JPH07214317A - 溶接作業シミュレータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】与えた施工条件での施工結果を知ることができ
るようにすること。 【構成】アーク溶接に使用するワイヤの種類と径、溶接
速度、チップ‐被溶接母材間距離、ワイヤ送給速度及び
印加するアーク電圧値等の施工条件を与える設定器３
と、該施工条件を用い理論的に定まる上記施工条件の各
要素と溶接電流ｉ、チップからのワイヤ突出量ｌe 、及
びワイヤ先端側に発生するアークのアーク長ｌa の関係
を示す式によるｉ，ｌe 及びｌa を求める第１演算機
能、及び溶接速度とワイヤ送給量に対する溶接速度の関
係が楕円の半分の面積に等しいことを利用した関係式よ
り半楕円形近似のビード形状を求める第２演算機能、こ
れら演算結果に基づき被溶接母材に対するワイヤ突出し
状態、及びワイヤ先端側に発生するアークの状態を示す
状態図及び被溶接母材上のビード形状の図を作成する機
能とを有する演算装置１と、該作成された図を表示する
表示装置２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶接作業の条件設定を支
援するための溶接作業シミュレータ装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】被溶接材を突き合わせて、アーク溶接に
より溶接を行う場合、手作業により溶接を行うケース
と、自動溶接機により自動的に溶接を行わせるケースと
がある。ここで自動溶接機により溶接を行わせるケース
では、溶接ワイヤを保持した溶接チップを、シールドガ
スの吹き付けノズルであるシールドノズルとともに移動
台車に取り付け、この移動台車の移動制御によってアー
ク溶接して行く。

【０００３】すなわち、溶接ワイヤを保持した溶接チッ
プをシールドノズル内に配置し、溶接ワイヤの先端と被
溶接材の突き合わせ部分との距離を溶接ワイヤの自動調
整装置であるワイヤ供給装置により自動送出して調整
し、溶接ワイヤと被溶接材との間に電圧を印加すること
によって当該溶接ワイヤと被溶接材との間でアーク放電
させて、溶接ワイヤを溶かしながら、移動台車の移動制
御によって溶接線を移動させ、溶接して行く。

【０００４】このような装置でアーク溶接を行うにあた
っては、高品質で信頼性の高い溶接を行うために、被溶
接材の材種やその被溶接材の開先形状、その被溶接材の
板厚、および溶接姿勢に応じて定まる種々の条件を最適
に設定し、その条件下で施工しなければならない。

【０００５】すなわち、アーク溶接を行う場合、被溶接
材の材種やその被溶接材の開先形状、その被溶接材の板
厚、および溶接姿勢に応じてワイヤの種類、ワイヤ径、
シールドガス種、アーク電流値、アーク電圧値、溶接速
度など、使用する適正な条件が決まる。これらの条件の
中で、特にアーク電流値、アーク電圧値、溶接速度を狭
義で溶接条件と云う。

【０００６】ところで、アーク溶接を行うにあたって、
この狭義の溶接条件が与えられ、この溶接条件で溶接施
工を行った時に、実際のアーク状態および溶接ビード形
状がどうなるかは推定することができない。そのため、
この狭義の溶接条件を与えてアーク溶接を施工した段階
で、はじめて実際のアーク状態および溶接ビード形状が
わかる。

【０００７】そのため、上記溶接条件を設定する場合、
熟練技能者でないと、設定した条件が適正であるのか、
否かを判断することができない。しかも、熟練技能者で
あっても、設定する値を無意識に誤ってしまうこともあ
り、そのような場合では、その設定条件で実際に溶接が
施工されてはじめて、設定にミスがあったことを知るこ
とになり、品質管理上、問題であるばかりか、製品の加
工不良に繋がり、また、作業時間の無駄ともなって、生
産性の上で大きな支障を来す。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、自動溶接
機で溶接を行う場合、溶接条件を予め最適値に設定する
必要がある。そして、被溶接材種、開先形状、板厚、お
よび溶接姿勢ごとにワイヤの種類、ワイヤ径、シールド
ガス種（ガスの種類）、アーク電流値、アーク電圧値、
溶接速度等の溶接条件の設定を行う必要があるが、その
設定の便宜を図るため、従来装置ではこれらはテーブル
形式で与えられている。

【０００９】この中で、特にアーク電流値、アーク電圧
値、溶接速度を狭義で溶接条件と云う。ところで、この
狭義の溶接条件が与えられ、この条件で溶接施工を行っ
た時に、アーク状態および溶接ビード形状がどうなるか
は、その設定した数値を見ても推定することができな
い。

【００１０】従って、これらの溶接条件が誤って設定さ
れた場合や、設定した溶接条件が不適正の場合、溶接を
施工した段階で初めて不適正であったことが判ることに
なり、事前に察知することはできない。これでは品質管
理上、問題であるばかりか、製品の加工不良に繋がり、
また、作業時間の無駄ともなって、生産性の上で大きな
支障を来す。

【００１１】そこでこの発明の目的とするところは、溶
接を施工する前に、施工する溶接条件で溶接状態を自動
的にシミュレートすることができ、この条件が適正か否
かを事前に判断することができるようにした溶接条件シ
ミュレータ装置を提供することにある。

【００１２】さらにまた、この発明の第２の目的とする
ところは、設定した溶接条件とアーク電流及びアーク
長、さらにそれらの条件が適正か否か、不適正の場合に
はその理由を示して非熟練者のトレーニングにも有効な
溶接条件シミュレータ装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成する。すなわち、第１の目
的を達成するためには、アーク溶接に使用するワイヤの
種類と径、溶接速度、ワイヤを支えるチップと被溶接母
材間の距離、チップを介して送り出す前記ワイヤの送給
速度、および印加するアーク電圧値等のアーク溶接の施
工条件を与える溶接条件設定手段と、この溶接条件設定
手段より与えられる施工条件を用い、理論的に定まる上
記施工条件の各要素と溶接電流、チップからのワイヤ突
き出し量、およびワイヤ先端側に発生するアークのアー
ク長の関係を示す式による溶接電流、ワイヤ突き出し
量、およびアーク長を求める第１の演算機能、および溶
接速度とワイヤ送給量に対する溶接速度の関係が楕円の
半分の面積に等しいことを利用した関係式により楕円の
半分の面積に近似させたビード形状を求める第２の演算
機能、および、これら演算結果に基づき、被溶接母材の
溶接位置に対するワイヤ突き出し状態、およびワイヤ先
端側に発生するアークの状態を示す状態図および当該施
工条件でのアーク溶接施工により得られる被溶接母材上
のビード形状の状態を示す図とを作成する機能とを有す
る演算手段と、この演算手段により得られた図を表示す
る表示手段とを備えて構成する。

【００１４】更には、溶接条件および上記求めた少なく
とも溶接電流並びに発生するアークの電圧並びにアーク
長の文字情報を作成する機能を演算手段に持たせると共
に、表示手段にはこの演算手段により得られた図および
上記文字情報とを表示する機能を持たせる。

【００１５】また、第２の目的を達成するために、前記
演算手段には前記溶接条件設定手段により設定された溶
接条件の適正範囲を調べるための比較基準を用い、当該
設定された溶接条件が適正か否かを調べると共に、その
結果に応じたコメントを作成する溶接条件適否調査機能
を付加して構成すると共に、表示手段にはこの演算手段
により得られた図およびコメントを表示させる構成とす
る。

【００１６】

【作用】第１の目的を達成するための構成において、通
常の溶接作業をシミュレートするために、設定手段より
シミュレートに必要な溶接速度（台車移動速度）ｗｓ、
チップ‐母材間距離ｌ、ワイヤ送給速度Ｖw 、アーク電
圧ＶA 、ワイヤの種類、ワイヤ径などの施工条件情報を
演算手段に与える。

