JPS6182980A - 多層溶接条件決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、多層溶接における溶接速度、溶接電流などの
溶接条件を決定する多層溶接条件決定方法に関する。

〔発明の技術的背景〕

従来、多層溶接の溶接速度、＃接電流などの溶接条件お
よび積層方法は、溶接作業者の長年の経験と勘とによシ
決定することが多い。また、多層溶接の最適溶接条件、
積層方法の確認を行なうために、予め設定した溶接条件
および積層方法において多層溶接の実験を行ない、大量
の実験データを得るということが行なわれていた。

しかし、大量の実験データを得て溶接条件、積層方法を
決定する場合でも、決定を行なうオにレータの経験や勘
に頼らざるを得ないのが現状である。さらに、大量の実
験データを得るため経済的でない。

一方、大量の実験データから得られた溶接条件、積層方
法によって多層溶接の自動化が考えられるが、上記の如
く溶接条件、積層方法はオにレータの経験と勘に頼って
いるので、各実験データを溶接条件、積層方法に対して
どのように定量化、定性化するかが問題となる。

ところで、最近多層溶接を自動化した溶接ロボット（例
えば神戸製鋼（株）のＡＲＣＭＡＮ　：商品名）が開発
された。この溶接ロボットは、予め各板厚、術支などに
対する溶接条件を溶接条件ファイルに格納し、各溶接毎
忙板厚まだはＷｔを指定することによって溶接条件ファ
イルを検索し、指定された板厚または桁東に対する溶接
条件従って多層溶接を行なう機能となっている。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、溶接ＯＸノドに格納する溶接条件等はメ
ーカサイド等において多数の溶接実験を行なって決定す
るもので、このため溶接条件ファイルには非常に限定さ
れた板厚、符化、開先角度等に対する溶接案件のプログ
ラムしか格納できないのが現状である。実際に前記ＡＲ
ＣＭＡＮでは、例えばＶ型つき合せ溶接において開先角
度５０度、ギャッｆＯ瓢、ルートフェース２簡で開先深
さが６通シに対する溶接条件しか格納されていない。そ
こで、被溶接材の種々の形状に対して溶接実験を行なっ
て莫大な実験データを得て溶接条件を求めることが考え
られるが、これら形状に対してプログラムを作成するこ
とはプログラム容量が非常忙大きくなシ現実的でない。

〔発明の目的〕

本発明は上記実情に基づいてなされたもので、その目的
とするところは、いかなる被溶接材の形状に対しても最
適な溶接条件を決定し得る多層溶接条件決定方法を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、被溶接部材の溶接深さ、溶接長さ、開先幅な
どの溶接情報を設定し、次に最終層の１つ前の層から初
層に向って予め定められた分割長さごとにウィービング
周波数、溶接速度、溶接電流を求め、この求められた溶
接電流が許容範囲内になければ溶接電流を上限および下
限の許容値のうちいずれか近い値に修正し、この修正後
の溶接電流から溶接速度、ウィービング周波数を求め、
これらウィービング周波数、溶接速度、溶接電流から各
層の溶接条件を求めて最適な多層溶接を行なわせる多層
溶接条件決定方法である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明に係る多層溶接条件決定方法について図面
を参照して説明する。ところで本発明の多層溶接条件決
定方法は、最適化を行なう手法（以下、最適化アルゴリ
ズムと称す）のなかのダイナミック・プログラミング（
動的計画法：　Ｄ、Ｐ、）を用いて溶接金属の配分およ
び溶接条件を決定するものである。そこで、本発明の決
定方法を説明する前にダイナミック・プログラミングの
概略について説明する。第７図において高度Ｈｏ１速度
■。で飛行している飛行機つまりＳ。点の飛行機が目的
の高度Ｒｅｎｄまで上昇し、目的の速度Ｖｅｎｄまでつ
まり５ｅｎｄ点まで達する場合、このときの飛行機全体
の燃料消費量を最小とする問題について検討する。なお
、飛行機は、各々の段階において高度Ｈあるいは速度Ｖ
のいずれか一方しか増加できないものとする。

