(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用母材の種類と使用溶接ワイヤの種類とを含む材料条件と溶接電流を含む溶接条件とを設定するための入力部と、
各種母材の組成と、各種溶接ワイヤの組成とを記憶するデータベースと、
ユーザに情報を提示する表示部と、
前記入力部、前記データベース、および前記表示部と通信し、前記使用母材と前記使用溶接ワイヤと前記溶接条件との適否を判定する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記入力部から入力された使用母材の種類と使用溶接ワイヤの種類と前記溶接条件とに基づいて前記データベースを参照して溶接金属のニッケル当量およびクロム当量を算出し、前記溶接金属のクロム当量およびニッケル当量に基づいて定まる点がシェフラーの状態図に基づいて定められた安全領域に属するか否かを判定し、判定結果が前記安全領域に属しない場合に前記使用溶接ワイヤの変更候補を前記表示部に表示させる、溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アーク溶接を行なう溶接装置に関し、特に異種金属の溶接に使用することができる溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接欠陥の一つに溶接割れがある。従来、溶接割れの予防には、母材成分や溶接ワイヤ成分、継手形状、溶接条件のいずれかが変わるたびに試験溶接を行なって溶接割れが発生しないことを確認してから溶接作業が行なわれていた。
【０００３】
しかし、試験溶接をする方法では、溶接割れが発生していないことを確認する作業が溶接作業の前に行なわれるので、作業能率が悪化するという問題があった。また、試験溶接のために材料を無駄にしてしまうという問題もあった。
【０００４】
このような問題に対して、特開平１１−３１４１５５号公報（特許文献１）は、溶接割れの発生を事前に予測して、溶接割れを生じさせないで溶接作業を能率的に行なえるようにした予測診断方法を開示している。
【０００５】
他にも、溶接条件等から溶接金属の材質予測を行なうことが検討されている。溶接条件等から溶接金属の材質予測する目的は、溶接割れ発生の予測や診断をするため、または溶接金属の強度や靱性の機械的特性を予測して所望の目標値となっているかを判定するためである。
【０００６】
いずれの場合も、実験結果やこれまでの経験の蓄積から、割れが発生する／しない、機械的特性がどのようになるというデータベースを作成したり、予測式を立てたりして、新たに設定した溶接条件での溶接金属の割れの発生の可能性や機械的特性の予測や診断を行なっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３１４１５５号公報
【特許文献２】特開平８−１３６５３０号公報
【特許文献３】特開２００４−４０３４号公報
【特許文献４】特開２００７−１８１８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の方法では、溶接の都度、実験結果や経験から溶接割れの発生の有無を決定している。そのため、データベースに情報がない条件や、または予測式が導けていない条件に関しては精度良く割れ等の予測または診断を行なうことができない。また、割れ等が発生することに対する予測または診断を行なうために溶接装置とは別に特別な演算装置が必要になる場合もある。
【０００９】
ところで、ステンレス鋼は、耐食性、耐熱性等の優れた性質により、幅広く使用されている。しかし、炭素鋼が同時に使用され、ステンレス鋼と炭素鋼など異種金属の溶接が必要となる場合がある。
【００１０】
ステンレス鋼と炭素鋼の溶接や成分の異なるステンレス鋼同士の溶接などの異種金属の溶接では、溶接材料の選定を誤ると、溶接によりステンレス鋼が炭素鋼等の希釈を受けるので、溶接金属中のＮｉ、Ｃｒ含有量が減少し、脆く割れやすい組織になる。
【００１１】
すなわち、異種金属の溶接は溶接金属部分の組成が母材と変化する。母材と組成が異なるために、溶接金属部分の組成が適切でなければ、割れや、靱性の低下による強度の低下等の溶接欠陥（以下、溶接欠陥という。）が発生してしまう。したがって、溶接金属部分の組成を改善するための異材溶接用の溶接ワイヤがいろいろ存在する。
【００１２】
溶接割れを予防するには、溶接速度や溶接電流などの溶接条件を適切に設定するとともに、適切な溶接ワイヤを選択する必要がある。
【００１３】
