JP6630351B2 - 管状部品を磁気パルス溶接するコイル及び関連する溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接の分野に関し、より詳細には、部品を互いに永続的に組み付ける磁気パルス溶接の分野に関する。本発明は、詳細には、管状部品を溶接する、改良したコイルの実施形態に関する。

磁気パルス溶接は、重複区域における互いに対する圧力によって２つの金属部品の間に結合をもたらすことを可能にする衝撃溶接方法の分野に属する。そのような磁気パルス溶接方法の原理は、主に、コイルが生成する電磁力による、部品の高速衝撃に基づく。

従来、そのような磁気パルス溶接方法を実施するシステムは、短く、強力な磁界を生成する、コイルに結合した１つ又は複数のコンデンサを備える。１つ又は複数のコンデンサは、多量の電気エネルギーを貯蔵するために使用する。生成される強力な磁界は、この電気エネルギーをコイル内に超急速で放出することによるものである。

そのような方法を用いて２つの部品を互いに溶接することを達成するために、上記２つの部品は、少なくともいわゆる重複区域上で互いに前もって重ねてある。コイルは、この重複区域のレベルで位置決めする。外側部品と呼ぶ部品は、コイルに接触することなく、コイルに近接して位置決めした部品であり、内側部品と呼ぶ部品は、コイルから最も遠い部品である。１つ又は複数のコンデンサ内に前もって貯蔵してある、超多量の電気エネルギーは、超高強度の可変電流の形態で、かなりの短時間でコイル内に突如放出される。例として、いくつかのシステムは、数マイクロ秒で数十万アンペアを達成することができる。電流は、コイルと外側部品との間に可変磁界を生成し、この外側部品内に渦電流を誘起する。周囲の磁界に付随するこうした渦電流は、ローレンツ力と呼ばれるかなりの量の力を外側部品内に生じさせる。これらの力は、外側部品の内側部品に対する強力な加速度を発生させる。外側部品が内側部品に衝突する速度は、数百ｍ／ｓまで上昇させることができる。いくつかの衝撃条件、特に、衝突角度及び衝突速度が満たされると、この衝撃は、一方で、２つの部品の表面を清浄にする、材料に対する噴射をもたらし、もう一方で、２つの部品の材料の原子が、原子の固有の反発力に打ち勝つほどに互いを接触させる圧力を生成し、こうして無溶解金属結合をもたらす。この場合、外側部品の壁は、冶金学上の点で内側部品の壁に結合しているだけでなく、残存する変形も受けている。

そのような磁気パルス溶接方法は、一般に、いわゆる環状コイルにより管状部品の組付けに使用する。

そのような磁気パルス溶接方法の１つの利点は、２つの部品の組付けを固体の状態で実施することにあり、これにより、材料の溶解を伴う従来の溶接における全ての既知の問題を対処可能にする。したがって、エネルギー損失は最小であり、その結果、溶接する部品はそれほど熱くならない。したがって、溶接中に部品を溶解させないことにより、異なる溶融点を有する材料の組付けを可能にする。

しかし、磁気パルス溶接方法は、部品を互いに溶接するために強い強度を必要とするといった欠点を生じさせる。そのような強度を用いると、コイル内に著しい温度及び応力が生じ、コイルのひび又は溶解等、コイルに対する不可逆的な損傷をもたらすおそれがある。

この方法に伴う別の欠点は、生成した溶接部の質にもある。２つの部品の接触部は、溶接を保証するものではない。

溶接を行う間、いくつかのパラメータ、特に衝突角度及び衝突速度を考慮に入れなければならない。これら２つのパラメータは、コイルと、溶接する２つの部品との最初の相対的な配置、部品の材料、及び使用する電流信号に関連する。

要約すると、衝突速度は、２つの部品の間の径方向の衝突速度である。部品に接線方向に働く衝突点速度も定義される。衝突速度及び衝突点速度は、衝突角度によって関連付けられる。こうした衝突速度及び衝突点速度は、衝撃の際に変化する。衝突点速度は、数千ｍ／ｓまで上昇させることができる。

