JP2022091332A - レーザ溶接支援システム、レーザ溶接支援方法、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
棒状素材に溶接部材をレーザ溶接して構成物を作成する際のレーザ溶接支援システムであって、構成物の設計図面、素材および溶接部材の情報、溶接条件を入力する入力器と、演算装置と、表示器と、を備え、前記演算装置は、構成物の設計図面、素材および溶接部材の情報、溶接条件から構成物の変形量を予測し、予測した前記構成物の変形量に基づいて、許容変形量に修正する際の修正荷重および修正位置を算出し、前記表示部は、前記算出した修正荷重および修正位置を表示する、ことを特徴とするものである。
溶接部材入力器5では、溶接される材料名の入力を受け付ける。この溶接材料名の入力も素材の材料名の入力と同様に、予め準備されたリストから選択するか、ユーザの直接入力で入力することができる。
溶接する際の溶接条件として、レーザパワー入力器6、送り速度入力器7、積層回数入力器8からそれぞれ入力する。積層回数は、溶接部が一度の溶接で形成できない場合、複数回に分けて積層して溶接する際の回数を入力するものである。
ユーザが形成したい製品等のCAD図面ファイルのファイルパスの入力を、CAD図面入力器9で受け付ける。受け付けるCAD図面(構成物の設計図面)では、図面作成時に予め素材と、溶接部の指定を行う。指定方法は例えば、2次元CAD図面で用いられる各レイヤーを素材と溶接部で分けておくなどで指定する。CAD図面の受け付け時には、図示しない、素材と溶接部のレイヤーの紐付けを設定するウィンドウ画面が表示され、入力する。受け付けられたCAD図面の内容はCAD図面表示器10に表示される。
本実施例のレーザ溶接の変形量予測により算出された変形量が、変形量表示器11に表示される。
製品等のレーザ溶接が完了した際に許容可能な許容変形量は、許容変形量入力器12に入力する。
本実施例のレーザ溶接の変形量予測で算出された変形を修正する際に用いる修正荷重と修正位置は、それぞれ、修正荷重表示器13、修正位置表示器14に表示される。
式(2)のαは線膨張係数である。aは結合した材料(素材と溶接部材)のそれぞれ厚みの割合を示すものである。例えば、1の材料が素材で、その厚みが30mm、2の材料が溶接部材でその厚みが1mmとした場合、a1が0.97でa2が0.03として計算を行う。
式(3)のWは熱収縮応力で、これは式(4)に示す、線膨張係数αと、温度差△Tとヤング率E、素材と溶接部を1/N化したものを結合した形状の断面積Aから算出される。その他、式(3)のLは素材の長さ、式(3)のEはヤング率、Iは断面二次モーメントのそれぞれの値を適用して、たわみを求め、そのたわみを変形量とする。
まず、処理24(曲がりプロファイル取得処理)では、図3の処理手順により算出されたたわみ量(変形量)、断面二次モーメント、ヤング率から、素材の長さ方向の曲がりプロファイルを取得する。
処理25(許容変形量取得処理)では、システムGUI1の許容変形量入力器12に入力された、許容変形量を取得する。
処理26(修正荷重算出処理)では、式(3)を、熱収縮応力を出力変数として変形した式に、変形量と許容変形量の差分と、断面二次モーメント、ヤング率を入力して、変形の修正に必要な修正荷重を算出する。
処理27(修正位置推定処理)では、処理25で求めた曲がりプロファイルの内、変形量が最大となる座標を求め、変形の修正位置を推定する。
処理28(提案値出力処理)では、図4の処理手順で算出した修正荷重と修正位置を、システムGUI1のそれぞれの表示箇所に表示する。
2:演算装置
3:データベース(DB)
4:素材情報入力器
5:溶接部材情報入力器
6:レーザパワー入力器
7:送り速度入力器
8:積層回数入力器
9:CAD図面入力器
10:CAD図面表示器
11:変形量予測値表示器
12:許容変形量入力器
13:修正荷重表示器
