(57)【要約】  【課題】  電気抵抗溶接を利用して作製される、２つの被覆金属板（３）の間の溶接点（２）を、超音波を用いてオンラインで検査する方法を提供する。  【解決手段】  本方法は、ａ）横方向に偏極した成分を有する一連の超音波パルスを生成するステップと、ｂ）検査対象であり、かつ、電気抵抗溶接を利用して作製された溶接点（２）を、当該溶接点２の作製中に、前記一連の超音波パルスを用いて超音波処理するステップと、ｃ）前記一連の超音波パルスが前記溶接点（２）を通過した後で、当該一連の超音波パルスを受け取るステップとから成る方法ステップを含む。本願は、さらに、本発明に係る前記方法を実行するのに適した装置にも関する。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．横方向に偏極した成分を有する一連の超音波パルスを生成するステップと、
ｂ．電気抵抗溶接を利用して作製される、検査対象である前記溶接点（２）を、当該溶接点（２）の作製中に、前記一連の超音波パルスを用いて超音波処理するステップと、
ｃ．前記一連の超音波が前記溶接点（２）を通過した後で、当該一連の超音波パルスを受け取るステップとから成る方法ステップを含む、電気抵抗溶接を利用して作製される、２つの被覆金属板（３）の間の溶接点（２）を、超音波を用いてオンラインで検査する方法であって、
ｄ．前記一連の超音波の横方向に偏極した成分の透過状態の変化が、検査対象である前記溶接点（２）の作製中に時間分解的に記録されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分の透過状態についての、前記時間分解的に記録された変化は、前記透過状態の第１および第２の低下が発生したかどうかに関して分析されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の低下が発生した場合に、当該第２の低下の存続時間Ｃが特定されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ａ．前記生成された超音波パルスは、縦方向に偏極した成分をさらに有し、
ｂ．前記一連の超音波パルスのうちの前記縦方向に偏極した成分の伝搬遅延の変化は、検査対象である前記溶接点（２）の作製中に、時間分解的に記録されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
ａ．検査対象である前記溶接点（２）の作製は、時間Ｔ０において、溶接電流が適用されたときに開始され、時間ＴＥにおいて、前記溶接電流がオフに切り換えられたときに終了し、
ｂ．前記一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分および前記一連の超音波パルスの縦方向に偏極した成分のうちの少なくともいずれかの透過状態の変化の記録は、前記時間Ｔ０以前に開始され、かつ、前記時間ＴＥ以降も継続されることを特徴とする、請求項１または４に記載の方法。
【請求項６】
ａ．横方向に偏極した成分を有する一連の超音波パルスを生成するステップと、
ｂ．電気抵抗溶接を利用して作製される、検査対象である前記溶接点（２）において、当該溶接点の作製中に、前記一連の超音波パルスを反射させるステップと、
ｃ．前記溶接点（２）において前記一連の超音波パルスが反射した後で、当該一連の超音波パルスを受け取るステップとから成る方法ステップを含む、電気抵抗溶接を利用して作製される、２つの被覆金属板（３）の間の溶接点（２）を、超音波を用いてオンラインで検査する方法であって、
ｄ．前記一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分の反射状態の変化が、検査対象である前記溶接点（２）の作製中に、時間分解的に記録されることを特徴とする方法。
【請求項７】
ａ．第１電極軸（１２）および交換可能な第１電極キャップ（１４）を備える第１溶接電極（１０）と、
ｂ．第２電極軸（２２）および交換可能な第２電極キャップ（２４）を備える第２溶接電極（２０）と、
ｃ．横方向に偏極した成分を有する一連の超音波パルスを放射するために設けられた超音波送信トランスデューサ（３０）と、当該超音波送信トランスデューサ（３０）によって放射された前記一連の超音波パルスを受け取るために設けられた超音波受信トランスデューサ（４０）とを含み、
前記超音波送信トランスデューサ（３０）および前記超音波受信トランスデューサ（４０）は、前記超音波送信トランスデューサ（３０）によって放射された超音波パルスが、前記第１溶接電極（１０）から、前記被覆金属板（３）の間に作製された溶接点（２）を通過して、前記第２溶接電極（２０）を介して前記超音波受信トランスデューサ（４０）に到達し、当該超音波受信トランスデューサ（４０）によって受け取られるように設計され、
ｄ．前記超音波受信トランスデューサ（４０）に接続された評価装置（５０）をさらに含む、電気抵抗溶接を利用して作製される、２つの被覆金属板（３）の間の溶接点（２）をオンラインで検査する装置（１）であって、
ｅ．前記評価装置（５０）は、前記超音波送信トランスデューサ（３０）によって生成された前記一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分が前記溶接点（２）を透過する際のその透過状態の変化を、前記溶接点（２）の作製中に、時間分解的に記録するように配設されることを特徴とする装置。
【請求項８】
前記電極キャップ（１４，２４）は、その超音波特性に関して、各電極キャップ（１４，２４）内で伝搬する横方向に偏極した超音波パルスが、基本的に、縦方向に偏極した超音波パルスに変化することがないように設計されることを特徴とする、請求項７に記載の装置（１）。
【請求項９】
前記超音波送信トランスデューサ（３０）によって生成された超音波パルスは、前記第１電極キャップ（１４）内に直接カップリングされることを特徴とする、請求項７又は８に記載の装置（１）。
【請求項１０】
ａ．前記第１電極キャップ（１４）は、平面状の内面（１６）を有し、
ｂ．前記生成された超音波パルスを前記第１電極キャップ（１４）内にカップリングするために、前記超音波送信トランスデューサ（３０）は、前記平面状の内面（１６）に直接配置されることを特徴とする、請求項９に記載の装置（１）。
【請求項１１】
ａ．前記第１溶接電極（１０）には、冷却液が通る中空領域（１８，２８）が形成され、
ｂ．前記超音波送信トランスデューサ（３０）は、その周囲で前記冷却液が循環するように、前記中空領域に配設されることを特徴とする、請求項１０に記載の装置（１）。
【請求項１２】
ａ．前記超音波送信トランスデューサ（３０）によって生成された前記一連の超音波パルスは、横方向に偏極した成分ＳＴおよび縦方向に偏極した成分ＳＬをそれぞれ有し、
ｂ．前記評価装置（５０）は、前記一連の超音波パルスについて、前記横方向に偏極した成分ＳＴの透過状態および前記縦方向に偏極した成分ＳＬの伝搬遅延をそれぞれ個別に、時間分解的に記録するように構成されることを特徴とする、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の装置（１）。
【請求項１３】
前記作製された溶接点（２）を通過する超音波パルスは、前記超音波送信トランスデューサ（３０）によって生成された前記超音波パルスがカップリングされる前記第１電極キャップ（１４）の反対側に位置する前記第２電極キャップ（２４）から直接デカップリングされることを特徴とする、請求項９に記載の装置（１）。
【請求項１４】
ａ．第１電極軸（１２）および交換可能な第１電極キャップ（１４）を備える第１溶接電極（１０）と、
ｂ．第２溶接電極（２０）と、
ｃ．横方向に偏極した成分を有する一連の超音波パルスを放射するために設けられた超音波送信トランスデューサ（３０）と、
前記超音波送信トランスデューサ（３０）によって放射された前記一連の超音波パルスを受け取るために設けられた超音波受信トランスデューサ（４０）とを含み、
