WO2015186795A1 - 溶接条件導出装置 - Google Patents

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WO2015186795A1
WO2015186795A1 PCT/JP2015/066219 JP2015066219W WO2015186795A1 WO 2015186795 A1 WO2015186795 A1 WO 2015186795A1 JP 2015066219 W JP2015066219 W JP 2015066219W WO 2015186795 A1 WO2015186795 A1 WO 2015186795A1
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welding
base material
welding condition
new base
limit value
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PCT/JP2015/066219
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English (en)
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Inventor
利彦 西村
正俊 飛田
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
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Publication date
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    • Y10S901/42—Welding

Definitions

  • the present invention relates to a welding condition deriving device for deriving welding conditions when performing welding.
  • Arc welding is widely used when manufacturing structures such as ships and bridges, buildings, automobiles, and the like.
  • multilayer welding in which a plurality of weld beads are stacked on a target joint is used.
  • Multi-layer welding refers to welding in such a way that a layer of weld metal consisting of one or more passes is piled up as defined in the JIS standard (JIS Z 3001). This one welding operation is called a pass.
  • a weld layer formed by performing the pass a plurality of times is defined as a bead.
  • Appropriate construction conditions include welding target (for example, joint type (V-type, ret type, T-type %) and plate thickness, groove angle, target workpiece material, etc.), welding-related equipment (for example, welding power source Characteristics, shielding gas type, welding wire material, diameter, protruding length from torch tip, etc.) vary. Therefore, it is necessary to perform the actual welding experiment described above for each welding target and welding equipment.
  • welding target for example, joint type (V-type, ret type, T-type ...) and plate thickness, groove angle, target workpiece material, etc.
  • welding-related equipment for example, welding power source Characteristics, shielding gas type, welding wire material, diameter, protruding length from torch tip, etc.
  • Patent Document 1 discloses an automatic welding apparatus that welds a groove portion having a predetermined welding length by controlling the welding speed of a welding torch portion.
  • This automatic welding apparatus divides the welding length into a plurality of regions, and based on the groove bottom surface width, groove angle and groove portion height of the groove portion at the welding start portion and the welding end portion, A calculation means for calculating a cross-sectional area of each weld layer in each region, and further calculating a welding speed of the welding torch portion for each weld layer in each region according to the cross-sectional area, and calculated by the calculation means.
  • Storage means for storing the information, and speed control means for reading the information for each weld layer in each region from the storage means and controlling the welding speed of the welding torch part.
  • Patent Document 1 the object to be welded is an architectural steel member, and the weld cross section is divided for each pass based on the height, bottom surface width, and groove angle of the groove portion of the steel member. This is a technique for calculating the welding speed in accordance with the welding cross-sectional area. Further, Patent Document 1 describes that welding is performed with a constant thickness of the weld layer by automatically adjusting the existing conditions even when the groove angle is different due to the processing error of the steel member that is the target workpiece. It has become.
  • Patent Document 2 discloses a method of performing multi-layer welding of a fillet joint using an automatic welding apparatus capable of arc welding of an arbitrary joint shape with predetermined teaching data.
  • an arithmetic processing device for controlling the automatic welding device and performing automatic arithmetic processing of the multi-layer welding path plan.
  • this arithmetic processing unit In the automatic calculation of the multi-layer welding path plan by this arithmetic processing unit, at least the weld joint shape, the weld leg length to satisfy a predetermined weld metal, the joint gap, the same welding current from the first layer to the last layer
  • the welding torch shift amount is input as an initial condition.
  • the welding voltage, wire melting rate, total weld cross-sectional area and number of weld layers required to satisfy the weld leg length, number of weld passes from the first layer to the final layer, welding speed and per pass unit The welding cross-sectional area, the bead height and width of the first layer welding, the cumulative bead height and width associated with the lamination welding are calculated. Based on the calculation results, the path coordinates for each welding pass and the position coordinates of the welding torch are calculated from the first layer to the last layer, and the series of calculation results are displayed.
  • the automatic calculation creates path plan data composed of optimum welding conditions, path coordinates, and position coordinates of the welding torch for each welding pass from the first layer to the last layer necessary for multi-layer welding.
  • the welding line and the welding torch position of the first layer are input to the automatic welding apparatus as initial conditions and then transmitted to the arithmetic processing unit.
  • the optimum welding line and welding torch position coordinates for each path from the first layer to the last layer and the optimum welding conditions are taught and the teaching path plan data to be taught is calculated.
  • Each welding pass from the first layer to the last layer is sequentially executed based on the teaching path plan data.
  • Patent Document 2 is based on the premise that “the same welding current” is supplied in each pass with respect to the shape, leg length, and gap length of the fillet joint to be welded. This is a technique for calculating the welding torch target position coordinates, the number of passes, and welding conditions such as welding voltage for each pass up to the final layer.
  • Patent Document 3 discloses a welding method in an automatic welding apparatus provided with a plurality of welding robots capable of simultaneously welding a plurality of welds.
  • the welding condition is related to the welding speed and the welding current
  • each welded part includes a corner part
  • the welding speed is determined in accordance with the turning radius position of the welding tool at each corner of each welded portion, and the start of turning welding at the corner portion of each welded portion is performed in front of each corner portion so as to be performed synchronously.
  • the welding speed at the straight line portion is determined, and the welding current is determined according to the welding speed.
  • Patent Document 3 is a technique for obtaining the number of welding passes by dividing the overall cross-sectional area of the welded portion by a preset reference cross-sectional area. For example, if the reference cross-sectional area is “cross-sectional area that can be welded in one pass” and a groove wider than the reference groove is used, the number of passes is automatically increased. .
  • Patent Documents 1 to 3 calculate the welding cross-sectional area in advance for each pass, and change a part of the existing welding conditions based on the respective welding cross-sectional areas. This is a technique that can automatically calculate new welding conditions even when the shape of a joint to be welded is different.
  • welding conditions are derived without considering the following items (1) to (3).
  • the welding condition to be mainly operated is “welding speed”, and the welding speed v is adjusted (increased / decreased) in order to set the welding cross-sectional area for each pass to a predetermined target value.
  • the amount of heat input Q to the base material which is one of the items required for ensuring “penetration”, which is the most important in welding quality, is not taken into consideration.
  • the heat input Q [J / cm] is calculated from the following equation (1).
  • the inventors of the present application keep the heat input Q within a predetermined range when calculating and changing the welding speed v in order to ensure “penetration” for assuring the welding quality that is most important as a product. It was found that it was necessary to consider.
  • Patent Documents 1 to 3 do not clearly disclose the calculation method and the adjustment method of the “wibbing condition” of the torch that is necessary as a welding condition when welding a thick plate.
  • the groove shape of the base material to be welded is different, it is necessary not only to change / adjust the whibbing amplitude W but also to change / adjust the weaving frequency F corresponding to the welding speed v.
  • a narrow groove width is used to accurately determine the target position of the wire at both ends of the narrow groove. It is necessary to reduce the wobbling amplitude W in accordance with the above.
  • the weaving frequency F also needs to be adjusted.
  • the higher the welding speed v the higher the weaving frequency F needs to be.
  • the inventors of the present application consider the wigbing conditions so that the wigbing frequency F is adjusted and the wigbing amplitude W is within a predetermined range. I found it necessary.
  • the bead height (bead wall thickness) for each pass is not considered.
  • the height of the weld cross section (bead height d) for each pass exceeds a predetermined value (bead height is large)
  • the melt pool at the welded portion becomes excessive, and the arc becomes unstable.
  • the arc will not reach the base metal directly.
  • the heat input may be insufficient.
  • an excess of the molten pool (welding amount) causes a “preceding phenomenon of the molten pool”, resulting in “insufficient penetration”.
  • Patent Documents 1 to 3 do not clearly disclose a method for solving the shortage of heat input, that is, a method of setting the bead height d to a predetermined value or less.
  • Patent Document 3 discloses that in the case of a wide groove width, the number of passes is increased, but when the number of passes is increased, the welded section height (bead height d) increases. (See FIG. 4 of Patent Document 3) There is a possibility of calculating welding conditions that degrade the welding quality.
  • the inventors of the present application verified a base material that a skilled welding engineer judged as “good” as a welding quality in many actual welding experiments, and most of the base material was “a welding cross section for each pass”. Was found to be within a predetermined value, and the bead thickness d was found to be one of the most important parameters in terms of welding quality.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and affects the welding quality such as the heat input amount, the wobbling operation pattern, and the bead thickness d in addition to the information on the groove of the base material and the shape of the joint. It is an object of the present invention to provide a welding condition deriving device capable of automatically deriving arc welding welding conditions in consideration of conditions.
  • a welding condition deriving device is provided in a welding machine that automatically performs arc welding using a torch having a wobbling mechanism, and automatically sets welding conditions according to the cross-sectional shape of a welded portion of a new base material to be welded.
  • a welding condition deriving device derived at A database for storing welding condition data;
  • a welding condition calculation unit for calculating a welding condition for the shape of the groove and joint of the new base material, Have The welding condition calculation unit Based on the welding condition data of the previous base material similar to the shape of the groove and joint of the new base material extracted from the database, and the input data on the specifications of the welder, At least one of the parameters of the cross-sectional area of the welded portion formed on the new base material, the bead height of the welded portion formed on the new base material, the amount of heat input to the new base material, and the weaving conditions of the torch In consideration of the above parameters, welding condition data of the new base material is derived.
  • the welding condition calculation unit may set the bead height of the new base material within a range of a predetermined upper limit value and a lower limit value.
  • the welding condition calculation unit may set a heat input amount to the new base material within a range of a predetermined upper limit value and lower limit value.
  • the welding condition calculation unit sets a wobbling amplitude and a wobbling pitch which is a wavelength of a wobbling wave, which are the wobbling conditions, within a range of a predetermined upper limit value and a lower limit value, respectively.
  • the welding condition calculation unit extracts the bead height of the past base material from the welding condition data of the past base material, and the bead height of the past base material extracted is the bead height of the new base material. And Then, a cross-sectional area of the welded portion of the past base material is calculated, and a welding speed which is one of welding condition data of the new base material is calculated using the calculated cross-sectional area of the welded portion of the past base material. Should be derived.
