JP2004181462A - Welding system and method using residual stress evaluation - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、溶接によって生じる残留応力を解析評価して得られた評価結果を用いることにより、残留応力を低減して溶接を行うための溶接システム及び溶接方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、溶接構造物では、溶接によって残留応力及び残留変形が発生することがあり、このような残留応力等が所定の値を越えると、構造物に悪影響を及ぼす関係上、残留応力等は極力低減する必要がある。このため、従来、予め溶接構造物に発生するであろう残留応力を試験片等の解析対象物を用いて解析予測することが行われている。
【0003】
例えば、解析対象物について有限要素法モデルを作成して、解析対象物表面の数点において残留応力を実測し、この実測残留応力に基づいて残留歪パターンを仮定する。そして、解析モデルについて、境界要素法を適用し、残留歪パターンに対する応力分布を求める。次に、残留応力の実測点の応力となる係数を決定した後、この係数を用いて解析対象物全体の応力分布を境界要素法によって求めている(特許文献1参照)。
【0004】
さらに、構造物の任意の測定点で得られた残留変形量を強制変位データとして、構造物全体の表面に強制変位データを与えた後、構造物を構成する材料の機械的性質を示す関係式に応じて構造物全体の応力−歪関係を求めて、構造物全体の応力分布を予測することも行われている(特許文献2参照)。
【0005】
また、有限要素法によって、切り込み法による残留応力の測定を詳細に模擬して、残留応力の実測値と有限要素法による解析値との比を補正係数として求めた後、この補正係数を、有限要素法で得られた残留応力分布に乗じて、応力分布を予測することが行われている(特許文献3参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開平5−223661号公報(段落(0030)〜(0039)、第1図)
【0007】
【特許文献2】
特開平6−186141号公報(段落(0008)〜(0013)、第1図)
【0008】
【特許文献3】
特開平11−148875号公報(段落(0016)〜(0022)、第3図)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献1〜3に記載された残留応力の解析予測手法では、試験片等の解析対象物に対して溶接を完了した後、解析対象物の残留応力を測定して、有限要素法等を用いて、解析対象物の応力分布を予測して、実際の構造物を溶接する際にこの解析結果を考慮するにすぎず、試験片等の解析対象物と実際の構造物とは同一ではないから、解析対象物について応力分布の解析予測を行っても、実際の構造物では応力分布が大きく異なることもあり、結果的に残留応力が所定の値を越えて、構造物に悪影響を及ぼすこともある。
【0010】
さらに、特許文献1〜3に記載された残留応力の解析予測手法では、試験片等の解析対象物の残留応力を計測する関係上、解析対象物を切断したり、解析対象物に切り込みを入れなければならないことが多く、このような解析予測手法を実際の構造物の残留応力を解析予測する際に用いることはできない。
【0011】
いずれにしても、特許文献1〜3に記載された残留応力の解析予測手法では、試験片等の解析対象物について残留応力を計測して、応力分布の解析予測をしているものの、実際の構造物の溶接工程において残留応力を解析予測することは難しいという課題がある。
【0012】
そして、特許文献1〜3に記載された残留応力の解析予測手法を用いた際には、実際の構造物の溶接工程において残留応力を解析予測して、その解析予測結果を考慮して構造物の溶接を制御することはできない。
【0013】
本発明の目的は、実際の構造物の溶接工程において残留応力を解析予測して、その解析予測結果に応じて構造物の溶接を制御することのできる溶接システム及び溶接方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第1及び第2の部材を溶接によって接合して構造物とする際、前記第1及び前記第2の部材の当接部に規定される開先において第1〜第n(nは2以上の整数)の溶接パスについて順次溶接を行って多層溶接を行うようにした溶接システムにおいて、前記第1及び前記第2の部材について予め設定された溶接条件に応じた解析モデルを生成する解析モデル生成手段と、前記予め定められた溶接条件に応じて第k(kは1〜(n−1)のいずれかの整数)の溶接パスについて溶接を行う過程で前記第1及び前記第2の部材の温度を計測して計測温度を得る温度計測手段と、前記第kの溶接パスについて溶接が終了した後、前記解析モデルについて熱弾塑性解析を用いて前記計測温度に応じて残留応力を評価して推定残留応力を得る残留応力評価手段と、前記推定残留応力に応じて前記予め設定された溶接条件を変更して変更溶接条件とする溶接条件変更手段とを有し、前記溶接条件変更手段によって前記予め設定された溶接条件が変更されると、第(k+1)の溶接パスについて前記変更溶接条件に応じて溶接を行うようにしたことを特徴とする残留応力評価を用いた溶接システムが得られる。
【0015】
このようにして、第1及び第2の部材を溶接によって接合して構造物とする際、第1及び第2の部材について予め設定された溶接条件に応じた解析モデルを生成して、予め定められた溶接条件に応じて第kの溶接パスについて溶接を行う過程で、第1及び第2の部材の温度を計測して得られた計測温度に応じて、第kの溶接パスについて溶接が終了した後、解析モデルについて熱弾塑性解析を用いて計測温度に応じて残留応力を評価して推定残留応力を得、推定残留応力に応じて予め設定された溶接条件を変更して変更溶接条件とし、溶接条件変更手段によって予め設定された溶接条件が変更されると、第(k+1)の溶接パスについて変更溶接条件に応じて溶接を行うようにすれば。実際の構造物の溶接工程において残留応力を解析予測した結果に応じて構造物の溶接を精度よく制御することができ、残留応力を低減できることになる。
【0016】
例えば、前記溶接条件変更手段は、前記推定残留応力と予め設定された許容応力とを比較して前記推定残留応力が前記許容応力以上であると、前記予め設定された溶接条件を変更する。
【0017】
さらに、本発明では、前記計測温度に応じて前記解析モデルを修正して修正解析モデルを得る解析モデル修正手段を備え、前記残留応力評価手段は、解析モデル修正手段によって前記解析モデルが修正されると前記修正解析モデルを用いて前記推定残留応力を求める。
【0018】
加えて、本発明では、前記解析モデルを用いて前記予め設定された溶接条件に応じて前記第kの溶接パスに起因する温度を計算して計算温度を得る温度計算手段と、前記計測温度と前記計算温度とを比較してその比較結果に応じて前記解析モデルを修正して修正解析モデルを得る解析モデル修正手段とを備え、前記残留応力評価手段は、前記解析モデル修正手段によって前記解析モデルが修正されると前記修正解析モデルを用いて前記推定残留応力を求めるようにしてもよい。
【0019】
また、前記解析モデルを用いて前記予め設定された溶接条件に応じて前記第kの溶接パスに起因する温度を計算して計算温度を得る温度計算手段と、前記計測温度と前記計算温度とが異なる際前記解析モデルを修正する解析モデル修正手段とを備え、前記残留応力評価手段は、前記計測温度と前記計算温度とが一致した際の解析モデルを用いて前記(k+1)〜前記nの溶接パスに起因する温度を計算した計算結果に応じて熱弾塑性解析によって前記残留応力を評価するようにしてもよい。
【0020】
なお、前記第1〜前記第nの溶接パスを複数のグループに分けて、該グループ毎に溶接を行うとともに前記残留応力の評価を行うようにしてもよい。
【0021】
このようにして、残留応力と予め設定された許容応力とを比較して、推定残留応力が許容応力以上であると、溶接条件を変更するようにすれば、溶接過程で推定残留応力に応じて適宜溶接条件を変更して、構造物の残留応力を低減できる。また、第1〜第nの溶接パスを複数のグループの何れか一つにグループ化して、グループ毎に溶接を行うとともに残留応力の評価を行うようにすれば、溶接パス数が極めて多い多層溶接において、演算量を減らして、しかも構造物の残留応力を低減できる。