【００１７】選択したワイヤの種類およびワイヤの径の
ワイヤを用いた場合のアーク溶接の状態を、チップ‐母
材間距離，ワイヤ送給速度およびアーク電圧の設定値を
用いて、予め定めてあるこれらのパラメータ間の関係式
で演算を行い、溶接電流、ワイヤ突き出し量ｌe および
アーク長ｌa を求め、この状態でのアーク溶接の状況を
示した状態図を作図し、表示する。さらに、溶接速度の
設定値と、ワイヤ送給速度およびアーク電圧の設定値を
勘案してビード形状を模擬し、形状を画像化して表示す
る。

【００１８】設定手段より与える施工条件を変更する
と、演算手段は新たな条件での演算を行い、図を作成し
直して表示する。このように、施工条件を変えると、そ
の都度、表示図を更新する。

【００１９】また、演算手段は溶接条件および上記求め
た少なくとも溶接電流並びに発生するアークの電圧並び
にアーク長の文字情報を作成し、表示手段は演算手段に
より得られた図および文字情報とを表示する。

【００２０】このように溶接条件を設定する設定手段に
よりアーク溶接の施工条件を与えると、予め設定してい
たこれらのパラメータ間にある関係式に基づいたシミュ
レーション演算を行い、発生アーク近傍の状態図（チッ
プ，ノズル，ワイヤ，アーク，母材）およびビード形状
図を表示すると共に、上記設定手段での設定溶接条件お
よび演算により求められたアーク電流、アーク長の演算
値を表示するようにしたものであるから、施工しようと
する溶接条件（溶接電流（アーク電流）、アーク電圧、
溶接速度）が適正か否かが施工状態を示す画像の形で表
示されることにより、これを見て直感的に判定できるた
め、溶接施工によるトラブルを防止できるようになる。

【００２１】また、第２の目的を達成するための構成で
は、上記の他に、演算手段は前記溶接条件設定手段によ
り設定された溶接条件の適正範囲を調べるための比較基
準を用いて設定溶接条件が適正なものであるか否かが調
べられ、また、その調べた結果に応じたコメントを作成
する。そして、表示手段にはこの演算手段により得られ
た図およびコメントが表示される。

【００２２】このように表示溶接条件適否調査機能を付
加したことにより、設定溶接条件が適正か否かが調べら
れるその結果に応じたコメントが表示手段に表示される
ことから、設定溶接条件が良いのか悪いのか、そして、
悪い場合には何が悪いのか等をコメントとして表示する
ことができるので、上記の効果に加えて、未熟練者のト
レーニングに一層の効果が期待できる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照して説明する。 （第１の実施例）図１は本発明の一実施例を示すブロッ
ク図である。図１において、１は演算器、２はこの演算
器１の表示部、３は溶接条件設定器である。演算器１と
しては例えば、パソコンやワークステーションなどを利
用することが考えられる。そして、パソコンやワークス
テーションなどでは、マイクロプロセッサを制御の中枢
とするプログラム処理により、各種の演算を行って、後
述するアーク溶接のシミュレーションを実施し、また、
その結果をグラフィックプログラムにより画像化して表
示部２に表示することができる。

【００２４】表示部２は演算器１の持つシミュレーショ
ン機能によりその結果を画像化して表示するに適したデ
ィスプレイであれば何でも良く、例えば、ＣＲＴディス
プレイや、液晶パネルディスプレイ、プラズマディスプ
レイなど、キャラクタとグラフィックを表示できるもの
であれば利用できる。

【００２５】溶接条件設定器３は、シミュレート対象の
自動溶接機の溶接速度（台車移動速度）（ｗｓ）、自動
溶接機のチップ‐母材間距離（ｌ）、自動溶接機のワイ
ヤ送給速度（Ｖw ）、溶接に使用するアーク電圧値（Ｖ
A ）、溶接に使用するシールドガス種（ＣＯ₂ （炭酸ガ
ス）またはＣＯ₂ ＋Ａｒ（炭酸ガスとアルゴンガスの混
合ガス））、溶接に使用するワイヤの種類（ソリッドワ
イヤまたはコアードワイヤ）、溶接に使用するワイヤ径
（ｄ＝1.2mm φ，1.4 mmφ，1.6 mmφ）などの条件設定
と、溶接開始／溶接終了の指示指令（シミュレート実行
の指令）を行うための装置であり、溶接速度ｗｓを設定
する専用のダイヤルつまみ３ａおよびチップ‐母材間距
離ｌを設定する専用のダイヤルつまみ３ｂおよびワイヤ
送給速度Ｖw を設定する専用のダイヤルつまみ３ｃおよ
びアーク電圧値ＶA を設定する専用のダイヤルつまみ３
ｄと、シールドガス種（ＣＯ₂ を使用するのか、ＣＯ₂
＋Ａｒを使用するのかを選択する）を選択するスイッチ
３ｅ、ワイヤの種類（ソリッドワイヤを使用するのか、
コアードワイヤを使用するのか）を選択するスイッチ３
ｊ、ワイヤ径ｄ＝1.2 mmφを選択するスイッチ３ｆ、ワ
イヤ径ｄ＝1.4 mmφを選択するスイッチ３ｇ、ワイヤ径
ｄ＝1.6 mmφを選択するスイッチ３ｈ、および溶接開始
／溶接終了の指示用のスイッチ３ｊを操作パネル面に備
えている。

【００２６】ダイヤルつまみ３ａ〜３ｄはそれぞれ対応
のボリューム（可変抵抗器）の抵抗値を可変操作するた
めのつまみであり、それぞれのボリュームは例えば、所
定の電位差を両端に印加された分圧抵抗であって、ダイ
ヤルつまみの可変操作により分圧比を可変することによ
って、連続的に設定値（設定電圧）を変化させることが
できるようにしている。従って、これらのダイヤルつま
み３ａ〜３ｄを可変操作することにより、無断階で溶接
速度ｗｓおよびチップ‐母材間距離ｌおよびワイヤ送給
速度Ｖw およびアーク電圧値ＶA の設定値を与えること
ができる。これら溶接速度，チップ‐母材間距離，ワイ
ヤ送給速度，アーク電圧の設定値はアナログ信号として
出力される。

【００２７】また、溶接条件設定器３のスイッチ３ｅ〜
３ｊは切り替え操作により、所定の直流電圧と、零ボル
トの電圧の２種の電圧を出力するものであり、所定の直
流電圧はディジタル信号の論理レベル“Ｈ”の信号と
し、零ボルトの電圧はディジタル信号の論理レベル
“Ｌ”の信号として利用する。従って、これらシールド
ガス種，ワイヤの種類，ワイヤ径（1.2 mmφ，1.4 mm
φ，1.6 mmφ）の情報と溶接開始／溶接終了の信号はデ
ィジタル信号である。

【００２８】これらの信号源は１つの筐体の中に納めら
れている。Ａ／Ｄ変換器４はアナログ信号をディジタル
信号に変換する回路であり、溶接条件設定器３の出力す
るアナログ信号をディジタル信号に変換して演算器１に
与える装置であって、溶接速度ｗｓおよびチップ‐母材
間距離ｌおよびワイヤ送給速度Ｖw およびアーク電圧値
ＶA の設定値をディジタル信号に変換して演算器１に与
える装置である。

【００２９】また、ディジタル信号入力器５は、溶接条
件設定器３の出力するディジタル信号（スイッチ３ｅ〜
３ｊの出力）を処理してパラレルデータとして演算器１
へ出力するものである。

【００３０】本装置では溶接条件設定器３にて、溶接条
件を設定することにより、演算器１はこの設定された溶
接条件に基づいてアーク現象シミュレーションを行い、
その結果をグラフィック化して設定溶接条件のデータと
共に表示部２に表示する。

【００３１】この表示は一例を示すと図２の如きであ
る。この図２は、演算器１の表示部２における具体的表
示例である。図において、６は溶接機における溶接チッ
プ、７はワイヤ、８はアーク、９はシールドノズル、１
０は被溶接母材、１１は溶接ビードである。