はじめに最終目的点５ｅｎｄに移行できる状態、すなわ
ちＢ１点、Ｂ２点までたどりついた状態を考える。これ
らＢ１点、Ｂ２点ではそれぞれ５ｅｎｄ点に移行できる
のは１通しか存在しない。

次にＢ１点、Ｂ２点に移行できる状態を考え、この状態
ではＣ１点、Ｃ２点、０３点までたどりついている。そ
こで、０１点では水平にのみの移行しか存在せず、Ｃ３
点では垂直にのみの移行しか存在しない。０２点からは
水平、垂直の両方向に移行可能であシ、この状態では水
平あるいは垂直のいずれが有利（この問題では燃料消費
量を最小とする）かの判断が行なわれる。

この場合、垂直に移行した方が有利であると判断される
。以上のようにして順次各点において有利なものを判断
しながら計算が実行される。

そうして、Ｓ９点まで計算を進めていくと最小の燃料消
費料が求められる。次に８０点まで達したトラジェクト
リーを逆にたどっていくことにより第７図に示す矢印の
飛行機の経路が求められる。以上がダイナミック・グロ
グラミングの概略である。

そこで、本発明では次のような手法により溶接条件の最
適化を行ない、その概略を第８図を参照して説明する。

Ｓｏ′は初層を示し、Ｓ’ａｎｄは最終層ｒ〜俵ツ。は
じめに、最終層の１つ前の層の最適な溶接条件が求めら
れ、次に最終層から２つ前の層の最適な溶接条件が求め
られる。

そして、初層までの溶接条件が求められる。つまり、Ｓ
ｉの状態からはどこと結びついた方が有利かが判断され
る。このうちの最も有利な値をＳ五′の単量高値とする
。次にＳｔ−＋の状態に移シ最も有利な単量高値が求め
られ、以下同様にして単量高値を求めるという計算をＳ
。Ｋ向って実行していって溶接条件が求められる。

さて、第１図は不発明の多層溶接条件決定方法を適用し
た多層溶接条件決定装置の全体構成図であって、この装
置は溶接ロビットに適用されたもので第２図に示す溶接
条件決定フローチャート、つまシ多層溶接最適化アルゴ
リズムに−従って動作するものである。１は溶接情報設
定部であって、これは第３図に示すつき合せ溶接が行な
われる被溶接部材Ｓｄの開先幅Ｗ、開先深さＤ１溶接長
さＬ等の溶接情報が設定されるもので、設定された溶接
情報は処理判断部２の指令により記憶部３に記憶される
ようになっている。なお、この溶接情報設定部ＩＫは、
溶接情報の他に多層溶接を行なうにあたっての溶接制約
条件が設定されるものとなりている。この溶接制約条件
は多層溶接を最適に行なうに必要なもので、経験的に行
なわれていることを踏まえて次のようなことを仮定した
。すなわち、■　初層の溶接厚さｈｌを０．６〜０．９
　ｃｍとし、ＷＪｚ層以降の厚さを０．３〜０．５　ｃ
ｍとする。

■　溶接のウィービングピッチ’）　０．２〜０，４α
とする。

さらに１ ■　多層溶接最適化アルコリズムの実行により求められ
る溶接条件を所定厚さｈｔ（０，０５ｃｌｎ）ごととし
、この所定厚みごとに得られる溶接時間のうち最小溶接
時間における溶接条件つまシ最大生産性を得る溶接条件
をその層の溶接条件とする。