しかしながら、溶接装置のユーザにとって、異種金属を溶接するためにどのような溶接ワイヤを選択すればよいかは難しい問題であり、また溶接条件をどのように設定すればよいかも難しい問題である。
【００１４】
この発明の目的は、溶接欠陥を予防するための条件設定を簡単に行なえる溶接装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、要約すると、溶接装置であって、使用母材の種類と使用溶接ワイヤの種類とを含む材料条件と溶接電流を含む溶接条件とを設定するための入力部と、各種母材の組成と、各種溶接ワイヤの組成とを記憶するデータベースと、ユーザに情報を提示する表示部と、入力部、データベース、および表示部と通信し、使用母材と使用溶接ワイヤと溶接条件との適否を判定する制御装置とを含む。制御装置は、入力部から入力された使用母材の種類と使用溶接ワイヤの種類と溶接条件とに基づいてデータベースを参照して溶接金属のニッケル当量およびクロム当量を算出し、溶接金属のクロム当量およびニッケル当量に基づいて定まる点がシェフラーの状態図に基づいて定められた安全領域に属するか否かを判定し、判定結果が安全領域に属しない場合に使用溶接ワイヤの変更候補を表示部に表示させる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、特別な追加装置を必要とせず、現状の溶接装置の構成を大きく変えなくても、欠陥の発生しにくい溶接継手を作成する条件をユーザが簡単に溶接装置に設定できる。また、溶接条件設定時に警告が出力されるため、効率的に溶接作業が行なえ、試験溶接などで母材や溶接ワイヤを無駄に消費せずにすむ。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態の溶接装置が組み込まれたアーク溶接ロボット装置５１の構成図である。
【図２】図１のティーチペンダントＴＰの一般的な構成を示したブロック図である。
【図３】実施の形態１でティーチペンダントＴＰが実行する溶接条件設定処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】図３のステップＳ１１の処理を詳細に示したフローチャートである。
【図５】母材成分が登録されているデータベースの例である。
【図６】溶接ワイヤの成分が登録されているデータベースの例である。
【図７】図４のステップＳ３でデータベースから読み出された設定された鋼種およびワイヤ種類に対応するデータの第１例を示す図である。
【図８】継手形状の一例を示した図である。
【図９】溶接電流Ｉと希釈率Ｒの関係の例を示した図である。
【図１０】溶接速度Ｖと希釈率Ｒとの関係を示した図である。
【図１１】図７に示した母材および溶接ワイヤによって形成される溶接金属の成分を示した図である。
【図１２】溶接金属の割れ発生の判断に用いるシェフラー状態図である。
【図１３】図４のステップＳ３でデータベースから読み出された設定された鋼種、ワイヤ種類に対応するデータの第２例を示す図である。
【図１４】図１３に示した母材および溶接ワイヤによって形成される溶接金属の成分を示した図である。
【図１５】溶接金属の割れ発生の判断に用いるシェフラー状態図である。
【図１６】分かりやすくするために図１５のシェフラー状態図から安全領域とプロット点のみを示した図である。
【図１７】実施の形態２においてティーチペンダントＴＰが実行する溶接条件設定処理を説明するためのフローチャートである。
【図１８】図１３の溶接ワイヤＹＳ３０８を溶接ワイヤＹＳ３０９に交換した第１交換例を示す図である。
【図１９】第１交換例の溶接金属の成分がどのように変化したかを示す図である。
【図２０】第１交換例の図１５のシェフラー状態図における点の位置を更新した図である。
【図２１】図１３の溶接ワイヤＹＳ３０８を溶接ワイヤＹＳ３０９Ｌに交換した第２交換例を示す図である。
【図２２】第２交換例の溶接金属の成分がどのように変化したかを示す図である。
【図２３】第２交換例の図１５のシェフラー状態図における点の位置を更新した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰返さない。
【００２２】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態の溶接装置が組み込まれたアーク溶接ロボット装置５１の構成図である。
【００２３】
