(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱拡散率、電気抵抗率、比透磁率、密度、厚み、の各値を各有する１つ又はそれ以上の材料の鍛接中における、接合速度下に鍛接点通過時の鍛接加熱長さ部分を形成するところの好ましい有効熱影響部幅のための、鍛接装置における動作周波数を設定するための方法であって、
（ａ）鍛接のコンピュータプログラムを実行するプロセッサに、好ましい有効熱影響部
幅の値を入力するステップと、
（ｂ）前記プロセッサに、鍛接装置の試行動作周波数の値を入力するステップと、
（ｃ）前記鍛接のコンピュータプログラム実行に際し、算出した試行規格化熱影響部幅に試行熱的基準深さを乗算し、かくして算出された熱影響部幅を決定するステップにして、前記試行規格化熱影響部幅が試行鍛接装置動作周波数の値から決定されたものである前記ステップと、
（ｄ）算出された熱影響部幅と前記有効熱影響部幅との各値間の差が許容誤差値範囲内であるときは、鍛接装置動作周波数を試行鍛接装置動作周波数値に設定し、または、前記差が許容誤差値範囲外であるときは、前記鍛接コンピュータプログラム実行に際し、鍛接装置動作周波数を増分変化させると共に、該増分変化された鍛接装置動作周波数を試行鍛接装置動作周波数とする状況下に前記プロセッサにおける前記一連のステップ（ｂ）〜（ｄ）を反復するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記算出した前記試行規格化熱影響部幅が、鍛接のコンピュータプログラム実行に際し、メモリ装置に記憶させた熱影響部（ＨＡＺ）多項式における前記試行規格化電気的基準深さの値を使用して決定される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
（ｅ）ＰE＝Ｈ・γ・ＸE・ｈ・ｖにより確立される、算出された実効電力値ＰEを決定するステップにして、Ｈが試行鍛接エンタルピーの値、γが前記１つ又はそれ以上の材料の各１つにおける密度、ＸEが好ましい有効熱影響部幅の値、ｈが前記１つ又はそれ以上の材料の各１つにおける厚み、ｖが溶接速度であるステップと、
（ｆ）動作周波数及び算出された実行電力下に動作する鍛接装置による電力試行鍛接からの電力試行熱影響部幅と、好ましい有効熱影響部幅の値との間の差を算出するステップと、
（ｇ）前記電力試行熱影響部幅と好ましい有効熱影響部幅の値との間の差が許容誤差値範囲内であるときは、鍛接装置の動作電力を算出した実効電力に設定し、または、鍛接コンピュータプログラム実行に際し、電力試行規格化電気的基準深さの値と、電力試行規格化熱影響部幅の値とを入力することにより、電力試行鍛接からの熱影響部幅（ＨＡＺ）多項式を変更させ、かくして変更された熱影響部幅（ＨＡＺ）多項式を決定し、次いで該変更された熱影響部幅（ＨＡＺ）多項式を使用して、ステップ（ｅ）〜（ｇ）を含む一連のステップを反復するステップと、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
（ｈ）プロセッサに、好ましい実効鍛接点温度値を入力するステップと、
（ｉ）試行鍛接温度からの試行鍛接点温度と、動作周波数及び動作電力下の鍛接装置により得られる好ましい実効鍛接点温度との間の差を比較するステップと、
（ｊ）前記差が許容誤差値外であるときは試行鍛接エンタルピー値を増分変化させると共に、該増分変化された試行鍛接エンタルピー値を前記試行鍛接エンタルピー値として一連のステップ（ｅ）〜（ｉ）を反復するステップと、
を更に含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
熱拡散率、電気抵抗率、比透磁率、密度、厚み、の各値を各有する１つ又はそれ以上の材料の鍛接中における、接合速度下での鍛接点通過時の鍛接加熱長さ部分を形成するところの好ましい有効熱影響部幅のための、鍛接装置における動作周波数を設定するための方法であって、