  • the welding condition calculation unit calculates a heat input amount to the new base material using the derived welding speed, It is preferable to derive a welding current, which is one of welding condition data of the new base material, using the calculated heat input to the past base material.
  • the welding condition calculation unit extracts a weaving amplitude for the past base material and a bead width in the past base material from the welding condition data of the past base material, The difference between the bead width in the past base material and the bead width in the new base material is added to the whibbing amplitude with respect to the past base material, and the wigbing amplitude which is one of the welding condition data of the new base material may be obtained. .
  • the welding condition calculation unit sets a predetermined upper limit value and a lower limit value of the weaving pitch based on the calculated welding speed as a weaving pitch which is one of the welding condition data of the new base material. It may be derived by adjusting the wobbling frequency so that it falls within the range.
  • the welding condition calculation unit may recalculate each upper limit value and each lower limit value of each welding condition data of the set new base material using input data relating to the specifications of the welding machine.
  • the welding condition deriving device of the present invention good welding quality is obtained by considering the heat input, the wobbling operation pattern, the bead thickness d and the like in addition to the information on the groove of the base material and the shape of the joint.
  • Such arc welding welding conditions can be automatically derived.
  • the derived welding conditions can be displayed on a display or the like, and detailed instructions and suggestions to the operator can be made based on the welding conditions.
  • FIG. 1A is an overall configuration diagram showing a welding robot system 4 provided with a welding condition derivation device 1 of the present invention.
  • FIG. 1B is an explanatory view schematically showing the operation of the weaving mechanism provided in the welding torch 7.
  • the welding robot system 4 includes a welding robot 5, a control device 8 including a teaching pendant 9, and a personal computer 10.
  • the welding robot system 4 of the present embodiment includes a welding condition deriving device 1 (details will be described later).
  • the welding robot 5 is a vertical articulated multi-axis (for example, 6-axis) industrial robot having a welding torch 7 (hereinafter sometimes simply referred to as a torch) at its tip.
  • a welding tool composed of, for example, is provided.
  • the welding robot 5 includes a welding power supply device that supplies power, and a wire feeding device that feeds the welding wire 11 (welding electrode) to the torch 7.
  • the welding robot 5 may be mounted on a slider (not shown) that moves itself.
  • the tip (nozzle) of the torch 7 is operated at a constant welding speed along the welding direction, and the torch 7 is swung substantially perpendicularly to the welding direction.
  • a wobbling mechanism is provided.
  • the shape of the groove Za of the base material Wa is as follows. Vertical type), left / right symmetrical I type (both facing left and right surfaces are both vertical surfaces), left / right symmetrical U type (both facing left and right surfaces are both curved surfaces), and T type (sumi) This embodiment can be applied to any groove Za.
  • the position of the torch 7 adjusted by the control device 8 (hereinafter referred to as the target position of the torch 7).
  • the welding robot 5 is controlled according to welding conditions (programs) taught in advance, such as the groove shapes Za and Zb of the base materials Wa and Wb.
  • the welding conditions may be set using the teaching pendant 9 connected to the control device 8 or may be set using the personal computer 10. In any case, this welding condition is set in advance before the actual arc welding.
  • the welding conditions set as described above are transferred to the control device 8 via a storage medium or the like, or transferred to the control device 8 by data communication.
  • a command to automatically weld the base material Wa to be welded is issued.
  • the groove shape Za of the new base material Wa has a past record of welding. If the groove shape Zb is the same as that of a certain past base material Wb, the same welding condition is extracted from the welding condition data stored in advance in the database 2 provided in the welding robot system 4 and the like. A command to perform automatic welding based on the welding conditions may be issued.
  • the groove shape Za of the base material Wa to be newly arc-welded is similar to the groove shape Zb similar to the past base material Wb having a past welding history (the material of the past base material Wb is also the same). It is not necessarily included).
  • the welding condition deriving device 1 of the welding robot system 4 that can automatically derive the welding conditions of the new base material Wa has been developed in consideration of the information on the formed welded portion and the information on the torch 7.
  • the welding condition deriving device 1 is provided in the above-described welding robot system 4 and automatically derives the welding conditions according to the cross-sectional shape of the new base material Wa to be welded.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the welding condition deriving device 1 of the present invention.
  • the welding condition deriving device 1 includes a database 2 in which “welding condition data” is stored, and a welding condition calculation unit 3 that calculates welding conditions for the new base material Wa.
  • the “welding condition data” stored in the database 2 is physically modeled based on the welding conditions of the past base material Wb (the welding conditions of the past base material Wb) with the past welding history and the welding conditions of the past base material Wb.
  • the welding conditions obtained from the physical model, and the welding conditions that have been derived so far include.
  • the welding condition calculation unit 3 which is a feature of the present invention, extracts the “welding condition data” of the past base material Wb similar to the new base material Wa and “input data” related to the specifications of the welding robot 5, extracted from the database 2.
  • the “welding condition data” of the new base material Wa is derived in consideration of at least one or more of the wobbling conditions of the torch 7.
  • the welding condition calculation unit 3 of the present embodiment extracts the “welding condition data” of the past base material Wb similar to the new base material Wa and the “input data” related to the specifications of the welding robot 5 extracted from the database 2.
  • the “welding condition data” of the new base material Wa is derived in consideration of the heat input amount Q pn and the wobbling conditions of the torch 7.
  • the “input data” is data set based on the specifications of the welding robot 5, for example, the welding voltage E, the welding current I, the feeding speed V W (I) of the welding wire 11, and the radius of the welding wire 11. R, the wobbling frequency F, and the like.
  • the welding condition calculating section 3 in order to consider the bead height d pn new base material Wa, from the "welding condition data" of the past base material Wb, extracted bead height d n of the past base material Wb and the extracted bead height d n of the past base material Wb and bead height d pn new matrix Wa.
  • the welding condition calculating unit 3 calculates the past cross-sectional area (groove cross-sectional area) of the welded portion of the base material Wb S n, using the cross-sectional area S n of the welded portion of the calculated past preform Wb Thus, the welding speed v p1 which is one of the “welding condition data” of the new base material Wa is derived.
  • the welding condition calculating unit 3 calculates the heat input Q p1 to the new base material Wa using the novel matrix to account the heat input Q p1 to Wa, derived welding speed v p1. Then, the welding condition calculating unit 3, using the heat input to Q 1 is calculated to last matrix Wb, to derive the welding current I p1 is one of "welding condition data" of the new base material Wa.
  • the welding condition calculation unit 3 considers the weaving amplitude W p1 for the new base material Wa, from the “welding condition data” of the past base material Wb, the weaving amplitude W 1 for the past base material Wb, and the past base material. extracting the bead width (leg length) a 1 in wb.
  • the welding condition calculating unit 3 calculates the cross-sectional area S pn of the welded portion, by using the calculated cross-sectional area S pn, the bead height D pn and heat input Q pn are calculated.
  • the bead height d pn for each calculated path and the amount of heat input Q pn is the last bead height d n of the welding conditions of the base material Wb, so as not to change significantly from the amount of heat input Q n, that is, the bead height D pn is adjusted to be in the range of (d n ⁇ ⁇ d), and the heat input Q pn is adjusted to be in the range of (Q n ⁇ ⁇ Q).
  • the above-described welding condition calculation unit 3 recalculates the upper limit value and each lower limit value of each “welding condition data” of the set new base material Wa using “input data” relating to the specifications of the welding robot 5. It may be configured.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view schematically showing the groove Zb of the past base material Wb
  • FIG. 3B is a cross-sectional view schematically showing the groove Za of the new base material Wa
  • FIG. 4A is an explanatory view showing a method for calculating the cross-sectional area of the welded portion formed in the groove Zb of the past base material Wb
  • FIG. 4B is an explanatory diagram showing a method for calculating the cross-sectional area of the welded portion formed in the groove Za of the new base material Wa.
  • a new base material Wa having a V-shaped groove Za is a target to be newly arc-welded.
  • the groove angle of the past base material Wb is ⁇
  • the gap width is g.
  • the groove angle is ( ⁇ > ⁇ p ), and the gap width is (g> g p ). That is, it is assumed that the groove angle ⁇ p and the gap width g p of the new base material Wa are narrower than those ( ⁇ , g) of the past base material Wb.
  • the number of arc welding passes is five and the number of layers is four.
  • the welding conditions (welding conditions of the past base material Wb) that have been confirmed to be good welding quality in the actual welding experiment performed in advance are stored in the database 2. Suppose that it is remembered.
  • Table 1 shows an example of welding conditions for the past base material Wb.
  • the welding condition derivation device 1 is determined by the welding power source used in the present embodiment, the type of the welding wire 11 (for example, radius R), and the performance limit of the welding robot 5. Characteristics (for example, feeding speed V W (I) of welding wire 11, standard voltage value E S (I), weaving frequency F, etc.) and the like are stored in database 2.
  • the welding condition derivation device 1 heat input Q n of the past base material Wb, bead height d n
  • the wobbling conditions of the torch 7 (for example, the wobbling amplitude W n and the wobbling pitch dL n ) are also stored in the database 2.
  • each limit value of the above-described welding conditions is set within a range of a predetermined upper limit value and lower limit value.
  • the heat input amount Q pn to the new base material Wa is a predetermined amount based on the heat input amount Q n to the past base material Wb. It is set within the range of the upper limit value Q max and the lower limit value Q min .
  • the welding condition calculating unit 3 when considering the bead height d pn welds formed new matrix Wa, based on the bead height d n of the past base material Wb, beads of the new matrix Wa
  • the height d pn is set within a range between a predetermined upper limit value d max and a lower limit value d min .
  • the weaving amplitude for the new base material Wa is based on the weaving amplitude W n for the past base material Wb.
  • W pn is set within a predetermined upper limit value W max and lower limit value W min .
  • the operator uses the teaching pendant 9 provided in the welding robot 5 to set the above-mentioned various data, store the teaching data, and set the welding conditions for the new base material Wa (details). Is described later).
