当日配布資料（1.17MB）

岡山大学大学院自然科学研究科
教授塚田啓二
スポット溶接内部構造解析用
スポット溶接内部構造解析用
非破壊検査装置
1
ナゲット
溶接条件
加圧力(kgf,kN)
溶接電流(A)
通電時間(cyc)
下部電極チップ
溶接用電源
上部電極チップ
鋼板
鋼板
不良品
熱影響部
良品
ナゲット
スポット溶接部断面図
スポット溶接
スポット溶接
2
溶接部におけるナゲットの深さを解析する
表皮効果により磁場の浸透深さが異なる
溶接部に様々な周波数成分の高周波磁場を印加
渦電流測定法
減衰の度合いを検出することにより検査を行う
マルテンサイトにより透過磁場が減衰
溶接部に低周波磁場を印加
透過磁場測定法
計測方法
3
渦電流測定法
検出コイル
印加コイル
測定試料
透過磁場測定法
印加コイル
検出コイル
フェライトコア
計測システム
計測システム
参照信号
PC
ロックインアンプ
発振器
交流電流源
4
500
通電時間[ms]
450
22.5
A-3
A-4
良品
25.0
サイクル数[cycles]
1 cycle = 20 ms
A-1
A-2
サンプル番号
1.2
50
400
20.0
A-5
A-6
350
17.5
A-7
A-8
50
120
190
300
15.0
A-9
A-10
250
12.5
A-11
A-12
200
10.0
A-13
A-14
150
7.5
A-15
A-16
単位： mm
2 mm間隔で7点計測
鋼板：
：SECC-NP
(SECC: Electro galvanized Steel Sheet, NP: Chromate Free Phosphate Process)
測定試料
不良品
100
5.0
A-17
A-18
5
0.02
20
-8
-8
00
44
測定位置 [mm]
-4
-4
88
A-17 (5.0 cycles)
A-15 (7.5 cycles)
A-13 (10.0 cycles)
A-11 (12.5 cycles)
A-9 (15.0 cycles)
A-7 (17.5 cycles)
A-5 (20.0 cycles)
A-3 (22.5 cycles)
A-1 (25.0 cycles)
透過磁場測定結果
サイクル数の増加に伴い差分磁場強度が減少している
-5
-0.005
-1E-170
0.0055
0.01
10
0.015
15
差分磁場強度 [µ
µV]
6
0.020
20
00
2
4
6
引張せん断荷重 [kN]
相関係数：
： -0.947
8
A-17, A-18 (5.0 cycles)
A-15, A-16 (7.5 cycles)
A-13, A-14 (10.0 cycles)
A-11, A-12 (12.5 cycles)
A-9, A-10 (15.0 cycles)
A-7, A-8 (17.5 cycles)
A-5, A-6 (20.0 cycles)
開発した装置の有用性が示された
引張せん断試験と磁気計測との間に強い相関性がみられる
0.0000
0.0055
10
0.010
0.015
15
A-3, A-4 (22.5 cycles)
A-1, A-2 (25.0 cycles)
溶接部接合強度と
溶接部接合強度と磁場変化との
磁場変化との比較
との比較
差分磁場強度 [µ
µV]
7
0
8
15.0
15.5
15.0
-8
0
8
15.0
0
15.0
8
-8
-8
0
8
B-9 (5.0 cycles)
-8
8
測定位置 [mm]
0
ナゲットが十分に形成されている
ナゲットが十分に形成されていない
溶接部での透磁率の変化が少ない
8
15.5
16.0
15.0
溶接部の両端で透磁率が変化している
0
8
15.5
16.0
B-5 (15.0 cycles)
サイクル数が少ないサンプル
-8
15.5
16.0
0
B-8 (7.5 cycles)
-8
15.5
16.0
B-4 (17.5 cycles)
サイクル数が多いサンプル
15.0
15.0
8
15.5
15.5
0
16.0
-8
-8
B-3 (20.0 cycles)
16.0
B-7 (10.0 cycles)
16.0
B-6 (12.5 cycles)
15.0
8
15.0
0
15.5
15.5
-8
16.0
B-2 (22.5 cycles)
16.0
B-1 (25.0 cycles)
測定周波数：1 kHz
渦電流測定結果
磁場強度 [mV]
8
1
10
溶接部におけるナゲットの深さを解析する
深部の検査が可能
表面の検査を高感度で計測可能
6
交流磁場の浸透深さが深くなる
0
測定位置 [mm]
導体表面の電流密度が高くなる
-6
1.25
1.35
1.45
1.55
1.65
低周波磁場
0.1
周波数 [kHz]
高周波磁場
深い
浅い
深さ解析
信号強度 [a.u.]