（ａ）鍛接コンピュータプログラムを実行するプロセッサに、好ましい有効熱影響部幅
値を入力するステップと、
（ｂ）前記プロセッサに、鍛接装置の試行動作周波数値を入力するステップと、
（ｃ）前記鍛接コンピュータプログラム実行に際し、算出した試行規格化熱影響部幅に試行熱的基準深さを乗算し、かくして熱影響部算出幅を決定するステップにして、前記試行規格化熱影響部幅が、前記鍛接コンピュータプログラム実行に際し、メモリ装置に記憶させた熱影響部（ＨＡＺ）多項式における前記試行規格化電気的基準深さの値を使用して決定され、前記試行規格化電気的基準深さの値が、前記鍛接のコンピュータプログラム実行に際し、試行電気的基準深さξを試行熱的基準深さで除算することにより決定され、該試行熱的基準深さξが、
【数１】
0005595658.tif 000008
により確立され、
前記ρが１つ又はそれ以上の材料の各１つにおける電気抵抗率、μが同比透磁率、ｆが試行鍛接装置動作周波数であり、また、前記試行熱的基準深さが、
【数２】
0005595658.tif 000009
により確立され、εが前記１つ又はそれ以上の材料の各１つにおける熱拡散率、ｙが鍛接加熱長、ｖが鍛接速度であるステップと、
（ｄ）算出した熱影響部幅と、好ましい有効熱影響部幅との間の差が許容誤差値範囲内であるときは、鍛接装置の動作周波数を試行鍛接装置動作周波数に設定し、前記差が許容誤差値範囲内ではないときは、鍛接コンピュータプログラム実行に際して試行鍛接装置動作周波数を増分変化させると共に、該増分変化された試行鍛接動作周波数を試行鍛接装置周波数として、プロセッサによる前記ステップ（ｂ）〜（ｄ）を含む上記一連のステップを反復させるステップと、
（ｅ）ＰE＝Ｈ・γ・ＸE・ｈ・ｖにより確立される、算出された実効電力値ＰEを決定するステップにして、Ｈが鍛接の試行エンタルピーの値、γが前記１つ又はそれ以上の材料の各１つにおける密度、ＸEが好ましい有効熱影響部幅の値、ｈが前記１つ又はそれ以上の材料の各１つにおける厚み、ｖが溶接速度であるステップと、
（ｆ）動作周波数及び算出された実行電力下での電力試行鍛接からの電力試行熱影響部幅と、好ましい有効熱影響部幅の値とを比較するステップと、
（ｇ）電力試行熱影響部幅と好ましい有効熱影響部幅との間の差が許容誤差値範囲内であるときは、鍛接装置の動作電力を算出した実行電力値に設定し、または、鍛接コンピュータプログラム実行に際し、電力試行規格化電気的基準深さの値と、電力試行規格化熱影響部幅の値とを入力することにより、電力試行鍛接からの熱影響部幅（ＨＡＺ）多項式を変更させ、かくして変更された熱影響部幅（ＨＡＺ）多項式を決定し、次いで該変更された熱影響部幅（ＨＡＺ）多項式を使用してステップ（ｅ）〜（ｇ）を反復することを含む一連のステップ反復するステップと、
を含む方法。
【請求項６】
（ｈ）プロセッサに好ましい実効鍛接点温度値を入力するステップと、
（ｉ）試行鍛接温度からの試行鍛接点温度と、動作周波数及び動作電力下での鍛接装置により得られる好ましい実行鍛接温度との間の差を比較するステップと、
（ｊ）前記差が許容誤差値外であるときは試行鍛接エンタルピー値を増分変化させると共に、該増分変化された試行鍛接エンタルピー値を前記試行鍛接エンタルピー値として一連のステップ（ｅ）〜（ｉ）を反復するステップと、
を更に含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
接合速度下に鍛接点を通過して鍛接加熱長さ部分を形成する、熱拡散率、電気抵抗率、比透磁率、密度、厚み、の各値を各有する１つ又はそれ以上の材料にして、鍛接中に熱影響部が形成される材料を鍛接する鍛接装置の動作周波数を制御するための鍛接システムであって、
