知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024058958
(43)【公開日】2024-04-30
(54)【発明の名称】造形物の製造方法及び積層計画方法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/04 20060101AFI20240422BHJP
B23K 31/00 20060101ALI20240422BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20240422BHJP
B33Y 50/00 20150101ALI20240422BHJP
【ＦＩ】
B23K9/04 G
B23K9/04 Z
B23K31/00 H
B33Y10/00
B33Y50/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022166397
(22)【出願日】2022-10-17
(71)【出願人】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】佐野 萌
(57)【要約】
【課題】十分な接合強度で母材にパイプが接合された造形物を製造することが可能な造形物の製造方法及び積層計画方法を提供する。
【解決手段】断面円弧状の周面５３を有する母材５１の周面５３に筒状のパイプ５５を造形する造形物の製造方法であって、母材５１の周面５３の表面形状に沿う閉曲線状の第１パスＰ１に沿って溶接ビードＢ１を積層する第１パス造形工程と、パイプ５５の垂直断面に平行な閉曲線状の第２パスＰ２に沿って溶接ビードＢ２を積層する第２パス造形工程と、第１パスＰ１と第２パスＰ２とで囲まれた領域に対して、第１パスＰ１または第２パスＰ２に平行な開曲線状の差分パスＰ３に沿って溶接ビードＢ３を積層する差分パス造形工程と、を含み、差分パス造形工程において、差分パスＰ３に沿った溶接ビードＢ３の始終端Ｂ３ｅを、母材５１の周面５３から離間した位置に配置させる。
【選択図】図６
【解決手段】断面円弧状の周面５３を有する母材５１の周面５３に筒状のパイプ５５を造形する造形物の製造方法であって、母材５１の周面５３の表面形状に沿う閉曲線状の第１パスＰ１に沿って溶接ビードＢ１を積層する第１パス造形工程と、パイプ５５の垂直断面に平行な閉曲線状の第２パスＰ２に沿って溶接ビードＢ２を積層する第２パス造形工程と、第１パスＰ１と第２パスＰ２とで囲まれた領域に対して、第１パスＰ１または第２パスＰ２に平行な開曲線状の差分パスＰ３に沿って溶接ビードＢ３を積層する差分パス造形工程と、を含み、差分パス造形工程において、差分パスＰ３に沿った溶接ビードＢ３の始終端Ｂ３ｅを、母材５１の周面５３から離間した位置に配置させる。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
断面円弧状の周面を有する母材の前記周面に、溶接ビードを積層して筒状のパイプを造形する造形物の製造方法であって、
前記母材の周面の表面形状に沿う閉曲線状の第１パスに沿って溶接ビードを積層する第１パス造形工程と、
前記パイプの垂直断面に平行な閉曲線状の第２パスに沿って溶接ビードを積層する第２パス造形工程と、
前記第１パスと前記第２パスとで囲まれた領域に対して、前記第１パスまたは前記第２パスに平行な開曲線状の差分パスに沿って溶接ビードを積層する差分パス造形工程と、
を含み、
前記差分パス造形工程において、前記差分パスに沿った前記溶接ビードの始終端を、前記母材の周面から離間した位置に配置させる、
造形物の製造方法。
前記母材の周面の表面形状に沿う閉曲線状の第１パスに沿って溶接ビードを積層する第１パス造形工程と、
前記パイプの垂直断面に平行な閉曲線状の第２パスに沿って溶接ビードを積層する第２パス造形工程と、
前記第１パスと前記第２パスとで囲まれた領域に対して、前記第１パスまたは前記第２パスに平行な開曲線状の差分パスに沿って溶接ビードを積層する差分パス造形工程と、
を含み、
前記差分パス造形工程において、前記差分パスに沿った前記溶接ビードの始終端を、前記母材の周面から離間した位置に配置させる、
造形物の製造方法。
【請求項2】
前記差分パス造形工程において、前記差分パスに沿った溶接ビードを、前記第１パスに平行に形成し、前記始終端を前記第２パスと平行な面に配置させる、
請求項１に記載の造形物の製造方法。
請求項１に記載の造形物の製造方法。
【請求項3】
前記第２パス造形工程において、前記第２パスに沿って形成する溶接ビードのうち前記差分パスに沿った溶接ビードの始終端に接する溶接ビードを、前記第２パスに沿う他の溶接ビードよりも高い入熱量となる溶接条件で形成する、
請求項２に記載の造形物の製造方法。
請求項２に記載の造形物の製造方法。
【請求項4】
前記第１パスに沿う溶接ビードを、前記第２パスに沿う溶接ビードよりも低い入熱量となる溶接条件で形成する、
請求項１に記載の造形物の製造方法。
請求項１に記載の造形物の製造方法。
【請求項5】
前記差分パス造形工程において、前記差分パスに沿った前記溶接ビードの始終端を、前記母材と前記パイプとの接合箇所から離間した位置に配置させる、