14:修正位置表示器
15:断面情報抽出処理
16:積層回数・ループ回数入力処理
17:断面二次モーメント算出処理
18:ヤング率・線膨張係数算出処理
19:データベース
20:たわみ(変形量)算出処理
22:入熱量算出処理
24:曲がりプロファイル取得処理
25:許容変形量取得処理
26:修正荷重算出処理
27:修正位置推定処理
28:提案値出力処理
29:素材
30:溶接部
31:推奨レーザパワー表示器
32:推奨送り速度表示器
101:プロセッサ
102:メモリ
103:外部記憶装置
104:処理プログラム
106:入力器
107:表示器
108:通信部
110:バス
Claims (15)
- 棒状素材に溶接部材をレーザ溶接して構成物を作成する際のレーザ溶接支援システムであって、
構成物の設計図面、素材および溶接部材の情報、溶接条件を入力する入力器と、
演算装置と、
表示器と、を備え、
前記演算装置は、
構成物の設計図面、素材および溶接部材の情報、溶接条件から構成物の変形量を予測し、
予測した前記構成物の変形量に基づいて、許容変形量に修正する際の修正荷重および修正位置を算出し、
前記表示部は、前記算出した修正荷重および修正位置を表示する、
ことを特徴とするレーザ溶接支援システム。 - 請求項1に記載のレーザ溶接支援システムにおいて、
前記演算装置は、
前記構造物の設計図面から素材と溶接部の断面情報を抽出する処理と、
前記素材に前記溶接部材を付着した構成物の断面二次モーメントを算出する処理と、
前記素材に前記溶接部材を付着した構成物のヤング率および線膨張係数を算出する処理と、
前記溶接条件から算出した入熱量に基づいて、前記素材に前記溶接部材を付着した構成物の変形量を算出する処理と、
を行うことを特徴とするレーザ溶接支援システム。 - 請求項2に記載のレーザ溶接支援システムにおいて、
前記演算装置は、更に、
前記変形量、前記断面二次モーメント、前記ヤング率から、前記構成物の長さ方向の曲がりプロファイルを取得する処理と、
入力器で入力された許容変形量と前記変形量との差分と、前記断面二次モーメント、前記ヤング率から、変形の修正に必要な修正荷重を算出する処理と、
前記曲がりプロファイルに基づいて、変形の修正位置を推定する処理と、
を行うことを特徴とするレーザ溶接支援システム。 - 請求項2に記載のレーザ溶接支援システムにおいて、
前記入力器は、溶接条件として前記溶接部材の積層回数を入力し、
前記演算装置は、
前記断面二次モーメントを算出する処理と、前記ヤング率および線膨張係数を算出する処理と、前記変形量を算出する処理とを、前記素材に前記溶接部材の各層を付着した構成物について繰り返すことを特徴とするレーザ溶接支援システム。 - 請求項3に記載のレーザ溶接支援システムにおいて、
レーザパワーと送り速度の組み合わせの情報が格納されたデータベースを備え、
前記演算装置は、
溶接部材に対応した複数のレーザパワーと送り速度の組み合わせに基づいて、複数の入熱量を算出する処理と、
前記算出した入熱量に基づいて、前記素材に前記溶接部材を付着した構成物の変形量を算出する処理と、
前記算出した変形量が、入力器で入力された許容変形量と同等か、もしくは下回る入熱量の条件を推奨レーザパワー、推奨送り速度として選定する処理と、
を行い、
前記表示器は、前記推奨レーザパワーおよび前記推奨送り速度を表示することを特徴とするレーザ溶接支援システム。 - 請求項1に記載のレーザ溶接支援システムにおいて、
前記入力器および前記表示器は、システムGUIであることを特徴とするレーザ溶接支援システム。 - 請求項1に記載のレーザ溶接支援システムにおいて、
前記棒状素材は、長尺円柱部材または長尺角柱部材であり、
前記構成物は、前記棒状素材の表面の一部に耐摩耗材料である溶接部材をレーザ溶接するものであるレーザ溶接支援システム。 - 棒状素材に溶接部材をレーザ溶接して構成物を作成する際のレーザ溶接支援方法であって、
