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溶接品質保証とは、技術的な方法と措置を使用して溶接の品質をテストまたは保証し、二次的に溶接の存在、位置、および範囲を確認することです。[オリジナル研究? ]製造業では、溶接は2 つ以上の金属表面を接合するために使用されます。これらの接続は製品の寿命中に負荷と疲労に遭遇する可能性があるため、適切な仕様で作成されていない場合は失敗する可能性があります。
溶接試験と分析
溶接試験および分析の方法は、溶接が完了した後にその品質と正確性を保証するために使用されます。この用語は通常、溶接の品質と強度に焦点を当てた試験と分析を指しますが、溶接の存在、位置、および範囲を確認するための技術的アクションを指す場合もあります。[出典が必要]これらは破壊的方法と非破壊的方法に分けられます。破壊的試験の例には、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] [信頼できない情報源? ]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] [信頼できない情報源? ]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、磁性粒子を使用した試験、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]他の方法としてはフェライト試験や硬度試験などがある。[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、手動で行う場合もあれば、X線画像やビデオで検査員が行う場合もあれば、マシンビジョンを使用して自動化される場合もある。[3]ガンマ線も使用される 。
可視光イメージング
検査は手動で行う場合もあれば、検査員が画像機器を使用して行う場合もあれば、マシンビジョンを使用して自動化される場合もあります。[引用が必要]溶接部とワークピース、および良品領域と不良品領域間の材料の類似性により、固有のコントラストがほとんど得られないため、後者では通常、単純な画像化以外の方法が必要になります。[引用が必要]
一つの（破壊的な）方法は、溶接断面の顕微鏡分析です。[4] [信頼できない情報源？ ]
超音波と音響に基づく方法
超音波検査は、溶接部の隙間が金属を通る超音波の伝搬を変えるという原理を利用しています。一般的な方法の 1 つは、オシロスコープ型の画面を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] もう 1 つは、超音波センサーの 2D アレイを使用して感知します。[5]従来のフェーズドアレイと飛行時間回折 (TOFD) 法は、同じテスト機器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ます。[5]
溶接監視
溶接監視方法は、溶接中の溶接の品質と正確性を保証します。この用語は、一般的に溶接品質の目的の自動監視に適用され、次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の目的にも適用されます。[引用が必要]視覚的な溶接監視は、溶接プロセス中にも実行されます。 [引用が必要]
車両用途では、溶接監視は車両の品質、耐久性、安全性の向上を可能にすることを目指しており、最適でない溶接から生じる体系的な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を節約します。[要出典]自動溶接の品質監視により、生産停止時間を節約し、製品の手直しやリコールの必要性を減らすことができます。
産業用監視システムは生産率の向上を促し、スクラップコストを削減します。[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、光コヒーレンス断層撮影法[8]に基づく最近開発された干渉技術であり、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要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、キーホールの底部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。次に、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を使用して、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することで、レーザーの浸透深度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
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。許容できる溶接には正確な条件が必要であり、条件が変化すると溶接が許容できないものになる可能性があります。SIP を使用すると、溶接の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、溶接プロセスを最適化できます。
発達
ロボット製造で生成される溶接の品質を評価するためにアルゴリズムで分析された電気データを使用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しなくても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] 開発には以下が含まれていました。
- 適切な画像処理により、サンプリングされたデータブロックを位相空間ポートレートシグネチャとして扱う方法。通常、GMAWパルスまたはショートアーク溶接プロセスから1秒分のサンプリングされた溶接電圧と電流のデータが収集されます。データは2Dヒストグラムに変換され、画像スムージングなどの信号処理操作が実行されます。[13]
- 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技術。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。主成分分析を使用してシグネチャを定量的に比較すると、シグネチャ画像の広がりが可能になり、欠陥を検出[14]および特定[15]できます。このシステムには、パーソナルコンピュータでのリアルタイム溶接分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使用した欠陥検出パフォーマンスの多次元最適化が含まれています。[16]溶接中の瞬間ごとのシグネチャ画像を比較すると、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するときにシグネチャ画像を比較する「アークを通した」センシングは、たとえば溶接ビードの位置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線や超音波を使用してサンプルをチェック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、障害が発生したときにそれを検出します。[20] 4,000ポイントの電気データのデータブロックが1秒間に4回収集され、シグネチャ画像に変換されます。画像処理操作の後、シグネチャの統計分析により溶接プロセスの定量的評価が提供され、その安定性と再現性が明らかになり、障害検出とプロセス診断が提供されます。[14]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使用した同様のアプローチが、大阪大学の研究者によってタングステン不活性ガス（TIG）溶接で評価されました。[21] [22]
産業用途
SIP はWeldPrintシステムの基礎を提供します。WeldPrint システムはフロントエンド インターフェイスと SIP エンジンに基づくソフトウェアで構成され、電気信号のみに依存します。このシステムは非侵入型で、過酷な産業溶接環境に耐えられるほど堅牢に設計されています。この技術の最初の主要購入者であるGM Holden [23] [24] [25] は、システムの産業的および商業的価値を高める方法でシステムを改良するためのフィードバックを提供しました。サーバー ネットワークによる複数のパラメーターの最適化を含むアルゴリズムの改善により、過去 5 年間で障害検出のパフォーマンスが桁違いに向上しました。[いつ? ]
アーク溶接用のWeldPrint は、2001 年半ばに利用可能になりました。2001 年以降、約 70 台が配備され、そのうち約 90% が自動車製造会社とそのサプライヤーの工場現場で使用されています。産業ユーザーとしては、Lear (英国)、Unidrive、GM Holden、Air International 、QTB Automotive (オーストラリア) などがあります。ユニットは、溶接評価とプロセス改善のために、Rheem、Dux、 OneSteelなどのオーストラリア企業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10万豪ドルのオーストラリア・ピーター・ドハティ革新賞を受賞しました。[26] [27] また、シドニー大学からスピンオフしたWTiは、この開発が認められ、オーストラリア産業功績証明書を授与されました。[要出典]
SIPは、溶接[28] や構造工学などの関連分野の両方で研究者が測定ツールとして使用する機会を開いた。 [29]外部EEGの生体モニタリングの応用において研究機会が開かれ、SIPは複雑な信号の解釈に利点を提供する[30]。
溶接マッピング
溶接マッピングは、溶接プロセス、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、溶接材料の原産地) を簡単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、製造図面または鋳造修理の溶接番号を表す図による識別も組み込む必要があります。軍事、原子力、商業の各業界には、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補充される金属鋳造と、主にGMAW ( MIG溶接)を伴う溶接継手の製造の両方で、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 (例: ISO 、CEN 、ASME 、ASTM 、AWS 、NAVSEA ) があります。
参照
参考文献
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さらに読む
- ISO 3834-1:「金属材料の溶接に対する品質要求事項。適切な品質要求レベルの選択基準」2005)
- ISO 3834-2:「金属材料の溶接に対する品質要求事項。包括的な品質要求事項」(2005)
- ISO 3834-3:「金属材料の溶接に対する品質要求事項。標準品質要求事項」(2005)
- ISO 3834-4:「金属材料の溶接に対する品質要求事項。基本品質要求事項」(2005)
- ISO 3834-5: 「金属材料の溶接の品質要件。ISO 3834-2、ISO 3834-3、または ISO 3834-4 の品質要件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:「金属材料の溶接の品質要件。ISO 3834 の実装に関するガイドライン」(2007)