  • the operator sets the parameters (groove angle ⁇ p , gap width g p ) of the groove shape Za of “new base material Wa (new joint)” to be welded this time. It inputs and starts welding condition calculation part 3 (automatic calculation function of welding conditions).
  • the welding condition calculation unit 3 performs the following processing steps (step 1 and step 2) by the welding robot control CPU.
  • step 1 the bead shape and the heat input amount are obtained from the welding conditions of the past base material Wb. Specifically, from the [welding condition data of the past base material Wb] shown in Table 1 and the [input conditions (spec of the welding robot 5)] shown in Table 2, the bead formed under the welding conditions of the past base material Wb. sectional shape parameter of the welding portion of each path in the stacked view (see FIG. 4A), and calculates the amount of heat input Q n to the welded portion of each path.
  • the bead cross section for each pass is regarded as a “trapezoidal” shape.
  • the bead (groove Zb) the cross-sectional area S n, the bead height d n, the heat input to the Q n.
  • n pass of welding conditions of the past base material Wb conditions namely the welding current E n [V], the welding voltage I n [A]
  • the welding current E n [V] the welding voltage I n [A]
  • the bead width A n [mm], the bead height d n [mm] and the heat input amount Q n [J / mm] of the n- th pass are calculated.
  • the cross-sectional area (bead cross-sectional area) S n [mm 2 ] of each welded part in the first to third passes is calculated from the following equation (2).
  • each bead cross-sectional area S n in the fifth pass is calculated from the equation (7) shown below.
  • each bead height d n of the fifth pass is calculated by modifying Equation (8) into equation (9).
  • the bead cross-sectional area S n in the last matrix Wb, bead width A n, bead height d n, the amount of heat input Q is n was calculated, bead shape for each path in actual welding experiments
  • the actual current and voltage may be measured, and the measurement results may be stored in the database 2 as actual data of arc welding.
  • step 2 parameters of the bead shape (cross-sectional area S pn and bead height d pn, etc.) of the new base material Wa (new weld joint) and the new base material Wa are determined from the welding conditions of the past base material Wb.
  • the heat input amount Q pn is calculated, and welding conditions for the new base material Wa are derived based on the calculated bead shape parameter of the new base material Wa and the heat input amount Q pn .
  • FIG. 4A as shown in FIG. 4B, the included angle of the new base material Wa and theta p, the gap width is g p, and the included angle of the last matrix Wb theta, has a gap width g .
  • the groove angle is ( ⁇ > ⁇ p ) and the gap width g is (g> g p ).
  • the welding conditions for the first layer (first pass) arc welding to the new base material Wa are derived.
  • the welding conditions of the new base material Wa are set so that the bead height (thickness) d pn does not change as much as possible from the welding conditions of the past base material Wb, that is, substantially similar to the welding conditions of the past base material Wb.
  • the bead height d pn greatly affects the welding quality.
  • the bead cross-sectional area S p1 [mm 2 ] in the first pass is calculated from the following equation (12).
  • the welding speed v p1 of the new base material Wa is the past base material Wb.
  • the welding speed is slower than the welding speed v1 (v p1 ⁇ v 1 ).
  • the heat input amount Q p1 to the new base material Wa is increased from the heat input amount Q 1 to the past base material Wb (Q p1 > Q 1 ).
  • the threshold values used at this time are shown in Table 3 [limit values of welding conditions] ⁇ Heat input Q Lower limit value Q min [J / mm], upper limit value Q max [J / mm] Allowable change threshold ⁇ Q [J / mm] during adjustment ⁇ Bead height d Lower limit value d min [mm], upper limit value d max [mm] Allowable change threshold ⁇ d [mm] during adjustment Is used.
  • the upper limit value and the lower limit value are calculated as design values obtained in advance or as know-how at the time of welding.
  • the heat input amount Q p1 to the new base material Wa exceeds the upper limit value Q max (Q p1 > Q max ), or the heat input amount Q p1 to the new base material Wa and the heat input amount Q 1 to the past base material Wb Is greater than the allowable change threshold ⁇ Q at the time of adjustment (Q p1 -Q 1 > ⁇ Q), the heat input amount Q p1 to the new base material Wa becomes the upper limit value Q max , or the new base From the equation (14) shown below, the heat input amount Q p1 to the material Wa becomes a value (Q 1 + ⁇ Q) obtained by adding the allowable change threshold value ⁇ Q at the time of adjustment to the heat input amount Q 1 to the past base material Wb.
  • the welding current I p1 is calculated from the following equation (15).
  • the result is that the new base material Wa Therefore, the bead height d p1 of the new base material Wa also changes.
  • the bead height d p1 of the new base material Wa is calculated from the following equations (16) and (17).
  • the absolute value of the difference between the calculated bead height d p1 of the new base material Wa and the bead height d 1 of the welding conditions of the past base material Wb is equal to or less than the allowable change threshold ⁇ d at the time of adjustment, that is, It is confirmed whether the formula (18) shown in the following is satisfied.
  • the absolute value of the difference between the calculated bead height d p1 of the new base material Wa and the bead height d 1 of the welding conditions of the past base material Wb is: If the threshold value is not less than the allowable change threshold ⁇ d at the time of adjustment, that is, if Expression (18) is not satisfied, the bead height d p1 has changed greatly. As described above, when the bead height d p1 changes greatly (becomes a threshold value or more), the operator may be notified via the teaching pendant 9.
  • the bead width A p1 of the first layer is calculated from the following equation (20).
  • the calculated bead width Ap1 of the first layer is used to derive welding conditions for the second pass (second layer). Thereafter, the above-described derivation of the welding conditions for the new base material Wa is repeated until the final layer (the fifth pass of the fourth layer).
  • the bead cross-sectional area Sp4 is calculated from the following equation (22).
  • the welding speed vp4 is calculated from Equation (23).
  • the welding current I p4 is calculated from the equation (24) using the calculated welding speed v p4 .
  • the operator refers to the welding conditions of the new base material Wa derived by the welding condition deriving device 1 of the present invention and displayed on the teaching pendant 9 as described above, and sets the welding conditions of the new base material Wa. .
  • the welded portion formed on the new base material Wa based on the “welding condition data” of the past base material Wb similar to the new base material Wa and the “input data” regarding the specifications of the welding robot 5.
  • the cross-sectional area S pn, and the new base material of the welding portion formed Wa bead height d pn
  • heat input Q pn to the new base material Wa Wibingu conditions torch 7 (Wibingu amplitude W pn, Wie
  • Wibingu amplitude W pn, Wie By considering at least one of the bending pitches dL pn and the like, it is possible to derive welding conditions for a new base material Wa that has no previous welding performance in a state where information on arc welding is sufficiently satisfied.
  • the first priority is the change in the amount of heat input Q n for welding conditions of the past record is proper range, automatically adjusting the welding condition of the new matrix Wa
  • the welding defects such as poor fusion due to insufficient or excessive heat input Q pn and deterioration of mechanical properties.
  • the welding condition deriving device 1 of the present invention undergoes the above-described process of deriving the welding conditions for the new base material Wa, and in particular, the bead height d pn falls within a predetermined value range (d max to d min ). By preventing the bead height d pn from changing from dn as much as possible, it is possible to prevent the “penetration” shortage.
  • the adjustable range when deriving the welding conditions for Wa can be made wider, and it is possible to deal with new base materials Wa of various groove shapes Za and Zb.
  • the adjustable range when deriving the welding conditions for the new base material Wa is wide, the welding conditions for the past base material Wb stored in the database 2 in advance are minimized. Can do. Therefore, it is possible to reduce the number of actual welding experiments for deriving the welding conditions of the past base material Wb to be stored in the database 2 in advance.
  • the welding conditions of the new base material Wa are derived in consideration of the upper limit value of the feeding speed V W (I), the limit of the welding speed v of the welding robot 5, the upper limit value of the wobbling amplitude W for each wobbling frequency F). Therefore, the calculated welding conditions for the new scale material can be surely executed by the welding robot 5. Therefore, prior confirmation operation of the welding robot 5 after changing the welding conditions becomes unnecessary.
  • the operator uses the teaching pendant 9 to set the welding conditions for the new base material Wa. Went.
  • the welding condition of the new base material Wa derived by the welding condition deriving device 1 is displayed on a display (monitor) such as the personal computer 10 and the new base material is used by using an input device such as a keyboard or a mouse. Wa welding conditions may be set.
  • the multi-joint welding robot 5 that performs the weaving operation of the torch 7 has been described as an example of a welding machine that performs arc welding automatically, but this multi-joint welding robot 5 is an example. There is no particular limitation as long as it is a welding machine capable of automatic welding and capable of a weaving operation. For example, a linear movement type simple automatic welding machine having a wobbling function may be used.
  • the present embodiment has been described by taking “multilayer pile welding” in which a plurality of weld beads are stacked on a target joint as an example of a method for performing arc welding, it can also be applied to “one-layer, one-pass welding”. .
  • the present invention is also applicable to “fillet joint welding”.

