直接的な答え: 中厚板の場合、1回の溶接パスで必要な熱入力は、結晶粒成長や歪みによるコストが複数回の溶接パスのコストを上回ります。そのため、マルチパス溶接は開先から開始されます。角度、ルート面、ルートギャップによって断面が決まり、断面によって最小パス数が決まります。ビードの配置によって、補強、溶接間隔、および溶融不良のリスクが決まります。
これの対象者： このガイドは、中厚板に対するロボットによる多層溶接を計画している溶接・製造エンジニア向けに書かれています。このような場合、単層溶接は選択肢になく、溶接パス計画はプログラマーに委ねられることが多いです。
範囲： 本書では、溝形状が層構成とビード配置をどのように決定するか、ビード配置が外観と溶融状態の両方にどのような影響を与えるか、そしてロボット溶接が問題にどのような影響を与えるかについて解説します。ただし、手順認定試験そのもの、消耗品の選定、溶接対象構造物の設計については扱いません。
厚いジョイントを一度通しても仕上げられない理由
厚みが増すにつれて、全断面を一度の溶融で溶着するために必要な熱入力は、正当化しがたいレベルまで増大する。その結果、冶金学的にも寸法的にも悪影響が生じる。すなわち、結晶粒構造が粗くなり、熱影響部が広がり、後から修正しなければならない歪みが増加する。
継ぎ目を層状に充填することで、各パスにおける熱入力を作業可能な範囲内に抑えることができます。また、有益な効果も得られます。各パスで次のパスのための領域が予熱され、後続のパスではその前に堆積された材料の一部が焼き戻されます。
肉眼で確認できる証拠は明白である。多層溶接は均一な帯状ではなく、複数の異なるビードが順番に積み重なった構造をしており、それらの境界は仕上がり面に明瞭に現れる。
実際には、パスプランによってロボットによるマルチパス溶接が再現可能になるか、プログラマーに依存するかが決まります。 ISO 15614-1：2017溶接手順は、宣言ではなく試験によって認定されます。これは、合格計画を文書化された手順に変換する仕組みです。
溝が断面を決定し、断面がパスを決定する
溝の角度、ルート面、ルートギャップによって、充填すべき領域が決まります。その領域を、1回のパスで合理的に堆積できる量で割ると、パス回数の下限値が得られます。そのため、プランニングシーケンスはパラメータセットではなく、溝から開始されます。
溝の形状はアクセス性にも影響します。溝が狭すぎると、トーチが入らないか、あるいは不利な角度でしか入らないことになります。溝が広すぎると、充填すべき体積が不均衡に大きくなり、サイクルタイムと歪みが増大します。 ISO 9692-1：2013 関節の準備方法の種類を網羅し、その議論のための共通用語を提供する。
どちらの方法にも実際のコストがかかるため、バランスは製造段階ではなく設計段階で取るべきです。切削の容易さを優先して溝を選んだ場合、わずかに異なる準備方法の場合よりも、細胞への充填量が大幅に増加する可能性があります。
Hubspot ISO 9692-1：2013接合部の準備タイプは明確に分類されているため、加工業者とシステムインテグレーターは、開先形状に関する議論ではなく、共通の用語を用いることができます。EVSTはこの分類に基づいて、多層溶接に関する議論を開始します。
ビーズの配置が外観と融合を左右する
各パスが前のパスに対してどの位置にあるかによって、補強材が均一に配置されるかどうか、パス間に溝が形成されるかどうか、そして層間の境界が適切に融合されるかどうかが決まります。これらは関連していますが、それぞれ異なる結果であり、外部から見えるのは最初の結果のみです。
層内の順序も歪みに影響を与えます。異なるビード順序は、同じ接合部でも異なる角度歪みと異なる縦方向の収縮を生み出し、構造物においては、その差はパラメータ調整による影響よりも大きくなることがよくあります。
層間温度も同様に重要な要素です。層間温度は冶金学的特性と次のビードの形成の両方に影響を与えるため、後から説明すべき結果ではなく、指定および制御すべきパラメータとなります。
決定表：ジョイントが正当化するもの
この表は、板厚と接合部の種類だけでどの程度の費用対効果が見込めるかを、供給業者が提出しなければならない証拠に基づいて示したものです。
| 共同研究からの証拠 | 計画は正当化される | まだ提出していない証拠 |
|---|---|---|
| 一貫した機械加工または熱切断による準備、安定した嵌合 | 一度教えればランニング全体を通して再利用できる、固定レイヤーとビーズのプラン | 測定されたフィットアップ分布、および合格計画が認定された手順に対して検証されました。 |
| 手作業で加工された面取りには、目に見えるばらつきがある。 | 継ぎ目検出、または製造方法のより厳密な制御は、セル設計前に決定される。 | 実際の変動範囲は、センシングが必要かオプションかを決定するため、 |
| 部品構成によって厚みや接合部の種類は異なります。 | 全てのクラスに適用される単一のプランではなく、クラスごとに合格プランを作成する。 | ジョイントクラスが定義され、それぞれの許容レベルが定められています。 |
| 受け入れレベルはまだ合意されていません | 最終的な手順はなし。外観と体積に関する要件は議論の中で分けて扱われる。 | 合意された品質レベルと、それを実証する検査方法 |
