらの部分を黒色化する。

そして、検査画像３３に白色部として表示される内割れ２４の内、板厚方向への最大割れ長さが０．２ｍｍ以上の割れがある場合に、溶接不良と判定する。
その他の構成及び作用については、第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態のスポット溶接部の検査方法について、図３を参照して説明する。本実施形態のスポット溶接部の検査方法は、スポット溶接部２０の内部に微小な内割れ２４Ａがある場合の検査方法である。

先ず、第１実施形態のスポット溶接部の検査方法と同様に、抵抗溶接継手１０に対してＸ線ＣＴスキャンを行い、図３に示すスライス画像３１を得る。このとき微小な内割れ２４Ａは、Ｘ線の透過量が少ないので、圧痕部２６、シートセパレーション２５、及び比較的大きな内割れ２４と比較して濃いグレーで表示される。

そして、このスライス画像３１に対して二値化処理を施すことで、母材部１１、溶接金属２１、及び熱影響部２２を黒色化し、その他の部分（圧痕部２６、内割れ２４、及びシートセパレーション２５）を白色化した第１中間処理画像３２Ａを作成する。このとき、微小な内割れ２４Ａは、スライス画像３１で濃いグレーとして表示されているので、二値化処理により黒色化されてしまい、表示されなくなる場合がある。

このような、二値化処理により白色化できない微小な内割れ２４Ａに対しては、画像処理ソフトを用いて手動で白色化処理を行うことで、微小な内割れ２４Ａも白色で表示された第２中間処理画像３２Ｂを作成する。

次いで、第２中間処理画像３２Ｂで白色に表示された部分のうち、圧痕部２６、及びシートセパレーション２５を黒色化して、内割れ２４，２４Ａだけが白色部として表示された検査画像３３を作成する。なお、表面から連続する白色部として表示される外割れや、ナゲット２１の内部の割れや気孔がある場合は、第１実施形態と同様に、これらの部分を黒色化する。これにより、抵抗溶接継手１０の内部にある内割れ２４及び微小な内割れ２４Ａを白色部として表示することができ、内割れ２４及び微小な内割れ２４Ａの検出が可能となる。

そして、検査画像３３に白色部として示す内割れ２４，２４Ａの内、板厚方向への最大割れ長さが０．２ｍｍ以上の割れがある場合に、溶接不良と判定する。
その他の構成及び作用については、第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態のスポット溶接部の検査方法について、図４を参照して説明する。内割れ２４は、必ずシートセパレーション２５の内側で発生するため、本実施形態のスポット溶接部の検査方法では、シートセパレーション２５及び圧痕部２６で囲曉された内側部分のみをＸ線ＣＴスキャンしてスライス画像３１を作成する。従って、このスライス画像３１には、シートセパレーション２５は表示されない。

そして、第１実施形態のスポット溶接部の検査方法と同様に、スライス画像３１に対して二値化処理して溶接金属２１、及び熱影響部２２を黒色化し、その他の部分が白色化した中間処理画像３２を作成する。さらに、圧痕部２６、表面から連続する白色部、及びナゲット２１の内部の白色部がある場合はその白色部も黒色化して、内割れ２４だけが表示された検査画像３３を作成する。これにより、抵抗溶接継手１０の内部にある内割れ２４が検出可能となる。

本実施形態のスポット溶接部の検査方法によれば、Ｘ線ＣＴスキャンの範囲を狭い範囲に設定するので、効率的なＸ線ＣＴスキャンが可能となる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態と同様である。

尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記の各実施形態では、Ｘ線ＣＴスキャンによるスライス画像を白黒の２色で構成するものとして説明したが、Ｘ線の透過部分と、透過しない部分とが異なる色で表示可能であればよく、白黒を逆に表示することもできる。さらに、母材部、溶接金属、及び熱影響部を第１の色に、その他の部分を第２の色で色分け表示し、以後、上記の各実施形態と同様の処理により内割れ２４を検出するようにしてもよい。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 鋼板が重ね合された抵抗溶接継手に対してＸ線ＣＴスキャンを行う工程と、
前記Ｘ線ＣＴスキャンで得られたスライス画像に対して母材部、溶接金属、及び熱影響部を黒色化し、その他の部分を白色化する工程と、
前記白色化した部分のうち、シートセパレーションの白色部、圧痕部の白色部及び継手表面から連続する白色部の少なくとも一つを除去、又は黒色化する工程と、
継手内部にある前記白色部を内割れとして検出する工程と、
を備えることを特徴とするスポット溶接部の検査方法。
この構成によれば、従来の断面マクロ観察検査方法では困難であった継手内部にある内割れを、非破壊で、精度よく定量把握することができる。