請求項１に記載の造形物の製造方法。
請求項１に記載の造形物の製造方法。
【請求項6】
断面円弧状の周面を有する母材の前記周面に、溶接ビードを積層して筒状のパイプを造形するための積層計画方法であって、
前記母材の周面の表面形状に沿う閉曲線状の第１パスおよび前記パイプの垂直断面に平行な閉曲線状の第２パスを生成するパス生成ステップと、
前記第１パスおよび前記第２パスが配置される領域の境界位置を設定する境界位置設定ステップと、
前記境界位置に合わせて前記第１パスまたは前記第２パスのパス長を調整した開曲線状の差分パスを生成する差分パス生成ステップと、
を含み、
前記差分パス生成ステップにおいて、前記差分パスの始終端を前記母材の周面から離間した位置に配置させる、
積層計画方法。
前記母材の周面の表面形状に沿う閉曲線状の第１パスおよび前記パイプの垂直断面に平行な閉曲線状の第２パスを生成するパス生成ステップと、
前記第１パスおよび前記第２パスが配置される領域の境界位置を設定する境界位置設定ステップと、
前記境界位置に合わせて前記第１パスまたは前記第２パスのパス長を調整した開曲線状の差分パスを生成する差分パス生成ステップと、
を含み、
前記差分パス生成ステップにおいて、前記差分パスの始終端を前記母材の周面から離間した位置に配置させる、
積層計画方法。
【請求項7】
前記差分パス生成ステップにおいて、前記差分パスの始終端を、前記母材と前記パイプとの接合箇所から離間した位置に配置させる、
請求項６に記載の積層計画方法。
請求項６に記載の積層計画方法。
【請求項8】
前記母材の周面の形状および前記パイプの径に基づいて、前記母材の周面と前記パイプとの接合箇所における前記パイプの長手方向に沿う最大寸法を算出する最大寸法算出ステップをさらに含み、
算出した前記最大寸法に基づいて、前記パス生成ステップにおける前記第１パスの生成の要否を判定する、
請求項６または請求項７に記載の積層計画方法。
算出した前記最大寸法に基づいて、前記パス生成ステップにおける前記第１パスの生成の要否を判定する、
請求項６または請求項７に記載の積層計画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、造形物の製造方法及び積層計画方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、生産手段としての３Ｄプリンタのニーズが高まっており、特に金属材料への適用については航空機業界等で実用化に向けて研究開発が行われている。金属材料を用いた３Ｄプリンタは、レーザーやアーク等の熱源を用いて、金属粉体や金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させて造形物を造形する。
【0003】
特許文献１には、第一パイプの周面に対して溶加材を溶融及び凝固させたビードを積層させた継手を造形し、この継手の端面に第二パイプの端面を突き合わせて溶接によって接合する造形方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９－１３０５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上記のように継手を積層造形してパイプ同士を接合する接合構造において、ビードの始終端が継手に含まれると、パイプ同士の接合強度が低下するおそれがある。この接合強度の低下は、継手におけるビードの始終端が多いほど懸念が高まる。
【0006】
そこで本発明は、十分な接合強度で母材にパイプが接合された造形物を製造することが可能な造形物の製造方法及び積層計画方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は下記の構成からなる。
（１） 断面円弧状の周面を有する母材の前記周面に、溶接ビードを積層して筒状のパイプを造形する造形物の製造方法であって、
前記母材の周面の表面形状に沿う閉曲線状の第１パスに沿って溶接ビードを積層する第１パス造形工程と、
前記パイプの垂直断面に平行な閉曲線状の第２パスに沿って溶接ビードを積層する第２パス造形工程と、
前記第１パスと前記第２パスとで囲まれた領域に対して、前記第１パスまたは前記第２パスに平行な開曲線状の差分パスに沿って溶接ビードを積層する差分パス造形工程と、
を含み、
前記差分パス造形工程において、前記差分パスに沿った前記溶接ビードの始終端を、前記母材の周面から離間した位置に配置させる、
造形物の製造方法。
（２） 断面円弧状の周面を有する母材の前記周面に、溶接ビードを積層して筒状のパイプを造形するための積層計画方法であって、
前記母材の周面の表面形状に沿う閉曲線状の第１パスおよび前記パイプの垂直断面に平行な閉曲線状の第２パスを生成するパス生成ステップと、
前記第１パスおよび前記第２パスが配置される領域の境界位置を設定する境界位置設定ステップと、
前記境界位置に合わせて前記第１パスまたは前記第２パスのパス長を調整した開曲線状の差分パスを生成する差分パス生成ステップと、
を含み、
前記差分パス生成ステップにおいて、前記差分パスの始終端を前記母材の周面から離間した位置に配置させる、
積層計画方法。