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Abstract

　溶接条件導出装置は、ウィビング機構を備えたトーチを有する溶接機に備えられ、新規母材の溶着部の断面形状に応じた溶接条件を導出するものであり、溶接条件データが蓄積されたデータベースと、新規母材の開先や継手の形状に対する溶接条件を算出する溶接条件算出部とを有する。溶接条件算出部は、新規母材の開先や継手の形状に類似した過去の溶接条件データと溶接機の仕様に関する入力データとを基に、新規母材に形成される溶着部の断面積のパラメータと、その溶着部のビード高さ、新規母材への入熱量、トーチのウィビング条件の少なくとも１つ以上のパラメータと、を考慮して、新規母材の溶接条件データを導出する。

Description

溶接条件導出装置
　本発明は、溶接を行う際の溶接条件を導出する溶接条件導出装置に関する。
　アーク溶接は、船舶、橋梁などの構造物や建築物、自動車等を製造する際に広く用いられている。特に、中厚板のアーク溶接においては、対象継手に複数の溶接ビードを重ねる「多層盛り溶接」が用いられている。「多層盛り溶接」とは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｚ ３００１）で規定されているように、一つ又はそれ以上のパスからなる溶接金属の層を盛るように溶接することを指し、溶接継手に沿って行う１回の溶接操作のことをパスと呼ぶ。また、そのパスを複数回行ってできた溶接の層をビードと定義されている。
　上記した多層盛溶接を行うには、以下に示す項目を含む溶接条件をパス毎に予め求めておく必要がある。
（１）トーチの位置・姿勢：開先に対する狙い位置、狙い角、前進・後退角等
（２）溶接出力値：溶接電流、ワイヤ送給速度、溶接電圧等
（３）トーチ運棒方法：溶接速度とウィビングパターン等
　そして、対象ワークにおける良好な溶接品質を得るためには、予めテストピースを用いて実溶接試験を繰り返し行い、適切な（１）～（３）の溶接条件を算出する必要がある。
　適切な施工条件は、溶接対象（例えば、継手種類(Ｖ型、レ型、Ｔ型・・・)と板厚、開先角度、対象ワークの材質等）、溶接関連機器（例えば、溶接電源の特性、シールドガスの種類、溶接ワイヤの材質・直径・トーチ先端からの突出し長さ等）毎に異なる。そのため、溶接対象、溶接機器毎に上記した実溶接実験を行う必要がある。
　また、近年、溶接工程のロボット化・自動化に伴い、上記の溶接条件は数値化されており、その数値化された溶接条件を別の溶接工程で再度利用できるように、データベースなどに記憶されている。
　しかしながら、溶接条件を適切に導出することは、現状では特定溶接技能者しか行えていない。また、溶接対象・溶接関連機器毎に適切な溶接条件を求めることは、膨大な数の実溶接実験を行う必要があり、現実的に不可能である。上記の問題を解決する技術が、特許文献１～特許文献３に開示されている。
　特許文献１には、溶接トーチ部の溶接速度を制御して所定溶接長の開先部を溶接する自動溶接装置が開示されている。この自動溶接装置は、前記溶接長を複数の領域に区分して、溶接開始部と溶接終了部における前記開先部の開先底面幅、開先角度及び開先部の高さに基づいて、前記各領域における各溶接層の断面積を算出し、更にこの断面積に応じて前記各領域の各溶接層毎に前記溶接トーチ部の溶接速度を算出する算出手段と、この算出手段によって算出された情報を記憶する記憶手段と、この記憶手段から前記各領域の各溶接層毎に情報を読み出して前記溶接トーチ部の溶接速度を制御する速度制御手段と、が設けられている。
　つまり、特許文献１は、溶接対象が建築用の鉄骨部材であり、その鉄骨部材の開先部の高さ・底面幅・開先角度に基づいて、溶接断面をパス毎に分割し、パス毎の溶着断面積に応じて溶接速度を算出する技術である。また、特許文献１は、対象ワークである鉄骨部材の加工誤差により開先角度が異なっていても、既存条件を自動的に調整することで、溶接層の肉厚を一定にして溶接を行うようになっている。
　特許文献２には、所定の教示データによって任意の継手形状のアーク溶接が可能な自動溶接装置を用いてすみ肉継手の多層盛溶接を行う方法が開示されている。この方法においては、前記自動溶接装置の制御および多層盛溶接パスプランの自動演算処理を行う演算処理装置を設ける。この演算処理装置による前記多層盛溶接パスプランの自動演算に当っては、少なくとも溶接の継手形状、所定の溶着金属を満たすべき溶接脚長、継手部のギャップ、初層から最終層まで同一の溶接電流と溶接トーチのシフト量を初期条件として入力する。この入力値に基づいて、溶接電圧、ワイヤ溶融速度、溶接脚長を満たすのに必要な全溶着断面積と溶接の層数、初層から最終層までの溶接パス数、溶接速度とパス単位当りの溶着断面積、初層溶接のビード高さと幅、積層溶接に伴う累計ビード高さと幅などをそれぞれ演算する。この演算結果に基づいて初層から最終層まで各溶接パス毎のパス座標と溶接トーチの位置座標とを演算して、これら一連の演算結果を表示する。これとともに、前記自動演算によって、多層盛溶接に必要な初層から最終層まで各溶接パス毎の最適な溶接条件とパス座標および溶接トーチの位置座標とから構成したパスプランデータを作成する。また、多層盛溶接を行うべきすみ肉継手に対する必要な教示データとして、初層の溶接線および溶接トーチ位置を前記自動溶接装置に初期条件として入力したのちに前記演算処理装置に送信する。この教示データと前記作成したパスプランデータとにより、初層から最終層までパス毎の最適な溶接線および溶接トーチ位置座標と最適溶接条件とを決定して教示する教示パスプランデータを前記演算処理装置で自動作成したのち、前記自動溶接装置に送信する。この教示パスプランデータに基づいて初層から最終層までの各溶接パスを順次実行する。
　つまり、特許文献２は、溶接対象であるすみ肉継手の形状・脚長・ギャップ長に対して、各パスにおいて「同一の溶接電流」を供給することを前提とし、この前提の基で、初層～最終層までのパス毎における溶接トーチの狙い位置座標、パス数、及び溶接電圧などの溶接条件を計算する技術である。
　特許文献３には、複数の溶接部を同時に溶接し得る複数の溶接ロボットが設けられた自動溶接装置における溶接方法が開示されている。この溶接方法は、各溶接部の断面形状に応じて溶接条件を決定する際に、溶接条件が溶接速度および溶接電流に関する場合で且つ各溶接部にコーナ部が含まれている場合であって、各溶接部におけるコーナ部での溶接具の回し半径位置に応じて溶接速度を決定するとともに、各溶接部のコーナ部における回し溶接の開始動作が同期して行われるように、その各コーナ部手前における直線部での溶接速度を決定し、且つ溶接速度に応じて溶接電流を決定する。
　つまり、特許文献３は、溶接部の全体断面積を予め設定された基準断面積にて除算し、溶接パス数を求める技術である。例えば、基準断面積を「１回のパスで溶接し得る断面積」とし、基準の開先より幅が広い開先を用いた場合には、自動的にパス数を増加させるようになっている。
　以上、特許文献１～特許文献３の技術は、パス毎に溶着断面積を事前に計算し、その各溶着断面積を基に、既存の溶接条件の一部を変更するようになっており、溶接対象である継手などの形状が異なった場合でも、新たな溶接条件を自動計算することができる技術である。
日本国特公平８－１５６６５号公報 日本国特許２８０６７３３号公報 日本国特許４２４２１１１号公報
　しかしながら、上記した特許文献１～特許文献３の技術は、以下に示す（１）～（３）の項目が考慮されずに、溶接条件が導出されている。
（１）溶接品質に大きな影響を与える、母材への「入熱量」について、考慮されていない。
　特許文献１～特許文献３の技術は、主に操作する溶接条件が「溶接速度」であり、パス毎の溶着断面積を所定の目標値にするために溶接速度ｖを調整（増減）しているが、溶接品質で最も重要となる「溶け込み」の確保に必要とされる項目の一つである母材への入熱量Ｑが考慮されていない。
　具体的には、入熱量Ｑ［Ｊ／ｃｍ］は、以下に示す式（１）から算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　溶接電圧Ｅ、溶接電流Ｉが一定で、且つ溶接速度ｖが速い場合の入熱量Ｑは、不足することとなり、「溶け込み」が不良となる虞がある。それ故、融合不良や割れ等の欠陥が発生し、母材の溶接品質が悪化する虞がある。
　一方で、溶接電圧Ｅ、溶接電流Ｉが一定で、且つ溶接速度ｖが遅い場合の入熱量Ｑは、過多となり、引張強度や耐衝撃性等の機械的特性が劣化する虞がある。
　以上より、本願発明者らは、製品として最も重要である溶接品質を保証するための「溶け込み」を確保するためには、溶接速度ｖの算出及び変更時に、入熱量Ｑを所定範囲内となるように考慮する必要があると知見した。
（２）トーチのウィビング条件について、考慮されていない。
　特許文献１～特許文献３の技術には、中厚板を溶接する際の溶接条件として必要とされるトーチの「ウィビング条件」の算出方法、及び調整方法について、明確に開示されていない。
　溶接対象となる母材の開先形状が異なった場合には、ウィビング振幅Ｗを変更・調整するだけでなく、溶接速度ｖに応じたウィビング周波数Ｆも変更・調整する必要がある。例えば、過去に溶接した母材の開先と比べて、より幅の狭い開先の場合、その幅狭の開先の両端におけるワイヤの狙い位置を正確に求めるために、幅狭の開先幅に合わせてウィビング振幅Ｗを減少させる必要がある。
　さらに、溶着断面積を保つため溶接速度ｖを増速させた場合には、ウィビング周波数Ｆも調整が必要である。一般的には、溶接速度ｖが速いほど、ウィビング周波数Ｆを高周波にする必要がある。また、アンダカット、溶込み不足等の溶接欠陥防止および、良好なビード外観を得るためには、溶接速度ｖとウィビング周波数Ｆで決定するウィビングピッチｄＬ(＝ウィビング１周期で進む距離、すなわちウィビング波の波長)を適切な範囲に調整する必要がある。