衝突角度は、衝突の際の２つの部品の壁の間の角度として定義される。衝突角度は、動的である、即ち、衝突角度は、特に外側部品が非均一に変形するため、衝突の間に変化する。

各対の材料は、溶接ウインドウ、即ち、パラメータのセット（衝突角度、衝突点速度）によって定義され、良質な溶接部の生成を可能にする。パラメータのうちの１つの変更により、溶接部の質に影響を及ぼすことがある。とりわけ、衝突角度が衝突の間に変化した場合、溶接ウインドウ内に留めることが困難である。

本発明の目的は、これらの欠点を改善することである。

本発明の目的は、特に、管状部品の溶接を可能にする一方で、そのような溶接部によって得られる物品の機械的強度を保証し、且つ健全な溶接部を保証する、効果的な解決策を提供することである。

したがって、本発明は、有効部分を備える管状部品を磁気パルス溶接するコイルに関し、周辺表面と呼ぶ、有効部分の表面は、管状部品の相互重複区域に面して位置決めするように構成し、このように位置決めすることを意図する。

管状部品は、少なくとも重複区域のレベルで、その長さの全部又は一部にわたり管の形態である部品であると理解すべきである。

有効部分は、コイル開口のレベルで磁界を生成するために、電気エネルギー貯蔵ユニットによって電流を集束、循環、送出させるコイルの一区域であると理解すべきである。有効区域の厚さは、実質的に外殻の厚さに対応する。高周波では、電流は、外殻厚さに対応する、縮小した厚さ部にわたり循環する。磁気パルス溶接で加えられる周波数は、数十ｋＨｚであり、この周波数は、例えば鋼鉄材料で作製したコイルの数ミリメートルの外殻厚さに対応する。

周辺表面は、管状開口の形態で管状部品の溶接をもたらす区域を優先的に画定する。管状部品は、部品の重ね合せ部のレベルで、重複区域を形成するように互いに対して配置し、次に、コイルの周辺表面に面するコイルの管状開口に挿入し、コイルの生成した磁界によって作用区域のレベルにおいてコイル内で溶接することを意図する。

作用区域は、有効部分に面して位置する重複区域の部分である。上記作用区域は、内側部品と外側部品との間の最大溶接長さに対応する作用長さＬ_WZを有する。

上記管状開口は、軸方向に細長く、上記管状部品をコイルの管状開口内に配置し固定手段により適所に固定した場合、管状部品の実質的に軸方向と等しい。周辺表面は、軸方向に所与の軸方向長さを有する。

本発明によれば、管状開口は、周辺表面の軸方向長さにわたり、増大断面を軸方向に有する。

周辺表面の軸方向長さは、上記部品の間に予め定義した長さの溶接部の生成を可能にするように寸法決定する。この予め定義した長さは溶接長さである。好ましくは、周辺表面の軸方向長さは、少なくとも溶接長さと等しい。

コイルのそのような形態は、コイルの周辺表面の軸方向長さにわたる管状開口の断面の変化により、有利には、コイルと、外側部品と呼ぶコイルの周辺表面に最も近い部品との間の間隙を変更することを可能にし、これにより、衝突点速度及び衝突角度といった基本パラメータを修正する。そのような管状開口の外形は、外側部品をその端部が管状開口の最小断面のレベルに位置するように導入した場合、実質的に一定の衝突角度を保持することを可能にし、溶接する管状部品の対の材料の溶接ウインドウ内により長く保持することを可能にする。２つの部品の間の溶接長さが増大するため、組付けに対する機械的強度が向上する。