（２） 前記Ｘ線ＣＴスキャンで得られたスライス画像に対して二値化処理を行うことにより、前記母材部、前記溶接金属、及び前記熱影響部を黒色化し、その他部分を白色化することを特徴とする（１）に記載のスポット溶接部の検査方法。
この構成によれば、二値化処理するための閾値を適宜な値に設定することで、母材部、溶接金属、及び熱影響部を適正に黒色化し、その他部分を白色化することができ、内割れをより精度よく検出することができる。

（３） 前記二値化処理により白色化できない微小な割れに対して、画像処理ソフトを用いて手動で白色化処理を行う工程をさらに備えることを特徴とする（２）に記載のスポット溶接部の検査方法。
この構成によれば、二値化処理により白色化できないような微小な割れに対しても確実に割れとして検出することができる。

（４） 前記抵抗溶接継手に対してシートセパレーションよりも内側の範囲について前記Ｘ線ＣＴスキャンを行うことを特徴とする（１）～（３）のいずれかに記載のスポット溶接部の検査方法。
この構成によれば、Ｘ線ＣＴスキャンの範囲を狭く設定することができ、継手内部にある内割れを、効率的に検出することができる。

（５） 前記継手内部にある割れの内、板厚方向への最大割れ長さが０．２ｍｍ以上の前記割れがある場合に、前記抵抗溶接継手が不良であると判定することを特徴とする（１）～（４）のいずれかに記載のスポット溶接部の検査方法。
この構成によれば、継手強度に影響する内割れの大きさに基いて、抵抗溶接継手の良否判定を行うことができる。

（６） 鋼板が重ね合された抵抗溶接継手に対してＸ線ＣＴスキャンを行う工程と、
前記Ｘ線ＣＴスキャンで得られたスライス画像に対して母材部、溶接金属、及び熱影響部を第１の色に、その他の部分を第２の色に色分けする工程と、
前記第２の色のうち、シートセパレーション、圧痕部及び継手表面から連続する部分の少なくとも一つを除去、又は前記第１の色に変色する工程と、
継手内部にある前記第２の色を内割れとして検出する工程と、
を備えることを特徴とするスポット溶接部の検査方法。
この構成によれば、Ｘ線ＣＴスキャンで得られたスライス画像を、Ｘ線の透過量に応じて第１の色と第２の色に色分けして処理することで、継手強度に影響する内割れを、非破壊で、精度よく定量把握することができる。

１０ 抵抗溶接継手
１１ 母材部
２０ スポット溶接部
２１ ナゲット（溶接金属）
２２ 熱影響部
２４ 内割れ
２４Ａ 微小な内割れ
２５ シートセパレーション
２６ 圧痕部
３１ スライス画像

Claims (6)

1. 鋼板が重ね合された抵抗溶接継手に対してＸ線ＣＴスキャンを行う工程と、
   前記Ｘ線ＣＴスキャンで得られたスライス画像に対して母材部、溶接金属、及び熱影響部を黒色化し、その他の部分を白色化する工程と、
   前記白色化した部分のうち、シートセパレーションの白色部、圧痕部の白色部及び継手表面から連続する白色部を除去、又は黒色化する工程と、
   継手内部にある前記白色部を内割れとして検出する工程と、
   を備えることを特徴とするスポット溶接部の検査方法。
2. 前記Ｘ線ＣＴスキャンで得られたスライス画像に対して二値化処理を行うことにより、前記母材部、前記溶接金属、及び前記熱影響部を黒色化し、その他部分を白色化することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接部の検査方法。
3. 前記二値化処理により白色化できない微小な割れに対して、画像処理ソフトを用いて手動で白色化処理を行う工程をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のスポット溶接部の検査方法。
4. 鋼の抵抗溶接継手に対してシートセパレーションよりも内側の範囲について前記Ｘ線ＣＴスキャンを行うことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のスポット溶接部の検査方法。
5. 前記継手内部にある割れの内、板厚方向への最大割れ長さが０．２ｍｍ以上の前記割れがある場合に、前記抵抗溶接継手が不良であると判定することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のスポット溶接部の検査方法。
6. 鋼板が重ね合された抵抗溶接継手に対してＸ線ＣＴスキャンを行う工程と、
   前記Ｘ線ＣＴスキャンで得られたスライス画像に対して母材部、溶接金属、及び熱影響部を第１の色に、その他の部分を第２の色に色分けする工程と、
   前記第２の色のうち、シートセパレーション、圧痕部及び継手表面から連続する部分を除去、又は前記第１の色に変色する工程と、
   継手内部にある前記第２の色を内割れとして検出する工程と、
   を備えることを特徴とするスポット溶接部の検査方法。

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