図１を参照して、アーク溶接ロボット装置５１は、ティーチペンダントＴＰと、ロボット制御装置ＲＣと、溶接電源ＷＰと、マニピュレータＭと、溶接トーチＴとを含む。
【００２４】
マニピュレータＭは、ワークＷに対してアーク溶接を自動で行なうものであり、上アーム５３、下アーム５４及び手首部５５と、これらを回転駆動するための複数のサーボモータ（図示せず）とによって構成されている。
【００２５】
溶接トーチＴは、マニピュレータＭの手首部５５の先端部分に取り付けられており、ワイヤリール５６に巻回された溶接ワイヤ５７をワークＷの教示された溶接線に導くためのものである。溶接電源ＷＰは、溶接トーチＴとワークＷとの間に溶接電圧を供給する。
【００２６】
コンジットケーブル５２は、内部に溶接ワイヤ５７を案内するためのコイルライナ（図示せず）を備えており、溶接トーチＴに接続されている。またコンジットケーブル５２は、溶接電源ＷＰからの電力およびガスボンベ５８からのシールドガスを溶接トーチＴに供給する。
【００２７】
ティーチペンダントＴＰは、マニピュレータＭの動作、アーク溶接を行なわせるために必要な溶接条件（溶接電流値、溶接電圧値、溶接速度）等を教示データとして設定するためのものである。ティーチペンダントＴＰは、教示データ等が表示される表示部４１と、教示データを入力するための入力部４２であるキーボードとを含む。作業者は、このティーチペンダントＴＰを用いて、マニピュレータＭの動作とともに上記溶接条件を設定した作業プログラムを作成する。
【００２８】
ロボット制御装置ＲＣは、マニピュレータＭに溶接動作の制御を実行させるためのものである。ロボット制御装置ＲＣは、内部に主制御部、動作制御部およびサーボドライバ（いずれも図示せず）等を備えている。そして、ロボット制御装置ＲＣは、作業者がティーチペンダントＴＰによって教示した作業プログラムに基づき、サーボドライバからマニピュレータＭの各サーボモータに動作制御信号を出力し、マニピュレータＭの複数の軸をそれぞれ回転させる。ロボット制御装置ＲＣは、マニピュレータＭのサーボモータに備えられたエンコーダ（図示せず）からの出力によって現在位置を認識しているので溶接トーチＴの先端位置を制御することができる。
【００２９】
本実施の形態では、ティーチペンダントＴＰでは上記の教示データを設定するだけでなく、溶接条件が使用する母材や溶接ワイヤに対して適切なものであるか否かの判定を、溶接作業の開始前に行なって作業者にその判定結果を報知する。また好ましくは、判定結果が不適である場合には、適切な溶接条件や溶接ワイヤについての情報を作業者に提示する。
【００３０】
図２は、図１のティーチペンダントＴＰの一般的な構成を示したブロック図である。
図２を参照して、ティーチペンダントＴＰは、ＣＰＵ４０と、入力部４２と、表示部４１と、データベース４３と、通信インターフェース部４４とを含む。
【００３１】
ＣＰＵ４０はデータバスやアドレスバス等によって入力部４２と、表示部４１と、データベース４３と、通信インターフェース部４４とに接続され、各部とデータ授受を行なう。
【００３２】
データベース４３には、たとえばＣＰＵ４０で実行されるプログラムや参照されるマップ等のデータが格納されている。通信インターフェース部４４は、ロボット制御装置ＲＣとの通信を行なう。なお、図示しないが、ＣＰＵ４０は、入出力ポートからデータ入力信号やデータ出力信号を授受する。
【００３３】
ティーチペンダントＴＰは、このような構成に限られるものでなく、複数のＣＰＵを含んで実現されるものであっても良い。また、データベース４３は図１のロボット制御装置ＲＣに配置しても良い。さらにティーチペンダントＴＰは表示部４１と入力部４２のみとし、他の部分を図１のロボット制御装置ＲＣに配置しても良い。
【００３４】
図３は、実施の形態１でティーチペンダントＴＰが実行する溶接条件設定処理を説明するためのフローチャートである。なお、この処理は、図１のロボット制御装置ＲＣや溶接電源ＷＰに組み込まれたコンピュータによって実行されても良い。
【００３５】
図３を参照して、このフローチャートの処理が開始されると、ステップＳ１１において、溶接パラメータの入力および溶接金属の組成演算処理が実行される。
【００３６】
図４は、図３のステップＳ１１の処理を詳細に示したフローチャートである。
図４を参照して、ステップＳ１において、母材材質が設定され、ステップＳ２において溶接ワイヤ種類が設定される。そしてステップＳ３において設定された母材および溶接ワイヤの種類に対応する母材成分および溶接ワイヤ成分がデータベースから取得される。
【００３７】
