JP3098024U

JP3098024U - 誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置

Info

Publication number: JP3098024U
Application number: JP2003002946U
Authority: JP
Inventors: 今泉　啓; 加藤　敏夫; 中島　秀明
Original assignee: 愛晃エンジニアリング株式会社
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2009-05-23

Abstract

【課題】生産性を高め、設備コストと生産コストを下げることの出来る誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置を提供すること。
【解決手段】高周波誘導加熱コイルが数ターン巻かれており、かつ当該高周波誘導加熱コイルの中央部にフェライト・コアを設けた誘導加熱装置とアーク溶接装置との組合せ、からなる。又、前記誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置において、誘導を行なう金属接合部に開先がある場合、フェライト・コアが開先内にあることからなる。又、前記誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置において、誘導加熱による金属接合部の温度が１００℃〜２００℃であること。又、前記誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置において、高周波誘導フェライト・コア付きコイルの終端部とアーク発生点の距離が５０ｍｍ〜１５０ｍｍであること。
【選択図】　図６ｂ

Description

【０００１】
【考案の属する技術分野】
本考案は、誘導加熱とアーク溶接（ＴＩＧ溶接，ＭＩＧ・ＭＡＧ溶接，サブマージアーク溶接）の組合せによる各種金属材料のパイプ及び大型構造物の誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアーク溶接では単独アーク電極か、２本〜４本をシリーズに配置した多電極アーク溶接であり、アーク熱を利用して接合する金属を溶融し溶接ワイヤも溶融して接合するものである。
又異種熱源を組合せた誘導加熱法としてはレーザ熱源とＭＩＧ及びＭＡＧ溶接を組合せたものがある。
【０００３】
又、溶接部の開先とほぼ同一の断面形状を有する一定長さの誘導加熱コイルと、誘導加熱コイルの溶接方向後側に配置される溶接装置本体とで構成される先行技術（特許公開平７−４００５１号）がある。
【０００４】
【考案が解決しようとする課題】
前記従来技術における、アーク溶接のみで自動溶接を行う場合は、アーク熱により開先内の金属表面を溶融しながら同時にワイヤを溶融する必要があり、当然のことながら金属の熱伝導率に応じて熱は拡散すると同時にアーク柱から熱拡散による損失も大きく投下電力エネルギーの全てが溶接に使われるわけではないという問題点があり、又、ハイブリッドアーク溶接の場合は、高価であること（本考案と比較し５〜２０倍）、開先加工を必要とする厚板溶接での適用は困難、即ち接合部に開先加工がされており、開先内部を加熱することは極めて困難である等の問題点があり、又前記先行技術（例えば特許公開平７−４００５１号）の場合はＶ−開先を基本とする広い開先の場合は適用出来るが、狭開先の場合には適用出来ず、又フェライト・コアは使用されておらず、かつ１ターン巻のコイルであり磁束強度および発熱効果において効率が悪いという問題点があった。
【０００５】
そこで本考案は、生産性を高め、設備コストと生産コストを下げることの出来る誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本考案の誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置は、高周波誘導加熱コイルが数ターン巻かれており、かつ当該高周波誘導加熱コイルの中央部にフェライト・コアを設けた誘導加熱装置とアーク溶接装置との組合せからなる。
又、前記誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置において、誘導を行なう金属接合部に開先がある場合、フェライト・コアが開先内にあることからなる。
又、前記誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置において、誘導加熱による金属接合部の温度が１００℃〜２００℃であることが好適である。
