JPH082498B2 - 部品の賦型溶融における自動蒸気冷却方法および装置 - Google Patents

部品の賦型溶融における自動蒸気冷却方法および装置

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JPH082498B2 JP1109267A JP10926789A JPH082498B2 JP H082498 B2 JPH082498 B2 JP H082498B2 JP 1109267 A JP1109267 A JP 1109267A JP 10926789 A JP10926789 A JP 10926789A JP H082498 B2 JPH082498 B2 JP H082498B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、一般に、賦型ないし造形溶融中における冷
却プロセスに関し、特定すると、賦型溶融プロセス中被
加工体を最適の冷却速度で冷却し、かつ最適のパス間温
度を維持するように設計された自動制御冷却装置に関す
る。
［従来技術および発明の課題］ 本明細書中で使用される賦型（または造形）溶融なる
用語は、構造部品が、所望の幾何形態が得られるまで、
表面または初予成形体上に層をなして付着される溶接材
料から完全に製造される溶接プロセスをいうのに使用さ
れる。このプロセスは、正味形状に近い部品を、鉄また
は非鉄材料を使って迅速かつ経済的に製造できるという
利点をもたらす。
賦型溶融プロセス中は、相当量の熱が発生される。こ
の熱源は、材料を溶融し、付着するのに使用される溶接
アークである。賦型溶融に対する熱入力は、単位インチ
当り10キロジュールから400ジュール（単位センチメー
トル当り約４キロジュールから160ジュール）（ある種
の高付着速度プロセスに対して）の範囲で変わり得る。
熱入力範囲の下限においてさえ、熱抽出手段が全然提供
されないと、賦型溶融プロセスの熱入力は、被加工体の
平均温度を連続的に増大せしめる。最終製品の性質を制
御するため、最大平均被加工体温度を維持することが必
要である。平均温度はまた、製品の歪み量、ビード形
状、酸化の程度に影響を及ぼし、そして付着材料の溶接
性に影響を及ぼす可能性がある。これらの理由のため、
ある最大の平均「インターパス（パス間）」温度を維持
することが望ましい。
また、同様の考慮事項（機械的特性、溶接性、歪等）
のため、最大のインターパス温度および最的冷却温度の
維持が慎重であることが要求される。したがって、賦型
溶融部品を成功裡に製造するため、程度の高い温度制御
が必要である。
種々の研究者が、賦型溶融プロセスに関する方法およ
び装置で、特に冷却プロセスに重点をおいたものを開発
した。Brandi等の米国特許第3,985,995号は、被加工体
を局部的に冷却するため、溶接金属付着部の回りを前お
よび後冷却するための、水噴霧または空気ジェットを使
用する冷却方法を開示している。同様に、米国特許第3,
948,428号は、水およびガスを使用する装置について教
示しているが、この装置にあっては、冷却水が熱い溶接
部と接触せしめられ、発生された蒸気および非蒸発水が
直ちに溶接部から除去される。米国特許第4,517,434号
は、固体状態の二酸化炭素を溶接用粉末と混合すること
によって、二酸化炭素による冷却を利用することを教示
している。
西独特許公開No.2,942,868号は、液体および／または
ガス媒体により特定の溶接点の前面および背後の溶接帯
域を局部的に冷却するための装置を開示している。この
装置は、冷却流体を拡散するために被加工体に向かって
方向づけられ、かつ真空装置に接続されかつ包囲フード
を備える方向づけファネル内に配置されたノズルを備え
る少なくとも１つのユニットより成る。冷却プロセスに
より発生される蒸気は、直ちに吸い出される。冷却性能
を増すため、数個のユニットを使用でき、そしてそれら
ユニットは90゜以上の角度で動作するための手段を備え
る。英国特許第GB2,061,156A号は、排気ダクトの追加で
この冷却手法を変更し、冷却蒸気および放射熱を間接的
に除去する。
英国特許第No.GB2,160,809A号においては、冷却材を
除去する時点は他の手法が採られ、水蒸気の形成前に水
−空気混合物を除去する。
被加工体を冷却するための他の手法としては、米国特
許第4,230,928号、第3,514,568号、第3,596,041号、第
