JPH02250285A - 誘導加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は金属板材を板幅方向に加熱する誘導加熱方法
に関する。

Ｂ９発明の概要 この発明は板継ぎ溶接部や板を比較的狭い幅方向、いわ
ゆる板を筋状に加熱する誘導加熱において、 誘導加熱コイルに通電する電流値と板材の板幅方向の昇
温温度との関係から板材の磁気変態点の温度に応じて前
記電流値を適正に選択したことにより、 板継ぎ溶接部や比較的狭い板幅方向の均一加熱ができる
ようにしたものである。

Ｃ１従来の技術 例えば、第９図Δ、Ｂに示すように薄鋼板１１゜１２同
志を突き合わせて溶接した板継ぎ部分（溶接部１３）は
、溶接後の冷却速度が速く急冷状態となるため硬化し、
そのままではもろく折損し易いので、磁気変態点よりや
や高い温度まで第９図Δに示す斜線部分を再加熱して焼
鈍を施す必要がある。この板継ぎ部分（溶接部１３）の
再加熱には例えば第１０図に示すような加熱コイル１４
を用いた誘導加熱方式が用いられている。加熱コイル１
４は電源１５に接続され、加熱コイル１４のコイル導体
１６に電源１５から交番電流■１を流すことによって板
１１の加熱コイルに対向する部分に誘導電流ｉが流れ、
その部分の板１１の加熱が行われる。

なお、加熱コイル１４の板１１に対向する部分のコイル
導体１６の背後には第１１図に示すようにコア（鉄心）
１７を設けて磁束の漏洩を防止して加熱効率を高めるこ
とが行われている。

Ｄ０発明が解決しようとする課題 ところで、このように板１１の板幅方向に上記溶接部１
３のように比較的狭い幅で（筋状に）板を加熱する場合
、板幅方向の全幅にわたって均一な温度分布で加熱昇温
することが望ましいのにもかかわらず実際には均一な加
熱昇温を行うことが非常に困難であった。

第１３図は第１２図における磁性材料よりなる板の板継
ぎ部分（溶接部１３）を誘導加熱した際の板幅方向の温
度分布を示すものである。

即ち、板が磁性材料である場合には第１３図に示すよう
に両側のエツジ部ａがオーバーヒートし、逆にエツジ部
ａより内側のｂの部分がアンダーヒートで昇温不足とな
る。そして、このようにオーバーヒートとなった部分で
は結晶粒の粗大化等が生じて板１１の機械的性質などが
劣化し、反対に昇温不足が生じた部分では、焼鈍等の熱
処理が充分に行われないため、延性の回復が充分に行わ
れなくなるなどの問題点が生じていた。

なお、板が非磁性材である場合または非磁性領域にある
場合には板の中央部分Ｃが早く昇温し、他の部分ａ、ｂ
より高温になり易い。

なおこれらの対策として誘導加熱コイルの形状を特殊な
形状として板幅方向の均熱化を計ることも行われている
。しかし、このような場合にも以下のような問題がある
。

ａ４加熱コイルの形状が複雑になる。

ｂ、板の材質や板幅、板厚などが変わると温度分布が変
わり均熱性が悪くなる。このため、同一の加熱コイルで
対応できる範囲が狭く、頻繁にコイルの交換を必要とす
るなどの不便な問題点があった。

この発明は炭素鋼などのように磁気変態点を有し、常温
および磁気変態点以下の温度では磁性体であり、磁気変
態点より高い温度範囲で非磁性体となる板材の加熱にお
いて、前記問題点を解決して板幅方向に均一な温度分布
を得ることのできる誘導加熱方法を提供することを目的
とするものである。

Ｅ１課題を解決するための手段 この発明は磁気変態点を有し、常温を含む磁気変態点以
下の温度では磁性材であり、磁気変態点を超えた温度で
非磁性材となる金属板材を誘導加熱コイルによって板幅
方向に板幅の全長にわたって加熱する誘導加熱方法にお
いて、 前記板材の被加熱部に対向して板幅方向に配設されたコ
イル導体を有する誘導加熱コイルを備えると共に、該誘
導加熱コイルに通電するコイル電流値と前記板材の板幅
方向の各部の昇温温度の関係から磁気変態点の温度にお
いて前記板材が板幅方向に均熱化される適正コイル電流
値を予め選定し、少なくとも磁気変態点近傍の温度から
磁気変態点までの温度範囲については前記適正コイル電
流値のコイル電流を前記誘導加熱コイルに通電して前記
板材の加熱昇温を行うようにしたものである。

