JP2001205437A - 溶接部のビード形状計算方法 - Google Patents

溶接部のビード形状計算方法

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JP2001205437A
JP2001205437A JP2000009491A JP2000009491A JP2001205437A JP 2001205437 A JP2001205437 A JP 2001205437A JP 2000009491 A JP2000009491 A JP 2000009491A JP 2000009491 A JP2000009491 A JP 2000009491A JP 2001205437 A JP2001205437 A JP 2001205437A
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heat conduction
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博幸 半田
Takeshi Okamoto
健 岡本
Keiichi Takaoka
佳市 高岡
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フランジ側のくぼみやアンダーカットを発生
するような形状を計算で求める際の重解の問題を解決
し、適正な溶接条件を決定する溶接部のビード形状計算
方法を提供する。 【解決手段】 溶接対象の幾何学データと、溶接対象や
溶接環境の特性パラメータと、溶接条件を設定し、この
溶接条件のもとで溶接対象の溶融部を熱伝導計算を用い
て推定し、推定した溶融部において溶接方向軸周りおよ
び／または溶接方向に対して直交軸周りに座標回転し、
回転した溶融部において差分格子を設定し、差分格子を
設定した溶融部の変位を曲面方程式を用いて計算し、求
めた溶融部の変位によって決定された溶融形状を前記座
標回転とは逆の回転方向および回転角にて回転し、前記
の熱伝導計算による溶融部の推定と、前記座標回転と、
前記差分格子の設定と、溶融部の変位計算を、計算終了
判定基準を満たすまで繰り返してアーク溶接部のビード
形状を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アーク溶接におけ
るビード形状の高精度数値計算方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】アーク溶接は、複数の独立した被溶接材
をアーク放電によって発生する高温の熱で部分的に溶融
させ、溶融した金属が凝固することで被溶接材を接合す
る接合技術である。このアーク溶接には、非消耗電極を
用いてアークを発生させ、被溶接材の溶融金属のみでビ
ードを形成する非消粍電極式アーク溶接法と、被溶接材
と同種の材質でできた溶加材と被溶接材をアーク熱によ
って溶融させ、溶融した溶加材と溶融した被溶接材が混
合することでビード形状を形成する消耗電極式アーク溶
接法の大きく２つがある。このアーク溶接による溶接品
質は、被溶接材の材質，継手の形状，溶加材の材質，ア
ークおよび溶接部を大気から遮断するシールドガスの成
分，被溶接材の板厚，溶接姿勢，溶接電流，溶接電圧，
溶接速度など様々な因子（溶接条件）に依存するため、
従来では、前記溶接条件を設定することは長い年月と経
験を積み重ねた熟練技能者のみが可能とされてきた。
【０００３】これを解決する目的で、特開平７−２１４
３１７号公報や特開平６−１２６４５３号公報がある。
特開平７−２１４３１７号公報では、溶接ビード形状を
楕円の半分の面積に近似させている。また、特開平６−
１２６４５３号公報では、隅肉溶接の場合のビード形状
を［数式１］に従って計算している。
【数１】 ここで、ρは溶融金属の密度、ｇは重力加速度、σは溶
