JPH1147974A - 溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、種々の形状、材質のワークの溶接時
に、溶接された直後の溶接済領域に熱風を噴射すること
なく、冷却温度を適切な温度に制御することおよび加熱
範囲（ワークの表面より所定の深さまでの加熱）を制御
することを可能とし、冷却に伴う割れを防止できる溶接
方法を提供する。 【解決手段】本発明の溶接方法は、ワーク５ａの溶接時
に、溶接された直後の溶接済領域ｅ１を高周波加熱コイ
ル２を用いてワーク５ａの溶融温度より低い温度に制御
しつつ誘導加熱することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワークの溶接時に、溶
接された直後の溶接済領域が冷却に伴う割れを発生する
ことを防止できる溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶接対象とするワークを溶接した
直後、溶接済領域が高熱状態から常温にまで冷却される
途中で発生する溶接割れは、ワークを急冷することによ
って発生することが知られている。前記溶接済領域の急
冷による溶接割れは、ワークとして、例えば炭素を多く
含む材質を用いた場合に発生しやすい。

【０００３】ここで、発明協会公開技報（公技番号９２
ー２３７０２）には、軌条のレール（ワーク）の溶接後
に、ミクロ割れ、ルート割れ、表面割れなどがない高品
位で高寿命の溶接部を得るため、強制冷却用圧縮空気を
溶接に伴い発生する高熱で熱交換して１２０〜１８０°
Ｃの熱風とした後、溶接部周辺に噴射し、レール内伝熱
拡散を抑制（溶接後の冷却を制御）する軌条の溶接方法
が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の溶接方法の
場合には、溶接時に、強制冷却用圧縮空気を熱交換し熱
風とするため、ワークの形状に合わせて取り囲むように
形成した熱交換装置を必要とし、例えば、形状を異にす
る他のワークへの適用が困難である。また、前記熱交換
装置によって熱交換された熱風を用いる方式のものは、
材質を異にするワーク毎に適用して、それらを溶接後の
冷却に適する温度に制御したり、加熱範囲（ワークの表
面より所定の深さまでの加熱）を制御したりすることが
困難である。

【０００５】本発明は、前記事情に鑑みなされたもの
で、種々の形状、材質のワークの溶接時に、溶接された
直後の溶接済領域に熱風を噴射することなく、冷却温度
を適切な温度に制御することおよび加熱範囲（ワークの
表面より所定の深さまでの加熱）を制御することを可能
とし、冷却に伴う割れを防止できる溶接方法を提供する
ことを課題とする。

【０００６】

【発明の解決手段】本発明の溶接方法は、ワークの溶接
時に、溶接された直後の溶接済領域を高周波加熱コイル
を用いて該ワークの溶融温度より低い温度に制御しつつ
誘導加熱することを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の溶接方法は、例えば、テ
ィグ溶接、ミグ溶接、マグ溶接、シーム溶接、スポット
溶接などに適用できる。本発明の溶接方法で用いる高周
波加熱コイルは、ワークの形状、大きさ、材質などに応
じて、ワークに対しその表面より所定の深さ領域を、目
的とする温度に加熱可能に出力および周波数を制御でき
るものが用いられる。

【０００８】本発明の溶接方法において、ワークに対
し、高周波加熱コイルによりワークの溶融温度より低い
温度に制御しつつ誘導加熱する開始タイミングとして
は、溶接開始と同時、あるいは溶接開始に先立つ５秒〜
１０秒前とすることができる。溶接直後の溶接済領域と
の意味は、溶接開始時より溶接対象領域の全てを溶接し
終えるまでの間、連続して次々と形成される溶接済領域
を称す。

【０００９】高周波加熱コイルによる出力および周波数
は、連続して次々と形成される溶接済領域に対し、ワー
クの溶融温度より低い温度に制御しつつ誘導加熱できる
値が用いられるとともに、溶接対象領域を全て溶接し終
えた時点から約数秒経過するまでの間の溶接済領域に対
し、前記溶接途中に形成される溶接済領域の誘導加熱温
度より低い温度に制御しつつ誘導加熱できる値が用いら
れる。

【００１０】溶接済領域とは、一般に溶接部と称される
溶接金属および熱影響部を含む。本発明の溶接方法によ
ると、ワークの溶接時に、溶接された直後の溶接済領域
が高周波加熱コイルにより誘導加熱され、かつワークの
溶融温度より低い温度に制御される。すなわち、前記溶
接された直後の溶接済領域は、誘導加熱によって割れが
発生しない冷却温度に制御される。