Ｆ１作用 板材を磁気変態点と同一かそれ以上の温度に加熱昇温す
るに当たって、板材の磁気変態点の温度が一定に保たれ
るのに適した適正電流値を加熱コイルに通電させるよう
にして、板幅方向の均熱を容易にする。

Ｇ、実施例 以下この発明の一実施例を図面に基づいて説明するに当
たり、まず、この発明の原理について述べる。

第１Ｏ図に示す加熱コイル１４に通電させる交番電流値
Ｉ、を変化させて、板１１の板幅方向の任意の位置ある
いは点について昇温カーブを１ｌｔｌｌ定したものが第
１図である。この第１図は横軸に時間ｔ　（ｓｅｅ）を
、縦軸に温度θ（’Ｃ）をとって４種類の異なるコイル
電流値ごとにそれぞれ、一定のコイル電流値Ｉで板の加
熱昇温を行ったものである。コイル電流値Ｉは数字ＮＪ
、ｒ２Ｊ。

−３Ｊ、ｒ４Ｊで示す順に小さくなって行（。

第１図に示す数字Ｎｊ、ｒ２ｊ’＋　　ｒ３ｊの昇温カ
ーブではいづれも磁気変態点の温度で一旦昇温が停止し
、時間を経過した後に再び昇温か始まる。これによりコ
イル電流値Ｉの少ない数字「４」の昇温カーブでは磁気
変態点の温度までの昇温が難しくなる。

次にコイル電流Ｉを横軸にとり、任意の位置について、
加熱を開始して一定の時間を経過後の到達温度を縦軸に
とって、両者の関係をとりなおすと第２図に示すカーブ
となる。第２図において、最初、コイル電流値Ｉが増加
するに従って到達温度が上昇する。そして温度が磁気変
態点の値に達すると、コイル電流値Ｉが増加しても到達
温度は一定値（図示ＣＮＴの範囲）を保ったままになる
。

その後、コイル電流値ｌが増大すると再び到達温度は上
昇をする。

このことから、到達温度を磁気変態点温度とするための
コイル電流値は特定の値でなくてよく、一定の許容され
る範囲（電流値幅）を有する。

なお、加熱後の経過時間や板幅方向での位置を変えるこ
とによって複数の同様なカーブが得られることは言うま
でもない。

この発明は上述した原理にもとづいて実施されたもので
、被加熱材としての板材を磁気変態点と同一かそれ以上
の温度に加熱昇温するに当たって、第１図に示す時間と
温度および第２図に示すコイル電流値と温度の関係にお
いて、温度が一定に保たれる範囲が生じることを利用し
て板幅方向の均熱を容易に行うようにしたものである。

以下第３図から第６図によりこの発明の実施例を述べる
。第３図、第４図および第６図とも横軸は時間軸であっ
て、夫々異なる一定のコイル電流値Ｉにて板の誘導加熱
を行った場合の板幅方向のａ、ｂ、ｃ点（第１３図に示
す点）の昇温カーブを示したものである。

第３図はコイル電流値Ｉが小さいときの昇温カーブ特性
図で、この第３図は板のエツジ部ａの温度上昇が最も速
く、その内側の部位すの温度上昇が最も遅いことを示し
ている。この第３図からコイル電流値Ｉが小さすぎると
、いずれの部位の温度も磁気変態点の温度まで到達する
ことが困難であることを示している。

第４図はコイル電流値Ｉが適正値の範囲であるときの昇
温カーブ特性図で、この第４図から磁気変態点以下の温
度範囲では部位ａ、ｂ、ｃの温度上昇に差異が生じるが
、先に早く磁気変態点の温度に到達した部位にａ、Ｃが
一定温度を保っている間に、昇温か遅い部位すの温度も
追い付いて磁気変態点の温度に到達する。従って、磁気
変態点の温度にて板幅方向に均熱化が行われ、その後、
再び各部の温度が上昇する。

なお、磁気変態点を超えた温度領域では板が非磁性とな
るので、中央部分Ｃの温度上昇が池の部位よりやや先行
する。Ｉ７かし、−旦磁気変態点温度にて均熱化された
後なので、磁気変態点の温度より著しく高い温度となら
ない温度範囲では各部の温度は小さい。

そして、炭素鋼等の鉄鋼材料などの場合における焼鈍や
焼入れ等の熱処理の際の加熱温度は一般に磁気変態点も
しくはそれよりやや高い温度であることが多い。このた
め、磁気変態点温度およびそれより著しく高くない温度
範囲で容易に板の均熱化を計ることができることは極め
て有用である。