【0022】
また、本発明によれば、第1及び第2の部材を溶接によって接合して構造物とする際、前記第1及び前記第2の部材の当接部に規定される開先において第1〜第n(nは2以上の整数)の溶接パスについて順次溶接を行って多層溶接を行うようにした溶接システムにおいて、前記多層溶接を行う溶接装置と、前記溶接装置に通信回線を介して接続された残留応力評価装置とを有し、前記溶接装置には前記多層溶接を行う溶接手段と、前記予め定められた溶接条件に応じて第k(kは1〜(n−1)のいずれかの整数)の溶接パスについて溶接を行う過程で前記第1及び前記第2の部材の温度を計測して計測温度を得る温度計測手段と、前記残留応力評価装置と前記通信回線を介してデータの送受を行う第1の通信制御手段とが備えられ、前記残留応力評価装置には、前記第1の通信制御手段と前記通信回線を介してデータの送受を行う第2の通信制御手段と、前記第1の通信制御手段から受けた前記第1及び前記第2の部材に関するデータ及び予め設定された溶接条件に応じて解析モデルを生成する解析モデル生成手段と、前記第kの溶接パスについて溶接が終了した後、前記解析モデルについて熱弾塑性解析を用いて、前記第1の通信制御手段から受けた前記計測温度に応じて残留応力を評価して推定残留応力を得る残留応力評価手段と、前記推定残留応力に応じて前記予め設定された溶接条件を変更して変更溶接条件とする溶接条件変更手段とが備えられ、前記第2の通信制御手段は、前記溶接条件変更手段によって前記予め設定された溶接条件が変更されると、前記変更溶接条件を前記第1の通信制御手段に送り、前記溶接手段では第(k+1)の溶接パスについて前記変更溶接条件に応じて溶接を行うようにしたことを特徴とする残留応力評価を用いた溶接システムが得られる。
【0023】
このようにして、通信回線を介して溶接装置と残留応力評価装置とを接続するようにすれば、一つの残留応力評価装置で、複数の溶接装置と遠隔的に残留応力の評価及び溶接条件の変更を行うことができ、施工現場で容易に構造物の残留応力を低減して溶接を行うことができることになる。
【0024】
さらに、本発明によれば、第1及び第2の部材を溶接によって接合して構造物とする際、前記第1及び前記第2の部材の当接部に規定される開先において、第1〜第n(nは2以上の整数)の溶接パスについて順次溶接を行って、多層溶接を行う溶接方法において、前記第1及び前記第2の部材について予め設定された溶接条件に応じた解析モデルを生成する解析モデル生成ステップと、前記予め定められた溶接条件に応じて第k(kは1〜(n−1)のいずれかの整数)の溶接パスについて溶接を行う過程で前記第1及び前記第2の部材の温度を計測して計測温度を得る温度計測ステップと、前記第kの溶接パスについて溶接が終了した後、前記解析モデルについて熱弾塑性解析を用いて前記計測温度に応じて残留応力を評価して推定残留応力を得る残留応力評価ステップと、前記推定残留応力に応じて前記予め設定された溶接条件を変更して変更溶接条件とする溶接条件変更ステップとを有し、前記溶接条件変更ステップによって前記予め設定された溶接条件が変更されると、第(k+1)の溶接パスについて、前記変更溶接条件に応じて溶接を行うようにしたことを特徴とする残留応力評価を用いた溶接方法が得られる。
【0025】
例えば、前記溶接条件変更ステップでは、前記推定残留応力と予め設定された許容応力とを比較して前記推定残留応力が前記許容応力以上であると、前記予め設定された溶接条件を変更する。
【0026】
さらに、前記計測温度に応じて前記解析モデルを修正して修正解析モデルを得る解析モデル修正ステップを有するようにしてもよく、この際には、前記残留応力評価ステップでは、前記解析モデル修正ステップで前記解析モデルが修正されると前記修正解析モデルを用いて前記推定残留応力を求める。
【0027】
また、前記解析モデルを用いて前記予め設定された溶接条件に応じて前記第kの溶接パスに起因する温度を計算して計算温度を得る温度計算ステップと、前記計測温度と前記計算温度とを比較してその比較結果に応じて前記解析モデルを修正して修正解析モデルを得る解析モデル修正ステップとを有するようにしてもよく、この際、前記残留応力評価ステップでは、前記解析モデル修正ステップによって前記解析モデルが修正されると前記修正解析モデルを用いて前記推定残留応力を求める。
【0028】
加えて、前記解析モデルを用いて前記予め設定された溶接条件に応じて前記第kの溶接パスに起因する温度を計算して計算温度を得る温度計算ステップと、前記計測温度と前記計算温度とが異なる際前記解析モデルを修正する解析モデル修正ステップとを有するようにしてもよく、その際、前記残留応力評価ステップでは、前記計測温度と前記計算温度とが一致した際の解析モデルを用いて前記(k+1)〜前記nの溶接パスに起因する温度を計算した計算結果に応じて熱弾塑性解析によって前記残留応力を評価する。なお、前記第1〜前記第nの溶接パスが複数のグループの何れか一つに属して、該グループ毎に溶接を行うとともに前記残留応力の評価を行うようにしてもよい。
【0029】
また、本発明によれば、第1及び第2の部材を溶接によって接合して構造物とする際、前記第1及び前記第2の部材の当接部に規定される開先において第1〜第n(nは2以上の整数)の溶接パスについて順次溶接を行って多層溶接を行う溶接方法において、前記第1及び前記第2の部材に関するデータを通信回線を介して送出する第1の送信ステップと、前記第1及び前記第2の部材に関するデータを受信して該第1及び該第2の部材に関するデータ及び予め設定された溶接条件に応じて解析モデルを生成する解析モデル生成ステップと、前記予め定められた溶接条件に応じて第k(kは1〜(n−1)のいずれかの整数)の溶接パスについて溶接を行う過程で前記第1及び前記第2の部材の温度を計測して計測温度を得る温度計測ステップと、前記第kの溶接パスについて溶接が終了した旨の通知を前記通信回線を介して受けるととともに前記計測温度を受けると、前記解析モデルについて熱弾塑性解析を用いて前記計測温度に応じて残留応力を評価して推定残留応力を得る残留応力評価ステップと、前記推定残留応力に応じて前記予め設定された溶接条件を変更して変更溶接条件とする溶接条件変更ステップと、前記溶接条件変更ステップで前記予め設定された溶接条件が変更されると前記変更溶接条件を前記通信回線を介して送信する第2の送信ステップと、前記変更溶接条件を受け、第(k+1)の溶接パスについて前記変更溶接条件に応じて溶接を行う溶接ステップとを有することを特徴とする残留応力評価を用いた溶接方法が得られる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【0031】
図1を参照して、本発明による溶接システムについて説明する。この溶接システムは、溶接装置10及び残留応力評価装置31を備えている。図示の溶接装置10は、溶接ロボット11及び溶接制御装置(溶接機)12を有しており、溶接ロボット11によって、被溶接物13が溶接されて、構造物となる。例えば、被溶接物13は複数の第1及び第2の部材13a及び13bを有し、これら部材13a及び13bが接触する部分には、開先13cが規定されている(開先13cとは、部材13a及び13bに設けられた切り欠きがなす溝のことをいう)。そして、この開先13cの内部が溶接されるべき部位とする。
【0032】
溶接ロボット11は溶接トーチ11a及び駆動機構11bを有しており、溶接トーチ11aは、開先13cの延在方向に沿って溶接材送給装置(図示せず)から送給される溶接材(ワイヤー:図示せず)を溶融して、部材13a及び13bを溶接接合する。一方、駆動機構11bは溶接制御装置12に制御されて、溶接トーチ11aを3次元的(つまり、X,Y,Z軸方向)に駆動する。溶接に当たっては、溶接制御装置12は、溶接トーチ11aに与える電流(I)及び電圧(E)を後述するようにして制御するとともに、駆動機構11bを制御して、溶接トーチ11aの移動速度、つまり、溶接速度(v)を制御する。部材13a及び13bの溶接に当たっては、所謂多層溶接が行われる。つまり、少なくとも2回の溶接パスを行って部材13a及び13bを接合することになる(言い換えると、n(nは2以上の整数)回の溶接パスを行って部材13a及び13bを接合する)。
【0033】
部材13a及び13bには、所定の位置(例えば、開先近傍の部材13a及び13bの表面(一面))に複数の温度センサー21が配置され、温度センサー21で計測された部材の温度は計測温度として、残留応力評価装置31に与えられる。