又、前記誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置において、高周波誘導フェライト・コア付きコイルの終端部とアーク発生点の距離が５０ｍｍ〜１５０ｍｍであることが好適である。
【０００７】
【考案の実施の形態】
以下本考案の実施の形態の一例を図面に基づいて説明する。
図１ａは従来のＴＩＧ溶接装置を示す図であり、溶接電源３，シールドノズル１，電極（タングステン電極）２，溶接金属４等が示されている。
図１ｂは従来のＭＩＧ／ＭＡＧ溶接装置を示す図であり、溶接電源３，シールドノズル１，電極（ワイヤー）２，溶接金属４，コンタクトチップ５，ワイヤー送給ローラ６，溶滴７等が示されている。
図１ａ，図１ｂに示すように一般のアーク自動溶接（ＴＩＧ，ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接）はアーク熱を利用して接合する金属を溶融し、溶接ワイヤーも溶融して接合するものである。
【０００８】
又図２は従来の誘導加熱装置を示す図であり、加熱金属２１（炭素鋼ロッド）に高周波電源８，高周波水冷コイル９が配置されている状態及び表皮効果による渦電流１０が示されている。
又図２に示すように、従来の誘導加熱法では、金属のまわりに高周波磁束を発生させる高周波水冷コイルを配列し、金属表面に表皮効果による渦電流を誘導することで急速加熱するものであり、利用分野としては熱間鍛造、高周波焼入、高周波ロウ付、焼バメ等で利用されている。
【０００９】
しかし、従来のこのアーク溶接及び誘導加熱法の場合、前記したような問題点があり、そこで本考案はその問題点を解決すべく　図３ａ、及び図３ｂに示す如く溶接金属４に高周波誘導加熱コイル１１を数ターン巻、その高周波誘導加熱コイル１１の中心部にフェライト・コア１２を設けることを考案した。
【００１０】
図３ａは開先１５が浅い場合の本考案の誘導加熱装置を示す図であり、溶接金属４に開先１５があり、その開先１５にフェライト・コア１２が挿入され、そのフェライト・コア１２に高周波誘導加熱コイル１１が数ターン巻かれている状態が示されている。又、高周波誘導加熱コイル１１は水冷銅チューブ１４に絶縁材１３が巻いてある。
【００１１】
図３ｂは開先１５が狭く深い場合の本考案の誘導加熱装置を示す図であり、溶接金属４に開先１５があり、その開先１５にフェライト・コア１２が挿入され、そのフェライト・コア１２に高周波誘導加熱コイル１１が数ターン巻かれており、開先１５が狭く深いのでフェライト・コア１２の長さも浅い場合より大きくなっている。
図３ａには示していないが、水の入ってくる、又出ていく水冷銅チューブ１６，１７及び高周波発生電源１８が示されている。
【００１２】
磁束は通常、金属よりフェライト・コア１２の方が流れやすいため集中してフェライト・コア１２を通過し、開先２内の金属を通過して磁束閉回路を形成することが出来、開先内表面に渦電流による加熱部を確保することが出来るものである。又コイルが数ターン巻かれているので磁束強度及び発熱効果等において効率が非常に高いものである。
【００１３】
図４ａ、図４ｂは溶接金属４にサーモカップルをＡ，Ｂ，Ｃ点で取り付けた状態を示し、図４ａは正面からみた図であり、図４ｂは側面からみた図である。
矢印は進行方向を示している。
【００１４】
図５は溶接金属４の表面を本考案の誘導加熱装置が移動速度を変えて図４に示すＡ，Ｂ，Ｃ点を３ヶ所を加熱し温度変化を測定した結果を示す図である。図５をみれば分かるように開先内底部、溶接金属裏面及び溶接金属表面の温度をみると移動速度が１００ｍｍ／分と比較的遅い場合はその差が１１０℃もあるが９００ｍｍ／分と高速移動においてはその差は１０℃と低く開先内が充分加熱されていることが示されている。したがって、本考案で開発されたフェライト・コア１２付き高周波誘導加熱コイル１１をアーク溶接トーチの前方に配列して開先内表面を加熱しながらアーク溶接を行うと生産性を大幅に改善することができるものである。
【００１５】
図６ａは本考案の誘導加熱装置を正面からみた図であり、サーモカップル取付位置がＥ点で示されている。
図６ｂは本考案の誘導加熱装置アーク溶接装置（ＴＩＧ溶接）との組合せを示す側面からみた図であり、シールドノズル１，電極２，ワイヤー１９及びワイヤーガイド２０示されているアーク溶接機及び前方に配置されているフェライト・コア１２付き高周波誘導加熱コイル１１が矢印方向に進む状態を示している。このフェライト・コア１２付き高周波誘導加熱コイル１１が開先内表面を加熱しながらアーク溶接を行うので非常に効率の良い溶接が出来るものである。又サーモカップル取付位置がＥ点で示されている。
【００１６】
図７は本考案の誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置と従来のアーク溶接による温度測定方法とその結果を示すものである。