前記超音波送信トランスデューサ（３０）および前記超音波受信トランスデューサ（４０）は、当該超音波送信トランスデューサ（３０）によって放射された超音波パルスが、前記第１溶接電極から、前記被覆金属板（３）の間に作製された前記溶接点（２）に到達し、当該溶接点（２）において少なくとも部分的に反射されて、前記第１溶接電極（１０）を介して、前記超音波受信トランスデューサ（４０）に到達することができ、かつ当該超音波受信トランスデューサ（４０）によって受け取られ得るように設計され、
ｄ．前記超音波送信トランスデューサ（３０）および前記超音波受信トランスデューサ（４０）に接続された評価装置（５０）をさらに含む、電気抵抗溶接を利用した、２つの被覆金属板（３）の間の溶接点（２）をオンラインで検査する装置（１）であって、
ｅ．前記評価装置（５０）は、前記超音波送信トランスデューサ（３０）によって生成された前記一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分が、前記溶接点（２）において反射する際のその反射状態の変化を、当該溶接点（２）の作製中に、時間分解的に記録するように配設されることを特徴とする装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の対象は、電気抵抗溶接を利用して作製される、２つの被覆金属板間の溶接点を、超音波を用いてオンラインで検査する方法、および電気抵抗溶接を利用して作製される、２つの被覆金属板間の溶接点をオンラインで検査する、本発明に係る前記方法を実行するのに特に適した装置である。
【背景技術】
【０００２】
この技術的用途においてしばしば利用される、導電性の金属板を接合する方法は、互いに平面状に並べられた金属板を電気抵抗溶接によって結合する溶接点を作製することである。このため、溶接される金属板には、その上部および下部に電極が取り付けられ、これらの電極には、高い溶接電流が流される。この溶接電流は、電極の間に配置された金属板を介して流れて、これらを局部的に加熱する。適切なプロセスにおいて、互いに重ね合わされた金属板は、その接触領域において局部的に溶融するため、液状のシートメタル材料から溶接ビードが形成される。この溶接ビードが十分な大きさに達したら、溶接電流をオフに切り換えて、液体状の溶接ビードを固化させる。この処理が正常に行われると、固化した溶接ビードは、溶接される両方の金属板の材料構造と堅固に結合されて、金属板間の強力な機械的接続を構築する。
【０００３】
これに対応する方法は、車両の組み立てにおいて、車体製造の標準的な手法として長い間利用されている。ただし、今日に至るまで、電気抵抗溶接を利用して作製されるこのような溶接点を検査することは、その作製中のやっかいな問題となっている。現在までの多岐にわたる開発努力にも関わらず、前述の溶接点の大量生産の過程で信頼して利用できる方法、すなわち、作製している最中に溶接点の品質制御を実現できるような方法の開発には成功していない。
【０００４】
根本的に求められている検査は、下記において、製造過程で作製された溶接点の「オンライン検査」として識別されるが、このような検査の代わりとして、今日までオフラインの検査方法に依拠しており、このオフライン検査方法では、作製された多数の溶接点の中から個々の溶接点が無作為に選出されて、強度試験にかけられる。たとえば、本願と同一の出願人によるドイツ国特許第１０２  ３０５  ８７号から判るように、電気抵抗溶接を利用して作製される溶接点に関して、従来から把握され、かつ現時点において一般的な多数のオフラインの検査方法が知られている。
【０００５】
また、ドイツ国特許第１０２  ３０５  ８７号から把握されるように、自動車の車体の製造において、耐腐食性を向上させるために、被覆鋼板に依存することが多くなっているため、特に、最新の車両建造では、溶接点の作製にさらなる問題が生じている。亜鉛めっき鋼板の利用はさらに拡大しつつあることが判明しており、このような鋼板には、数マイクロメートルの厚さの亜鉛被膜が、ガルバニ方式で、または鋼板の両面に電気を通すことによって塗布されている。前述したような電気抵抗溶接を利用する方式で被覆された２枚の鋼板の間に溶接点を作製する際に、鋼板の融点と亜鉛めっきの融点とが異なることから、現在、次のような現象が生じている。たとえば、不完全な溶接プロセスにおいて、溶接されることになる、互いに重ね合わされた鋼板の亜鉛被膜のみが互いに溶融し、鋼板の間に亜鉛のみから成る溶接ビードが形成する。このような時点で溶接電流をオフに切り換えると、亜鉛から成る溶接ビードが固化し、互いに重ね合わされた亜鉛めっき鋼板の間に、固化した亜鉛溶接ビードによる機械的接続が生じる。ただし、鋼板同士の間に、溶接点の作製において意図されている深部の材料結合が生じることはない。それでも、固化した亜鉛溶接ビードは、その弾力性が脆弱であるとしても、連結されるべき被覆鋼板の間に機械的接続状態を保つため、作製された溶接点は幾分かの機械的耐荷重性を有する。このような溶接点はしばしば「亜鉛接着」と呼ばれており、このような溶接点が配置された場合、超音波処理では、原則的に、亜鉛溶接ビードと鋼材溶接ビードとを確実に区別することができないため、従来から知られているオフラインの試験方法に特別な難題が生じる。ここで、溶接点の破壊試験のみがそのまま残ることが多い。
【０００６】
電気抵抗溶接を利用して作製される、被覆鋼板間のこのような溶接点のオンライン検査の問題には、現在まで、実質的に十分な解決策が講じられていない。
【０００７】
電気抵抗溶接装置および電気抵抗溶接方法について、原理的に、作製中に存在する溶接点のオンライン検査に基づいた欧州特許第０  ２８４  １７７  Ａ１号から把握できる。これは、溶接点作製中における一連の超音波パルスを用いた溶接点の超音波処理（ensonification）に基づくものである。このため、提案されている溶接装置の電極キャップ内には、超音波送信トランスデューサおよび超音波受信トランスデューサが配設されている。超音波送信トランスデューサによって送信される、一連の高速の超音波パルスは、溶接されるシート内にカップリングされ、溶接点が形成されているか、または形成されるべきシート領域を通過し、さらに、第２電極の電極キャップから超音波受信トランスデューサ内にカップリングされる。作製中に存在する溶接点のオンライン検査では、互いに重ね合わされたシートを通過する過程で生じる超音波パルスの伝搬遅延が記録される。互いに重ね合わされたシートを通る超音波パルスの動作時間は、材料内の音速によって異なり、固体の金属板内の音速は、液状の溶接ビード内の音速よりも明らかに速いため、記録された伝搬遅延の変化は、液状の溶接ビードの容積についての測定値になる。このように、たとえば、溶接プロセスの終了ポイントを決定することができ、連結される金属板の間に十分な容積で液状の溶接ビードが形成されていることを、測定された伝搬遅延に基づいて判断することができる。所定の伝搬遅延に到達した場合に、溶接電流がオフに切り換えられる。ただし、前記欧州特許第０２８４１７７Ａ１号から把握される方法は、実際の応用において、出願人の知識によって実現することができなかったため、電気抵抗溶接を利用して作製される溶接点のオンライン試験は、現在のところ、大規模な応用例において実現されていない。また、欧州特許第０  ２８４  １７７  Ａ１号から明白な形式の方法は、被覆金属板での溶接点の検査に拡張することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ドイツ国特許第１０２３０５８７号明細書
【特許文献２】欧州特許第０  ２８４  １７７  Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、電気溶接抵抗を利用して、被覆シート、特に、亜鉛めっき鋼板間に作製される溶接点の超音波検査を、当該溶接点の作製中にその場で実施可能な方法を提示することである。また、本発明の目的は、電気抵抗溶接を利用して被覆シート間に作製される溶接点のオンライン検査を、当該溶接点の作製中にその場で実現できる装置を提示することである。これらの目的は、独立請求項１および６に係る方法と、独立請求項７および１５に係る装置とによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
