JP7507480B2 - Welding equipment and welding method - Google Patents

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Description

本発明は、溶接装置及び溶接方法に関する。 The present invention relates to a welding device and a welding method.

例えば非特許文献1(成田圀郎、「溶接後の処理と検査」、溶接学会誌第50巻第9号第875頁、1981年)に記載されているように、溶接を行った後には、溶接部の非破壊検査が行われ、割れ等が生じている欠陥箇所の補修(再溶接)が行われる。特に、大型の構造物においては、溶接部に高温割れが生じやすく、欠陥箇所に対する再溶接が不可欠であった。なお、高温割れとは、溶接中又は溶接後の冷却過程において溶接部に生じる割れである。 For example, as described in Non-Patent Document 1 (Narita Kuniro, "Post-welding treatment and inspection," Journal of the Japan Welding Society, Vol. 50, No. 9, p. 875, 1981), after welding, non-destructive inspection of the weld is performed and defective areas with cracks or other defects are repaired (rewelded). In particular, in large structures, hot cracks are likely to occur in the welds, making rewelding of defective areas essential. Hot cracks are cracks that occur in the welds during welding or during the cooling process after welding.

成田圀郎、「溶接後の処理と検査」、溶接学会誌第50巻第9号第875頁、1981年Kunio Narita, "Post-welding treatment and inspection", Journal of the Japan Welding Society, Vol. 50, No. 9, p. 875, 1981

上記のような欠陥箇所に対する再溶接を可能な限り行わないようにするためには、溶接時の高温割れの発生を抑制することが必要である。しかしながら、高温割れの発生に関わる溶接条件は多岐にわたり、その最適化が困難である結果、溶接時の高温割れの発生が十分抑制されていなかった。 In order to avoid rewelding of defective areas such as those described above as much as possible, it is necessary to suppress the occurrence of hot cracking during welding. However, there are a wide variety of welding conditions related to the occurrence of hot cracking, and optimizing these conditions is difficult, so the occurrence of hot cracking during welding has not been sufficiently suppressed.

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、高温割れの発生を抑制することが可能な溶接装置及び溶接方法を提供するものである。 The present invention has been made in consideration of the problems of the conventional technology as described above. More specifically, the present invention provides a welding device and a welding method that can suppress the occurrence of hot cracks.

本発明の溶接装置は、第1方向における第1部材の端面である第1端面と第1方向における第2部材の端面である第2端面とが対向している状態で第1部材及び第2部材を溶接する。溶接装置は、第1方向に交差している第2方向に沿って第1部材と第2部材とが溶接される溶接部上を移動する溶接トーチと、溶接トーチとともに第2方向に沿って移動しながら第1端面及び第2端面がなしている開先の第1方向における幅を測定するセンサとを備える。溶接装置は、開先の幅の変位が所定の閾値未満である場合に溶接装置に第1溶接条件に沿った溶接を行うとともに、開先の幅の変位が閾値以上である場合に第1溶接条件とは異なる第2溶接条件に沿った溶接を行うように構成されている。第2溶接条件における開先の幅の変位は、第1溶接条件における開先の幅の変位よりも小さい。 The welding device of the present invention welds a first member and a second member in a state in which a first end face, which is an end face of the first member in a first direction, and a second end face, which is an end face of the second member in the first direction, face each other. The welding device includes a welding torch that moves on a welded portion where the first member and the second member are welded along a second direction intersecting the first direction, and a sensor that measures the width of a groove in the first direction formed by the first end face and the second end face while moving along the second direction together with the welding torch. The welding device is configured to perform welding according to a first welding condition when the displacement of the groove width is less than a predetermined threshold value, and to perform welding according to a second welding condition different from the first welding condition when the displacement of the groove width is equal to or greater than the threshold value. The displacement of the groove width under the second welding condition is smaller than the displacement of the groove width under the first welding condition.

上記の溶接装置では、センサが、溶接トーチの前方において、開先の幅の変位を測定してもよい。 In the above welding device, the sensor may measure the displacement of the groove width in front of the welding torch.

上記の溶接装置では、第2溶接条件における溶接トーチの移動速度が、第1溶接条件における溶接トーチの移動速度よりも小さくてもよい。 In the above welding device, the movement speed of the welding torch under the second welding condition may be smaller than the movement speed of the welding torch under the first welding condition.

上記の溶接装置では、第2溶接条件における溶接トーチの出力が、第1溶接条件における溶接トーチの出力よりも小さくてもよい。 In the above welding device, the output of the welding torch under the second welding condition may be smaller than the output of the welding torch under the first welding condition.

上記の溶接装置では、溶接トーチは、第2溶接条件において、第1方向又は第2方向に沿ってウィービングされてもよい。 In the above welding device, the welding torch may weave along the first direction or the second direction under the second welding condition.

上記の溶接装置は、記憶装置と、プロセッサとをさらに備えていてもよい。記憶装置には、学習済みモデルが格納されていてもよい。学習済みモデルには、強化学習が行われていてもよい。強化学習においては、複数の学習用溶接条件のいずれかが選択された際に、第1報酬が付与されてもよい。第1報酬は、溶接部における高温割れの生じやすさの指標である高温割れ指標が小さくなるにしたがって、大きくなってもよい。強化学習においては、第1報酬に基づいて、価値関数の更新が行われてもよい。プロセッサは、価値関数に基づいて第1溶接条件を決定してもよい。 The above welding device may further include a storage device and a processor. The storage device may store a trained model. Reinforcement learning may be performed on the trained model. In the reinforcement learning, a first reward may be given when one of a plurality of learning welding conditions is selected. The first reward may increase as a hot crack index, which is an index of the susceptibility of hot cracking in the weld, decreases. In the reinforcement learning, a value function may be updated based on the first reward. The processor may determine the first welding condition based on the value function.

上記の溶接装置では、複数の学習用溶接条件の各々が選択された際の高温割れ指標が、有限要素法解析に基づいて算出されてもよい。 In the above welding device, the hot cracking index when each of the multiple learning welding conditions is selected may be calculated based on finite element analysis.

上記の溶接装置では、高温割れ指標が、溶接部の凝固脆性温度領域における引張塑性歪み、凝固脆性温度領域における温度勾配ベクトル及び開先の幅の変位の少なくともいずれかであってもよい。 In the above welding device, the hot cracking index may be at least one of the tensile plastic strain in the solidification brittle temperature range of the weld, the temperature gradient vector in the solidification brittle temperature range, and the displacement of the groove width.

上記の溶接装置では、強化学習において、複数の学習用溶接条件のいずれかが選択された際に、第2報酬がさらに付与されてもよい。第2報酬は、溶接トーチの平均移動速度が大きくなるにしたがって、大きくなってもよい。強化学習においては、第1報酬及び第2報酬に基づいて、価値関数の更新が行われてもよい。 In the above welding device, a second reward may be further provided when one of the multiple learning welding conditions is selected in reinforcement learning. The second reward may increase as the average movement speed of the welding torch increases. In reinforcement learning, the value function may be updated based on the first reward and the second reward.

上記の溶接装置では、学習済みモデルには、Q学習が行われてもよい。
上記の溶接装置は、記憶装置と、プロセッサとをさらに備えていてもよい。記憶装置には、学習済みモデルが格納されていてもよい。学習済みモデルは、溶接条件が入力された際に、溶接条件を適用した際の溶接部における高温割れの生じやすさの指標である高温割れ指標を出力してもよい。学習済みモデルには、学習用溶接条件と学習用溶接条件を適用した際の高温割れ指標とを含む教師データを用いて教師あり学習が行われていてもよい。プロセッサは、学習済みモデルから出力される高温割れ指標に基づいて第1溶接条件を決定してもよい。
In the above welding apparatus, the trained model may be subjected to Q-learning.
The above welding device may further include a storage device and a processor. The storage device may store a trained model. When welding conditions are input, the trained model may output a hot crack index that is an index of the likelihood of hot cracking occurring in a welded portion when the welding conditions are applied. The trained model may be subjected to supervised learning using teacher data including the learning welding conditions and the hot crack index when the learning welding conditions are applied. The processor may determine the first welding conditions based on the hot crack index output from the trained model.

上記の溶接装置は、記憶装置と、プロセッサとをさらに備えていてもよい。記憶装置には、溶接条件が入力された際に溶接条件の評価値を出力する評価関数が格納されていてもよい。評価値には、溶接条件を適用した際の溶接部における高温割れの生じやすさの指標である高温割れ指標が含まれていてもよい。プロセッサは、評価値に基づいて遺伝的アルゴリズムを適用することにより、第1溶接条件を決定してもよい。 The above welding device may further include a storage device and a processor. The storage device may store an evaluation function that outputs an evaluation value of the welding conditions when the welding conditions are input. The evaluation value may include a hot crack index that is an index of the likelihood of hot cracking occurring in the weld when the welding conditions are applied. The processor may determine the first welding conditions by applying a genetic algorithm based on the evaluation value.