接金属の表面張力、ｘ，ｙ，α，Ｒ０は座標軸ｘ，ｙに
おいてビード形状の接線とｙ軸との角度αならびに曲率
Ｒ０を表す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の熟練
技能者による溶接条件設定方法では、たとえ熟練技能者
であっても要求された溶接品質を確保するための溶接条
件設定には、予め適正な条件が得られるまで試験材をい
くつも用いて繰り返し調整する必要があり、また、溶接
後の溶接ビードがどのような形状であるかを推定するこ
とは不可能であった。この溶接ビード形状を確認するた
めには、被溶接材の溶接部を切断し、溶接断面部を十分
研磨し、腐食液にてエッチングすることで適正な溶接結
果が得られているかどうかを判断するほか手段がなかっ
た。
【０００５】また、特開平７−２１４３１７号公報のビ
ード形状を楕円の半分の面積に近似させる方法では、正
確なビード形状を得ることができず、特に図１のような
隅肉溶接の場合には楕円の半分の面積に近似できないた
め、高精度の溶接ビード形状を計算によって求めること
ができないという問題や、特開平６−１２６４５３号公
報では、［数式１］に従って計算するため、図２に示す
形状を求めることができるが、図３のような非消耗電極
式アーク溶接を行った場合に生じるくぼみを発生するよ
うな形状や、図４のようなフランジ側およびウェブ側に
アンダーカットを発生するような形状を前記数式では計
算することはできないといった問題があった。この理由
として、［数式１］を用いた場合、ある初期値（ｘ０，
ｙ０）を基にｙ座標に対するビード形状のＸ座標を求め
るため、図３のフランジ側のくぼみや図４のフランジ側
のアンダーカットを表現しようとすると重解となるため
数値計算では一意に求めることができないためである。
そこで本発明の目的は、フランジ側のくぼみやアンダー
カットを発生するような形状を計算で求める際の重解の
問題を解決し、フランジ側のくぼみやアンダーカットを
容易に表現して適正な溶接条件を決定することのできる
溶接部のビード形状計算方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本願の第１の発明は、アーク溶接におけるビード形
状の数値計算方法において、溶接対象の幾何学データ
と、溶接対象や溶接環境の特性パラメータと、溶接条件
を設定し、前記溶接条件のもとで溶接対象の溶融部を熱
伝導計算を用いて推定し、計算によって求めた溶融部に
おいて溶接方向軸周りおよび／または溶接方向に対して
直交軸周りに座標回転し、回転した溶融部において差分
格子を設定し、前記差分格子を設定した溶融部の変位を
曲面方程式を用いて計算し、計算によって求めた溶融部
の変位によって決定された溶融形状を前記座標回転とは
逆の回転方向および回転角にて回転し、変位形状に対す
る熱伝導計算による溶融部の推定と、前記座標回転と、
前記差分格子の設定と、溶融部の変位計算を、計算終了
判定基準を満たすまで繰り返して計算することを手段と
するものである。
【０００７】第２の発明は、アーク溶接におけるビード
形状の数値計算方法において、溶接対象の幾何学データ
と、溶接対象や溶接環境の特性パラメータと、溶接条件
を設定し、溶接対象の溶接方向軸周りおよび／または溶
接線方向に対して直交軸周りに座標回転し、予め設定し
た溶接条件にて溶融部を熱伝導計算を用いて推定し、前
記溶融部において差分格子を設定し、前記差分格子を設
定した溶融部の変位を曲面方程式を用いて計算し、変位
形状に対する熱伝導計算による溶融部の推定と、前記差
分格子の設定と、溶融部の変位計算を、計算終了判定基
準を満たすまで繰り返して計算し、前記変動しない溶融
部の形状および変位形状を前記座標回転とは逆の回転方
向および回転角にて回転することを手段とするものであ
る。