【0034】
ここで、図2も参照して、いま、部材13a及び13bとして、薄い平板(以下薄板平板と呼ぶ)同士を溶接する場合について説明する。なお、ここでは、n=5とする(つまり、5回の溶接パスによって、5層の多層盛溶接を行うものとする)。
【0035】
溶接制御装置12には、溶接条件として、電圧E、電流I、溶接速度v、及び溶接材送給速度に対応する溶接肉盛形状Sが設定されており、これら電圧E、電流I、溶接速度v、及び溶接肉盛形状Sは、複数設定されているものとし、溶接制御装置12は、溶接条件に応じて溶接ロボット11を制御する。ここでは、電圧E、電流I、溶接速度v、及び溶接肉盛形状Sとして、Ei,Ii,vi,及びSiが設定されている。
【0036】
まず、残留応力評価装置31では、k(変数であり、1〜nまでの整数)=1として(ステップP1)、続いて、溶接制御装置12に第kの溶接パスについて溶接を指示する溶接指示信号を送出する(ステップP2)。溶接制御装置12では、この溶接指示信号に応答して、第kの溶接パスについて予め設定された溶接条件を選択する(以下この溶接条件を第kの溶接条件と呼ぶ:ステップP3)。例えば、電圧=Ek,電流=Ik,溶接速度=vk,及び溶接肉盛形状=Skとして、第kの溶接パスを、薄板平板13a及び13bの開先13cに沿って規定して、駆動機構11bを制御しつつ、溶接トーチ11aで溶接を行う。この際、溶接トーチ11aには電圧Ek及び電流Ikが与えられ、駆動機構11bは溶接トーチ11aを溶接速度vkで移動させる。一方、溶接材送給装置からは溶接肉盛形状Skで規定される速度で溶接材が送給される。
【0037】
そして、第kの溶接パス(k=1の際の溶接パスは図3に▲1▼で示す)について溶接の施工を行うと(ステップP4)、温度センサー21で薄板平板13a及び13bの温度が計測されて(ステップP5)、計測温度Tm(mは温度センサー21の個数に対応し、m=1〜M(Mは2以上の整数)である)として、残留応力評価装置31に与えられる。
【0038】
一方、残留応力評価装置31では、薄板平板の溶接について、FEM(有限要素法)を用いてモデル化して解析モデルを生成する(ステップP6)。つまり、残留応力評価装置31には、薄板平板の溶接についてFEMを用いてモデル化した解析モデルが基準解析モデルとして設定されている。残留応力評価装置31では基準解析モデルに基づいて、前述の第kの溶接条件で、第kの溶接パスについて溶接を行った際の薄板平板の温度を解析温度として求める(ステップP7)。つまり、残留応力評価装置31では、基準解析モデルについて、熱伝導解析を行って、温度履歴を求め、この温度履歴に応じて解析温度を得ることになる。この解析温度は、前述の温度センサー21が配置された位置について求められる。この解析温度をTfemで表す。
【0039】
次に、残留応力評価装置31は、Tfem=Tmであるか否かを調べる(ステップP8)。なお、残留応力評価装置31は望ましくはTfem=Tmであるか否かを調べることになるが、例えば、温度偏差許容値ΔTを設定して、|Tfem−Tm|<ΔTであるか否かを調べるようにしてもよい(以下の説明では、Tfem=Tmであるか否かを調べるとして説明を行うが、|Tfem−Tm|<ΔTであるか否かを調べるようにしても同様である)。Tfem=Tmでないと、残留応力評価装置31は、解析パラメータを変更して(ステップP9)、基準解析モデルを修正して修正解析モデルを得る。そして、再度、ステップP7及びP8を行う。このようにして、Tfem=Tmとなるまで、解析パラメータを変更して、解析モデルを修正することになる。
【0040】
上述のようにして、第kの溶接パスに関して、Tfem=Tmとなった時点における解析モデルを用いて、残留応力評価装置31では、第(k+1)の溶接パスから第nの溶接パスについて、第kの溶接条件で溶接を行ったと仮定して、薄板平板の温度解析を行って、解析温度を得る(ステップP10)。その後、残留応力評価装置31では、第(k+1)の溶接パス〜第nの溶接パスについての解析温度に応じて、つまり、温度履歴に応じて、熱弾塑性応力解析を行って、薄板平板に掛かる残留応力(推定残留応力)σRを求める(ステップP11)。そして、この推定残留応力σRが予め設定された許容応力未満であるか否かを調べる(ステップP12)。
【0041】
推定残留応力σR≧許容応力であると、残留応力評価装置31は、前述の第(k+1)〜第nの溶接パスについて溶接条件を変更する(ステップP13)。溶接条件を変更する際には、まず、電圧Ei,電流Ii,溶接速度vi,溶接肉盛形状Siについて、その一つをkから(k+1)〜nに順次変更する。つまり、電圧Ei,電流Ii,溶接速度vi,溶接肉盛形状Siの組み合わせについて、kから(k+1)に順次変更して、ステップP10〜P12を行う。そして、推定残留応力σR<許容応力となる溶接条件を求めることになる。
【0042】
一方、推定残留応力σR<許容応力となると、残留応力評価装置31はk=k+1として(ステップP14)、第nの溶接パスまで溶接が終了したか否かを判定して(ステップP15)、第nの溶接パスまで終了していなければ、ステップP2に戻る。そして、残留応力評価装置31は溶接制御装置12に第(k+1)の溶接パスについて溶接を指示する溶接指示信号を送出する。この際には、前述のステップP13で求められた溶接条件(以下変更溶接条件と呼ぶ)が溶接制御装置12に与えられることになり、溶接制御装置12で予め第(k+1)の溶接パスについて定められた溶接条件にかかわらず、変更溶接条件を第(k+1)の溶接条件として溶接を実行することになる。
【0043】
その後、ステップP5で再び温度が計測されて、前述のようにして、k=nとなるまで、推定残留応力σRと許容応力とが比較される。この際、前述のようにして、残留応力σR<許容応力となるように溶接条件が変更されることになる。
【0044】
このようにして、多層盛溶接を行うと、n=5の場合には、図3に示すように、多層盛溶接が行われることになる(図3において、▲2▼〜▲5▼はそれぞれ第2〜第5層を示す)。このようにして、薄板平板を溶接する際には、まず、第1〜第nの溶接パス毎にその溶接条件を予め設定する。そして、この溶接条件に応じて全溶接パスをモデル化して解析モデルを生成する。その後、第1の溶接パスについて溶接を行い、薄板平板の温度を計測する。この計測温度に応じて解析モデルを熱弾塑性解析によって残留応力を評価する。そして、推定残留応力が許容値(許容応力)以上であると、第1の溶接パス以降の溶接条件を変更することになる。
【0045】
つまり、多層盛溶接を行う際には、第kの溶接パスまでについて、溶接を行った後、FEMを用いた解析モデルについて、n層までの(つまり、全溶接パスについて)温度履歴に応じて熱弾塑性解析を行って、残留応力を推定する。この推定残留応力が許容応力未満となるように、溶接条件を変更して、第(k+1)の溶接パスについて溶接を行う。つまり、実際の構造物の溶接工程において、FEMを用いた解析モデルに対して温度に基づいて残留応力を解析予測して、その解析予測結果に応じて溶接条件を修正するようにしたから、構造物の溶接を行う際、構造物の残留応力を許容応力未満に精度制御することができることになる。
【0046】
なお、薄板平板を溶接する際には、解析モデルとして2次元モデルを用いれば十分であり、より精度を向上させるためには、3次元モデルを用いることが好ましい。この際には、薄板平板の表面及び裏面で温度を計測する必要がある。一方、厚板平板を溶接する際には、解析モデルとして3次元モデルを用いる必要がある(つまり、厚板平板の場合には、Z軸方向に対する温度分布を考慮する必要があるため、3次元モデルを用いることになる)。また、評価精度を上げるためには、多点で温度測定を行って、温度分布を導出することが望ましい(以下の例についても、評価精度を向上させるためには、多点温度計測を行うことが望ましい)。
【0047】
また、溶接パス数が多い場合には、各溶接パスについて溶接を施工した後、前述のようにして残留応力評価を行うと、演算量が極めて多くなってしまう関係上、複数の溶接パスをグループ化した後、各グループについて溶接を施工した後、前述のようにして残留応力の評価を行えば、演算量を少なくすることができる。
【0048】
