CN106457441B - 焊接条件导出装置 - Google Patents

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Abstract

焊接条件导出装置配备于具有具备摆动机构的焊炬的焊机，且导出与新母材的熔敷部的截面形状相应的焊接条件，该焊接条件导出装置具有：存储有焊接条件数据的数据库；以及计算相对于新母材的坡口、接头的形状的焊接条件的焊接条件计算部。焊接条件计算部以与新母材的坡口、接头的形状类似的以往的焊接条件数据以及与焊机的规格相关的输入数据为基础，通过考虑形成于新母材的熔敷部的截面面积的参数、该熔敷部的焊层高度、向新母材输入的输入热量、以及焊炬的摆动条件中的至少一个以上的参数，导出新母材的焊接条件数据。

Description

焊接条件导出装置
技术领域
本发明涉及一种将进行焊接时的焊接条件导出的焊接条件导出装置。
背景技术
电弧焊接在制造船舶、桥梁等的构造物或建筑物、机动车等时被广泛使用。特别是在中厚板的电弧焊接中，使用在对象接头重叠多个焊层的“多层焊”。“多层焊”是指，如JIS规格(JIS Z 3001)中规定的那样，以堆满由一个或一个以上的道次构成的焊接金属的层的方式进行焊接，将沿着焊接接头进行的一次焊接操作称为道次。另外，将多次进行该道次而得到的焊接的层定义为焊层。
在进行上述的多层焊时，需要针对每个道次预先求出包含以下所示的项目的焊接条件。
(1)焊炬的位置/姿势：相对于坡口的目标位置、目标角、前进/后退角等；
(2)焊接输出值：焊接电流、焊丝进给速度、焊接电压等；
(3)焊炬搬运方法：焊接速度和摆动模式等。
而且，为了获得对象工件中的良好的焊接品质，需要预先使用试验片反复进行实际焊接试验，计算适当的(1)～(3)的焊接条件。
适当的施工条件根据焊接对象(例如，接头种类(V型、レ型、T型···)以及板厚、坡口角度、对象工件的材质等)、焊接关联设备(例如焊接电源的特性、保护气体的种类、焊丝的材质/直径/距离焊炬前端的突出长度等)而不同。因此，需要针对每个焊接对象、焊接设备来进行上述的实际焊接实验。
另外，近年来，伴随着焊接工序的机器人化、自动化，上述的焊接条件实现数值化，并将其存储于数据库等，以便能够在其它的焊接工序中再次利用该数值化的焊接条件。
然而，现状在于，只能由特定焊接技能人员进行适当地导出焊接条件的操作。另外，对于针对每个焊接对象、焊接关联设备来求出适当的焊接条件而言，需要进行庞大数量的实际焊接实验，现实中是不可能的。专利文献1～专利文献3公开了用于解决上述问题的技术。
在专利文献1中，公开了通过控制焊炬部的焊接速度对规定焊接长度的坡口部进行焊接的自动焊接装置。该自动焊接装置设有：计算机构，其将所述焊接长度区分为多个区域，基于焊接开始部和焊接结束部中的所述坡口部的坡口底面宽度、坡口角度以及坡口部的高度，计算所述各区域中的各焊接层的截面面积，进一步根据该截面面积，针对所述各区域的各焊接层分别计算所述焊炬部的焊接速度；存储机构，其存储由该计算机构计算出的信息；以及速度控制机构，其针对所述各区域的各焊接层分别从该存储机构读取信息而控制所述焊炬部的焊接速度。
换句话说，专利文献1是如下的技术：焊接对象是建筑用的钢架构件，基于该钢架构件的坡口部的高度、底面宽度、坡口角度，以道次为单位分隔焊接截面，根据每个道次的熔敷截面面积来计算焊接速度。另外，专利文献1中，即便因作为对象工件的钢架构件的加工误差而使坡口角度不同，通过自动地调整现有条件，也能够在使焊接层的厚度恒定的状态下进行焊接。
在专利文献2中公开了如下方法：使用根据规定的示教数据而能够进行任意接头形状的电弧焊接的自动焊接装置来进行角接接头的多层焊。在该方法中，设置进行所述自动焊接装置的控制以及多层焊道次规划的自动运算处理的运算处理装置。在该运算处理装置所进行的所述多层焊道次规划的自动运算中，至少将焊接的接头形状、应满足规定的熔敷金属的焊缝腰高、接头部的间隙、从初始层至最终层相同的焊接电流和焊炬的偏移量作为初始条件进行输入。基于该输入值，分别运算焊接电压、焊丝熔融速度、满足焊缝腰高所需的全部熔敷截面面积和焊接的层数、从初始层至最终层的焊接道数、焊接速度和每道次单位内的熔敷截面面积、初始层焊接的焊层高度和宽度、伴随着层叠焊接的累计焊层高度和宽度等。基于该运算结果，运算从初始层至最终层的各个道次的道次坐标和焊炬的位置坐标，并显示上述一系列的运算结果。与此同时，通过所述自动运算，制作道次规划数据，该道次规划数据由从多层焊所需的初始层至最终层的各道次的最佳焊接条件和道次坐标以及焊炬的位置坐标构成。另外，作为针对应进行多层焊的角接接头的必要示教数据，将初始层的焊缝以及焊炬位置作为初始条件输入到所述自动焊接装置之后向所述运算处理装置发送。根据该示教数据和所述制作出的道次规划数据，决定从初始层至最终层的各道次的最佳焊缝以及焊炬位置坐标和最佳焊接条件，利用所述运算处理装置自动地制作用于示教的示教道次规划数据，之后发送至所述自动焊接装置。基于该示教道次规划数据，依次执行从初始层至最终层的各道次。
