溶接品質保証

溶接品質保証には、技術的な手法と手順を用いて溶接の品質を試験・保証し、さらに溶接の存在、位置、および溶接範囲を確認することが含まれます。製造業では、 2つ以上の金属面を接合するために溶接が用いられます。これらの接合部は、製品寿命中に負荷や疲労に晒される可能性があるため、適切な仕様に従って製造されていない場合、破損する可能性があります。

溶接試験と分析

溶接試験および解析法は、溶接完了後にその品質と正確性を保証するために使用されます。この用語は一般的に溶接の品質と強度に焦点を当てた試験および解析を指しますが、溶接の存在、位置、および範囲を確認するための技術的な作業を指す場合もあります。これらは破壊的方法と非破壊的方法に分けられます。破壊的試験の例としては、マクロエッチング試験、隅肉溶接破断試験、横方向引張試験、ガイド曲げ試験などがあります。[ 1 ]その他の破壊的方法には、酸エッチング試験、バックベンド試験、引張強度破断試験、ニック破断試験、自由曲げ試験などがあります。[ 2 ]非破壊的方法には、蛍光浸透試験、マグナフラックス試験、渦電流（電磁）試験、静水圧試験、磁性粒子を用いた試験、X線およびガンマ線ベースの方法、アコースティックエミッション技術などがあります。[ 2 ]その他の方法には、フェライト試験および硬度試験などがあります。[ 2 ]

画像ベースの方法

工業用放射線検査

X線による溶接検査は、X線画像やビデオを用いて検査員が手動で行う場合もあれば、機械ビジョンを使用して自動化する場合もあります。[ 3 ]ガンマ線も使用できます 。

可視光イメージング

検査は、手作業、検査員が画像機器を用いて行う場合、またはマシンビジョンを用いて自動化される場合があります。溶接部とワークピース、そして良品部と不良品部の間の材質の類似性により、コントラストがほとんど得られないため、後者では通常、単純な画像検査以外の方法が必要となります。

一つの（破壊的な）方法は、溶接断面の顕微鏡的分析である。[ 4 ]

超音波および音響ベースの方法

超音波検査は、溶接部の隙間が金属中における超音波の伝播を変化させるという原理を利用しています。一般的な方法の一つは、オシロスコープ型の画面を用いてオペレーターが解釈する単一プローブ超音波検査です。[ 5 ] 別の方法としては、超音波センサーの2次元アレイを用いて検知する方法があります。 [ 5 ]従来のフェーズドアレイ法と飛行時間型回折法（TOFD）は、同じ検査装置に組み合わせることができます。[ 6 ]

アコースティックエミッション法は、溶接部の荷重や曲げによって発生する音を監視します。[ 2 ]

スポット溶接の剥離試験

この方法には、溶接部を引き裂き、残った溶接部のサイズを測定することが含まれる。[ 5 ]

溶接監視

溶接モニタリング方法は、溶接中の溶接品質と正確性を確保します。この用語は、一般的に溶接品質の自動モニタリングを指し、さらに視覚ベースのロボットガイダンスなどのプロセス制御にも適用されます。視覚的な溶接モニタリングは、溶接プロセス中にも行われます。

車両用途において、溶接監視は車両の品質、耐久性、安全性の向上を目指しており、不完全な溶接に起因するシステム全体の品質問題の大部分を修正するためのリコールを回避することでコスト削減を実現します。自動溶接の品質監視は、生産停止時間を短縮し、製品の手直しやリコールの必要性を低減します。

産業用監視システムは生産率の向上とスクラップコストの削減に貢献します。[ 7 ]

インラインコヒーレントイメージング

インライン コヒーレント イメージング (ICI) は、光コヒーレンス トモグラフィー[ 8 ]に基づく最近開発された干渉技術で、さまざまな業界で人気が高まっている溶接法であるキーホール レーザー ビーム溶接の品質保証に使用されています。ICI は、低出力の広帯域光源を主な溶接レーザーと同じ光路に当てます。ビームは溶接部のキーホールに入り、キーホールの底で反射してヘッド光学系に戻ります。反射光と、既知の距離の経路を通過した別のビームを組み合わせることで、干渉パターンが生成されます。この干渉パターンを分析して、キーホールの深さの正確な測定値を取得します。これらの測定値はリアルタイムで取得されるため、ICI では、レーザーの出力を変調するフィードバック ループで深さ測定値を使用して、レーザーの浸透深さを制御することもできます。

過渡熱解析法

過渡熱解析は、さまざまな溶接最適化タスクに使用されます。[ 9 ]