【０００８】第３の発明は、アーク溶接におけるビード
形状の数値計算方法において、溶接対象の幾何学データ
と、溶接対象や溶接環境の特性パラメータと、溶接条件
を設定し、前記溶接条件のもとで溶接対象の溶融部を熱
伝導計算を用いて推定し、計算によって求めた溶融部に
おいて溶接方向軸周りおよび／または溶接方向に対して
直交軸周りに座標回転し、回転した溶融部において差分
格子を設定し、前記差分格子を設定した溶融部に前記溶
接条件にて決定できる溶着金属量を添加し、前記溶着金
属の変位を曲面方程式を用いて計算し、計算によって求
めた溶融部の変位によって決定された溶融形状を前記座
標回転とは逆の回転方向および回転角にて回転し、変位
形状に対する熱伝導計算による溶融部の推定と、前記座
標回転と、前記差分格子の設定と、溶着金属量の添加
と、溶着金属の変位計算を、計算終了判定基準を満たす
まで繰り返して計算することを手段とするものである。
【０００９】第４の発明は、アーク溶接におけるビード
形状の数値計算方法において、溶接対象の幾何学データ
と、溶接対象や溶接環境の特性パラメータと、溶接条件
を設定し、溶接対象の溶接方向軸周りおよび／または溶
接線方向に対して直交軸周りに座標回転し、予め設定し
た溶接条件にて溶融部を熱伝導計算を用いて推定し、前
記溶融部において差分格子を設定し、前記溶接条件にて
決定した溶着金属量を添加し、前記差分格子を設定した
前記溶着金属の変位を曲面方程式を用いて計算し、変位
形状に対する熱伝導計算による溶融部の推定と、前記差
分格子の設定と、溶着金属量の添加と、溶融部の変位計
算を、計算終了判定基準を満たすまで繰り返して計算
し、前記変動しない溶融部の形状および変位形状を前記
座標回転とは逆の回転方向および回転角にて回転するこ
とを手段とするものである。
【００１０】前記第１〜第４の発明において、熱伝導計
算は、有限差分法または解析解法にて、あるいはこれら
の方法を選択自由にして計算することができる。また、
曲面方程式の解法に有限差分法を用いて計算することが
できる。さらに、計算終了判定基準は、溶融部の形状お
よび／または変位形状が変動しないか、許容誤差以内で
あるということ、あるいは溶融部の形状および／または
変位形状の計算回数とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施例を図に
基づいて説明する。図５は、本発明の方法を用いた場合
のフローチャートを示す。Ｓｔｅｐ１の幾何学データ設
定では、、溶接対象である継手形状の数値データを設定
する。例えば、ＣＡＤデータから本発明による計算に適
したデータへ変換したり、予め継手形状を表現した数式
を用いる。図５は設定した幾何学データの模式図を示
す。Ｓｔｅｐ２の特性パラメータ設定では、板厚や材
質，継手間の隙間，室温から材質の特性値である熱伝導
率や比熱，密度，潜熱，融点温度や変態点などを決定す
るパラメータを設定する。Ｓｔｅｐ３の溶接条件設定で
は、溶接電流，溶接電圧，溶接速度，トーチ狙い角，ト
ーチ進み角，トーチ狙い位置，電極系，電極先端角度，
シールドガス種類，電極と母材間の距離などを設定す
る。
【００１２】ｓｔｅｐ４の溶融部推定では、Ｓｔｅｐ１
からＳｔｅｐ３にて設定したデータを基に熱伝導計算を
行い、融点温度以上の温度領域を抽出する。この熱伝導
計算には、非線形熱伝導方程式または線形熱伝導方程式
をテーラー展開することで差分化し、有限差分法にて解
を求めたり、熱伝導方程式の解析解を用いて解を求める
方法を用いる。本実施例では、［数式２］の非線形熱伝
導方程式を用いている。
【数２】 但し、Ｋ：熱伝導率，Ｔ：温度，ｃ：比熱，ρ：密度，
ｖ：溶接速度である。Ｓｔｅｐ５の座標回転では、図６
におけるＸ軸周りに座標を回転させ、図７の新たな座標
系ＸＹ′Ｚ′を定義する。本実施例では、４５度回転さ