换句话说，专利文献2是如下的技术：以相对于作为焊接对象的角接接头的形状、焊缝腰高、间隙长度而在各道次中供给“相同的焊接电流”作为前提，在该前提的基础上，计算初始层～最终层的各道次中的焊炬的目标位置坐标、道次数、以及焊接电压等焊接条件。
专利文献3公开了设置有能够同时对多个焊接部进行焊接的多个焊机器人的自动焊接装置中的焊接方法。该焊接方法在根据各焊接部的截面形状而决定焊接条件时，在焊接条件与焊接速度以及焊接电流相关的情况且在各焊接部包含拐角部的情况下，根据焊接用具在各焊接部中的拐角部处的旋转半径位置来决定焊接速度，并且决定该各拐角部近前的直线部中的焊接速度且根据焊接速度来决定焊接电流，以便同步地进行各焊接部的拐角部处的旋转焊接的开始动作。
换句话说，专利文献3是使焊接部的整体截面面积除以预先设定的基准截面面积来求出道次数的技术。例如，在将基准截面面积设为“以一道次能够焊接的截面面积”且使用了宽度比基准的坡口宽的坡口的情况下，使道次数自动地增加。
以上，专利文献1～专利文献3的技术是如下的技术：以道次为单位来预先计算熔敷截面面积，以该各熔敷截面面积为基础，变更现有的焊接条件的一部分，即便在作为焊接对象的接头等的形状不同的情况下，也能够自动计算新的焊接条件。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平8-15665号公报
专利文献2：日本专利2806733号公报
专利文献3：日本专利4242111号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，上述的专利文献1～专利文献3的技术在未考虑以下所示的(1)～(3)的项目的情况下导出焊接条件。
(1)未考虑对焊接品质造成较大的影响的向母材输入的“输入热量”。
专利文献1～专利文献3的技术中，主要操作的焊接条件是“焊接速度”，为了将各道次的熔敷截面面积设为规定的目标值而对焊接速度v进行调整(增减)，但未考虑到确保焊接品质中最重要的“熔深”所需的项目之一、即向母材输入的输入热量Q。
具体来说，输入热量Q[J/cm]根据以下所示的式(1)来计算。
[式1]
其中、V：焊接速度[cm/min]
E：焊接电压[V]
I：焊接电流[A]
在焊接电压E、焊接电流I恒定且焊接速度v快的情况下的输入热量Q变得不足，“熔深”有可能不合格。因此，有可能发生熔合不良或破裂等缺陷，导致母材的焊接品质变差。
另一方面，在焊接电压E、焊接电流I恒定且焊接速度v慢的情况下的输入热量Q变得过多，有可能使拉伸强度、耐冲击性等机械特性变差。
根据以上，本申请的发明人发现，为了确保用于保证作为产品最重要的焊接品质的“熔深”，在焊接速度v的计算以及变更时，需要考虑使输入热量Q成为规定范围内。
(2)未考虑焊炬的摆动条件。
在专利文献1～专利文献3的技术中未明确公开作为对中厚板进行焊接时的焊接条件而所需的焊炬的“摆动条件”的计算方法以及调整方法。
在成为焊接对象的母材的坡口形状不同的情况下，不仅要变更、调整摆动振幅W，还需要变更、调整与焊接速度v相应的摆动频率F。例如，在坡口的宽度与以往焊接的母材的坡口相比更加窄的情况下，为了准确地求出该宽度窄的坡口的两端处的焊丝的目标位置，需要与宽度窄的坡口宽度相应地减少摆动振幅W。
此外，在为了确保熔敷截面面积而增加焊接速度v的情况下，也需要调整摆动频率F。通常，焊接速度v越快，越需要使摆动频率F成为高频。另外，为了防止咬边、熔深不足等焊接缺陷、以及得到良好的焊层外观，需要将由焊接速度v和摆动频率F决定的摆动间距dL(＝在一个摆动周期前进的距离、即摆动波的波长)调整到适当的范围内。
另外，为了确保熔深，需要考虑摆动振幅W、焊丝朝向(电弧的接触方法)，尤其是考虑摆动时的目标位置+焊炬角度(＝电弧方向)等摆动条件。
根据以上，本申请的发明人发现，为了针对各种坡口形状分别导出焊接条件，需要在调整摆动频率F的同时考虑摆动条件，使得摆动振幅W处于规定范围内。
(3)未考虑各道次的焊层高度(焊层厚度)。
定性来说，当各道次的熔敷截面的高度(焊层高度d)成为规定值以上(焊层高度大)时，熔敷部的熔池变得过大，不仅电弧变得不稳定，而且电弧无法直接到达母材。其结果是，输入热量有可能不足。换句话说，熔池(熔敷量)的过多引起“熔池的先行现象”，导致“熔深不足”。
在专利文献1～专利文献3的技术中，未明确公开用于消除输入热量的不足的方法、换句话说将焊层高度d设为规定值以下的方法。尤其是在专利文献3中，虽然公开了在宽度宽的坡口宽度的情况下使道次数增加，但当增加了道次数时，熔敷截面高度(焊层高度d)增加(参照专利文献3的图4)，有可能算出使焊接品质变差的焊接条件。
根据以上，本申请的发明人对在大多实际焊接实验中由熟练的焊接技能人员判断为焊接品质“良好”的母材进行检查，发现其母材的大部分的“各道次的熔敷剖面的高度(＝焊层高度d)”成为规定值以内，从而认为上述焊层厚度d是焊接品质方面的最重要的参数之一。