（１） 断面円弧状の周面を有する母材の前記周面に、溶接ビードを積層して筒状のパイプを造形する造形物の製造方法であって、
前記母材の周面の表面形状に沿う閉曲線状の第１パスに沿って溶接ビードを積層する第１パス造形工程と、
前記パイプの垂直断面に平行な閉曲線状の第２パスに沿って溶接ビードを積層する第２パス造形工程と、
前記第１パスと前記第２パスとで囲まれた領域に対して、前記第１パスまたは前記第２パスに平行な開曲線状の差分パスに沿って溶接ビードを積層する差分パス造形工程と、
を含み、
前記差分パス造形工程において、前記差分パスに沿った前記溶接ビードの始終端を、前記母材の周面から離間した位置に配置させる、
造形物の製造方法。
（２） 断面円弧状の周面を有する母材の前記周面に、溶接ビードを積層して筒状のパイプを造形するための積層計画方法であって、
前記母材の周面の表面形状に沿う閉曲線状の第１パスおよび前記パイプの垂直断面に平行な閉曲線状の第２パスを生成するパス生成ステップと、
前記第１パスおよび前記第２パスが配置される領域の境界位置を設定する境界位置設定ステップと、
前記境界位置に合わせて前記第１パスまたは前記第２パスのパス長を調整した開曲線状の差分パスを生成する差分パス生成ステップと、
を含み、
前記差分パス生成ステップにおいて、前記差分パスの始終端を前記母材の周面から離間した位置に配置させる、
積層計画方法。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、十分な接合強度で母材にパイプが接合された造形物を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここで示す積層造形システムは、マニピュレータに保持された溶加材（溶接ワイヤ）を熱源装置によって溶融させて溶接ビードを形成し、形成された溶接ビードを所望の形状に繰り返し積層して、溶接ビードが積層されてなる造形物を造形するものである。
【0011】
＜積層造形システムの構成＞
上記の軌道計画支援装置が決定する軌道計画に基づいて動作する、積層造形システムの一構成例を説明する。
図１は、積層造形システムの全体構成を示す概略図である。
積層造形システム１００は、造形制御装置１５と、マニピュレータ１７と、溶加材供給装置１９と、マニピュレータ制御装置２１と、熱源制御装置２３とを含んで構成される。
上記の軌道計画支援装置が決定する軌道計画に基づいて動作する、積層造形システムの一構成例を説明する。
図１は、積層造形システムの全体構成を示す概略図である。
積層造形システム１００は、造形制御装置１５と、マニピュレータ１７と、溶加材供給装置１９と、マニピュレータ制御装置２１と、熱源制御装置２３とを含んで構成される。
【0012】
マニピュレータ制御装置２１は、マニピュレータ１７と、熱源制御装置２３とを制御する。マニピュレータ制御装置２１には不図示のコントローラが接続されて、マニピュレータ制御装置２１の任意の操作がコントローラを介して操作者から指示可能となっている。
【0013】
マニピュレータ１７は、例えば多関節ロボットであり、先端軸に設けたトーチ１１には、溶加材Ｍが連続供給可能に支持される。トーチ１１は、溶加材Ｍを先端から突出した状態に保持する。トーチ１１の位置及び姿勢は、マニピュレータ１７を構成するロボットアームの自由度の範囲で３次元的に任意に設定可能となっている。マニピュレータ１７は、６軸以上の自由度を有するものが好ましく、先端の熱源の軸方向を任意に変化させられるものが好ましい。マニピュレータ１７は、図１に示す４軸以上の多関節ロボットの他、２軸以上の直交軸に角度調整機構を備えたロボット等、種々の形態であってもよい。
【0014】
トーチ１１は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが供給される。シールドガスは、大気を遮断し、溶接中の溶融金属の酸化、窒化などを防いで溶接不良を抑制する。本構成で用いるアーク溶接法としては、被覆アーク溶接又は炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接又はプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、造形対象に応じて適宜選定される。ここでは、ガスメタルアーク溶接を例に挙げて説明する。消耗電極式の場合、シールドノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、電流が給電される溶加材Ｍがコンタクトチップに保持される。トーチ１１は、溶加材Ｍを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Ｍの先端からアークを発生する。
【0015】
溶加材供給装置１９は、トーチ１１に向けて溶加材Ｍを供給する。溶加材供給装置１９は、溶加材Ｍが巻回されたリール１９ａと、リール１９ａから溶加材Ｍを繰り出す繰り出し機構１９ｂとを備える。溶加材Ｍは、繰り出し機構１９ｂによって必要に応じて正方向又は逆方向に送られながらトーチ１１へ送給される。繰り出し機構１９ｂは、溶加材供給装置１９側に配置されて溶加材Ｍを押し出すプッシュ式に限らず、ロボットアーム等に配置されるプル式、又はプッシュ－プル式であってもよい。