せている。Ｓｔｅｐ６では、Ｓｔｅｐ５にて座標回転し
たＳｔｅｐ４の溶融部に対して、溶融部の変位計算座標
系であるＸＹ′Ｚ′座標系で差分格子を設定する。
【００１３】Ｓｔｅｐ７の溶融部変位計算では、曲面方
程式を表す「数式３］をテーラー展開を行うことで差分
化し、Ｓｔｅｐ６で設定した差分格子にて溶接ビードの
変位計算を有限差分法を用いて計算する。
【数３】 但し、θ：Ｘ軸周りの回転角、Ｐａ：アーク圧力、λ：
定数 Ｓｔｅｐ８の座標逆回転では、Ｓｔｅｐ７にて計算した
溶接ビードの変位データをＳｔｅｐ５で座標回転した方
向とは逆方向かつＳｔｅｐ５で座標回転した角度と同じ
大きさだけ回転することで、図６に示す座標系へ戻す。
【００１４】Ｓｔｅｐ９では、計算によって求めた最新
の溶融部の形状と前回の計算で求めた溶融部の形状を比
較し、予め設定している溶融形状誤差範囲内かどうか判
定する。さらに、計算によって求めた最新のビード変位
形状と前回の計算で求めたビード変位形状を比較し、予
め設定している変位形状誤差範囲内かどうか判定する。
ここで、溶融形状誤差もビード変位形状誤差もそれぞれ
の誤差範囲内（収束）またはループ回数が予め設定した
上限値に達した場合は終了し、そうでない場合には、変
位計算後の結果を基にＳｔｅｐ４の溶融部の推定計算を
行い、収束するまでＳｔｅｐ４からＳｔｅｐ９を繰り返
す。図８は、本発明の方法を用いて計算した溶接部のビ
ード形状であるが、従来の方法では不可能であったフラ
ンジおよびウェブにわたって生じたくぼみの部分が良く
表現できていることがわかる。
【００１５】次に、本発明の第２実施例を図に基づいて
説明する。図９は、本発明の方法を用いた場合のフロー
チャートを示す。Ｓｔｅｐ１１の幾何学データ設定で
は、溶接対象である継手形状の数値データを設定する。
例えば、ＣＡＤデータから本発明による計算に適したデ
ータへ変換したり、予め継手形状を表現した数式を用い
る。これには、前掲の図６で設定した幾何学データを用
いる。Ｓｔｅｐ１２の特性パラメータ設定では、板厚や
材質，継手間の隙間，室温から材質の特性値である熱伝
導率や比熱，密度，潜熱，融点温度や変態点などを決定
するパラメータを設定する。Ｓｔｅｐ１３の溶接条件設
定では、溶接電流，溶接電圧，溶接速度、トーチ狙い
角，トーチ進み角，トーチ狙い位置，電極系，電極先端
角度，シールドガス種類，電極と母材間の距離などを設
定する。
【００１６】Ｓｔｅｐ１４の座標回転では、図６におけ
るＸ軸周りに座標を回転させ、図７の新たな座標系Ｘ
Ｙ′Ｚ’を定義する。本実施例では、４５度回転させて
いる。Ｓｔｅｐ１５の溶融部推定では、Ｓｔｅｐ１１か
らＳｔｅｐ１４にて設定したデータを基に熱伝導計算を
行い、融点温度以上の温度領域を抽出する。この熱伝導
計算には、非線形熱伝導方程式または線形熱伝導方程式
をテーラー展開することで差分化し、有限差分法にて解
を求めたり、熱伝導方程式の解析解を用いて解を求める
方法を用いる。本実施例では、前掲の［数式２］の非線
形熱伝導方程式を用いている。Ｓｔｅｐ１６では、Ｓｔ
ｅｐ１５の溶融部に対して、溶融部の変位計算座標系で
あるＸＹ′Ｚ′座標系で差分格子を設定する。Ｓｔｅｐ
１７の溶融部変位計算では、曲面方程式を表す前掲の
［数式３］をテーラー展開を行うことで差分化し、Ｓｔ
ｅｐ１６で設定した差分格子にて溶接ビードの変位計算
を有限差分法を用いて計算する。
【００１７】Ｓｔｅｐ１８では、計算によって求めた最
新の溶融部の形状と前回の計算で求めた溶融部の形状を
比較し、予め設定している溶融形状誤差範囲内かどうか
判定する。さらに、計算によって求めた最新のビード変
位形状と前回の計算で求めたビード変位形状を比較し、
予め設定している変位形状誤差範囲内かどうか判定す
る。ここで、溶融形状誤差もビード変位形状誤差もそれ
ぞれの誤差範囲内（収束）またはループ回数が予め設定