【００１１】

【実施例】

（実施例１）本発明、溶接方法の実施例を図１〜図４を
用いて説明する。実施例１の溶接方法を実施するに際し
て、予め、所定の位置に設置されたマグ溶接装置の溶接
トーチ１および高周波加熱コイル２と、溶接対象部材と
して鋼板を筒状に加工した円筒３および鍛造加工された
筒状体４とが用意される。

【００１２】溶接トーチ１は、ＣＯ₂ にＡｒを添加した
ガス雰囲気中でアーク溶接（マグ溶接）を行う機能をも
つ。溶接トーチ１は、図２に示されるように鉛直方向か
ら水平方向に向かって４５°の傾斜角で図略の保持部材
により定位置に保持されている。高周波加熱コイル２
は、図略の電源および制御装置をもち、前記制御装置に
よって出力１０ＫＷ、周波数１ＫＨｚ〜出力７５ＫＷ、
周波数２０ＫＨｚの範囲内で種々の値に制御可能であ
る。

【００１３】高周波加熱コイル２は、溶接トーチ１に近
接した位置で孔中心Ｏ（図１参照）を、図２の軸心線Ｐ
と一致する位置に配置され、図略の保持部材に固定され
る。円筒３は、全長Ｌが１５００ｍｍ、外径Ｄが８０ｍ
ｍ、内径ｄが７６ｍｍ、厚さｔが２ｍｍのもので、その
両端に筒状体４が対称的に挿通、装着されている（な
お、説明上、円筒３の一端３ａ側に筒状体４が挿通、装
着されている状態を図２に示す）。

【００１４】筒状体４は、外周側に小径部４２と大径部
４３とを備えた２段形状のもので、全長Ｌ１が８０ｍ
ｍ、内径ｄ１が８０ｍｍである。小径部４２は、長さＬ
２が４０ｍｍ、外径Ｄ１が１００ｍｍ、厚さｔ２が１０
ｍｍである。大径部４３は、長さＬ３が４０ｍｍ、外径
Ｄ２が１３０ｍｍ、厚さｔ３が２５ｍｍである。

【００１５】互いに組付けられた前記円筒３の外周部３
１と、筒状体４の小径部４２側の内周部４０との嵌合代
Ｌ４は、１０ｍｍである。円筒３と筒状体４との組付け
体５ａは、高周波加熱コイル２の孔２０内に同軸的に配
置され、かつ高周波加熱コイル２の孔内周面２１と筒状
体４の大径部４３の外周面４３０との間隔ｗが５ｍｍに
保持された状態で、図略の回動部材に軸心線Ｐを中心と
して回転可能にセットされる。なお、前記回動部材は、
円筒３の両端にそれぞれ挿通、装着された筒状体４を把
持し、組付け体５ａをワークとして予め設定された所定
の回転速度で回転制御する機能をもつ。

【００１６】次いで、実施例１の溶接方法が実施され、
溶接トーチ１による溶接開始（図４のＳ１参照）と、高
周波加熱コイル２による誘導加熱開始（図４のＫ１参
照）とが同時に行われる。溶接トーチ１による溶接は、
常温状態にある組付け体５ａ（図２参照）における円筒
３の外周面３１と筒状体４の小径部４２の端面４２１と
よりなる溶接対象領域ｅに施される。前記溶接対象領域
ｅは、断面略Ｖ字状で周方向Ｓに一周する空間を形成す
る。

【００１７】そして溶接対象領域ｅに対し、前記ガス雰
囲気中で溶接トーチ１のワイヤー電極１０との間にアー
クを発生させることにより溶接が開始される。組付け体
５ａの溶接対象部分は、アークＡによって円筒３および
筒状体４の材質の溶融点以上の温度に加熱され、かつ溶
融する。このとき、高周波加熱コイル２は、溶接トーチ
１のワイヤー電極１０と、組付け体５ａの溶接対象部分
との間にアークを発生させる溶接開始と同時に、スイッ
チがＯＮされ、組付け体５ａの溶接対象領域ｅとその周
辺部を誘導加熱する。なお、高周波加熱コイル２は、制
御装置によって出力５０ＫＷ、周波数１０ＫＨｚに制御
される。