署名画像処理方法

SIPを使用して溶接品質の工業分析を行うWeldPrintアナライザー

シグネチャ画像処理（SIP）は、溶接プロセスから収集された電気データを分析する技術です。良好な溶接には正確な条件設定が求められ、条件の変動は溶接を不合格にする可能性があります。SIPは、溶接欠陥をリアルタイムで特定し、溶接プロセスの安定性を測定し、溶接プロセスの最適化を可能にします。

発達

ロボット製造における溶接の品質を、アルゴリズムで分析された電気データを用いて評価するというアイデアは、1995年にシドニー大学のスティーブン・シンプソン准教授による溶接アークで発生する複雑な物理現象に関する研究から生まれました。シンプソンは、これらの現象を明確に理解することなく、溶接の品質を判断する方法を開発できることに気づきました。 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] この開発には以下の要素が含まれました 。

  1. 適切な画像処理を用いて、サンプリングされたデータブロックを位相空間のポートレートシグネチャとして扱う手法。典型的には、GMAWパルス溶接またはショートアーク溶接プロセスから、1秒間分のサンプリングされた溶接電圧および電流データが収集される。データは2次元ヒストグラムに変換され、画像平滑化などの信号処理操作が実行される。[ 13 ]
  2. 主成分分析などの社会科学の統計的手法に基づいて溶接シグネチャを分析する手法。溶接電圧と電流の関係は溶接プロセスの状態を反映しており、シグネチャ画像にはこの情報が含まれています。主成分分析を用いてシグネチャを定量的に比較することで、シグネチャ画像の分布を把握し、欠陥の検出[ 14 ]と特定[ 15 ]が可能になります。このシステムには、パーソナルコンピュータ上でのリアルタイム溶接解析に適したアルゴリズムと数学、および実験溶接データを用いた欠陥検出性能の多次元最適化が含まれています。[ 16 ]溶接中のシグネチャ画像を瞬間ごとに比較することで、溶接プロセスの安定性を推定するのに役立ちます。[ 17 ] [ 18 ]プロセスの物理的パラメータが変化したときにシグネチャ画像を比較する「アーク通過」センシングは、例えば溶接ビードの位置などの定量的な推定につながります。[ 19 ]

情報を記録して後で調査したり、X線や超音波を使ってサンプルを検査したりするシステムとは異なり、SIP技術は電気信号に注目し、発生した欠陥を検出する。[ 20 ] 4,000点の電気データブロックが1秒間に4回収集され、シグネチャ画像に変換される。画像処理の後、シグネチャの統計分析によって溶接プロセスの定量的な評価が得られ、安定性と再現性が明らかになり、欠陥検出とプロセス診断が可能になる。[ 14 ]大阪大学の研究者らは、電圧電流ヒストグラムとシグネチャ画像間の距離の簡略化された統計的尺度を用いた同様のアプローチを、タングステン不活性ガス（TIG）溶接に適用した。[ 21 ] [ 22 ]

産業用途

SIPはWeldPrintシステムの基盤を提供します。このシステムは、SIPエンジンをベースとしたフロントエンドインターフェースとソフトウェアで構成され、電気信号のみに依存します。過酷な産業溶接環境に耐えられるよう、非侵入型でありながら堅牢な設計となっています。この技術の最初の主要購入者であるGMホールデン[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]からのフィードバックにより、システムは産業的および商業的価値を高める形で改良されました。サーバーネットワークを用いた複数のパラメータの最適化を含むアルゴリズムの改良により、過去5年間で故障検出性能が桁違いに向上しました。

メルボルンの企業Unidriveの工場現場で使用されている技術。同社は2001年から2006年にかけて、 WeldPrintを使用して50万台以上のオーストラリア車のステアリングコラム部品の溶接品質を監視した。

アーク溶接用のWeldPrintは2001年半ばに提供開始されました。2001年以降、約70台が導入され、その約90%が自動車メーカーとそのサプライヤーの現場で使用されています。産業界のユーザーには、Lear（英国）、Unidrive、GM Holden、Air International 、QTB Automotive（オーストラリア）などが挙げられます。また、Rheem、Dux、 OneSteelといったオーストラリアの企業にも、溶接評価やプロセス改善のためにリースされています。

WeldPrintソフトウェアは、ブラザーの年間最優秀ビジネスソフトウェア賞（2001年）を受賞しました。2003年には、この技術が賞金10万豪ドルの初開催となるオーストラレーシア・ピーター・ドハティ革新賞を受賞しました。[ 26 ] [ 27 ] また、シドニー大学発のスピンオフ企業であるWTiは、この開発が認められ、オーストラリア産業功労賞を受賞しました。