本発明の溶接方法は、第1方向における第1部材の端面である第1端面と第1方向における第2部材の端面である第2端面とが対向している状態で第1部材及び第2部材を溶接する方法である。溶接方法は、第1方向に交差している第2方向に沿って溶接トーチを移動させることにより、第1部材と第2部材とを溶接する工程と、溶接トーチとともに第2方向に沿って移動するセンサにより、第1端面及び第2端面がなしている開先の第1方向における幅を測定する工程とを備える。第1部材と第2部材との溶接は、幅の変位が所定の閾値未満である場合に第1溶接条件に沿って行われるとともに、幅の変位が閾値以上である場合に第1溶接条件とは異なる第2溶接条件に沿って行われる。第2溶接条件における幅の変位は、第1溶接条件における幅の変位よりも小さい。 The welding method of the present invention is a method for welding a first member and a second member in a state in which a first end face, which is an end face of the first member in a first direction, and a second end face, which is an end face of the second member in the first direction, face each other. The welding method includes a step of welding the first member and the second member by moving a welding torch along a second direction intersecting the first direction, and a step of measuring the width in the first direction of a groove formed by the first end face and the second end face with a sensor moving along the second direction together with the welding torch. The welding of the first member and the second member is performed according to a first welding condition when the width displacement is less than a predetermined threshold value, and according to a second welding condition different from the first welding condition when the width displacement is equal to or greater than the threshold value. The width displacement under the second welding condition is smaller than the width displacement under the first welding condition.

本発明の溶接装置によると、高温割れの発生を抑制することができる。 The welding device of the present invention can suppress the occurrence of hot cracks.

溶接装置100のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a welding device 100. 互いに突き合わされた状態の第1部材110及び第2部材120の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a first member 110 and a second member 120 in abutted state against each other. 図2のIII-IIIにおける断面図である。3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2. 液相線温度と固体相線温度との間における凝固脆性温度領域の模式的な高温延性曲線である。1 is a schematic high-temperature ductility curve of a solidification brittle temperature region between a liquidus temperature and a solidus temperature. 溶接部の凝固脆性温度領域における引張塑性歪みと幅Wの変位量との関係を示す模式的なグラフである。1 is a schematic graph showing the relationship between tensile plastic strain and the amount of displacement of width W in the solidification brittle temperature region of a weld.

以下に、実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。ここでは、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。 Details of the embodiment will be described below with reference to the drawings. Here, the same or corresponding parts will be given the same reference symbols, and redundant explanations will not be repeated.

(第1実施形態)
以下に、第1実施形態に係る溶接装置(以下「溶接装置100」とする)を説明する。
First Embodiment
A welding device according to a first embodiment (hereinafter referred to as "welding device 100") will be described below.

<溶接装置100の構成>
図1は、溶接装置100のブロック図である。図1に示されるように、溶接装置100は、溶接トーチ10と、駆動機構20と、電源装置30と、センサ40と、コントローラ50とを有している。
<Configuration of welding device 100>
Fig. 1 is a block diagram of a welding device 100. As shown in Fig. 1, the welding device 100 includes a welding torch 10, a drive mechanism 20, a power supply device 30, a sensor 40, and a controller 50.

溶接装置100は、第1部材110と、第2部材120とを溶接する。図2は、互いに突き合わされた状態の第1部材110及び第2部材120の平面図である。図3は、図2のIII-IIIにおける断面図である。図2及び図3に示されるように、第1部材110及び第2部材120は、第1方向DR1において、互いに隣り合うように配置されている。 The welding device 100 welds a first member 110 and a second member 120. FIG. 2 is a plan view of the first member 110 and the second member 120 in a butted state. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2. As shown in FIGS. 2 and 3, the first member 110 and the second member 120 are disposed adjacent to each other in the first direction DR1.

第1部材110は、端面110aと、端面110bとを有している。端面110a及び端面110bは、第1方向DR1における第1部材110の端面である。第2部材120は、端面120aと、端面120bとを有している。端面120a及び端面120bは、第1方向DR1における第2部材120の端面である。第1部材110及び第2部材120は、端面110a及び端面120bが第1方向DR1において互いに対向するように配置されている。 The first member 110 has an end surface 110a and an end surface 110b. The end surface 110a and the end surface 110b are the end surfaces of the first member 110 in the first direction DR1. The second member 120 has an end surface 120a and an end surface 120b. The end surface 120a and the end surface 120b are the end surfaces of the second member 120 in the first direction DR1. The first member 110 and the second member 120 are arranged such that the end surface 110a and the end surface 120b face each other in the first direction DR1.

第1部材110は、第1主面110cと、第2主面110dとを有している。第1主面110c及び第2主面110dは、厚さ方向における第1部材110の端面である。第2部材120は、第1主面120cと、第2主面120dとを有している。第1主面120c及び第2主面120dは、厚さ方向における第2部材120の端面である。 The first member 110 has a first main surface 110c and a second main surface 110d. The first main surface 110c and the second main surface 110d are end surfaces of the first member 110 in the thickness direction. The second member 120 has a first main surface 120c and a second main surface 120d. The first main surface 120c and the second main surface 120d are end surfaces of the second member 120 in the thickness direction.

端面110a及び端面120aは、開先をなしている。図2及び図3に示されている例では、開先の形状は、V形開先である。すなわち、端面110aは、第1主面110c側から第2主面110d側に向かうにしたがって端面110bとの距離が大きくなるように傾斜しており、端面120aは、第1主面120c側から第2主面120d側に向かうにしたがって端面120bとの距離が大きくなるように傾斜している。 The end faces 110a and 120a form a groove. In the example shown in Figures 2 and 3, the groove has a V-shaped groove shape. That is, the end face 110a is inclined so that the distance from the end face 110b increases from the first main surface 110c side toward the second main surface 110d side, and the end face 120a is inclined so that the distance from the end face 120b increases from the first main surface 120c side toward the second main surface 120d side.

但し、開先の形状は、これに限られるものではない。端面110a及び端面120aがなしている開先は、I形開先であってもよい。すなわち、端面110a及び端面120aは、傾斜していなくてもよい。 However, the shape of the groove is not limited to this. The groove formed by the end face 110a and the end face 120a may be an I-shaped groove. In other words, the end face 110a and the end face 120a do not have to be inclined.

端面110aと端面120aとがなしている開先の第1方向DR1における幅を、幅Wとする。幅Wは、第1方向DR1における端面110aと端面120aとの間の距離の最大値である。図2及び図3に示されている例では、幅Wは、端面110aの第1主面110c側の端と端面120aの第1主面120c側の端との間の距離である。 The width of the groove formed by end face 110a and end face 120a in the first direction DR1 is defined as width W. Width W is the maximum distance between end face 110a and end face 120a in the first direction DR1. In the example shown in Figures 2 and 3, width W is the distance between the end of end face 110a on the first main surface 110c side and the end of end face 120a on the first main surface 120c side.

第1部材110及び第2部材120は、例えば、平板状の部材である。第1部材110及び第2部材120は、例えば、鋼製である。第1部材110及び第2部材120は、例えば、JIS規格(JIS G 3106:2008)に規定されている溶接構造用圧延鋼板(SM材)である。 The first member 110 and the second member 120 are, for example, flat plate-shaped members. The first member 110 and the second member 120 are, for example, made of steel. The first member 110 and the second member 120 are, for example, rolled steel plate for welded structures (SM material) as specified in the JIS standard (JIS G 3106:2008).

第1部材110及び第2部材120は、例えば、同一材料により形成されている。第1部材110及び第2部材120は、互いに異なる材料により形成されていてもよい。第1部材110及び第2部材120は、鋼製である必要はない。第1部材110及び第2部材120は、例えばアルミニウム(Al)合金等の非鉄合金であってもよい。 The first member 110 and the second member 120 are formed, for example, from the same material. The first member 110 and the second member 120 may be formed from different materials. The first member 110 and the second member 120 do not have to be made of steel. The first member 110 and the second member 120 may be made of a non-ferrous alloy, for example, an aluminum (Al) alloy.

溶接トーチ10は、例えば、アーク溶接用の溶接トーチである。但し、溶接トーチ10は、これに限られない。溶接トーチ10は、レーザ溶接用の溶接トーチであってもよい。溶接トーチ10は、駆動機構20により、第2方向DR2に沿って移動される。より具体的には、溶接トーチ10は、第1部材110と第2部材120とが溶接される部分(溶接部)上を、第2方向DR2における一方側から第2方向DR2における他方側に向かって移動する。溶接トーチ10は、第1主面110c及び第1主面120c側から、第1部材110及び第2部材120を溶接する。なお、第2方向DR2は、第1方向DR1に交差している(好ましくは、直交している)方向である。 The welding torch 10 is, for example, a welding torch for arc welding. However, the welding torch 10 is not limited to this. The welding torch 10 may be a welding torch for laser welding. The welding torch 10 is moved along the second direction DR2 by the drive mechanism 20. More specifically, the welding torch 10 moves from one side in the second direction DR2 to the other side in the second direction DR2 on the portion (weld portion) where the first member 110 and the second member 120 are welded. The welding torch 10 welds the first member 110 and the second member 120 from the first main surface 110c and the first main surface 120c side. The second direction DR2 is a direction that intersects (preferably perpendicular to) the first direction DR1.