3,895,209号および第4,233,487号に示されるような技術
がある。
賦型溶融部品毎に被加工体を冷却するさらに他の試み
は、米国特許第3,696,228号におけるような水冷却ダム
の採用、米国特許第2,912,562号、米国特許第3,071,678
号および米国特許第3,179,783号におけるような冷却材
室を形成する外部ジャケットの採用、米国特許第4,140,
892号におけるような水冷却溶接トーチまたはその若干
の改良、および米国特許第3,777,106号および米国特許
第3,953,704号におけるような被加工体ホルダの冷却な
どを含む。
従来技術のこれらの特徴の多くは、賦型溶接に関する
文献、Welding Journal,September,1983年、のKussmau
l,K.,Schoch,F.W.,およびLuckow,Hの「High Quality La
rge Component Shape Welded By A SAW Process」にも
記述されている。
上述の文献を読むと、所望の速度でまたは所与の温度
範囲内に冷却する装置の必要性を解く多くの試みが開示
されているが、各例とも、所望の冷却レスポンスを達成
するために如何にしてデバイスを精密かつ精確に制御す
るかについての教示はない。
被加工体の温度を感知し、最適冷却のため装置中を通
る総冷却材流量を調節することができる装置の必要性が
存する。従来技術は、被加工体の温度が製造中異なる速
度で上昇するとき、被加工体が異なる速度で冷却され、
つねに容認できるインターパス温度を維持する装置の必
要性を示している。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、被加工体を最適冷却速度にて冷却し、最適
のインターパス温度を維持するように設計されたコンピ
ュータ制御冷却装置を提供することによって、従来技術
における上述の問題を解決するものである。本発明の装
置は、最適の冷却の達成を補助する冷却装置動作を制御
する自動化フィードバック装置を備える。
本発明は、ガス／液体冷却材混合物が、少なくとも１
つの噴霧ヘッドを通して冷却されるべき部品の外面上に
ポンプ供給されるような装置にある。表面の冷却は、主
として、冷却材流体の蒸発中冷却材混合物に導かれそれ
によって吸収される熱によって生ずる。ある増分量の冷
却が達成された後、加熱蒸発された流体は、吸引装置に
より表面の近傍から抽出される。被加工体の温度は、感
知され、コンピュータ制御システムに供給される。制御
システムは、予定されたアルゴリズムを使用して、温度
入力データを採り入れ、出力制御信号を発生する。これ
らの信号は、冷却ヘッドを構成する噴霧ノズルまたはヘ
ッドの各々を通る冷却材流を個々に制御することによっ
て、冷却材が装置中を流れる総量を制御する。１例とし
て、より一層の冷却が所望された場合、制御システム
は、より多くのノズルを冷却材流を流すように作動させ
るか、すでに作動されていたノズル中の流量を増す。噴
霧ノズルの数および各ノズル中の流量は、システムの冷
却能力が装置の広い総流量範囲に亙って連続的に可変で
あるように変えることができる。
したがって、本発明の１側面は、賦型溶融部品の温度
の精確な感知および制御を可能にすることである。
本発明の他の側面は、溶接付着物が過度の湿気やその
他の有害な条件を受けることなしに冷却の連続的かつ自
動的な制御を可能にすることである。
本発明のさらに他の側面は、歪、欠陥の欠如および機
械的特性に関して賦型溶融部品の品質を最適化すること
である。
本発明のさらに他の側面は、注文通りの機械的性質、
腐食性および物理的性質を備える最終的製品を提供でき
ることである。この注文通りに製造できる能力は、これ
らの性質が、溶接熱入力、インターパス温度、冷却速
度、ビードサイズ、ビードシーケンスおよびビード位置
のような多数の相互に関連する制御可能な製造パラメー
タに強く結びつけられているからもたらされるものであ
る。上述の変数に加えて、製品を通じて制御された組成
の変動が許容され、かつ適当な制御が行われるならば、
製品中の最も必要とされる重要な点に、強さ、頑丈さ、
硬さまたは耐腐食性の所望の組合せをもたせることがで
きる。
［実施例］ 以下図面を参照して本発明を好ましい実施例について
説明する。なお、図面を通じて、同じ部品は同じ参照番
号で指示されている。
第１図は、賦型溶融により製造されつつある被加工体