当使用未考虑焊层厚度d处于适当范围而导出的焊接条件进行电弧焊接时，“熔深”变得不合格，熔池过大，产生熔合不合格、破裂等缺陷，从而产生母材的焊接品质变差的问题。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种焊接条件导出装置，其中，除了考虑与母材的坡口、接头的形状相关的信息之外，还考虑输入热量、摆动动作模式、焊层厚度d等对焊接品质造成影响的条件，从而能够自动地导出电弧焊接的焊接条件。
用于解决课题的方案
为了实现上述目的，在本发明中采用以下的技术方案。
本发明的焊接条件导出装置配备于使用具有摆动机构的焊炬自动地进行电弧焊接的焊机，且自动地导出与成为焊接对象的新母材的熔敷部的截面形状相应的焊接条件，
其特征在于，
所述焊接条件导出装置具有：
数据库，其存储焊接条件数据；以及
焊接条件计算部，其计算相对于所述新母材的坡口或接头的形状的焊接条件，
所述焊接条件计算部以与所述焊机的规格相关的输入数据以及从所述数据库提取出的、与所述新母材的坡口或接头的形状类似的以往母材的焊接条件数据为基础，考虑形成于所述新母材的熔敷部的截面面积的参数、形成于所述新母材的熔敷部的焊层高度、向所述新母材输入的输入热量、以及所述焊炬的摆动条件中的至少一个以上的参数，导出所述新母材的焊接条件数据。
优选的是，所述焊接条件计算部将所述新母材的焊层高度设定在规定的上限值以及下限值的范围内。
优选的是，所述焊接条件计算部将向所述新母材输入的输入热量设定在规定的上限值以及下限值的范围内。
优选的是，所述焊接条件计算部将设为所述摆动条件的、相对于所述新母材的摆动振幅和作为摆动波的波长的摆动间距分别设定在规定的上限值以及下限值的范围内。
优选的是，所述焊接条件计算部从所述以往母材的焊接条件数据中提取所述以往母材的焊层高度，并将提取出的所述以往母材的焊层高度设为所述新母材的焊层高度，
在此基础上，所述焊接条件计算部计算所述以往母材的熔敷部的截面面积，使用计算出的所述以往母材的熔敷部的截面面积，导出作为所述新母材的焊接条件数据之一的焊接速度。
优选的是，所述焊接条件计算部使用导出的所述焊接速度来计算向所述新母材输入的输入热量，
所述焊接条件计算部使用计算出的向所述以往母材输入的输入热量，导出作为所述新母材的焊接条件数据之一的焊接电流。
优选的是，所述焊接条件计算部从所述以往母材的焊接条件数据中提取相对于所述以往母材的摆动振幅、以及所述以往母材中的焊层宽度，
所述焊接条件计算部在相对于所述以往母材的摆动振幅上加上所述以往母材中的焊层宽度与所述新母材中的焊层宽度的差值，将其结果设为作为所述新母材的焊接条件数据之一的摆动振幅。
优选的是，所述焊接条件计算部以计算出的所述焊接速度为基础，调整摆动频率，从而导出作为所述新母材的焊接条件数据之一的摆动间距，使得所述摆动间距处于规定的上限值以及下限值的范围内。
优选的是，所述焊接条件计算部使用与所述焊机的规格相关的输入数据，重新计算已设定的所述新母材的各焊接条件数据的各上限值以及各下限值。
发明效果
根据本发明的焊接条件导出装置，除了考虑与母材的坡口、接头的形状相关的信息之外，还考虑输入热量、摆动动作模式、焊层厚度d等，从而能够自动地导出获得良好的焊接品质那样的电弧焊接的焊接条件。另外，能够将导出的焊接条件显示于显示器等，基于该焊接条件，能够对操作者给予详细的指示、启示。
附图说明
图1A是示出具备本发明的焊接条件导出装置的焊机器人系统的整体结构图。
图1B是示意性示出焊炬所具备的摆动机构的动作的说明图。
图2是示出本发明的焊接条件导出装置的结构的框图。
图3A是示意性示出以往母材的坡口的剖视图。
图3B是示意性示出新母材的坡口的剖视图。
图4A是示出用于计算在以往母材的坡口处形成的熔敷部的截面面积的方法的说明图。
图4B是示出用于计算在新母材的坡口处形成的熔敷部的截面面积的方法的说明图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的焊接条件导出装置进行详细说明。需要说明的是，在以下的说明中，对相同的部件标注相同的附图标记。它们的名称以及功能也相同。因此，不重复进行针对这些部件的详细说明。首先，在说明本发明的焊接条件导出装置1之前，基于图1A、图1B对具备该焊接条件导出装置1的垂直多关节型的焊机器人系统4的概要内容进行说明。
图1A是示出具备本发明的焊接条件导出装置1的焊机器人系统4的整体结构图。图1B是示意性示出焊炬7所具备的摆动机构的动作的说明图。
如图1A所示，该焊机器人系统4具有：焊机器人5；具备示教器9的控制装置8；以及电脑10。
此外，本实施方式的焊机器人系统4还具备焊接条件导出装置1(详见后述)。
焊机器人5是垂直多关节型的多轴(例如6轴)工业用机器人，在其前端设有由具备焊炬7(以下，有时也仅称作焊炬)的焊接头6等构成的焊接用具。此外，虽未图示，焊机器人5具有：供给电源的焊接电源装置；以及向焊炬7进给焊丝11(焊接电极)的焊丝进给装置。需要说明的是，该焊机器人5也可以搭载于自身移动的滑块(未图示)。