好ましくは、駆動機構20は、第1方向DR1及び第2方向DR2の少なくとも一方に沿って溶接トーチ10を揺動させることができる。このことを別の観点から言えば、駆動機構20は、溶接トーチ10をウィービングさせることができる。 Preferably, the drive mechanism 20 can oscillate the welding torch 10 along at least one of the first direction DR1 and the second direction DR2. From another perspective, the drive mechanism 20 can weave the welding torch 10.

電源装置30から溶接トーチ10に電流が供給されることにより、溶接トーチ10にアークが発生し、当該アークにより第1部材110及び第2部材120の溶接が行われる。より具体的には、第1部材110と第2部材120との間に溶接金属130が形成されることにより、第1部材110と第2部材120との溶接が行われる。 When a current is supplied from the power supply unit 30 to the welding torch 10, an arc is generated in the welding torch 10, and the first member 110 and the second member 120 are welded by the arc. More specifically, the first member 110 and the second member 120 are welded by forming a weld metal 130 between the first member 110 and the second member 120.

溶接金属130は、溶接トーチ10により溶融された第1部材110及び第2部材120が混合(溶接材料が用いられる場合は、溶融した当該溶接材料もさらに混合される)され、冷却されることにより形成される。溶接トーチ10の出力は、電源装置30から供給される電流を変化させることにより、調整される。 The weld metal 130 is formed by mixing the first member 110 and the second member 120 melted by the welding torch 10 (if welding material is used, the molten welding material is also mixed) and cooling. The output of the welding torch 10 is adjusted by changing the current supplied from the power supply unit 30.

センサ40は、幅Wの変位を測定する。センサ40は、例えば、光学式変位センサ等の変位センサである。但し、センサ40は、これに限られない。センサ40は、例えば、撮像素子であり、撮像素子が撮影した画像に基づいて幅Wの変位を画像処理により算出してもよい。 The sensor 40 measures the displacement of the width W. The sensor 40 is, for example, a displacement sensor such as an optical displacement sensor. However, the sensor 40 is not limited to this. The sensor 40 is, for example, an imaging element, and the displacement of the width W may be calculated by image processing based on an image captured by the imaging element.

センサ40は、例えば駆動機構20により、溶接トーチ10とともに第2方向DR2に沿って移動される。好ましくは、センサ40は、溶接トーチ10よりも前方で(溶接トーチ10よりも第2方向DR2における他方側で)幅Wの変位を測定することが好ましい。但し、センサ40は、溶接トーチ10よりも後方で(溶接トーチ10よりも第2方向DR2における一方側で)幅Wの変位を測定してもよい。 The sensor 40 is moved along the second direction DR2 together with the welding torch 10, for example, by the drive mechanism 20. Preferably, the sensor 40 measures the displacement of the width W forward of the welding torch 10 (on the other side of the welding torch 10 in the second direction DR2). However, the sensor 40 may also measure the displacement of the width W rearward of the welding torch 10 (on one side of the welding torch 10 in the second direction DR2).

コントローラ50は、例えば、パーソナルコンピュータである。但し、コントローラ50は、これに限られない。コントローラ50は、入出力インターフェース(図示せず)を介して駆動機構20に対して制御信号を送信するとともに、入出力インターフェースを介して電源装置30に対して制御信号を送信する。また、コントローラ50は、入出力インターフェースを介してセンサ40から出力される幅Wの変位を示す出力信号を受信する。 The controller 50 is, for example, a personal computer. However, the controller 50 is not limited to this. The controller 50 transmits a control signal to the drive mechanism 20 via an input/output interface (not shown), and transmits a control signal to the power supply device 30 via the input/output interface. The controller 50 also receives an output signal indicating the displacement of the width W output from the sensor 40 via the input/output interface.

コントローラ50は、記憶装置51と、CPU(Central Processing Unit)52とを有している。記憶装置51には、所定の閾値が格納されている。CPU52は、この閾値とセンサ40により測定された幅Wの変位との大小関係を比較する。 The controller 50 has a storage device 51 and a CPU (Central Processing Unit) 52. A predetermined threshold value is stored in the storage device 51. The CPU 52 compares the magnitude relationship between this threshold value and the displacement of the width W measured by the sensor 40.

この比較結果に基づき、コントローラ50(CPU52)は、溶接装置100の溶接条件を変更する。より具体的には、幅Wの変位が上記の閾値未満である場合、溶接装置100は、第1溶接条件にしたがって溶接を行う。また、幅Wの変位が上記の閾値以上である場合、溶接装置100は、第2溶接条件にしたがって溶接を行う。第2溶接条件は、第1溶接条件とは異なる溶接条件である。第2溶接条件によると、第1溶接条件よりも幅Wの変位が小さくなる。 Based on the result of this comparison, the controller 50 (CPU 52) changes the welding conditions of the welding device 100. More specifically, if the displacement of the width W is less than the above threshold, the welding device 100 performs welding according to the first welding conditions. On the other hand, if the displacement of the width W is equal to or greater than the above threshold, the welding device 100 performs welding according to the second welding conditions. The second welding conditions are welding conditions different from the first welding conditions. According to the second welding conditions, the displacement of the width W is smaller than that of the first welding conditions.

第1溶接条件と第2溶接条件とでは、例えば、溶接トーチ10の移動速度が異なる。この場合、第2溶接条件における溶接トーチ10の移動速度は、第1溶接条件における溶接トーチ10の移動速度が小さい。コントローラ50は、例えば、幅Wの変位が上記の閾値未満である場合と幅Wの変位が上記の閾値以上である場合とで駆動機構20に送信する制御信号を変更することにより、溶接トーチ10の移動速度の変更を行う。 The first welding condition and the second welding condition, for example, differ in the movement speed of the welding torch 10. In this case, the movement speed of the welding torch 10 under the second welding condition is lower than the movement speed of the welding torch 10 under the first welding condition. The controller 50 changes the movement speed of the welding torch 10 by, for example, changing the control signal sent to the drive mechanism 20 when the displacement of the width W is less than the above threshold value and when the displacement of the width W is equal to or greater than the above threshold value.

第1溶接条件と第2溶接条件とでは、溶接トーチ10の出力(すなわち、溶接トーチ10から溶接部への入熱量)が異なっていてもよい。この場合、第2溶接条件における溶接トーチ10の出力は、第1溶接条件における溶接トーチ10の出力よりも小さい。コントローラ50は、例えば、幅Wの変位が上記の閾値未満である場合と幅Wの変位が上記の閾値以上である場合とで電源装置30に送信する制御信号を変更することにより、溶接トーチ10の出力の変更を行う。 The output of the welding torch 10 (i.e., the amount of heat input from the welding torch 10 to the welded portion) may be different between the first and second welding conditions. In this case, the output of the welding torch 10 under the second welding condition is smaller than the output of the welding torch 10 under the first welding condition. The controller 50 changes the output of the welding torch 10, for example, by changing the control signal sent to the power supply 30 when the displacement of the width W is less than the threshold value and when the displacement of the width W is equal to or greater than the threshold value.

第1溶接条件と第2溶接条件とでは、溶接トーチ10のウィービングの有無が異なっていてもよい。この場合、第2溶接条件においては溶接トーチ10のウィービングが行われる一方で、第1溶接条件においては溶接トーチ10のウィービングが行われない。コントローラ50は、例えば、幅Wの変位が上記の閾値未満である場合と幅Wの変位が上記の閾値以上である場合とで駆動機構20に送信する制御信号を変更することにより、溶接トーチ10のウィービングの有無を切り替える。 The first welding condition and the second welding condition may differ in whether or not the welding torch 10 weaves. In this case, the welding torch 10 weaves under the second welding condition, whereas the welding torch 10 does not weave under the first welding condition. The controller 50 switches between whether or not the welding torch 10 weaves by, for example, changing the control signal sent to the drive mechanism 20 when the displacement of the width W is less than the threshold value and when the displacement of the width W is equal to or greater than the threshold value.

なお、第1溶接条件と第2溶接条件との違いは、溶接トーチ10の動作の違い以外であってもよい。要するに、第2溶接条件は、幅Wの変位が小さくなるように決定された溶接条件であれば、特に限定されない。 The difference between the first and second welding conditions may be something other than the difference in the operation of the welding torch 10. In short, the second welding conditions are not particularly limited as long as they are welding conditions determined so that the displacement of the width W is small.