【００３２】溶接チップ６の先端からワイヤ７が繰り出
され、このワイヤ７先端は被溶接母材１０の溶接部分に
対向して配され、ワイヤ７と被溶接母材１０に印加した
アーク電圧により、ワイヤ７と被溶接母材１０との間に
アーク８が生じている様子が描かれている。シールドノ
ズル９は溶接チップ６とワイヤ７を囲み、シールドガス
を吹き出してアーク溶接部分を当該シールドガスでシー
ルドし、酸化等を防ぐ。

【００３３】グラフィック表示される画像は、溶接の状
態を示したものと、その条件で溶接した結果、得られる
施工後の被溶接母材１０上における溶接ビード１１の形
状を示した断面図である。

【００３４】図２においては、下方に被溶接母材１０を
配置し、その上面側に溶接チップ６を配置すると共に、
溶接チップ６よりワイヤ７を突き出し、その先端と被溶
接母材１０との間にアーク８が生じている様子を画面の
右上領域に示し、その下の領域に、施工後に得られる被
溶接母材１０上における溶接ビード１１の形状を断面図
で示している。

【００３５】このグラフィックはシミュレーション結果
に基づいて描写されており、この図を描写するために、
つぎのようなシミュレーションを演算器１は実施する。
すなわち、本装置においては、溶接条件設定器３にて、
溶接条件を設定することにより、その設定条件に基づい
てシミュレーションするが、その際にアナログ信号を演
算するので、そのパラメータと記号をつぎのように、定
義するものとする。

【００３６】溶接条件設定器３にて設定される溶接条件
のうち、溶接速度をｗｓ［mm／min］、チップ‐母材間
距離をｌ［mm］、ワイヤ送給量をＶw ［ mm ／sec ］、
アーク電圧をＶA ［Ｖ］、ワイヤ径をｄ［mmφ］とす
る。

【００３７】また、図３は溶接チップ６よりワイヤ７を
突き出し、その先端から被溶接母材１０に向けてアーク
８が流れている様子を示しているが、この時の各位置の
寸法や条件およびそれらの記号は以下に定義する如きで
あるとする。

【００３８】すなわち、ｌa はアーク長で、ワイヤ７の
先端から被溶接母材１０に向けて生じているアーク８の
長さである。また、ｌe はワイヤ突き出し量であり、溶
接チップ６より突き出されたワイヤ７の突き出し長さで
ある。Ｖa は真のアーク電圧であり、ワイヤ７の先端か
ら被溶接母材１０に向けて生じているアーク８の持つ電
位差である。

【００３９】また、Ｖe はワイヤ突き出し部においてア
ーク電流ｉによって発生する電圧降下分である。そし
て、ワイヤ突き出し長がｌe のとき、アーク長ｌa なる
アークが生じているとすると、このときの真のアーク電
圧がＶa で、ｉなるアーク電流（溶接電流）が流れるこ
とによって、ワイヤ突き出し部に発生する電圧降下がＶ
e であるとすると、ＶA ，Ｖa ，Ｖe の間にはつぎの関
係がある。

【００４０】ＶA ＝Ｖa ＋Ｖe …（１） そして、ワイヤ径ｄ、ワイヤ送給速度Ｖw およびワイヤ
突き出し長ｌe から、溶接電流であるアーク電流ｉは次
の（２）式の関係がある。

【００４１】

【数１】

【００４２】ここに、ｋ1 ，ｋ2 ，ｋ3 は定数である。
また、ワイヤ径ｄはソリッドワイヤの場合は与えられた
直径そのままの値を、また、コアードワイヤの場合では
ワイヤ径ｄに0.8 〜0.95の値を乗ずる。

【００４３】また、アーク電流ｉによってワイヤ突き出
し部に生ずる電圧降下は、次の（３）式の関係にある。 Ｖe ＝ｋ4 ・ｌe ・ｉ−ｋ5 ・ｖ／ｉ …（３） 但し、ｋ4 ，ｋ5 は定数である。

【００４４】また、アーク電圧ＶA とワイヤ突き出し部
での電圧降下Ｖe から真のアーク電圧Ｖa は次の（４）
式で求められる。 Ｖa ＝ＶA −Ｖe …（４） そして、アーク長ｌa は次の（５）式の関係がある。

【００４５】 ｌa ＝（Ｖa −ｋ6 ・ｉ−ｋ7 ）／ｋ8 …（５） 但し、ｋ6 ，ｋ7 ，ｋ8 は定数であり、ｋ6 はシールド
ガスの種類（ＣＯ₂ またはＣＯ₂ ＋Ａｒ）によって異な
る。

【００４６】また、ワイヤ突き出し長ｌe はｌe ＝ｌ−
ｌa であり、この関係から求められたワイヤ突き出し長
ｌe を（２）式に与え、演算する操作を繰り返すと、ワ
イヤ突き出し長ｌe およびアーク長ｌa は一定値に収束
する。

【００４７】以上でアーク長ｌa およびワイヤ突き出し
長ｌe が求められるので、チップ‐母材間距離ｌの設定
値を含めて、ｌ，ｌa およびｌe の関係を図２の右半分
の領域の図、および図３のように、その寸法関係を反映
した溶接作業状態図の作図を行い、画像として表示する
ようにする。

【００４８】次にビード形状は図７のように、楕円の上
半分で模擬する。この楕円の長径方向の半径をａ，短径
方向の半径をｂとすると、当該楕円の上半分の面積はπ
・ａ・ｂ／２で与えられる。この面積とワイヤ送給量で
ある（ｄ／２）² π・Ｖw に対する溶接速度ｗｓが等し
い。すなわち、 （π・ａ・ｂ／２）＝（ｄ／２）² π・Ｖw ／ｗｓ …（６） さらに通常、アーク電圧ＶA が低いと、溶接ビードは凸
状になっているので、 ｂ＝ｋ9 −ｋ10・ＶA …（７） とする。ここで、ｋ9 ，ｋ10は定数である。

【００４９】（６）式および（７）式から、長径方向の
半径ａおよび短径方向の半径ｂを求め、このａおよびｂ
を有する楕円の上半分を被溶接母材の溶接線上に描いた
図を作成して、得られるビード形状として表示部表示用
画面である図２の右領域下部に描画する。

【００５０】これらの演算及び作図、そして、その表示
は溶接終了の信号がオンになるまで繰り返す。これによ
り、各種条件設定を変更すれば、その変更後の溶接の状
態を、現在の設定条件の値と共に、ただちにグラフィッ
ク表示させることができる。

【００５１】つぎに上記構成の本装置の作用を説明す
る。本装置の演算の流れ図を図４および図５に示し、こ
れに基づいて以下、説明する。本装置を作動させると演
算器１は、まず、ワイヤ突き出し長ｌe を仮設定する
（Ｓ１）。これは予め具体的数値が初期設定値として用
意されており、例えば、初期値として15mmに設定され
る。

【００５２】そして、演算器１は溶接条件設定器３の溶
接開始／溶接終了スイッチ３ｊが溶接開始側に操作され
るのを待つ（溶接開始がオンになるのを待つ）（Ｓ
２）。操作者の操作により、溶接開始スイッチ３ｊがオ
ンになれば、溶接条件設定器３からディジタル信号入力
器５を介して演算器１に、この溶接開始スイッチ３ｊの
オンを知らせる信号が与えられるので、演算器１はこれ
によりシミュレート演算動作して、溶接条件設定器３に
設定されたシールドガス種（ＣＯ₂ またはＣＯ₂ ＋Ａ
ｒ）、ワイヤの種類（ソリッドワイヤまたはコアードワ
イヤ）、およびワイヤ径ｄ（1.2 mm，1.4mm ，1.6mm ）
の設定値をディジタル信号入力器５を通して取り込む
（Ｓ３）。

【００５３】また、演算器１は溶接条件設定器３に設定
された溶接速度ｗｓ、チップ‐母材間距離ｌ、ワイヤ送
給速度Ｖw 、アーク電圧値Ｖa のアナログ設定値をＡ／
Ｄ変換器４を通して取り込む（Ｓ４）。