を自動的に冷却するための装置が示されている。総括的
に10で指示される冷却ヘッドアセンブリは、被加工体12
の上部の適所に配置されている。冷却ヘッドアセンブリ
10には、２つの温度センサ14,16が取り付けられてい
る。適当な温度センサは、滑動接触熱電対または赤外線
（IR）サーモメータのようなその他の温度感知手段を備
えている。温度信号は、温度センサ14および16にそれぞ
れ接続された入力線20および22を介して、端末装置60を
備えるコンピュータ制御装置18に供給される。
第２図を参照すると、複数の噴霧ヘッドないしノズル
24を有する冷却ヘッドアセンブリ10の実施例の断面図が
示されている。これらのノズル24は、加工品12に向けら
れている。各噴霧ヘッド24には、冷却材ダクト26および
ガス供給ダクト28が取り付けられている。再度、第１図
を参照すると、各冷却材ダクト26およびガス供給ダクト
28は、それぞれ、ソレノイド30、圧力トランスジューサ
32およびサーボ弁34を備えている。主冷却材供給管26お
よび主ガス供給管28は、さらにフィルタ36および手動圧
力調整器38を備えている。
冷却材供給ダクト管26およびガス供給ダクト28からの
圧力データは、トランスジューサ32から、冷却材供給ダ
クトおよびガス供給ダクト26,28に対してそれぞれ線40,
42により、コンピュータ制御装置18に伝送される。コン
ピュータ制御装置18は、予定されたアルゴリズムを使用
し、温度入力データおよび圧力入力データを取り入れ
て、出力制御信号を発生する。
コンピュータ制御装置18からの出力制御信号は、冷却
材供給ダクト26に対する制御線44およびガス供給ダクト
28に対する制御線46を介してソレノイド30に送られる。
出力制御信号はまた、冷却材供給ダクト26に対する制御
線48およびガス供給ダクト28に対する制御線50を介して
サーボ弁34に送られる。これらの信号は、冷却ヘッドア
センブリ10を構成する各噴霧ノズルすなわち噴霧ヘッド
24の各々を通る冷却材およびガスを個々に制御すること
によって、冷却材およびガスが装置中を流れる総量を制
御する。
一例として、一層の冷却が所望されれば、より多くの
噴霧ヘッド20すなわち流れを作動し、あるいはすでに作
動された噴霧ヘッド24中の流量を増す。噴霧ヘッドの数
および各噴霧ヘッド中の流量の両者は可変であるから、
装置の冷却能力は、装置中の広範囲の総流量にわたり連
続的に可変である。
この最適の冷却を許容するため、温度センサ14,16
は、その一方が冷却ヘッドアセンブリ10の一側に配さ
れ、他方の温度センサが冷却ヘッドアセンブリの他側上
に配されるように配置されており、それにより、一方の
温度センサが冷却前の温度を感知でき、他方の温度セン
サが冷却後の温度を感知できるようになされている。
冷却ヘッドアセンブリ10はまた、噴霧ヘッド24から生
ずる冷却材蒸気を吸い出すためのある種の手段を備え
る。第２図は、吸引装置52がダクト54を介して加熱、蒸
発された流体を抽出できる態様を示している。矢印は、
吸引装置52中への蒸気の流れを指示するのに使用されて
いる。しかして、吸引装置52はウエットバキュームのよ
うな従来の吸引装置とし得る。
軸線対称の部品または被加工体12の賦型溶融中、冷却
ヘッドアセンブリ10は、第３図に例示されるように、溶
接ヘッド56から回転方向において約30〜45゜の位置にて
加工品12を冷却するように取り付けられている。腕58
は、冷却ヘッドアセンブリ10を溶接ヘッド56に接続し、
それにより冷却ヘッドアセンブリ10を被加工体12の回り
並進させる手段を提供している。他の適当な手段とし
て、冷却ヘッドアセンブリ10を被加工体の回りに移動さ
せることができる任意の形式の遠隔制御腕を使用できる
ことは容易に明らかである。温度は、温度センサ14によ
り溶接ヘッド56の近傍で、そして温度センサ16により他
の位置で感知され、冷却材流量およびガス流量制御信号
を発生する。冷却ヘッドアセンブリ10は溶接ヘッド支持
システム56に堅固に固定されており、材料が付着される
とき、装置がヘッドとともに並進し、溶接ヘッドと冷却
ヘッドアセンブリの相対位置が一定に留まり得るように
なされている。第３図から、本発明の趣旨から逸脱する
ことなく他の実施例が可能であることが容易に明らかで
ある。
［発明の効果］ 本発明は、従来技術に優る下記の利点をもたらす。
1.賦型溶融部品の温度の精確な感知および制御が可能で