電気抵抗溶接を利用して作製される、２つの被覆金属板間の溶接点をオンラインで検査する、本発明に係る方法は、超音波を基準にしたものであり、第１の態様において、次の方法ステップを含む。
【００１１】
ａ．横方向に偏極した成分を有する、一連の超音波パルスを生成するステップ。
【００１２】
ｂ．検査対象である、電気抵抗溶接を利用した溶接点に対して、当該溶接点の作製中に、前記一連の超音波パルスを用いた超音波処理を行うステップ。
【００１３】
ｃ．前記一連の超音波パルスが前記溶接点を通過した後で、当該一連の超音波パルスを受け取るステップ。
【００１４】
ｄ．前記一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分が溶接点を通って透過する際のその透過状態の変化を、検査対象である前記溶接点の作製中に、時間分解的に記録するステップ。
【００１５】
前述した方法と同等の変形例において、本方法は、次の方法ステップを含む。
【００１６】
ａ．横方向に偏極した成分を有する一連の超音波パルスを生成するステップ。
【００１７】
ｂ．検査対象である、電気提供溶接を利用した溶接点において、当該溶接点の作製中に、前記一連の超音波パルスを反射させるステップ。
【００１８】
ｃ．前記溶接点において前記一連の超音波パルスが反射した後で、当該一連の超音波パルスを受け取るステップ。
【００１９】
ｄ．前記一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分が溶接点において反射する際のその反射状態の変化を、検査対象である前記溶接点の作製中に、時間分解的に記録するステップ。
【００２０】
本発明に係る方法は、電気抵抗溶接を利用した２つの被覆金属板間の溶接点の作製において、当該溶接点の形成をオンラインで観察することを始めて実現するものである。挿入された超音波パルスの横方向に偏極した成分の透過状態または反射状態を記録することにより、作製された溶接点についての信頼性が高くかつ反復可能な評価を、作製中にその場で行うことができるため、たとえば、亜鉛接着の形成を非常に高い精度で識別できると共に、必要に応じて、溶接パラメータを適宜調整することによって、その形成を防止することができる。また、少なくとも、優れた信頼性で亜鉛接着の形成を識別すること、および必要に応じて近接した位置にさらなる溶接点を作製して、この亜鉛接着を吸収することが可能である。
【００２１】
本発明に係る方法は、横方向および縦方向に偏極した超音波パルスは、液状の媒体内でそれぞれ異なる様式で伝搬するという知見に基づいたものである。圧縮波に相当する、縦方向に偏極した超音波パルスは、固体媒体から液状媒体に透過する際に音速の変化のみを経験し、その結果、伝搬遅延と、傾斜挿入に伴う屈折効果とが生じることになる。
【００２２】
一方、横方向に偏極した超音波パルスは、せん断波に相当する。せん断波は、固体媒体内で、圧縮波と同様に伝搬する。ただし、液状媒体内で伝搬することは、せん断波の場合、流動性のせん断弾性率により不可能である。
【００２３】
ここで、溶接ビードが形成し、やがて液状の溶接ビードが生じることになる状況において、この溶接ビードを通過する際の一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分の透過状態または反射状態を記録した場合、透過状態が急激な減少を示す一方で、反射状態は極めて急激な増加を示す。したがって、透過が減少する強度と期間、または反射が増加する強度と期間は、連結される被覆金属板の間における液状の溶接ビードの形成に関する指標となる。適切な処理を用いて、ここでは、特に、低温で第１溶接ビードが形成している途中における、互いに重なり合う被覆金属板の表面層の溶融と、溶接電極の表面圧力によって生じる前記第１溶接ビードの移動と、互いに連結される板心間の第２溶接ビードの形成とを、時間分解的に記録することができる。この記録は、たとえば、亜鉛めっき鋼板の間に亜鉛接着が生じたかどうかの判別に利用することができる。
【００２４】
本発明に係る方法は、さらに、溶接点を通って透過する、または溶接点において反射する一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分について時間分解的に記録されたその透過状態または反射状態の変化を分析し、その際に、透過状態に第１および第２の減少が生じたかどうか、または反射状態に第１および第２の増加が生じたかどうかを判定するという効果が得られるようにさらに有利に展開することができる。このさらなる展開は、板心材料の融点と、表面被覆材料の融点とが異なる状況において特別な利点を提供する。亜鉛めっき鋼板が、この例である。亜鉛の融点は約４７０℃程度であるが、鋼心の融点は約１，４５０℃程度である。前述したさらなる展開に応じた分析により、被覆材料の溶融と、心材料の溶融とを互いに明確に区別することができ、このことは、作製された溶接点の品質を評価するために有利に利用される。
【００２５】
前述したさらなる展開は、透過量の第２極小値、または反射量の第２極大値の発生と共に、透過量の極小値の存続期間または反射量の極大値の存続期間を記録することで、さらに改善することができる。この極小値や極大値の存続期間は、必要に応じて、隣接溶接電流と共に、溶接される金属板の厚さなどのさらに他の材料パラメータを適切に考慮することによって、溶接される金属板の心材料から形成しつつある溶接ビードの空間的寸法を特定することに利用できる。必要に応じて、透過量の第１極小値や、反射量の第１極大値の存続期間を記録することも好都合である。
【００２６】
本方法は、また、透過量の第１および第２極小値や、反射量の第１および第２極大値の存続期間に加え、透過量の２度目の減少または反射量の２度目の増加の程度を記録することで、さらに改善することができる。したがって、たとえば、透過量の減少程度や反射量の増加程度の小ささは、直径が小さく、そのために耐荷重性も低下した液状の溶接ビードが形成されていることを示す。
【００２７】
本発明に係る方法の特に有利なさらなる展開において、生成された超音波パルスは、横方向に偏極した成分に加え、縦方向に偏極した成分も有する。本発明によれば、一連の超音波パルスの縦方向に偏極した成分の伝搬遅延における変化も、追加的に、検査対象の溶接点を通過する過程で時間分解的に記録される。作製において顕現する溶接点を通過する過程で生じる伝搬遅延についての変化も、形成しつつある液状の溶接ビードの大きさの測定値を表すものであり、そのため、この変化もまた、作製された溶接点の品質の評価に有利に利用することができる。
【００２８】
本発明に係る方法のさらに有利な展開において、検査対象である溶接点の作製は、時間Ｔ０において溶接電流を適用することによって開始され、時間ＴＥにおいて、その溶接電流をオフにすることによって終了する。本発明に係る方法の実施例において、溶接点を通って透過する、または溶接点において反射する一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分について、その透過状態または反射状態の変化の記録が、時間Ｔ０より以前に開始され、かつ、時間ＴＥ以後も続行される場合に、特別な利点が得られる。これにより、記録された超音波信号と、溶接電流の推移とを相関させることができ、この相関性を利用して、進行中の溶接プロセスに関するさらなる考察を得ることができる。
【００２９】
電気抵抗溶接を利用して作製される、２つの被覆金属板の間の溶接点をオンラインで検査する、本発明に係る第１の装置は、下記の特徴を有する。
【００３０】
ａ．第１電極軸および交換可能な第１電極キャップを備える第１溶接電極と、
ｂ．第２電極軸および交換可能な第２電極キャップを備える第２溶接電極と、
ｃ．それぞれが横方向に偏極した成分を有する、一連の超音波パルスを放射するために設けられた超音波送信トランスデューサと、