【００５４】次に演算器１は、ステップＳ４で取り込ん
だアナログ量をそれぞれの物理量に変換する（Ｓ５）。
その一例を図６に示す。図はいずれも横軸に入力電圧を
とっており、縦軸は（ａ）が溶接速度ｗｓ、（ｂ）がチ
ップ‐母材間距離ｌ、（ｃ）がワイヤ送給速度Ｖw 、
（ｄ）がアーク電圧ＶA をとっている。入力電圧に対し
て縦軸相当の物理量に変換する。

【００５５】次に以上、設定したワイヤ径ｄ、ワイヤ送
給速度Ｖw およびワイヤ突き出し長ｌe から、溶接電流
ｉを（２）式に基づいて演算する（Ｓ６）。ここで、
（２）式に代入するワイヤ径ｄの値は、使用するワイヤ
がソリッドワイヤではそのまま、また、コアードワイヤ
の場合ではｄに0.8 〜0.95の値を乗じたものを用いる。

【００５６】次にワイヤ突き出し部でアーク電流によっ
て生ずる電圧降下を、（３）式に基づいて演算して求め
る（Ｓ７）。更に真のアーク電圧Ｖa をＶA とＶe から
（４）式で求め（Ｓ８）、さらにアーク長ｌa を（５）
式に従って求める（Ｓ９）。

【００５７】次に演算器１は、ワイヤ突き出し長ｌe を
ｌe ＝ｌ−ｌa の関係から求め（Ｓ１０）、この求めた
ワイヤ突き出し長ｌe をステップＳ５に戻し、上述した
ステップＳ１０までの演算を繰り返す。これにより、ワ
イヤ突き出し長ｌe およびアーク長ｌa は一定値に収束
する。

【００５８】以上でアーク長ｌa およびワイヤ突き出し
長ｌe が求められたので、次に演算器１は、チップ‐母
材間距離ｌの設定値を含めて、ｌ，ｌa およびｌe の関
係を含めた状態図を作図し、図２の右領域および図３の
ように、その大きさに応じて図示する（Ｓ２１）。

【００５９】次に演算器１は（６）式，（７）式に基づ
き演算してａおよびｂを求め、ビード形状について図７
のように、楕円の上半分で模擬する。そして、ビード形
状として図２の右、下図を描画する。また、溶接条件を
文字で図２の画面左半分の領域に一覧表示する（Ｓ２
２）。

【００６０】演算器１はこれらの演算および作図表示
を、溶接条件設定器３の溶接開始／溶接終了スイッチ３
ｊの操作により、溶接終了信号が来るまで繰り返す（Ｓ
２３）。そして、溶接条件設定器３の設定操作を行って
溶接条件の変更を行うことにより、変更された条件での
状態をただちにシミュレートして、その状態を示す画像
を表示することから、施工しようとする溶接条件（溶接
電流（アーク電流）、アーク電圧、溶接速度）が適正か
否かが施工前に直感的に知ることができる。

【００６１】このように、本シミュレータを用いること
により、施工しようとする溶接条件（溶接電流（アーク
電流）、アーク電圧、溶接速度）が適正か否かが施工状
態を示す画像の形で表示されることにより、これを見て
直感的に判定できるため、溶接施工によるトラブルを防
止できる。

【００６２】特に溶接の未熟練者にとっては、ワイヤ送
給速度、アーク電圧、チップ‐母材間距離等のパラメー
タの変化が、溶接現像（アーク現象も含む）にどのよう
に影響するか、理解するのが困難であるが、本シミュレ
ータを用いることにより、視覚的に理解できる。

【００６３】本装置においては、演算器１に与える溶接
速度，チップ‐母材間距離，ワイヤ送給速度およびアー
ク電圧を与える信号はアナログ量であり、可変抵抗器を
変化させることによってその大きさを変えることができ
るようにし、そして、図６に示すように、上記溶接速度
等の信号の大きさとアナログ量とは単調増加の関係にし
た。

【００６４】また、シールドガスの種類，ワイヤの種類
およびワイヤ径は、選択されたパラメータのディジタル
信号でハイレベルになるようにし、逆に演算器１はシー
ルドガス種，ワイヤの種類およびワイヤ径（1.2 mmφ，
1.4 mmφ，1.6 mmφなど）について、どのパラメータの
信号の情報がハイレベルになっているか、調べることに
よって、選択されているパラメータを認識することがで
きるようにした。

【００６５】そして、演算器１に与える溶接速度，チッ
プ‐母材間距離，ワイヤ送給速度およびアーク電圧のア
ナログ信号はＡ／Ｄ変換器を経て演算器１に取り込ま
れ、設定されている溶接速度、チップ‐母材間距離，ワ
イヤ送給速度およびアーク電圧の各大きさを認識させる
ようにし、また、シールドガスの種類，ワイヤの種類お
よびワイヤ径を選定すると、ワイヤ送給速度およびチッ
プ‐母材間距離およびアーク電圧の間に一定の関係があ
ることを利用して、この関係からアーク長ｌa およびワ
イヤ突き出し長ｌe を、演算により求め、さらに溶接ト
ーチの先端近傍と共に、チップからワイヤ突き出し長ｌ
e に相当するワイヤ、ワイヤ先端から母材へアーク長ｌ
a に相当する長さのアークを描いて演算器１の表示部２
に表示させるようにした。さらに、溶接速度ｗｓを取り
込み、これとワイヤ送給速度およびアーク電圧から、ビ
ード形状を演算し、演算器１の表示部２に表示させるよ
うにした。

【００６６】そして、以下、前記アナログ及びディジタ
ル信号を取り込み、シールドガスの種類，ワイヤの種類
およびワイヤ径ｄに応じたアーク長ｌa およびワイヤ突
き出し長ｌe を演算により求め、演算器１の表示部２
に、溶接トーチの先端近傍の図形と共に、チップからワ
イヤ突き出し長ｌe に相当するワイヤ、ワイヤ先端から
母材へアーク長ｌa に相当する長さのアークの図形を描
くと云った上述の処理を繰り返すようにし、最新の設定
内容に合わせて図形の表示を行うようにした。

【００６７】また、溶接の状態が定量的にわかるよう
に、アークの状態図と併せて、選択したシールドガス種
類、ワイヤ径の情報や、チップ‐母材間距離、ワイヤ送
給速度、アーク電流値、アーク電圧値、アーク長等の情
報も文字表示するようにした。

【００６８】従って本発明は、構成簡易にして溶接シミ
ュレーションを容易に実施でき、シミュレーション結果
を図で表示できることにより、施工しようとする溶接条
件（溶接電流（アーク電流）、アーク電圧、溶接速度）
が適正か否かが、施工状態を示す画像の形で知ることが
できることから、これより直感的に設定溶接条件の適否
判定ができるため、溶接施工におけるトラブルを防止で
きる。

【００６９】以上の例は、最新の設定内容に合わせて、
その設定条件下での溶接状況をシミュレーションし、ア
ークの状態を含むその条件下でのアーク溶接の状態図を
表示すると共に、溶接の状態が定量的にわかるように、
選択したシールドガス種類、ワイヤ径の情報や、チップ
‐母材間距離、ワイヤ送給速度、アーク電流値、アーク
電圧値、アーク長等の情報も文字表示するようにしたも
のであり、施工しようとする溶接条件（溶接電流（アー
ク電流）、アーク電圧、溶接速度）が適正か否かが、施
工状態を示す画像から直感的に判定できるようになるも
のであるが、不適正であった場合にその理由がわかるよ
うにすれば、非熟練者のトレーニングにあたっても一層
の技量向上効果が期待できる。このような効果が得られ
る実施例を次に説明する。

【００７０】（第２の実施例）図８は本発明の一実施例
を示すブロック図である。図８において、１ａは演算
器、２はこの演算器１ａの表示部、３は溶接条件設定器
である。

【００７１】この第２の実施例におけるこれら各構成要
素は、基本的には第１の実施例における同一名称の構成
要素である演算器１、表示部２、溶接条件設定器３と同
じであるが、第２の実施例における演算器１ａは第１の
実施例の構成における演算器１の持つ機能に加えて、更
に演算したシミュレーション結果からアーク電流及びア
ーク電圧が適正範囲内にある場合とない場合で、それぞ
れコメントを作成して表示器２に表示する機能を持たせ
てある。