コンピュータシステムを含み、該コンピュータが、一連の鍛接パラメータを入力するための１つまたはそれ以上の装置を含み、前記鍛接パラメータが、前記１つまたはそれ以上の材料の各々に対する熱拡散率、前記１つまたはそれ以上の材料の各々に対する電気抵抗率、前記１つまたはそれ以上の材料の各々に対する比透磁率、鍛接速度、好ましい有効熱影響幅、試行鍛接装置動作周波数、を含み、前記装置が、熱影響部（ＨＡＺ）多項式を記憶する１つまたはそれ以上のコンピュータメモリ記憶装置と、鍛接システムの一連の自己調節動作を含むコンピュータプログラムを実行するプロセッサにして、前記一連の自己調節動作が、
（ａ）
【数３】
0005595658.tif 000010
により確立される試行熱的基準深さδにして、εが前記１つ又はそれ以上の材料の各１つにおける熱拡散率、ｙが鍛接加熱長、ｖが鍛接速であるδを算出、
（ｂ）
【数４】
0005595658.tif 000011
により確立される試行電気的基準深さξにして、ρが１つ又はそれ以上の材料の各１つにおける電気抵抗率、μが同比透磁率、ｆが試行鍛接装置動作周波数であるξを算出、
（ｃ）試行電気的基準深さを試行熱的基準深さで除算した値に等しい試行規格化電気的基準深さを算出、
（ｄ）ＨＡＺ多項式における試行規格化電気的基準深さの値を使用して試行規格化熱影響部幅計算値を算出、
（ｅ）試行規格化熱影響部幅計算値に試行熱的基準深さを乗算することにより、試行規格化熱影響部幅計算値を、算出された熱影響部幅値とすること、
（ｆ）熱影響部幅算出値と、好ましい有効熱影響部幅との間の差を比較、
（ｇ）前記差が許容誤差値範囲内ではないときは、試行鍛接装置動作周波数を増分変化させると共に、該増分変化される試行鍛接装置動作周波数を使用してステップ（ｂ）〜（ｇ）を含む前記一連のステップを反復、
（ｈ）前記差が許容誤差値範囲内であるときは、鍛接装置動作周波数を試行鍛接装置動作周波数に設定、
を含む前記自己調節動作を含むコンピュータプログラムを実行するプロセッサと、
を含むコンピュータシステムを含む鍛接システム。
【請求項８】
接合速度下に鍛接点を通過して鍛接加熱長さ部分を形成する、熱拡散率、電気抵抗率、比透磁率、密度、厚み、の各値を各有する１つ又はそれ以上の材料にして、鍛接中に熱影響部が形成される材料を鍛接する鍛接装置の動作周波数及び動作電力を制御するための鍛接システムであって、
コンピュータシステムを含み、該コンピュータシステムが、一連の鍛接パラメータを入力するための１つまたはそれ以上の装置を含み、前記鍛接パラメータが、前記１つまたはそれ以上の材料の各々に対する熱拡散率、前記１つまたはそれ以上の材料の各々に対する電気抵抗率、前記１つまたはそれ以上の材料の各々に対する比透磁率、前記１つまたはそれ以上の材料の各々に対する密度、前記１つまたはそれ以上の材料の各々に対する厚み、鍛接速度、好ましい有効熱影響幅、試行鍛接装置動作周波数、試行鍛接エンタルピー、を含み、前記装置が、熱影響部（ＨＡＺ）多項式を記憶する１つまたはそれ以上のコンピュータメモリ記憶装置と、鍛接システムの一連の自己調節動作を含むコンピュータプログラムを実行するプロセッサにして、前記一連の自己調節動作が、
（ａ）
【数５】
0005595658.tif 000012
により確立される試行熱的基準深さδにして、εが前記１つ又はそれ以上の材料の各１つにおける熱拡散率、ｙが鍛接加熱長、ｖが鍛接速であるδを算出、
（ｂ）
【数６】
0005595658.tif 000013
により確立される試行電気的基準深さξにして、ρが１つ又はそれ以上の材料の各１つにおける電気抵抗率、μが同比透磁率、ｆが試行鍛接装置動作周波数であるξを算出、
（ｃ）試行電気的基準深さを試行熱的基準深さで除算した値に等しい試行規格化電気的基準深さを算出、
（ｄ）ＨＡＺ多項式における試行規格化電気的基準深さの値を使用して試行規格化熱影響部幅計算値を算出、
（ｅ）試行規格化熱影響部幅計算値に試行熱的基準深さを乗算することにより、試行規格化熱影響部幅計算値を、算出された熱影響部幅値とすること、
（ｆ）熱影響部幅算出値と、好ましい有効熱影響部幅との間の差を比較、