図５は、母材成分が登録されているデータベースの例である。図５を参照して、母材の鋼種である鋼板ＳＰＣＣ、オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４、フェライト系ステンレス鋼ＳＵＳ４０９、フェライト系ステンレス鋼ＳＵＳ４３０の各々について、ニッケル、クロム、炭素、マンガン、シリコン、モリブデン、ニオブの成分（％）が登録されている。
【００３８】
図６は、溶接ワイヤの成分が登録されているデータベースの例である。図６を参照して、溶接ワイヤの種類（ＪＩＳ規格）であるＹＳ３０８，ＹＳ３０８Ｌ，ＹＳ３０９，ＹＳ３０９Ｌ，ＹＳ３１０，ＹＳ４３０の各々について、ニッケル、クロム、炭素、マンガン、シリコン、モリブデン、ニオブの成分（％）が登録されている。
【００３９】
図４のステップＳ３では、図５、図６で示したデータベースから対応する鋼種、ワイヤ種類の成分が読み出される。
【００４０】
図７は、図４のステップＳ３でデータベースから読み出された設定された鋼種およびワイヤ種類に対応するデータの第１例を示す図である。図７には、母材Ａとして鋼種ＳＵＳ４０９が設定され、母材Ｂとして鋼種ＳＵＳ４３０が設定され、溶接ワイヤ種類としてＹＳ３０９が設定された例が示される。なお、クロム当量、ニッケル当量が記載されているが、後に図１１、図１２を用いて説明する。
【００４１】
続いて、ステップＳ４〜ステップＳ７において溶接条件が設定される。ステップＳ４では溶接電流が設定される。なお、溶接電流に代えてワイヤ送給速度を設定するようにしてもよい。次にステップＳ５において溶接電圧が設定され、ステップＳ６では溶接速度が設定される。さらにステップＳ７では溶接継手の形状が設定される。
【００４２】
図８は、継手形状の一例を示した図である。図８では、突合せ継手の例が示されている。図８において母材の溶込部ＳＡ，ＳＢと溶接ワイヤの余盛部ＳＣとが混ざり合って溶接金属となる。
【００４３】
続いて図４のステップＳ８においてワイヤ溶着量を計算する。ワイヤ溶着量は、図８の余盛部ＳＣの量に相当する。ワイヤ溶着量は、ワイヤ送給速度およびワイヤ径（または溶接電流）と溶接速度とによって定まる値である。ワイヤ溶着量は、たとえば溶接電流と溶接速度とに対応して予め求められており、データベース中にマップとして保存されている。したがって、溶接電流と溶接速度とが得られれば、ワイヤ溶着量を求めることができる。
【００４４】
続いて、ステップＳ９において溶込形状をデータベースから取得する。溶込形状には、たとえば、部分溶込、完全溶込などがある。データベースには、各種継手の溶込形状による母材の溶融量がデータとして登録されている。母材の溶融量は溶接速度および溶接電流に対応して登録されていても良い。
【００４５】
そして、ステップＳ１０において希釈率を計算する。希釈率をＲ、溶込部ＳＡ，ＳＢ、余盛部ＳＣとすると、希釈率Ｒは次式（１）であらわされる。
Ｒ＝（ＳＡ＋ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ＋ＳＣ）×１００  （％）    ・・・（１）
なお、希釈率Ｒは、溶接電流Ｉや溶接速度Ｖの関数としても規定することができる。溶接電流や溶接速度が変化すると、余盛部ＳＣの量が変化するので希釈率Ｒも変化する。
【００４６】
図９は、溶接電流Ｉと希釈率Ｒの関係の例を示した図である。図９の例では、溶接速度Ｖ＝２０ｃｍ／ｍｉｎに固定されている。溶接電流Ｉが大きくなると対応する溶接ワイヤの送給量も多くなり余盛部ＳＣは大きくなるが、溶込部ＳＡ，ＳＢも大きくなるので、結果として希釈率Ｒも大きくなる傾向となる。溶接電流Ｉに対して希釈率Ｒを定義したマップとしてデータベース中に記録しておいても良いし、図９に示されるようにＲ＝０．１１２５×Ｉ＋１１．７８５のようにデータから近似式を求めてこれによって希釈率Ｒを算出するようにしても良い。
【００４７】
図１０は、溶接速度Ｖと希釈率Ｒとの関係を示した図である。図１０の例では、溶接電流Ｉ＝２０３Ａに固定されている。溶接速度Ｖが大きくなると、溶接ワイヤの送給量が同じである場合は、余盛部ＳＣが小さくなるので、希釈率Ｒ（％）は大きくなる。溶接速度Ｖに対して希釈率Ｒを定義したマップとしてデータベース中に記録しておいても良いし、図１０に示されるようにＲ＝０．４７４７×Ｖ＋２２．３９４のようにデータから近似式を求めてこれによって希釈率Ｒを算出するようにしても良い。
【００４８】
図９、図１０に示すように、溶接金属の組成に問題があれば、溶接電流Ｉまたは溶接速度Ｖを変えることによって希釈率Ｒを変えて、組成の改善を図れる可能性があることがわかる。