した上限値に達した場合は終了し、そうでない場合に
は、変位計算後の結果を基にＳｔｅｐ１５の溶融部の推
定計算を行い、収束するまでＳｔｅｐ１５からＳｔｅｐ
１８を繰り返す。Ｓｔｅｐ１９の座標逆回転では、Ｓｔ
ｅｐ１５にて計算した溶融部の位置データと、Ｓｔｅｐ
１７にて計算した溶接ビードの変位データをＳｔｅｐ１
４で座標回転した方向とは逆方向かつＳｔｅｐ１４で座
標回転した角度と同じ大きさだけ回転することで、図６
に示す座標系へ戻す。この第２実施例の方法を用いて計
算した溶接部のビード形状は、前掲の図８に示す形状と
なり、従来の方法では不可能であったフランジおよびウ
ェブにわたって生じたくぼみの部分が良く表現できてい
ることがわかる。
【００１８】次に、本発明の第３実施例を図に基づいて
説明する。図１０は、本実施例の方法を用いた場合のフ
ローチャートを示す。Ｓｔｅｐ２１の幾何学データ設定
では、溶接対象である継手形状の数値データを設定す
る。例えば、ＣＡＤデータから本発明による計算に適し
たデータへ変換したり、予め継手形状を表現した数式を
用いる。設定した幾何学データの模式図は前掲の図６と
同じである。Ｓｔｅｐ２２の特性パラメータ設定では、
板厚や材質，継手間の隙間，室温から材質の特性値であ
る熱伝導率や比熱，密度，潜熱，融点温度や変態点など
を決定するパラメータを設定する。Ｓｔｅｐ２３の溶接
条件設定では、溶接電流，溶接電圧，溶接速度，トーチ
狙い角，トーチ進み角，トーチ狙い位置，電極系，電極
先端角度，シールドガス種類，電極と母材間の距離など
を設定する。
【００１９】Ｓｔｅｐ２４の溶融部推定では、Ｓｔｅｐ
２１からＳｔｅｐ２３にて設定したデータを基に熱伝導
計算を行い、融点温度以上の温度領域を抽出する。この
熱伝導計算には、非線形熱伝導方程式または線形熱伝導
方程式をテーラー展開することで差分化し、有限差分法
にて解を求めたり、熱伝導方程式の解析解を用いて解を
求める方決を用いる。本実施例では、前掲の［数式２］
の非線形熱伝導方程式を用いている。Ｓｔｅｐ２５の座
標回転では、図６におけるＸ軸周りに座標を回転させ、
図７の新たな座標系ＸＹ′Ｚ′を定義する。本実施例で
は、４５度回転させている。Ｓｔｅｐ２６では、Ｓｔｅ
ｐ２５にて座標回転したＳｔｅｐ２４の溶融部に対し
て、溶融部の変位計算座標系であるＸＹ′Ｚ′座標系で
差分格子を設定する。Ｓｔｅｐ２７の溶着金属量添加
は、一般に知られている溶接ワイヤの溶融速度と、溶接
電流，溶接ワイヤの突き出し長さ，溶接ワイヤ径の関係
式を用いて溶着金属量を計算することで求めることがで
きる。
【００２０】Ｓｔｅｐ２８の溶融部変位計算では、曲面
方程式を表す前掲の［数式３］をテーラー展開を行うこ
とで差分化し、Ｓｔｅｐ２６で設定した差分格子にて溶
接ビードの変位計算を有限差分法を用いて計算する。Ｓ
ｔｅｐ２９の座標逆回転では、Ｓｔｅｐ２７にて計算し
た溶接ビードの変位データをＳｔｅｐ２５で座標回転し
た方向とは逆方向かつＳｔｅｐ２５で座標回転した角度
と同じ大きさだけ回転することで、図６に示す座標系へ
戻す。Ｓｔｅｐ３０では、計算によって求めた最新の溶
融部の形状と前回の計算で求めた溶融部の形状を比較
し、予め設定している溶融形状誤差範囲内かどうか判定
する。さらに、計算によって求めた最新のビード変位形
状と前回の計算で求めたビード変位形状を比較し、予め
設定している変位形状誤差範囲内かどうか判定する。こ
こで、溶融形状誤差もビード変位形状誤差もそれぞれの
誤差範囲内（収束）またはループ回数が予め設定した上
限値に達した場合は終了し、そうでない場合には、変位
計算後の結果を基にＳｔｅｐ２４の溶融部の推定計算を
行い、収束するまでＳｔｅｐ２４からＳｔｅｐ３０を繰
り返す。図１１は、本発明の方法を用いて計算した溶接
部のビード形状であり、アンダーカットなどの溶接欠陥
のない良好な結果を示している。それに対して、従来の