図2に示されるように、第1部材110及び第2部材120は、第2方向DR2に沿って、n(n:2以上の自然数)個の領域に区分することができる。これらの領域を、領域R~領域Rとする。溶接トーチ10が領域R(k:2以上n以下の自然数)を通過する際の第1溶接条件は、溶接トーチ10が領域R(l:kとは異なる2以上n以下の自然数)を通過する際の第1溶接条件と異なっていてもよい。すなわち、第1溶接条件は、溶接トーチ10が第2方向DR2に沿って移動するに伴って変化していてもよい。 2, the first member 110 and the second member 120 can be divided into n regions (n: a natural number equal to or greater than 2) along the second direction DR2. These regions are referred to as regions R 1 to R n . The first welding conditions when the welding torch 10 passes through region R k (k: a natural number equal to or greater than 2 and equal to or less than n) may be different from the first welding conditions when the welding torch 10 passes through region R l (l: a natural number equal to or greater than 2 and equal to or less than n, different from k). That is, the first welding conditions may change as the welding torch 10 moves along the second direction DR2.

なお、第1溶接条件から第2溶接条件に切り替えられた後に幅Wの変位が再び上記の閾値未満となった場合には、第2溶接条件から第1溶接条件に戻されてもよい。 Note that if the displacement of the width W again becomes less than the threshold value after switching from the first welding conditions to the second welding conditions, the welding conditions may be switched back from the second welding conditions to the first welding conditions.

<溶接装置100の効果>
溶接トーチ10からの溶接部への入熱により、溶接トーチ10の直下近傍には、溶融池が形成される。溶融池は、溶融混合された第1部材110及び第2部材120(溶接材料が用いられている場合、溶融池には、さらに、溶融した溶接材料も含まれる)により構成されている。
<Effects of the welding device 100>
Heat input from the welding torch 10 to the welded portion forms a molten pool immediately below the welding torch 10. The molten pool is composed of the first member 110 and the second member 120 that are melted and mixed (if a welding material is used, the molten pool also contains the molten welding material).

溶融池の後方端(第2方向DR2における一方側の端)に隣接して、凝固脆性温度領域(BTR:Brittle Temperature Region)が形成される。凝固脆性温度領域は、固相と液相とが共存している領域である。すなわち、凝固脆性温度領域は、その温度が母材(第1部材110及び第2部材120)の固相線温度を超えて母材の液相線温度未満となっている領域である。 A brittle temperature region (BTR) is formed adjacent to the rear end of the molten pool (one end in the second direction DR2). The brittle temperature region is a region in which the solid phase and the liquid phase coexist. In other words, the brittle temperature region is a region whose temperature exceeds the solidus temperature of the base material (first member 110 and second member 120) and is below the liquidus temperature of the base material.

図4は、液相線温度と固体相線温度との間における凝固脆性温度領域の模式的な高温延性曲線である。図4中において、横軸は凝固脆性温度領域の温度であり、縦軸は凝固脆性温度領域に加わる引張塑性歪みである。図4中の高温延性曲線(実線)は、所定の温度における高温割れが発生する限界の歪みを示している。また、図4中のT及びTは、それぞれ液相線温度及び固相線温度を示している。 Fig. 4 is a schematic high-temperature ductility curve of the solidification brittle temperature region between the liquidus temperature and the solidus temperature. In Fig. 4, the horizontal axis represents the temperature in the solidification brittle temperature region, and the vertical axis represents the tensile plastic strain applied in the solidification brittle temperature region. The high-temperature ductility curve (solid line) in Fig. 4 indicates the limit strain at which hot cracking occurs at a specified temperature. Furthermore, T L and T S in Fig. 4 indicate the liquidus temperature and solidus temperature, respectively.

図4に示されるように、凝固脆性温度領域においては、溶融している金属の凝固に伴い(すなわち、温度が低下するに伴い)、引張塑性歪みが増加する(図4中の点線参照)。この点線が高温延性曲線の上方にある領域(図4中のハッチングされた領域を参照)を通過する場合、凝固脆性温度領域に高温割れが生じることになる。すなわち、凝固脆性温度領域における引張塑性歪みは、溶接部に高温割れを生じさせる1つの要因である。 As shown in Figure 4, in the solidification brittle temperature region, tensile plastic strain increases as the molten metal solidifies (i.e., as the temperature drops) (see the dotted line in Figure 4). If this dotted line passes through the region above the high-temperature ductility curve (see the hatched region in Figure 4), hot cracking will occur in the solidification brittle temperature region. In other words, tensile plastic strain in the solidification brittle temperature region is one factor that causes hot cracking in the weld.

しかしながら、第1部材110と第2部材120との溶接を行っている過程で溶接部の凝固脆性温度領域における引張歪みを測定することは、困難である。 However, it is difficult to measure the tensile strain in the solidification brittle temperature range of the weld during the process of welding the first member 110 and the second member 120.

図5は、溶接部の凝固脆性温度領域における引張塑性歪みと幅Wの変位との関係を示す模式的なグラフである。図5中において、横軸が溶接部の凝固脆性温度領域における引張塑性歪みであり、縦軸が幅Wの変位量である。本発明者らが見出した知見によると、溶接部の凝固脆性温度領域における引張塑性歪みと幅Wの変位とは、概ね線形の関係にある。すなわち、幅Wの変位を小さくすれば、溶接部の凝固脆性温度領域における引張塑性歪みが小さくなり、溶接部に高温割れが生じにくくなる。 Figure 5 is a schematic graph showing the relationship between tensile plastic strain in the solidification brittle temperature range of the weld and the displacement of width W. In Figure 5, the horizontal axis represents the tensile plastic strain in the solidification brittle temperature range of the weld, and the vertical axis represents the amount of displacement of width W. According to the findings of the inventors, there is a roughly linear relationship between the tensile plastic strain in the solidification brittle temperature range of the weld and the displacement of width W. In other words, if the displacement of width W is reduced, the tensile plastic strain in the solidification brittle temperature range of the weld is reduced, making the weld less susceptible to hot cracking.

溶接装置100においては、幅Wの変位が所定の閾値以上となる場合に、溶接条件が第1溶接条件から第2溶接条件へと切り替えられる。溶接条件が第1溶接条件から第2溶接条件に切り替えられることにより、幅Wの変位は、小さくなる。 In the welding device 100, when the displacement of the width W is equal to or greater than a predetermined threshold, the welding conditions are switched from the first welding conditions to the second welding conditions. By switching the welding conditions from the first welding conditions to the second welding conditions, the displacement of the width W becomes smaller.

このように、溶接装置100においては、幅Wの変位をモニタリングすることにより溶接部の凝固脆性温度領域における引張塑性歪みを間接的にモニタリングすることができ、そのモニタリング結果に基づいて幅Wの変位が小さくなるように溶接条件が調整されるため、溶接部に高温割れが発生することを抑制できる。 In this way, in the welding device 100, the tensile plastic strain in the solidification brittle temperature region of the weld can be indirectly monitored by monitoring the displacement of the width W, and the welding conditions are adjusted based on the monitoring results to reduce the displacement of the width W, thereby suppressing the occurrence of high-temperature cracks in the weld.

(第2実施形態)
以下に、溶接装置200を説明する。ここでは、溶接装置100と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
Second Embodiment
The welding device 200 will be described below. Here, differences from the welding device 100 will be mainly described, and overlapping descriptions will not be repeated.

<溶接装置200の構成>
溶接装置200は、溶接装置100と同様に、溶接トーチ10と、駆動機構20と、電源装置30と、センサ40と、コントローラ50とを有している。溶接装置200は、学習済みモデルを有している。学習済みモデルは、コントローラ50の記憶装置51に格納されている。溶接装置200においては、コントローラ50(CPU52)が学習済みモデルに基づいて、第1溶接条件を決定する。これらの点に関して、溶接装置200の構成は、溶接装置100の構成と異なっている。
<Configuration of welding device 200>
Similar to welding device 100, welding device 200 has welding torch 10, drive mechanism 20, power supply device 30, sensor 40, and controller 50. Welding device 200 has a trained model. The trained model is stored in storage device 51 of controller 50. In welding device 200, controller 50 (CPU 52) determines first welding conditions based on the trained model. In these respects, the configuration of welding device 200 is different from the configuration of welding device 100.

学習済みモデルには、例えば、強化学習が行われている。溶接部における高温割れの生じやすさを示す指標を、高温割れ指標とする。高温割れ指標は、例えば、溶接部の凝固脆性温度領域における引張塑性歪みである。高温割れ指標は、溶接部の凝固脆性温度領域における温度勾配ベクトル又は幅Wの変位であってもよい。高温割れ指標には、上記のパラメータが組み合わせて用いられてもよい。 The trained model may be, for example, subjected to reinforcement learning. The hot cracking index is an index indicating the susceptibility of hot cracking in a weld. The hot cracking index may be, for example, tensile plastic strain in the solidification brittle temperature region of the weld. The hot cracking index may be the displacement of the temperature gradient vector or width W in the solidification brittle temperature region of the weld. The hot cracking index may be a combination of the above parameters.

