(57)【要約】【課題】拡散接合面の各種不良を識別して確実に接合面の良否判定を行うことができる接合面の良否判定方法を提供する【解決手段】金属の拡散接合面にバースト超音波を入射させ、拡散接合面で生じる反射波の基本波成分の平均強度が第１閾値以上で第２閾値以下、かつ上記反射波の基本波成分の最大強度が第３閾値以下、かつ上記反射波の二次高調波成分の最大振幅が第４閾値以下であるときに接合良好と判定する。【選択図】        図１
2007155391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の拡散接合面に超音波を入射させ、前記拡散接合面で生じる反射波の基本波成分の平均強度が第１閾値以上で第２閾値以下のときに接合良好と判定することを特徴とする接合面の良否判定方法。
【請求項２】
金属の拡散接合面に超音波を入射させ、前記拡散接合面で生じる反射波の基本波成分の最大強度が第３閾値以下であるときに接合良好と判定することを特徴とする接合面の良否判定方法。
【請求項３】
金属の拡散接合面に超音波を入射させ、前記拡散接合面で生じる反射波の高調波成分の最大強度が第４閾値以下であるときに接合良好と判定することを特徴とする接合面の良否判定方法。
【請求項４】
金属の拡散接合面に超音波を入射させ、前記拡散接合面で生じる反射波の基本波成分の平均強度が第１閾値以上で第２閾値以下、かつ前記反射波の基本波成分の最大強度が第３閾値以下、かつ前記反射波の高調波成分の最大強度が第４閾値以下であるときに接合良好と判定することを特徴とする接合面の良否判定方法。
【請求項５】
前記超音波はバースト超音波である請求項３又は請求項４に記載の接合面の良否判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は接合面の良否判定方法に関し、特に、異種金属の拡散接合面の良否判定を確実に行うことができる接合面の良否判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の高燃費化をさらに増進すべくターボチャージャのタービンロータの軽量化が進められており、これを実現するために例えば翼部をγ−チタンアルミ製とし、軸部を耐磨耗性に富むクロムモリブデン鋼等のはだ焼き鋼としたものがある。そして、この場合の翼部と軸部の接合は例えばニッケル系アモルファスシートをインサート材として使用した液相拡散接合により行っている。
【０００３】
一方、接合面の良否判定方法として例えば特許文献１では、超音波を使用して接合面の検査を行うに際して、接合面に対して垂直に超音波を入射させるとともに、検査領域を同心円状の複数の領域に分割して、接合面の分割された各領域からの反射波を受信し、各領域毎に判定基準を設けて接合面の良否を判定する方法が示されている。    
【特許文献１】特開２００４−２３３１４４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、γ−チタンアルミ材とはだ焼き鋼材の拡散接合面の不良としては、拡散不足、チタンカーバイドの形成、粗大な未接合欠陥、微細亀裂があるが、常温から高温（７００℃程度）における回転曲げ疲労強度が要求されるタービンロータの場合には、特許文献１で開示されている方法で良否判定が可能である。一方、低サイクル疲労強度が要求されるような構造部材に、γ−チタンアルミ材とはだ焼き鋼材のような音響インピーダンスが大きく異なる異種金属の拡散接合を適用する場合には、特許文献１で開示されている方法では、接合界面の超音波エコーが大きいため、継ぎ手が要求特性を満足しているか判定できなかった。
【０００５】
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、拡散接合面の各種不良を識別して確実に接合面の良否判定を行うことができる接合面の良否判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本第１発明では、金属の拡散接合面に超音波を入射させ、拡散接合面で生じる反射波の基本波成分の平均強度が第１閾値以上で第２閾値以下のときに接合良好と判定する。
【０００７】
本第１発明において、接合温度が高くなるに従って反射波の基本波成分の平均強度は一意的に低下する。これは、接合温度が低いと接合面での拡散不足のために音響インピーダンスが高くかつ散乱減衰が小さいために反射エコーが大きくなり、一方、接合温度が高いと、接合面での拡散が進行してその音響インピーダンスが低くなるとともに散乱減衰も増加するためである。そこで、第１閾値と第２閾値を設定して、反射波の基本波成分の平均強度が両閾値の間にある場合に接合良好と判定するようにすれば、拡散不足あるいはチタンカーバイド等の形成により接合強度の低下を来たした接合面を確実に排除することができる。
【０００８】
本第２発明では、金属の拡散接合面に超音波を入射させ、拡散接合面で生じる反射波の基本波成分の最大強度が第３閾値以下であるときに接合良好と判定する。
【０００９】
本第２発明において、粗大な未接合欠陥が生じている接合面では反射波の基本波成分の強度が急増する。したがって、第３閾値を設定して、上記反射波の基本波成分の最大強度が第３閾値以下のときに接合良好と判定するようにすれば、粗大な未接合欠陥のある接合面を排除することができる。
【００１０】
本第３発明では、金属の拡散接合面に超音波を入射させ、拡散接合面で生じる反射波の高調波成分の最大強度が第４閾値以下であるときに接合良好と判定する。
【００１１】
本第３発明において、微細なボイドや亀裂が生じている接合面では、反射波の高調波成分の強度が急増する。そこで、第４閾値を設定して、上記高調波成分の最大強度が第４閾値以下のときに接合良好と判定するようにすれば、微細なボイドや亀裂が生じている接合面を排除することができる。
【００１２】
本第４発明では、金属の拡散接合面に超音波を入射させ、拡散接合面で生じる反射波の基本波成分の平均強度が第１閾値以上で第２閾値以下、かつ上記反射波の基本波成分の最大強度が第３閾値以下、かつ上記反射波の高調波成分の最大強度が第４閾値以下であるときに接合良好と判定する。
【００１３】