　また、溶け込みを確保するために、ウィビング振幅Ｗやワイヤ向き（アークの当たる方法）、特にウィビング時の狙い位置＋トーチ角度(＝アーク方向)などのウィビング条件を考慮する必要がある。
　以上より、本願発明者らは、種々の開先形状ごとに溶接条件を導出するためには、ウィビング周波数Ｆを調整すると共に、ウィビング振幅Ｗを所定範囲内となるように、ウィビング条件を考慮する必要があると知見した。
（３）パス毎のビード高さ(ビード肉厚)について、考慮されていない。定性的には、パス毎の溶着断面の高さ（ビード高さｄ）が所定値以上（ビード高さ大）となると、溶着部の溶融プールが過大となり、アークが不安定となるばかりでなく、アークが直接母材へ届かなくなる。その結果、入熱量が不足となる虞がある。つまり、溶融プール（溶着量）の過多は、「溶融プールの先行現象」を引き起こし、「溶け込み不足」となる。
　特許文献１～特許文献３の技術には、入熱量の不足を解消するため方法、つまりビード高さｄを所定値以下にする方法について、明確に開示されていない。特に、特許文献３においては、幅広の開先幅の場合、パス数を増加させることが開示されているが、パス数を増加させたとき、溶着断面高さ（ビード高さｄ）が増加することとなり（特許文献３の図４参照）、溶接品質を劣化させる溶接条件を算出する虞がある。
　以上より、本願発明者らは、多数の実溶接実験において、熟練の溶接技能者が溶接品質として「良好」と判断した母材を検証し、その母材の大部分が「パス毎の溶着断面の高さ(＝ビード高さｄ)」が所定値以内となっていることを見出し、上記ビード肉厚ｄが溶接品質上、最重要なパラメータの一つであると知見した。
　ビード肉厚ｄが適切範囲になるよう考慮されず導出された溶接条件を用いてアーク溶接を行うと、「溶け込み」が不良となったり、溶融プールが過大となったりして、融合不良や割れ等の欠陥が発生し、母材の溶接品質が悪化する問題が生じることとなる。
　本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、母材の開先や継手の形状に関する情報に加えて、入熱量、ウィビング動作パターン、ビード肉厚ｄ等の溶接品質に影響をする条件を考慮してアーク溶接の溶接条件を自動で導出することができる溶接条件導出装置を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
　本発明にかかる溶接条件導出装置は、ウィビング機構を有するトーチを用いて自動でアーク溶接を行う溶接機に備えられ、溶接対象となる新規母材の溶着部の断面形状に応じた溶接条件を自動で導出する溶接条件導出装置であって、
　溶接条件データが蓄積されるデータベースと、
　前記新規母材の開先や継手の形状に対する溶接条件を算出する溶接条件算出部と、
を有し、
　前記溶接条件算出部は、
　前記データベースから抽出された、前記新規母材の開先や継手の形状に類似した過去母材の溶接条件データと、前記溶接機の仕様に関する入力データとを基に、
　前記新規母材に形成される溶着部の断面積のパラメータと、前記新規母材に形成される溶着部のビード高さ、前記新規母材への入熱量、前記トーチのウィビング条件の少なくとも１つ以上のパラメータと、を考慮して、前記新規母材の溶接条件データを導出することを特徴とする。
　好ましくは、前記溶接条件算出部は、前記新規母材のビード高さを、所定の上限値及び下限値の範囲内に設定するとよい。
　好ましくは、前記溶接条件算出部は、前記新規母材への入熱量を、所定の上限値及び下限値の範囲内に設定するとよい。
　好ましくは、前記溶接条件算出部は、前記ウィビング条件とされる、前記新規母材に対するウィビング振幅とウィビング波の波長であるウィビングピッチとを、所定の上限値及び下限値の範囲内にそれぞれ設定するとよい。
　好ましくは、前記溶接条件算出部は、前記過去母材の溶接条件データから、前記過去母材のビード高さを抽出し、抽出した前記過去母材のビード高さを前記新規母材のビード高さとし、
　その上で、前記過去母材の溶着部の断面積を算出し、算出された前記過去母材の溶着部の断面積を用いて、前記新規母材の溶接条件データの一つである溶接速度を導出するとよい。
　好ましくは、前記溶接条件算出部は、導出された前記溶接速度を用いて前記新規母材への入熱量を算出し、
　算出された前記過去母材への入熱量を用いて、前記新規母材の溶接条件データの一つである溶接電流を導出するとよい。
　好ましくは、前記溶接条件算出部は、前記過去母材の溶接条件データから、前記過去母材に対するウィビング振幅、及び前記過去母材におけるビード幅を抽出し、
　前記過去母材に対するウィビング振幅に、前記過去母材におけるビード幅と前記新規母材におけるビード幅との差分を加算して、前記新規母材の溶接条件データの一つであるウィビング振幅とするとよい。
　好ましくは、前記溶接条件算出部は、前記新規母材の溶接条件データの一つであるウィビングピッチを、算出された前記溶接速度を基に、前記ウィビングピッチの所定の上限値及び下限値の範囲内になるようにウィビング周波数を調整することで導出するとよい。
　好ましくは、前記溶接条件算出部は、前記溶接機の仕様に関する入力データを用いて、設定された前記新規母材の各溶接条件データの各上限値及び各下限値を再計算するとよい。
　本発明の溶接条件導出装置によれば、母材の開先や継手の形状に関する情報に加えて、入熱量、ウィビング動作パターン、ビード肉厚ｄ等を考慮する事で、良好な溶接品質となるようなアーク溶接の溶接条件を自動で導出することができる。また、導出した溶接条件は、表示器等に表示可能であり、この溶接条件に基づいて、オペレータへの細かい指示・示唆をすることが可能である。
本発明の溶接条件導出装置が備えられる溶接ロボットシステムを示した全体構成図である。 トーチに備えられているウィビング機構の動作を模式的に示した説明図である。 本発明の溶接条件導出装置の構成を示すブロック図である。 過去母材の開先を模式的に示した断面図である。 新規母材の開先を模式的に示した断面図である。 過去母材の開先に形成される溶着部の断面積を算出する方法を示した説明図である。 新規母材の開先に形成される溶着部の断面積を算出する方法を示した説明図である。
　以下、本発明にかかる溶接条件導出装置について、図面に基づき詳しく説明する。なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。従って、それらについての詳細な説明は繰返さない。まず、本発明の溶接条件導出装置１を説明する前に、その溶接条件導出装置１が備えられた垂直多関節型の溶接ロボットシステム４の概要について、図１Ａ、図１Ｂに基づき説明する。
　図１Ａは、本発明の溶接条件導出装置１が備えられる溶接ロボットシステム４を示した全体構成図である。図１Ｂは、溶接トーチ７に備えられているウィビング機構の動作を模式的に示した説明図である。
　図１Ａに示すように、この溶接ロボットシステム４は、溶接ロボット５と、教示ペンダント９を備えた制御装置８と、パソコン１０とを有している。
　加えて、本実施形態の溶接ロボットシステム４には、溶接条件導出装置１（詳細は後述）が備えられている。
　溶接ロボット５は、垂直多関節型の複数軸（例えば、６軸）の産業用ロボットであり、その先端に溶接トーチ７（以降、単にトーチと呼ぶこともある）が備えられている溶接ヘッド６などから構成される溶接ツールが設けられている。加えて、溶接ロボット５は、図示はしないが、電源を供給する溶接電源装置と、トーチ７に溶接ワイヤ１１（溶接電極）を送給するワイヤ送給装置と、を有している。なお、この溶接ロボット５は、それ自体を移動させるスライダ（図示せず）に搭載されていてもよい。
　図１Ｂに示すように、この溶接ロボット５には、トーチ７の先端（ノズル）を溶接方向に沿うように一定溶接速度にて動作させ、溶接方向に対してトーチ７をほぼ直角に揺動させるウィビング機構が備えられている。
　本実施形態の母材Ｗａの開先・継手の形状としては、様々なものが想定される。ここでは、図３Ａ、図３Ｂに例示するように、左右対称のＶ型（向き合う左右面が共に同じ角度で傾斜）の開先Ｚａを例に挙げて説明する。
　母材Ｗａの開先Ｚａの形状としては、左右非対称のレ型（向き合う一方側が傾斜面で、他方側が垂直面：single bevel groove）、左右非対称のＪ型（向き合う一方側が湾曲面で、他方側が垂直面）、左右対称のＩ型（向き合う左右面が共に垂直面）、左右対称のＵ型（向き合う左右面が共に湾曲面）、２つ以上の母材Ｗａを垂直に突き合わせたＴ型(すみ肉溶接)などが挙げられ、本実施形態はいずれの開先Ｚａであっても適用可能である。
　ウィビング動作をするトーチ７を用いて、母材（対象ワーク）に対してアーク溶接を行うにあたっては、制御装置８にて、調整されたトーチ７の位置（以降、トーチ７の狙い位置と呼ぶ）や母材Ｗａ，Ｗｂの開先形状Ｚａ，Ｚｂなど、予め教示した溶接条件（プログラム）に従って、溶接ロボット５の制御が行われている。
　この溶接条件は、制御装置８に接続された教示ペンダント９を使用して設定される場合や、パソコン１０を利用して設定される場合などがある。いずれの場合であっても、この溶接条件は、実際に行われるアーク溶接の前に予め設定される。
　上記のようにして設定された溶接条件は、記憶媒体等を介して制御装置８に受渡しされたり、データ通信により制御装置８に転送されたりする。
　ところで、溶接条件に基づいて、新たに溶接対象となる母材Ｗａに対して自動溶接を行う指令を出しているが、この新規母材Ｗａの開先形状Ｚａが過去において溶接を行った実績がある過去母材Ｗｂと同じ開先形状Ｚｂであれば、溶接ロボットシステム４に備えられたデータベース２などに予め蓄積されている溶接条件のデータから、同一の溶接条件を抽出して、その同一の溶接条件に基づいた自動溶接を行う指令を出せばよい。
