JPH0459994B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、被溶接材の材質、開先寸法を入力、
記憶し、これらに対して必要となる溶接パラメー
タを出力設定する溶接パラメータ設定方法に関す
る。

（従来の技術） 発電プラントや化学プラント等においては、配
管溶接箇所が非常に多く、またそのほとんどが水
平固定管溶接である。この水平固定管の溶接は全
姿勢溶接となるため、手溶接で行なう場合非常に
高度な技量および経験が要求される。

そこで、従来からこの配管溶接の自動化への要
望が強く、多くの固定管自動溶接装置が開発され
市販されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の固定管自動溶接装置はそ
のほとんどが全姿勢自動溶接作業を実施する上で
最も重要かつ必須となる溶接パラメータの設定を
人間に頼つて行なうことを前提をしており、従つ
て、実作業前にパラメータ選定実験を別途行なう
必要があつた。特に、このパラメータ設定作業は
材質、開先形状、寸法等の変更ごとに行なう必要
があり、また扱うパラメータも少なくないため、
多大な労力と時間を要していた。

つまり、固定配管自動溶接を行なう場合も、必
然的に熟練者もしくは専門のオペレータに依存し
なければならず、しかもその人が持つ知識、経験
等といつた不確定要因に常に左右されるという根
源的な問題点が存在していた。

従つて、本発明の目的は、上記従来技術の問題
点を解消し、被溶接材材質および開先形状寸法、
即ち図面情報を入力することにより、これらの情
報から最適な溶接パラメータを出力・設定するこ
とを可能とした溶接パラメータ設定方法を提供す
ることにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の溶接パラメータ設定方法は、被溶接材
の開先形状寸法から開先断面積を演算する第１の
ステツプと、被溶接材の材質から最大単位溶着体
積ならびに入熱係数を参照する第２のステツプ
と、この第２のステツプによつて得られた最大単
位溶着体積から第１のステツプによつて得られた
開先断面積を分割しパス割り付けを行ない単位溶
着体積を求める第３のステツプと、第２のステツ
プによつて得られた入熱係数と第３のステツプに
よつて得られた単位溶着体積とから溶接単位入熱
を求め、これに基づいて溶接パラメータを設定す
る第４のステツプとを備えたことを特徴とするも
のである。

（作用） 本発明の溶接パラメータ設定装置においては、
第１図に示すように、まず入力された被溶接材の
開先形状寸法から第１の手段T1により開先断面
積Ｓを求め、次に、第２の手段T2により入力さ
れた材質規格に対応した最大単位溶着体積V_nax
を参照し、これらを基に第３の手段T3により開
先断面積の分割、即ち、パス単位でのパス割り付
けを行ない、単位溶着体積V_Uを求める。そして、
第２の手段T2により材質規格から同時に参照さ
れる入熱係数αと第３の手段T3によつて得られ
た単位溶着体積V_uとから第４の手段T4により必
要な溶接単位入熱を求め、さらに溶接単位入熱か
ら溶接電流、溶接速度、アーク電圧等の溶接パラ
メータを設定する。以上の各機能を自動的に迅速
に実行するのが特徴である。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説
明する。

第２図は本発明の方法を実施するために用いら
れる溶接パラメータ設定装置のブロツク図であ
る。この溶接パラメータ設定装置１には材質規格
や開先形状寸法の入力を行なうキーボード１５
と、演算結果・入力要求等の表示を行なうCRT
表示部１４と、CRT表示部１４の表示内容をプ
リントアウトするプリンタ１６と、入力データや
演算結果を入出力する入出力インターフエイス１
３と、演算アルゴリズムおよび入力データや演算
結果を保存する記憶部１２と、記憶部１２の演算
アルゴリズムにより演算処理およびデータ入出力
を行なう中央処理装置（以下、CPUと称する）
１１が設けられている。記憶部１２はROM１２
１とRAM１２２とから構成されている。入出力
インターフエイス１３には必要に応じて図示して
いない磁気メモリからなる副記憶部が接続され、
記憶部１２に接続される。CPU１１の演算結果
は入出力インターフエイス１３を介して溶接制御
装置２に設定溶接パラメータとして送出される。
またさらに入出力インターフエイス１３を介して
他の自動溶接装置の溶接制御装置を設定装置１に
直結することもできる。

かかる構成において、次にその作用を第３図の
フローチヤートに従つて説明する。

スタートがかかると（ステツプ10）、まず被溶
接材の開先形状寸法をキーボード１５から入力し
（ステツプ20）、CPU１１において開先断面積Ｓ
を算出する（ステツプ30）。

第４図はＵ開先の一例を示す説明図であるが、
この場合、開先幅Ｗ、ルート幅Ｇ、開先高さＨを
入力することにより、開先断面積Ｓは Ｓ＝１／２×Ｈ×（Ｇ＋Ｗ） ……(1) なる式により導き出される。ここで、開先断面積
Ｓは一時的に記憶部１２のRAM１２２に記憶さ
れる。

次に、キーボード１５から材質規格を入力する
が（ステツプ40）、ここでは文献“ASME
Boiler ＆ Pressure Vessel Code，Section
IX”におけるＰ−Numberのように溶接固有技
術上から規定された包括的な規格を入力する。こ
の入力値は記憶部１２のRAM１２２に一時格納
される。