方法による例を示している図１２は、フランジ側にもウ
ェブ側にもアンダーカットの溶接欠陥を発生しており、
本実施例の方法は、従来の方法では不可能であったフラ
ンジおよびウェブ両側に生じたアンダーカットへの部分
が良く表現できていることがわかる。
【００２１】次に、本発明の第４実施例を図に基づいて
説明する。図１３は、本発明の方法を用いた場合のフロ
ーチャートを示す。Ｓｔｅｐ４１の幾何学データ設定で
は、溶接対象である継手形状の数値データを設定する。
例えば、ＣＡＤデータから本発明による計算に適したデ
ータへ変換したり、予め継手形状を表現した数式を用い
る。設定した幾何学データの模式図は前掲の図６に示す
ものと同じである。Ｓｔｅｐ４２の特性パラメータ設定
では、板厚や材質．，継手間の隙間，室温から材質の特
性値である熱伝導率や比熱，密度，潜熱，融点温度や変
態点などを決定するパラメータを設定する。Ｓｔｅｐ４
３の溶接条件設定では、溶接電流，溶接電圧，溶接速
度，トーチ狙い角，トーチ進み角，トーチ狙い位置，電
極系，電極先端角度，シールドガス種類，電極と母材間
の距離などを設定する。
【００２２】Ｓｔｅｐ４５の溶融部推定では、Ｓｔｅｐ
４１からＳｔｅｐ４４にて設定したデータを基に熱伝導
計算を行い、融点温度以上の温度領域を抽出する。この
熱伝導計算には、非線形熱伝導方程式または線形熱伝導
方程式をテーラー展開することで差分化し、有限差分法
にて解を求めたり、熱伝導方程式の解析解を用いて解を
求める方法を用いる。本実施例では、前掲の［数式２］
の非線形熱伝導方程式を用いている。Ｓｔｅｐ４４の座
標回転では、図６におけるＸ軸周りに座標を回転させ、
図７の新たな座標系ＸＹ′Ｚ′を定義する。本実施例で
は、４５度回転させている。Ｓｔｅｐ４６では、Ｓｔｅ
ｐ４４にて座標回転し、Ｓｔｅｐ４５で計算した溶融部
に対して、溶融部の変位計算座標系であるＸＹ′Ｚ′座
標系で差分格子を設定する。Ｓｔｅｐ４７の溶着金属量
添加は、一般に知られている溶接ワイヤの溶融速度と、
溶接電流，溶接ワイヤの突き出し長さ，溶接ワイヤ径の
関係式を用いて溶着金属量を計算することで求めること
ができる。Ｓｔｅｐ４８の溶融部変位計算では、曲面方
程式を表す前掲の［数式３］をテーラー展開を行うこと
で差分化し、Ｓｔｅｐ４６で設定した差分格子にて溶接
ビードの変位計算を有限差分法を用いて計算する。Ｓｔ
ｅｐ５０の座標逆回転では、Ｓｔｅｐ４５にて計算した
溶融部の位置データと、Ｓｔｅｐ４８にて計算した溶接
ビードの変位データをＳｔｅｐ４４で座標回転した方向
とは逆方向かつＳｔｅｐ４４で座標回転した角度と同じ
大きさだけ回転することで、図６に示す座標系へ戻す。
【００２３】Ｓｔｅｐ４９では、計算によって求めた最
新の溶融部の形状と前回の計算で求めた溶融部の形状を
比較し、予め設定している溶融形状誤差範囲内かどうか
判定する。さらに、計算によって求めた最新のビード変
位形状と前回の計算で求めたビード変位形状を比較し、
予め設定している変位形状誤差範囲内かどうか判定す
る。ここで、溶融形状誤差もビード変位形状誤差もそれ
ぞれの誤差範囲内（収束）またはループ回数が予め設定
した上限値に達した場合は終了し、そうでない場合に
は、変位計算後の結果を基にＳｔｅｐ４５の溶融部の推
定計算を行い、収束するまでＳｔｅｐ４５からＳｔｅｐ
４９を繰り返す。本実施例の方法を用いて計算した溶接
部のビード形状は図１１と同様であり、アンダーカット
などの溶接欠陥のない良好な結果を示している。これに
対して、従来の方法では、図１２に示すようにフランジ
側にもウェブ側にもアンダーカットの溶接欠陥を発生し
ており、本実施例においては、従来の方法では不可能で
あったフランジおよびウェブの両側に生じたアンダーカ
ットの部分が良く表現できていることがわかる。