【0016】
熱源制御装置２３は、マニピュレータ１７による溶接に要する電力を供給する溶接電源である。熱源制御装置２３は、溶加材Ｍを溶融、凝固させるビード形成時に供給する溶接電流及び溶接電圧を調整する。また、熱源制御装置２３が設定する溶接電流及び溶接電圧等の溶接条件に連動して、溶加材供給装置１９の溶加材供給速度が調整される。
【0017】
溶加材Ｍを溶融させる熱源としては、上記したアークに限らない。例えば、アークとレーザーとを併用した加熱方式、プラズマを用いる加熱方式、電子ビーム又はレーザーを用いる加熱方式等、他の方式による熱源を採用してもよい。電子ビーム又はレーザーにより加熱する場合、加熱量を更に細かく制御でき、形成するビードの状態をより適正に維持して、積層構造物の更なる品質向上に寄与できる。また、溶加材Ｍの材質についても特に限定するものではなく、例えば、軟鋼、高張力鋼、アルミ、アルミ合金、ニッケル、ニッケル基合金など、造形物Ｗの特性に応じて、用いる溶加材Ｍの種類が異なっていてよい。
【0018】
造形制御装置１５は、上記した各部を統括して制御する。この造形制御装置１５は、例えば、ＰＣ（Personal Computer）などの情報処理装置を用いたハードウェアにより構成される。造形制御装置１５の各機能は、不図示の制御部が不図示の記憶装置に記憶された特定の機能を有するプログラムを読み出し、これを実行することで実現される。記憶装置としては、揮発性の記憶領域であるＲＡＭ（Random Access Memory）、不揮発性の記憶領域であるＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等のストレージを例示できる。また、制御部としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）などのプロセッサ、又は専用回路等を例示できる。造形制御装置１５は、上記した形態のほか、ネットワーク等を介して積層造形システム１００から遠隔から接続される他のコンピュータであってもよい。
【0019】
上記した構成の積層造形システム１００は、造形物Ｗの積層計画に基づいて作成された造形プログラムに従って動作する。造形プログラムは、多数の命令コードにより構成され、造形物の形状、材質、入熱量等の諸条件に応じて、適宜なアルゴリズムに基づいて作成される。この造形プログラムに従って、トーチ１１を移動させつつ、送給される溶加材Ｍを溶融及び凝固させると、溶加材Ｍの溶融凝固体である線状の溶接ビードＢがベース１３上に形成される。つまり、マニピュレータ制御装置２１は、造形制御装置１５から提供される所定のプログラムに基づいてマニピュレータ１７、熱源制御装置２３を駆動させる。マニピュレータ１７は、マニピュレータ制御装置２１からの指令により、溶加材Ｍをアークで溶融させながらトーチ１１を移動させて溶接ビードＢを形成する。このようにして溶接ビードＢを順次に形成、積層することで、目的とする形状の造形物Ｗが得られる。
【0020】
【0021】
図２に示すように、本構成例では、母材５１の周面５３にパイプ５５が造形されて接合された造形物Ｗを造形する。母材５１は、パイプ状に形成されており、これにより、その周面５３は、断面視で円弧状に形成されている。パイプ５５は、母材５１の周面５３の一部から母材５１に対して直交する方向へ延在されている。周面５３が断面視で円弧状に形成された母材５１としては、円筒状のパイプに限らず断面視半円状の部材でもよい。なお、母材５１としては、溶接ビードＢを積層させた構造物であってもよい。また、パイプ５５は、円筒状に限らず角筒状でもよく、母材５１の周面５３から斜めに延在されていてもよい。
【0022】
この造形物Ｗを造形する際に、造形制御装置１５は、まず、積層計画を作成する（ステップＳ１～Ｓ４）。そして、この作成した積層計画に基づいて、溶接ビードＢを積層し、造形物Ｗを造形する（ステップＳ５）。
【0023】
（積層計画の設定）
まず、積層計画の作成について説明する。
図４～図７は、各パスの生成について説明する造形物ＷのモデルＷＭを示す模式図である。
図４に示すように、積層対象の造形部分であるパイプ５５の三次元形状情報を取得し、この三次元形状情報から作成したパイプ５５のモデルＷＭを、溶接ビードＢの積層方向と交差する方向へスライスし、溶接ビードＢを形成するための第１パスＰ１および第２パスＰ２を生成する（ステップＳ１）。ここで、第１パスＰ１は、母材５１の周面５３の表面形状に沿う閉曲線状のパスであり、第２パスＰ２は、パイプ５５の延伸方向に対する垂直断面に平行な閉曲線状のパスである。なお、第１パスＰ１の閉曲線は、第２パスＰ２に平行な閉曲線（円形の曲線）を母材５１の周面５３の上から鉛直方向に射影することで母材５１上の周面５３上に形成される閉曲線となる（図２の周面５３上の細線が第１パスＰ１の閉曲線の一部に相当する）。
まず、積層計画の作成について説明する。
図４～図７は、各パスの生成について説明する造形物ＷのモデルＷＭを示す模式図である。