（ｇ）前記差が許容誤差値範囲内ではないときは、試行鍛接装置動作周波数を増分変化させると共に、該増分変化される試行鍛接装置動作周波数を使用して、ステップ（ｂ）〜（ｇ）を含む前記一連のステップを反復、
（ｈ）前記差が許容誤差値範囲内であるときは、鍛接装置動作周波数を試行鍛接装置動作周波数に設定、
（ｉ）ＰE＝Ｈ・γ・ＸE・ｈ・ｖにより確立される実効電力値ＰEにして、Ｈが試行鍛接エンタルピー値、γが前記１つ又はそれ以上の材料の各１つにおける密度、ＸEが好ましい有効熱影響部幅の値、ｈが前記１つ又はそれ以上の材料の各１つにおける厚み、ｖが溶接速度である実効電力値ＰEを算出、
（ｊ）動作周波数及び算出された実行電力値での電力試行鍛接からの電力試行熱影響部幅と、好ましい有効熱影響部幅の値とを比較、
（ｋ）電力試行熱影響部幅と好ましい有効熱影響部幅との間の差が許容誤差値範囲内ではないときは、電力試行規格化電気的基準深さの値と、電力試行規格化熱影響部幅の値とを入力することにより、電力試行鍛接からの熱影響部幅（ＨＡＺ）多項式を変更させ、かくして変更された熱影響部幅（ＨＡＺ）多項式を決定し、次いで該変更された熱影響部幅（ＨＡＺ）多項式を使用してステップ（ｉ）〜（ｋ）を含む一連のステップを反復、
（ｌ）前記差が許容誤差値範囲内であるときは、鍛接装置の動作電力を算出された実行電力に設定、
を含む前記自己調節動作を含むコンピュータプログラムを実行するプロセッサと、
を含むコンピュータシステムを含む鍛接システム。
【請求項９】
前記１つまたはそれ以上の材料により入力される一連の鍛接パラメータが、好ましい有効鍛接点温度を含み、鍛接システムの前記一連の自己調節動作が、
（ｍ）動作周波数及び動作電力下に動作する鍛接装置を使用しての試行鍛接温度からの試行鍛接点温度を好ましい有効鍛接点温度と比較、
（ｎ）前記試行鍛接点温度と好ましい有効鍛接点温度との間の差が許容誤差値範囲内ではないときは、試行鍛接エンタルピーを増分変化させると共に、前記ステップ（ｉ）〜（ｎ）を含む前記一連のステップを反復、
を更に含む請求項８に記載の鍛接システム。
【請求項１０】
１つ又はそれ以上のコンピュータメモリ記憶装置が、１つ又はそれ以上の一連の鍛接パラメータを記憶する請求項７または８に記載の鍛接システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に鍛接方法に関し、特に、入力された、鍛接工程における鍛接温度と、加熱により影響を受けた部分（heat affected zone: HAZ）の幅とに応じて鍛接装置のパラメータを制御する動作周波数算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鍛接には、金属部品、例えば金属板同士の接合を行う鍛接接合もある。
【０００３】
例えば、図１（ａ）は、プレート１０３の端と、プレート１０５の表面との典型的な部分的Ｔ継ぎ手鍛接１０１を表している。図１（ｂ）は、プレート１０９の端面と、プレート１１１の端面との典型的な部分的突き合わせ継ぎ手鍛接を表している。
【０００４】
金属片や金属板が、鍛接による継ぎ目が形成される方向である縦方向に、移動させられながら、鍛接点において前記金属板や前記金属片の端部同士が曲げられて接触するように力が加えられて接合されるような鍛接接合もある。
【０００５】
例えば、図２に示すように、金属片が、１重矢印（頭が１つの矢印）の方向に移動し、金属片の端部同士が押圧されるように２重矢印（頭が二つある矢印）で示される方向に圧力が加えられ、鍛接による継ぎ目１１７を形成するための鍛接する場所である鍛接点１１５において金属片の端部同士を接合することによって、チューブ１１３を形成することができる。
【０００６】
鍛接工程においては、鍛接するために鍛接温度まで加熱された鍛接点(weld point)に高い圧力が加えられる。一般的に鍛接温度は、金属が接合される融点より低いが、可能な限り融点に近くなる。金属を鍛接温度まで上昇させるためには、適切なエネルギー源、例えば、レーザー、電子ビーム、電気抵抗、高周波電気誘導を使用することができる。