ここで、平板以外の他の部材を溶接する際の例を挙げると、例えば、図4(a)に示す厚肉円筒(軸対称)22を周面に沿って溶接する際には、溶接部位22aに関して、円筒の外周面及び内周面で温度計測を行い(図4(b)参照)、図2で説明したようにして、残留応力評価を行いつつ、各溶接パスについて溶接を行うことになる。この際には、解析モデルとして、図4(c)に示す2次元モデル(軸対称モデル)22bを用いてもよく、3次元モデル(図示せず)を用いるようにしてもよい。そして、2次元モデルを用いるか3次元モデルを用いるかは溶接速度によって規定される。
【0049】
同様にして、図5(a)に示すノズル23をその薄肉部分で周面に沿って溶接する際には、溶接部位23aに関して、ノズルの外周面及び内周面で温度計測を行い(図5(b)参照)、図2で説明したようにして、残留応力評価を行いつつ、各溶接パスについて溶接を行うことになる。この際には、解析モデルとして、図5(c)に示す2次元モデル(軸対称モデル)23bを用いてもよく、3次元モデルを用いるようにしてもよい。そして、2次元モデルを用いるか3次元モデルを用いるかは溶接速度によって規定される。
【0050】
さらに、図6(a)に示すように、容器24を貫通する配管等の貫通部24aを溶接する際には、その貫通部付近において、温度計測を行い(図6(b)参照)、図2で説明したようにして、残留応力評価を行いつつ、各溶接パスについて溶接を行うことになる。この際には、解析モデルとして、図6(c)に示す3次元モデル24bが用いられる。
【0051】
また、図7(a)に示すT字形継手25を溶接する際には(所謂隅肉溶接)、溶接部位25aに関して、接合部付近で温度計測を行い(図7(b)参照)、図2で説明したようにして、残留応力評価を行いつつ、各溶接パスについて溶接を行うことになる。この際には、解析モデルとして、図7(c)に示す2次元モデル25bを用いてもよく、3次元モデルを用いるようにしてもよい。3次元モデルを用いる際には、例えば、図7(d)に示すようにして、溶接部位25aに沿って複数の箇所で温度計測が行われる。そして、2次元モデルを用いるか3次元モデルを用いるかは溶接速度によって規定される。
【0052】
加えて、図8(a)に示すソケット26を溶接する際には、溶接部位26aに関して、接合部付近で温度計測を行い(図8(b)参照)、図2で説明したようにして、残留応力評価を行いつつ、各溶接パスについて溶接を行うことになる。この際には、解析モデルとして、図8(c)に示す2次元モデル26bを用いてもよく、3次元モデルを用いるようにしてもよい。そして、2次元モデルを用いるか3次元モデルを用いるかは溶接速度によって規定される。
【0053】
ここで、図9を参照して、図示の例では、溶接ロボット11及び溶接制御装置12は、溶接施工場所に配置されており、溶接制御装置12には通信制御装置41が接続されている。さらに、温度センサー21は温度計測器42を介して通信制御装置41に接続されている。通信制御装置41は通信回線(図示の例では、通信衛星)51を介してホスト装置61に接続されている。ホスト装置61には通信制御装置62が備えられ、通信回線51を介して通信制御装置41とデータの送受を行う。そして、通信制御装置62には残留応力評価装置31が接続されている。
【0054】
溶接施工場所で溶接を行う際には、溶接制御装置12から通信制御装置41を介して第1及び第2の部材13a及び13bに関するデータ及び溶接条件が通信制御装置62に送られるとともに温度計測器42で計測された部材の温度が通信制御装置41を介して通信制御装置62に送られる。残留応力評価装置31では、図2で説明したようにして、残留応力の評価を行い、溶接条件の変更について、通信制御装置62を介して通信制御装置41に伝えることになる。そして、溶接条件に変更があれば、溶接制御装置12は、変更後の溶接条件に応じて溶接ロボット11を制御することになる。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、第1及び第2の部材を溶接によって接合して構造物とする際、前記第1及び第2の部材について予め設定された溶接条件に応じた解析モデルを生成して、前記予め定められた溶接条件に応じて第kの溶接パスについて溶接を行う過程で、前記第1及び第2の部材の温度を計測して得られた計測温度に応じて、第kの溶接パスについて溶接が終了した後、前記解析モデルについて熱弾塑性解析を用いて残留応力を評価して推定残留応力を得、該推定残留応力に応じて前記予め設定された溶接条件を変更して変更溶接条件とし、溶接条件変更手段によって前記予め設定された溶接条件が変更されると、第(k+1)の溶接パスについて前記変更溶接条件に応じて溶接を行うようにしたので、実際の構造物の溶接工程において残留応力を解析予測した結果に応じて構造物の溶接を精度よく制御することができ、残留応力を低減できるという効果がある。
【0056】
本発明では、推定残留応力と予め設定された許容応力とを比較して、推定残留応力が許容応力以上であると、溶接条件を変更するようにしたので、溶接過程で推定残留応力に応じて適宜溶接条件を変更して、構造物の残留応力を低減できるという効果がある。
【0057】
本発明によれば、第1〜第nの溶接パスを複数のグループに分けることによりグループ化して、グループ毎に溶接を行うとともに残留応力の評価を行うようにしたから、溶接パス数が極めて多い多層溶接において、演算量を減らして、しかも構造物の残留応力を低減できるという効果がある。
【0058】
本発明では、通信回線を介して溶接装置と残留応力評価装置とを接続するようにしたから、一つの残留応力評価装置で、複数の溶接装置と遠隔的に残留応力の評価及び溶接条件の変更を行うことができ、施工現場で容易に構造物の残留応力を低減して溶接を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による溶接システムの一例を示すブロック図である。
【図2】図1に示す溶接システムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図3】薄板平板を多層溶接した際の一例を示す概要図である。
【図4】厚肉円筒を多層溶接する際の一例を説明するための概要図である。
【図5】厚肉円筒を多層溶接する際の一例を説明するための概要図である。
【図6】容器貫通部を多層溶接する際の一例を説明するための概要図である。
【図7】T字形継手を多層溶接する際の一例を説明するための概要図である。
【図8】ソケットを多層溶接する際の一例を説明するための概要図である。
【図9】本発明による溶接システムの他の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
10 溶接装置
11 溶接ロボット
12 溶接制御装置(溶接機)
13 被溶接物
21 温度センサー
31 残留応力評価装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a welding system and a welding method for performing welding by reducing residual stress by using an evaluation result obtained by analyzing and evaluating residual stress generated by welding.
[0002]
[Prior art]
Generally, in a welded structure, residual stress and residual deformation may occur due to welding. If such residual stress exceeds a predetermined value, the residual stress is reduced as much as possible because the structure is adversely affected. There is a need to. Therefore, conventionally, analysis and prediction of residual stress, which will be generated in a welded structure, in advance using an analysis target such as a test piece has been performed.