【００４９】
図１１は、図７に示した母材および溶接ワイヤによって形成される溶接金属の成分を示した図である。図１１に示した数値は、希釈率３０％の場合を示し、各成分において、次式（２）に希釈率Ｒ＝３０（％）を代入して得られる。
溶接金属成分＝（母材Ａ成分×Ｒ／２＋母材Ｂ成分×Ｒ／２＋ワイヤ成分×（１００−Ｒ））／１００        ・・・（２）
そして計算された各成分に基づいて溶接金属のニッケル当量とクロム当量とが計算される。結局、母材がＳＵＳ４０９およびＳＵＳ４３０でワイヤ種類ＹＳ３０９を使用した場合にできる溶接金属のニッケル当量は１２．０３２％であり、クロム当量は２１．６０５％であることが図１１には示されている。
【００５０】
このようにして得られたニッケル当量とクロム当量を溶接金属の割れ発生の有無の判断に用いる。図８に示すように、溶接ビードの断面は、余盛部ＳＣと溶込部ＳＡ，ＳＢから形成される。余盛部ＳＣ及び溶込部ＳＡ，ＳＢは、溶接ワイヤの成分と母材Ａ，Ｂの成分とが溶け合った金属組織となる。この金属組織が、完全オーステナイト組織になると高温割れが生じやすくなる。また、金属組織にマルテンサイトが析出すると硬化して低温割れが生じやすくなる。
【００５１】
図１２は、溶接金属の割れ発生の判断に用いるシェフラー状態図である。なお、図１２には、母材Ａに相当する点Ｐ１、母材Ｂに相当する点Ｐ２、溶接ワイヤに相当する点Ｐ３および溶接金属に相当する点Ｐ４が記入されている。
【００５２】
割れを防止するためには、シェフラーの状態図を用いて溶接部の金属組織を推定し、この金属組織が同図上に示す安全領域ＳＲに入るように溶接材料等を設定することが大切である。図中（Ａ）はオーステナイト組織となる領域を示し、（Ｆ）はフェライト組織となる領域を示し、（Ｍ）はマルテンサイト組織となる領域を示す。また（Ａ＋Ｍ）、（Ｍ＋Ｆ），（Ａ＋Ｍ＋Ｆ）は、各組織が混合した組織となる領域を示す。
【００５３】
安全領域ＳＲは、オーステナイト組織（Ａ）に少量のフェライト組織（Ｆ）が混合した金属組織の領域である。割れを防止するための１つの目安として、溶接部の金属組織が安全領域ＳＲ内にあることが大切である。この安全領域ＳＲの範囲は絶対的なものではなく、書籍、溶接材料用資料等によってズレがある。同図において、横軸は金属組織のクロム当量を示し、縦軸は金属組織のニッケル当量を示す。クロム当量およびニッケル当量はそれぞれ次式（３）、（４）で定義される。
クロム当量＝％Ｃｒ＋％Ｍｏ＋１．５×％Ｓｉ＋０．５×％Ｎｂ  ・・・（３）
ニッケル当量＝％Ｎｉ＋３０×％Ｃ＋０．５×％Ｍｎ            ・・・（４）
ここで、％は質量％を示す。溶接部のクロム当量及びニッケル当量をプロットした点が金属組織の状態を示し、この点が安全領域ＳＲ内にあるときには割れが発生する可能性は低い。
【００５４】
図１２に記入されているように、母材Ａ（ＳＵＳ４０９）のプロット位置は、クロム当量及びニッケル当量からＰ１点となる。同様に、母材Ｂ（ＳＵＳ４３０）のプロット位置は、クロム当量及びニッケル当量からＰ２点となる。さらに溶接ワイヤ（ＹＳ３０９）のプロット位置は、Ｐ３点になる。母材Ａ，Ｂが均等に溶融すると仮定すると、仮想の母材成分はＰ１，Ｐ２の中点Ｐ１２であるので、溶接部の金属組織の状態は、線分Ｐ１２−Ｐ３上に位置する。溶接部の金属組織は、母材成分と溶接ワイヤ成分とが溶け合ったものであり、図８で上述した溶込部ＳＡ，ＳＢと余盛部ＳＣとの体積比によって線分Ｐ１２−Ｐ３上を移動する。図１２においては、溶接金属の成分は図１１に相当する点Ｐ４であり、安全領域ＳＲに入っているので割れが発生する可能性は低い。
【００５５】
したがって、溶接開始前に割れが発生する可能性は低いことがわかっているので安心して作業を進めることができる。
【００５６】
以上の処理が、図３のステップＳ１２およびステップＳ１３で行なわれる。図１２に示した例では溶接金属のニッケル当量とクロム当量から決まる点Ｐ４が安全領域ＳＲに入っているので、ステップＳ１３からステップＳ１９に処理が進み、溶接条件の設定は終了する。
【００５７】
次に、溶接金属のニッケル当量とクロム当量から決まる点が安全領域ＳＲに入らなかった例について説明する。
【００５８】
図１３は、図４のステップＳ３でデータベースから読み出された設定された鋼種、ワイヤ種類に対応するデータの第２例を示す図である。図１３には、母材ＡおよびＢとして鋼種ＳＵＳ４０９が設定され、溶接ワイヤ種類としてＹＳ３０８が設定された例が示される。