本発明によるコイルの別の利点は、温度及び塑性変形の点で、コイルが受け、超高強度の電流がコイル内を通過することにより生じる最大応力を低減することにある。コイルの管状開口の外形の変化は、有効区域における電流の分散に変化をもたらす。実際、関係するパラメータの１つは、コイルの周辺表面と外側部品との間の距離である。有効部分の電流密度は、コイルの周辺表面と外側部品との間の距離が増大するにつれて減少する。したがって、電流密度は、実際にこの距離に反比例するため、本発明によるコイルの管状開口の外形は、電流密度が最高であったコイルの区域に対し距離の増大を可能にする。したがって、この区域では応力が低下する。コイルの寿命は著しく増大する。

好ましい実装形態によれば、本発明は、個別に実装される以下の特徴、又は技術的に実現可能な組合せのそれぞれにおける特徴にも合致する。

好ましい実施形態によれば、管状開口は、周辺表面の軸方向長さの全てにわたり軸方向に増大断面を有する。

好ましい実施形態によれば、管状開口は、周辺表面の軸方向長さにわたり、単調増大断面の管状区分によって互いに結合した一定断面の２つの管状区分を有する。

好ましい実施形態によれば、管状部品溶接中のコイルの塑性変形を低減するために、有効部分は、管状開口を画定する周辺表面の両側に面取り部分及び／又は緩い傾斜部分を備える。

好ましい実施形態によれば、コイルは、有効部分を備える磁界集束器を備える。磁界集束器は、外側部品とコイルの周辺表面との間に位置決めする。この場合、有効部分は、上記磁界集束器内に生成される。

磁界集束器は、有利には、交換可能な部品であり、いくつかの用途（円筒形部品の直径の変更等）で全く同一のコイルを保持することを可能にする。

本発明の実施形態の少なくとも１つによれば、コイルは、管状部品がコイルのレベルで適所にある場合、管状部品と共に溶接セットを形成する。２つの管状部品は、好ましくは、一方を他方の内部に入れて同軸に配置し、重複区域の全て又は一部が有効部分に面するように管状開口内に位置決めする。

本発明は、２つの管状部品を磁気パルス溶接する方法にも関する。方法は、
−管状部品の一方の端部が管状開口の最小断面のレベルで位置決めされるように、部品を互いに対して配置し、実施形態の少なくとも１つによるコイルの周辺表面に面する作用区域を形成するステップ、
−圧力を管状部品の一方の外壁と呼ぶ壁に加え、この外壁を、もう一方の管状部品の外壁と呼ぶ壁に対して密に押圧して壁の永続的な結合を生じさせるように、作用区域を磁界にさらすステップ
を含み、このステップを溶接ステップと呼ぶ。

２つの管状部品は、一方を他方の内部に入れて位置決めし、重複区域を形成する。２つの管状部品は、重複区域に位置する作用区域がコイルの管状開口内に置かれるようにコイル内に配置し、管状開口は周辺表面に面している。

実装形態の好ましい例では、コイルに最も近い部品、即ち外側部品は、その端部が管状開口の最小断面のレベルで置かれるように位置決めする。

実装形態の好ましい形態では、管状開口が、周辺表面の軸方向長さにわたり、単調増大断面の管状区分によって互いに連結した一定断面の２つの管状区分を有する場合、コイルに最も近い部品は、その端部が最小断面の管状区分のレベルで置かれるように位置決めする。

溶接ステップでは、作用区域は、コイルの有効部分から発生した磁界にさらされ、このため、コイルに最も近い管状部品の外壁に圧力が加えられ、この外壁をもう一方の管状部品の外壁に対し密に押圧して外壁の永続的な結合を生じさせる。

したがって、作用区域をコイルの生成した磁界にさらし、圧力溶接が保証されると、２つの管状部品は、速度が加えられること、及びコイルに最も近い管状部品がもう一方の管状部品の方に変形することによって、互いに対し密に押圧される。

そのような方法は、溶接ステップにおいて、２つの管状部品の間の実質的に一定である衝突角度の維持を可能にし、これにより、溶接する管状部品を形成する対の材料の溶接ウインドウ内に保持することを可能にする。したがって、作製する溶接部を改良し、溶接長さが増大する。