【００７２】演算器１ａには、そのために必要な比較基
準として電流・電圧適正条件が設定されるが、当該電流
・電圧適正条件の範囲は例えば、熟練者の経験に基づ
き、あるいは実験値等を元に予め設定してある。そし
て、さらに演算器１ａには、この比較基準にて比較して
その結果に応じた最適なコメントを選択して表示器２に
表示する機能を持たせてある。

【００７３】コメントは、予め設定されており、“溶接
条件は適正です。”、“アーク電流が低いです。”、
“アーク電流は適正ですがアーク電圧が高過ぎます。”
と云った具合いのコメントを用意してある。そして、適
正範囲にあると判定した場合には“溶接条件は適正で
す。”と云ったコメントを選択して表示器２に表示さ
せ、また、比較基準に照らしてアーク電流が低い場合は
“アーク電流が低いです。”と云う旨のメッセージを選
択して表示器２に表示させ、また、比較基準に照らして
アーク電流は適正範囲であるがアーク電圧が高過ぎる場
合では“アーク電流は適正ですがアーク電圧が高過ぎま
す。”と云う旨のメッセージを選択して表示器２に表示
すると云った機能を持たせてある。

【００７４】このような構成の本装置は、溶接条件設定
器３にて、溶接条件を設定することにより、演算器１ａ
はこの設定された溶接条件に基づいてアーク現象シミュ
レーションを行い、その結果をグラフィック化して設定
溶接条件のデータと共に表示部２に表示する。

【００７５】この表示は一例を示すと、第１の実施例と
同様に図２の如きであり、演算器１ａの表示部２におけ
る具体的表示例である。図には溶接機における溶接チッ
プ６の先端からワイヤ７が繰り出され、このワイヤ７先
端は被溶接母材１０の溶接部分に対向して配され、ワイ
ヤ７と被溶接母材１０に印加したアーク電圧により、ワ
イヤ７と被溶接母材１０との間にアーク８が生じている
様子が描かれている。シールドノズル９は溶接チップ６
とワイヤ７を囲み、シールドガスを吹き出してアーク溶
接部分を当該シールドガスでシールドし、酸化等を防
ぐ。

【００７６】グラフィック表示される画像は、溶接の状
態を示したものと、その条件で溶接した結果、得られる
施工後の被溶接母材１０上における溶接ビード１１の形
状を示した断面図である。

【００７７】そして、図２においては、下方に被溶接母
材１０を配置し、その上面側に溶接チップ６を配置する
と共に、溶接チップ６よりワイヤ７を突き出し、その先
端と被溶接母材１０との間にアーク８が生じている様子
を画面の右上領域に示し、その下の領域に、施工後に得
られる被溶接母材１０上における溶接ビード１１の形状
を断面図で示している。

【００７８】このグラフィックはシミュレーション結果
に基づいて描写されており、この図を描写するために、
演算器１ａは第１の実施例の場合と同様のシミュレーシ
ョンを実施する。

【００７９】すなわち、溶接条件設定器３にて、溶接条
件を設定することにより、その設定条件に基づいてシミ
ュレーションするが、その際にアナログ信号を演算する
ので、そのパラメータと記号をつぎのように、定義する
ものとする。

【００８０】溶接条件設定器３にて設定される溶接条件
のうち、溶接速度をｗｓ［mm／min］、チップ‐母材間
距離をｌ［mm］、ワイヤ送給量をＶw ［ mm ／sec ］、
アーク電圧をＶA ［Ｖ］、ワイヤ径をｄ［mmφ］とす
る。

【００８１】また、図３は溶接チップ６よりワイヤ７を
突き出し、その先端から被溶接母材１０に向けてアーク
８が流れている様子を示しているが、この時の各位置の
寸法や条件およびそれらの記号は以下に定義する通りで
あることも変わりはない。

【００８２】すなわち、ｌa はアーク長で、ワイヤ７の
先端から被溶接母材１０に向けて生じているアーク８の
長さである。また、ｌe はワイヤ突き出し量であり、溶
接チップ６より突き出されたワイヤ７の突き出し長さで
ある。Ｖa は真のアーク電圧であり、ワイヤ７の先端か
ら被溶接母材１０に向けて生じているアーク８の持つ電
位差である。

【００８３】また、Ｖe はワイヤ突き出し部においてア
ーク電流ｉによって発生する電圧降下分である。そし
て、ワイヤ突き出し長がｌe のとき、アーク長ｌa なる
アークが生じているとすると、このときの真のアーク電
圧がＶa で、ｉなるアーク電流（溶接電流）が流れるこ
とによって、ワイヤ突き出し部に発生する電圧降下がＶ
e であるとすると、ＶA ，Ｖa ，Ｖe の間には（１）式
の関係がある。

【００８４】すなわち、ＶA ＝Ｖa ＋Ｖe なる関係であ
る。そして、ワイヤ径ｄ、ワイヤ送給速度Ｖw およびワ
イヤ突き出し長ｌe から、溶接電流であるアーク電流ｉ
は（２）式の関係がある。

【００８５】（２）式において、ｋ1 ，ｋ2 ，ｋ3 は定
数であり、また、ワイヤ径ｄはソリッドワイヤの場合は
与えられた直径そのままの値を、また、コアードワイヤ
の場合ではワイヤ径ｄに0.8 〜0.95の値を乗ずる。

【００８６】また、アーク電流ｉによってワイヤ突き出
し部に生ずる電圧降下は、（３）式の関係にある。すな
わち、Ｖe ＝ｋ4 ・ｌe ・ｉ−ｋ5 ・ｖ／ｉなる関係で
ある。但し、ｋ4 ，ｋ5 は定数である。

【００８７】また、アーク電圧ＶA とワイヤ突き出し部
での電圧降下Ｖe から真のアーク電圧Ｖa は（４）式、
つまり、Ｖa ＝ＶA −Ｖe で求められる。そして、アー
ク長ｌa は（５）式、つまり、ｌa ＝（Ｖa −ｋ6 ・ｉ
−ｋ7 ）／ｋ8 の関係がある。但し、ｋ6 ，ｋ7，ｋ8
は定数であり、ｋ6 はシールドガスの種類（ＣＯ₂ また
はＣＯ₂ ＋Ａｒ）によって異なる。

【００８８】また、ワイヤ突き出し長ｌe はｌe ＝ｌ−
ｌa であり、この関係から求められたワイヤ突き出し長
ｌe を（２）式に与え、演算する操作を繰り返すと、ワ
イヤ突き出し長ｌe およびアーク長ｌa は一定値に収束
する。

【００８９】以上でアーク長ｌa およびワイヤ突き出し
長ｌe が求められるので、チップ‐母材間距離ｌの設定
値を含めて、ｌ，ｌa およびｌe の関係を図２の右半分
の領域の図、および図３のように、その寸法関係を反映
した溶接作業状態図の作図を行い、画像として表示する
ようにする。

【００９０】次にビード形状は第１の実施例同様に図７
のように、楕円の上半分で模擬する。この楕円の長径方
向の半径をａ，短径方向の半径をｂとすると、当該楕円
の上半分の面積はπ・ａ・ｂ／２で与えられる。この面
積とワイヤ送給量である（ｄ／２）² π・Ｖw に対する
溶接速度ｗｓが等しいと置くと、（６）式である （π・ａ・ｂ／２）＝（ｄ／２）² π・Ｖw ／ｗｓ の関係が成り立つ。

【００９１】さらに通常、アーク電圧ＶA が低いと、溶
接ビードは凸状になる傾向があるので、ｂは第１の実施
例同様に（７）式、すなわち、ｂ＝ｋ9 −ｋ10・ＶA で
モデル化する。但し、ｋ9 ，ｋ10は定数である。

【００９２】（６）式および（７）式から、長径方向の
半径ａおよび短径方向の半径ｂを求め、このａおよびｂ
を有する楕円の上半分を被溶接母材の溶接線上に描いた
図を作成して、得られるビード形状として表示部表示用
画面である図２の右領域下部に描画する。