【００５９】
図１４は、図１３に示した母材および溶接ワイヤによって形成される溶接金属の成分を示した図である。図１４に示した数値は、希釈率３０％の場合を示し、各成分において、前述の式（２）に希釈率Ｒ＝３０％を代入して得られる。そして計算された各成分に基づいて溶接金属のニッケル当量とクロム当量とが計算される。結局、母材がＳＵＳ４０９で溶接ワイヤ種類としてＹＳ３０８を使用した場合にできる溶接金属のニッケル当量は９．１７０％であり、クロム当量は１８．３６２％であることが図１４には示されている。
【００６０】
図１５は、溶接金属の割れ発生の判断に用いるシェフラー状態図である。なお、図１５には、母材Ａに相当する点Ｑ１、母材Ｂに相当する点Ｑ２、溶接ワイヤに相当する点Ｑ３および溶接金属に相当する点Ｑ４が記入されている。
【００６１】
母材Ｂは、この例では母材Ａと同じであるので、仮想の母材成分はＱ１（＝Ｑ２）であるので、溶接部の金属組織の状態は、線分Ｑ１−Ｑ３上に位置する。溶接部の金属組織は、母材成分と溶接ワイヤ成分とが溶け合ったものであり、図８で上述した溶込部ＳＡ，ＳＢと余盛部ＳＣとの体積比によって線分Ｑ１−Ｑ３上を移動する。図１５においては、溶接金属の成分は図１４に相当する点Ｑ４であり、安全領域ＳＲに入っていないので割れが発生するおそれがある。そこで、図３のフローチャートにおいては、ステップＳ１３からステップＳ１４に処理が進んで、ティーチペンダントＴＰにアラーム表示がされる。例えば、「低温割れが発生する可能性があります。」というような警告表示が表示部４１に表示される。
【００６２】
ここで、溶接部の割れを防止するためには、溶接部の金属組織の状態位置を、図１５に示す安全領域ＳＲ内に入れなければならない。そこで、ステップＳ１５において、安全領域ＳＲに入る希釈率から電流または速度を逆算する。
【００６３】
図１６は、分かりやすくするために図１５のシェフラー状態図から安全領域とプロット点のみを示した図である。図１６において、母材ＡおよびＢに相当する点Ｑ１、溶接ワイヤに相当する点Ｑ３および溶接金属に相当する点Ｑ４が記入されている。希釈率１００％の点は点Ｑ１である。希釈率０％の点は点Ｑ３である。点Ｑ４の希釈率Ｒは、（線分Ｑ３−Ｑ４の長さ）／（線分Ｑ３−Ｑ１の長さ）×１００  （％）となる。
【００６４】
ところで、溶接速度や溶接電流を変更すると希釈率が変化し、溶接金属の組成は線分Ｑ１−Ｑ３上を変化する。変化後の点が安全領域ＳＲに入れば溶接割れは生じなくなる。安全領域ＳＲの境界と線分Ｑ１−Ｑ３との交点である点Ｑ５の希釈率Ｒは、（線分Ｑ３−Ｑ５の長さ）／（線分Ｑ３−Ｑ１の長さ）×１００  （％）となる。
【００６５】
このようにして安全領域ＳＲに入るための希釈率の限界値が求まる。この値に対応する溶接電流や溶接速度は図９、図１０のマップから求めることができる。
【００６６】
図３のステップＳ１６において、ティーチペンダントＴＰに溶接条件の変更候補となる溶接電流や溶接速度が表示される。たとえば、「溶接電流を１２０アンペア以下に下げて、希釈率（溶込み）を小さくすることをお勧めします。」または「溶接電流の推奨範囲は１２０アンペア以下です。」などのように表示すると良い。そしてステップＳ１７において、ティーチペンダントＴＰの表示部４１を用いて溶接条件の変更を行なうか否かの問い合わせが行なわれる。表示部４１に、たとえば「溶接条件を変更しますか？」というように表示させ、変更の有無についてユーザからの入力を待つ。
【００６７】
ステップＳ１８において、ユーザが変更を選択する場合には、ステップＳ１８からステップＳ１１に処理が戻り、溶接パラメータの再入力が行なわれる。この時には、ステップＳ１６においてユーザに提示された変更候補が参考にされる。変更候補の数値をボタンで簡単に選択することができるようにしてもよい。一方、必ずしも良い条件があるとは限らないので、ユーザが変更しないことを選択する可能性もある。その場合にはステップＳ１８からステップＳ１９に処理が進み、溶接条件の設定は終了する。
【００６８】
以上説明したように、実施の形態１に示した溶接装置は、特別な追加装置（ハードウエア）を必要とせず、現状のロボット溶接システムにソフトウエアとデータを追加するのみで、欠陥の発生しにくい溶接継手を作成することができる。また、溶接条件設定時に警告が出力されるため、効率的に溶接作業が行なえ、母材や溶接ワイヤを無駄に消費せずにすむ。
【００６９】
［実施の形態２］
実施の形態１では溶接割れの可能性がある場合には、溶接条件を変更する候補を示した。その代わりに、溶接ワイヤを変更することも考えられる。