図４に示すように、積層対象の造形部分であるパイプ５５の三次元形状情報を取得し、この三次元形状情報から作成したパイプ５５のモデルＷＭを、溶接ビードＢの積層方向と交差する方向へスライスし、溶接ビードＢを形成するための第１パスＰ１および第２パスＰ２を生成する（ステップＳ１）。ここで、第１パスＰ１は、母材５１の周面５３の表面形状に沿う閉曲線状のパスであり、第２パスＰ２は、パイプ５５の延伸方向に対する垂直断面に平行な閉曲線状のパスである。なお、第１パスＰ１の閉曲線は、第２パスＰ２に平行な閉曲線（円形の曲線）を母材５１の周面５３の上から鉛直方向に射影することで母材５１上の周面５３上に形成される閉曲線となる（図２の周面５３上の細線が第１パスＰ１の閉曲線の一部に相当する）。
【0024】
次に、第１パスＰ１および第２パスＰ２が配置される領域の境界位置ＢＬを設定する（ステップＳ２）。この境界位置ＢＬは、任意に設定できる。なお、母材５１に対して鉛直方向上方へ向かってパイプ５５を造形する場合、第１パスＰ１に沿って形成する溶接ビードＢは、重力の影響による垂れが生じやすい。このため、図５に示すように、境界位置ＢＬは、母材５１側に寄せてもよい。このように、境界位置ＢＬを母材５１側に寄せることで、溶接ビードＢにおける重力の影響を受けやすい第１パスＰ１を少なくし、第２パスＰ２の割合を多くできる。
【0025】
図６に示すように、境界位置ＢＬを設定したら、この境界位置ＢＬに合わせて、差分パスＰ３を生成する（ステップＳ３）。この差分パスＰ３は、パイプ５５を造形する溶接ビードＢを形成するためのパスのうちの第１パスＰ１及び第２パスＰ２以外の残りのパスであり、第１パスＰ１と第２パスＰ２との間の領域を埋めるパスである。この差分パスＰ３は、第１パスＰ１のパス長を調整したパスであり、第１パスＰ１と第２パスＰ２との間の領域において、第１パスＰ１に平行なパスとして生成する。なお、図７に示すように、差分パスＰ３は、第２パスＰ２のパス長を調整し、第１パスＰ１と第２パスＰ２との間の領域において、第２パスＰ２に平行なパスとして生成してもよい。
【0026】
また、第１パスＰ１と第２パスＰ２との間の領域の差分パスＰ３を生成する際に、この差分パスＰ３の始終端Ｐ３ｅを、母材５１の周面５３から離間した位置に配置させる。
【0027】
第１パスＰ１、第２パスＰ２及び差分パスＰ３を生成したら、これらの第１パスＰ１、第２パスＰ２及び差分パスＰ３に基づいて溶接ビードＢを積層してパイプ５５を造形するための積層条件を設定する（ステップＳ４）。
【0028】
この積層条件を設定する際には、第１パスＰ１、第２パスＰ２及び差分パスＰ３のそれぞれについて溶接条件を調整してもよい。
【0029】
例えば、母材５１の周面５３に沿って溶接ビードＢを形成する第１パスＰ１は、上下方向にトーチ１１を移動させる運棒動作を伴う。このため、この第１パスＰ１で溶接ビードＢを形成する際の垂れを抑制する観点から、第２パスＰ２に沿う溶接ビードＢを形成する際の入熱量よりも低い入熱量となる溶接条件とするのが好ましい。
【0030】
また、差分パスＰ３を第１パスＰ１に平行なパスとして生成した場合（図６参照）においても、第１パスＰ１と同様に、差分パスＰ３は、上下方向にトーチ１１を移動させる運棒動作を伴う。このため、この場合も、差分パスＰ３で溶接ビードＢを形成する際の垂れを抑制する観点から、第２パスＰ２に沿う溶接ビードＢを形成する際の入熱量よりも低い入熱量となる溶接条件とするのが好ましい。なお、差分パスＰ３を第２パスＰ２に平行なパスとして生成した場合（図７参照）では、第２パスＰ２の入熱量に揃えた溶接条件としてもよい。
【0031】
なお、差分パスＰ３を第１パスＰ１に平行なパスとして生成した場合（図６参照）では、差分パスＰ３の始終端Ｐ３ｅが境界位置ＢＬに集中して配置される。このため、始終端Ｐ３ｅを溶融させて始終端Ｐ３ｅでの凹凸を低減させて平坦化させる観点から、第２パスＰ２における境界位置ＢＬに接する第２パスＰ２Ａで形成する溶接ビードＢの入熱量を他の第２パスＰ２で形成する溶接ビードＢの入熱量よりも高くなる溶接条件とするのが好ましい。
【0032】
このように、積層計画を作成したら、この積層計画に基づいて、第１パスＰ１、第２パスＰ２及び差分パスＰ３に沿って溶接ビードＢを形成し、母材５１の周面５３にパイプ５５を造形する（ステップＳ５）。
【0033】
【0034】
まず、図８に示すように、母材５１の周面５３に、この周面５３の表面形状に沿う閉曲線状の第１パスＰ１に沿って溶接ビードＢ１を積層する（第１パス造形工程）。このとき、第１パスP１に沿う溶接ビードＢ１を、後工程で積層させる第２パスＰ２に沿う溶接ビードＢ２よりも低い入熱量となる溶接条件で形成すれば、溶接ビードＢ１の垂れを抑制できる。
【0035】
次に、図９に示すように、第１パスＰ１と第２パスＰ２とで囲まれる領域に対して、第１パスＰ１に平行な開曲線状の差分パスＰ３に沿って溶接ビードＢ３を積層する（差分パス造形工程）。すると、差分パスＰ３に沿った溶接ビードＢ３は、その始終端Ｂ３ｅが、母材５１の周面５３から離間した位置に配置される。このように、差分パスＰ３に沿って溶接ビードＢ３を積層させると、溶接ビードＢ３は、その始終端Ｂ３ｅが境界位置ＢＬに集中して配置される。なお、差分パスＰ３を、第２パスＰ２に平行な開曲線状とした場合は、この第２パスＰ２に平行な開曲線状の差分パスＰ３に沿って溶接ビードＢ３を積層する。