【００２４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、以
下のような効果がある。 （１）熱伝導計算とビード変位形状計算を繰り返し計算
させることで、ビードの表面形状や溶け込み形状を実際
に溶接を行う前に評価できるため、実溶接にて溶接条件
を設定する方法に比べ作業の高効率化とコストの削減の
両立が実現できる。 （２）さらに、熱伝導計算とビード変位計算を併用した
計算方法であるため、高精度に溶接結果であるビード形
状を推定することが可能である。 （３）また、ビード変位計算を行う際に座標回転を行う
ため、従来の方法では不可能であったフランジおよびウ
ェブに跨ったくぼみの忠実な推定計算が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 典型的な隅肉溶接の断面模式図である。
【図２】 従来方法によるビード表面形状を示す説明図
である。
【図３】 フランジとウェブに跨ってくぼみを生じた場
合の断面模式図である。
【図４】 フランジとウェブに跨ってアンダーカットを
生じた場合の断面模式図である。
【図５】 本発明の第１実施例の方法を用いた場合のフ
ローチャートである。
【図６】 幾何学データの模式図およびＸＹＺ座標系の
定義図である。
【図７】 座標回転後の幾何学データの模式図およびＸ
Ｙ′Ｚ′座標系の定義図である。
【図８】 第１及び第２実施例の方法を用いて計算した
溶接部のフランジとウェブに跨ってくぼみを生じた場合
のビード形状を示すシミュレーション図である。
【図９】 本発明の第２実施例の方法を用いた場合のフ
ローチャートである。
【図１０】 本発明の第３実施例の方法を用いた場合の
フローチャートである。
【図１１】 第３及び第４実施例の方法を用いて計算し
た適正な溶接条件を指定した場合の溶接部のビード形状
を示すシミュレーション図である。
【図１２】 第３及び第４実施例の方法を用いて計算し
た溶接部のフランジ及びウェブ側にアンダーカットを生
じる場合のビード形状を示すシミュレーション図であ
る。
【図１３】 本発明の第４実施例の方法を用いた場合の
フローチャートである。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アーク溶接におけるビード形状の数値計
    算方法において、 溶接対象の幾何学データと、溶接対象や溶接環境の特性
    パラメータと、溶接条件を設定し、 前記溶接条件のもとで溶接対象の溶融部を熱伝導計算を
    用いて推定し、 計算によって求めた溶融部において溶接方向軸周りおよ
    び／または溶接方向に対して直交軸周りに座標回転し、 回転した溶融部において差分格子を設定し、 前記差分格子を設定した溶融部の変位を曲面方程式を用
    いて計算し、 計算によって求めた溶融部の変位によって決定された溶
    融形状を前記座標回転とは逆の回転方向および回転角に
    て回転し、 変位形状に対する熱伝導計算による溶融部の推定と、前
    記座標回転と、前記差分格子の設定と、溶融部の変位計
    算を、計算終了判定基準を満たすまで繰り返して計算す
    ることを特徴とする溶接部のビード形状計算方法。
  2. 【請求項２】 アーク溶接におけるビード形状の数値計
    算方法において、 溶接対象の幾何学データと、溶接対象や溶接環境の特性
    パラメータと、溶接条件を設定し、 溶接対象の溶接方向軸周りおよび／または溶接線方向に
    対して直交軸周りに座標回転し、 予め設定した溶接条件にて溶融部を熱伝導計算を用いて
    推定し、 前記溶融部において差分格子を設定し、 前記差分格子を設定した溶融部の変位を曲面方程式を用
    いて計算し、 変位形状に対する熱伝導計算による溶融部の推定と、前
    記差分格子の設定と、溶融部の変位計算を、計算終了判