■　溶接条件は、最終溶接層の１つ前の層から初層まで
に対して求める。

である。

４は溶接条件演算部であって、これは設定された浴接情
籟に基づいて溶接条件を求めるもので、この溶接条件の
各値を求める順序は次の通りである。すなわち、ウィー
ビング幅Ｗ１からウィービング周波数Ｆが求められ、こ
のウィービング周波数Ｆから溶接速度Ｖが求められ、さ
らに溶接速度びから溶接断面積Ｓに基づいて溶接電流■
が求められる。ここで、ウィービング周波数Ｆ１溶接速
度Ｖ、溶接断面積Ｓおよび溶接電流Ｉは次式により求め
られるっすなわち、ウィービング周波数Ｆは、 ｐ＝−−二−−一一一−−−　・・・（１）２　（（Ｗ
＋　ｇａｐ）／３．３３　＋Ｔｏ　＋　Ｔｃ　）であり
、ここで、Ｗ　＋　ｇａｐはウィービング幅であってギ
ヤラグ幅ｇａｐを含んでいる。また、３．３３は機械最
高速度（ｃｒＲ／５ｌｌｅ）であ、り　、ＴＩは溶接箇
所長手方向の両端部における停止時間←）、Ｔａは中央
停止時間（竜）である。次に溶接速度Ｖは、 ｖ＝ＰｍＦ　　　　　　　　・・・・・・・・・・・・
（２）によシ求められ、Ｐはウィービングピッチである
。また、溶接断面積Ｓｉは溶接速度Ｖと所定厚みｈｔと
から求められる。そして、溶接電流工は、７．８ＸＳＩ
ＸＦ ■＝□　　　　・・・・・・・・・・・・（３）ρ によシ求められ、ρは溶着量（γ／Ａ−＋＋ＯＸ）であ
る。

５は溶接時間演算部であって、これは溶接条件演算部４
により求められた溶接速度Ｖの逆数を求め、この逆数を
溶接時間として求めるものである。

６は溶接条件成立判定部であって、これは溶接条件演算
部４により求められた溶接電流■が予め設定された上限
値ＩｍＪＬ工および下限値−を有する許容溶接電流範囲
にあるかどうかを判断するもので、範囲外と判断すれば
条件不成立信号を処理判断部１１／Ｃ送出する機能をも
ったものである。

７は溶接条件修正部であって、これは条件成立判定部６
から条件不成立信号が送出された場合に動作するもので
、溶接電流工が許容溶接電流範囲の上限値ｒｍａｘよシ
も大きい場合は溶接電流工を上限値ＩｍＪＬＸに修正し
、また下限値Ｉｍよりも小さい場合は溶接電流■を下限
値工ｍに修正し、これら設定した溶接電流１ｍ１Ｌ工、
■順から前記溶接条件演算部４によシ求めた溶接条件の
順序とは逆に溶接速度Ｖを求め、次にこの溶接速度ｒか
らウィービング周波数Ｆを求める機能をもったものであ
る。

８は層溶接条件設定部であって、これは溶接時間演算部
５により求められた所定厚さｈｔごとの溶接時間から各
層における最小溶接時間を求め、この最小溶接時間での
溶接電流■、溶接速度ｒ１　ウィービング周波数Ｆをそ
の層の最適溶接条件と設定するものである。

そして、９は溶接機構制御部であって、これは層浴接条
件設定部８により求められた溶接条件に従って浴接機構
１０を制御し、多層溶接を行なわせるものである。

次に上記の如く構成された装置の動作を第２図に示す溶
接条件決定フローチャートに従って説明する。多層溶接
を行なうにあたって第３図に示す被溶接部材Ｓｄの開先
幅Ｗ１開先深さＤ１溶接長さＬの溶接情報が溶接情報設
定部２に設定される。さらに、この溶接情報設定部２に
は、溶接制約条件、すなわち初層の溶接厚さｈｌ（０，
６〜０．９備）、第２層以降の溶接厚さく０．３〜０．
５０）、ウィービングピンチ（０，２〜０．４ｃ１ｎ）
、さらにはゼヤノプ幅、各層の所定厚みごとの溶接時間
のうち最小溶接時間における溶接条件をその層の溶接条
件とすること、溶接条件は最終溶接層の１つ前の層から
初層までに対して求めること、以上が設定される。そし
て、これら溶接情報および溶接制約条件は処理判断部２
の指令によシ記憶部３に記憶される。