【００１８】従って、組付け体５ａの溶接対象領域ｅの
全体（円筒３の外周面３１と筒状体４の小径部４２の端
面４２１およびそれらから所定の深さで周方向Ｓに１周
する領域）は、高周波加熱コイル２によって誘導加熱さ
れ、かつ図４に示す温度曲線ａ１のように、常温状態の
場合から５秒後にほぼ１０００°Ｃに昇温する。ー方、
この状態で溶接トーチ１によるガス雰囲気中でのアーク
溶接が進行し、アークＡの領域内の筒３（外周面３１）
と筒状体４（小径部４２の端面４２０）とは、ほぼ１７
００°Ｃで溶融するとともに、ワイヤー電極１０が溶加
材として溶け込み、溶接金属が形成され、溶接済領域ｅ
１（図３参照）を形成するとともに、予め定められた回
転速度で周方向に新たな溶接対象となる溶接対象領域ｅ
を溶接トーチ１のワイヤー電極１０に対向させていく。
そして周方向に３６０°回転し終えて、全ての溶接対象
領域ｅが溶接済領域ｅ１となり溶接トーチ１による溶接
を終了する（図４のＳ２位置参照）。

【００１９】このとき高周波加熱コイル２は、溶接トー
チ１による溶接の終了と同じタイミング位置（図４のＫ
２位置参照）で、加熱パラメータ（予め設定された値の
出力および周波数）を前記出力５０ＫＷ、周波数１０Ｋ
Ｈｚから直ちに、出力３０ＫＷ、周波数３ＫＨｚに変化
するように切替え制御される。この高周波加熱コイル２
により出力３０ＫＷ、周波数３ＫＨｚの加熱は、１０秒
間、継続された後、終了される（図４のＫ３位置参
照）。高周波加熱コイル２による加熱終了後は、自然放
置により図４の加熱曲線ａ１の示すように常温までに冷
却される。

【００２０】前記溶接トーチ１による組付け体５ａ（図
２参照）の溶接を終了し一体化した溶接済製品５（図３
参照）は、溶接済領域ｅ１およびその周辺の温度は、１
０００°Ｃから降下するものの５００°Ｃ以上に保持さ
れた冷却状態を１０秒間継続される。前記実施例１の場
合では、溶接中における組付け体５ａに対し、高周波加
熱コイル２による誘導加熱による加熱温度の値として
は、１０００°Ｃとし、前記溶接により得られた溶接済
製品５を高周波加熱コイル２による誘導加熱により冷却
制御する場合には、１０００°Ｃ未満、５００°Ｃ以上
の加熱温度に１０秒間、保持することによって、前記高
周波加熱コイル２による誘導加熱を溶接済製品５に施さ
ない場合の急冷に較べ、緩やかに冷却されるため、溶接
済領域ｅ１での冷却に伴う割れを防止できる。

【００２１】また、溶接済製品５の溶接済領域ｅ１に対
し、高周波加熱コイル２による周方向の全域に均一に誘
導加熱されるため、品質上、好ましいものとなる。 （実施例２）実施例２の溶接方法を前記図１、図２、図
３を援用するとともに、図５を用いて説明する。

【００２２】実施例２の溶接方法は、高周波加熱コイル
２による誘導加熱の加熱開始タイミングを、図５に示す
ように、溶接トーチ１による組付け体５ａの溶接対象領
域ｅへの溶接開始Ｓ１時点の５秒前としたこと以外は、
前記実施例１の溶接方法と同じである。実施例２の溶接
方法によると、溶接対象となるワークである組付け体５
ａは、実施例１の場合と同じように、高周波加熱コイル
２の孔２０内に同軸的にセットされる。

【００２３】ついで、高周波加熱コイル２のスイッチが
ＯＮされ、かつ誘導加熱が開始（図５の加熱開始点Ｋ１
参照）される。なお、高周波加熱コイル２は、制御装置
によって出力５０ＫＷ、周波数１０ＫＨｚに制御され
る。すると、組付け体５ａの溶接対象領域ｅは、高周波
加熱コイル２によって誘導加熱され、かつ図５に示す温
度曲線ａ２のように、常温状態の場合から５秒後にほぼ
８００°Ｃに昇温する。

【００２４】ー方、この状態の組付け体５ａに対し、溶
接トーチ１によるガス雰囲気中でのアーク溶接が開始
（図５のＳ１参照）される。そしてアーク溶接が進行
し、アークＡの領域内の筒３（外周面３１）と筒状体４
（小径部４２の端面４２０）とは、ほぼ１７００°Ｃで
溶融するとともに、ワイヤー電極１０が溶加材として溶
け込み、溶接金属が形成され、溶接済領域ｅ１を形成す
るとともに、予め定められた回転速度で周方向Ｓに新た
な溶接対象となる溶接対象領域ｅを溶接トーチ１のワイ
ヤー電極１０に対向させていく。そして周方向に３６０
°回転し終えて、全ての溶接対象領域ｅが溶接済領域ｅ
１となり溶接トーチ１による溶接を、溶接開始（図５の
Ｓ１参照）より３０秒後に終了する（図５のＳ２参
照）。