ｄ．前記超音波送信トランスデューサによって放射された前記一連の超音波パルスを受け取るために設けられた超音波受信トランスデューサと、を含み、前記超音波送信トランスデューサおよび前記超音波受信トランスデューサは、当該超音波送信トランスデューサによって放射されて、第１溶接電極から、被覆金属板間に作製された溶接点を通過する超音波パルスが、第２溶接電極を介して前記超音波受信トランスデューサに到達し、当該超音波受信トランスデューサによって受け取られるように構成され、さらに、
ｅ．前記超音波送信トランスデューサおよび超音波受信トランスデューサに接続された評価装置であって、前記超音波送信トランスデューサによって生成された一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分が溶接点を通って透過する際のその透過状態の変化を、当該溶接点の作製中に、時間分解的に記録するように設けられた評価装置を含む。
【００３１】
本発明に係る装置と同等の設計は、次の特徴を有する。
【００３２】
ａ．第１電極軸および交換可能な第１電極キャップを備える第１溶接電極と、
ｂ．第２溶接電極と、
ｃ．横方向に偏極した成分を有する一連の超音波パルスを放射するために設けられた超音波送信トランスデューサと、前記超音波送信トランスデューサによって放射された一連の超音波パルスを受け取るために設けられた超音波受信トランスデューサと、を含み、前記超音波送信トランスデューサおよび前記超音波受信トランスデューサは、当該超音波送信トランスデューサから放射された超音波パルスが、前記第１溶接電極を介して、被覆金属板間に作製された溶接点に到達することができると共に、当該溶接点において少なくとも部分的に反射することが可能であり、その後で、反射された成分が、前記第１溶接電極から前記超音波受信トランスデューサに戻り、当該超音波受信トランスデューサで受け取ることができるように設計され、さらに、
ｄ．前記超音波受信トランスデューサに連結された評価装置を含み、前記評価装置は、記超音波送信トランスデューサによって生成された一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分が溶接点において反射する際のその反射状態の変化を、当該溶接点の作製中に、時間分解的に記録するように設けられる。
【００３３】
本発明に係る装置は、本発明に係る方法をその両方の態様で実施することができ、これらの態様において、溶接電極と、超音波送信トランスデューサと、超音波受信トランスデューサとに加え、適切な評価装置の配置が提供され、この配置は、一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分が、検査対象である溶接点を通って透過する際のその透過状態の変化の標的記録を、当該溶接点の作製中に行うこと、または、一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分が、検査対象である溶接点において反射する際のその反射状態の変化を、前記溶接点の作製中に、時間分解的に記録することを実現できるように構成される。
【００３４】
このことは、本発明に従って配設される超音波送信トランスデューサを第１溶接電極に配置して、当該超音波送信トランスデューサによって生成される超音波パルスが、第１電極キャップ内に直接カップリングするように構成した場合に、極めて単純な方式で達成できる。これは、たとえば、第１電極キャップが平面状の内面を持ち、その平面状の内面に、超音波送信トランスデューサを直接配置して、生成された超音波パルスを第１電極キャップ内にカップリングすることで実現できる。
【００３５】
一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分の透過状態の変化が、検査対象の溶接点を介して、当該溶接点の作製中に記録される場合には、超音波受信トランスデューサも配設して、反対側に設けられた第２電極キャップ内に透過された超音波パルスを、直接、超音波受信トランスデューサ内にデカップリングすることで、特別な利点が得られる。このことは、たとえば、第２電極キャップも平面状の内面に形成すると共に、その平面状の内面に、検査対象である溶接点によって透過される超音波パルスの第２電極キャップからのデカップリングのための超音波受信トランスデューサを配置することによって実現できる。間欠の超音波パルスの典型的な可聴周波数は、透過幾何形状の場合、０．１〜１０ＭＨｚの範囲、好ましくは、１〜５ＭＨｚの間である。このことは、特に、２ＭＨｚの可聴周波数において、たとえば、０．７ミリメートルの厚さの亜鉛めっき鋼板間の点溶接のオンライン検査によって証明されている。
【００３６】
一方、一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分の反射状態が、検査対象の溶接点において、当該溶接点の作製中に時間分解的に記録される場合には、既に説明したように超音波送信トランスデューサを配設することで、特別な利点が得られる。第１溶接電極（超音波送信トランスデューサが一連の超音波パルスを挿入する場所）に、超音波受信トランスデューサを配置することにより、検査対象の溶接点において反射されたパルスシーケンスの横方向成分は、直ちに、第１電極キャップからデカップリングされる。このことは、特に、第１電極キャップの平面状の内面に、超音波受信トランスデューサも配置することによって実現できる。本実施形態では、特に、超音波受信トランスデューサは、超音波送信トランスデューサと同一であってもよい。挿入される超音波パルスの一般的な可聴周波数は、反射幾何形状の場合、５〜５０ＭＨｚの範囲、好ましくは、１５〜２５ＭＨｚの間である。特に、２０ＭＨｚの可聴周波数が証明されている。生じ得る最小の可聴周波数は、本実施形態において、溶接される金属板の寸法によって主に規定されるが、これは、超音波パルスの波長は、原則的に、消散される寸法以下でなければならないためである。最大可聴周波数は、原則的に、送信トランスデューサの電気音響特性によって規制されると共に、初期の干渉現象によっても規制される。
【００３７】
電極キャップ、特に、各電極キャップの平面状の内面に、超音波送信トランスデューサまたは超音波受信トランスデューサを直接配置することと、一連の超音波パルスの横方向成分の透過状態または反射状態の変化のみを記録することとを組み合わせると、大規模製造を背景とした電気式ポイント溶接機の実際の用途において必然的に生じる電極の摩耗およびその定期的な交換による影響が、実行されたオンライン検査の結果に及ぶような事態は生じなくなる。
【００３８】
本発明に係る装置および前述した両方の態様に係る装置の有利なさらなる展開において、関連の電極キャップは、その超音波特性に関して、電極キャップ内を伝搬する横方向に偏極した超音波パルスが、基本的に、縦方向に偏極した超音波パルスに変質することがないように設計される。このことは、たとえば、電極キャップの適切な設計によって確実に実現することができる。これにより、極めて高い測定精度を達成できる。
【００３９】
実際には、電気抵抗溶接において、溶接される導電性金属板の選択的加熱のみが基本的に行われるが、大規模製造において、少なくともこのような機械の動作では、明らかに溶接電極が加熱される事態も生じる。この点は、電気抵抗溶接用の市販の機械では、溶接電極を中空状に構成して、常に冷却液が流れるようにすることで補正される。ここで、本発明に従って配設される超音波送信トランスデューサ／超音波受信トランスデューサの熱損傷を防ぐために、超音波送信トランスデューサ／超音波受信トランスデューサは、本発明に係る装置の好ましいさらなる展開において、溶接電極に配置され、当該超音波送信トランスデューサ／超音波受信トランスデューサをも前記冷却液によって冷却されるように構成される。特に、超音波送信トランスデューサ／超音波受信トランスデューサは、溶接電極の内部において冷却液が流れる中空部分に直接配置することができるため、冷却液は、常に、超音波送信トランスデューサ／超音波受信トランスデューサの周りで流動する。
【００４０】