なお、溶接部の凝固脆性温度領域における温度勾配ベクトルは、凝固脆性温度領域における溶接金属の結晶成長方向と対応している。溶接部における高温割れは、凝固脆性温度領域における溶接金属の結晶成長方向にも影響されるため、溶接部の凝固脆性温度領域における温度勾配ベクトルは、高温割れ指標となり得る。 The temperature gradient vector in the solidification brittle temperature range of a weld corresponds to the crystal growth direction of the weld metal in the solidification brittle temperature range. Since hot cracking in a weld is also affected by the crystal growth direction of the weld metal in the solidification brittle temperature range, the temperature gradient vector in the solidification brittle temperature range of a weld can be an indicator of hot cracking.

上記の高温割れ指標は、有限要素法(FEM:Finite Element Method)解析に基づいて算出されてもよく、実際の溶接施工時に測定を行うことにより取得してもよい。 The hot cracking index may be calculated based on finite element method (FEM) analysis, or may be obtained by performing measurements during actual welding.

強化学習が行われる際に用いられる溶接条件(学習用溶接条件)には、例えば、溶接トーチ10の移動速度が含まれる。学習用溶接条件には、溶接トーチ10の出力が含まれていてもよい。学習用溶接条件には、その他に、第1部材110と第2部材120との間の仮付けの有無、第1部材110と第2部材120との間の仮付けの寸法、第1部材110と第2部材120との間の仮付けの数、第1部材110の寸法、第2部材120の寸法、開先の形状等が含まれていてもよい。学習用溶接条件の数は、複数である。複数の学習用溶接条件の各々は、上記のパラメータのうちの少なくとも1つに関して、互いに異なっている。 The welding conditions (learning welding conditions) used when reinforcement learning is performed include, for example, the movement speed of the welding torch 10. The learning welding conditions may also include the output of the welding torch 10. The learning welding conditions may also include the presence or absence of a tack between the first member 110 and the second member 120, the dimensions of the tack between the first member 110 and the second member 120, the number of tacks between the first member 110 and the second member 120, the dimensions of the first member 110, the dimensions of the second member 120, the shape of the groove, and the like. There are multiple learning welding conditions. Each of the multiple learning welding conditions is different from the others with respect to at least one of the above parameters.

強化学習においては、学習用溶接条件の選択に伴って、報酬が付与される。報酬は、複数の学習用溶接条件のうちのいずれを選択するかにより異なる。強化学習においては、学習用溶接条件の選択に伴って付与された報酬に基づいて価値関数を更新することにより行われる。 In reinforcement learning, a reward is given in association with the selection of learning welding conditions. The reward differs depending on which of multiple learning welding conditions is selected. In reinforcement learning, the value function is updated based on the reward given in association with the selection of learning welding conditions.

例えば、学習用溶接条件の選択に伴って、第1報酬が付与される。第1報酬は、選択された学習用溶接条件に対応する高温割れ指標が小さいほど、大きくなる。価値関数が第1報酬に基づいて更新されることにより、強化学習が進行する。 For example, a first reward is given in response to the selection of learning welding conditions. The smaller the hot cracking index corresponding to the selected learning welding conditions, the larger the first reward becomes. Reinforcement learning progresses as the value function is updated based on the first reward.

学習用溶接条件の選択に伴って、第2報酬がさらに付与されてもよい。第2報酬は、第1報酬とは異なる報酬である。第2報酬は、溶接トーチ10の平均移動速度が大きくなるほど(すなわち、溶接効率が高くなるほど)、大きくなる。この場合、価値関数は、第1報酬及び第2報酬に基づいて更新されることになる。 A second reward may be further awarded in conjunction with the selection of the learning welding conditions. The second reward is different from the first reward. The second reward increases as the average movement speed of the welding torch 10 increases (i.e., the welding efficiency increases). In this case, the value function is updated based on the first reward and the second reward.

強化学習は、溶接の進行段階に応じた複数の状態に分けて行われてもよい。この複数の状態の各々は、例えば、溶接トーチ10が領域R~領域Rのいずれに位置しているかに対応している。この複数の状態の各々は、溶接トーチ10が領域R~領域Rのいずれに位置しているか及び溶接トーチ10の移動速度の履歴に対応していてもよい。強化学習が複数の状態に分けて行われる場合、学習用溶接条件の選択、報酬の付与及び価値関数の更新は、複数の状態の各々において行われることになる。 The reinforcement learning may be performed in a plurality of states according to the progress stage of welding. Each of the plurality of states corresponds to, for example, which of the regions R1 to Rn the welding torch 10 is located in. Each of the plurality of states may correspond to which of the regions R1 to Rn the welding torch 10 is located in and the history of the movement speed of the welding torch 10. When the reinforcement learning is performed in a plurality of states, the selection of the learning welding conditions, the assignment of the reward, and the update of the value function are performed in each of the plurality of states.

第1溶接条件は、学習済みモデルの価値関数に基づいて決定される。より具体的に、第1溶接条件は、学習済みモデルの価値関数を複数の状態の各々において最大化するように決定される。コントローラ50は、決定された第1溶接条件に含まれる各時点での溶接トーチ10の移動速度及び出力にしたがって、溶接トーチ10を動作させる。 The first welding conditions are determined based on the value function of the trained model. More specifically, the first welding conditions are determined so as to maximize the value function of the trained model in each of a plurality of states. The controller 50 operates the welding torch 10 according to the movement speed and output of the welding torch 10 at each point in time included in the determined first welding conditions.

上記の強化学習は、例えば、Q学習である。但し、学習済みモデルは、Q学習以外の強化学習が行われたものであってよい。Q学習は、式(1)にしたがって価値関数の更新を繰り返すことにより行われる。 The above reinforcement learning is, for example, Q-learning. However, the trained model may be one that has undergone reinforcement learning other than Q-learning. Q-learning is performed by repeatedly updating the value function according to formula (1).

Figure 0007507480000001
Figure 0007507480000001

Q(s(t),a(t))は、時点tにおける価値関数である。s(t)は、時点tにおける状態を示している。s(t)は、時点tにおいて状態に応じて、複数の値を取り得る。a(t)は、時点tにおける行動を示している。a(t)は、時点tにおいて選択された行動に応じて、複数の値を取り得る。αは、学習率であり、0を超えて1以下の数値である。γは、割引率であり、0を超えて1以下の数値である。 Q(s(t), a(t)) is the value function at time t. s(t) represents the state at time t. s(t) can take multiple values depending on the state at time t. a(t) represents the action at time t. a(t) can take multiple values depending on the action selected at time t. α is the learning rate and is a number greater than 0 and less than or equal to 1. γ is the discount rate and is a number greater than 0 and less than or equal to 1.

max[Q(s(i),a(i)]は、時点iにおける価値関数の最大値である。時点iは、時点tに対する過去又は未来の任意の時点である。rは、選択された行動(溶接条件)に対応して与えられる報酬である。 max[Q(s(i),a(i)] is the maximum value of the value function at time i. Time i can be any time in the past or future relative to time t. r is the reward given corresponding to the selected action (welding condition).

Q学習においては、第1に、Q(s(t),a(t))に対して、任意の初期値が与えられる。第2に、式(1)にしたがって、Q(s(t),a(t))が繰り返し更新される。この更新を行う際、例えば、ε-greedy法が用いられる。すなわち、この更新を行う際、原則として、価値関数の値が最大となる溶接条件の選択が行われるが、一定の確率で価値関数の大小にかかわらずランダムな溶接条件の選択が行われる。この一定の確率は、学習が進むにつれて(繰り返し回数が増加するにつれて)減少する。 In Q-learning, first, an arbitrary initial value is given to Q(s(t), a(t)). Second, Q(s(t), a(t)) is repeatedly updated according to equation (1). When performing this update, for example, the ε-greedy method is used. That is, when performing this update, in principle, the welding conditions that maximize the value of the value function are selected, but there is a certain probability that random welding conditions are selected regardless of the magnitude of the value function. This certain probability decreases as the learning progresses (as the number of repetitions increases).

s(t)は、例えば、時点tにおける溶接トーチ10の位置及び時点t以前の溶接条件の履歴に対応している。時点tにおける溶接トーチ10の位置は、溶接トーチ10が領域R~領域Rのいずれに位置しているかに対応している。時点t以前の溶接条件の履歴は、例えば、時点t以前の溶接トーチ10の移動速度の履歴又は時点t以前の溶接トーチ10の移動速度の履歴である。いくつ前の時点まで溶接条件の履歴をs(t)として考慮するかは、適宜選択される。 s(t) corresponds to, for example, the position of welding torch 10 at time t and the history of welding conditions before time t. The position of welding torch 10 at time t corresponds to which of regions R1 to Rn welding torch 10 is located in. The history of welding conditions before time t is, for example, the history of the movement speed of welding torch 10 before time t or the history of the movement speed of welding torch 10 before time t. How far back in time the history of welding conditions is to be considered as s(t) is appropriately selected.

a(t)は、例えば、時点tにおける溶接条件に対応している。a(t)として考慮される時点tにおける溶接条件は、例えば、時点tにおける溶接トーチ10の出力、時点tにおける溶接トーチ10の移動速度である。 a(t) corresponds to, for example, the welding conditions at time t. The welding conditions at time t considered as a(t) are, for example, the output of the welding torch 10 at time t and the movement speed of the welding torch 10 at time t.