そのような方法は、溶接ステップにおけるコイルの熱応力及び塑性変形に対する耐強度の向上も可能にする。

添付の図面を参照しながら以下に示す説明を読めば本発明をより良好に理解するであろう。

本発明の一実施形態による、磁気パルス溶接のためのコイルの概略斜視図である。 図１のコイルの概略正面図である。 図２のコイルの線ＡＡに沿った横断面図であり、上記コイルの有効部分の外形を示す。 図３のコイルの有効部分の外形の部分拡大図である。 同じ対の材料について、従来技術のコイル及び本発明の一実施形態によるコイルによって得た溶接距離を比較した図である。 従来技術のコイル内で生じた温度測定値の比較図である。 本発明の一実施形態によるコイル内で生じた温度測定値の比較図である。

図１から図４は、第１の実施形態による、２つの管状部品２０、３０を磁気パルス溶接するコイル１０を示す。２つの部品２０、３０は、金属材料製である。

そのようなコイル１０は、磁気パルス溶接デバイスの一体部分を形成しており、磁気パルス溶接デバイスは、貯蔵ユニット５０及び１つ又は複数のスイッチ５１を更に備える。

貯蔵ユニット５０は、例えば数十キロジュール（ｋＪ）程の高エネルギーを貯蔵するように構成し、このエネルギーを貯蔵することを意図する。

好ましい実施形態では、貯蔵ユニットは、放電用コンデンサのバッテリである。

コイルは、その一部は、後述する境界を定めた空間内に収束する磁界を生成するように構成し、この磁界を生成することを意図する。

外側部品２０と呼ぶ第１の円筒形管状部品は、遊びをもたせて内側部品３０を外側部品２０に貫入するように、内側部品３０と呼ぶ第２の円筒形管状部品の直径よりも実質的に大きい直径を有する。

２つの円筒形管状部品２０、３０は、一方を他方の内部に入れて同軸に配置し、これらの重ね合せ部のレベルでいわゆる重複区域２５を形成し、次に、コイル１０によって上記重複区域の全て又は一部のレベルで溶接することを意図する。

好ましくは、重複区域２５は、少なくとも一方の部品の端部のレベル、例えば外側部品２０の端部に位置する。

コイル及び２つの管状部品は、上記２つの管状部品がコイルのレベルで適所にある場合、溶接セットを形成する。

図示しない一実施形態では、外側部品２０を非常に低い導電性を呈する材料、例えば鋼鉄製部品等で作製する場合、優先的には円筒形管状である、プッシャと呼ぶ中間部品を外側部品の外壁に対して位置決めする。この中間部品は、良好な導電性を呈する。

非常に低い導電性を呈する材料は、その導電性が１０ＭＳ／ｍ未満である材料であると理解すべきである。

一般には環状コイルと呼ばれるコイル１０は、いわゆる周辺表面１２１によって境界を定めた管状開口１２を形成する本体１１を備える。上記管状開口は、２つの部品２０、３０を溶接する目的で、これらを、一方を他方の内部に入れて配置して受け入れるように設計する。

本体１１は、第１の側方面１１１、及び上記第１の側方面とは反対側の第２の側方面１１２を有する。

本体１１は、一方で、数十万アンペア程の超高強度の電流を材料内に循環させるため、塑性変形に対する機械抵抗という特性を呈し、もう一方で、溶接中に溶融しないように、耐高温（すなわち高溶融点）という特性を呈する材料で作製する。

実施形態の一例では、本体の材料は、鋼鉄製である。

本体１１は、管状開口１２から径方向に延在する狭いスリット１３を更に備える。２つの対称的に対向する接触板１４ａ、１４ｂは、スリット１３の両側に延在する。

接触板１４ａ、１４ｂは、固定手段（図示せず）を通過させる貫通孔１５ａ、１５ｂを備え、固定手段は、エネルギー貯蔵ユニット５０及び１つ又は複数のスイッチ５１に結合している基部（図示せず）にコイルを固定するように構成する。

