製品紹介

局所溶接部検査装置「Mini Scanner」の紹介
滝沢宣人 *

N o b u h i t o Ta k i z a w a

1.

はじめに

2.

大脇桂 **

Katsura Owakii

スポット溶接部評価方法の現状

スポット溶接に代表される各種抵抗溶接は、現

スポット溶接は図 1 に示すように通常 2 〜 4 枚

在様々な分野に多く用いられてきている。特に、の薄板を重ね、これを電極チップ間に挟んで通電自動車業界では、車体の軽量化および高強度化のすることで行われる。このスポット溶接部の健全要求から、数多くのスポット溶接を用いてきてい性は、様々な製品の強度に直接影響を及ぼすため、る。しかし、これの品質管理には、従来からの破適切に評価する必要がある。この評価方法の一つ

壊試験が多く用いられており、製造コストを増大として、破壊検査が用いられている。これは溶接させる要因の一つとなっている。このため、スポッ部にたがね等を打ち込み、密着性を定性的に評価

ト溶接部等の局所溶接部への信頼性が高く、かつする方法であり、現在でも主流として行われてい効率的な非破壊検査手法の開発が強く望まれている。本検査方法は溶接部を直接検査するものではる。

あるが、製品を損傷させるため信頼性の高い非破ここでは、スポット溶接部における非破壊検査壊検査法が強く求められている。

法 に つ い て 紹 介 し、 よ り 容 易 に 検 査 が で き る

スポット溶接部に対する非破壊検査法は目視、Mini Scanner（超音波探傷検査装置）について述

磁気検査、放射性透過法、超音波探傷法等、様々べる。

な方法がある。しかし、精度、安全性の問題、コスト面等から、実際に行われている検査法としては目視と超音波探傷法が大半である。
目視はスポット溶接部の表面状態を見ることで溶接状況を確認しているが、溶接内部を検査することができないので、目視に加えて超音波探傷試験を行う場合がある。しかしながら、現在の超音波探傷法による評価手法は、スポット溶接部から反射するエコーの強度で評価する方法が多く、エ
コー強度に及ぼす表面粗さの影響や亜鉛メッキ鋼板ではメッキ層のみの溶着部の影響等の誤差が評価に大きな影響を及ぼす。また、用いる探触子に

図 1 スポット溶接状況図＊研究開発事業部＊＊ 研究開発事業部

生産技術部
生産技術部課長

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が水浸超音波探傷試験である。これは水を張った水槽に検査対象物を投入し、溶接部全体を細かいピッチで探傷して結果を画像化（C スキャン画像）する方法である。この水浸超音波装置を用いて、スポット溶接部を検査した例を図 3 に示す。このように溶接部全体を画像として表示することができ、中央に未溶着と思われる箇所があることが図2分かる。

A スコープ波形

しかし、この方法を適用するには様々な制約がある。例えば、スポット溶接部 1 点の狭い領域のみを検査する場合でも検査対象物全体を水槽に入れて検査しなければならない。また、検査対象物を水に投入するため、場合によっては製品に錆が生じる等の問題が生じ、検査後の後処理が必要になる。さらに検査速度が遅く設備も大きくなる等

水浸超音波探傷法

図3の欠点がある。このようなことから、例えば自動水浸超音波探傷試験装置によるスポット溶接部検査結果

車車体のような複雑な形状を持つ構造物への適用や、製品全数を検査することは困難である。しかよってはナゲット（溶融凝固部分）全体を評価でし、図 3 に示したように水浸超音波探傷法は、溶きない場合が生じる等の問題がある。

接部全体を画像化して評価することができるので、非破壊検査法として適用できる可能性を有し

3．超音波探傷法の今後の展望ている。

スポット溶接部の超音波による評価方法では、

4. Amsterdam Technology 社製「Mini Scanner」

超音波探傷機器を購入してもその後使用しなくなるケースも多いと言われている。その理由の一つ

前項にて水浸超音波探傷試験による超音波検査として図 2 に示すような A スコープ波形（横軸：の可能性といくつかの問題点を示した。種々調査時間、縦軸：エコー高さ）のみの判断となり、試の結果、この問題点を解決し、コンパクトかつ容験体への探触子の接触状態で波形に差異が生じ、易に使用できる装置として図 4 に示す Amsterdam