そして、このＰ−Numberに対応した最大単位
溶着体積V_naxおよび入熱係数αおよび溶接電流
Ｉを記憶部１２のROM１２１から呼び出してく
る（ステツプ50）。最大単位溶着体積V_naxとは、
全姿勢で溶接プールを正常に保持できる最大の単
位溶接当りの溶着ボリュームのことであり、その
Ｐ−Numberによつて決まる。一般に、全姿勢で
保持できる溶着ボリュームは材質のより大幅に変
化することが知られている。また、入熱係数αと
は次式で表されるものであり、材質によつて決ま
る溶着接ボリュームを良好に溶融させるための最
適な入熱Q₀と溶着ボリュームＶとの比較である。
すなわち α＝Q₀／Ｖ ……(2) ここで、第５図の特性図に、ある与えられた溶
着ボリュームＶにおいて入熱Ｑの及ぼす影響を示
す。同図に示すように、入熱Ｑが大きすぎると溶
接部の加熱による酸化、プール保持能力の低下を
招き、また入熱Ｑが小さすぎると未溶融・未溶着
部の発生等の不具合が起こる。また、材質によつ
ては入熱に強く依存して溶接割れを発生するもの
も少なくない。

次に、先の最大単位溶着体積V_naxおよび開先
断面積Ｓからパスごとの単位溶着体積V_u（＝溶着
断面積）とパス数Ｃを次式が成り立つように設定
する。もちろん、ここでV_u≦V_naxである。

Ｓ＝Ｃ×V_u＋V_l ……(3) Ｎ＝Ｃ＋１ ……(4) ただし、V_lは最終パス溶着体積（V_l＜V_nax）Ｎ
は全パス数である。

すなわち、第６図の模式図に示すように、開先
断面積Ｓに対して可能な限り１パスをV_naxで割
り付けてゆき、最後の余分を最終パスとする。し
かるに、ここでV_u、V_lに対し先の入熱係数αを
乗ずることによりそれぞれの最適入熱を得る（ス
テツプ70）。

そして最後に、上記の入熱および溶着体積に対
して、先の溶接電流を基に次式によりアーク電圧
V_a、溶接速度ｖ、ワイヤ送給速度Ｗを演算する
（ステツプ80）。

V_a＝ａ＋bI ……(5) ｖ＝Ｑ／Ｉ×V_a ……(6) Ｗ＝Ｖ×ｖ ……(7) ただし、ａ，ｂは定数、Ｉは溶接電流、Ｑは入
熱、Ｖは溶着体積である。

ここで、アーク電圧V_aを求める式は第７図の
特性図に示すように、アーク長一定におけるアー
ク負荷の電流と電圧の関係を数式化して得られ
る。

上述のような手順を踏むことによつて、溶接経
験のない材質や、寸法、形状をもつ被溶接管に対
しても実溶接作業を行なう前の溶接パラメータの
選定実験を行なう必要がなくなり、図面情報さえ
あれば全姿勢配管の自動溶接についてのパラメー
タの設定を容易に行なうことができる。また、得
られた溶接パラメータはCRT表示部１４やプリ
ンタ１６により直ちに出力することができる。一
方、この設定パラメータを入出力インターフェイ
スを通じて溶接制御装置２に送出することによ
り、人手を介することなく自動溶接系に溶接パラ
メータを設定することができる。

なお、上記実施例においては固定管自動溶接に
おけるパラメータ設定を例示したが、本発明の実
施はこれに限定されるものではなく、溶接ロボツ
トなどのような溶接作業動作は機械化・自動化さ
れてはいるが、溶接パラメータの選定は人間系に
依存しているようなすべての溶接設備に適用でき
ることはもちろんである。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の溶接パラメータ設
定方法によれば、固定管自動溶接装置や溶接ロボ
ツトのような自動溶接装置において、被溶接材の
材質、開先形状寸法を入力するだけで適正な溶接
パラメータの設定が可能となり、従つて、実際の
溶接作業においても高品質な溶接部を高い再現性
で得ることが可能である。またパラメータ選定実
験が不要になり、さらに溶接部の不具合部の補修
作業が低減されるため、溶接作業の高能率化を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する装置の機能ブ
ロツク図、第２図は本発明の方法を実施する装置
のブロツク図、第３図は本発明による方法の手順
を説明するためのフローチャート、第４図は開先
断面積を開先寸法から算出する場合の説明図、第
５図は入熱と不具合発生確率との関係を表す特性
図、第６図は開先断面積から溶接パスを割り付け
るときの要領を表す模式図、第７図は溶接電流と
アーク電圧の関係を表す特性線図である。 １……溶接パラメータ設定装置、２……溶接制
御装置、１１……中央処理装置、１２……記憶
部、１２１……ROM、１２２……RAM、１３
……入出力インターフエイス、１４……CRT表
示部、１５……キーボード、１６……プリンタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被溶接材の開先形状寸法から開先断面積を演
   算する第１のステツプと、被溶接材の材質から最
   大単位溶着体積ならびに入熱係数を参照する第２
   のステツプと、この第２のステツプによつて得ら
   れた最大単位溶着体積から前記第１のステツプに
   よつて得られた開先断面積を分割しパス割り付け
   を行ない単位溶着体積を求める第３のステツプ
   と、前記第２のステツプによつて得られた入熱係
   数と前記第３のステツプによつて得られた単位溶
   着体積とから溶接単位入熱を求め、これに基づい
   て溶接パラメータを設定する第４のステツプとを
   有する溶接パタメータの設定方法。