【００２５】このとき高周波加熱コイル２は、溶接トー
チ１による溶接の終了と同じタイミング位置（図５のＫ
２位置参照）で、加熱パラメータ（予め設定された値の
出力および周波数）を前記出力５０ＫＷ、周波数１０Ｋ
Ｈｚから直ちに、出力３０ＫＷ、周波数３ＫＨｚに変化
するように切替え制御される。この高周波加熱コイル２
により出力３０ＫＷ、周波数３ＫＨｚの加熱は、１０秒
間、継続された後、終了される（図５のＫ３位置参
照）。

【００２６】そして前記実施例１の場合と同じように、
高周波加熱コイル２による加熱終了後は、自然放置によ
り図５の加熱曲線ａ２の示すように常温までに冷却され
る。前記溶接トーチ１による組付け体５ａ（図２参照）
の溶接を終了し一体化した溶接済製品５（図３参照）
は、溶接済領域ｅ１およびその周辺の温度は、１０００
°Ｃから降下するものの５００°Ｃ以上に保持された冷
却状態を１０秒間継続される。

【００２７】前記実施例２の場合では、溶接中における
組付け体５ａに対し、高周波加熱コイル２による誘導加
熱による加熱温度の値としては、１０００°Ｃとし、前
記溶接により得られた溶接済製品５を高周波加熱コイル
２による誘導加熱により冷却制御する場合には、１００
０°Ｃ未満、５００°Ｃ以上の加熱温度に１０秒間、保
持することによって、前記高周波加熱コイル２による誘
導加熱を溶接済製品５に施さない場合の急冷に較べ、緩
やかに冷却されるため、溶接済領域ｅ１での冷却に伴う
割れを防止できる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の溶接方法によれば、ワークの溶
接時に、溶接された直後の溶接済領域を高周波加熱コイ
ルを用いてワークの溶融温度より低い温度に制御しつつ
誘導加熱する。このため、本発明の溶接方法の場合に
は、溶接された直後の溶接済領域に前記従来の場合のよ
うに制御が困難な熱風を噴射することなく、前記誘導加
熱によって冷却温度を適切な温度に制御することおよび
加熱範囲（ワークの表面より所定の深さまでの加熱）を
制御することが容易にでき、かつ前記冷却温度の制御を
施すことによって冷却に伴う割れを防止でき、製品の品
質および歩留りを向上できる。

【００２９】また、前記本発明の溶接方法は、高周波加
熱コイルの孔内に溶接対象とするワークを配置して溶接
を施すものであり、ワークの大きさや、形状などに限定
されにくく、さらに誘導加熱によって溶接された直後の
溶接済領域の冷却温度の制御をすることができるため、
種々の形状、材質のワークを溶接する場合に適用でき、
利用範囲が広い。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の溶接方法で用いる溶接対象として用
いる略筒状のワークと、ワークの外周側で同軸的に配置
された高周波加熱コイルとの位置関係を示すとともに、
それらを軸方向の一端から視認した概略図。

【図２】図１におけるＢーＢ矢視線断面位置におけるワ
ークの溶接対象部分と、溶接トーチとの位置関係を示す
概略図。

【図３】図２におけるワークの溶接対象部分が溶接され
た後の状態を示す概略図。

【図４】実施例１の溶接方法における高周波加熱コイル
によるワークの温度変化（溶接トーチによるアークの発
生していない部分での温度変化）および溶接開始と誘導
加熱開始、溶接終了と誘導加熱終了とを示すとともに、
横軸に時間経過を示し、縦軸にワークの温度変化を示す
説明図。

【図５】実施例２の溶接方法における高周波加熱コイル
によるワークの温度変化（溶接トーチによるアークの発
生していない部分での温度変化）および溶接開始と誘導
加熱開始、溶接終了と誘導加熱終了とを示すとともに、
横軸に時間経過を示し、縦軸にワークの温度変化を示す
説明図。

【符号の説明】

１…溶接トーチ ２…高周波加熱コイル ３…円筒
４…筒状体 ５ａ…組付け体 ５…溶接済製品 ｅ…溶接対象領域 ｅ１…溶接済領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークの溶接時に、溶接された直後の溶接
   済領域を高周波加熱コイルを用いて該ワークの溶融温度
   より低い温度に制御しつつ誘導加熱することを特徴とす
   る溶接方法。