第５図は第１０図に示した加熱コイル１４に流れる交番
電流Ｉｌによって板１１の各部位に生じた誘導電流ｉに
よる入熱電力量を第４図に対応して示］、たちのである
。第５図において、横軸は時間軸、縦軸は板の単位表面
積当たりの電力値（ｋＷ／ｃｊ＋１）で、同図において
、時間ｔ。にて通電加熱を開始すると、板のエツジ部ａ
における電力の発生が最も大きい。従って第４図に示さ
れているようにエツジ部ａの昇温が先行する。そして時
間１、にてエツジ部ａの温度が磁気変態点温度に近づ（
とエツジ部ａの電力値は急速に低下する。

そして、エツジ部ａの温度は時間ｉｔにて磁気変態点温
度に到達する。エツジ部ａの次には板の中央部Ｃにおけ
る電力値が大きい。時間ｔ３で中央部Ｃの温度が磁気変
態点温度に到達する。板のエツジ部ａの内側の部位すに
おける電力値は加熱開始直後では最も小さ（、板の昇温
も最も遅れる。

しかし、ａ、Ｃにおける電力値が減少するに従って一旦
増加した後減少する。時間ｔ４で部位すの温度が磁気変
態点温度に到達する。

上述した第５図は板の各部位ａ、ｂ、ｃにおける電力分
布の推移を示したもので、入熱電力分布（電力吸収分布
）の違いで板幅方向の各部位の昇温速度が異なり、その
ために生じる温度の不均一を磁気変態点で電力吸収が低
下する特性を利用して昇温速度が遅い部位を、速い部位
の温度に追いつかせることを述べるための特性図である
。

第６図はコイル電流値Ｉが適正値の範囲より大きい場合
の各部位の昇温カーブ特性図である。この第６図も第４
図の場合と同様にエツジ部ａの温度上昇が先行して磁気
変態点温度に到達して横這いとなることを示したもので
ある。しかし、第６図はコイル電流値■が大き過ぎるた
め、部位すの温度が磁気変態点温度に到達する以前に再
び昇温が再開されることを示している。同様に中央部Ｃ
についても部位すの温度が磁気変態点温度に到達する以
前に最も早く昇温か再開される。従って、第６図は磁気
変態点温度においても、またそれを超えた温度において
も板幅方向の均熱化が難しいことを示している。

上述したように、加熱コイルに通電するコイル電流値を
適正な値に選定することによって磁気変態点および磁気
変態点をやや超えた温度において板幅方向に均一な温度
分布で板を加熱することができる。

そして、そのための適正なコイル電流値Ｉはコイル電流
値と昇温の関係から求められる。即ち、第２図に示した
ように、磁気変態点の温度において、温度が一定に保た
れるコイル電流値の範囲があるので、前記各部位ａ、ｂ
、ｃにおける電流値の範囲が相互に重なり合う範囲を求
めれば、それが適正なコイル電流値となる。そして、こ
のコイル電流の適正値は以上の説明からも明らかのよう
に、通常特定の値ではなくて一定の許容幅を有する電流
値の範囲となる。このことは、逆の面からは板厚や板幅
などの変化に対して許容幅を有しているということであ
って、第７図に示すように、板厚が多少異なる板同志１
１ａ、１２ａや、第８図に示すように板幅が異なる板同
志１１ｂ、１２ｂの接合部を加熱した場合でも適正コイ
ル電流値の範囲内に入る程度の差違であれば、板厚や板
幅などが異なるか、変化する部分であっても均一な温度
分布にて加熱することができる。

Ｗｐが加熱コイル１４のコイル幅Ｗｃより狭い範囲内で
あれば、板幅方向に均一な温度分布で板を加熱すること
ができる。従って、被加熱材としての板の板幅等が変わ
った場合にも、従来のように頻繁に加熱コイルを変換し
たり、調節したりする必要がない。このため、同一の加
熱コイルのままで板幅や板厚、材質等に応じてコイル電
流値を適正な値に選定して誘導加熱を行うのみでよいの
で、好都合である。

さらに、加熱コイルの形状も、例えば第１０図に示すよ
うな極めて簡単な形状にしてもよい。なお、板の加熱幅
等に応じて加熱コイルの板幅方向に延在するコイル導体
１６の図示符号１００で示す部分を複数列にしてもよい
。

また、第１０図に示したように、板１１の板幅上述の説
明では加熱コイルに通電するコイル電流値は一定である
として述べて来たが、加熱開始当初には大きなコイル電
流値で急速な昇温を行い、磁気変態点温度に近づくにつ
れてコイル電流値を適正な範囲の電流値に減少または切
り換えて、以後の加熱昇温を行うようにしてもよい。こ
れによって、加熱昇温に要する時間を短縮し、急速加熱
という誘導加熱の持つ特長をも充分に活かし、かつ均一
な温度分布で加熱昇温を行うことができるようになる。