　しかしながら、実溶接では、新たにアーク溶接の対象となる母材Ｗａの開先形状Ｚａが、過去に溶接履歴がある過去母材Ｗｂと類似した開先形状Ｚｂ（過去母材Ｗｂの材質なども含む）であるとは限らない。
　このような、前歴のない開先形状Ｚａを有する新規母材Ｗａに対してアーク溶接を行う場合には、抽出した新規母材Ｗａの開先形状Ｚａに類似した過去母材Ｗｂの溶接条件を基に、新規母材Ｗａの溶接条件を計算して導出することが必要となる。
　そこで、本願発明者らは、新規母材Ｗａの開先形状Ｚａに類似した過去母材Ｗｂの溶接条件と、新規母材Ｗａの開先形状Ｚａに関する情報とに加えて、新規母材Ｗａに形成される溶着部に関する情報、トーチ７に関する情報を考慮して、新規母材Ｗａの溶接条件を自動で導出することができる溶接ロボットシステム４の溶接条件導出装置１を開発した。溶接条件導出装置１は、上記した溶接ロボットシステム４に備えられていて、溶接対象となる新規母材Ｗａの断面形状に応じた溶接条件を自動で導出するものである。
　図２は、本発明の溶接条件導出装置１の構成を示すブロック図である。図２に示すように、溶接条件導出装置１は、「溶接条件データ」が蓄積されたデータベース２と、新規母材Ｗａに対する溶接条件を算出する溶接条件算出部３と、を有している。
　データベース２に蓄積された「溶接条件データ」は、過去に溶接履歴がある過去母材Ｗｂの溶接条件（過去母材Ｗｂの溶接条件）、その過去母材Ｗｂの溶接条件を基に物理モデル化し、その物理モデルから得られた溶接条件、これまでに導出した経験のある溶接条件（実際に採用された溶接条件、適した条件であるが、何らかの理由で不採用となった溶接条件）などが含まれている。
　本発明の特徴である溶接条件算出部３は、データベース２から抽出された、新規母材Ｗａに類似した過去母材Ｗｂの「溶接条件データ」と、溶接ロボット５の仕様に関する「入力データ」とを基に、新規母材Ｗａに形成される溶着部の断面積Ｓを考慮し、更には新規母材Ｗａに形成される溶着部のビード高さｄ、新規母材Ｗａへの入熱量Ｑ、トーチ７のウィビング条件の少なくとも１つ以上を考慮した上で、新規母材Ｗａの「溶接条件データ」を導出する。
　なお、本実施形態の溶接条件算出部３は、データベース２から抽出された、新規母材Ｗａに類似した過去母材Ｗｂの「溶接条件データ」と、溶接ロボット５の仕様に関する「入力データ」とを基に、新規母材Ｗａへの溶着部の断面積Ｓｐｎのパラメータと、新規母材Ｗａに形成される溶着部のビード高さｄｐｎを考慮し、その上で新規母材Ｗａへの入熱量Ｑｐｎ、トーチ７のウィビング条件を考慮して、新規母材Ｗａの「溶接条件データ」を導出するものである。
　「入力データ」とは、溶接ロボット５のスペックを基に設定されたデータであり、例えば、溶接電圧Ｅ、溶接電流Ｉ、溶接ワイヤ１１の送給速度ＶＷ（Ｉ）、溶接ワイヤ１１の半径Ｒ、ウィビング周波数Ｆなどである。
　詳しくは、この溶接条件算出部３は、新規母材Ｗａのビード高さｄｐｎを考慮すべく、過去母材Ｗｂの「溶接条件データ」から、過去母材Ｗｂのビード高さｄｎを抽出し、抽出した過去母材Ｗｂのビード高さｄｎを新規母材Ｗａのビード高さｄｐｎとする。その上で、溶接条件算出部３は、過去母材Ｗｂの溶着部の断面積（開先断面積）Ｓｎを算出し、算出された過去母材Ｗｂの溶着部の断面積Ｓｎを用いて、新規母材Ｗａの「溶接条件データ」の一つである溶接速度ｖｐ１を導出する。
　また、溶接条件算出部３は、新規母材Ｗａへの入熱量Ｑｐ１を考慮すべく、導出された溶接速度ｖｐ１を用いて新規母材Ｗａへの入熱量Ｑｐ１を算出する。そして、溶接条件算出部３は、算出された過去母材Ｗｂへの入熱量Ｑ１を用いて、新規母材Ｗａの「溶接条件データ」の一つである溶接電流Ｉｐ１を導出する。
　さらには、溶接条件算出部３は、新規母材Ｗａに対するウィビング振幅Ｗｐ１を考慮すべく、過去母材Ｗｂの「溶接条件データ」から、過去母材Ｗｂに対するウィビング振幅Ｗ１、及び過去母材Ｗｂにおけるビード幅(脚長)Ａ１を抽出する。そして、溶接条件算出部３は、過去母材Ｗｂに対するウィビング振幅Ｗ１に、過去母材Ｗｂにおけるビード幅Ａ１と新規母材Ｗａにおけるビード幅Ａｐ１との差分（ビード幅Ａｐ１の増加分）ΔＷを加算して、これを新規母材Ｗａの「溶接条件データ」の一つであるウィビング振幅Ｗｐ１とする（Ｗｐ１＝Ｗ１＋ΔＷ）。
　また、溶接条件算出部３は、新規母材Ｗａに対するウィビングピッチ（＝ウィビング端点間の距離）ｄＬｐ１を考慮すべく、算出された溶接速度ｖｐ１を基に、ウィビングピッチｄＬｐ１の上限値及び下限値の範囲［Ｐｎ±ΔＰ（ｎ＝１）］内になるようにウィビング周波数Ｆｐ１を調整して、新規母材Ｗａの「溶接条件データ」の一つであるウィビングピッチｄＬｐ１を導出する。
　以上まとめると、溶接条件算出部３は、入力条件の溶接速度ｖとワイヤ送給速度Ｖとから、溶着部の断面積Ｓｐｎを算出し、算出された断面積Ｓｐｎを用いて、ビード高さｄｐｎ、入熱量Ｑｐｎを算出する。
　そして、算出されたパス毎のビード高さｄｐｎと入熱量Ｑｐｎとが、過去母材Ｗｂの溶接条件のビード高さｄｎ、入熱量Ｑｎから大きく変化しないように、つまり、ビード高さｄｐｎを（ｄｎ±Δｄ）の範囲内に、且つ入熱量Ｑｐｎを（Ｑｎ±ΔＱ）の範囲内となるように調整する。
　続いて、その調整されたビード高さｄｐｎを用いて、新たな溶接速度ｖｐｎを導出すると共に、調整された入熱量Ｑｐｎを用いて、新たなワイヤ送給速度Ｖｐｎ（＝溶接電流Ｉｐｎ）を導出する。
　上記した溶接条件算出部３は、溶接ロボット５の仕様に関する「入力データ」を用いて、設定された新規母材Ｗａの各「溶接条件データ」の上限値及び各下限値を再計算するように構成されていてもよい。
　次に、本発明の溶接条件導出装置１を用いて、新規母材Ｗａの溶接条件を導出する方法、すなわち本発明の特徴である溶接条件算出部３の動作（溶接条件の導出過程）について、Ｖ型開先Ｚａの「多層盛り溶接」を例に挙げて詳細に説明する。
　図３Ａは、過去母材Ｗｂの開先Ｚｂを模式的に示した断面図であり、図３Ｂは、新規母材Ｗａの開先Ｚａを模式的に示した断面図である。また、図４Ａは、過去母材Ｗｂの開先Ｚｂに形成される溶着部の断面積を算出する方法を示した説明図である。図４Ｂは、新規母材Ｗａの開先Ｚａに形成される溶着部の断面積を算出する方法を示した説明図である。
　図３Ａ、図３Ｂに示すように、本実施形態では、新たにアーク溶接を行う対象をＶ型の開先Ｚａを有する新規母材Ｗａとする。また、過去母材Ｗｂの開先角度をθとし、ギャップ幅をｇとする。一方、新規母材Ｗａの開先角度をθｐとし、ギャップ幅をｇｐとする。なお、開先角度については、（θ＞θｐ）とし、ギャップ幅については、（ｇ＞ｇｐ）とする。つまり、新規母材Ｗａの開先角度θｐ及びギャップ幅ｇｐのほうが、過去母材Ｗｂのそれ（θ、ｇ）より、狭いものであるとする。
　また、図３Ａ、図３Ｂに示すように、本実施形態の「多層盛り溶接」では、アーク溶接のパス数を５パスとし、層数を４層としている。
　まず、本実施形態の溶接条件導出装置１（溶接ロボット５）には、以下に示す溶接条件、
１）パス数：ｎ（ｎ＝１，２・・・）
２）パス毎に、
・溶接ロボット５への出力指令として、溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｅ
・トーチ７の先端の狙い位置Ｐ、狙い角度・前進角 、溶接時の速度ｖ
・ウィビング動作(正弦波)パラメータ：ウィビング振幅Ｗ・ウィビング周波数Ｆが教示データとして、データベース２に記憶されているとする。
　また、本実施形態の溶接条件導出装置１には、予め行った実溶接実験にて、良好な溶接品質となることが確認された溶接条件（過去母材Ｗｂの溶接条件）を、データベース２に記憶させてあるとする。表１に、過去母材Ｗｂの溶接条件の一例を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　また、表２に示すように、溶接条件導出装置１には、本実施形態にて使用する溶接電源や、溶接ワイヤ１１の種類（例えば、半径Ｒ）や、溶接ロボット５の性能限界で決定する特性（例えば、溶接ワイヤ１１の送給速度ＶＷ（Ｉ）、標準電圧値ＥＳ（Ｉ）、ウィビング周波数Ｆなど）などがデータベース２に記憶されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　また、表３に示すように、本実施形態において溶接品質を確保するための溶接条件の制限値として、溶接条件導出装置１には、過去母材Ｗｂの入熱量Ｑｎ、ビード高さｄｎ、トーチ７のウィビング条件（例えばウィビング振幅Ｗｎ、ウィビングピッチｄＬｎ）などもデータベース２に記憶されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　なお、上記した溶接条件の各制限値は、所定の上限値及び下限値の範囲内に設定されている。例えば、溶接条件算出部３において、新規母材Ｗａへの入熱量Ｑｐｎを考慮するに際しては、過去母材Ｗｂへの入熱量Ｑｎより、新規母材Ｗａへの入熱量Ｑｐｎが所定の上限値Ｑｍａｘ及び下限値Ｑｍｉｎの範囲内に設定されている。
　また、溶接条件算出部３において、新規母材Ｗａに形成される溶着部のビード高さｄｐｎを考慮するに際しては、過去母材Ｗｂのビード高さｄｎに基づき、新規母材Ｗａのビード高さｄｐｎを所定の上限値ｄｍａｘ及び下限値ｄｍｉｎの範囲内に設定する。
　さらには、溶接条件算出部３において、ウィビング条件とされる、新規母材Ｗａに対するウィビング振幅Ｗｐｎを考慮するに際しては、過去母材Ｗｂに対するウィビング振幅Ｗｎに基づき、新規母材Ｗａに対するウィビング振幅Ｗｐｎを所定の上限値Ｗｍａｘ及び下限値Ｗｍｉｎの範囲内に設定する。また、ウィビングピッチ(＝ウィビング波の波長)ｄＬｐｎを考慮するに際しては、過去母材Ｗｂに対するウィビングピッチｄＬｎに基づき、ウィビングピッチｄＬｐｎを所定の上限値ｄＬｍａｘ及び下限値ｄＬｍｉｎの範囲内に設定する。