[0003]
For example, a finite element method model is created for an object to be analyzed, residual stress is measured at several points on the surface of the object to be analyzed, and a residual strain pattern is assumed based on the actually measured residual stress. Then, a stress distribution for the residual strain pattern is obtained by applying the boundary element method to the analysis model. Next, after determining a coefficient to be the stress at the measurement point of the residual stress, the stress distribution of the entire analysis object is obtained by using the coefficient by the boundary element method (see Patent Document 1).
[0004]
Furthermore, a relational expression showing the mechanical properties of the material that composes the structure after giving the forced displacement data to the entire surface of the structure using the residual deformation amount obtained at any measurement point of the structure as the forced displacement data The stress-strain relationship of the entire structure is obtained in accordance with the equation (1), and the stress distribution of the entire structure is predicted (see Patent Document 2).
[0005]
In addition, by simulating the residual stress measurement by the notch method in detail by the finite element method and calculating the ratio between the measured value of the residual stress and the analysis value by the finite element method as a correction coefficient, this correction coefficient is The stress distribution is predicted by multiplying the residual stress distribution obtained by the element method (see Patent Document 3).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-5-223661 (paragraphs (0030) to (0039), FIG. 1)
[0007]
[Patent Document 2]
JP-A-6-186141 (paragraphs (0008) to (0013), FIG. 1)
[0008]
[Patent Document 3]
JP-A-11-148875 (paragraphs (0016) to (0022), FIG. 3)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the residual stress analysis prediction methods described in
[0010]
Furthermore, in the residual stress analysis prediction methods described in
[0011]
In any case, the residual stress analysis and prediction methods described in
[0012]
When the residual stress analysis prediction method described in
[0013]
An object of the present invention is to provide a welding system and a welding method capable of analyzing and predicting residual stress in an actual welding process of a structure and controlling welding of the structure according to the analysis and prediction result. .
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, when the first and second members are joined by welding to form a structure, the first to n-th grooves are formed at the grooves defined by the contact portions of the first and second members. (N is an integer of 2 or more) In a welding system in which welding is sequentially performed on welding paths to perform multi-layer welding, an analysis model according to welding conditions set in advance for the first and second members is used. An analysis model generating unit that generates the first and the second welding paths in a process of performing welding on a k-th (k is an integer of 1 to (n−1)) welding path in accordance with the predetermined welding condition; Temperature measuring means for measuring the temperature of the second member to obtain a measured temperature; and, after welding is completed for the k-th welding pass, residual temperature is determined according to the measured temperature using thermo-elastic-plastic analysis for the analysis model. Estimate the stress to get the estimated residual stress And a welding condition changing means for changing the preset welding condition in accordance with the estimated residual stress to be a changed welding condition, wherein the welding condition changing means sets the predetermined welding condition as the changed welding condition. When the welding conditions are changed, a welding system using residual stress evaluation is obtained, wherein welding is performed for the (k + 1) th welding pass in accordance with the changed welding conditions.
[0015]
In this way, when the first and second members are joined to each other by welding to form a structure, an analysis model according to welding conditions set in advance for the first and second members is generated and determined in advance. In the process of performing the welding for the k-th welding pass according to the set welding conditions, the welding for the k-th welding pass is completed according to the measured temperature obtained by measuring the temperatures of the first and second members. After that, for the analysis model, the residual stress is evaluated according to the measured temperature using thermal elasto-plastic analysis to obtain the estimated residual stress, and the welding conditions set in advance according to the estimated residual stress are changed to the changed welding conditions. When the preset welding condition is changed by the welding condition changing means, welding is performed on the (k + 1) th welding path according to the changed welding condition. The welding of the structure can be accurately controlled in accordance with the result of analyzing and predicting the residual stress in the actual welding process of the structure, and the residual stress can be reduced.
[0016]
For example, the welding condition changing means compares the estimated residual stress with a preset allowable stress, and changes the preset welding condition if the estimated residual stress is equal to or greater than the allowable stress.
[0017]
Further, in the present invention, the apparatus further includes an analysis model correction unit that obtains a corrected analysis model by correcting the analysis model according to the measured temperature, wherein the residual stress evaluation unit corrects the analysis model by the analysis model correction unit. Then, the estimated residual stress is determined using the modified analysis model.
[0018]
In addition, in the present invention, a temperature calculating means for calculating a temperature resulting from the k-th welding pass in accordance with the preset welding conditions using the analysis model to obtain a calculated temperature, Analysis model correction means for comparing the calculated temperature with the calculated temperature and correcting the analysis model in accordance with the comparison result to obtain a corrected analysis model, wherein the residual stress evaluation means includes: Is corrected, the estimated residual stress may be obtained using the corrected analysis model.
[0019]
A temperature calculating unit that calculates a temperature caused by the k-th welding pass in accordance with the preset welding condition using the analysis model to obtain a calculated temperature; and the measured temperature and the calculated temperature are Analysis model correction means for correcting the analysis model when different from each other, wherein the residual stress evaluation means uses the analysis model obtained when the measured temperature and the calculated temperature coincide with each other to weld (k + 1) to n. The residual stress may be evaluated by a thermo-elasto-plastic analysis according to the calculation result of the temperature caused by the path.
[0020]
The first to n-th welding passes may be divided into a plurality of groups, welding may be performed for each of the groups, and the residual stress may be evaluated.
[0021]
In this way, the residual stress is compared with the preset allowable stress, and if the estimated residual stress is equal to or greater than the allowable stress, the welding conditions are changed. By appropriately changing the welding conditions, the residual stress of the structure can be reduced. Further, if the first to n-th welding passes are grouped into any one of a plurality of groups, and the welding is performed for each group and the residual stress is evaluated, the multi-pass welding having an extremely large number of welding passes is performed. In the above, the amount of calculation can be reduced, and the residual stress of the structure can be reduced.
[0022]
Further, according to the present invention, when the first and second members are joined by welding to form a structure, the first and second members are formed at the groove defined by the contact portion of the first and second members. In a welding system configured to sequentially perform welding on an nth (n is an integer of 2 or more) welding to perform multi-layer welding, a welding device for performing the multi-layer welding and a welding device connected to the welding device via a communication line. A welding device for performing the multi-layer welding, and a k-th (k is any one of 1 to (n−1)) according to the predetermined welding condition. A temperature measuring means for measuring the temperatures of the first and second members to obtain a measured temperature in the process of performing welding on the (integer) welding path, and transmitting and receiving data via the communication line with the residual stress evaluation device. And first communication control means for performing The stress-reducing evaluation device includes a second communication control means for transmitting and receiving data via the first communication control means and the communication line, and the first and second communication means received from the first communication control means. Analysis model generating means for generating an analysis model in accordance with the data relating to the second member and welding conditions set in advance, and after completion of welding for the k-th welding pass, thermo-elastic-plastic analysis for the analysis model A residual stress evaluation means for evaluating a residual stress according to the measured temperature received from the first communication control means to obtain an estimated residual stress, and changing the preset welding condition according to the estimated residual stress. And a welding condition changing means for changing the welding condition. The second communication control means changes the welding condition when the preset welding condition is changed by the welding condition changing means. A welding condition is sent to the first communication control means, and the welding means performs welding on the (k + 1) th welding path in accordance with the changed welding condition. Is obtained.
[0023]
In this way, if the welding device and the residual stress evaluation device are connected via the communication line, a single residual stress evaluation device can remotely evaluate the residual stress and evaluate welding conditions with a plurality of welding devices. Changes can be made, and welding can be easily performed at the construction site while reducing the residual stress of the structure.