如图1B所示，该焊机器人5具备摆动机构，该摆动机构使焊炬7的前端(喷嘴)沿着焊接方向以恒定焊接速度动作，且使焊炬7相对于焊接方向几乎呈直角地摆动。
作为本实施方式的母材Wa的坡口、接头的形状，假定有各种形状。在此，如图3A、图3B所例示，以左右对称的V型(对置的左右面均以相同的角度倾斜)的坡口Za为例进行说明。
作为母材Wa的坡口Za的形状，举出左右非对称的レ型(对置的一方侧为倾斜面且另一方侧为垂直面：single bevel groove)、左右非对称的J型(对置的一方侧为弯曲面且另一方侧为垂直面)、左右对称的I型(对置的左右面均为垂直面)、左右对称的U型(对置的左右面均为弯曲面)、使两个以上的母材Wa垂直对接而成的T型(角焊)等，本实施方式能够适用于任一坡口Za。
在使用进行摆动动作的焊炬7对母材(对象工件)进行电弧焊接时，通过控制装置8，按照调整好的焊炬7的位置(以下，称作焊炬7的目标位置)或母材Wa、Wb的坡口形状Za、Zb等预先示教的焊接条件(程序)进行焊机器人5的控制。
对于该焊接条件而言，存在使用与控制装置8连接的示教器9进行设定的情况、以及利用电脑10进行设定的情况等。在任一情况下，均在实际进行的电弧焊接之前预先设定该焊接条件。
通过上述方式设定的焊接条件可以借助存储介质等交付给控制装置8、也可以通过数据通信传送至控制装置8。
然而，虽然基于焊接条件对新成为焊接对象的母材Wa发出进行自动焊接的指令，若该新母材Wa的坡口形状Za与以往存在进行焊接的记录的以往母材Wb为相同的坡口形状Zb，则根据预先存储于焊机器人系统4所具备的数据库2等的焊接条件的数据，提取相同的焊接条件，发出进行基于该相同的焊接条件的自动焊接的指令即可。
然而，在实际焊接中，新成为电弧焊接的对象的母材Wa的坡口形状Za不一定是与以往存在焊接历史的以往母材Wb类似的坡口形状Zb(也包含以往母材Wb的材质等)。
在对这样的具有无在先记录的坡口形状Za的新母材Wa进行电弧焊接的情况下，需要以与提取出的新母材Wa的坡口形状Za类似的以往母材Wb的焊接条件为基础，计算并导出新母材Wa的焊接条件。
对此，本申请的发明人开发出如下的焊机器人系统4的焊接条件导出装置1：除了考虑与新母材Wa的坡口形状Za类似的以往母材Wb的焊接条件、以及与新母材Wa的坡口形状Za相关的信息之外，还考虑与形成于新母材Wa的熔敷部相关的信息、与焊炬7相关的信息，从而能够自动地导出新母材Wa的焊接条件。焊接条件导出装置1配备于上述的焊机器人系统4，且自动地导出与成为焊接对象的新母材Wa的截面形状相应的焊接条件。
图2是示出本发明的焊接条件导出装置1的结构的框图。如图2所示，焊接条件导出装置1具有：存储有“焊接条件数据”的数据库2；以及计算相对于新母材Wa的焊接条件的焊接条件计算部3。
数据库2所存储的“焊接条件数据”包括：以往存在焊接历史的以往母材Wb的焊接条件(以往母材Wb的焊接条件)；以该以往母材Wb的焊接条件为基础进行物理模型化而从该物理模型得到的焊接条件；目前为止导出的具有经验的焊接条件(虽是实际采用的焊接条件、适用的条件，但因某种原因而不采用的焊接条件)等。
作为本发明的特征的焊接条件计算部3以从数据库2提取出的、与新母材Wa类似的以往母材Wb的“焊接条件数据”以及与焊机器人5的规格相关的“输入数据”为基础，考虑形成于新母材Wa的熔敷部的截面面积S，并且还考虑形成于新母材Wa的熔敷部的焊层高度d、向新母材Wa输入的输入热量Q、焊炬7的摆动条件中的至少一个以上，之后导出新母材Wa的“焊接条件数据”。
需要说明的是，本实施方式的焊接条件计算部3以从数据库2提取出的、与新母材Wa类似的以往母材Wb的“焊接条件数据”以及与焊机器人5的规格相关的“输入数据”为基础，考虑向新母材Wa熔敷的熔敷部的截面面积Spn的参数以及形成于新母材Wa的熔敷部的焊层高度dpn，此外还考虑向新母材Wa输入的输入热量Qpn、焊炬7的摆动条件，从而导出新母材Wa的“焊接条件数据”。
“输入数据”是指，以焊机器人5的规格为基础设定的数据，例如为焊接电压E、焊接电流I、焊丝11的进给速度VW(I)、焊丝11的半径R、摆动频率F等。
详细而言，该焊接条件计算部3为了考虑新母材Wa的焊层高度dpn，从以往母材Wb的“焊接条件数据”提取以往母材Wb的焊层高度dn，将提取出的以往母材Wb的焊层高度dn设为新母材Wa的焊层高度dpn。之后，焊接条件计算部3对以往母材Wb的熔敷部的截面面积(坡口截面面积)Sn进行计算，使用计算出的以往母材Wb的熔敷部的截面面积Sn，导出作为新母材Wa的“焊接条件数据”之一的焊接速度vp1。
另外，焊接条件计算部3为了考虑向新母材Wa输入的输入热量Qp1，使用导出的焊接速度vp1来计算向新母材Wa输入的输入热量Qp1。然后，焊接条件计算部3使用计算出的向以往母材Wb输入的输入热量Q1，导出作为新母材Wa的“焊接条件数据”之一的焊接电流Ip1。