　本実施形態では、オペレータは、溶接ロボット５に備えられた教示ペンダント９を用いて、データベース２に、上記した各種データの設定や教示データの記憶、並びに新規母材Ｗａの溶接条件の設定（詳細は後述）などを行う。
　次に、図３Ｂに示すように、オペレータは、今回の溶接対象である「新規母材Ｗａ（新たな継手）」の開先形状Ｚａのパラメータ（開先角度θｐ、ギャップ幅ｇｐ）を入力して、溶接条件算出部３（溶接条件の自動算出機能）を起動させる。
　溶接条件算出部３は、溶接ロボット制御用ＣＰＵにより、以下に示す処理ステップ（ステップ１、ステップ２）を行う。
　まず、ステップ１において、過去母材Ｗｂの溶接条件からビード形状と入熱量を求める。
　具体的には、表１に示す［過去母材Ｗｂの溶接条件データ］、表２に示す［入力条件（溶接ロボット５のスペック）］から、過去母材Ｗｂの溶接条件で形成されるビードの積層図(図４Ａ参照)におけるパス毎の溶着部の断面形状パラメータ、および、各パスの溶着部への入熱量Ｑｎを算出する。
　なお、本実施形態においては、パス毎のビード断面を「台形」状と見なし、例えば、ｎパス目（ｎ＝１，２・・・）のビード幅をＡｎ、ビード（開先Ｚｂ）の断面積をＳｎ、ビード高さをｄｎ、入熱量をＱｎとする。
　図４Ａに示すように、過去母材Ｗｂの溶接条件のｎパス目（本実施形態では、ｎ＝１～５）の条件、すなわち溶接電流Ｅｎ［Ｖ］、溶接電圧Ｉｎ［Ａ］、速度ｖｎ［ｍｍ／ｓ］、トーチ７の狙い位置Ｐｎ、ウィビング振幅Ｗｎ［ｍｍ］、ウィビング周波数Ｆｎ［Ｈｚ］などから、ｎパス目における開先Ｚｂの断面積Ｓｎ［ｍｍ２］、溶着部のビード幅Ａｎ［ｍｍ］、ビード高さｄｎ［ｍｍ］、ｎパス目の入熱量Ｑｎ［Ｊ／ｍｍ］を算出する。
　まず、１パス目～３パス目（ｎ＝１～３）の過去母材Ｗｂの溶接条件について、導出する。溶接ワイヤ１１の溶着量を基に、１パス目～３パス目における各溶着部の断面積（ビード断面積）Ｓｎ［ｍｍ２］を、以下に示す式（２）より算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　そして、１パス目～３パス目におけるビード高さｄｎを、式（３）を式（４）に変形して算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　さらに、１パス目～３パス目におけるビード幅Ａｎ[ｍｍ]を、以下に示す式（５）より算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　続いて、１パス目～３パス目における入熱量Ｑｎ［Ｊ／ｍｍ］を、以下に示す式（６）より算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　次に、４パス目、５パス目（ｎ＝４，５）の過去母材Ｗｂの溶接条件について、導出する。４パス目、５パス目における各ビード断面積Ｓｎを、以下に示す式（７）より算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　そして、４パス目、５パス目における各ビード高さｄｎを、式（８）を式（９）に変形して算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　さらに、４パス目、５パス目におけるビード幅Ａｎ[ｍｍ]を、以下に示す式（１０）より算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　続いて、４パス目、５パス目における入熱量Ｑｎ［Ｊ／ｍｍ］を、以下に示す式（１１）より算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　なお、本実施形態では、計算によって、過去母材Ｗｂにおけるビード断面積Ｓｎ、ビード幅Ａｎ、ビード高さｄｎ、入熱量Ｑｎを算出したが、実溶接実験時にパス毎にビード形状や実電流・電圧等を計測し、それら計測結果をアーク溶接の実データとして、データベース２に記憶しておいてもよい。
　次に、ステップ２において、過去母材Ｗｂの溶接条件から、新規母材Ｗａ（新たな溶接継手）のビード形状（断面積Ｓｐｎ及びビード高さｄｐｎなど）のパラメータと、新規母材Ｗａへの入熱量Ｑｐｎを算出し、算出された新規母材Ｗａのビード形状のパラメータと、入熱量Ｑｐｎとを基に、新規母材Ｗａの溶接条件を導出する。
　なお、図４Ａ、図４Ｂに示すように、新規母材Ｗａの開先角度をθｐとし、ギャップ幅をｇｐとし、過去母材Ｗｂの開先角度をθとし、ギャップ幅をｇとしている。また、開先角度を（θ＞θｐ）とし、ギャップ幅ｇを（ｇ＞ｇｐ）としている。
　まず、新規母材Ｗａへの１層目（１パス目）のアーク溶接に対する溶接条件を導出する。
　本実施形態では、ビード高さ（厚み）ｄｐｎが過去母材Ｗｂの溶接条件からできるだけ変化しない、すなわち、過去母材Ｗｂの溶接条件に略類似するように、新規母材Ｗａの溶接条件を導出する。その理由としては、「発明が解決しようとする課題」で詳説したように、本願発明者らが、溶接品質にビード高さｄｐｎが大きく影響するとの知見をしたからである。
　具体的には、１パス目のビード高さｄｐ１が過去母材Ｗｂの溶接条件における１パス目のビード高さｄ１と一致する（ｄｐ１＝ｄ１）ように、溶接速度ｖｐ１を調整する。まず、１パス目におけるビード断面積Ｓｐ１［ｍｍ２］を、以下に示す式（１２）より算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　そして、新たな溶接速度ｖｐ１を、以下に示す式（１３）より算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　なお、本実施形態においては、新規母材Ｗａの開先形状Ｚａが過去母材Ｗｂの開先形状Ｚｂより狭くなった場合であるので、新規母材Ｗａの溶接速度ｖｐ１は過去母材Ｗｂの溶接速度ｖ１より遅くなる（ｖｐ１＜ｖ１）。一方で、新規母材Ｗａへの入熱量Ｑｐ１は、過去母材Ｗｂへの入熱量Ｑ１より増加することとなる（Ｑｐ１＞Ｑ１）。
　そして、新規母材Ｗａへの入熱量Ｑｐ１を算出するに際し、その算出された新規母材Ｗａへの入熱量Ｑｐ１を所定範囲になるように調整を行う。
　このときに用いる各閾値は、表３に示す［溶接条件の制限値］、
・入熱量Ｑ
　下限値Ｑｍｉｎ［Ｊ／ｍｍ］、上限値Ｑｍａｘ［Ｊ／ｍｍ］
　調整時の許容変化閾値ΔＱ［Ｊ／ｍｍ］
・ビード高さｄ
　下限値ｄｍｉｎ［ｍｍ］、上限値ｄｍａｘ［ｍｍ］
　調整時の許容変化閾値Δｄ［ｍｍ］
を用いる。なお、これら上限値及び下限値は、予め求められている設計値、あるいは、溶接施工時のノウハウとして算出されるものである。
　新規母材Ｗａへの入熱量Ｑｐ１が上限値Ｑｍａｘを上回った場合（Ｑｐ１＞Ｑｍａｘ）、あるいは、新規母材Ｗａへの入熱量Ｑｐ１と過去母材Ｗｂへの入熱量Ｑ１との差が、調整時の許容変化閾値ΔＱより上回った場合（Ｑｐ１－Ｑ１＞ΔＱ）には、新規母材Ｗａへの入熱量Ｑｐ１が上限値Ｑｍａｘとなる、あるいは、新規母材Ｗａへの入熱量Ｑｐ１が過去母材Ｗｂへの入熱量Ｑ１に調整時の許容変化閾値ΔＱを加算した値（Ｑ１+ΔＱ）となるように、以下に示す式（１４）より算出し、溶接電流Ｉｐ１を、以下に示す式（１５）より算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　算出された新規母材Ｗａへの入熱量Ｑｐ１を基に、溶接電流Ｉｐ１を調整した(本実施形態においては、溶接電流Ｉｐ１を減少させることになった)結果、新規母材Ｗａへの溶着量が変化するので、新規母材Ｗａのビード高さｄｐ１も変化するようになる。
　新規母材Ｗａのビード高さｄｐ１は、以下に示す式（１６）、式（１７）より算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　本実施形態では、算出した新規母材Ｗａのビード高さｄｐ１と過去母材Ｗｂの溶接条件のビード高さｄ１との差の絶対値が、調整時の許容変化閾値Δｄ以下、すなわち以下に示す式（１８）を満たすか否かを確認する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
　例えば、仮に、以下に示す式（１９）のように、算出された新規母材Ｗａのビード高さｄｐ１と過去母材Ｗｂの溶接条件のビード高さｄ１との差の絶対値が、調整時の許容変化閾値Δｄ以上、すなわち式（１８）を満たさない場合、ビード高さｄｐ１が大きく変化したこととなる。このように、ビード高さｄｐ１が大きく変化した（閾値以上となった）場合、教示ペンダント９を介してオペレータに通達してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　以上のようにして算出された溶接電流Ｉｐ１を用いて、１層目のビード幅Ａｐ1を、以下に示す式(２０）より算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
　算出された１層目のビード幅Ａｐ1を、２パス目（２層目）の溶接条件の導出に用いる。
　以降、上記した新規母材Ｗａの溶接条件の導出を、最終層（４層目の５パス目）まで繰り返し行う。
　特に、４層目の４パス目、５パス目においては、最終ビードが開先Ｚａ全域を埋めるように、ビード高さｄｐ４（＝ｄｐ５）を、以下に示す式（２１）のようにする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
　ビード断面積Ｓｐ４を、以下に示す式（２２）より計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