１つ又は複数のスイッチ５１を閉鎖すると、コイル１０の接触板１４ａ、１４ｂは貯蔵ユニット５０に結合し、高強度の電流がコイル１０内を循環し、磁界を生成する。

コイルは、コイル区域内の電流密度が溶接条件を満たすのに十分であるように設計する。この区域を有効部分１２５と呼ぶ。この区域は、例えば文献ＷＯ２０１２／１０３８７３に記載されている。

本実施形態で説明する環状コイルの場合、電流は、接触板の一方を通って循環し、次に、コイル１０に入り、もう一方の接触板を通って出現する。この電流は、有効部分１２５において、外側部品２０の外壁に面する周辺表面１２１によって境界を定めた層の上に、外殻厚さに対応する厚さで集束する。電流は、管状開口１２内で集束した磁界を生成する。

鉄鋼製コイルの非限定例では、外殻厚さは、数十ｋＨｚの周波数では数ミリメートル程のものである。

２つの部品２０、３０は、有利には、重複区域２５の全て又は一部が有効部分１２５に面するように管状開口内に位置決めする。

有効部分１２５に面する重複区域２５を作用区域と呼ぶ。上記作用区域は、作用長さＬ_WZと呼ぶ予め定義した長さを有する。この作用長さＬ_WZは、内側部品と外側部品との間の最大溶接長さに対応する。実際には、溶接長さは、この作用長さよりも実質的に短い。

２つの部品の間に一定で同等の溶接部をもたらすために、管状開口１２は、優先的には、溶接する上記２つの円筒形管状部品のように、上記２つの円筒形管状部品２０及び３０の全ての周辺外周にわたり円筒形である。

外側部品２０は、管状開口１２の最小直径よりも小さい直径を有する。

周辺表面１２１は、重複区域の作用長さＬ_WZと少なくとも等しいように寸法決定した軸方向長さＬ_bを有する。

管状開口１２は、有利には、コイルの周辺表面１２１の軸方向長さＬ_bにわたり、第２の側方面１１２から出発して第１の側方面１１１に向かう方向で縮小断面を有する。

言い換えれば、管状開口１２は、第２の側方面１１２から出発して第１の側方面１１１に向かう方向で漸減する直径を有する。

好ましい実施形態では、管状開口１２は、周辺表面１２１の軸方向長さＬ_bにわたり、第２の側方面１１２から出発して第１の側方面１１１に向かう方向で、連続する３つの区分：
−一定の断面を有する長さＬ₁の第１の区分１２２、
−単調減少断面を有する長さＬ₂の第２の区分１２３、
−一定の断面を有する長さＬ₃の第３の区分１２４
を有する。

言い換えれば、管状開口は、第１の区分１２２内の直径ｄ₁よりも小さい、第３の区分１２４内の直径ｄ₃を有する。

第２の区分は、角度βの勾配によって画定する。

第３の区分１２４内の管状開口１２の断面は、最小断面であるため、コイル内を循環する電流強度レベルは、上記第３の区分においてより高くなる。更に、磁界線は、互いにより近く、磁気圧力はより大きい。したがって、この第３の区分１２４に位置する外側部品２０の部分は、後述する溶接方法においてより強力な加速度を有することになる。

一方、第１の区分１２２における管状開口１２の断面は、最大断面であるため、コイル内を循環する電流密度は、第１の区分ではより低く、上記第１の区分の磁気圧力を低減することになる。更に、コイルには、この第１の区分では機械的応力も熱応力もそれほど加えられない。

そのような管状開口の外形は、有利には、コイルにより低いエネルギーを送出する貯蔵ユニットの使用を可能にし、上記コイルの耐熱、耐構造強度を向上させる。より低いエネルギーを送出するそのような貯蔵ユニットは、経済的な利益ももたらす。