ここで、溶接条件演算部４は処理判断部２の指令を受け
て記憶部３に記憶された溶接情報および溶接制約条件を
読出して所定厚さｈｔごとの溶接条件を最終層の１つ前
の前から初層に向りて演算し求める。そこで、第４図に
示す溶接条件演算の模式図を参照して説明すると、まず
、第５図に示すウィービング幅ＷｉがＷｌと設定される
と、このウィービング幅Ｗ１に対するウィービング周波
数Ｆ１が第（１）式によシ演算し求められる。ここで、
第４図に示すＦａ　、　Ｆｂは第（１１式に示すＴｓ　
、　Ｔｃをそれぞれ変更したものである。

また、第５図においてｔは被溶接部材Ｓｄの板厚である
。次にこれらウィービング周波数Ｆｌに対する溶接速度
ｖ１がウィービングピッチＰヲ０．４閏と設定した場合
について第（２）式により求められる。次に、これら溶
接速度ｒ１と所定厚さくｈｔ　＝　０．０５　ｃＩｔ）
とから溶接断面積ＳｔＣ第５図〕が演算し求められ、こ
の溶接断面積Ｓ１と溶接速度ｙｌとを用いて第（３）式
から溶接電流工１が演算し求められる。なお、断面積ｓ
ｉは０．５ｄ（Ｓ２）の場合である。そして、この溶接
電流工１は処理判断部２の指令により条件成立判定部６
に送られ、この条件成立判定部６は溶接電流■１が許容
溶接電流範囲内にあるかを判断し、この場合は範囲内に
あるので条件成立信号を処理判断部ｌに送出する。これ
によシ処理判断部２は浴接条件演算部４によシ求めたウ
ィービング周波数Ｆ１、溶接速度ｖ１および溶接電流１
１を所定厚さｈｔに対する溶接条件と決定して記憶部３
に記憶させるとともに、溶接速度ｖ１を溶接時間演算部
５に送る。溶接時間演算部５は所定厚さｈｔにおける溶
接時間を求める。この溶接時間は処理判断部１の指令に
より記憶部３に記憶される。

ここで、ウィービング＠ＷｌがＷｌより大きいＷ２と設
定され、この場合のウィービング周波数がＦ２、溶接速
度がＦ２で溶接断面積Ｓ５が０，８ｄとなシ、これによ
って溶接電流工２が許容溶接電流範囲の下限値ニーよシ
も小さくなった場合は、次のような動作が行なわれる。

すなわち、この場合は１条件成立判定部６から条件不成
立信号が処理判断部２に送出される。これにより処理判
断部２は溶接条件修正部７に対して指令を発し、この指
令を受けた溶接条件修正部７は溶接電流工２を下限値工
犀に設定し、この下限値Ｉｍから断面積Ｓ５の溶接速度
ｖ２′を求め、さらにこの溶接速度ｖ　２／からウィー
ビング周波数Ｆ　２’を演算し求める。そして、これら
求められた溶接条件は記憶部３に記憶されるとともに、
溶接速度ｖ２′が溶接時間演算部５に送られて溶接時間
が求められる。

以上のような動作が各所定厚さごとに行なわれて、各所
定厚さごとの溶接条件が記憶部３に記憶される。七つし
て、最終溶接層の１つ前の層から初層までの各所定厚さ
ごとの溶接条件が求められると、処理判断部１の指令に
よシ最小時間演算部８は、各層の所定厚さｈｔごとの溶
接時間から、最小溶接時間を求め、この最小溶接時間の
溶接電流工、溶接速度ｒ、ウィービング周波数Ｆをその
層の最適溶接条件とする。このようにして、各層の最適
溶接条件が求められる。

この後、処理判断部２は、被溶接部材Ｓｄへの溶接が初
層であるかを判断し、初層であればギャップ幅に応じて
ストレート溶接を行なうが、またはウィービング溶接を
行なうかを判断する。

初層でなければウィービング溶接を行なう。なお、溶接
を行なうにあっては、溶接機構制御部９が各層の溶接条
件に従って溶接機構１ｏを制御することＫよって行なわ
れる。