【００９３】これらの演算及び作図、そして、その表示
は溶接終了の信号がオンになるまで繰り返す。これによ
り、各種条件設定を変更すれば、その変更後の溶接の状
態を、現在の設定条件の値と共に、ただちにグラフィッ
ク表示させることができる。

【００９４】また、演算器１ａはこのような処理と合わ
せて、溶接条件設定値およびシミュレーション結果等を
参照してアーク電流及びアーク電圧が適正範囲内にある
か否かを判定し、その結果、適正範囲内にある場合とな
い場合で、それぞれコメントを作成して表示器２に表示
する。

【００９５】演算器１ａには、そのために必要な比較基
準として電流・電圧適正条件が設定されているが、当該
電流・電圧適正条件の範囲は例えば、熟練者の経験に基
づき、あるいは実験値等に基づいている。そして、さら
に演算器１ａには、この比較基準にて比較してその結果
に応じた最適なコメントを選択して表示器２に表示する
機能を持たせてある。

【００９６】上述したように、コメントは演算器１ａに
予め設定されており、“溶接条件は適正です。”、“ア
ーク電流が低いです。”、“アーク電流は適正ですがア
ーク電圧が高過ぎます。”と云った具合いのコメントを
用意してある。

【００９７】そして、演算器１ａは上述の判定の結果、
適正範囲にあると判定した場合には“溶接条件は適正で
す。”と云ったコメントを選択して表示器２に表示さ
せ、また、比較基準に照らしてアーク電流が低い場合は
“アーク電流が低いです。”と云う旨のメッセージを選
択して表示器２に表示させ、また、比較基準に照らして
アーク電流は適正範囲であるがアーク電圧が高過ぎる場
合では“アーク電流は適正ですがアーク電圧が高過ぎま
す。”と云う旨のコメントを選択して表示器２に表示す
るこれにより、設定した溶接条件下におけるアーク溶接
の状況をシミュレーションした結果を見ることができ、
設定した溶接条件が適正か否か、そして、不適正な場合
には何が不適正かが具体的にわかるようになる。

【００９８】設定された溶接条件の適正範囲を調べるた
めの比較基準として、図９にソリッドワイヤによるアー
ク溶接の、そして、図１０にコアードワイヤによるアー
ク溶接の、それぞれ電流・電圧適正条件範囲Ｒａの一例
を示す。いずれも縦軸はアーク電圧（単位は［Ｖ］）、
横軸は溶接電流（単位は［Ａ］）である。

【００９９】図１１ないし図１３にコメント表示された
状態での表示器２の表示画面の例を示す。これにより、
設定された溶接条件に基づいて行ったアーク現象シミュ
レーションの結果を示すグラフィックと、設定溶接条件
のデータとが表示された表示部２の表示画面に、さらに
設定溶接条件の適否がコメント欄ＣＭＴに表示され、本
装置の使用者に報知される。

【０１００】図１１はアーク電流およびアーク電圧がい
ずれも適正範囲内にある場合で、このときは演算器１ａ
は設定条件が適正条件に照らして適正であるので“溶接
条件は適正です。”のコメントが表示器２に表示されて
いる状態を示している。また、図１２はアーク電流が低
い場合であり、コメント欄ＣＭＴに“アーク電流が低
い”旨のコメントが表示されている状態を示しており、
また、図１３はアーク電流は適正範囲であるがアーク電
圧が高過ぎる場合であり、コメント欄ＣＭＴに“アーク
電流は適正ですがアーク電圧が高過ぎる”旨のコメント
が表示されている状態を示している。

【０１０１】第２の実施例装置における演算の流れ図を
図１４および図１５に示し、これに基づいて以下、説明
する。本装置を作動させると演算器１ａは、まず、ワイ
ヤ突き出し長ｌe を仮設定する（Ｓｔ１）。これは予め
具体的数値が初期設定値として用意されており、例え
ば、初期値として15mmに設定される。

【０１０２】そして、演算器１ａは溶接条件設定器３の
溶接開始／溶接終了スイッチ３ｊが溶接開始側に操作さ
れるのを待つ（溶接開始がオンになるのを待つ）（Ｓｔ
２）。

【０１０３】操作者の操作により、溶接開始スイッチ３
ｊがオンになれば、溶接条件設定器３からディジタル信
号入力器５を介して演算器１ａに、この溶接開始スイッ
チ３ｊのオンを知らせる信号が与えられるので、演算器
１ａはこれによりシミュレート演算動作して、溶接条件
設定器３に設定されたシールドガス種（ＣＯ₂ またはＣ
Ｏ₂ ＋Ａｒ）、ワイヤの種類（ソリッドワイヤまたはコ
アードワイヤ）、およびワイヤ径ｄ（1.2 mm，1.4mm ，
1.6mm ）の設定値をディジタル信号入力器５を通して取
り込む（Ｓｔ３）。

【０１０４】また、演算器１は溶接条件設定器３に設定
された溶接速度ｗｓ、チップ‐母材間距離ｌ、ワイヤ送
給速度Ｖw 、アーク電圧値Ｖa のアナログ設定値をＡ／
Ｄ変換器４を通して取り込む（Ｓｔ４）。

【０１０５】次に演算器１は、ステップＳｔ４で取り込
んだアナログ量をそれぞれの物理量に変換する（Ｓｔ
５）。その一例を図６に示す。図はいずれも横軸に入力
電圧をとっており、縦軸は（ａ）が溶接速度ｗｓ、
（ｂ）がチップ‐母材間距離ｌ、（ｃ）がワイヤ送給速
度Ｖw 、（ｄ）がアーク電圧ＶA をとっている。入力電
圧に対して縦軸相当の物理量に変換する。

【０１０６】次に以上、設定したワイヤ径ｄ、ワイヤ送
給速度Ｖw およびワイヤ突き出し長ｌe から、溶接電流
ｉを（２）式に基づいて演算する（Ｓｔ６）。ここで、
（２）式に代入するワイヤ径ｄの値は、使用するワイヤ
がソリッドワイヤではそのまま、また、コアードワイヤ
の場合ではｄに0.8 〜0.95の値を乗じたものを用いる。

【０１０７】次にワイヤ突き出し部でアーク電流によっ
て生ずる電圧降下を、（３）式に基づいて演算して求め
る（Ｓｔ７）。更に真のアーク電圧Ｖa をＶA とＶe か
ら（４）式で求め（Ｓｔ８）、さらにアーク長ｌa を
（５）式に従って求める（Ｓｔ９）。

【０１０８】次に演算器１ａは、ワイヤ突き出し長ｌe
をｌe ＝ｌ−ｌa の関係から求め（Ｓｔ１０）、この求
めたワイヤ突き出し長ｌe をステップＳｔ５に戻し、上
述したステップＳｔ１０までの演算を繰り返す。これに
より、ワイヤ突き出し長ｌeおよびアーク長ｌa は一定
値に収束する。

【０１０９】以上でアーク長ｌa およびワイヤ突き出し
長ｌe が求められたので、次に演算器ａ１は、チップ‐
母材間距離ｌの設定値を含めて、ｌ，ｌa およびｌe の
関係を含めた状態図を作図し、図２の右領域および図３
のように、その大きさに応じて図示する（Ｓｔ２１）。

【０１１０】次に演算器１ａは（６）式，（７）式に基
づき演算してａおよびｂを求め、ビード形状について図
７のように、楕円の上半分で模擬する。そして、ビード
形状として図２の右、下図を描画する。また、溶接条件
を文字で図２の画面左半分の領域に一覧表示する（Ｓｔ
２２）。

【０１１１】そして、つぎに演算器１ａは溶接条件設定
器３にて設定された溶接条件の適否をチェックし（Ｓｔ
２３）、その結果、適正であれば“溶接条件は適正”の
コメントを表示器２に表示し（Ｓｔ２４）、不適正であ
れば何が適正で何の条件が不適正であるのかを調べ、表
示器２にコメント表示する（Ｓｔ２５）。