そのような管状開口の外形は、第３の部分のレベルでコイルの応力を制限することも可能にし、コイルの寿命を増大可能にする。

そのような管状開口の外形は、有利には、コイル１０と外側部品２０との間の間隙を修正することも可能にし、このことは、衝突点速度及び衝突角度といった基本パラメータに影響を与える。そのような外形は、外側部品２０を、その端部が最小断面にある第３の区分１２４のレベルで位置するように導入する際、溶接する部品を形成する対の材料の溶接可能ウインドウ内に基本パラメータをより長時間保持することを可能にする。したがって、外側部品２０と内側部品３０との間の溶接部の質及び効力が向上する。

好ましい一実施形態では、第３の区分１２４の長さＬ₃は、第１の区分１２２の長さＬ₁よりも小さい。

実施形態の好ましい一例では、長さＬ₃は、周辺表面１２１の軸方向長さＬ_bの１０％に相当し、長さＬ₁は、周辺表面１２１の長さＬ_bの３０％に相当し、第２の区分１２３の勾配は、１５°の角度βを有する。

縮小長さＬ₃及び顕著な角度βの勾配により、管状開口１２の第３の区分１２４に応力が伝達される。

別の好ましい実施形態では、プッシャを使用すると、第３の区分１２４の長さＬ₃は、第１の区分１２２の長さＬ₁に相当する。

そのような実施形態の好ましい一例では、鋼鉄製コイルの場合、長さＬ₃及び長さＬ₁は、周辺表面１２１の軸方向長さＬ_bの２０％に相当し、第２の区分１２３の勾配は、１０°の角度βを有する。

図１及び図３に示す一実施形態では、コイル内に循環する電流に耐え、上記コイルを強化するために、上記本体は、第１の側方面１１１と第２の側方面１１２との間に、周辺表面１２１の軸方向長さＬ_bよりも長い長さＬ_cを有する。

別の実施形態では、溶接中のコイルの塑性変形を更に著しく低減し、したがって機械的保持を改良するために、有効部分１２５は、管状開口の上記周辺表面の両側に面取り部分１２６を備える。

別の実施形態では、磁界線のスパイク効果及び／又はピンチ効果をなくすために、管状開口１２は、周辺表面１２１の両側に、丸みのある周辺縁部を備える。したがって、電流密度は、より良好に分散し、応力の集中及び更には温度スパイクを回避する。

次に、そのようなコイルを使用する溶接方法の一例を説明する。

磁気パルス溶接によって２つの部品を互いに溶接するために、方法は、溶接する２つの円筒形管状部品をコイル内に位置決めする第１のステップを含む。

２つの円筒形管状部品は、一方を他方の内部に入れて位置決めし、重複区域を形成する。

２つの円筒形管状部品は、作用区域が有効部分１２５に面するコイルの管状開口に置かれるようにコイル１０内に配置する。

２つの円筒形管状部品は、互いに対して同軸に、軸方向ＸＸ’で管状開口内に固定手段（図示せず）によって保持し、コイルの管状開口は、上記軸方向ＸＸ’に細長い。

実装形態の好ましい一例では、外側部品２０は、その端部が管状開口１２の最小断面に置かれるように、即ち第３の区分１２４のレベルで位置決めする。

次に、方法は、磁気パルス溶接ステップを含む。

作用区域は、コイルの有効部分から発生した磁界にさらされ、そのため、外側部品の外壁、又はプッシャが必要である場合は上記プッシャの外壁に対し圧力が加えられ、圧力により、外側部品の外壁を内側部品の外壁に対し密に押圧し、これらの永続的な結合を生じさせる。