鍛接工程は、結果として加熱により影響を受けた部分（heat affected zone: HAZ）を作り出す。このHAZは、金属の部分であって、鍛接の工程の間溶融しないが、その微細構造と機械的特性は工程中の加熱により変化する。
例えば図２において、点線１１８は、一般的な、鍛接による継ぎ目の両側にあるＨＡＺの外側の境界線を示す。
【０００７】
図３（ａ）と図３（ｂ）とにより明確に示すように、ＨＡＺの幅であるXEは、外側の境界線１１８同士の間の距離に等しい。
実際には、ＨＡＺの外側の境界線は、鍛接部の長さ全体にわたって均一な直線ではないかもしれないが、ＨＡＺの幅は、通常、直線とした境界線によって近似される。
ＨＡＺの幅を最小化することは、一般に、加熱されていない金属の部分とは異なった特性を持っている金属の量を最小限にする。
【０００８】
望ましい又は効果的 （実効的）なＨＡＺの幅は、多くの鍛接パラメータの複雑な関数で決まる。それらのパラメータには、下記のものに限定はしないが、鍛接時の誘導加熱周波数、部品の内壁の厚み、部品の形状寸法、鍛接の加熱長さ、鍛接点における部品の移動速度と角度が含まれる。
【０００９】
誘導鍛接（induction forge welding）の１つの際だった応用としては、高周波誘導チューブとパイプによる長尺部材の長尺２辺の接合がある。この接合は、図２、図３（ａ）、図３（ｂ）に図示するように、鍛接する場所まで長尺部材の隣り合った長尺辺が到達する前に、チューブ形成機によって長円形となるように長尺部材の二つの長尺辺に力が加えられ、融点まで加熱された状態で極めて短時間高圧を印加することにより成し遂げられる。
この温度では、固相への拡散速度は大変速いものとなり、結果としてごく短時間で良質の接合ができる。
理想的には、溶融金属のすべては、接合面を溶接ビードの内径または外径から締め付けられるべきである。そして、接合剤は溶融金属でも鋳造金属でもない。
【００１０】
図２に示すように、誘導のための電力は、図示しない適切なＡＣ電源から誘導コイル１２１に供給される。それによって、長尺部材の長尺２辺によって形成されるＶ字型の領域の周囲の金属中に電流が引き起こされる。
引き起こされた電流は、チューブの背後部を回り、そして、図２において破線で示された典型的な流れのライン１１９によって図示されているように、Ｖ字型の両辺を回って鍛接点１１５に流れる。
【００１１】
このＶ字領域の“ｙ”で示す距離は、そのコイルの鍛接点側の端と鍛接点との間の距離にほぼ等しい。
一般に、この距離は、特に鍛接装置と関係があるので、この距離のそのほかの定義も、その定義による距離が特に鍛接装置に使われるものである限りは、その定義を使用してもよい。距離“ｙ”は、鍛接加熱長さと見なすことが出来る。図２においては、筒型コイルを表しているが、その他の種類のコイルを使用しても良い。
【００１２】
実効的なＨＡＺの幅は、多くの鍛接パラメータの複雑な関数で決まる。それらのパラメータには、下記のものに限定はしないが、鍛接時の誘導加熱周波数、部品の内壁の厚み、部品の形状寸法、鍛接の加熱長さと角度、部品の接合速度、部品の材質が含まる。以下に、これらのパラメータがどのように数学的に適用されるかについて説明する。
【００１３】
電気的基準深さ、又は、浸透深さであるξは、その工程が誘導鍛接工程であるときは、式（数１）によって計算することが出来る。ここで、前記電気的基準深さ、又は、浸透深さであるξは、金属部品の端からの距離で定義される。引き起こされた電流は、およそ指数関数的にその表面での値のｅ-1 (0.368)倍の値まで減少する。
【数１】
0005595658.tif 000002
ρは金属部品の抵抗率、μは金属部品の比透磁率、ｆは供給電源の周波数、πは円周率（３．１４１５９）である。
【００１４】