但し、a(t)として考慮する時点tにおける溶接条件は、溶接トーチ10の移動速度及び溶接トーチ10の出力に限られない。例えば、a(t)として考慮する時点tにおける溶接条件は、第1部材110と第2部材120との間の仮付けの寸法、第1部材110と第2部材120との間の仮付けの数、第1部材110の寸法、第2部材120の寸法、開先の形状等である。 However, the welding conditions at time t considered as a(t) are not limited to the moving speed of the welding torch 10 and the output of the welding torch 10. For example, the welding conditions at time t considered as a(t) are the dimensions of the tack between the first member 110 and the second member 120, the number of tacks between the first member 110 and the second member 120, the dimensions of the first member 110, the dimensions of the second member 120, the shape of the groove, etc.

rは、例えば、時点tにおける溶接条件での高温割れ指標に基づいて付与される第1報酬を含む。rは、時点tにおける溶接条件での溶接効率を示す指標(例えば、溶接トーチ10の平均移動速度)に基づいて付与される第2報酬をさらに含んでいてもよい。 r includes, for example, a first reward that is awarded based on a hot crack index under the welding conditions at time t. r may further include a second reward that is awarded based on an index indicating the welding efficiency under the welding conditions at time t (for example, the average movement speed of the welding torch 10).

第1溶接条件は、学習済みのQ(s(t),a(t))の値に基づいて決定される。より具体的には、各時点での第1溶接条件は、Q(s(t),a(t))の値が最大化されるa(t)に対応するように決定される。 The first welding conditions are determined based on the learned value of Q(s(t), a(t)). More specifically, the first welding conditions at each time point are determined to correspond to a(t) at which the value of Q(s(t), a(t)) is maximized.

<溶接装置200の効果>
高温割れの発生には、多数のパラメータが関与している。そのため、実際の溶接施工を繰り返すことにより、溶接効率を維持しつつ、高温割れの発生を抑制可能な溶接条件に最適化しようとすると、困難を伴う。
<Effects of the welding device 200>
Many parameters are involved in the occurrence of hot cracking, so it is difficult to optimize the welding conditions by repeating actual welding procedures to suppress the occurrence of hot cracking while maintaining welding efficiency.

他方で、例えば強化学習を用いることにより、溶接効率を維持しつつ、高温割れの発生を抑制可能な溶接条件の最適化を容易に行うことができる。また、有限要素法解析を用いて高温割れ指標を算出することにより、強化学習に必要な多量のデータセットを容易に準備することができるため、この最適化は、さらに効率化される。 On the other hand, for example, by using reinforcement learning, it is possible to easily optimize welding conditions that can suppress the occurrence of hot cracking while maintaining welding efficiency. In addition, by calculating the hot cracking index using finite element analysis, it is possible to easily prepare a large amount of data set required for reinforcement learning, making this optimization even more efficient.

<強化学習に基づく第1溶接条件の決定例>
第1部材110及び第2部材120の第1方向DR1における幅を、それぞれ、70mmとした。第1部材110及び第2部材120の第2方向DR2における長さを、それぞれ、300mmとした。第1部材110及び第2部材120は、4つの領域、すなわち、領域R、領域R、領域R及び領域Rに区分されている。
<Example of determining first welding conditions based on reinforcement learning>
The width of the first member 110 and the second member 120 in the first direction DR1 was set to 70 mm. The length of the first member 110 and the second member 120 in the second direction DR2 was set to 300 mm. The first member 110 and the second member 120 were each divided into four regions, i.e., region R1 , region R2 , region R3 , and region R4 .

溶接トーチ10が領域Rにある時点を時点1とし、溶接トーチ10が領域Rにある時点を時点2とし、溶接トーチ10が領域Rにある時点を時点3とし、溶接トーチ10が領域Rにある時点を時点4とした。 The time when the welding torch 10 was in region R1 was designated time 1, the time when the welding torch 10 was in region R2 was designated time 2, the time when the welding torch 10 was in region R3 was designated time 3, and the time when the welding torch 10 was in region R4 was designated time 4.

a(t)として考慮する溶接条件は、溶接トーチ10の移動速度とした。a(t)として、5mm/秒、10mm/秒、15mm/秒及び20mm/秒の4種類の溶接トーチ10の移動速度が選択可能とされた。なお、溶接トーチ10の移動速度以外の溶接条件は、一定値に固定された。より具体的には、溶接トーチ10からの単位長さあたりの入熱量が70J/mmとされ、第1部材110と第2部材120との間に仮付けは設けられなかった。 The welding condition considered as a(t) was the movement speed of the welding torch 10. Four types of movement speed of the welding torch 10, 5 mm/sec, 10 mm/sec, 15 mm/sec, and 20 mm/sec, were selectable as a(t). Note that the welding conditions other than the movement speed of the welding torch 10 were fixed to constant values. More specifically, the heat input per unit length from the welding torch 10 was set to 70 J/mm, and no tack was provided between the first member 110 and the second member 120.

s(t)は、時点tにおける溶接トーチ10の位置(領域R~領域Rのいずれに溶接トーチ10があるか)及び時点(t-1)における溶接トーチ10の移動速度に基づいて決定された。但し、s(1)に関しては、それ以前の時点における溶接トーチ10の移動速度が存在しないため、時点(t-1)における溶接トーチ10の移動速度は考慮されなかった。 s(t) was determined based on the position of the welding torch 10 at time t (in which of regions R1 to R4 the welding torch 10 is located) and the movement speed of the welding torch 10 at time (t-1). However, for s(1), since there is no movement speed of the welding torch 10 at an earlier time point, the movement speed of the welding torch 10 at time (t-1) was not taken into consideration.

rは、高温割れ指標に基づく第1報酬及び溶接トーチ10の平均速度に基づく第2報酬が付与された。高温割れ指標が大きい溶接条件であるほど大きな第1報酬が付与され、溶接トーチ10の平均速度が大きい溶接条件であるほど大きな第2報酬が付与された。高温割れ指標には、溶接部の凝固脆性温度領域における引張塑性歪みが用いられた。 r was given a first reward based on the hot cracking index and a second reward based on the average speed of the welding torch 10. The higher the hot cracking index was for the welding conditions, the higher the first reward was given, and the higher the average speed of the welding torch 10 was for the welding conditions, the higher the second reward was given. The hot cracking index was determined by the tensile plastic strain in the solidification brittle temperature range of the weld.

以上の条件の下で、式(1)を50回更新した。式(1)の更新を50回行った時点におけるQ(s(t),a(t))の値が表1に示されている。なお、時点1~時点4において、それぞれ4通りの溶接トーチ10の移動速度の選択が可能であるため、合計パターンは、4=256通り存在している。 Under the above conditions, formula (1) was updated 50 times. The values of Q(s(t), a(t)) at the time when formula (1) was updated 50 times are shown in Table 1. Note that, since four different movement speeds of welding torch 10 can be selected at each of time points 1 to 4, there are a total of 4 4 = 256 patterns.

表1に示されるように、時点1における溶接トーチ10の移動速度を5mm/秒、時点2における溶接トーチ10の移動速度を5mm/秒、時点3における溶接トーチ10の移動速度を15mm/秒、時点4における溶接トーチ10の移動速度を20mm/秒とすることが、各時点でのQ(s(t),a(t))の値を最大化するa(t)の選択となる。 As shown in Table 1, the selection of a(t) that maximizes the value of Q(s(t), a(t)) at each time point is to set the movement speed of the welding torch 10 at time point 1 to 5 mm/sec, the movement speed of the welding torch 10 at time point 2 to 5 mm/sec, the movement speed of the welding torch 10 at time point 3 to 15 mm/sec, and the movement speed of the welding torch 10 at time point 4 to 20 mm/sec.