此外，焊接条件计算部3为了考虑相对于新母材Wa的摆动振幅Wp1，从以往母材Wb的“焊接条件数据”提取相对于以往母材Wb的摆动振幅W1以及以往母材Wb的焊层宽度(焊缝腰高)A1。然后，焊接条件计算部3在相对于以往母材Wb的摆动振幅W1中加上以往母材Wb中的焊层宽度A1与新母材Wa中的焊层宽度Ap1的差值(焊层宽度Ap1的增加量)ΔW，将其设为作为新母材Wa的“焊接条件数据”之一的摆动振幅Wp1(Wp1＝W1+ΔW)。
另外，焊接条件计算部3为了考虑相对于新母材Wa的摆动间距(＝摆动端点间的距离)dLp1，以计算出的焊接速度vp1为基础，调整摆动频率Fp1，以便处于摆动间距dLp1的上限值以及下限值的范围[Pn±ΔP(n＝1)]内，从而导出作为新母材Wa的“焊接条件数据”之一的摆动间距dLp1。
综上所述，焊接条件计算部3根据输入条件的焊接速度v和焊丝进给速度V来计算熔敷部的截面面积Spn，并使用计算出的截面面积Spn，计算焊层高度dpn、输入热量Qpn。
然后，将计算出的各道次的焊层高度dpn和输入热量Qpn调整为，不会从以往母材Wb的焊接条件的焊层高度dn、输入热量Qn较大地变化，换句话说，使焊层高度dpn处于(dn±Δd)的范围内，且使输入热量Qpn处于(Qn±ΔQ)的范围内。
接着，使用该调整后的焊层高度dpn，导出新的焊接速度vpn，并且使用调整后的输入热量Qpn，导出新的焊丝进给速度Vpn(＝焊接电流Ipn)。
上述的焊接条件计算部3也可以构成为，使用与焊机器人5的规格相关的“输入数据”，重新计算已设定的新母材Wa的各“焊接条件数据”的上限值以及各下限值。
接下来，关于使用本发明的焊接条件导出装置1而导出新母材Wa的焊接条件的方法、即作为本发明的特征的焊接条件计算部3的动作(焊接条件的导出过程)，以V型坡口Za的“多层焊”为例进行详细说明。
图3A是示意性示出以往母材Wb的坡口Zb的剖视图，图3B是示意性示出新母材Wa的坡口Za的剖视图。另外，图4A是示出用于计算在以往母材Wb的坡口Zb处形成的熔敷部的截面面积的方法的说明图。图4B是示出用于计算在新母材Wa的坡口Za处形成的熔敷部的截面面积的方法的说明图。
如图3A、图3B所示，在本实施方式中，将进行电弧焊接的新对象设为具有V型的坡口Za的新母材Wa。另外，将以往母材Wb的坡口角度设为θ，将间隙宽度设为g。另一方面，将新母材Wa的坡口角度设为θp，将间隙宽度设为gp。需要说明的是，关于坡口角度，设为(θ＞θp)，关于间隙宽度，设为(g＞gp)。换句话说，新母材Wa的坡口角度θp以及间隙宽度gp比以往母材Wb的坡口角度以及间隙宽度(θ、g)窄。
另外，如图3A、图3B所示，在本实施方式的“多层焊”中，将电弧焊接的道次数设为五道次，将层数设为四层。
首先，在本实施方式的焊接条件导出装置1(焊机器人5)中，将以下所示的焊接条件作为示教数据存储于数据库2。
1)道次数：n(n＝1、2…)；
2)每道次中，
·作为向焊机器人5输出的输出指令的焊接电流I、焊接电压E；
·焊炬7的前端的目标位置P、目标角度、前进角、焊接时的速度v；
·摆动动作(正弦波)参数：摆动振幅W、摆动频率F。
另外，在本实施方式的焊接条件导出装置1中，将通过预先进行的实际焊接实验而确认了获得良好的焊接品质的焊接条件(以往母材Wb的焊接条件)存储于数据库2。表1示出以往母材Wb的焊接条件的一例。
[表1]
另外，如表2所示，在焊接条件导出装置1中，将本实施方式中使用的焊接电源、焊丝11的种类(例如半径R)、由焊机器人5的性能极限决定的特性(例如焊丝11的进给速度VW(I)、标准电压值ES(I)、摆动频率F等)等存储于数据库2。
[表2]
另外，如表3所示，作为在本实施方式中用于确保焊接品质的焊接条件的限制值，在焊接条件导出装置1中，将以往母材Wb的输入热量Qn、焊层高度dn、焊炬7的摆动条件(例如摆动振幅Wn、摆动间距dLn)等也存储于数据库2。
[表3]
需要说明的是，上述的焊接条件的各限制值设定在规定的上限值以及下限值的范围内。例如，在焊接条件计算部3中，在考虑向新母材Wa输入的输入热量Qpn时，与向以往母材Wb输入的输入热量Qn相比，将向新母材Wa输入的输入热量Qpn设定在规定的上限值Qmax以及下限值Qmin的范围内。
另外，在焊接条件计算部3中，在考虑形成于新母材Wa的熔敷部的焊层高度dpn时，基于以往母材Wb的焊层高度dn，将新母材Wa的焊层高度dpn设定在规定的上限值dmax以及下限值dmin的范围内。
此外，在焊接条件计算部3中，在考虑作为摆动条件的相对于新母材Wa的摆动振幅Wpn时，基于相对于以往母材Wb的摆动振幅Wn，将相对于新母材Wa的摆动振幅Wpn设定在规定的上限值Wmax以及下限值Wmin的范围内。另外，在考虑摆动间距(＝摆动波的波长)dLpn时，基于相对于以往母材Wb的摆动间距dLn，将摆动间距dLpn设定在规定的上限值dLmax以及下限值dLmin的范围内。
在本实施方式中，操作者使用焊机器人5所具备的示教器9，在数据库2中进行上述的各种数据的设定、示教数据的存储、以及新母材Wa的焊接条件的设定(详见后述)等。