本第５発明では、上記超音波としてバースト超音波を使用する。これによれば、超音波のエネルギーを増加させることができ、かつ周波数帯域も狭くなるから、高調波成分をより一層明瞭に識別することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明の接合面の良否判定方法によれば、拡散接合面の各種不良を識別して確実に接合面の良否判定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１には本発明方法を実施するための装置構成を示す。図１において、タービンロータ１は翼部１１がγ−チタンアルミ製、軸部１２がはだ焼き鋼製であり、翼部１１の一端面と軸部１２の一端面を、ニッケル系アモルファスシートをインサート材として使用した液相拡散接合によって接合してある。この拡散接合は、接合面１３の酸化を防止するためにアルゴンガスで周囲をパージしつつ誘導加熱コイルで接合部を加熱することにより行う。
【００１６】
翼部１１と接合された軸部１２は位置決めブロック２を貫通してこれに回転可能に保持されており、軸部１２の他端は図略の駆動装置に連結されて適当な速度で回転させられる。位置決めブロック２には傾斜する反射面２ａが形成してあり、超音波振動子３から出力された超音波が当該反射面２ａで反射されて翼部１１と軸部１２の拡散接合面（以下、単に接合面という）１３に垂直に入射し、接合面１３での反射波が上記反射面２ａを経て超音波振動子３に戻される。超音波振動子３は受発信回路４に接続されており、受発信回路４はコンピュータ５に接続されている。
【００１７】
上記タービンロータ１、位置決めブロック２および超音波振動子３は水中に浸漬されており、コンピュータ５からの発信信号に基づいて受発信回路４から超音波振動子３を経てバースト超音波が出力される。バースト超音波は接合面１３に垂直に入射し、ここで反射されて再び超音波振動子３に戻る。超音波振動子３の受信信号は受発信回路４を経てコンピュータ５に入力し、コンピュータ５では受信信号の基本波成分と二次高調波成分を分離検出する。軸部１２は回転しているから、バースト超音波の反射波は接合面１３の環状領域から逐次得ることができる。そして、超音波振動子３の位置を軸部１２の軸方向へ適宜変更すれば上記環状領域を内外周方向へ移動させることができ、接合面１３の全域へバースト超音波を逐次入射させることができる。
【００１８】
（拡散不足・チタンカーバイド形成の判定）
発明者の実験によると、接合面は１０５０℃で接合した時に最も良好な接合強度を示す。これに対して、接合温度が１０００℃と低いとインサート材のＮｉが殆ど拡散しないことにより十分な接合強度が得られず、また、１１００℃と高いと、はだ焼き鋼材のカーボンが接合面に拡散して脆いチタンカーバイドが生成されるためにやはり十分な接合強度が得られない。
【００１９】
そこで、接合面の環状領域から得られたバースト超音波の反射波に応じた受信信号のうち、基本波成分の平均強度を算出すると、図２に示すように、接合温度が高くなるに従って基本波成分の平均強度は一意的に低下する。これは、接合温度が低いと接合面での拡散不足のために音響インピーダンスが高くかつ散乱減衰も小さいため反射エコーは大きくなり、一方、接合温度が高いと、接合面での拡散が進行してその音響インピーダンスが低くなるとともに散乱減衰が増加するために反射エコーが小さくなるからである。そこで、図２に示すように、第１閾値TH1と第２閾値TH2を設定して、上記基本波成分の平均強度が両閾値の間にある場合に接合良好と判定するようにすれば、拡散不足やチタンカーバイド形成によって接合強度が十分でないタービンロータを排除することができる。
【００２０】
（粗大な未接合欠陥の判定）
次に、マシン油を塗布して人工的に欠陥を生じさせた接合面に対してバースト超音波を照射し、この時の反射波による受信信号の基本波成分を得た。これによると、粗大な未接合欠陥が生じている接合面部位では図３に示すように基本波成分の強度が急増する。したがって、第３閾値TH3を設定して、上記基本波成分の最大強度が第３閾値TH3以下のときに接合良好と判定するようにすれば、接合面に粗大な未接合欠陥が生じて接合強度が十分でないタービンロータを排除することができる。
【００２１】
（微細なボイド・亀裂の判定）
マシン油を塗布して人工的に欠陥を生じさせた接合面において微細なボイドや亀裂が生じている接合面部位においては、図４（１）に示すように反射波による受信信号の、基本波成分の振幅（強度）Ａ１はそれほど大きく変化しないが、受信信号の二次高調波成分の振幅（強度）Ａ２は図４（２）に示すように上記接合面部位で急増する。そこで、第４閾値TH4を設定して振幅Ａ２の最大値が第４閾値TH4以下のときに接合良好と判定するようにすれば、微細なボイドや亀裂が生じて接合強度が十分でないタービンロータを排除することができる。
【００２２】
なお、本実施形態における拡散不足・チタンカーバイド形成の判定、および粗大な未接合欠陥の判定において、バースト超音波を使用するのに代えて、従来の超音波パルスを使用するようにしても良い。また、微細なボイド・亀裂の判定において、二次高調波成分の振幅Ａ２を使用するのに代えて振幅比Ａ２／Ａ１を使用するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明方法を実施するための装置構成を示す図である。
【図２】接合温度とバースト超音波の基本波成分の平均強度の関係を示す図である。
【図３】接合面の各部位におけるバースト超音波の基本波成分の大きさを示す図である。
【図４】接合面の各部位におけるバースト超音波の基本波成分と二次高調波成分の大きさを示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１…タービンロータ、１１…翼部、１２…軸部、２…位置決めブロック、３…超音波振動子、４…受発信回路、５…コンピュータ。
【図１】
2007155391.tif 000003
【図２】
2007155391.tif 000004
【図３】
2007155391.tif 000005
【図４】
2007155391.tif 000006