【0036】
その後、図１０に示すように、差分パスＰ３に沿って積層させた溶接ビードＢ３の上部に、パイプ５５の垂直断面に平行な閉曲線状の第２パスＰ２に沿って溶接ビードＢ２を積層する（第２パス造形工程）。
【0037】
このとき、差分パスＰ３を第１パスＰ１に平行な開曲線状とした場合、差分パスＰ３に沿った溶接ビードＢ３の始終端Ｂ３ｅに接する第２パスＰ２Ａに沿う溶接ビードＢ２Ａを、第２パスＰ２に沿う他の溶接ビードＢ２よりも高い入熱量となる溶接条件で形成する。このようにすると、差分パスＰ３に沿う溶接ビードＢ３の始終端Ｂ３ｅを溶融させ、始終端Ｂ３ｅでの凹凸を低減させてフラットにできる。これにより、差分パスＰ３に沿う溶接ビードＢ３の始終端Ｂ３ｅの凹凸を低減させるための切削工程を省略できる。
【0038】
このように、生成した第１パスＰ１、第２パスＰ２及び差分パスＰ３に沿って溶接ビードＢ１，Ｂ２，Ｂ３を形成して積層させることにより、母材５１の断面円弧状の周面５３に円筒状のパイプ５５が接合された造形物Ｗを造形できる。
【0039】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれ第１パスＰ１に沿う溶接ビードＢ１を形成せずに母材５１に溶接ビードＢ３，Ｂ２を積層してパイプ５５を造形する参考例を説明する造形物Ｗの概略正面図である。
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、第１パスＰ１を生成せずにパイプ５５を造形した参考例の場合、差分パスＰ３に沿う溶接ビードＢ３の始終端Ｂ３ｅが母材５１とパイプ５５との接合箇所に集中して配置される。ここで、図１２に示すように、母材５１とパイプ５５との接合箇所Ａｊは、母材５１の周面５３の頂上５３ａと接するパイプ５５の垂直断面と前記周面５３に囲まれた領域である。図１１Ａに示す参考例では、母材５１の周面５３に沿って形成した溶接ビードＢ３の始終端Ｂ３ｅが接合箇所Ａｊにおける溶接ビードＢ２側に集中して配置され、図１１Ｂに示す参考例では、第２パスＰ２に沿って形成した溶接ビードＢ３の始終端Ｂ３ｅが接合箇所Ａｊにおける母材５１の周面５３側に集中して配置される。
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、第１パスＰ１を生成せずにパイプ５５を造形した参考例の場合、差分パスＰ３に沿う溶接ビードＢ３の始終端Ｂ３ｅが母材５１とパイプ５５との接合箇所に集中して配置される。ここで、図１２に示すように、母材５１とパイプ５５との接合箇所Ａｊは、母材５１の周面５３の頂上５３ａと接するパイプ５５の垂直断面と前記周面５３に囲まれた領域である。図１１Ａに示す参考例では、母材５１の周面５３に沿って形成した溶接ビードＢ３の始終端Ｂ３ｅが接合箇所Ａｊにおける溶接ビードＢ２側に集中して配置され、図１１Ｂに示す参考例では、第２パスＰ２に沿って形成した溶接ビードＢ３の始終端Ｂ３ｅが接合箇所Ａｊにおける母材５１の周面５３側に集中して配置される。
【0040】
つまり、これらの参考例のように、局所的に応力が生じやすい母材５１とパイプ５５との接合箇所Ａｊに溶接ビードＢ３の始終端Ｂ３ｅが配置されると、母材５１とパイプ５５との接合強度が低下するおそれがある。
【0041】
これに対して、本構成例によれば、差分パスＰ３に沿って形成した溶接ビードＢ３の始終端Ｂ３ｅが、母材５１の周面５３に直接接しないように母材５１の周面５３から離間されて形成されるので、強度的に脆弱になりやすい始終端Ｂ３ｅと応力が集中しやすい接合箇所Ａｊとの重複を回避して疲労強度を確保できる。これにより、母材５１の周面５３にパイプ５５が高強度で接合された造形物Ｗを製造できる。さらに差分パスＰ３の始終端Ｐ３ｅを接合箇所Ａｊから離間させ、この差分パスＰ３に沿って溶接ビードＢを形成することで、応力が集中しやすい部位との距離を十分に確保でき、疲労強度をさらに改善することができる。
【0042】
なお、上記構成例において積層計画を作成する際に、母材５１の周面５３の形状およびパイプ５５の径に基づいて、図１２に示すように、母材５１の周面５３とパイプ５５との接合箇所Ａｊにおけるパイプ５５の長手方向に沿う最大寸法Ｈを算出する処理（最大寸法算出ステップ）を実行してもよい。
【0043】
ここで、母材５１の周面５３の曲率が小さい場合、母材５１の周面５３とパイプ５５との接合箇所Ａｊにおけるパイプ５５の長手方向に沿う最大寸法Ｈは小さくなる。このような場合、第１パスＰ１と第２パスＰ２との実質的な違いが殆ど現れなくなり、パイプ５５の造形は、第２パスＰ２に沿う溶接ビードＢ２の積層だけで十分に可能となる。
【0044】
このため、母材５１の周面５３とパイプ５５との接合箇所Ａｊにおけるパイプ５５の長手方向に沿う最大寸法Ｈを算出し、この算出した最大寸法Ｈに基づいて、第１パスＰ１の生成の要否を判定してもよい。例えば、この最大寸法Ｈが予め設定した閾値以上である場合に、第１パスＰ１、第２パスＰ２及び差分パスP３を生成し、最大寸法Ｈが閾値未満である場合に、第２パスＰ２のみを生成する。このようにすれば、不必要に複雑なパスの生成を抑制でき、積層計画の作成時における処理を簡素にできる。
【0045】