ある。
2.溶接付着物を過度の湿気およびその他の有害な条件に
曝すことなく溶接の冷却を連続的かつ自動的に制御でき
る。
3.賦型溶融部品の品質を歪、欠陥の欠如および機械的諸
性質に関して最適化できる。
4.溶接被覆操作に同様に等しく適用できる。
以上本発明の原理の応用を例示するために、本発明の
特定の実施例を図示説明したが、当技術に精通したもの
であれば、上述の説明を読めばある種の変形や改良を思
いつくことができよう。本発明の技術思想は、特許請求
の範囲の記載によってのみ限定されるものである。一例
として、本発明は、２またはそれ以上の冷却ヘッドアセ
ンブリで等しく働くものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は賦型溶融被加工体上の適所における本発明の一
実施例の概略図、第２図は賦型溶融被加工体上の適所に
おける本発明の冷却ヘッドの１実施例の断面概略図、第
３図は軸線対称の賦型溶融被加工体上における本発明の
１実施例の断面図である。 10:冷却ヘッド 12:被加工体 14,16:温度センサ 18:コンピュータ制御装置 20,22:入力線 24:噴霧ヘッドまたはノズル 26:冷却材供給ダクト 28:ガス供給ダクト 30:ソレノイド 32:圧力トランスジューサ 34:サーボ弁 36:フィルタ 38:手動圧力調整器 40,42:入力線 44,46,48:制御線 52:吸引装置 54:ダクト 56:溶接ヘッド 58:腕
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−35045（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−210364（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−132138（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−110177（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】賦型溶融により製造される被加工体を自動
    的に冷却する装置において、 外部から被加工体に向けられ、冷却材およびガスが各々
    供給される少なくとも一つの噴霧ヘッドと、 冷却材蒸気の除去を促進するため前記少なくとも一つの
    噴霧ヘッドを覆うための少なくとも一つのハウジング
    と、 被加工体の外部温度を感知して、該温度を指示する制御
    信号を設定するための温度センサであって、一方が冷却
    前における被加工体の温度を感知するように位置づけら
    れ、他方が冷却後における被加工体の温度を感知するよ
    うに位置づけられた少なくとも二つの温度センサと、 各ハウジングから冷却材蒸気を吸引するための手段と、 前記温度センサの信号に応答して、各噴霧ヘッドに対す
    る冷却材およびガスの供給を調節するための手段と、 各ハウジングを被加工体の回りに並進させるための手段
    と、 を備えることを特徴とする被加工体自動冷却装置。
  2. 【請求項２】前記制御手段がコンピュータである特許請
    求の範囲第１項記載の被加工体自動冷却装置。
  3. 【請求項３】賦型溶融により製造される被加工体を自動
    的に冷却する方法において、 ハウジングでカバーされた少なくとも一つの噴霧ヘッド
    で被加工体上に外部から冷却材を噴霧すること、 各噴霧ヘッドを介して被加工体上に外部からガスを吹き
    つけること、 冷却材およびガスを各噴霧ヘッドに供給すること、 各ハウジングから冷却材蒸気を吸引すること、 被加工体の冷却前、および被加工体の冷却後における被
    加工体の外部温度を感知すること、 温度を指示する制御信号を設定すること、 温度信号に応答する制御手段で、供給冷却材およびガス
    の流量を制御すること、および 各ハウジングを被加工体の回りに並進させることの諸段
    階を含むことを特徴とする被加工体の自動冷却方法。
JP1109267A 1988-05-06 1989-05-01 部品の賦型溶融における自動蒸気冷却方法および装置 Expired - Lifetime JPH082498B2 (ja)

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