中空に構成された溶接電極の電極キャップにおける超音波送信トランスデューサおよび超音波受信トランスデューサの特に有利な配置は、たとえば、背景技術で既に言及した欧州特許第０２８４１７７号明細書に記載されている。この欧州特許に開示されている、冷却液が流れる溶接電極内部の超音波送信トランスデューサおよび超音波受信トランスデューサを予圧する構成は、超音波送信トランスデューサおよび超音波受信トランスデューサを電極キャップの平面状の内面に押し付けるものであり、この構成は、本願明細書の一部として援用される。
【００４１】
本発明に係る装置のさらに他の有利な展開において、超音波送信トランスデューサは、横方向に偏極した成分ＳＴと、縦方向に偏極した成分ＳＬの伝搬遅延とをそれぞれ有する超音波パルスを生成するように構成される。また、評価装置は、溶接点を通る一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分ＳＴの透過状態と、縦方向に偏極した成分ＳＬの伝搬遅延とを、前記溶接点の作製中に、それぞれ互いに分解された状態で記録するように構成される。
【００４２】
一方、パルスシーケンスの横方向に偏極した成分の反射に適用される場合、評価装置は、一連の超音波パルスについて、横方向に偏極した成分ＳＴが検査対象の溶接点で反射する際のその反射状態と、縦方向に偏極した成分ＳＬが検査対象の溶接点を通る際のその伝搬遅延とを時間分解的にそれぞれ個別に記録するように構成されることが好ましい。この場合、超音波送信トランスデューサによって生成されるパルスシーケンスが挿入される方の溶接電極に、反射された横方向成分を記録するための第１超音波受信トランスデューサを配設し、もう一方の溶接電極に、第２超音波送信トランスデューサを配設して、一連の超音波パルスの縦方向に偏極した成分が検査対象の溶接点を通る際のその伝搬遅延を記録すると有利である。
【００４３】
最後に、さらに他の代替の展開において、第１超音波送信トランスデューサは、第１溶接電極に配置されて、横方向に偏極した超音波パルスを放射するように構成される（「横方向トランスデューサ」）。超音波受信トランスデューサは、第２溶接電極に配置されて、「横方向トランスデューサ」によって放射された横方向に偏極した超音波パルスを受け取るように構成される。既に説明した本発明に係る装置は、すでに説明した本発明に係る方法が、横方向トランスデューサおよび関連する受信トランスデューサに基づいて実施される場合と同様に実現される。また、第２超音波送信トランスデューサは、ここでは、第２溶接電極に配置されて、縦方向に偏極した超音波パルスを放射するように構成される（「縦方向トランスデューサ」）。縦方向トランスデューサによって放射された縦方向に偏極した超音波パルスは、ここで、横方向に偏極した超音波パルスの伝達方向とは逆の方向で、作製中に存在する溶接点を通過して、横方向トランスデューサに到達する。横方向トランスデューサにおいて、横方向コンバータは、縦方向に偏極した超音波パルスの電気信号への変換について最適化されていないため、縦方向トランスデューサの縦方向に偏極した超音波パルスは、小さい振幅した持たない電気信号を生成する。縦方向に偏極した超音波パルスが検査対象の溶接点を通る透過性は高いため、縦方向に偏極した超音波パルスに対する横方向（送信）トランスデューサの感度は依然として十分に高く、溶接点を通過する際の縦方向に偏極した超音波パルスの伝搬遅延を特定する、たとえば、形成しつつある溶接ビード内の音速（の変化）を特定するための分析可能な電気信号を送出することができる。このように、横方向送信トランスデューサおよび縦方向送信トランスデューサを用いることにより、横方向受信トランスデューサのみの場合と同様に、横方向に偏極した超音波パルスの透過状態の変化と、縦方向に偏極した超音波パルスの伝搬遅延の変化とを、検査対象の溶接点を介して同時に特定することができる。
【００４４】
本発明に係る方法および本発明に係る装置の他の特徴および利点は、従属請求項と、添付の図面を用いて詳細に説明する下記の実施例から判るであろう。図面は次の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】電気抵抗溶接を利用して作製される、被覆金属板間の溶接点を検査する、本発明に係る第１装置の溶接電極を通るステップを示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、電気抵抗溶接を利用して被覆金属板間に溶接点が作製される工程を時間的順序に従って示す図である。
【図３】本発明に係る方法の実施中に取得される異なる測定データの推移を、一例として、時間分解的に示すグラフである。
【図４】横方向に偏極した超音波パルスが、作製中に存在する溶接点を通って透過する際のその透過状態の推移を、時間分解的に示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、異なる溶接電流を適用して作製された３つの異なる溶接点に関する図３と同様のグラフである。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、図５（ａ）〜（ｃ）に係る溶接プロセスを利用して作製された溶接点の金属組織を示す、光学顕微鏡を用いて取得される断面図である。
【図７】本発明の方法に準拠した超音波測定カテゴリを利用して、溶接ビードの直径を決定することを可能にする、実験により決定されたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１に、亜鉛めっき抵抗溶接を利用して溶接点を作製する機械を用いて、２つの被覆金属板３を溶接する様子を示す。このような機械は多種多様なものが従来から知られているため図１には示さないが、この機械は、第１溶接電極１０および第２溶接電極２０を有し、これらの電極は、それぞれ、第１／第２電極軸１２，２２、および交換可能な第１／第２電極キャップ１４，２４を備える。電極軸１２，２２は、たとえば、円筒状の断面領域を有する、中空の軸として設計される。交換可能な電極キャップ１２，２４は、対応する電極軸１２，２２上に、既に知られているような、たとえば、円錐の圧入を利用した方法を用いて配置される。
【００４７】
溶接電極１０，２０のうちの少なくとも一方は、長手方向に移動自在であり、電極キャップ１４，２４の間で、たとえば、２つの金属板３の積層物を案内して溶接点２を作製することができる。溶接点２の形成に関して、第１溶接電極１０および第２溶接電極２０は、それぞれ、溶接キャップ１４，２５と、隣接する各金属板３との間に平面状の接触部が得られるまで、金属板３に向かって案内される。溶接電極１０，２０に溶接電流を流すことによって、押しつけられた電極キャップ１４，２４の間に挟まれた領域で、金属板３のガルバニ式加熱が行われる。
【００４８】
溶接電極１０，２０の過度の熱歪みを防止するため、溶接電極１０，２０は、各電極軸１２，２２を通る冷却液の流れを利用して集中的に冷却される。図示した実施例において、冷却液は、中央に配置された第１および第２の冷却液供給部６０，７０を通って送り込まれる。溶接電極１０，２０の集中的な冷却、および溶接する金属板３を介して成り立つ電流路の幾何形状に基づいて、金属板３の最大の加熱は、隣接する各金属板３との境界点の領域に生じる。溶接電流を連続して印加することで、この加熱により、金属板３と共に、潜在的に塗布されている表面被膜が溶融して、液状の溶接ビード９０が形成される。
【００４９】
本発明によれば、超音波送信トランスデューサ３０が、第１溶接電極１０の第１電極キャップ１４内に配置されており、この超音波送信トランスデューサ３０は、横方向に偏極した成分を持つ一連の超音波パルスを放射するように構成される。このため、基本的に円筒の断面を有する上部の電極キャップ１４は、平面状の内面１６を備える。この平面状の内面１６に直接隣接して、超音波送信トランスデューサ３０は、この超音波送信トランスデューサによって生成された横方向に偏極した超音波パルスが、平面状の内面１６を介して電極キャップ１４内にカップリングされるように配置される。超音波送信トランスデューサ３０によって生成された超音波パルスと電極キャップ１４との良好なカップリングを保証するため、超音波送信トランスデューサ３０は、圧力ばね３２を利用して、電極キャップ１４に予め押圧されている。このプロセスにおいて、圧力ばね３２は、その背面が、第１溶接電極１０の第１電極軸１２上で支持リング３４によって強化されている。もちろん、超音波送信トランスデューサ３０の他のタイプのアセンブリも利用することができ、たとえば、接着剤や、はんだを用いて、平面状の内面１６に超音波送信トランスデューサ３０を固定することもできる。