　そして、算出されたビード断面積Ｓｐ４を用いて、式(２３)より溶接速度ｖｐ４を算出する。続いて、その算出された溶接速度ｖｐ４を用いて、式(２４)より溶接電流Ｉｐ４を計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
　そして、オペレータは、上記のように本発明の溶接条件導出装置１により導出され、教示ペンダント９に表示された新規母材Ｗａの溶接条件を参照して、新規母材Ｗａの溶接条件を設定する。
　以上述べたように、新規母材Ｗａに類似した過去母材Ｗｂの「溶接条件データ」と、溶接ロボット５の仕様に関する「入力データ」とを基に、新規母材Ｗａに形成される溶着部の断面積Ｓｐｎを考慮し、且つ新規母材Ｗａに形成される溶着部のビード高さｄｐｎ、新規母材Ｗａへの入熱量Ｑｐｎ、トーチ７のウィビング条件（ウィビング振幅Ｗｐｎ、ウィビングピッチｄＬｐｎなど）の少なくとも１つ以上を考慮することで、アーク溶接に関する情報が十分に満足した状態で、これまで溶接実績のない新規母材Ｗａの溶接条件を導出することができる。また、本発明の溶接条件導出装置１は、過去実績のある溶接条件に対する入熱量Ｑｎの変化が適正範囲になることを最優先に、新規母材Ｗａの溶接条件を自動的に調整することにより、入熱量Ｑｐｎの不足乃至は過多による融合不良や機械的特性の劣化等の溶接欠陥を防止することができる。
　また、本発明の溶接条件導出装置１は、上記した新規母材Ｗａの溶接条件の導出過程を経る、特にビード高さｄｐｎが所定値の範囲（ｄｍａｘ～ｄｍｉｎ）内となる、すなわちビード高さｄｐｎをｄｎからできるだけ変化させないようにすることで、「溶け込み」不足を防止することができる。
　また、本発明の溶接条件導出装置１は、溶接速度ｖｐに加えて、溶接ワイヤ１１の送給速度ＶＷ（Ｉ）（＝溶接電流Ｉ）なども調整対象とすることで、新規母材Ｗａの溶接条件を導出する際の調整可能範囲をより広範囲とすることができ、種々の開先形状Ｚａ，Ｚｂの新規母材Ｗａに対応することができる。
　また、前述のように、新規母材Ｗａの溶接条件を導出する際の調整可能範囲を広範囲としているので、予めデータベース２に蓄積しておく過去母材Ｗｂの溶接条件を必要最小限にすることができる。それ故、予めデータベース２に蓄積しておくための過去母材Ｗｂの溶接条件を導出する実溶接実験の回数も少なくすることができる。
　また、アーク溶接に使用する溶接ロボット５の特性・性能限界（入熱量Ｑｐ／ビード高さｄｐ等、溶接施工での「限界値」だけでなく、その溶接ロボット５の限界値(ワイヤ送給速度ＶＷ（Ｉ）の上限値、溶接ロボット５の溶接速度ｖの限界、ウィビング周波数Ｆ毎のウィビング振幅Ｗの上限値など）を考慮して新規母材Ｗａの溶接条件を導出していることから、算出された新規模材の溶接条件は確実に溶接ロボット５にて実行することできる。それ故、溶接条件変更後における溶接ロボット５の事前の確認運転が不要となる。
　なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。
　例えば、本実施形態においては、溶接条件導出装置１により導出された新規母材Ｗａの溶接条件を基に、オペレータが教示ペンダント９を用いて、新規母材Ｗａの溶接条件の設定操作を行う説明を行った。しかし、これに限らず、溶接条件導出装置１により導出された新規母材Ｗａの溶接条件をパソコン１０などの表示器（モニタ）に表示し、キーボードまたはマウスなど入力装置を用いて、新規母材Ｗａの溶接条件を設定してもよい。
　また、本実施形態では、自動でアーク溶接を行う溶接機として、トーチ７をウィビング動作させる多関節の溶接ロボット５を例に挙げて説明したが、この多関節の溶接ロボット５は一つの例であり、自動溶接が行えるウィビング動作が可能な溶接機であれば特に限定しない。例えば、ウィビング機能を有する直線移動型の簡易自動溶接機であってもよい。また、本実施形態は、アーク溶接を行う方法として、対象継手に複数の溶接ビードを重ねる「多層盛り溶接」を例に挙げて説明したが、「一層、１パスの溶接」でも適用可能である。また、本発明は、「すみ肉継手溶接」にも適用可能である。
　特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
　本出願は２０１４年６月４日出願の日本国特許出願（特願２０１４－１１５７００）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　１　溶接条件導出装置
　２　データベース
　３　溶接条件算出部
　７　トーチ
１１　溶接ワイヤ（溶接電極）
Ｗａ　新規母材（対象ワーク）
Ｗｂ　過去母材
Ｚａ　新規母材の開先（開先形状）
Ｚｂ　過去母材の開先（開先形状）

Claims (14)

  1. 　ウィビング機構を有するトーチを用いて自動でアーク溶接を行う溶接機に備えられ、溶接対象となる新規母材の溶着部の断面形状に応じた溶接条件を自動で導出する溶接条件導出装置であって、
    　溶接条件データが蓄積されるデータベースと、
    　前記新規母材の開先や継手の形状に対する溶接条件を算出する溶接条件算出部と、
    を有し、
    　前記溶接条件算出部は、
    　前記データベースから抽出された、前記新規母材の開先や継手の形状に類似した過去母材の溶接条件データと、前記溶接機の仕様に関する入力データとを基に、
    　前記新規母材に形成される溶着部の断面積のパラメータと、前記新規母材に形成される溶着部のビード高さ、前記新規母材への入熱量、前記トーチのウィビング条件の少なくとも１つ以上のパラメータと、を考慮して、前記新規母材の溶接条件データを導出することを特徴とする溶接条件導出装置。
  2. 　前記溶接条件算出部は、前記新規母材のビード高さを、所定の上限値及び下限値の範囲内に設定することを特徴とする請求項１に記載の溶接条件導出装置。
  3. 　前記溶接条件算出部は、前記新規母材への入熱量を、所定の上限値及び下限値の範囲内に設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接条件導出装置。
  4. 　前記溶接条件算出部は、前記ウィビング条件とされる、前記新規母材に対するウィビング振幅とウィビング波の波長であるウィビングピッチとを、所定の上限値及び下限値の範囲内にそれぞれ設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接条件導出装置。
  5. 　前記溶接条件算出部は、前記ウィビング条件とされる、前記新規母材に対するウィビング振幅とウィビング波の波長であるウィビングピッチとを、所定の上限値及び下限値の範囲内にそれぞれ設定することを特徴とする請求項３に記載の溶接条件導出装置。
  6. 　前記溶接条件算出部は、前記過去母材の溶接条件データから、前記過去母材のビード高さを抽出し、抽出した前記過去母材のビード高さを前記新規母材のビード高さとし、
    　その上で、前記過去母材の溶着部の断面積を算出し、算出された前記過去母材の溶着部の断面積を用いて、前記新規母材の溶接条件データの一つである溶接速度を導出することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接条件導出装置。
  7. 　前記溶接条件算出部は、導出された前記溶接速度を用いて前記新規母材への入熱量を算出し、
    　算出された前記過去母材への入熱量を用いて、前記新規母材の溶接条件データの一つである溶接電流を導出することを特徴とする請求項６に記載の溶接条件導出装置。
  8. 　前記溶接条件算出部は、前記過去母材の溶接条件データから、前記過去母材に対するウィビング振幅、及び前記過去母材におけるビード幅を抽出し、
    　前記過去母材に対するウィビング振幅に、前記過去母材におけるビード幅と前記新規母材におけるビード幅との差分を加算して、前記新規母材の溶接条件データの一つであるウィビング振幅とすることを特徴とする請求項１に記載の溶接条件導出装置。
  9. 　前記溶接条件算出部は、前記過去母材の溶接条件データから、前記過去母材に対するウィビング振幅、及び前記過去母材におけるビード幅を抽出し、
    　前記過去母材に対するウィビング振幅に、前記過去母材におけるビード幅と前記新規母材におけるビード幅との差分を加算して、前記新規母材の溶接条件データの一つであるウィビング振幅とすることを特徴とする請求項４に記載の溶接条件導出装置。
  10. 　前記溶接条件算出部は、前記新規母材の溶接条件データの一つであるウィビングピッチを、算出された前記溶接速度を基に、前記ウィビングピッチの所定の上限値及び下限値の範囲内になるようにウィビング周波数を調整することで導出することを特徴とする請求項６に記載の溶接条件導出装置。
  11. 　前記溶接条件算出部は、前記溶接機の仕様に関する入力データを用いて、設定された前記新規母材の各溶接条件データの各上限値及び各下限値を再計算することを特徴とする請求項１，２，５，７～１０のいずれか一項に記載の溶接条件導出装置。
  12. 　前記溶接条件算出部は、前記溶接機の仕様に関する入力データを用いて、設定された前記新規母材の各溶接条件データの各上限値及び各下限値を再計算することを特徴とする請求項３に記載の溶接条件導出装置。
  13. 　前記溶接条件算出部は、前記溶接機の仕様に関する入力データを用いて、設定された前記新規母材の各溶接条件データの各上限値及び各下限値を再計算することを特徴とする請求項４に記載の溶接条件導出装置。
  14. 　前記溶接条件算出部は、前記溶接機の仕様に関する入力データを用いて、設定された前記新規母材の各溶接条件データの各上限値及び各下限値を再計算することを特徴とする請求項６に記載の溶接条件導出装置。
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