熱的基準深さ、又は、熱拡散深さであるδは、式（数２）によって計算することが出来る。ここで、熱的基準深さ、又は、熱拡散深さであるδは、どれくらいの深さまでその端部が、熱伝導によって加熱されたかを表す。
【数２】
0005595658.tif 000003
εは金属部品の熱拡散率、ｙは鍛接加熱長さとも見なされる“Ｖ”の長さ、ｖは鍛接速度と見なされる金属部品が鍛接点を通過する速度である。
電気的基準深さとHAZの幅の値が、熱拡散深さによって規格化されたとき、これら両方の値の間には、関数関係が成り立つ。
【００１５】
規格化された電気的基準深さZnは、式（数３）によって計算することが出来る。
【数３】
0005595658.tif 000004
HAZの規格化幅Xnは、式（数４）によって計算することが出来る。
【数４】
0005595658.tif 000005
式（数４）又はHAZの規格化幅は、特定の種類の金属材料を使った鍛接評価によって立証することが出来る。例えば、図４で示す評価データのプロットX1からX18までは、規格化された電気的基準深さ（Zn）と、それに対応するHAZ（Xn）の規格化幅とを表している。適切なモデルを使って評価データのフィッティングカーブを描くことが出来る。
この例では、適切な非線形曲線近似モデルがプロットデータを多項式の方程式である式（数４）にあわせるのに使用される。式（数４）は、図４において多項式曲線p1で示すように図式的に描かれている。
その多項式は、一般的に
0005595658.tif 000006
で表され、式（数４）の係数a0, a1, a2 ,a3は、特定の材料について評価や試験によって得られたプロットデータから導かれたものである。
【００１６】
実効的な鍛接力PEは、式（数５）から計算することが出来ます。
【数５】
0005595658.tif 000007
Hは、鍛接工程のエンタルピーに等しい。即ち、このエンタルピーとは、鍛接工程において、金属の温度が、鍛接前の温度から鍛接温度まで上昇させられたときの金属のエンタルピー変化（PE がワットで計算されるときは、ジュールで測定される。）のことである。γは、金属の密度（ｋｇ／ｍ3）である。XEは、ＨＡＺの有効幅（ｍ）である。ｈは、鍛接する金属の厚み（ｍ）である。ｖは、鍛接点で金属が鍛接される速さ（ｍ／ｓｅｃ）、又は鍛接速度（ｍ／ｓｅｃ）のことである。 
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、鍛接のためのＨＡＺの望ましい幅と、鍛接の際の１つ以上の材料の望ましい鍛接温度とを特定することによって、必要とされる、鍛接装置の動作周波数又は動作電力の設定の知識なしに鍛接装置によって鍛接を成し遂げることである。
本発明の他の目的は、鍛接装置のオペレータによって周波数と電力の設定の入力をされることなく、所望の鍛接を成し遂げるために、鍛接工程における鍛接装置の動作周波数と動作電力の設定を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一形態においては、本発明は、１つ又はそれ以上の材料の鍛接を行うために鍛接のパラメータを制御する装置である。その装置は、コンピュータと、１つ又はそれ以上の記憶装置と、プログラムから構成されている。そのコンピュータプログラムは、入力されたＨＡＺの幅と鍛接温度に応じて、鍛接装置の動作周波数や動作電力の設定を算出する自己調節ルーチンを実行する。
本発明の他の形態は、１つ又はそれ以上の材料の鍛接を行う鍛接装置の動作周波数と動作電力との設定を算出する方法である。その方法は、鍛接装置の動作周波数と動作電力の設定を算出するための、ＨＡＺの幅の入力と、鍛接温度の入力とを含んでいる。動作周波数と動作電力の設定を算出するために、鍛接装置のデータとして、鍛接速度と、鍛接加熱長さと、１つ又はそれ以上の材料のパラメータが参照され、材料のパラメータとして、材料の厚み、材料の密度、材料のエンタルピーが参照される。測定されたＨＡＺの幅と、測定された鍛接温度は、許容範囲内で、入力されたＨＡＺ幅と、入力された鍛接温度と等しいので、算出された動作周波数又は動作電力を調整するために、ＨＡＺの幅と鍛接温度は、鍛接中に測定されてもよい。