【００５０】
超音波送信トランスデューサ３０は、供給ライン３６を介して外部制御装置８０に接続される。この外部制御装置８０は、超音波送信トランスデューサ３０の駆動に必要な制御信号（たとえば、適切な高圧パルス）を生成するために設けられている。
【００５１】
同様の方式で、第２溶接電極２０の第２電極キャップ２４が形成され、その平面状の内面２６に直接隣接して超音波受信トランスデューサ４０が配置される。さらに、この超音波受信トランスデューサ４０は、圧力ばね４２を利用して平面状の内面２６に予め押圧され、圧力ばね４２は、第２電極軸２２上で支持リング４４によって強化されている。超音波受信トランスデューサ４０は、測定接続部４６を介して外部制御装置８０に接続される。
【００５２】
図示した構成において、超音波送信トランスデューサ３０によって短いシーケンスで生成された超音波パルスは、平面状の内面１６から第１電極キャップ１４に進入し、溶接されることになる上側の金属板内にカップリングされて、溶接されることになる下側の金属板３に渡されるが、その際に、溶接点２が形成される領域、特に、形成しつつある溶接ビード９０を横断して、下部の金属板３から下部の電極キャップ２４内にデカップリングし、平面状の内面２６から超音波受信トランスデューサ４０内に進入する。
【００５３】
外部制御装置８０の一部は評価装置５０である。この評価装置５０は、超音波送信トランスデューサ３０によって生成された一連の超音波パルスの横方向に偏極した成分が、金属板３の間の溶接点を通って透過する際のその透過状態の変化を、前記溶接点の作製中に時間分解的に記録するために配設されている。
【００５４】
第１実施形態において、超音波送信トランスデューサ３０は、基本的に、高周波のパルスシーケンスを有する横方向に偏極した超音波パルスのみを生成するように構成される。
【００５５】
ただし、代替の実施形態において、超音波送信トランスデューサ３０によって高周波のパルスシーケンスで生成される超音波パルスが、横方向に偏極した成分と縦方向に偏極した成分の両方を有するように、超音波送信トランスデューサ３０を構成することもできる。この場合は特に、超音波受信トランスデューサ４０を特殊な構成に変更しなくても、評価装置５０を利用して、超音波パルスの横方向に偏極した成分の透過状態を記録することができる。このことは、たとえば、超音波パルスが十分に短いものであり、評価装置５０が、超音波受信トランスデューサ４０によって受け取られた超音波信号を、非常に高解像度の時間解像度で走査することによって達成することができる。すなわち、作製中に存在する溶接点２を横断する際に、超音波パルスは、縦方向に偏極した超音波および横方向に偏極した超音波の音速の差異に基づいて、横方向成分と縦方向成分とに、時間的に分離される。一般に、横方向に偏極した音波の音速は遅いため、縦方向および横方向両方の成分を有する超音波パルスのうちの横方向に偏極した成分は、常に、縦方向に偏極した成分よりも遅れて受信トランスデューサ４０に到達する。十分に短いパルスでの評価装置５０の適切な時間解像度は、作製中に存在する溶接点２の透過特性または反射特性を、横方向に偏極した超音波パルスと縦方向に偏極した超音波パルスそれぞれについて個別に記録および評価することを可能にする。
【００５６】
ここで、図２の（ａ）から（ｄ）の一連の画像は、電気抵抗溶接を用いた２つの被覆金属板３の間の溶接点２の作製において実行される各プロセスを例示的に示したものである。より明確にするため、溶接機によって駆動される当該溶接機の溶接電極は図示されていない。実際には、形成中の溶接点２の領域内の両方の金属板３の断面のみが示されている。
【００５７】
図２（ａ）は、溶接点２によって互いに連結されることになる、互いに重ね合わされた２つの亜鉛めっき鋼板３を示している。各金属板３は板心４を有し、この板心４は、図示した実施例において、適切な鋼材本体で構成される。また、各金属板３は、両面に、たとえば、亜鉛から成る腐食防止用表面被膜５が塗布されている。図示した実施例では、溶接する金属板３の本体構造が、溶融めっき式亜鉛めっき鋼板から成る場合が対象となっている。溶接プロセスを開始する前に、互いに溶接される鋼板は、三面体状に重ね合わされて、互いに隣接する表面被膜５の間に導電性接点が形成するように配置される。
【００５８】
次に、図２（ｂ）は、上面および低面に取り付けた溶接電極１０，２０に溶接電流を流すことによって溶接点２が形成する、溶接される金属板３の領域を模式的に示した図である。印加された高い溶接電流（〜１から１０ｋＡ）によって、金属板３の強力な局部的加熱が行われるが、この加熱が行われるのは、基本的に、装着した溶接電極１０および２０の間に挟まれた空間の領域に限定される。溶接される金属板３の外側の領域は、冷却された溶接電極１０，２０との機械的接触によって効果的に冷却されるため、最も強い加熱は、溶接される金属板３の間の接触領域に発生する。
【００５９】
車体構造用の溶融めっき式亜鉛めっき鋼板を溶接する、図示した実施例において、亜鉛から成る表面被膜５の材料は、本体鋼材から成る板心４の材料よりも明らかに低い融点を持つ。亜鉛は、４７０℃程度の範囲である融点を持つのに対し、利用される本体鋼材は、１，４５０℃を超える融点を持つ。したがって、溶接される鋼板３の強力な局部加熱により、まず、表面被膜５の局部的溶融が生じ、続いて亜鉛溶接ビード６が形成することが図２（ｂ）から明らに見て取れる。
【００６０】
溶接される金属板３には、より高い表面圧力で動作する溶接機の溶接電極１０，２０が取り付けられ、これらの溶接電極１０，２０は溶接プロセスの間じゅう保持されるため、液状の亜鉛溶接ビード６に、強力な機械的圧力が印加され、この圧力の印加は、最終的に、溶融した亜鉛を、形成中の溶接点２の領域から移動させる。この状態は、図２（ｃ）に示されており、図において、作製された溶接点２の領域内の上部および底部の特徴的な窪み（および亜鉛接着部の窪み）は、電気抵抗溶接を用いて作製される溶接点を示唆している。
【００６１】
溶接電流が維持され続けた場合、互いに重ね合わされた金属板３のうちの溶接電極１０，２０の間に挟まれた材料は、この時に互いに重畳する板心４の局部的な融点がその融点に達するまで更に継続して加熱される。融点を超えると、板心４の材料は、金属板３の間の接触領域において局部的に溶融する。すなわち、板心４の材料は、液状の鋼材溶接ビード７を形成し、その大きさは、溶接電流が維持されている間じゅう継続的に増加する。ここで、最適な溶接プロセスは、鋼材溶接ビード７の直径が、実際に、溶接電極１０，２０と溶接対象である金属板３との接触面の寸法に到達した場合に実現する。鋼材溶接ビード７の最適な大きさが得られたら、隣接する溶接電流をオフに切り換えと、溶接電極１０，２０の間に挟まれた金属板３が急速に冷却される。液状の鋼材溶接ビード７は、板心４の構造とは原則的に異なる材料構造を形成しながら固化する。ここで、最適なプロセスにおいて作製された溶接点２は、図２（ｄ）から明白である。固化した鋼材溶接ビード７は、実際に、溶接される金属板３と本質的に結合される。
【００６２】
次に、図３は、異なる超音波信号の推移を示したもので、これらの超音波信号は、図２の（ａ）〜（ｄ）の一連の図に対応する溶接点の作製において、互いに重ね合わされた２つの溶融めっき式亜鉛めっき鋼板３本体の間に、本発明に係る方法を用いて得られたものである。時間はＸ軸に示されており、０．８秒の間隔が図示されている。溶接電流は、一般に、０．２秒の期間より長く維持されるため、たとえば、出力電圧の調整などの制御を行って、０〜２Ｖの間の電圧で約１０ｋＡの定電流が設定される。
【００６３】