接下来，如图3B所示，操作者输出作为本次的焊接对象的“新母材Wa(新的接头)”的坡口形状Za的参数(坡口角度θp、间隙宽度gp)，使焊接条件计算部3(焊接条件的自动计算功能)起动。
焊接条件计算部3通过焊机器人控制用CPU进行以下所示的处理步骤(步骤1、步骤2)。
首先，在步骤1中，根据以往母材Wb的焊接条件来求出焊层形状和输入热量。
具体来说，根据表1所示的[以往母材Wb的焊接条件数据]、表2所示的[输入条件(焊机器人5的规格)]，计算由以往母材Wb的焊接条件形成的焊层的层叠图(参照图4A)中的各道次的熔敷部的截面形状参数、以及向各道次的熔敷部输入的输入热量Qn。
需要说明的是，在本实施方式中，将各道次的焊层截面看作“梯形”，例如，将第n道次(n＝1、2……)的焊层宽度设为An，将焊层(坡口Zb)的截面面积设为Sn，将焊层高度设为dn，将输入热量设为Qn。
如图4A所示，根据以往母材Wb的焊接条件的第n道次(在本实施方式中，n＝1～5)的条件、即焊接电流En[V]、焊接电压In[A]、速度vn[mm/s]、焊炬7的目标位置Pn、摆动振幅Wn[mm]、摆动频率Fn[Hz]等，计算第n道次中的坡口Zb的截面面积Sn[mm2]、熔敷部的焊层宽度An[mm]、焊层高度dn[mm]、第n道次的输入热量Qn[J/mm]。
首先，导出第1道次～第3道次(n＝1～3)的以往母材Wb的焊接条件。以焊丝11的熔敷量为基础，利用以下所示的公式(2)计算第1道次～第3道次中的各熔敷部的截面面积(焊层截面面积)Sn[mm2]。
[公式2]
其中、n＝1～3
然后，将公式(3)变形为公式(4)并计算第1道次～第3道次中的焊层高度dn。
[公式3]
其中、n＝1～3
[公式4]
其中、A0＝g(第1层的底面长度＝间隙长度g[mm])
n＝1～3
此外，利用以下所示的公式(5)，计算第1道次～第3道次中的焊层宽度An[mm]。
[公式5]
其中、n＝1～3
接着，利用以下所示的公式(6)，计算第1道次～第3道次中的输入热量Qn[J/mm]。
[公式6]
其中、n＝1～3
接下来，导出第4道次、第5道次(n＝4、5)的以往母材Wb的焊接条件。利用以下所示的公式(7)，计算第4道次、第5道次中的各焊层截面面积Sn。
[公式7]
其中、n＝4，5
然后，将公式(8)变形为公式(9)，并计算第4道次、第5道次中的各焊层高度dn。
[公式8]
其中、n＝4，5
[公式9]
其中、n＝4，5
此外，利用以下所示的公式(10)，计算第4道次、第5道次中的焊层宽度An[mm]。
[公式10]
其中、n＝4，5
接着，利用以下所示的公式(11)，计算第4道次、第5道次中的输入热量Qn[J/mm]。
[公式11]
其中、n＝4，5
需要说明的是，在本实施方式中，通过计算而算出以往母材Wb中的焊层截面面积Sn、焊层宽度An、焊层高度dn、输入热量Qn，但在实际实焊接实验时，也可以针对每道次测量焊层形状或实际电流、电压等，并将上述测量结果作为电弧焊接的实际数据存储于数据库2。
接下来，在步骤2中，根据以往母材Wb的焊接条件，计算新母材Wa(新的焊接接头)的焊层形状(截面面积Spn以及焊层高度dpn等)的参数、以及向新母材Wa输入的输入热量Qpn，以计算出的新母材Wa的焊层形状的参数和输入热量Qpn为基础，导出新母材Wa的焊接条件。
需要说明的是，如图4A、图4B所示，将新母材Wa的坡口角度设为θp，将间隙宽度设为gp，将以往母材Wb的坡口角度设为θ，将间隙宽度设为g。另外，将坡口角度设为(θ＞θp)，将间隙宽度g设为(g＞gp)。
首先，导出相对于向新母材Wa进行的第1层(第1道次)的电弧焊接的焊接条件。
在本实施方式中，以使焊层高度(厚度)dpn尽量不从以往母材Wb的焊接条件发生变化、即与以往母材Wb的焊接条件大致类似的方式导出新母材Wa的焊接条件。其理由在于，如“发明要解决的课题”中详细说明的那样，本申请的发明人发现焊层高度dpn对焊接品质的影响较大。
具体来说，将焊接速度vp1调整为，使第1道次的焊层高度dp1与以往母材Wb的焊接条件中的第1道次的焊层高度d1一致(dp1＝d1)。首先，利用以下所示的公式(12)，计算第1道次中的焊层截面面积Sp1[mm2]。
[公式12]
然后，利用以下所示的公式(13)，计算新的焊接速度vp1。
[公式13]
需要说明的是，在本实施方式中，处于新母材Wa的坡口形状Za比以往母材Wb的坡口形状Zb窄的情况，因此，新母材Wa的焊接速度vp1比以往母材Wb的焊接速度v1慢(vp1＜v1)。另一方面，向新母材Wa输入的输入热量Qp1与向以往母材Wb输入的输入热量Q1相比而增加(Qp1＞Q1)。
然后，在计算向新母材Wa输入的输入热量Qp1时，对该计算出的向新母材Wa输入的输入热量Qp1进行调整，使其处于规定范围。
关于此时使用的各阈值，使用表3所示的[焊接条件的限制值]。
·输入热量Q
下限值Qmin[J/mm]、上限值Qmax[J/mm]
调整时的允许变化阈值ΔQ[J/mm]
·焊层高度d