本発明の他の形態としては、この明細書と添付の特許請求の範囲に記述されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図６（ａ）と図６（ｂ）では、１つの、これには限定しない、本発明の鍛接装置の動作パラメータを算出する装置と方法の例について示している。
その装置と方法は、金属の長尺部材や板の長尺辺同士の誘導鍛接（induction forge welding）を対象としているが、この技術に精通した者は、その装置や方法をHAZが形成されるどんな鍛接工程にも適用することができる。
【００２０】
その図に示されたルーチンは、この技術に精通した者によってコンピュータプログラムのコードとして具体化され、プロセッサ、記憶装置、入出力装置（これらに限定しないが）を備えた適切なコンピュータハードウエアによって実行される。
【００２１】
「金属」という言葉は、単純に、鍛接される部材であって（これらに限定されないが）金属の長尺部材や板を含むものを表現する言葉として使われます。「鍛接機」や「鍛接装置」という言葉は、単純に、一般に金属の鍛接のために使われる機械装置であって（これに限定されないが）成形機を含む物を表現する言葉として使われる。
「鍛接用電源」という言葉は、単純に、一般に鍛接のために金属を加熱するエネルギー源であって、（これに限定されないが）電気誘導電源を含む物を表現する言葉として使われる。
【００２２】
ルーチン１２において、金属の材料パラメータは、適切な手段によって入力される。
例えば、鍛接装置のオペレータは、適切な入力装置、例えば、キーボードからそれぞれのパラメータの値を入力することが出来る。また、オペレータは、特定の材料を表しているコードを入力しても良い。この場合、特定の材料の必要なパラメータは、適切な記憶装置に記憶されており、それらのデータは、本発明の装置や方法によって参照される。
【００２３】
材料のパラメータは、金属の厚み（ｈ）、金属の抵抗率（ρ）、金属の比透磁率（μ）、金属の熱拡散率（ε）、金属のエンタルピー（Ｈ）、金属の密度（γ）を含んでいる。
ルーチン１４では、鍛接パラメータが適切な手段によって入力される。例えば、鍛接装置のオペレータは、それぞれのパラメータを適切な入力装置から入力します。また、１つ又はそれ以上のパラメータの値は、適切な記憶装置に記憶されている参照用テーブルから入力されても良い。
記憶されている値は、入力された材料パラメータと特定の鍛接機の動作パラメータとの１つ又はそれ以上を基にしている。それらのデータは、本発明の装置や方法によって参照される。鍛接装置のパラメータは、鍛接加熱長さと鍛接速度を含んでも良い。
【００２４】
ルーチン１６では、鍛接パラメータは、適切な手段によって入力される。例えば、鍛接機のオペレータは、適切な入力装置によってそれぞれのパラメータを入力することができる。また、１つ又はそれ以上のパラメータは、適切な記憶装置に記憶されている参照テーブルであって、入力された材料パラメータと特定の鍛接装置の動作パラメータとのうち一種又はそれ以上のパラメータに基づいた値の参照テーブルから入力されてもよい。
入力された鍛接パラメータは、ＨＡＺ（XE）の効果的 （実効的）な幅と、溶接点温度（TE）とを含んでいても良い。
【００２５】
ルーチン１８では、試行熱的基準深さが、本発明の限定しない例である式（数２）から算出される。ルーチン２０では、初期の電気鍛接の試行周波数F0が入力される。例えば、その方法が使用される鍛接機は、動作電力の周波数範囲が１０キロヘルツから１００キロヘルツである。初期の試行周波数１０キロヘルツは、あらかじめ設定され、適切な記憶装置に記憶されている。
【００２６】