形成しつつある溶接点２は、その作製中に、繰り返し率が高い一連の短い超音波パルスを用いて、継続的に超音波処理される。したがって、本実施例において動作する超音波送信トランスデューサ３０は、大きさが１〜２キロヘルツ程度であるパルスシーケンス周波数を有する超音波パルスを生成するように設計されている。一般的な音周波数は、ここでは、１〜１０メガヘルツの範囲であった。本実施例で図示した実際の音周波数は、溶接される亜鉛めっき鋼板それぞれの全体厚さが約０．７ミリメートルである場合に、２ＭＨｚに達した。概して、透過幾何形状では、１〜５ＭＨｚの周波数範囲が特に好ましい。
【００６４】
図中の一番下のＣとして示される曲線は、時間の経過に応じた、溶接電極１０，２０近傍の溶接電圧の推移を示している。図から明確に把握できるとおり、溶接電流は、時間０において適用され、時間が０．２秒の時点でオフに切り換えられた。
【００６５】
中央のＢとして示された曲線は、超音波送信トランスデューサ３０によって放射されたパルスシーケンスの横方向に偏極した成分の透過量の推移を時間分解的に示す。ここで、横方向に偏極した成分は、超音波送信トランスデューサ３０によって同時に生成された縦方向成分と分離されるため、超音波受信トランスデューサ４０および下流の評価装置５０は、対応する時間解像度で駆動される。上記において既に説明した、横方向に偏極した超音波と縦方向に偏極した超音波では音速が異なるという事実から、作製中に存在する溶接点２を通る際に、縦方向に偏極したパルス成分と、横方向に偏極したパルス成分との時間的（かつ空間的）分離が行われる。横方向に偏極した超音波の音速は、縦方向に偏極した超音波の音速を下廻るため、超音波受信トランスデューサ４０に最初に到達するパルスは、縦方向に偏極した成分であり、その後で到達するパルスが、超音波送信トランスデューサ３０によって放射された超音波パルスの横方向に偏極した成分である。これら両方のパルス成分に生じる時間的分離により、両方のパルス成分を個別に評価することができる。
【００６６】
より単純には、本明細書の背景技術に概略を示した、異なる溶接電極に配置された横方向および縦方向送信トランスデューサと共に横方向受信トランスデューサを有する構成において、横方向に偏極した超音波パルスと縦方向に偏極した超音波パルスとを分離することであるが、これは、異なって偏極された超音波パルスは、異なる動作方向に伝搬し、異なる受信トランスデューサによって受け取られるためである。したがって、電気信号は、２つの個別の受信トランスデューサから入手することができ、評価のために個別に供給することができる。
【００６７】
最適な溶接点２が形成された場合、横方向に偏極したパルス成分の透過状態は、１つの特徴的推移のみを示す。このことは、Ｂによって特徴付けられる図３の曲線から明らかである。溶接電圧を印加する前において、互いに重ね合わされた金属板３の間の機械的接触は第１金属板３と第２金属板との最適なカップリングを構成しないため、透過量は、基本的に一定で比較的低い１つの値を取る。形成中の溶接点２の領域における互いに重ね合わされた金属板３の初期の加熱により、金属板３同士のより深い機械的結合が生じ、この結合と同時に、金属板３の間の音響カップリングが明らかに改善するため、透過量が明確に増加する。
【００６８】
ただし、亜鉛被膜４が溶融し始めた場合、横方向に偏極した超音波は、液状の亜鉛溶接ビード６内に広がることができないため、作製中に存在する溶接点を通る（横方向の）透過量が急激に減少する。したがって、亜鉛溶接ビードの直径が大きくなるにつれて、横方向に偏極したパルス成分が急激に減少する。
【００６９】
ただし、成長している液状の亜鉛溶接ビード６の直径が、溶接される金属板３と溶接電極１０，２０との接触表面の大きさと同程度である場合は、溶接電極１０，２０によって金属板に印加される圧力により、液状の亜鉛材料が形成中の溶接点２の領域から移動するため、金属板３が変形して、金属板３の鋼材の板心４同士が接触することになる。その結果、これと同時に、横方向に偏極したパルス成分の透過は、再び、劇的に増加して、作製中に存在する溶接点２から透過するようになる。
【００７０】
また、溶接電流が維持されている場合は、形成中の溶接点２の領域における金属板３の継続的な加熱により、溶接される金属板３の間の接触領域に、液状の鋼材溶接ビード７が形成される。成長している液状の鋼材溶接ビード７は、最初のうちは、溶接電極１０，２０と、溶接対象の金属板３との接触表面と比べて断面の小さい表面を有するため、横方向に偏極した超音波に関して、超音波透過量の特定の減衰のみが生じる。ただし、溶接点２を通る透過量は、液状の鋼材溶接ビード７の拡大に伴って継続して減少し、鋼材の溶接ビード７の寸法が、溶接電極１０，２０と、溶接対象の金属板３との接触表面の大きさと同程度の範囲に入った時点で極小になる。ここで、鋼材の溶接ビード７が液状である限り、横方向に偏極した超音波の透過量は、０の範囲内に残ったままである。約０．２秒の時点で溶接電流をオフに切り換えると、液状の鋼材溶接ビード７の再結晶化が起こり、この再結晶化に伴って、この時点で完全に形成されている溶接点２を通る横方向に偏極した超音波の透過量が激しく増加する。滞りなく形成された鋼材溶接ビード７は、結合される金属板３の板心４の材料構造と実質的に不可分に連結され、この鋼材溶接ビード７の形成に対応して、結合される両方の金属板の超音波カップリングが、基準レベルと比べて明白に増加する。
【００７１】
横方向に偏極した超音波に関する超音波の透過量についてのやや明瞭さに欠ける第３の極小値は、明らかに、溶接点２に流れる溶接電流をオフに切り換えた後で生じているが、この極小値は、強化しつつある鋼材溶接ビード７における再結晶化の効果に関連している。
【００７２】
最後に、図３のグラフのＡとして示される曲線は、作製中に顕現する溶接点２を通る経路において生じる縦方向に偏極した超音波パルスに関する伝搬遅延の推移を表している。ここで、亜鉛溶接ビード６の形成に加え、結合される金属板３の間の接触領域から溶融した亜鉛材料の移動と、これに続く液状の鋼材溶接ビード７の形成と、その後の再結晶化とを、曲線の推移において識別することができる。溶接電流をオンに切り換えた後、作製時に存在する溶接点２を通る経路内の縦方向に偏極したパルス成分の動作時間の急激な増加は、結合される金属板３の間における液状の亜鉛溶接ビード６の形成によって引き起こされたものであり、これは、液状の亜鉛内では、音速の明確な減少が生じることに起因する。
【００７３】
金属板３の間の接触領域から液状の亜鉛が移動すると、通過すべき液状の亜鉛被膜の厚さが減少するため、伝搬遅延が一時的に減少する。（図示したグラフにおいて、発生している伝搬遅延の減少は、測定信号のノイズによっても引き起こされ得る。）
ただし、液状の亜鉛溶接ビード６が、基本的な部分において接触領域から移動した場合は、鋼材金属の心４内の熱膨張効果によって伝搬遅延が再び増加する。金属の板心４が十分に加熱されると、液状の鋼材溶接ビード７が形成し始め、この形成は、再び、音速の明確な減少と、この減少に伴う伝搬遅延の明確な増加と結び付く。形成しつつある液状の鋼材溶接ビード７のサイズの増加と平行して、伝搬遅延も絶えず増加しつづけ、この増加量は、鋼材溶接ビードの直径が最大値に達したときに最大になる。
【００７４】
伝搬遅延に生じる断絶（すなわち、ピッチの変化）は、鋼心の溶融に直接連動している。「音速の変化／温度の変化」係数は、固相と液相とではっきりと異なるため、液相における音速は、温度によって変動し、固相内のものよりも明らかに微弱である。
【００７５】
溶接電流をオフに切り換えた後、液状の鋼材溶接ビード７が再結晶することで、冷却プロセスの中で相の変化が生じ得るため、固化した鋼材溶接ビード７内の縦方向に偏極した超音波の音速が影響を受けることになる。これと並行して、音速は、熱の影響によって変動する。鋼材溶接ビード７の固化、再結晶化作用、および鋼材溶接ビードの冷却が実質的に完了すると、形成された溶接点２を通る際の伝搬遅延は、開始地点と比べて若干増加したレベルに残留するが、これは、主に、金属の板心４の固体の原材料と比べて変化した、固化した鋼材溶接ビード内の材料構造に起因するものである。
【００７６】