[0024]
Further, according to the present invention, when the first and second members are joined by welding to form a structure, the first and second members are provided with a first groove at a contact portion defined by an abutting portion of the first and second members. In a welding method for performing multi-layer welding by sequentially performing welding on the nth (n is an integer of 2 or more) welding paths, an analysis model according to welding conditions preset for the first and second members. And a step of performing welding on a k-th (k is an integer of 1 to (n-1)) welding path in accordance with the predetermined welding condition. A temperature measuring step of measuring the temperature of the second member to obtain a measured temperature, and after welding is completed for the k-th welding pass, the thermodynamic elasto-plastic analysis is performed on the analysis model according to the measured temperature. Estimate residual stress and estimate residual A residual stress evaluation step of obtaining a force, and a welding condition changing step of changing the preset welding condition according to the estimated residual stress to be a changed welding condition, wherein the welding condition changing step sets the preset welding condition. When the changed welding condition is changed, a welding method using residual stress evaluation is obtained, wherein welding is performed for the (k + 1) th welding pass in accordance with the changed welding condition.
[0025]
For example, in the welding condition changing step, the preset welding condition is changed when the estimated residual stress is greater than or equal to the allowable stress by comparing the estimated residual stress with a preset allowable stress.
[0026]
Further, the method may include an analysis model correction step of correcting the analysis model in accordance with the measured temperature to obtain a corrected analysis model. In this case, in the residual stress evaluation step, the analysis model correction step When the analytical model is modified, the estimated residual stress is obtained using the modified analytical model.
[0027]
A temperature calculating step of calculating a temperature caused by the k-th welding pass according to the preset welding condition using the analysis model to obtain a calculated temperature; and calculating the measured temperature and the calculated temperature. An analysis model correction step of comparing and correcting the analysis model in accordance with the comparison result to obtain a corrected analysis model.In this case, in the residual stress evaluation step, the analysis model correction step When the analytical model is modified, the estimated residual stress is obtained using the modified analytical model.
[0028]
In addition, a temperature calculation step of calculating a temperature resulting from the k-th welding pass in accordance with the preset welding conditions using the analysis model to obtain a calculated temperature, the measurement temperature and the calculated temperature May have an analysis model correction step of correcting the analysis model when different, at that time, in the residual stress evaluation step, using the analysis model when the measured temperature and the calculated temperature match The residual stress is evaluated by thermo-elastic-plastic analysis according to the calculation result of calculating the temperature caused by the above (k + 1) to n welding paths. The first to n-th welding passes may belong to any one of a plurality of groups, perform welding for each group, and evaluate the residual stress.
[0029]
Further, according to the present invention, when the first and second members are joined by welding to form a structure, the first and second members are formed at the groove defined by the contact portion of the first and second members. In a welding method for performing multi-layer welding by sequentially performing welding on an n-th (n is an integer of 2 or more) welding path, a first transmission for transmitting data relating to the first and second members via a communication line. An analysis model generating step of receiving data on the first and second members and generating an analysis model in accordance with the data on the first and second members and a preset welding condition; The temperature of the first and second members is measured in a process of performing welding on a k-th (k is an integer from 1 to (n-1)) welding path according to the predetermined welding condition. Temperature measurement step to obtain the measured temperature And, when receiving the notification that the welding is completed for the k-th welding pass via the communication line and receiving the measured temperature, the thermodynamic elasto-plastic analysis is performed on the analysis model in accordance with the measured temperature. A residual stress evaluation step of evaluating a residual stress to obtain an estimated residual stress; a welding condition changing step of changing the preset welding condition according to the estimated residual stress to be a changed welding condition; and A second transmitting step of transmitting the changed welding condition via the communication line when the preset welding condition is changed in the step, receiving the changed welding condition, and setting the (k + 1) th welding path to And a welding step of performing welding in accordance with the changed welding conditions, whereby a welding method using residual stress evaluation is obtained.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention thereto, unless otherwise specified. It is only an example.
[0031]
A welding system according to the present invention will be described with reference to FIG. This welding system includes a
[0032]
The
[0033]
In the
[0034]
Here, a case where thin flat plates (hereinafter, referred to as thin flat plates) are welded to each other as the
[0035]
In the
[0036]
First, the residual
[0037]
When welding is performed for the k-th welding pass (the welding pass when k = 1 is indicated by (1) in FIG. 3) (step P4), the temperature of the thin
[0038]
On the other hand, the residual
[0039]
Next, the residual
[0040]
As described above, with respect to the k-th welding pass, the residual
[0041]
If the estimated residual stress σR ≧ permissible stress, the residual
[0042]
On the other hand, when the estimated residual stress σR <allowable stress, the residual
[0043]
Thereafter, the temperature is measured again in step P5, and the estimated residual stress σR and the allowable stress are compared as described above until k = n. At this time, as described above, the welding conditions are changed so that the residual stress σR <the allowable stress.
[0044]
When the multi-pass welding is performed in this way, when n = 5, the multi-pass welding is performed as shown in FIG. 3 (in FIG. 3, (2) to (5) indicate The second to fifth layers are shown). When welding thin flat plates in this way, first, the welding conditions are set in advance for each of the first to n-th welding passes. Then, an analysis model is generated by modeling all welding paths according to the welding conditions. Thereafter, welding is performed for the first welding pass, and the temperature of the thin plate is measured. The residual stress is evaluated by thermo-elasto-plastic analysis of the analytical model according to the measured temperature. If the estimated residual stress is equal to or more than the allowable value (allowable stress), the welding conditions after the first welding pass are changed.
[0045]
That is, when performing multi-pass welding, after performing welding up to the k-th welding pass, an analysis model using FEM is performed according to the temperature history up to the n-th layer (that is, for all welding passes). A thermal elasto-plastic analysis is performed to estimate the residual stress. The welding conditions are changed so that the estimated residual stress is less than the allowable stress, and welding is performed for the (k + 1) th welding pass. That is, in the actual welding process of a structure, the residual stress is analyzed and predicted based on the temperature with respect to the analysis model using the FEM, and the welding conditions are modified according to the analysis prediction result. When welding an object, it is possible to precisely control the residual stress of the structure to less than the allowable stress.
[0046]
When welding a thin plate, it is sufficient to use a two-dimensional model as an analysis model, and it is preferable to use a three-dimensional model in order to further improve accuracy. In this case, it is necessary to measure the temperature on the front and back surfaces of the thin flat plate. On the other hand, when welding a thick flat plate, it is necessary to use a three-dimensional model as an analysis model (that is, in the case of a thick flat plate, it is necessary to consider the temperature distribution in the Z-axis direction. Model will be used). In order to improve the evaluation accuracy, it is desirable to measure the temperature at multiple points to derive the temperature distribution. (In the following examples, it is necessary to perform the multipoint temperature measurement in order to improve the evaluation accuracy. Is desirable).
[0047]
In addition, when the number of welding passes is large, if the residual stress evaluation is performed as described above after welding is performed for each welding pass, a plurality of welding passes are grouped due to an extremely large amount of calculation. After the welding, the welding is performed for each group, and the residual stress is evaluated as described above, so that the amount of calculation can be reduced.
[0048]
Here, as an example of welding other members than a flat plate, for example, when welding a thick-walled cylinder (axially symmetric) 22 shown in FIG. Regarding 22a, the temperature was measured on the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylinder (see FIG. 4B), and as described with reference to FIG. Become. In this case, a two-dimensional model (axisymmetric model) 22b shown in FIG. 4C or a three-dimensional model (not shown) may be used as the analysis model. Whether the two-dimensional model or the three-dimensional model is used is defined by the welding speed.
[0049]
Similarly, when the
[0050]
Further, as shown in FIG. 6 (a), when welding a
[0051]
When welding the T-shaped joint 25 shown in FIG. 7A (so-called fillet welding), the temperature of the welded
[0052]
In addition, when the
[0053]
Here, referring to FIG. 9, in the illustrated example, the
[0054]
When welding is performed at a welding work place, data and welding conditions regarding the first and
[0055]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, when the first and second members are joined by welding to form a structure, an analysis model according to welding conditions preset for the first and second members is used. In the process of generating and performing welding on the k-th welding pass in accordance with the predetermined welding condition, the first and second members are measured in accordance with a measured temperature obtained by measuring the temperature thereof. After welding is completed for the k welding passes, the residual stress is evaluated by using thermo-elastic-plastic analysis for the analytical model to obtain an estimated residual stress, and the preset welding conditions are changed according to the estimated residual stress. When the preset welding condition is changed by the welding condition changing means, the welding is performed for the (k + 1) th welding pass in accordance with the changed welding condition. Welding of structures The welding of the structure can be precisely controlled according to a result of the residual stress was analyzed expected in extent, there is an effect of reducing the residual stress.