図５は、同じ所与の対の材料について、従来技術のコイル及び本発明の一実施形態によるコイルによって得た溶接距離を示す。

従来技術のコイル及び本発明の一実施形態によるコイルは、以下の同一の特徴を呈する：
−５０ｍｍ直径の管状開口、
−周辺表面１２１は、８ｍｍの軸方向長さＬ_bを有する、
−材料は鋼鉄製である、
−溶接する２つの部品の間の距離は２ｍｍである、
−周波数は、数十キロＨｚである。

作用長さＬ_WZは、周辺表面の軸方向長さＬ_bと同一、即ち７ｍｍである。

従来技術のコイルの管状開口は、一定の断面を有する。

本発明の一実施形態によるコイルの管状開口は、
〇８０ｍｍの直径をもつコイルの周辺表面の軸方向長さＬ_bの２０％に等しい、長さＬ₁の第１の区分；
〇８０ｍｍの直径をもつコイルの周辺表面の軸方向長さＬ_bの２０％に等しい、長さＬ₃の第３の区分；
〇１０°の勾配角度βを有する第２の区分
を有する。

管状部品の所与の対の材料に対し、コイルの管状開口の形態が何であれ、溶接ウインドウを決定する。この溶接ウインドウは、超低周波曲線（曲線Ｓ）、流体力学曲線（曲線Ｈ）、融解曲線（曲線Ｆ）及び遷移曲線（曲線Ｔ）によって定義する。２０°での衝突角度の限界も図５に示す（曲線Ａ）。溶接ウインドウに関するより包括的な説明は、文献、名称「Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｔｏ ａｌｕｍｉｎｕｍ：ａｎａｌｙｓｉｓ，ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ」Ｇｒｉｇｎｏ＆ａｌｌ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｍｐａｃｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ３０、（２００４年）、１３３３〜１３５１頁に見出すことができる。

この溶接ウインドウでは、曲線Ｅは、従来技術のコイルに関する対（衝突角度、衝突点速度）の傾向を表す。曲線Ｅの太字部分Ｅ_gは、溶接距離を示す（ほぼ５つの三角形は５ｍｍの溶接を表す）。この溶接距離に対し、衝突角度は１５から２０°の間で非常に異なり、溶接部の質に反映する可能性がある。

曲線Ｂは、本発明の選択実施形態によるコイルに関する対（衝突角度、衝突点速度）の傾向を表す。そのようなコイルは、６ｍｍの距離にわたる区域の溶接を可能にする（６個の丸）。更に、この距離の大部分に対し、衝突角度は約１６°でほぼ一定に維持されていることがわかる。

図６ａ及び図６ｂは、従来技術のコイルと比較した、第１の実施形態による本発明のコイルの温度の点における挙動のシミュレーションの結果を示す。

従来技術のコイルは以下の特徴を有する：
−周辺表面の軸方向長さにわたる、５０ｍｍの直径の一定断面の管状開口
−周辺表面１２１は、８ｍｍの軸方向長さＬ_bを有する、
−材料は鋼鉄製である、
−溶接する２つの部品の間の距離は数ミリメートルである、
−周波数は、数十ｋＨｚである。

作用長さＬ_WZは、有効部分の軸方向長さＬ_bと同一、即ち８ｍｍである。

管状部品は、例えばアルミニウム、銅又は鋼鉄等の金属材料で作製する。

第１の実施形態による本発明のコイルは以下の特徴を有する：
−周辺表面１２１は、８ｍｍの軸方向長さＬ_bを有する、
−管状開口は、
〇５０ｍｍの直径をもつコイルの周辺表面の軸方向長さＬ_bの３０％に等しい、長さＬ₁の第１の区分；
〇５０ｍｍの直径をもつコイルの周辺表面の軸方向長さＬ_bの１０％に等しい、長さＬ₃の第３の区分；
〇１５°の勾配角度βを有する第２の区分
を有する、
−コイルの材料は鋼鉄製である、
−溶接する２つの部品の間の距離は数ミリメートルである、
−周波数は、数十ｋＨｚである。