Figure 0007507480000002
Figure 0007507480000002

上記のQ学習が行われた学習済みモデルを用いた溶接条件の決定とは別に、有限要素法解析に基づいて高温割れの有無が評価された。この解析は、上記の同様に、256通り行われた。その結果、溶接トーチ10の領域R、領域R、領域R及び領域Rにおける移動速度をそれぞれ5mm/秒、5mm/秒、15mm/秒及び20mm/秒とすることが、高温割れの発生抑止及び溶接効率の観点から、最も好ましい溶接条件であった。すなわち、有限要素法解析により得られた最適な溶接条件と学習済みモデルにより得られた最適な溶接条件とが、互いに一致した。 In addition to the determination of the welding conditions using the trained model that had undergone the above Q-learning, the presence or absence of hot cracks was evaluated based on finite element analysis. This analysis was performed 256 times in the same manner as above. As a result, the most preferable welding conditions from the viewpoints of preventing hot cracks and welding efficiency were that the moving speeds of the welding torch 10 in the regions R1 , R2 , R3 , and R4 were 5 mm/sec, 5 mm/sec, 15 mm/sec, and 20 mm/sec, respectively. That is, the optimal welding conditions obtained by the finite element analysis and the optimal welding conditions obtained by the trained model were consistent with each other.

このように、第1溶接条件がQ学習の行われた学習済みモデルに基づいて適切に決定され得ることが、上記の比較から明らかにされた。 In this way, the above comparison reveals that the first welding conditions can be appropriately determined based on a trained model that has undergone Q-learning.

<変形例>
上記では、学習済みモデルには強化学習が適用されるとしたが、学習済みモデルに適用される学習は、これに限られない。例えば、学習済みモデルは、入力される溶接条件に対して当該溶接条件を適用した際の高温割れ指標を出力し、学習用溶接条件と当該学習用溶接条件を適用した際の高温割れ指標とを含むデータセットを教師データとして用いて教師あり学習が行われていてもよい。
<Modification>
In the above, reinforcement learning is applied to the trained model, but the learning applied to the trained model is not limited to this. For example, the trained model may output a hot crack index when a welding condition is applied to an input welding condition, and supervised learning may be performed using a data set including the learning welding condition and the hot crack index when the learning welding condition is applied as training data.

また、第1溶接条件は、遺伝的アルゴリズムを適用することにより決定されてもよい。より具体的には、記憶装置51には、溶接条件が入力された際に当該溶接条件の評価値を出力する評価関数が格納されている。この評価値には、高温割れ指標が含まれている。CPU52は、この評価値を参照して遺伝的アルゴリズムを適用する(例えば、高温割れ指標が最小となる溶接条件を遺伝的アルゴリズムで探索する)ことにより、第1溶接条件を決定してもよい。 The first welding conditions may also be determined by applying a genetic algorithm. More specifically, the storage device 51 stores an evaluation function that outputs an evaluation value of the welding conditions when the welding conditions are input. This evaluation value includes a hot cracking index. The CPU 52 may determine the first welding conditions by referencing this evaluation value and applying a genetic algorithm (for example, searching for welding conditions that minimize the hot cracking index using a genetic algorithm).

さらに、第1溶接条件の決定手法(最適化手法)は、上記のものに限られない。CPU52は、例えば、コンプレックスメソッド、最急降下法又はランダムサーチを適用することにより、第1溶接条件を決定してもよい。 Furthermore, the method for determining the first welding conditions (optimization method) is not limited to the above. The CPU 52 may determine the first welding conditions by applying, for example, a complex method, a steepest descent method, or a random search.

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上記の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the above embodiment can be modified in various ways. Furthermore, the scope of the present invention is not limited to the above embodiment. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.

10 溶接トーチ、20 駆動機構、30 電源装置、40 センサ、50 コントローラ、51 記憶装置、52 CPU、100,200 溶接装置、110 第1部材、110a,110b 端面、110c 第1主面、110d 第2主面、120 第2部材、120a,120b 端面、120c 第1主面、120d 第2主面、130 溶接金属、DR1 第1方向、DR2 第2方向、W 幅。 10 welding torch, 20 driving mechanism, 30 power supply, 40 sensor, 50 controller, 51 storage device, 52 CPU, 100, 200 welding device, 110 first member, 110a, 110b end face, 110c first main surface, 110d second main surface, 120 second member, 120a, 120b end face, 120c first main surface, 120d second main surface, 130 weld metal, DR1 first direction, DR2 second direction, W width.

Claims (12)