また、上記とは逆に、加熱開始当初は小さいコイル電流
値にて加熱昇温し、磁気変態点温度に近づくにつれて適
正なコイル電流値とするようにしてもよい。これによっ
て、昇温途中における各部の温度差をもできるだけ小さ
くして板の変形を防止しながら加熱昇温することができ
る。

さらに、焼鈍等の際には一般に、焼鈍温度における一定
の保熱時間が必要なことが多いけれども、この実施例に
よれば、第４図から明らかなように、磁気変態点温度に
て板の保熱が行われることも好都合である。

この他、積極的に、コイル電流値を板が磁気変態点また
それよりやや高い温度で均熱状！息を維持する（温度が
飽和する）のにも適した電流値（保熱に適した電流値）
として加熱昇温を行うか、あるいは磁気変態点の温度ま
で昇温した後に、保熱に適した電流値に切り換えて加熱
を行うことにより、磁気変態点または、それよりやや高
い温度にて保持することが容易にできる。

Ｈ０発明の効果 以上述べたように、この発明によれば以下のような効果
が得られる。

ａ、磁気変態点温度またはそれを超えた温度において、
板幅方向に均一な温度分布にて板の誘導加熱を行うこと
ができる利点がある。

ｂ、上記温度は熱処理温度に相当するので、板の焼鈍等
の熱処理を行うのに極めて有効である。

Ｃ１簡単なコイル形状の加熱コイルを使用することがで
きる。

ｄ、板幅や板厚、材質等が変更された場合でも板幅が加
熱コイルの幅以下であれば、加熱コイルを交換すること
なく、同一の加熱コイルのままで、コイル電流値を適正
な値に選択して加熱するのみで幅広い対応が可能となる
。

ｅ、板厚や板幅等が変化する部分についても均一な温度
分布での加熱が行い易くなる。

ｆ、磁気変態点温度、またはそれを超えた温度における
保熱が、保熱に適した一定のコイル電流値を加熱コイル
に通電しておくだけで容易に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の原理を述べるためのも
ので、第１図はコイル電流値を変化させたときの昇温カ
ーブ特性図、第２図はコイル電流値に対する到達温度を
示す特性図、第３図から第６図はこの発明の一実施例を
示すもので、第３図はコイル電流値が小さいときにおけ
る板幅方向の昇温カーブ特性図、第４図は同じくコイル
電流値が適正値の場合の昇温カーブ特性図、第５図は板
の各部位に生じた誘導電流による入熱電力量を時間の経
過に従って示す特性図、第６図はコイル電流値が適正値
より大きい場合における昇温カーブ特性図、第７図は板
厚が異なる板同志の接合部を示す斜視図、第８図は板幅
が異なる板同志の接合部を示す平面図、第９図Ａ、　　
Ｂは板を溶接により接合したときの平面図および側面図
、第１０図は誘導加熱方式の概略構成図、第１１図はコ
イル導体の拡大図、第１２図は板の溶接部における昇温
測定部位を示す説明図、第１３図は板幅方向の温度分布
を示す説明図である。 １１．１２・・・板、１３・・・溶接部、１４・・・加
熱コイル、１６・・・コイル導体。 第３図 コイル電流値か小さいときの昇温カーブ特性図コイル電
流値が適正値のときの昇温カーブ特性図第１図 第２図 第５図 入熱電力備の特性図 第７図 板厚が異なる仮同志の接合部斜視図 板幅が異なる板同志の接合部平面図 第９図（Ａ） 板接合部の平面図 第９図（Ｂ） 板接合部の側面図 誘導加熱方式の概略構成図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁気変態点を有し、常温を含む磁気変態点以下の
   温度では磁性材であり、磁気変態点を超えた温度で非磁
   性材となる金属板材を誘導加熱コイルによって板幅方向
   に板幅の全長にわたって加熱する誘導加熱方法において
   、 前記板材の被加熱部に対向して板幅方向に配設されたコ
   イル導体を有する誘導加熱コイルを備えると共に、該誘
   導加熱コイルに通電するコイル電流値と前記板材の板幅
   方向の各部の昇温温度の関係から磁気変態点の温度にお
   いて前記板材が板幅方向に均熱化される適正コイル電流
   値を予め選定し、少なくとも磁気変態点近傍の温度から
   磁気変態点までの温度範囲については前記適正コイル電
   流値のコイル電流を前記誘導加熱コイルに通電して前記
   板材の加熱昇温を行うようにしたことを特徴とする誘導
   加熱方法。