コイルの管状開口は、周辺表面の両側で面取りされている。

溶接する部品の材料は、例えば同一又は異なるアルミニウム、銅又は鋼鉄等の金属製である。

図６ａは、従来技術のコイルの径方向断面の横断図を示す。図６ａは、従来技術のコイルの温度の点における挙動のシミュレーションの結果を示す。

図６ｂは、第１の実施形態によるコイルの径方向断面の横断図を示す。図６ｂは、第１の実施形態によるコイルの温度の点における挙動のシミュレーションの結果を示す。

従来技術のコイル内で発生した最大温度は２７００Ｋである一方で、第１の実施形態による本発明のコイル内で発生した最大温度は２１４３Ｋであり、約５５０Ｋの温度差を示していることがわかる。

従来技術のコイルの温度は、コイルの周辺表面の縁部上に著しく集中する一方で、第１の実施形態による本発明のコイルの温度は、コイルの周辺表面の２つの縁部にわたり分散していることもわかる。

上記の説明は、本発明の様々な特徴及び利点によって、本発明が達成のために示した目標を達成していることを明らかに示している。具体的には、本発明は、熱伝導性の低い材料から作製した部品の溶接に適した磁気パルス溶接コイル及び関連する磁気パルス溶接方法を提供する。コイルは、有利には、開口の周辺表面１２１のレベルで、溶接中にコイルに加えられる熱応力及び機械的応力を著しく低減するような外形を呈し、コイルの寿命を向上させる。そのようなコイルの形態は、部品の間の溶接の改良ももたらす。

Claims (6)

1. 有効部分（１２５）を備える管状部品を磁気パルス溶接するコイル（１０）であって、周辺表面（１２１）と呼ぶ、前記管状部品の相互重複区域（２５）の前記管状部品が溶接される作用区域に面して位置決めすることを意図する前記有効部分（１２５）の表面は、軸方向（ＸＸ’）に細長い管状開口（１２）の形態の区域を画定し、所与の軸方向長さ（Ｌ_b）を有する、コイル（１０）において、
   前記管状開口（１２）は、前記軸方向（ＸＸ’）に、前記周辺表面の前記軸方向長さ（Ｌ_b）にわたり、単調増大断面の区分（１２３）によって互いに連結した一定断面の２つの区分（１２２、１２４）を有することを特徴とする、コイル（１０）。
2. 前記有効部分（１２５）は、前記管状開口（１２）を画定する前記周辺表面（１２１）の両側に、面取り部分及び／又は緩い傾斜部分（１２６）を備える、請求項１に記載のコイル。
3. 有効部分を備える磁界集束器を備える、請求項１又は２に記載のコイル。
4. 請求項１から３のうちいずれか一項に記載のコイル及び２つの管状部品を備える溶接セットであって、前記２つの管状部品は、一方を他方の内部に入れて同軸に前記コイルのレベルの適所で配置し、前記重複区域（２５）の全て又は一部が前記有効部分（１２５）に面するように前記管状開口内に位置決めする、溶接セット。
5. ２つの管状部品を磁気パルス溶接する方法であって、前記方法は、
   −前記管状部品の一方の端部が前記管状開口（１２）の最小断面のレベルで位置決めされるように、前記部品を互いに対して配置し、請求項１から３のうちいずれか一項に記載のコイルの周辺表面（１２１）に面するいわゆる作用区域を形成するステップ、
   −圧力を前記管状部品の一方の壁に加え、前記管状部品の一方の壁を前記管状部品のもう一方の壁に対して密に押圧して前記壁の永続的な結合を生じさせるように、前記作用区域を磁界にさらすステップ
   を含むことを特徴とする方法。
6. 内側部品（３０）及び外側部品（２０）と呼ぶ前記管状部品は、前記外側部品（２０）の端部が前記管状開口（１２）の最小区分のレベルで位置決めされるように配置する、請求項５に記載の磁気パルス溶接方法。