【００７０】
図１７は、実施の形態２においてティーチペンダントＴＰが実行する溶接条件設定処理を説明するためのフローチャートである。なお、図１７のフローチャートの処理は、図３のフローチャートの処理に代えて実行されるものである。図１７のフローチャートは、図３のフローチャートのステップＳ１５，Ｓ１６の処理に代えてステップＳ１５Ａ，Ｓ１６Ａの処理を実行している。他の処理については、図３で説明しているので、ここでは説明は繰返さない。
【００７１】
ステップＳ１５Ａでは、シェフラー状態図の安全領域ＳＲに入る溶接ワイヤをデータベースに登録されている溶接ワイヤの中から抽出する。これは、図１５のように溶接金属の組成を示す点Ｑ４が安全領域ＳＲの外になってしまった場合に、図６に示した溶接ワイヤ中から他の溶接ワイヤのデータを用いて点Ｑ３の代わりの新たな点を設定する。さらに、設定されている溶接条件から定まる希釈率を適用して点Ｑ４の代わりの新たな点を設定し、この点が安全領域ＳＲに入るか否かを判定する。データベースに登録されている溶接ワイヤについてこの判定を行ない、溶接金属に対応する新たな点Ｑ４が安全領域ＳＲに入った溶接ワイヤの種類を抽出および記憶する。図１３〜図１５に示す例では、溶接ワイヤＹＳ３０８を図６の溶接ワイヤの中から選択した適切な溶接ワイヤと交換することにより、Ｑ４点が安全領域ＳＲに属するように移動する。たとえば、溶接ワイヤＹＳ３０９およびＹＳ３０９Ｌが適切な溶接ワイヤである。
【００７２】
図１８は、図１３の溶接ワイヤＹＳ３０８を溶接ワイヤＹＳ３０９に交換した第１交換例を示す図である。
【００７３】
図１９は、第１交換例の溶接金属の成分がどのように変化したかを示す図である。図１９に示した数値は、図１４と同様に希釈率３０％の場合を示し、各成分において、前述の式（２）に希釈率Ｒ＝３０％を代入して得られる。そして計算された各成分に基づいて溶接金属のニッケル当量とクロム当量とが計算される。図１４と図１９を比較すると、母材がＳＵＳ４０９で溶接ワイヤ種類としてＹＳ３０９を使用した場合にできる溶接金属のニッケル当量は９．１７０％から１１．９４２％に変化し、クロム当量は１８．３６２％から２０．７８０％に変化することが判明する。
【００７４】
図２０は、第１交換例の図１５のシェフラー状態図における点の位置を更新した図である。図２０では、更新した点は溶接ワイヤＹＳ３０９を示す点Ｑ３Ａと、溶接金属を示す点Ｑ４Ａである。溶接金属を示す点Ｑ４Ａは、安全領域ＳＲの内部に移動したことがわかる。
【００７５】
図２１は、図１３の溶接ワイヤＹＳ３０８を溶接ワイヤＹＳ３０９Ｌに交換した第２交換例を示す図である。
【００７６】
図２２は、第２交換例の溶接金属の成分がどのように変化したかを示す図である。図２２に示した数値は、図１４と同様に希釈率３０％の場合を示し、各成分において、前述の式（２）に希釈率Ｒ＝３０％を代入して得られる。そして計算された各成分に基づいて溶接金属のニッケル当量とクロム当量とが計算される。図１４と図２２を比較すると、母材がＳＵＳ４０９で溶接ワイヤ種類としてＹＳ３０９を使用した場合にできる溶接金属のニッケル当量は９．１７０％から１１．１７２％に変化し、クロム当量は１８．３６２％から２１．１８６％に変化することが判明する。
【００７７】
図２３は、第２交換例の図１５のシェフラー状態図における点の位置を更新した図である。図２３では、更新した点は溶接ワイヤＹＳ３０９Ｌを示す点Ｑ３Ｂと、溶接金属を示す点Ｑ４Ｂである。溶接金属を示す点Ｑ４Ｂは、安全領域ＳＲの内部に移動したことがわかる。
【００７８】
再び図１７を参照して、ステップＳ１５Ａにおいて溶接ワイヤの抽出が完了すると、ステップＳ１６Ａにおいて、抽出された溶接割れが発生する可能性の低い溶接ワイヤの種類をティーチペンダントＴＰに表示させる。この溶接ワイヤの判定作業は、すべての登録されている溶接ワイヤに順次行ない、結果を一括して表示させ、ユーザに使用する溶接ワイヤを選択してもらうようにしても良い。図１５の場合、ＹＳ３０９およびＹＳ３０９Ｌが表示される。たとえば、「溶接ワイヤをＹＳ３０８からＹＳ３０９またはＹＳ３０９Ｌに交換することをお勧めします。」などのように表示すると良い。
【００７９】
以降のステップＳ１７〜Ｓ１９については、図３と同様であるので、説明は繰返さない。
【００８０】
実施の形態１では、溶接ワイヤを変えない前提で溶接条件を変更することにより溶接割れを未然に防ぐことができる例を示した。実施の形態２では溶接条件を変えないで溶接ワイヤの種類を変更することによって溶接割れの発生を未然に防ぐことができる。