下限值dmin[mm]、上限值dmax[mm]
调整时的允许变化阈值Δd[mm]
需要说明的是，这些上限值以及下限值是作为预先求出的设计值或者焊接施工时的技术窍门而计算出的。
在向新母材Wa输入的输入热量Qp1超过了上限值Qmax的情况下(Qp1＞Qmax)，或者在向新母材Wa输入的输入热量Qp1与向以往母材Wb输入的输入热量Q1之差超过了调整时的允许变化阈值ΔQ的情况下(Qp1-Q1＞ΔQ)，利用以下所示的公式(14)进行计算，以使得向新母材Wa输入的输入热量Qp1成为上限值Qmax，或者向新母材Wa输入的输入热量Qp1成为向以往母材Wb输入的输入热量Q1加上调整时的允许变化阈值ΔQ而成的值(Q1+ΔQ)，并且利用以下所示的公式(15)计算焊接电流Ip1。
[公式14]
[公式15]
以计算出的向新母材Wa输入的输入热量Qp1为基础，对焊接电流Ip1进行调整(在本实施方式中，使焊接电流Ip1减少)，其结果是，向新母材Wa熔敷的熔敷量发生变化，因此，新母材Wa的焊层高度dp1也发生变化。
新母材Wa的焊层高度dp1利用以下所示的公式(16)、公式(17)进行计算。
[公式16]
[公式17]
在本实施方式中，确认计算出的新母材Wa的焊层高度dp1与以往母材Wb的焊接条件的焊层高度d1之差的绝对值是否为调整时的允许变化阈值Δd以下，即是否满足以下所示的公式(18)。
[公式18]
|d1-dp1|≤Δd····(18)
例如，假设如以下所示的公式(19)那样，在计算出的新母材Wa的焊层高度dp1与以往母材Wb的焊接条件的焊层高度d1之差的绝对值为调整时的允许变化阈值Δd以上、即不满足公式(18)的情况下，焊层高度dp1较大地变化。这样，在焊层高度dp1较大地变化(成为阈值以上)的情况下，也可以经由示教器9向操作者传达。
[公式19]
|d1-dp1|＞Δd····(19)
使用通过以上方式计算出的焊接电流Ip1，利用以下所示的公式(20)计算第1层的焊层宽度Ap1。
[公式20]
将计算出的第1层的焊层宽度Ap1用于导出第2道次(第2层)的焊接条件。
以后，反复进行上述的新母材Wa的焊接条件的导出直至最终层(第4层的第5道次)为止。
尤其是在第4层的第4道次、第5道次中，利用以下所示的公式(21)计算焊层高度dp4(＝dp5)，使得最终焊层填满坡口Za的整个区域。
[公式21]
dp4＝L-(dp1+dp2+dp3)····(21)
利用以下所示的公式(22)计算焊层截面面积Sp4。
[公式22]
然后，使用计算出的焊层截面面积Sp4，通过公式(23)计算焊接速度vp4。接着，使用该计算出的焊接速度vp4，通过公式(24)计算焊接电流Ip4。
[公式23]
[公式24]
然后，操作者参照如上述那样由本发明的焊接条件导出装置1导出的、显示于示教器9的新母材Wa的焊接条件，设定新母材Wa的焊接条件。
如以上说明的那样，以与新母材Wa类似的以往母材Wb的“焊接条件数据”以及与焊机器人5的规格相关的“输入数据”为基础，通过考虑形成于新母材Wa的熔敷部的截面面积Spn，并且考虑形成于新母材Wa的熔敷部的焊层高度dpn、向新母材Wa输入的输入热量Qpn、焊炬7的摆动条件(摆动振幅Wpn、摆动间距dLpn等)中的至少一个以上，在充分满足与电弧焊接相关的信息的状态下，能够导出目前为止不存在焊接记录的新母材Wa的焊接条件。另外，本发明的焊接条件导出装置1最优先使相对于以往存在记录的焊接条件的输入热量Qn的变化成为适当范围，自动地调整新母材Wa的焊接条件，由此能够防止因输入热量Qpn的不足或过多而引起的熔合不良、机械特性的劣化等焊接缺陷。
另外，本发明的焊接条件导出装置1使经过上述的新母材Wa的焊接条件的导出过程的尤其是焊层高度dpn成为规定值的范围(dmax～dmin)内，即尽可能不使焊层高度dpn从dn发生变化，由此能够防止“熔深”不足。
另外，本发明的焊接条件导出装置1除了焊接速度vp之外，还将焊丝11的进给速度VW(I)(＝焊接电流I)等作为调整对象，由此能够将导出新母材Wa的焊接条件时的可调整范围设为更宽的范围，能够应对各种坡口形状Za、Zb的新母材Wa。
另外，如上所述，由于将导出新母材Wa的焊接条件时的可调整范围设为宽范围，因此，能够将预先存储于数据库2的以往母材Wb的焊接条件设为必要最小限度。因此，用于导出预先存储于数据库2的以往母材Wb的焊接条件的实际焊接实验的次数也减少。
另外，由于考虑电弧焊接所使用的焊机器人5的特性、性能极限(不仅包括输入热量Qp/焊层高度dp等焊接施工中的“极限值”，还包括该焊机器人5的极限值(焊丝进给速度VW(I)的上限值、焊机器人5的焊接速度v的极限、各摆动频率F的摆动振幅W的上限值等))而导出新母材Wa的焊接条件，因此，能够由焊机器人5可靠地执行计算出的新母材的焊接条件。因此，不需要预先进行焊接条件变更后的焊机器人5的确认运转。
需要说明的是，本次公开的实施方式在所有方面均为示例，不应认为限制性内容。