[0056]
In the present invention, the estimated residual stress is compared with a preset allowable stress, and when the estimated residual stress is equal to or more than the allowable stress, the welding conditions are changed. There is an effect that the residual stress of the structure can be reduced by appropriately changing the welding conditions.
[0057]
According to the present invention, the first to n-th welding passes are grouped by dividing them into a plurality of groups, and the welding is performed for each group and the residual stress is evaluated. Therefore, the number of welding passes is extremely large. In multi-layer welding, there is an effect that the amount of calculation can be reduced and the residual stress of the structure can be reduced.
[0058]
In the present invention, the welding device and the residual stress evaluation device are connected via the communication line, so that one residual stress evaluation device can remotely evaluate the residual stress and change the welding conditions with a plurality of welding devices. Thus, there is an effect that welding can be performed while easily reducing the residual stress of the structure at the construction site.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a welding system according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the welding system shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic view showing an example when a thin flat plate is subjected to multilayer welding.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an example of multi-layer welding of a thick-walled cylinder.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an example of multi-layer welding of a thick-walled cylinder.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an example of multi-layer welding of a container penetration portion.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining an example of multi-layer welding of a T-shaped joint.
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining an example of multi-layer welding of a socket.
FIG. 9 is a block diagram showing another example of the welding system according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Welding equipment
11 Welding robot
12 Welding control device (welding machine)
13 Workpiece
21 Temperature sensor
31 Residual stress evaluation device
Claims (14)
前記第1及び前記第2の部材について予め設定された溶接条件に応じた解析モデルを生成する解析モデル生成手段と、
前記予め定められた溶接条件に応じて第k(kは1〜(n−1)のいずれかの整数)の溶接パスについて溶接を行う過程で前記第1及び前記第2の部材の温度を計測して計測温度を得る温度計測手段と、
前記第kの溶接パスについて溶接が終了した後、前記解析モデルについて熱弾塑性解析を用いて前記計測温度に応じて残留応力を評価して推定残留応力を得る残留応力評価手段と、
前記推定残留応力に応じて前記予め設定された溶接条件を変更して変更溶接条件とする溶接条件変更手段とを有し、
前記溶接条件変更手段によって前記予め設定された溶接条件が変更されると、第(k+1)の溶接パスについて、前記変更溶接条件に応じて溶接を行うようにしたことを特徴とする残留応力評価を用いた溶接システム。When the first and second members are joined by welding to form a structure, first to n-th (n is 2 or more) at the groove defined by the contact portion of the first and second members. Welding is performed sequentially for the welding passes of (integer), and a multi-layer welding is performed.
Analysis model generation means for generating an analysis model according to welding conditions set in advance for the first and second members;
The temperature of the first and second members is measured in a process of performing welding on a k-th (k is an integer from 1 to (n-1)) welding path according to the predetermined welding condition. Temperature measuring means for obtaining a measured temperature by
After welding is completed for the k-th welding pass, residual stress evaluation means for evaluating residual stress according to the measured temperature using thermal elasto-plastic analysis for the analysis model to obtain an estimated residual stress,
Welding condition changing means to change the preset welding conditions according to the estimated residual stress and to change welding conditions,
When the preset welding condition is changed by the welding condition changing means, welding is performed for the (k + 1) th welding path in accordance with the changed welding condition. The welding system used.
前記残留応力評価手段は、前記解析モデル修正手段によって前記解析モデルが修正されると前記修正解析モデルを用いて前記推定残留応力を求めるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の残留応力評価を用いた溶接システム。An analysis model correcting unit that corrects the analysis model according to the measured temperature to obtain a corrected analysis model,
2. The residual stress according to claim 1, wherein the residual stress evaluation unit obtains the estimated residual stress using the corrected analysis model when the analysis model is corrected by the analysis model correction unit. 3. Welding system using evaluation.
前記計測温度と前記計算温度とを比較してその比較結果に応じて前記解析モデルを修正して修正解析モデルを得る解析モデル修正手段とを備え、
前記残留応力評価手段は、前記解析モデル修正手段によって前記解析モデルが修正されると前記修正解析モデルを用いて前記推定残留応力を求めるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の残留応力評価を用いた溶接システム。Temperature calculation means for calculating a temperature resulting from the k-th welding pass in accordance with the preset welding conditions using the analysis model to obtain a calculated temperature;
Analysis model correction means for comparing the measured temperature and the calculated temperature and correcting the analysis model in accordance with the comparison result to obtain a corrected analysis model,
2. The residual stress according to claim 1, wherein the residual stress evaluation unit obtains the estimated residual stress using the corrected analysis model when the analysis model is corrected by the analysis model correction unit. 3. Welding system using evaluation.
前記計測温度と前記計算温度とが異なる際前記解析モデルを修正する解析モデル修正手段とを備え、
前記残留応力評価手段は、前記計測温度と前記計算温度とが一致した際の解析モデルを用いて前記(k+1)〜前記nの溶接パスに起因する温度を計算した計算結果に応じて熱弾塑性解析によって前記残留応力を評価するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の残留応力評価を用いた溶接システム。Temperature calculation means for calculating a temperature resulting from the k-th welding pass in accordance with the preset welding conditions using the analysis model to obtain a calculated temperature;
Analysis model correction means for correcting the analysis model when the measured temperature and the calculated temperature are different,
The residual stress evaluation means calculates thermoelastic plasticity according to a calculation result of calculating a temperature caused by the (k + 1) to n welding paths by using an analysis model when the measured temperature and the calculated temperature match. The welding system according to claim 1, wherein the residual stress is evaluated by analysis.
前記多層溶接を行う溶接装置と、
前記溶接装置に通信回線を介して接続された残留応力評価装置とを有し、
前記溶接装置には前記多層溶接を行う溶接手段と、前記予め定められた溶接条件に応じて第k(kは1〜(n−1)のいずれかの整数)の溶接パスについて溶接を行う過程で前記第1及び前記第2の部材の温度を計測して計測温度を得る温度計測手段と、前記残留応力評価装置と前記通信回線を介してデータの送受を行う第1の通信制御手段とが備えられ、
前記残留応力評価装置には、前記第1の通信制御手段と前記通信回線を介してデータの送受を行う第2の通信制御手段と、前記第1の通信制御手段から受けた前記第1及び前記第2の部材に関するデータ及び予め設定された溶接条件に応じて解析モデルを生成する解析モデル生成手段と、前記第kの溶接パスについて溶接が終了した後、前記解析モデルについて熱弾塑性解析を用いて、前記第1の通信制御手段から受けた前記計測温度に応じて残留応力を評価して推定残留応力を得る残留応力評価手段と、前記推定残留応力に応じて前記予め設定された溶接条件を変更して変更溶接条件とする溶接条件変更手段とが備えられ、
前記第2の通信制御手段は、前記溶接条件変更手段によって前記予め設定された溶接条件が変更されると、前記変更溶接条件を前記第1の通信制御手段に送り、前記溶接手段では第(k+1)の溶接パスについて前記変更溶接条件に応じて溶接を行うようにしたことを特徴とする残留応力評価を用いた溶接システム。When joining the first and second members by welding to form a structure, first to n-th (n is 2 or more) at the groove defined by the contact portion of the first and second members. Integer) welding paths are sequentially welded to perform multi-layer welding.