このために検査には熟練技術者が必要となり、スTechnology 社（オランダ）製、超音波探傷装置「Miniキルの無い作業者が検査しても同一の判定をするScanner」を紹介する。

ことが困難となることも要因の一つとしてあげられている。

4.1

Mini Scanner について

このように超音波検査方法が普及しない大きなMini Scanner は可搬サイズの高解像度局所水浸要因は A スコープのみで評価することにあると超音波探傷装置であり、狭い領域を検査する際に考えられるが、この対策として、スポット溶接部非常に有用な装置である。この装置は水浸超音波全体を画像として表示する方法がある。その一つ

探傷試験装置とほぼ同等の探傷能力を有してお̶17̲局所溶接部検査装置.indd 58
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図4Mini Scanner 外観写真

図5

Mini Scanner 操作画面

り、小型タッチスクリーンパネルを持つ超音波送C スキャン画像にカーソルをあわせることによ受信器と携帯スキャナから構成されている。携帯り、その点の A スコープを表示させることがでスキャナを溶接部上に配置することにより、A スきるため、詳細な解析を行うことができる。また、コープ信号を表示することが可能であり、スキャスキャン後にゲートを再設定し画像を再表示する

ナーを走査することで探傷画像を短時間で表示すこともできるため、再スキャンすることなく適切ることができる。図 5 に Mini Scanner の操作画面

な探傷画像に修正することができる。

およびスポット溶接部の検査結果の一例を示す。
この画面には、走査後、即座に C スキャン画像

４.2

Mini Scanner の原理が画面上に表示され、検査結果が一目で分かるよMini Scanner は図 6 ⒜に示すように、試験体をうになっている。また、画面には A スコープ、C水没させて行う水浸超音波探傷試験にかわり、小スキャン画像が表示されているが、スキャン後の型化された局部水槽を試験体に設置し、スキャナ⒜探傷および画像化原理⒝スキャン方法

図6Mini Scanner 原理

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通常の先端部

図7

狭隘部に対応した先端部

Mini Scanner の先端部と高分解能の集束探触子をコンパクトに内蔵させまた、Mini Scanner は、図 7 に示すようにスキャたシステムとなっている。また、スキャン方向をナ先端部を変更することにより、狭隘部、コーナー

通常の x-y 軸ではなく、図 6 ⒝に示すように周方部等、様々な場所での使用が可能となっているた

向に高速で回転させながら Y 軸に走査することめ、汎用性に富んでいる。

で、常に一定速度の探触子の走査で溶接部全体をカバーし、結果として高速の探傷を可能にしてい４.4る。

Mini Scanner の性能確認

図 3 に示した水浸超音波探傷試験装置による検査で使用した試験体と同じものを Mini Scanner

４.3

Mini Scanner の仕様で検査した結果を図 8 に示す。この結果、水浸Mini Scanner の主な仕様を以下に示す。

超音波探傷試験装置と Mini Scanner による検査結・分解能：0.12 mm × 0.12mm

果はほぼ同等であることが分かり、小型で可搬式・スキャンエリア：10 mm × 20mmである Mini Scanner にも十分に信頼性の高い検査・スキャン時間：１スキャン約 5 秒能力があることが確認できた。

・C スキャン画像による表示

５.
５.1Mini Scanner を用いた溶接部評価試験
スポット溶接部評価試験

前述したように水浸超音波探傷法による検査結果と Mini Scanner による検査結果ではほとんど差異が無いことが分かった。また、この検査結果によりスポット溶接部の中央に未溶着部と思われるきずを確認することができた。このように Mini
Scanner はきずを的確に検出し画像化している。