例如，在本实施方式中，进行了如下说明：操作者以由焊接条件导出装置1导出的新母材Wa的焊接条件为基础，使用示教器9进行新母材Wa的焊接条件的设定操作。但是，不限于此，也可以将由焊接条件导出装置1导出的新母材Wa的焊接条件显示于电脑10等的显示器(监视器)，使用键盘或鼠标等输入装置来设定新母材Wa的焊接条件。
另外，在本实施方式中，作为自动地进行电弧焊接的焊机，以使焊炬7进行摆动动作的多关节的焊机器人5为例进行了说明，但该多关节的焊机器人5是一个例子，只要是能够进行自动焊接且能够进行摆动动作的焊机，则不特别限定。例如，也可以是具有摆动功能的直线移动型的简易自动焊机。另外，本实施方式中，作为进行电弧焊接的方法，以向对象接头重叠多个焊层的“多层焊”为例进行了说明，但也能够应用于“一层一道的焊接”。另外，本发明也能够应用于“角接接头焊接”。
尤其是在本次公开的实施方式中，没有明确公开的事项、例如运转条件、操作条件、各种参数、构成物的尺寸、重量、体积等可以采用在不脱离本领域技术人员通常实施的范围的情况下通常的本领域技术人员能够容易想到的值。
本申请基于2014年6月4日申请的日本专利申请(日本特愿2014-115700)而完成，在此作为参照而引入其内容。
附图标记说明：
1 焊接条件导出装置
2 数据库
3 焊接条件计算部
7 焊炬
11 焊丝(焊接电极)
Wa 新母材(对象工件)
Wb 以往母材
Za 新母材的坡口(坡口形状)
Zb 以往母材的坡口(坡口形状)

Claims (9)

1.一种焊接条件导出装置，其配备于使用具有摆动机构的焊炬自动地进行电弧焊接的焊机，且自动地导出与成为焊接对象的新母材的熔敷部的截面形状相应的焊接条件，
其特征在于，
所述焊接条件导出装置具有：
数据库，其存储焊接条件数据；以及
焊接条件计算部，其计算针对于所述新母材的坡口或接头的形状的焊接条件，
所述焊接条件计算部以与所述焊机的规格相关的输入数据以及从所述数据库提取出的、与所述新母材的坡口或接头的形状类似的以往母材的焊接条件数据为基础，考虑形成于所述新母材的熔敷部的截面面积的参数、形成于所述新母材的熔敷部的焊层高度、向所述新母材输入的输入热量、以及所述焊炬的摆动条件中的至少一个以上的参数，导出所述新母材的焊接条件数据，
所述焊接条件计算部将所述新母材的焊层高度设定在规定的上限值以及下限值的范围内，
所述焊接条件计算部从所述以往母材的焊接条件数据中提取所述以往母材的焊层高度，并将提取出的所述以往母材的焊层高度设为所述新母材的焊层高度，
在此基础上，所述焊接条件计算部计算所述以往母材的熔敷部的截面面积，使用计算出的所述以往母材的熔敷部的截面面积，导出作为所述新母材的焊接条件数据之一的焊接速度。
2.根据权利要求1所述的焊接条件导出装置，其特征在于，
所述焊接条件计算部将向所述新母材输入的输入热量设定在规定的上限值以及下限值的范围内。
3.根据权利要求1所述的焊接条件导出装置，其特征在于，
所述焊接条件计算部将设为所述摆动条件的、相对于所述新母材的摆动振幅和作为摆动波的波长的摆动间距分别设定在规定的上限值以及下限值的范围内。
4.根据权利要求2所述的焊接条件导出装置，其特征在于，
所述焊接条件计算部将设为所述摆动条件的、相对于所述新母材的摆动振幅和作为摆动波的波长的摆动间距分别设定在规定的上限值以及下限值的范围内。
5.根据权利要求1所述的焊接条件导出装置，其特征在于，
所述焊接条件计算部使用导出的所述焊接速度来计算向所述新母材输入的输入热量，
所述焊接条件计算部使用计算出的向所述以往母材输入的输入热量，导出作为所述新母材的焊接条件数据之一的焊接电流。
6.根据权利要求1所述的焊接条件导出装置，其特征在于，
所述焊接条件计算部从所述以往母材的焊接条件数据中提取相对于所述以往母材的摆动振幅、以及所述以往母材中的焊层宽度，
所述焊接条件计算部在相对于所述以往母材的摆动振幅上加上所述以往母材中的焊层宽度与所述新母材中的焊层宽度的差值，将其结果设为作为所述新母材的焊接条件数据之一的摆动振幅。
7.根据权利要求3所述的焊接条件导出装置，其特征在于，
所述焊接条件计算部从所述以往母材的焊接条件数据中提取相对于所述以往母材的摆动振幅、以及所述以往母材中的焊层宽度，
所述焊接条件计算部在相对于所述以往母材的摆动振幅上加上所述以往母材中的焊层宽度与所述新母材中的焊层宽度的差值，将其结果设为作为所述新母材的焊接条件数据之一的摆动振幅。
8.根据权利要求1所述的焊接条件导出装置，其特征在于，
所述焊接条件计算部以计算出的所述焊接速度为基础，调整摆动频率，从而导出作为所述新母材的焊接条件数据之一的摆动间距，使得所述摆动间距处于规定的上限值以及下限值的范围内。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的焊接条件导出装置，其特征在于，
所述焊接条件计算部使用与所述焊机的规格相关的输入数据，重新计算已设定的所述新母材的各焊接条件数据的各上限值以及各下限值。
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