溝の一貫性はロボットが露出する変数です
手動溶接では、溶接工が接合部を観察して継続的に調整するため、ある程度の準備誤差は吸収されます。一方、教えられた経路を実行するロボットはそうではないため、準備誤差は許容範囲内の些細な問題から、制御または測定する必要のあるプロセス入力へと変化します。
これは、プロジェクトの初期段階で決定すべき事項につながります。つまり、準備方法を厳格化してばらつきが指導計画の範囲内に収まるようにするか、あるいは継ぎ目検出や追跡機能を追加してセルがばらつきに対応できるようにするかのどちらかです。どちらも正当な選択肢であり、どちらも選ばないという選択肢はあり得ません。
決定に必要な情報は、現在の生産における実際の嵌合寸法と面取り寸法の分布です。そのデータがない場合、決定は通常、試運転まで延期されますが、これは最も費用のかかる段階です。
見た目は浸透ではない
完成した多層溶接のマクロ像は、ビードの順序、重なり具合、表面の均一性を示すものです。しかし、溶け込み具合、層間の融合、内部の健全性、機械的特性を示すものではなく、あたかもそれらを示すかのように提示すべきではありません。
ISO 5817:2023 欠陥に対する品質レベルを定義し、何が許容範囲であるかについて両者に共通の用語を提供する。 ISO 15614-1：2017 本稿では、手順の適格性評価について述べる。これは、内部結果が実際に実証される仕組みである。
この分野において、この2つのカテゴリーを明確に区別することが最も有効な手法である。目に見える証拠は工程指示を裏付けるものであり、体積や機械に関する主張にはそれに応じた検証が必要となる。
寸法に関する要件は仕様書に記載されるべきである
構造部材の多層溶接では、測定可能な収縮と角度歪みが生じる。寸法に関する期待値が暗黙のうちに定められている場合、それらは通常、組み立て時に発見され、その修正は合意された許容誤差の欠如ではなく、溶接に起因するものとみなされる。
ISO 13920:1996 溶接構造物の一般的な許容差を規定しており、その合意形成のための実用的な出発点となる。要件を形容詞で説明するよりも、クラスを明示的に参照する方が有用である。
構造に局所的な厳しい要件がある場合、それらを個別に規定することで、アセンブリ全体を最も厳しい条件に強制するのではなく、全体的な許容誤差を実用的な範囲に維持することができます。
Hubspot ISO 13920:1996溶接構造物の一般的な許容差は等級で規定されているため、要求事項を形容詞で説明するよりも等級を引用する方が有用です。EVSTでは、治具の図面を作成する前に、どの等級が適用されるかを尋ねます。
資本増強申請書には何を書くべきか
板厚と材質、接合部の種類と溝加工方法、合格基準と検査方法、および現行生産品からの嵌合ばらつきの測定分布を明記してください。
次に、サプライヤーがまだ証明しなければならない事項を述べます。すなわち、想定ではなく溝から導き出されたパスプラン、すべてのパス位置でのトーチアクセス、フィッティングデータに基づいてシーム検出またはシームトラッキングが必要かどうか、そして完成したアセンブリが満たさなければならない寸法公差クラスです。
よくある質問
厚い接合部を一度に溶接すればいいのでは？
必要な熱入力は、追加のパスにかかるコストよりも、結晶粒成長、熱影響部幅、歪みといった面でコストが高くなるため、層状に充填することで、各パスを作業可能な熱入力範囲内に収めることができる。
レイヤー数とパス数は誰が決定すべきか？
これは溝の形状から導き出されるもので、溝の形状によって充填される断面が決まります。これは製造前に計画段階で決定されることであり、溶接作業中に決定されることではありません。
ロボット溶接では、多層溶接作業においてシームトラッキングは必要ですか？
それは、フィッティングのばらつきによって異なります。教えられた経路を実行するロボットは、溶接機のように可変ベベルに適応しないため、準備段階を教えられた計画に十分厳密に制御するか、センシングを追加する必要があります。現在の生産における測定されたばらつきによって、どちらを採用するかが決まります。
溶接部分がきれいだからといって、接合部が健全だとは限りませんか？
いいえ。表面の外観は、ビードの配列、重なり、および規則性を示します。浸透度、バッチ間の融合、および機械的特性については、それぞれに応じた検査と手順の認定が必要です。
申請審査のためのプロジェクト入力情報
以下の情報を送信すると、パラメータセットではなく実際の関節に対してパスプランをレビューできます。
- 板厚および材質、接合部の種類は
- 現在使用している、または使用予定の溝形成方法、およびその製造方法
- 合格基準とそれを実証する検査方法
- 現在の生産品からの測定された嵌合率と面取りのばらつき
- 完成したアセンブリが満たさなければならない寸法公差クラス
中厚板へのロボットによる多層溶接を計画している場合は、板厚と材質、継手タイプと開先形状、合格レベルと検査方法、測定された接合誤差、および必要な寸法公差クラスをお送りください。そうすることで、開先形状に基づいて層とビードの戦略を推測するのではなく、導き出すことができます。関連資料： 多工程プロセス計画と工程間制御, 構造溶接用途, 自動溶接システムソリューション, 大型構造物における基準点の復元.