曲線Ｄの温度測定カーブはアーク溶接のみの場合の測定結果である。
室温２０℃から最高温度に到達する時間（△ｔ）は６秒を要している。
曲線Ｅ（図６ａ、図６ｂのサーモカップル取付位置Ｅ点における測定）は誘導加熱とアーク溶接による場合を示しており最高温度に到達する時間（△ｔ）は５秒であり１秒短縮している。
この場合の予熱温度は１８０℃である。
この場合最高温度も６８０℃でありアーク溶接のみの場合（５３０℃）より１５０℃高く潜在エネルギーが大きいことを示している。
ＴＩＧ溶接においてアーク溶接の投下エネルギーの４１０ＡＸ１１．５Ｖ＝４１７５Ｊｏｕｌを一定とし、溶接速度とワイヤ送給量を増加すると溶接速度４５０ｍｍ／分、ワイヤ送給量４２００ｍｍ／分と４０％以上生産性を伸ばすことに成功した。
この時の誘導加熱コイルの終端部とアーク点の配列空間は１５０ｍｍである。
アーク溶接法の種類によってこの距離は５０〜１５０ｍｍが適正と考えられる。
誘導加熱による金属の加熱温度は金属の種類によって変化するので１００℃〜２００℃が適正温度と考えられるものである。
【００１７】
開先１５がない場合は図示していないが溶接金属４上に高周波誘導加熱コイル１１を数ターン巻いてその中心部にフェライト・コア１２をコイル下部と同じ面に配置することにより前記と同様の効果を得るものである。
【００１８】
【考案の効果】
本考案は以上の構成を要するので、特に開先を有する場合、誘導加熱装置が金属接合部開先内を効率よく加熱しながらアーク溶接とともに働くので本考案の誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置は極めて高い生産性を確保出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】従来のＴＩＧ溶接装置を示す図である。
【図１ｂ】従来のＭＩＧ／ＭＡＧ溶接装置を示す図である。
【図２】従来の誘導加熱装置を示す図である。
【図３ａ】開先が浅い場合の本考案の誘導加熱装置を示す図である。
【図３ｂ】開先が深い場合の本考案の誘導加熱装置を示す図である。
【図４ａ】正面からみた溶接金属のサーモカップルをＡ，Ｂ，Ｃ点で取り付けた状態を示す図である。
【図４ｂ】側面からみた溶接金属のサーモカップルをＡ，Ｂ，Ｃ点で取り付けた状態を示す図である。
【図５】Ａ，Ｂ，Ｃ点３ヶ所の温度変化を測定した結果を示す図である。
【図６ａ】本考案の誘導加熱装置を正面からみた図である。
【図６ｂ】本考案の誘導加熱装置とアーク溶接装置との組合せを側面からみた図である。
【図７】本考案の誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置と従来のアーク溶接装置による温度測定方法とその結果を示す図である。
【符号の説明】
１　　シールドノズル
２　　電極
３　　溶接電源
４　　溶接金属
５　　コンタクトチップ
６　　ワイヤー送給ローラ
７　　溶滴
８　　高周波電源
９　　高周波水冷コイル
１０　渦電流
１１　高周波誘導加熱コイル
１２　フェライト・コア
１３　絶縁材
１４　水冷銅チューブ
１５　開先
１６　水の入ってくる水冷銅チューブ
１７　１６水の出て行く水冷銅チューブ
１８　高周波電源
１９　ワイヤー
２０　ワイヤーガイド
２１　加熱金属

Claims

高周波誘導加熱コイルが数ターン巻かれており、かつ当該高周波誘導加熱コイルの中央部にフェライト・コアを設けた誘導加熱装置とアーク溶接装置との組合せからなることを特徴とする誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置。
前記誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置において、溶接を行なう金属接合部に開先がある場合、フェライト・コアが開先内にあることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置。
前記誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置において、誘導加熱による金属接合部の温度が１００℃〜２００℃であることを特徴とする請求項１又は２記載の誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置。
前記誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置において、高周波誘導フェライト・コア付きコイルの終端部とアーク発生点の距離が５０ｍｍ〜１５０ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の誘導加熱ハイブリッドアーク溶接装置。