演算装置が、
構成物の設計図面、素材および溶接部材の情報、溶接条件から構成物の変形量を予測し、
予測した前記構成物の変形量に基づいて、許容変形量に修正する際の修正荷重および修正位置を算出し、
表示器が、前記算出した修正荷重および修正位置を表示する、
ことを特徴とするレーザ溶接支援方法。 - 請求項8に記載のレーザ溶接支援方法において、
前記演算装置が、
前記構造物の設計図面から素材と溶接部の断面情報を抽出する処理と、
前記素材に前記溶接部材を付着した構成物の断面二次モーメントを算出する処理と、
前記素材に前記溶接部材を付着した構成物のヤング率および線膨張係数を算出する処理と、
前記溶接条件から算出した入熱量に基づいて、前記素材に前記溶接部材を付着した構成物の変形量を算出する処理と、
を行うことを特徴とするレーザ溶接支援方法。 - 請求項9に記載のレーザ溶接支援方法において、
前記演算装置が、更に、
前記変形量、前記断面二次モーメント、前記ヤング率から、前記構成物の長さ方向の曲がりプロファイルを取得する処理と、
入力器で入力された許容変形量と前記変形量との差分と、前記断面二次モーメント、前記ヤング率から、変形の修正に必要な修正荷重を算出する処理と、
前記曲がりプロファイルに基づいて、変形の修正位置を推定する処理と、
を行うことを特徴とするレーザ溶接支援方法。 - 請求項9に記載のレーザ溶接支援方法において、
前記演算装置が、
前記断面二次モーメントを算出する処理と、前記ヤング率および線膨張係数を算出する処理と、前記変形量を算出する処理とを、入力された前記溶接部材の積層回数ほど、前記素材に前記溶接部材の各層を付着した構成物について繰り返すことを特徴とするレーザ溶接支援方法。 - 請求項10に記載のレーザ溶接支援方法において、
前記演算装置が、
レーザパワーと送り速度の組み合わせの情報が格納されたデータベースから、溶接部材に対応した複数のレーザパワーと送り速度の組み合わせを読み出し、複数の入熱量を算出する処理と、
前記溶接条件から算出した入熱量に基づいて、前記素材に前記溶接部材を付着した構成物の変形量を算出する処理と、
前記変形量が、入力器で入力された許容変形量と同等か、もしくは下回る入熱量の条件を推奨レーザパワー、推奨送り速度として選定する処理と、
を行い、
前記表示器が、前記推奨レーザパワーおよび前記推奨送り速度を表示することを特徴とするレーザ溶接支援方法。 - コンピュータに、棒状素材に溶接部材をレーザ溶接して構成物を作成する際の支援を行わせるプログラムであって、
ユーザが入力した、構成物の設計図面、素材および溶接部材の情報、溶接条件から構成物の変形量を予測し、
予測した前記構成物の変形量に基づいて、許容変形量に修正する際の修正荷重および修正位置を算出し、
前記算出した修正荷重および修正位置を表示する、
ことを実行させるプログラム。 - 請求項13に記載のプログラムにおいて、
前記構造物の設計図面から素材と溶接部の断面情報を抽出する処理と、
前記素材に前記溶接部材を付着した構成物の断面二次モーメントを算出する処理と、
前記素材に前記溶接部材を付着した構成物のヤング率および線膨張係数を算出する処理と、
前記溶接条件から算出した入熱量に基づいて、前記素材に前記溶接部材を付着した構成物の変形量を算出する処理と、
を実行させるプログラム。 - 請求項14に記載のプログラムにおいて、更に、
前記変形量、前記断面二次モーメント、前記ヤング率から、前記構成物の長さ方向の曲がりプロファイルを取得する処理と、
入力器で入力された許容変形量と前記変形量との差分と、前記断面二次モーメント、前記ヤング率から、変形の修正に必要な修正荷重を算出する処理と、
前記曲がりプロファイルに基づいて、変形の修正位置を推定する処理と、
前記修正荷重および前記修正位置を表示する処理と、
を実行させるプログラム。
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