[发明专利]电弧焊接的焊道形状仿真装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电弧焊接的焊道形状仿真装置，其用于将电弧焊接的 焊道形状通过模拟而推断。

背景技术

电弧焊接的品质取决于焊接结果所得到的焊道形状(焊道宽度、堆高 高度、熔深、有无缺陷等)。随着焊接电源控制技术的提高，焊接稳定性 也在提高，但可得到最佳焊道形状的焊接条件的选择依然依靠熟练操作者 的经验，这是实际情况。但是，即使是熟练操作者，在使用未用过的焊接 材料进行焊接或者进行新的材料的焊接时，焊接条件的选择也不得不依靠 反复试验。因此，试验焊接用的空间的确保及试验焊接用的焊接工件、焊 接材料、时间等就得化掉多余的，从而成为产品成本上升的主要因素。另 外，在为初学者的情况下，由于为了取得熟练作业者同等程度的经验，直 至得到最佳的焊接条件为止必须进行实际焊接的反复试验，因而更需要时 间。

在这样的背景下，最初开发了一种根据过去的施工数据来选择焊接条 件的技术。但是，该方法中存在以下问题：当在过去没有实践过的施工条 件下进行焊接时不能推导出合适的焊接条件，从而适用范围受到局限。为 了解决该问题，又开发了一种通过热传导计算来计算出熔池形状，进而推 断焊接焊道形状的模拟技术(参照专利文献1)。基于这样的模拟的方法中， 由于不依靠过去的施工数据，因而即使在没有实践过的施工条件下也能够 推导出可形成健全的焊道形状的焊接条件。下面，说明通过模拟来推断焊 接焊道的现有技术。

图5是现有技术中的电弧焊接的焊道形状仿真装置的框图之一例。下 面参照该图来说明各模块。

输入输出器件IOD输入输出由焊接焊道形状模拟中使用的各种初始 数据及模拟结果的显示数据构成的输入输出信号iod。管理模块MB将该 初始数据sl输出到初始数据库DB，同时将下述的模拟结果显示信号dm 输出到上述的输入输出器件IOD。初始数据库DB输出热源模型用初始数 据sl1及熔化区模型用初始数据sl2。热源模型用初始数据sl1由焊丝种类、 焊丝直径、保护气体(shield gas)种类、焊接法、焊丝突出长度、电流设 定值(焊丝进给速度)、电压设定值、焊接速度等构成。而熔化区模型用 初始数据sl2由母材材质、接缝(joint)形状、工件设置角度、焊接速度 构成。

热源模型HSM是将电弧热源模型化后的模型，根据上述的热源模型 用初始数据sl1来数值运算向母材的输入热量，并输出输入热量计算信号 qc[W]。熔化区模型MPM以该输入热量计算信号qc作为输入，根据上述 的熔化区模型用初始数据sl1对熔池形状进行热传导计算，基于此推断焊 接焊道形状且输出焊接焊道形状推断信号ba。保存转换模块DM保存该焊 接焊道形状推断信号ba，同时转换为将焊接焊道形状进行图形显示用的数 据并输出模拟结果显示信号dm。所推断的焊接焊道形状图形显示于上述 的输入输出器件IOD。

专利文献1：特开2001-205437号公报

在现有技术的焊接焊道形状模拟中，通常是将图5所述的热源模型 HSM中的输入热量qc在假设恒定值的直流电流Ic、电压Vc被提供给电 弧负荷的状态下进行计算。即，输入热量为qc＝io×vo＝Ic×Vc。在此， io为瞬时焊接电流，vo为瞬时焊接电压。在此，当焊接速度设为wv时， 对母材的每单位焊接长度的输入热量是qc/wv。其结果，由于只要将瞬时 焊接电流io及瞬时焊接电压vo设为恒定值，每单位焊接长度的输入热量 就始终为恒定值，因而基于上述的熔化区模型推断焊接焊道形状的精度就 降低。该原因如下，即，由于在计算焊接焊道形状中，必须考虑在熔化值 表面的电弧压力(瞬时焊接电流io的函数)，并且考虑瞬时焊接电流io， 因而就能够精密地计算熔化值表面的各种力的均衡。与此相对，在瞬时电 流io及瞬时电压vo设为恒定值时，始终施加于熔化区表面的电弧压力就 是恒定值，从而降低了焊接焊道推断的精度。