9
6
6
0.1
0.1
0
1
1
-6
10
10
10.0 cycles
0.1
0.1
0
1
1
-6
10
10
25.0 cycles
-6
-6
0
7.5 cycles
0
12.5 cycles
6
6
周波数 [kHz]
1.25
1.35
1.45
1.55
1.65
測定位置 [mm]
溶接時間による
溶接時間による深
による深さ分布変化
信号強度 [a.u.]
10
溶融亜鉛メッキ普通鋼板 (0.7mm)
溶融亜鉛メッキ高張力鋼板(1.6mm)
溶接電流 8.6 kA
溶接条件加圧力 4000 N
通電時間 1～20 cyc
使用鋼板
三層鋼板試料
11
サイクル数が増加するとナゲット径が増加し，
中心部においての組織変化も観察できる
断面試験
12
11 cycles
7 cycles
3 cycles
0.114
0.116
0.118
0.12
0.122
-12
0
12
0.11
0.102
0.124
0.115
0.13
0.105
19 cycles
-12
-12
0.12
12
12
0.108
0
0
0.096
0.098
0.1
0.102
0.104
0.106
0.125
-12
-12
15 cycles
0.111
0.114
0.112
0.114
0.116
0.118
0.12
透過磁場測定結果
0
0
12
12
13
66
測定位置[mm]
33
10 cycles
99
3
6
9
測定位置[mm]
20 cycles
00
0.01
0.1
1
10
0
0.01
0.1
1
10
33
66
測定位置[mm]
5 cycles
99
3
6
9
測定位置[mm]
15 cycles
変化が
変化が小さい
0.88
0.94
1.0
浸透深さを
浸透深さを利用
さを利用した
利用した深
した深さ分布評価によって
分布評価によって溶接内部状態
によって溶接内部状態の
溶接内部状態の可視化が
可視化が可能
0.01
00
0.1
1
10
0
0.01
0.1
1
10
変化が
変化が大きい
周波数[kHz]
周波数[kHz]
周波数[kHz]
周波数[kHz]
渦電流測定結果
規格値
14
断面
（周波数スキャンニング
周波数スキャンニング）
スキャンニング）
平面
（2次元
次元スキャンニング
次元スキャンニング）
スキャンニング）
Y [mm]
0
3
6
9
0
3
X [mm]
6
9
929.8
950.3
970.8
991.3
1011
３次元化
3次元化
次元化
断面
平面
15
周波数[kHz]
周波数[kHz]
10cycles
6
測定位置[mm]
3
9
9
0.010
0
0.1
1
10
0.01
0
0.1
1
10
3
6
測定位置[mm]
5cycles
測定位置[mm]
99
9
0.88
0.94
1.0
内部構造
15cycles
Y 中心ライン
中心ライン
0.010
3
6
0 測定位置[mm]
99
0.1
1
10
0.01
00
0.1
1
10
20cycles
Y
X
周波数[kHz]
周波数[kHz]
周波数[kHz]
周波数[kHz]
規格値
0
0
0
0.01
10
0.01
10
0
X [mm]
9
X [mm]
15 cycles
9
20 cycles
9
9
16
超音波や磁気を使った検査装置が既にあるが、
ナゲット径からスポット溶接の接合部の信頼性評
価を行っていた。しかし，ナゲットの大きさだけで
は接合強度などを正確に評価できない問題が
あった。このため，検査装置として広くは使われ
ていない。
従来技術とその
従来技術とその問題点
とその問題点
17
• ナゲット径のみならず，ナゲット内部構造の変
化を評価できる。
• 装置構成が安価にできる。
新技術の
新技術の特徴・
特徴・従来技術との
従来技術との比較
との比較
18
• 本技術はスポット溶接の内部評価ができるの
で，接合強度など信頼性を非破壊で検査でき
る。
• スポット溶接が使われている，車両や装置な
どの筺体等ひろく使用することができる。
想定される
想定される用途
される用途
19
• 現在、基本的なデータが得られている段階な
ので，目的仕様に応じた特性評価を行う必要
がある。
• 高速測定用磁気プローブの開発と，そのシス
テム化を検討する必要がある。
実用化に
実用化に向けた課題
けた課題
20
• 各種金属材料でのデータはまだないが，用途
を明確化してもらうと，装置の仕様を決定する
ことができる。
• 溶接技術と計測器組立技術を持つ、企業との
共同研究を希望。
• 溶接装置の品質検査を検討している企業や，
検査装置を開発している企業には、本技術の
導入が有効と思われる。
企業への
企業への期待
への期待
21
•
•
•
•
発明の名称：スポット溶接の検査装置
出願番号：特願2011-002800
出願人
：岡山大学
発明者
：塚田啓二
本技術に
本技術に関する知的財産権
する知的財産権
22
岡山大学
知的財産プロデューサー平野芳彦
ＴＥＬ 086-251-8476
e-mail y-hirano＠cc.okayama-u.ac.jp
お問い合わせ先
わせ先
23

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