【０１１２】演算器１ａはこれらの演算および作図表
示、設定条件の適否チェック、そして、その結果に基づ
くコメント表示処理を、溶接条件設定器３の溶接開始／
溶接終了スイッチ３ｊの操作により、溶接終了信号が来
るまで繰り返す（Ｓｔ２６）。

【０１１３】そして、溶接条件設定器３の設定操作を行
って溶接条件の変更を行うことにより、変更された条件
での状態をただちにシミュレートして、その状態を示す
画像を表示すると共に、設定した溶接条件の適否につい
てコメント表示することから、施工しようとする溶接条
件（溶接電流（アーク電流）、アーク電圧、溶接速度）
が適正か否かを施工前に直感的に知ることができ、ま
た、不適正の場合には何が不適正で何が適正か等を具体
的に知ることができる。

【０１１４】このように、本シミュレータを用いること
により、施工しようとする溶接条件（溶接電流（アーク
電流）、アーク電圧、溶接速度）が適正か否かが施工状
態を示す画像の形で表示されることにより、これを見て
直感的に判定できるため、溶接施工によるトラブルを防
止できる。

【０１１５】特に溶接の未熟練者にとっては、ワイヤ送
給速度、アーク電圧、チップ‐母材間距離等のパラメー
タの変化が、溶接現像（アーク現象も含む）にどのよう
に影響するか、理解するのが困難であるが、本シミュレ
ータを用いることにより、視覚的に理解できる。

【０１１６】本装置においては、演算器１ａに与える溶
接速度，チップ‐母材間距離，ワイヤ送給速度およびア
ーク電圧を与える信号はアナログ量であり、可変抵抗器
を変化させることによってその大きさを変えることがで
きるようにし、そして、図６に示すように、上記溶接速
度等の信号の大きさとアナログ量とは単調増加の関係に
した。

【０１１７】また、シールドガスの種類，ワイヤの種類
およびワイヤ径は、選択されたパラメータのディジタル
信号でハイレベルになるようにし、逆に演算器１ａはシ
ールドガス種，ワイヤの種類およびワイヤ径（1.2 mm
φ，1.4 mmφ，1.6 mmφなど）について、どのパラメー
タの信号の情報がハイレベルになっているか、調べるこ
とによって、選択されているパラメータを認識すること
ができるようにした。

【０１１８】そして、演算器１ａに与える溶接速度，チ
ップ‐母材間距離，ワイヤ送給速度およびアーク電圧の
アナログ信号はＡ／Ｄ変換器を経て演算器１ａに取り込
まれ、設定されている溶接速度、チップ‐母材間距離，
ワイヤ送給速度およびアーク電圧の各大きさを認識させ
るようにし、また、シールドガスの種類，ワイヤの種類
およびワイヤ径を選定すると、ワイヤ送給速度およびチ
ップ‐母材間距離およびアーク電圧の間に一定の関係が
あることを利用して、この関係からアーク長ｌa および
ワイヤ突き出し長ｌe を、演算により求め、さらに溶接
トーチの先端近傍と共に、チップからワイヤ突き出し長
ｌe に相当するワイヤ、ワイヤ先端から母材へアーク長
ｌa に相当する長さのアークを描いて演算器１ａの表示
部２に表示させるようにした。さらに、溶接速度ｗｓを
取り込み、これとワイヤ送給速度およびアーク電圧か
ら、ビード形状を演算し、演算器１ａの表示部２に表示
させるようにした。

【０１１９】そして、以下、前記アナログ及びディジタ
ル信号を取り込み、シールドガスの種類，ワイヤの種類
およびワイヤ径ｄに応じたアーク長ｌa およびワイヤ突
き出し長ｌe を演算により求め、演算器１ａの表示部２
に、溶接トーチの先端近傍の図形と共に、チップからワ
イヤ突き出し長ｌe に相当するワイヤ、ワイヤ先端から
母材へアーク長ｌa に相当する長さのアークの図形を描
くと云った上述の処理を繰り返すようにし、最新の設定
内容に合わせて図形の表示を行うようにした。

【０１２０】また、溶接の状態が定量的にわかるよう
に、アークの状態図と併せて、選択したシールドガス種
類、ワイヤ径の情報や、チップ‐母材間距離、ワイヤ送
給速度、アーク電流値、アーク電圧値、アーク長等の情
報も文字表示するようにした。そして更には設定した溶
接条件の適否を溶接適正範囲の基準に照らしてチェック
して、その結果から、設定した溶接条件適否のコメント
と、不適正の場合には何が不適正なのか理由をコメント
表示して知らせることができるようにした。

【０１２１】従って第２の実施例によれば、構成簡易に
して溶接シミュレーションを容易に実施でき、シミュレ
ーション結果を図で表示できることにより、施工しよう
とする溶接条件（溶接電流（アーク電流）、アーク電
圧、溶接速度）が適正か否かが、施工状態を示す画像の
形で知ることができるから、これより直感的に設定溶接
条件の適否判定ができるため、溶接施工におけるトラブ
ルを防止できる他、溶接条件の不適正の場合に何が不適
正なのかを具体的に知ることができ、非熟練者の技能ト
レーニングにも極めて有用となる。

【０１２２】以上、種々の実施例を説明したが、本発明
は最新の設定内容に合わせて、その設定条件下での溶接
状況をシミュレーションして、アークの状態を含むその
条件下でのアーク溶接の状態図を表示すると共に、溶接
の状態が定量的にわかるように、選択したシールドガス
種類、ワイヤ径の情報や、チップ‐母材間距離、ワイヤ
送給速度、アーク電流値、アーク電圧値、アーク長等の
情報も文字表示するようにしたものであり、施工しよう
とする溶接条件（溶接電流（アーク電流）、アーク電
圧、溶接速度）が適正か否かが、施工状態を示す画像か
ら直感的に判定できるようになると共に、不適正であっ
た場合にその理由がわかるようになるので、非熟練者の
トレーニングに一層の効果が期待できる。

【０１２３】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜、
変形して実施し得るものであり、例えば、上記実施例の
数値は一例であり、これに限るものではない他、上記シ
ールドガス種、ワイヤの種類およびワイヤ径等もこれに
限るものではない。さらに、本実施例ではシミュレータ
として装置を示したが、アーク溶接機に本装置を組み込
み、溶接施工開始前に設定条件でシミュレーションを実
施させて確認してから、この設定条件でのアーク溶接を
実施させるようにすることもできる。

【０１２４】また、演算器が作成するコメントは溶接条
件設定器にて設定されたアーク溶接の施工条件の個別の
設定条件の適否を示す内容としても良く、また、不適正
の場合に、適正範囲から外れている量をも求めてこれを
表示する構成とすることも容易にできる。

【０１２５】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
施工しようとする溶接条件（溶接電流（アーク電流）、
アーク電圧、溶接速度）が適正か否かが施工状態を示す
画像の形で表示されることにより、これを見て直感的に
判定できるため、溶接施工によるトラブルを防止できる
ようになる。また、設定した溶接条件の適否をコメント
により具体的に知ることができるので、未熟練者のトレ
ーニングに最適である等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を説明するための図であって、
本発明の第１の実施例における装置全体構成のブロック
図。

【図２】本発明の実施例を説明する図であって、本発明
装置の表示例を示す図。

【図３】本発明の実施例を説明するための図であって、
溶接時の寸法関係を示す図。

【図４】本発明の第１実施例における装置の動作例を説
明するためのフローチャート。

【図５】本発明の第１実施例における装置の動作例を説
明するためのフローチャート。

【図６】本発明の実施例を説明するための図であって、
溶接条件設定器におけるアナログ量で与える各種パラメ
ータの入出力特性図。

【図７】本発明の実施例を説明するための図であって、
ビード形状の模擬を説明するための図。

【図８】本発明の実施例を説明するための図であって、
本発明の第２の実施例における装置全体構成のブロック
図。

【図９】本発明の実施例を説明するための図であって、
設定された溶接条件の適正範囲を調べるための比較基準
としての一例を示すアーク溶接の電流・電圧適正条件範
囲Ｒａの例を示す図。