次に、図４は、Ｂとして示される図３の曲線の推移、すなわち、形成しつつある溶接点２を通る横方向に偏極した超音波に関する透過量についての時間に依存した推移を再び示したものであるが、図４では、（同じように適切に形成された）他の溶接点２を例として示した。ここでも、推移は、図３のグラフの曲線Ｂを用いて既に説明した加熱段階の推移として特定され、透過量の増加は、第１の極小値までは液状の亜鉛溶接ビード６の形成に相関し、第２の極小値までは液状の鋼材溶接ビード７の形成に相関し、第３の極小値までは液状の鋼材溶接ビード７の固化に伴う再結晶化作用に相関している。図４において、第１の極小値Ｂの幅（すなわち、本実施例では、期間）と、第２の極小値Ｃの幅が模式的に描画されている。値ＢおよびＣは、横方向に偏極した超音波が、作製中に存在する溶接点２を通る際の透過量の時間的推移を適切に処理することによって、計量的に記録することができ、作製された溶接点２の特性解析に利用することができる。
【００７７】
次に、図５の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）の一連の図は、３つの異なる溶接点２について、図３において説明したものと同様の検査読み取り値を例示したもので、これらの溶接点２は、同一鋼材の金属板３の間に異なる溶接電流を流して作製された。図５（ａ）は、形成している溶接点２を通る経路における縦方向に偏極したパルス成分の伝搬遅延および横方向に偏極したパルス成分の透過量の推移を示した図で、ここでは、０．２秒の期間にわたって１０ｋＡの溶接電流が適用された。図５（ｂ）は、８ｋＡの溶接電流について測定される同一の数量の推移を示し、最後に、図５（ｃ）は、７ｋＡのみの溶接電流が、０．２秒の期間にわたって適用された場合に測定される同一の数量の時間的推移を示している。
【００７８】
図５（ａ）は、透過量の短期間Ｂの第１極小値および長期間Ｂの第２極小値が発生したことを明瞭に示している。極小値の期間Ｃを第１極小値の期間Ｂに対応させると、この実施例では、ＣをＢで除算した９の値が得られる。
【００７９】
一方、溶接電流が８ｋＡのみである場合は、図５（ｂ）から明らかであるように、第１極小値は、明確に増加した期間Ｂにおいて生じるのに対し、第２極小値は、それほど明瞭には区別されず、より短い期間Ｃにおいて生じている。この例で得られるＣ対Ｂの比は、この時、１．８６のみである。
【００８０】
最後に、溶接電流が７ｋＡのみである場合、単一の極小値のみが長い期間Ｂにおいて発生する。亜鉛溶接ビードの形成に伴って生じる１つの極小値が識別される場合、Ｃ対Ｂの比は０の値を取る。
【００８１】
図６の（ａ）〜（ｃ）は、図５（ａ）〜５（ｃ）に示した溶接プロセスで作製された溶接点２によって生成される金属組織断面の顕微鏡写真機による写真を示したものである。すべての顕微鏡写真は同一の測定単位を有する。溶接される金属板３の合計厚さはそれぞれ約０．７ミリメートルである。これらの金属組織断面を利用して、特定の基準による交点の分類を行うことができる。しばしば利用される基準は、溶接される金属板の厚さに関する基準である。溶接点は、溶接ビード直径がｄに該当する場合に、「良好」であると分類され、ここで、ｄは４×ルートｔ以上である。一方、ｄが４×ルートｔ未満である場合は、「不良」であると分類される。
【００８２】
「良好」と分類された溶接点は、高い確率で、十分な機械的耐荷重を有する。一方、「不良」と分類された溶接点は、高い確率で、機械的耐荷重が不十分である。
【００８３】
図６（ａ）の写真は、非常によく成長した鋼材溶接ビード７を示したもので、この鋼材溶接ビード７は、互いに連結される金属板３の材料と密接に結合され、また、約５．３ｍｍの直径を有する。鋼材溶接ビードの光学的印象は、鋼板の光学的印象と異なっているが、これは、固化した鋼材溶接ビード７の材料構造が、金属板３の阻害されない板心４の材料構造と異なるためである。
【００８４】
鋼材溶接ビード７の境界領域は、周囲を取り巻く板心４の阻害されない材料および溶接ビード７の内部の両方からそれほど異ならない表面組織を提示しているが、これは、この「熱の影響区域」に他の材料構造が存在するためである。熱の影響区域では、熱に曝されることにより、材料が溶融せずに、結晶構造が変化した微結晶の形成がすでに始まっている。多くの場合、これらの微結晶は、適切なサンプルを用意して十分な倍率を用いることで、光学的に直接視認することができる。
【００８５】
図６（ａ）に示した溶接点２は、最適に形成されており、その寸法に基づいて「良好」と分類される。
【００８６】
図６（ｂ）は、図５（ｂ）に係る溶接プロセスによって作製された溶接点２を示している。詳しく観察すると、暗く見える粗い粒子の組織で構成される熱の影響区域の内部に、異なる表面組織を有する、暗さが若干減じて見える領域（明瞭にするため、再度、光学的に強調された領域）を認識できる。この最も内側の領域は、小さい直径しかない鋼材溶接ビードを表し、この鋼材溶接ビードは、連結される金属板３の板心４の材料と緊密に結合されている。ただし、この溶接プロセスで生成された溶接ビードの直径は、約１．５ｍｍしかない。
【００８７】
ただし、溶接ビードの周りにさらに存在する、熱の影響の激しい区域には、鋼材の溶接ビード７の形成時に板心４の材料が融解した領域は存在しない。実際には、この例における異なる光学的印象は、鋼板４の構造内の板心３の加熱中に生じる再結晶化のプロセスのみによって生じたものである。
【００８８】
また、詳しく観察すると、熱の影響区域内の若干拡大した中央の鋼材溶接ビード７の外側で、光学的に知覚可能な分離部が金属板３の間に存在することが判る。ここでは、機械的結合が、互いに溶融された亜鉛被膜５によってのみ金属板３の間に生じている。
【００８９】
形成された鋼材溶接ビード７は僅かにしか拡大しないため、この例において作製された溶接点２は、「不良」として分類される。
【００９０】
図６（ｃ）は、図５（ｃ）に係るプロセスによって作製された溶接点２の断面を示している。変色した熱の影響区域の全幅にわたって、金属板３の間に、暗く見える分離部が伸長することを明確に認識できる。この例においては、板心４の材料の緊密な結合が生じていないことは明らかである。最大でも、亜鉛溶接ビードが形成した状態で、亜鉛被膜５の融解が生じただけであり、これにより、金属板３の微弱な機械結合が認識される（すなわち、ここでは「亜鉛接着」が存在するものと考えられる）。
【００９１】
溶接ビード直径ｄが存在しない（ｄ＝０）ため、この溶接点は、直ちに「不良」として分類される。
【００９２】
図７には、作製された溶接点２の分類に応じて、対象とする溶接ビードの直径ＤおよびＣ対Ｂの比率（第１極小値の継続期間との関係における第２極小値の継続期間）の間で、適宜再生可能な結合状態を特定できることが示されている。本発明に係る方法を利用してＢおよびＣのパラメータを記録した場合、所定の材料および装置のパラメータに関して、電気抵抗溶接を利用して作製される溶接点２をＣ対Ｂの比率を用いて分類することができる。本発明に係る方法および本発明に係る装置の少なくともいずれかを、たとえば、自動車の車体の大量生産に利用した場合、電気抵抗溶接を利用して作製される溶接点のオンライン評価の選択プロセスは、ＣおよびＢのパラメータの決定に基づいて行うことができ、これらのＣとＢのパラメータの関係は、実験により決定された、機械的に十分な弾力性を有する溶接点の値と比較することができる。Ｃ／Ｂの比率が最小値より低い場合、検査された溶接点には欠陥があり、Ｃ／Ｂの比率が最小値を超えていれば、検査された溶接点は所望の形式である。ここで図示した実施例において、亜鉛めっき鋼板は、それぞれ０．７ｍｍの合計厚さで互いに溶融されており、前述した基準に関して、Ｃ／Ｂの臨界値は、約６において、ｄが４×ルートｔ以上の「良好」であった。換言すると、溶接点は次のように特徴付けることができる。
「良好」：（Ｃ／Ｂ）が６以上
「不良」：（Ｃ／Ｂ）が６未満
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図６】
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【国際調査報告】
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