Mini Scanner

これをさらに検証するために、溶接施工条件を変

図 8 Mini Scanner によるスポット溶接部検査結果化させた試験体を数種類製作し、Mini Scanner に̶17̲局所溶接部検査装置.indd 60
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いずれも探傷結果とよく一致しているのがわかる。

５.2

例1

レーザ溶接部評価試験

次 に、 レ ー ザ 溶 接 を 行 っ た 試 験 体 を Mini
Scanner にて検査した結果を図 10、図 11 に示す。
評価結果

側断面マクロ写真

これより、Mini Scanner はレーザ溶接に対してもスポット溶接と同様、十分に信頼性の高い検査結果を得られることが確認できた。

例2

この結果、Mini Scanner はスポット溶接部のみならず、レーザ溶接にも適用可能であることが確
評価結果認され、さらには一般的なアーク溶接部やレーザ側断面マクロ写真

スポット溶接等にも適用することが可能であると考えられる。
例3６.
評価結果

適用例

各種製品の溶接部検査に Mini Scanner を適用し側断面マクロ写真た例を図 12 にす。

図 9 スポット溶接部断面観察結果

このように Mini Scanner は汎用性に富んだ装置である。

よる検査結果と、検査後に溶接部を切断して求め７.

た断面マクロ観察結果を比較した。図 9 に試験適用性の改善結果の例を示すが、Mini Scanner による検査結果

現在、超音波探傷試験を行うには液状の接触媒と断面マクロ観察結果のきずの状況がよく一致し質を使用することが一般的であるが、接触媒質のていることが確認された。なお、例 1 と例 2 は板塗布および拭取り作業が必要である。これらの作厚方向に切断した切断面との比較であり、例 3 は業を省略し、検査時間の短縮を図るために、液状試験体表面に平行な断面との比較結果であるが、接触媒質の代替品として、固体の媒質の開発を進図 10 レーザ溶接試験片

図 11 レーザ溶接部検査結果

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事例結果

備考

実際の自動車溶接に使用した結果。
正常なナゲットであることが確認されている。

自動車部品のスポット溶接

電子部品
1mm 程度のスポット溶接

良品と不良の差がはっきりと見えることが確認された。

左（良品）
右（不良）

鉄道車両のスポット溶接部

自動車部品と同様に正常なナゲットが生成されていることが解る。

鉄道車両のレーザ溶接部レーザ溶接の溶込み幅を確認できた。

図 12 Mini Scanner 適用事例

気泡

従来の接触媒質にて検査した結果

図 13

検査前

開発中の媒質にて検査した結果

接触媒質の相違による検査結果

検査後（従来の接触媒質使用） 検査後（個体媒質使用）

図 14

検査前後の製品の状態めている。この固体媒質は粘性のあるゲル状のも界面に気泡が混入して疑似エコーを生じる不具合のを直接装置に設置するものである。また、これをも解消できた。

により液状の接触媒質を用いた場合には、試験体

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図 13 に従来の液状接触媒質を用いた場合と開62̶

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発中の固体媒質を用いて検査を行った場合の結果ものである。さらに、従来の X、Y 軸による方形を示す。開発中の材質は製品を汚すこと無く、気走査にかわり、円周方向の回転運動と Y 軸の移泡も入らずに検査することができた。また、液状動による走査にして、高速の一定速度での探触子の接触媒質を使用しないことにより、接触媒質のの走査を行うことで、画期的に探傷時間を短縮で塗布、拭取りの作業等を省き、検査時間の短縮にきている。これにより、スポット溶接 , レーザ溶もつながった。今回検査した製品の状態を図 14

接等の局所用超音波探傷装置としての適用性を大に示す。

きく改善できている。また、接触媒質を液状の物８.

から固体へと変更することにより、接触媒質の塗まとめ布および拭取りの作業を省くことができた。今後

Mini Scanner は、試験体を水没させて行う水浸も、この Mini Scanner の特長をいかして、適用を探傷試験の高精度画像化探傷を、コンパクトな携推進していく所存である。

帯式の装置で探傷精度を落とすことなく実現した

研究開発事業部

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生産技術部課長

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大脇 桂

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