【００８１】
なお、実施の形態１と実施の形態２とを組み合わせても良い。たとえば、実施の形態１のように溶接条件の変更が可能かを判定して、もし溶接条件を変えて希釈率を変更してもシェフラー状態図の安全領域ＳＲに溶接金属の組成を示す点が入らない場合には、使用可能な溶接ワイヤが無いか実施の形態２で説明した処理を行なうようにしても良い。実施の形態１，２の処理を同時に行なって、ティーチペンダントＴＰの表示部４１に溶接条件変更の場合と溶接ワイヤ変更の場合の両方を示し、ユーザにどれかを選択させるようにしても良い。
【００８２】
再び図を参照して本実施の形態について総括する。実施の形態１，２の溶接装置は、図２に示すように、使用母材の種類と使用溶接ワイヤの種類とを含む材料条件と溶接電流を含む溶接条件とを設定するための入力部４２と、各種母材の組成と、各種溶接ワイヤの組成とを記憶するデータベース４３と、ユーザに情報を提示する表示部４１と、入力部４２、データベース４３、および表示部４１と通信し、使用母材と使用溶接ワイヤと溶接条件との適否を判定する制御装置（ＣＰＵ４０）とを含む。図４に示すように、制御装置は、入力部４２から入力された使用母材の種類と使用溶接ワイヤの種類と溶接条件とに基づいてデータベース４３を参照して溶接金属のニッケル当量およびクロム当量を算出する。そして、図３および図１７に示すように、溶接金属のクロム当量およびニッケル当量に基づいて定まる点がシェフラーの状態図に基づいて定められた安全領域ＳＲに属するか否かを判定し、判定結果が安全領域ＳＲに属しない場合に使用溶接ワイヤまたは溶接条件の変更候補を表示部４１に表示させる。
【００８３】
好ましくは、図３に示すように、制御装置は、判定結果が安全領域ＳＲに属しない場合には（ステップＳ１３でＮＯ）、判定結果を作業者に報知する（ステップＳ１４）とともに、溶接電流または溶接速度の少なくとも一方を変更して溶接金属のクロム当量およびニッケル当量が安全領域ＳＲに属することとなる安全溶接条件を探索し（ステップＳ１５）、安全溶接条件を表示部４１に表示させる（ステップＳ１６）。
【００８４】
好ましくは、図１７に示すように、制御装置は、判定結果が安全領域ＳＲに属しない場合には（ステップＳ１３でＮＯ）、判定結果を作業者に報知する（ステップＳ１４）とともに、データベースに登録されている各種溶接ワイヤについて溶接金属のクロム当量およびニッケル当量が安全領域ＳＲに属することとなるか否かを判定し（ステップＳ１５Ａ）、判定結果が安全領域ＳＲに属することとなる溶接ワイヤの情報を表示部４１に表示させる（ステップＳ１６Ａ）。
【００８５】
好ましくは、図１に示すように、溶接装置は、溶接トーチＴと、溶接トーチＴに溶接電圧および溶接電流を供給する溶接電源ＷＰと、溶接トーチＴが取り付けられたマニピュレータＭと、マニピュレータＭを制御するロボット制御装置ＲＣとをさらに含む。入力部４２および表示部４１は、ロボット制御装置ＲＣにデータを入力するためのティーチペンダントＴＰに設けられる。
【００８６】
なお、データベースは、ティーチペンダントＴＰの内部の不揮発性メモリに記憶しておいてもよいが、ロボット制御装置ＲＣに内蔵されるハードディスクドライブに記憶しておいてもよい。また、判定処理を実行するＣＰＵ他の図２に示した構成は、ロボット制御装置ＲＣや溶接電源ＷＰに配置されても良い。また、溶接電源ＷＰに図２の構成を配置した場合には、ロボットとは切り離された溶接電源ＷＰ単体で判定処理が実行されるようにしても良い。
【００８７】
今回開示された実施の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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８８】
４１  表示部、４２  入力部、４３  データベース、４４  通信インターフェース部、５１  アーク溶接ロボット装置、５２  コンジットケーブル、５３  上アーム、５４  下アーム、５５  手首部、５６  ワイヤリール、５７  溶接ワイヤ、５８  ガスボンベ、Ｍ  マニピュレータ、ＲＣ  ロボット制御装置、Ｔ  溶接トーチ、ＴＰ  ティーチペンダント、ＷＰ  溶接電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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