第1方向における第1部材の端面である第1端面と前記第1方向における第2部材の端面である第2端面とが対向している状態で前記第1部材及び前記第2部材を溶接する溶接装置であって、
前記第1方向に交差している第2方向に沿って前記第1部材と前記第2部材とが溶接される溶接部上を移動する溶接トーチと、
前記溶接トーチとともに前記第2方向に沿って移動しながら前記第1端面及び前記第2端面がなしている開先の前記第1方向における幅を測定するセンサとを備え、
前記溶接装置は、前記幅の変位が所定の閾値未満である場合に前記溶接装置に第1溶接条件に沿った溶接を行うとともに、前記幅の変位が前記閾値以上である場合に前記第1溶接条件とは異なる第2溶接条件に沿った溶接を行うように構成されており、
前記第2溶接条件における前記幅の変位は、前記第1溶接条件における前記幅の変位よりも小さく、
前記第2溶接条件における前記溶接トーチの出力は、前記第1溶接条件における前記溶接トーチの出力よりも小さい、溶接装置。
A welding device that welds a first member and a second member in a state in which a first end surface that is an end surface of a first member in a first direction and a second end surface that is an end surface of a second member in the first direction face each other,
a welding torch that moves over a welded portion where the first member and the second member are welded along a second direction that intersects the first direction;
a sensor that measures a width of a groove formed by the first end surface and the second end surface in the first direction while moving along the second direction together with the welding torch,
The welding device is configured to perform welding according to a first welding condition when the displacement of the width is less than a predetermined threshold, and to perform welding according to a second welding condition different from the first welding condition when the displacement of the width is equal to or greater than the threshold,
the width variation under the second welding condition is smaller than the width variation under the first welding condition,
A welding apparatus , wherein an output of the welding torch under the second welding condition is smaller than an output of the welding torch under the first welding condition .
前記センサは、前記溶接トーチの前方において、前記幅の変位を測定する、請求項1に記載の溶接装置。 The welding device of claim 1, wherein the sensor measures the width displacement in front of the welding torch. 前記第2溶接条件における前記溶接トーチの移動速度は、前記第1溶接条件における前記溶接トーチの移動速度よりも小さい、請求項1又は請求項2に記載の溶接装置。 The welding device according to claim 1 or 2, wherein the movement speed of the welding torch under the second welding condition is smaller than the movement speed of the welding torch under the first welding condition. 前記第2溶接条件においては、前記溶接トーチは、前記第1方向又は前記第2方向に沿ってウィービングされる、請求項1~請求項のいずれか1項に記載の溶接装置。 4. The welding device according to claim 1 , wherein under the second welding condition, the welding torch is weaved along the first direction or the second direction. 第1方向における第1部材の端面である第1端面と前記第1方向における第2部材の端面である第2端面とが対向している状態で前記第1部材及び前記第2部材を溶接する溶接装置であって、
前記第1方向に交差している第2方向に沿って前記第1部材と前記第2部材とが溶接される溶接部上を移動する溶接トーチと、
前記溶接トーチとともに前記第2方向に沿って移動しながら前記第1端面及び前記第2端面がなしている開先の前記第1方向における幅を測定するセンサとを備え、
前記溶接装置は、前記幅の変位が所定の閾値未満である場合に前記溶接装置に第1溶接条件に沿った溶接を行うとともに、前記幅の変位が前記閾値以上である場合に前記第1溶接条件とは異なる第2溶接条件に沿った溶接を行うように構成されており、
前記第2溶接条件における前記幅の変位は、前記第1溶接条件における前記幅の変位よりも小さく、
前記溶接装置は、記憶装置と、プロセッサとをさらに備え、
前記記憶装置には、学習済みモデルが格納されており、
前記学習済みモデルには、強化学習が行われており、
前記強化学習においては、複数の学習用溶接条件のいずれかが選択された際に、第1報酬が付与され、
前記第1報酬は、前記溶接部における高温割れの生じやすさの指標である高温割れ指標が小さくなるにしたがって、大きくなり、
前記強化学習においては、前記第1報酬に基づいて、価値関数の更新が行われ、
前記プロセッサは、前記価値関数に基づいて前記第1溶接条件を決定する溶接装置。
A welding device that welds a first member and a second member in a state in which a first end surface that is an end surface of a first member in a first direction and a second end surface that is an end surface of a second member in the first direction face each other,
a welding torch that moves over a welded portion where the first member and the second member are welded along a second direction that intersects the first direction;
a sensor that measures a width of a groove formed by the first end surface and the second end surface in the first direction while moving along the second direction together with the welding torch,
The welding device is configured to perform welding according to a first welding condition when the displacement of the width is less than a predetermined threshold, and to perform welding according to a second welding condition different from the first welding condition when the displacement of the width is equal to or greater than the threshold,
The width variation under the second welding condition is smaller than the width variation under the first welding condition,
The welding apparatus further includes a memory device and a processor.
The storage device stores a trained model,
The trained model has undergone reinforcement learning,
In the reinforcement learning, when any one of a plurality of learning welding conditions is selected, a first reward is given;
The first reward increases as a hot crack index, which is an index of the susceptibility of hot cracking in the welded portion, decreases,
In the reinforcement learning, a value function is updated based on the first reward;
The processor determines the first welding condition based on the value function .
前記複数の学習用溶接条件の各々が選択された際の前記高温割れ指標は、有限要素法解析に基づいて算出される、請求項に記載の溶接装置。 The welding device according to claim 5 , wherein the hot cracking index when each of the plurality of learning welding conditions is selected is calculated based on a finite element method analysis. 前記高温割れ指標は、前記溶接部の凝固脆性温度領域における引張塑性歪み、前記凝固脆性温度領域における温度勾配ベクトル及び前記幅の変位の少なくともいずれかである、請求項に記載の溶接装置。 The welding device according to claim 6 , wherein the hot cracking index is at least one of a tensile plastic strain in a solidification brittle temperature region of the weld, a temperature gradient vector in the solidification brittle temperature region, and a displacement of the width. 前記強化学習においては、前記複数の学習用溶接条件のいずれかが選択された際に、第2報酬がさらに付与され、
前記第2報酬は、前記溶接トーチの平均移動速度が大きくなるにしたがって、大きくなり、
前記強化学習においては、前記第1報酬及び前記第2報酬に基づいて、前記価値関数の更新が行われる、請求項~請求項のいずれか1項に記載の溶接装置。
In the reinforcement learning, when any one of the plurality of learning welding conditions is selected, a second reward is further given;
the second reward increases as the average moving speed of the welding torch increases,
The welding device according to claim 5 , wherein in the reinforcement learning, the value function is updated based on the first reward and the second reward.
前記学習済みモデルには、Q学習が行われている、請求項~請求項のいずれか1項に記載の溶接装置。 The welding device according to any one of claims 5 to 8 , wherein the trained model has undergone Q-learning. 第1方向における第1部材の端面である第1端面と前記第1方向における第2部材の端面である第2端面とが対向している状態で前記第1部材及び前記第2部材を溶接する溶接装置であって、
前記第1方向に交差している第2方向に沿って前記第1部材と前記第2部材とが溶接される溶接部上を移動する溶接トーチと、
前記溶接トーチとともに前記第2方向に沿って移動しながら前記第1端面及び前記第2端面がなしている開先の前記第1方向における幅を測定するセンサとを備え、
前記溶接装置は、前記幅の変位が所定の閾値未満である場合に前記溶接装置に第1溶接条件に沿った溶接を行うとともに、前記幅の変位が前記閾値以上である場合に前記第1溶接条件とは異なる第2溶接条件に沿った溶接を行うように構成されており、
前記第2溶接条件における前記幅の変位は、前記第1溶接条件における前記幅の変位よりも小さく、
前記溶接装置は、記憶装置と、プロセッサとをさらに備え、
前記記憶装置には、学習済みモデルが格納されており、
前記学習済みモデルは、溶接条件が入力された際に、前記溶接条件を適用した際の前記溶接部における高温割れの生じやすさの指標である高温割れ指標を出力し、
前記学習済みモデルには、学習用溶接条件と前記学習用溶接条件を適用した際の前記高温割れ指標とを含む教師データを用いて教師あり学習が行われており、
前記プロセッサは、前記学習済みモデルから出力される前記高温割れ指標に基づいて前記第1溶接条件を決定する溶接装置。
A welding device that welds a first member and a second member in a state in which a first end surface that is an end surface of a first member in a first direction and a second end surface that is an end surface of a second member in the first direction face each other,
a welding torch that moves over a welded portion where the first member and the second member are welded along a second direction that intersects the first direction;
a sensor that measures a width of a groove formed by the first end surface and the second end surface in the first direction while moving along the second direction together with the welding torch,
The welding device is configured to perform welding according to a first welding condition when the displacement of the width is less than a predetermined threshold, and to perform welding according to a second welding condition different from the first welding condition when the displacement of the width is equal to or greater than the threshold,
the width variation under the second welding condition is smaller than the width variation under the first welding condition,
The welding apparatus further includes a memory device and a processor.
The storage device stores a trained model,
When welding conditions are input, the trained model outputs a hot cracking index that is an index of the likelihood of hot cracking occurring in the weld when the welding conditions are applied;
The trained model is subjected to supervised learning using training data including a learning welding condition and the hot cracking index when the learning welding condition is applied,
The processor determines the first welding condition based on the hot cracking index output from the trained model .
第1方向における第1部材の端面である第1端面と前記第1方向における第2部材の端面である第2端面とが対向している状態で前記第1部材及び前記第2部材を溶接する溶接装置であって、
前記第1方向に交差している第2方向に沿って前記第1部材と前記第2部材とが溶接される溶接部上を移動する溶接トーチと、
前記溶接トーチとともに前記第2方向に沿って移動しながら前記第1端面及び前記第2端面がなしている開先の前記第1方向における幅を測定するセンサとを備え、
前記溶接装置は、前記幅の変位が所定の閾値未満である場合に前記溶接装置に第1溶接条件に沿った溶接を行うとともに、前記幅の変位が前記閾値以上である場合に前記第1溶接条件とは異なる第2溶接条件に沿った溶接を行うように構成されており、
前記第2溶接条件における前記幅の変位は、前記第1溶接条件における前記幅の変位よりも小さく、
前記溶接装置は、記憶装置と、プロセッサとをさらに備え、
前記記憶装置には、溶接条件が入力された際に前記溶接条件の評価値を出力する評価関数が格納されており、
前記評価値には、前記溶接条件を適用した際の前記溶接部における高温割れの生じやすさの指標である高温割れ指標が含まれており、
前記プロセッサは、前記評価値に基づいて遺伝的アルゴリズムを適用することにより、前記第1溶接条件を決定する溶接装置。
A welding device that welds a first member and a second member in a state in which a first end surface that is an end surface of a first member in a first direction and a second end surface that is an end surface of a second member in the first direction face each other,
a welding torch that moves over a welded portion where the first member and the second member are welded along a second direction that intersects the first direction;
a sensor that measures a width of a groove formed by the first end surface and the second end surface in the first direction while moving along the second direction together with the welding torch,
The welding device is configured to perform welding according to a first welding condition when the displacement of the width is less than a predetermined threshold, and to perform welding according to a second welding condition different from the first welding condition when the displacement of the width is equal to or greater than the threshold,
The width variation under the second welding condition is smaller than the width variation under the first welding condition,
The welding apparatus further includes a memory device and a processor.
an evaluation function is stored in the storage device, which outputs an evaluation value of a welding condition when the welding condition is input;
The evaluation value includes a hot crack index which is an index of the susceptibility of hot cracking to occur in the weld when the welding conditions are applied,
The processor determines the first welding condition by applying a genetic algorithm based on the evaluation value.
第1方向における第1部材の端面である第1端面と前記第1方向における第2部材の端面である第2端面とが対向している状態で前記第1部材及び前記第2部材を溶接する溶接方法であって、
前記第1方向に交差している第2方向に沿って溶接トーチを移動させることにより、前記第1部材と前記第2部材とを溶接する工程と、
前記溶接トーチとともに前記第2方向に沿って移動するセンサにより、前記第1端面及び前記第2端面がなしている開先の前記第1方向における幅を測定する工程とを備え、
前記第1部材と前記第2部材との溶接は、前記幅の変位が所定の閾値未満である場合に第1溶接条件に沿って行われるとともに、前記幅の変位が前記閾値以上である場合に前記第1溶接条件とは異なる第2溶接条件に沿って行われ、
前記第2溶接条件における前記幅の変位は、前記第1溶接条件における前記幅の変位よりも小さ
前記第2溶接条件における前記溶接トーチの出力は、前記第1溶接条件における前記溶接トーチの出力よりも小さい、溶接方法。
A welding method for welding a first member and a second member in a state in which a first end surface that is an end surface of a first member in a first direction and a second end surface that is an end surface of a second member in the first direction face each other, the method comprising the steps of:
welding the first member and the second member together by moving a welding torch along a second direction intersecting the first direction;
and measuring a width of the groove formed by the first end surface and the second end surface in the first direction by a sensor moving along the second direction together with the welding torch,
The welding of the first member and the second member is performed according to a first welding condition when the displacement of the width is less than a predetermined threshold value, and according to a second welding condition different from the first welding condition when the displacement of the width is equal to or greater than the threshold value,
The width variation under the second welding condition is smaller than the width variation under the first welding condition,
A welding method , wherein an output of the welding torch under the second welding condition is smaller than an output of the welding torch under the first welding condition .
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