A welding device for performing the multi-layer welding,
Having a residual stress evaluation device connected to the welding device via a communication line,
Welding means for performing the multi-layer welding in the welding apparatus, and a step of performing welding on a k-th (k is an integer of 1 to (n-1)) welding path in accordance with the predetermined welding conditions; A temperature measuring means for measuring the temperature of the first and second members to obtain a measured temperature, and a first communication control means for transmitting and receiving data via the residual stress evaluation device and the communication line. Equipped,
The residual stress evaluation device includes a first communication control unit, a second communication control unit for transmitting and receiving data via the communication line, and the first and the second communication control units received from the first communication control unit. Analysis model generating means for generating an analysis model in accordance with data relating to the second member and welding conditions set in advance, and after completion of welding for the k-th welding pass, thermo-elastic-plastic analysis is used for the analysis model. A residual stress estimating means for estimating a residual stress in accordance with the measured temperature received from the first communication control means to obtain an estimated residual stress, and the welding condition set in advance in accordance with the estimated residual stress. A welding condition changing means for changing and changing the welding condition is provided;
When the preset welding condition is changed by the welding condition changing means, the second communication control means sends the changed welding condition to the first communication control means. A welding system using residual stress evaluation, wherein welding is performed in accordance with the changed welding conditions for the welding pass of (1).
前記第1及び前記第2の部材について予め設定された溶接条件に応じた解析モデルを生成する解析モデル生成ステップと、
前記予め定められた溶接条件に応じて第k(kは1〜(n−1)のいずれかの整数)の溶接パスについて溶接を行う過程で前記第1及び前記第2の部材の温度を計測して計測温度を得る温度計測ステップと、
前記第kの溶接パスについて溶接が終了した後、前記解析モデルについて熱弾塑性解析を用いて前記計測温度に応じて残留応力を評価して推定残留応力を得る残留応力評価ステップと、
前記推定残留応力に応じて前記予め設定された溶接条件を変更して変更溶接条件とする溶接条件変更ステップとを有し、
前記溶接条件変更ステップによって前記予め設定された溶接条件が変更されると、第(k+1)の溶接パスについて、前記変更溶接条件に応じて溶接を行うようにしたことを特徴とする残留応力評価を用いた溶接方法。When the first and second members are joined by welding to form a structure, first to n-th (n is 2 or more) at the groove defined by the contact portion of the first and second members. In the welding method of sequentially performing welding for the welding paths of
An analysis model generating step of generating an analysis model according to a welding condition set in advance for the first and second members;
The temperature of the first and second members is measured in a process of performing welding on a k-th (k is an integer from 1 to (n-1)) welding path according to the predetermined welding condition. A temperature measurement step of obtaining a measurement temperature by performing
After welding is completed for the k-th welding pass, a residual stress evaluation step of evaluating residual stress according to the measured temperature using thermo-elasto-plastic analysis for the analysis model to obtain an estimated residual stress,
A welding condition changing step of changing the preset welding condition in accordance with the estimated residual stress and changing the welding condition to a changed welding condition,
When the preset welding condition is changed in the welding condition changing step, welding is performed for the (k + 1) th welding path in accordance with the changed welding condition. The welding method used.
前記残留応力評価ステップでは、前記解析モデル修正ステップで前記解析モデルが修正されると前記修正解析モデルを用いて前記推定残留応力を求めるようにしたことを特徴とする請求項8に記載の残留応力評価を用いた溶接方法。Further, an analysis model correction step of correcting the analysis model according to the measured temperature to obtain a corrected analysis model,
9. The residual stress according to claim 8, wherein in the residual stress evaluation step, when the analytical model is modified in the analytical model modifying step, the estimated residual stress is obtained using the modified analytical model. Welding method using evaluation.
前記計測温度と前記計算温度とを比較してその比較結果に応じて前記解析モデルを修正して修正解析モデルを得る解析モデル修正ステップとを有し、
前記残留応力評価ステップでは、前記解析モデル修正ステップによって前記解析モデルが修正されると前記修正解析モデルを用いて前記推定残留応力を求めるようにしたことを特徴とする請求項8に記載の残留応力評価を用いた溶接方法。A temperature calculation step of calculating a temperature caused by the k-th welding pass according to the preset welding condition using the analysis model to obtain a calculated temperature;
An analysis model correction step of comparing the measured temperature and the calculated temperature and correcting the analysis model according to the comparison result to obtain a corrected analysis model;
9. The residual stress according to claim 8, wherein in the residual stress evaluation step, when the analytical model is modified by the analytical model modifying step, the estimated residual stress is obtained using the modified analytical model. Welding method using evaluation.
前記計測温度と前記計算温度とが異なる際前記解析モデルを修正する解析モデル修正ステップとを有し、
前記残留応力評価ステップでは、前記計測温度と前記計算温度とが一致した際の解析モデルを用いて前記(k+1)〜前記nの溶接パスに起因する温度を計算した計算結果に応じて熱弾塑性解析によって前記残留応力を評価するようにしたことを特徴とする請求項8に記載の残留応力評価を用いた溶接方法。A temperature calculation step of calculating a temperature caused by the k-th welding pass according to the preset welding condition using the analysis model to obtain a calculated temperature;
An analysis model correction step of correcting the analysis model when the measured temperature and the calculated temperature are different,
In the residual stress evaluation step, a thermo-elastic plasticity is calculated according to a calculation result of calculating a temperature caused by the (k + 1) to n welding paths by using an analysis model when the measured temperature matches the calculated temperature. The welding method according to claim 8, wherein the residual stress is evaluated by analysis.
前記第1及び前記第2の部材に関するデータを通信回線を介して送出する第1の送信ステップと、
前記第1及び前記第2の部材に関するデータを受信して該第1及び該第2の部材に関するデータ及び予め設定された溶接条件に応じて解析モデルを生成する解析モデル生成ステップと、
前記予め定められた溶接条件に応じて第k(kは1〜(n−1)のいずれかの整数)の溶接パスについて溶接を行う過程で前記第1及び前記第2の部材の温度を計測して計測温度を得る温度計測ステップと、
前記第kの溶接パスについて溶接が終了した旨の通知を前記通信回線を介して受けるととともに前記計測温度を受けると、前記解析モデルについて熱弾塑性解析を用いて前記計測温度に応じて残留応力を評価して推定残留応力を得る残留応力評価ステップと、
前記推定残留応力に応じて前記予め設定された溶接条件を変更して変更溶接条件とする溶接条件変更ステップと、
前記溶接条件変更ステップで前記予め設定された溶接条件が変更されると、前記変更溶接条件を、前記通信回線を介して送信する第2の送信ステップと、
前記変更溶接条件を受け、第(k+1)の溶接パスについて前記変更溶接条件に応じて溶接を行う溶接ステップとを有することを特徴とする残留応力評価を用いた溶接方法。When joining the first and second members by welding to form a structure, first to n-th (n is 2 or more) at the groove defined by the contact portion of the first and second members. In the welding method of performing multi-layer welding by sequentially performing welding on (integer) welding paths,
A first transmission step of transmitting data relating to the first and second members via a communication line;
An analysis model generating step of receiving data on the first and second members and generating an analysis model in accordance with the data on the first and second members and welding conditions set in advance;
The temperature of the first and second members is measured in a process of performing welding on a k-th (k is an integer from 1 to (n-1)) welding path according to the predetermined welding condition. A temperature measurement step of obtaining a measurement temperature by performing
When receiving the notification that the welding has been completed for the k-th welding pass via the communication line and receiving the measured temperature, the analysis model uses a thermo-elasto-plastic analysis to determine a residual stress according to the measured temperature. Evaluating the residual stress to obtain an estimated residual stress,
A welding condition changing step of changing the preset welding condition in accordance with the estimated residual stress and changing the welding condition to a changed welding condition;
When the preset welding condition is changed in the welding condition changing step, a second transmitting step of transmitting the changed welding condition via the communication line;
A welding step of receiving the changed welding condition and performing welding in accordance with the changed welding condition for a (k + 1) th welding pass.
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