【図１０】本発明の実施例を説明するための図であっ
て、設定された溶接条件の適正範囲を調べるための比較
基準としての一例を示すアーク溶接の電流・電圧適正条
件範囲Ｒａの例を示す図。

【図１１】本発明の実施例を説明するための図であっ
て、設定された溶接条件の適否のコメントを付加表示し
た表示例を示す図。

【図１２】本発明の実施例を説明するための図であっ
て、設定された溶接条件の適否のコメントを付加表示し
た表示例を示す図。

【図１３】本発明の実施例を説明するための図であっ
て、設定された溶接条件の適否のコメントを付加表示し
た表示例を示す図。

【図１４】本発明の実施例を説明するための図であっ
て、本発明の第２実施例における装置の動作例を説明す
るためのフローチャート。

【図１５】本発明の実施例を説明するための図であっ
て、本発明の第２実施例における装置の動作例を説明す
るためのフローチャート。

【符号の説明】

１，１ａ…演算器 ２…演算器１，１ａの表示部 ３…溶接条件設定器 ３ａ〜３ｄ…ダイヤルつまみ ３ｅ，３ｊ…スイッチ ４…Ａ／Ｄ変換器 ５…ディジタル信号入力器 ６…溶接チップ ７…ワイヤ ８…アーク ９…シールドノズル １０…被溶接母材 １１…溶接ビード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 文雄 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 脇山 淳二 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アーク溶接に使用するワイヤの種類と
   径、溶接速度、ワイヤを支えるチップと被溶接母材間の
   距離、チップを介して送り出す前記ワイヤの送給速度、
   および印加するアーク電圧値等のアーク溶接の施工条件
   を与える溶接条件設定手段と、 この溶接条件設定手段より与えられる施工条件を用い、
   理論的に定まる上記施工条件の各要素と溶接電流、チッ
   プからのワイヤ突き出し量、およびワイヤ先端側に発生
   するアークのアーク長の関係を示す式による溶接電流、
   ワイヤ突き出し量、およびアーク長を求める第１の演算
   機能、および溶接速度とワイヤ送給量に対する溶接速度
   の関係が楕円の半分の面積に等しいことを利用した関係
   式により楕円の半分の面積に近似させたビード形状を求
   める第２の演算機能、および、これら演算結果に基づ
   き、被溶接母材の溶接位置に対するワイヤ突き出し状
   態、およびワイヤ先端側に発生するアークの状態を示す
   状態図および当該施工条件でのアーク溶接施工により得
   られる被溶接母材上のビード形状の状態を示す図を作成
   する機能とを有する演算手段と、 この演算手段により得られた図を表示する表示手段とを
   備えてなる溶接作業シミュレータ装置。
2. 【請求項２】 アーク溶接に使用するワイヤの種類と
   径、溶接速度、ワイヤを支えるチップと被溶接母材間の
   距離、チップを介して送り出す前記ワイヤの送給速度、
   および印加するアーク電圧値等のアーク溶接の施工条件
   を与える溶接条件設定手段と、 この溶接条件設定手段より与えられる施工条件を用い、
   理論的に定まる上記施工条件の各要素と溶接電流、チッ
   プからのワイヤ突き出し量、およびワイヤ先端側に発生
   するアークのアーク長の関係を示す式による溶接電流、
   ワイヤ突き出し量、およびアーク長を求める第１の演算
   機能、および溶接速度とワイヤ送給量に対する溶接速度
   の関係が楕円の半分の面積に等しいことを利用した関係
   式により楕円の半分の面積に近似させたビード形状を求
   める第２の演算機能、および、これら演算結果に基づ
   き、被溶接母材の溶接位置に対するワイヤ突き出し状
   態、およびワイヤ先端側に発生するアークの状態を示す
   状態図および当該施工条件でのアーク溶接施工により得
   られる被溶接母材上のビード形状の状態を示す図と溶接
   条件および上記求めた少なくとも溶接電流並びに発生す
   るアークの電圧並びにアーク長の文字表示情報とを作成
   する機能とを有する演算手段と、 この演算手段により得られた図および文字表示情報とを
   表示する表示手段とを備えてなる溶接作業シミュレータ
   装置。
3. 【請求項３】 アーク溶接に使用するワイヤの種類と
   径、溶接速度、ワイヤを支えるチップと被溶接母材間の
   距離、チップを介して送り出す前記ワイヤの送給速度、
   および印加するアーク電圧値等のアーク溶接の施工条件
   を与える溶接条件設定手段と、 この溶接条件設定手段より与えられる施工条件を用い、
   理論的に定まる上記施工条件の各要素と溶接電流、チッ
   プからのワイヤ突き出し量、およびワイヤ先端側に発生
   するアークのアーク長の関係を示す式による溶接電流、
   ワイヤ突き出し量、およびアーク長を求める第１の演算
   機能、および溶接速度とワイヤ送給量に対する溶接速度
   の関係が楕円の半分の面積に等しいことを利用した関係
   式により楕円の半分の面積に近似させたビード形状を求
   める第２の演算機能、および、これら演算結果に基づ
   き、被溶接母材の溶接位置に対するワイヤ突き出し状
   態、およびワイヤ先端側に発生するアークの状態を示す
   状態図および当該施工条件でのアーク溶接施工により得
   られる被溶接母材上のビード形状の状態を示す図を作成
   する機能、前記溶接条件設定手段により設定された溶接
   条件の適正範囲を調べるための比較基準を用い、当該設
   定された溶接条件が適正か否かを調べると共に、その結
   果に応じたコメントを作成する溶接条件適否調査機能と
   を有する演算手段と、 この演算手段により得られた図およびコメントを表示す
   る表示手段とを備えてなる溶接作業シミュレータ装置。
4. 【請求項４】 アーク溶接に使用するワイヤの種類と
   径、溶接速度、ワイヤを支えるチップと被溶接母材間の
   距離、チップを介して送り出す前記ワイヤの送給速度、
   および印加するアーク電圧値等のアーク溶接の施工条件
   を与える溶接条件設定手段と、 この溶接条件設定手段より与えられる施工条件を用い、
   理論的に定まる上記施工条件の各要素と溶接電流、チッ
   プからのワイヤ突き出し量、およびワイヤ先端側に発生
   するアークのアーク長の関係を示す式による溶接電流、
   ワイヤ突き出し量、およびアーク長を求める第１の演算
   機能、および溶接速度とワイヤ送給量に対する溶接速度
   の関係が楕円の半分の面積に等しいことを利用した関係
   式により楕円の半分の面積に近似させたビード形状を求
   める第２の演算機能、および、これら演算結果に基づ
   き、被溶接母材の溶接位置に対するワイヤ突き出し状
   態、およびワイヤ先端側に発生するアークの状態を示す
   状態図および当該施工条件でのアーク溶接施工により得
   られる被溶接母材上のビード形状の状態を示す図と溶接
   条件および上記求めた少なくとも溶接電流並びに発生す
   るアークの電圧並びにアーク長の文字表示情報とを作成
   する機能、前記溶接条件設定手段により設定された溶接
   条件の適正範囲を調べるための比較基準を用い、当該設
   定された溶接条件が適正か否かを調べると共に、その結
   果に応じたコメントを作成する溶接条件適否調査機能と
   を有する演算手段と、 この演算手段により得られた図およびコメントを表示す
   る表示手段とを有する演算手段と、
5. 【請求項５】 溶接条件設定手段で与えるアーク溶接の
   施工条件には使用するシールドガスの種別を含めると共
   に、演算手段のアーク長演算の関係式にはシールドガス
   の種別に対応する補正を加えるようにすることを特徴と
   する請求項１乃至４いずれか一項記載の溶接作業シミュ
   レータ装置。
6. 【請求項６】 演算手段が作成するコメントは溶接条件
   設定手段にて与えられたアーク溶接の施工条件の個別の
   適否を示す内容であることを特徴とする請求項３乃至４
   いずれか一項記載の溶接作業シミュレータ装置。