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【0046】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 断面円弧状の周面を有する母材の前記周面に、溶接ビードを積層して筒状のパイプを造形する造形物の製造方法であって、
前記母材の周面の表面形状に沿う閉曲線状の第１パスに沿って溶接ビードを積層する第１パス造形工程と、
前記パイプの垂直断面に平行な閉曲線状の第２パスに沿って溶接ビードを積層する第２パス造形工程と、
前記第１パスと前記第２パスとで囲まれた領域に対して、前記第１パスまたは前記第２パスに平行な開曲線状の差分パスに沿って溶接ビードを積層する差分パス造形工程と、
を含み、
前記差分パス造形工程において、前記差分パスに沿った前記溶接ビードの始終端を、前記母材の周面から離間した位置に配置させる、造形物の製造方法。
この造形物の製造方法によれば、差分パスに沿って形成した溶接ビードの始終端を、母材の周面に直接接しないように母材の周面から離間させるので、強度的に脆弱になりやすい始終端と応力が集中しやすい接合箇所との重複を回避して疲労強度を確保できる。これにより、母材の周面にパイプが高強度で接合された造形物を製造できる。
（１） 断面円弧状の周面を有する母材の前記周面に、溶接ビードを積層して筒状のパイプを造形する造形物の製造方法であって、
前記母材の周面の表面形状に沿う閉曲線状の第１パスに沿って溶接ビードを積層する第１パス造形工程と、
前記パイプの垂直断面に平行な閉曲線状の第２パスに沿って溶接ビードを積層する第２パス造形工程と、
前記第１パスと前記第２パスとで囲まれた領域に対して、前記第１パスまたは前記第２パスに平行な開曲線状の差分パスに沿って溶接ビードを積層する差分パス造形工程と、
を含み、
前記差分パス造形工程において、前記差分パスに沿った前記溶接ビードの始終端を、前記母材の周面から離間した位置に配置させる、造形物の製造方法。
この造形物の製造方法によれば、差分パスに沿って形成した溶接ビードの始終端を、母材の周面に直接接しないように母材の周面から離間させるので、強度的に脆弱になりやすい始終端と応力が集中しやすい接合箇所との重複を回避して疲労強度を確保できる。これにより、母材の周面にパイプが高強度で接合された造形物を製造できる。
【0047】
（２） 前記差分パス造形工程において、前記差分パスに沿った溶接ビードを、前記第１パスに平行に形成し、前記始終端を前記第２パスと平行な面に配置させる、（１）に記載の造形物の製造方法。
この造形物の製造方法によれば、差分パスに沿って形成する溶接ビードの始終端を第２パスと平行な面に配置させる。これにより、差分パスに沿った溶接ビードの始終端がパイプの根元に配置されることによる母材とパイプとの接合箇所での未溶着欠陥の発生を回避できる。
この造形物の製造方法によれば、差分パスに沿って形成する溶接ビードの始終端を第２パスと平行な面に配置させる。これにより、差分パスに沿った溶接ビードの始終端がパイプの根元に配置されることによる母材とパイプとの接合箇所での未溶着欠陥の発生を回避できる。
【0048】
（３） 前記第２パス造形工程において、前記第２パスに沿って形成する溶接ビードのうち前記差分パスに沿った溶接ビードの始終端に接する溶接ビードを、前記第２パスに沿う他の溶接ビードよりも高い入熱量となる溶接条件で形成する、（２）に記載の造形物の製造方法。
この造形物の製造方法によれば、差分パスに沿った溶接ビードの始終端に接する第２パスに沿う溶接ビードの入熱量を高くすることで、差分パスに沿う溶接ビードの始終端を溶融させ、始終端での凹凸を低減させてフラットにできる。これにより、差分パスに沿う溶接ビードの始終端の凹凸を低減させるための切削工程を省略できる。
この造形物の製造方法によれば、差分パスに沿った溶接ビードの始終端に接する第２パスに沿う溶接ビードの入熱量を高くすることで、差分パスに沿う溶接ビードの始終端を溶融させ、始終端での凹凸を低減させてフラットにできる。これにより、差分パスに沿う溶接ビードの始終端の凹凸を低減させるための切削工程を省略できる。
【0049】
（４） 前記第１パスに沿う溶接ビードを、前記第２パスに沿う溶接ビードよりも低い入熱量となる溶接条件で形成する、（１）～（３）のいずれか一つに記載の造形物の製造方法。
この造形物の製造方法によれば、母材側に形成する第１パスに沿う溶接ビードを低い入熱量で形成することで、断面円弧状の母材の周面での溶接ビードの垂れを抑制できる。
この造形物の製造方法によれば、母材側に形成する第１パスに沿う溶接ビードを低い入熱量で形成することで、断面円弧状の母材の周面での溶接ビードの垂れを抑制できる。
【0050】
（５） 前記差分パス造形工程において、前記差分パスに沿った前記溶接ビードの始終端を、前記母材と前記パイプとの接合箇所から離間した位置に配置させる、（１）～（４）のいずれか一つに記載の造形物の製造方法。
この造形物の製造方法によれば、差分パスに沿った溶接ビードの始終端を接合箇所から離間させることで応力が集中しやすい部位との距離を十分に確保でき、疲労強度をさらに改善することができる。