    定基準を満たすまで繰り返して計算し、 前記変動しない溶融部の形状および変位形状を前記座標
    回転とは逆の回転方向および回転角にて回転することを
    特徴とする溶接部のビード形状計算方法。
  3. 【請求項３】 アーク溶接におけるビード形状の数値計
    算方法において、 溶接対象の幾何学データと、溶接対象や溶接環境の特性
    パラメータと、溶接条件を設定し、 前記溶接条件のもとで溶接対象の溶融部を熱伝導計算を
    用いて推定し、 計算によって求めた溶融部において溶接方向軸周りおよ
    び／または溶接方向に対して直交軸周りに座標回転し、 回転した溶融部において差分格子を設定し、 前記差分格子を設定した溶融部に前記溶接条件にて決定
    できる溶着金属量を添加し、 前記溶着金属の変位を曲面方程式を用いて計算し、 計算によって求めた溶融部の変位によって決定された溶
    融形状を前記座標回転とは逆の回転方向および回転角に
    て回転し、 変位形状に対する熱伝導計算による溶融部の推定と、前
    記座標回転と、前記差分格子の設定と、溶着金属量の添
    加と、溶着金属の変位計算を、計算終了判定基準を満た
    すまで繰り返して計算することを特徴とする溶接部のビ
    ード形状計算方法。
  4. 【請求項４】 アーク溶接におけるビード形状の数値計
    算方法において、 溶接対象の幾何学データと、溶接対象や溶接環境の特性
    パラメータと、溶接条件を設定し、 溶接対象の溶接方向軸周りおよび／または溶接線方向に
    対して直交軸周りに座標回転し、 予め設定した溶接条件にて溶融部を熱伝導計算を用いて
    推定し、 前記溶融部において差分格子を設定し、前記溶接条件に
    て決定した溶着金属量を添加し、 前記差分格子を設定した前記溶着金属の変位を曲面方程
    式を用いて計算し、 変位形状に対する熱伝導計算による溶融部の推定と、前
    記差分格子の設定と、溶着金属量の添加と、溶融部の変
    位計算を、計算終了判定基準を満たすまで繰り返して計
    算し、 前記変動しない溶融部の形状および変位形状を前記座標
    回転とは逆の回転方向および回転角にて回転することを
    特徴とする溶接部のビード形状計算方法。
  5. 【請求項５】 熱伝導計算は、有限差分法にて計算する
    ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの項に記
    載の溶接部のビード形状計算方法。
  6. 【請求項６】 熱伝導計算は、熱伝導方程式の解析解法
    にて計算することを特徴とする請求項１ないし４のいず
    れかの項に記載の溶接部のビード形状計算方法。
  7. 【請求項７】 熱伝導計算は、熱伝導方程式の解析解法
    と有限差分法を選択自由にして計算することを特徴とす
    る請求項１ないし４のいずれかの項に記載の溶接部のビ
    ード形状計算方法。
  8. 【請求項８】 曲面方程式の解法に有限差分法を用いて
    計算することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか
    の項に記載の溶接部のビード形状計算方法。
  9. 【請求項９】 計算終了判定基準は、溶融部の形状およ
    び／または変位形状が変動しないか、許容誤差以内であ
    るということを特徴とする請求項１ないし４のいずれか
    の項に記載の溶接部のビード形状計算方法。
  10. 【請求項１０】 計算終了判定基準は、溶融部の形状お
    よび／または変位形状の計算回数であることを特徴とす
    る請求項１ないし４のいずれかの項に記載の溶接部のビ
    ード形状計算方法。
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