SIPは、溶接[ 28 ] や構造工学などの関連分野[ 29 ]の両方で研究者が測定ツールとして使用する機会を開拓しました。外部EEGの生体モニタリングの応用においても研究機会が開かれ、SIPは複雑な信号の解釈に利点を提供します[ 30 ]

溶接マッピング

溶接マッピングは、溶接工程、製造（溶接工、資格、溶接日）、品質（目視検査、非破壊検査、標準と仕様）およびトレーサビリティ（溶接継手と溶接鋳物の追跡、溶接材料の産地）を容易に識別できるように、溶接修理または接合部に情報を割り当てるプロセスです。溶接マッピングには、製造図または鋳造修理の溶接番号を表すための図による識別も組み込む必要があります。軍事、原子力、商業の各産業には、欠陥がGTAW（TIG溶接）またはSMAW（スティック溶接）プロセスによって除去および充填される金属鋳造、または主にGMAW（MIG溶接）を伴う溶接継手の製造の両方において、溶接マッピングの手順と仕様を指示する独自の品質基準（ ISO 、CEN 、ASME、ASTM 、 AWS、NAVSEAなど）があります。

参照

参考文献

  1. ^ http://www.esabna.com/us/en/education/knowledge/weldinginspection/Destructive-Testing-of-Welds.cfm ESABによる溶接部の破壊試験
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  3. ^工業用放射線検査の説明https://www.epa.gov/radtown/industrial-radiography
  4. ^ http://www.clemex.com/pdf/reports/WeldingAnalysis692.pdf Archived 13 December 2006 at the Wayback Machine Welding Analysis – Image Analysis Report #692, Clemex Technologies Inc.
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  8. ^ https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-39-21-6217 PJL Webster、LG Wright、Y. Ji、CM Galbraith、AW Kinross、C. Van Vlack、JM Fraserによるインサイチューインラインコヒーレントイメージングによる自動レーザー溶接およびフライス加工
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  12. ^ Simpson SW, 溶接評価, WIPO PCT WO0143910 (2001); オーストラリア 763689, US 6660965 (2003); カナダ 2393773 (2005); PA: 日本 2001-545030 (2001); 中国 00817251.X, 韓国 2002-7007624, インド IN/PCT/2002/00740 2002), ブラジル PI0016401-1, EU 00984649.4 (2002)
  13. ^ Simpson SW (2007)「アーク溶接欠陥検出のためのシグネチャ画像」、溶接接合の科学と技術、 12(6)、481–86
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  16. ^シンプソンSW、「アーク溶接欠陥検出のためのシグネチャ画像の統計」、溶接接合の科学技術、 12(6)、557-64、2007年
  17. ^ Simpson SW (2008)「ガスメタルアーク溶接におけるシグネチャ画像の安定性と金属移行」、溶接接合の科学技術、 13(2)、176–83
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  19. ^ Simpson SW (2008)「シグネチャ画像によるガスメタルアーク溶接におけるアークセンシング」、溶接接合の科学技術、 13(1)、80–86
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  22. ^ 「TIG溶接機のセットアップ方法」 2024年5月。
  23. ^「ホールデン社が受賞歴のあるウェルドプリント溶接技術を受注」、 Techwatch、プライスウォーターハウスクーパース、 12(6)、2002年、
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  27. ^ *「Weldprintが賞を受賞」 .イノベーション.ラジオ・オーストラリア. 2003年5月11日. 2011年1月19日閲覧。
  28. ^ Nguyen NT、Mai YW、Simpson SW、Ohta A (2004)「有限厚板内の二重楕円体熱源の解析的近似解」、 Welding J、 83、82s
  29. ^ LHとHancock GJ ( 2005 )「G450鋼板の溶接接合部の強度」、 J Struct Eng、 131、1561
  30. ^「自動車工場の技術が医療分野にスピンオフ」 UniNews、USyd、 34(1)、1 (2002)

さらに読む

  • ISO 3834-1：「金属材料の溶融溶接における品質要求事項。適切な品質要求レベルの選択基準」2005年
  • ISO 3834-2：「金属材料の溶融溶接に対する品質要求事項。包括的な品質要求事項」（2005年）
  • ISO 3834-3：「金属材料の溶融溶接に対する品質要求事項。標準品質要求事項」（2005年）
  • ISO 3834-4：「金属材料の溶融溶接に対する品質要求事項。基本品質要求事項」（2005年）
  • ISO 3834-5：「金属材料の溶融溶接に関する品質要求事項。ISO 3834-2、ISO 3834-3、またはISO 3834-4の品質要求事項への適合を主張するために準拠する必要がある文書」
  • ISO/TR 3834-6：「金属材料の溶融溶接における品質要求事項。ISO 3834の実施に関するガイドライン」（2007年）
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