第６図（、）は上記装置を用いた多層溶接の実験結果を
示す図であって、被溶接部材は第６図（ト））Ｋ示すよ
うに開先角度５０度、板厚２．１ｃｌｎ１ギャッグ幅０
．４備を有するものである。この多層溶接の各層の溶接
条件は表に示すとぅシである。

このように本発明の方法を適用した装置では、設定され
た溶接情報に基づいて溶接条件演算部４がウィービング
周波数Ｆ１溶接速度ｖ１溶接電流工の順に溶接条件を求
め、溶接電流Ｉが許容溶接電流範囲外にあれば溶接条件
修正部７により溶接電流■を修正して溶接速度ｒ１　ウ
ィービング周波数Ｆの順に溶接条件を求め、さらに求め
られた溶接速度から溶接時間を求めて各層の最小溶接時
間を求め、この溶接時間をもってウィービング周波数Ｆ
１溶接速度ｒ、溶接電流Ｉを設定するので、溶接制約条
件下において最適な多層溶接ができる。特に、溶接作業
者の勘や経験によらず未熟練者でも最適な多層溶接がで
きる。また、溶接品質にバラツキが生ぜず、安定した多
層溶接ができ、特に開先形状に最も適した溶接ができる
。

さらに、溶接制約条件の設定を、変更することにより入
熱制限等にも対処できる。

そして、実施例の装置では開先形状に応じて溶接条件が
求められるので、従来のように溶接条件のファイルを作
成する必要がなく、よってファイルを作成するための実
験も行なわなくと要となる。

なお、実施例の装置は、つき合せ溶接に適用した場合に
ついて説明したが、下向きすみ肉溶接にも適用できる。

〔発明の効果〕

層の前の層から初層に向ってウィービング周波れたウィ
ービング周波数、溶接速度、溶接電流から各層の溶接条
件を求めるので、いかなる被浴接材の形状に対しても最
適な溶接条件を決定し得る多層溶接条件決定方法を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多層溶接条件決定方法を適用した
多層溶接条件決定装置の全体構成図、第２図は第１図に
示す装置の溶接条件決定フローチャート、第３図は被溶
接部材の外観図、第４図は第１図に示す装置の溶接条件
決定を説明するだめの模式図、第５図は被溶接部材での
溶接断面積を示す図、第６図（ａ）　（ｂ）は第１図に
示す装置を用いた多層溶接の実験結果の図、第７図はグ
イナミノク番グログラミングを説明するための模式図、
第８図は溶接条件の、グイナミ７り・プログラミングを
説明するための模式図である。 １・・・溶接情報設定部、２・・・処理判断部、３・・
・記憶部、４・・・溶接条件演算部、５・・・溶接時間
演算部、６・・・溶接条件成立判定部、７・・・溶接条
件修正部、８・・・層溶接条件設定部、９・・・溶接機
構制御部、１０・・・溶接機構。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第５図 第６図 （ａ）　　　　　　（ｂ） ｌＪ、４ｃｍ 第７図 ｉｉ友Ｖ 第８図 ζ−Ｄ　ｔ　　　　’

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被溶接部材の溶接深さ、溶接長さ、開先幅などの溶接情
   報を設定する溶接情報設定手段と、この溶接情報設定手
   段に設定された溶接情報に基づいて最終層の前の層から
   初層に向って予め定められた分割長さごとに順次ウィー
   ビング周波数、溶接速度、溶接電流を求める溶接条件演
   算手段と、この溶接条件演算手段により求められた溶接
   電流が予め設められた上限値および下限値を有する許容
   範囲内になければ溶接電流を上限値および下限値のうち
   いずれか近い値に修正し、この修正後の溶接電流から溶
   接速度、ウィービング周波数を求める溶接条件修正手段
   とを有し、前記溶接条件演算手段および前記溶接条件修
   正手段により求められたウィービング周波数、溶接速度
   、溶接電流から各層の最適な溶接条件を決定して多層溶
   接を行なわせることを特徴とする多層溶接条件決定方法
   。