この造形物の製造方法によれば、差分パスに沿った溶接ビードの始終端を接合箇所から離間させることで応力が集中しやすい部位との距離を十分に確保でき、疲労強度をさらに改善することができる。
【0051】
（６） 断面円弧状の周面を有する母材の前記周面に、溶接ビードを積層して筒状のパイプを造形するための積層計画方法であって、
前記母材の周面の表面形状に沿う閉曲線状の第１パスおよび前記パイプの垂直断面に平行な閉曲線状の第２パスを生成するパス生成ステップと、
前記第１パスおよび前記第２パスが配置される領域の境界位置を設定する境界位置設定ステップと、
前記境界位置に合わせて前記第１パスまたは前記第２パスのパス長を調整した開曲線状の差分パスを生成する差分パス生成ステップと、
を含み、
前記差分パス生成ステップにおいて、前記差分パスの始終端を前記母材の周面から離間した位置に配置させる、積層計画方法。
この積層計画方法によれば、第１パス、第２パスおよび差分パスに沿って溶接ビードを形成することにより、母材の周面に溶接ビードが積層されて筒状のパイプが造形された造形物を造形できる。しかも、差分パスに沿って形成した溶接ビードの始終端が、母材の周面に直接接しないように母材の周面から離間されて形成されるので、強度的に脆弱になりやすい始終端と応力が集中しやすい接合箇所との重複を回避して疲労強度を確保できる。これにより、母材の周面にパイプが高強度で接合された造形物を製造できる。
前記母材の周面の表面形状に沿う閉曲線状の第１パスおよび前記パイプの垂直断面に平行な閉曲線状の第２パスを生成するパス生成ステップと、
前記第１パスおよび前記第２パスが配置される領域の境界位置を設定する境界位置設定ステップと、
前記境界位置に合わせて前記第１パスまたは前記第２パスのパス長を調整した開曲線状の差分パスを生成する差分パス生成ステップと、
を含み、
前記差分パス生成ステップにおいて、前記差分パスの始終端を前記母材の周面から離間した位置に配置させる、積層計画方法。
この積層計画方法によれば、第１パス、第２パスおよび差分パスに沿って溶接ビードを形成することにより、母材の周面に溶接ビードが積層されて筒状のパイプが造形された造形物を造形できる。しかも、差分パスに沿って形成した溶接ビードの始終端が、母材の周面に直接接しないように母材の周面から離間されて形成されるので、強度的に脆弱になりやすい始終端と応力が集中しやすい接合箇所との重複を回避して疲労強度を確保できる。これにより、母材の周面にパイプが高強度で接合された造形物を製造できる。
【0052】
（７） 前記差分パス生成ステップにおいて、前記差分パスの始終端を、前記母材と前記パイプとの接合箇所から離間した位置に配置させる、（６）に記載の積層計画方法。
この積層計画方法によれば、差分パスに沿って溶接ビードを形成した際に、この溶接ビードの始終端を接合箇所から離間させて応力が集中しやすい部位との距離を十分に確保でき、疲労強度をさらに改善することができる。
（８） 前記母材の周面の形状および前記パイプの径に基づいて、前記母材の周面と前記パイプとの接合箇所における前記パイプの長手方向に沿う最大寸法を算出する最大寸法算出ステップをさらに含み、
算出した前記最大寸法に基づいて、前記パス生成ステップにおける前記第１パスの生成の要否を判定する、（６）または（７）に記載の積層計画方法。
この積層計画方法によれば、母材の周面とパイプとの接合箇所におけるパイプの長手方向に沿う最大寸法に基づいて、パス生成ステップにおける第１パスの生成の要否を判定する。これにより、不必要に複雑なパスが生成されることを抑制できる。
この積層計画方法によれば、差分パスに沿って溶接ビードを形成した際に、この溶接ビードの始終端を接合箇所から離間させて応力が集中しやすい部位との距離を十分に確保でき、疲労強度をさらに改善することができる。
（８） 前記母材の周面の形状および前記パイプの径に基づいて、前記母材の周面と前記パイプとの接合箇所における前記パイプの長手方向に沿う最大寸法を算出する最大寸法算出ステップをさらに含み、
算出した前記最大寸法に基づいて、前記パス生成ステップにおける前記第１パスの生成の要否を判定する、（６）または（７）に記載の積層計画方法。
この積層計画方法によれば、母材の周面とパイプとの接合箇所におけるパイプの長手方向に沿う最大寸法に基づいて、パス生成ステップにおける第１パスの生成の要否を判定する。これにより、不必要に複雑なパスが生成されることを抑制できる。
【符号の説明】
【0053】
５１ 母材
５３ 周面
５５ パイプ
Ａｊ 接合箇所
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ２Ａ，Ｂ３ 溶接ビード
Ｂ３ｅ 始終端
Ｈ 最大寸法
Ｐ１ 第１パス
Ｐ２，Ｐ２Ａ 第２パス
Ｐ３ 差分パス
Ｐ３ｅ 始終端
Ｗ 造形物
５３ 周面
５５ パイプ
Ａｊ 接合箇所
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ２Ａ，Ｂ３ 溶接ビード
Ｂ３ｅ 始終端
Ｈ 最大寸法
Ｐ１ 第１パス
Ｐ２，Ｐ２Ａ 第２パス
Ｐ３ 差分パス
Ｐ３ｅ 始終端
Ｗ 造形物
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】