もう一つの方法として、鍛接装置のオペレータは、適切な入力装置から初期の試行周波数を手動で入力しても良い。いずれにしても、選択されたＨＡＺ（XE）の効果的 （実効的）な幅のための動作周波数は、下記において更に説明されるように、繰り返し作業によって決定されるので、特定の初期試行周波数の選択は、決定的に重要なことではない。
ルーチン２２では、試行電気的基準深さが、上記の本発明の限定しない例である式（数１）から算出される。ルーチン２４では、試行規格化電気的基準深さZnが、上記の本発明の限定しない例である式（数３）から算出される。
【００２７】
この試行規格化電気的基準深さZnの値は、ルーチン２６で入力される。
ルーチン２６では、ＨＡＺ（Xn）の対応する試行規格化幅を、上記の本発明の限定しない例であるＨＡＺの規格化幅の式（数４）から算出する。
ルーチン２８では、ＨＡＺ（Xn）の試行規格化幅は、ルーチン１８で算出された試行熱的基準深さにXnを掛けることによって算出されたＨＡＺ（Xc）の幅に変更される。ルーチン３０では、計算されたＨＡＺの幅は、前もって入力された効果的 （実効的）な幅XEと比較される。
【００２８】
XcがXEと許容誤差範囲内で同じでなければ、ルーチン３２を実行し、ルーチン３２においてF0は、新しい値に変更される。例えば、Δεを許容誤差の値としたときに、XC > XE + Δεならば、新しい試行値F0は、古い試行値F0に、選択された初期の増分周波数変化ΔFを加えたものになる。
【００２９】
逆に言えば、XC < XE - Δεならば、新しい試行値F0は、古い試行値F0に、選択された初期の増分周波数変化ΔFを引いたものになる。
その後の繰り返しでは、繰り返し作業は、最終的に計算されたXc = XE ± εで帰着するために、増分周波数変化ΔFは、例えば半分に減少します。ここで、εは、もし使用されるなら、許容誤差値であり、要求されるＨＡＺの効果的 （実効的）な幅のためのものである。
ルーチン３４では、XC = XE ± εのための試行値F0は、設置された周波数FSETと同じ値に設定される。別の種類の適切な繰り返し方法が設定周波数に収束させるために使われてもよい。
【００３０】
本発明のいくつかの例として、鍛接装置の動作パラメータを算出する装置と方法は、鍛接装置の動作周波数の算出を行うことが出来る。
本発明の他の例として、そのシステムと方法は、鍛接装置の動作電力設定の算出を行うことが出来る。
【００３１】
ルーチン３４において、Xc = XE ± εが設定周波数FSETに設定されたとき、実行電力PEは、ルーチン３６において、これに限定しない発明例の式(数５)から算出され、実行電力値は、動作電力PSETと同じ値に設定されることが出来る。ルーチン３８では、動作周波数FSETと動作電力PSETとで、鍛接の試行を行う。試行によって実測されたＨＡＺの幅XTESTは、ルーチン４０において、適切な検出手段、例えば熱探知カメラ、から入力される。熱画像解析は、金属の断面幅に対する、温度の図的表示を作成する。
【００３２】
例えば図５に示すように、鍛接点において最大温度Tmaxとなり、鍛接点から一般的なベル形状曲線を描いて次第に温度が低くなる。XTESTには、図に示すように典型的な値として、例えば0.5Tmaxを割り当てることが出来る。もう一つの方法として、ＨＡＺの幅は、鍛接されたチューブを切断した冶金サンプルから決定することが出来る。図５の温度曲線形状と、ＨＡＺの幅の境界の温度としての0.5Tmaxの選択は、これに限定したものではない。
【００３３】
特定の鍛接装置と、鍛接方法のために、他の温度曲線と、ＨＡＺの幅の境界温度とを適用することが出来る。即ち、温度曲線と境界温度とは、鍛接方法と関連がある。
ルーチン４２は、試行したＨＡＺの幅XTESTとＨＡＺの実行幅XEの比較を行う。
XTESTとXEとが許容誤差範囲内で等しくなかったとき、ＨＡＺの評価による近似曲線の幅は、ルーチン４４で変更されます。設定された、周波数FSET、電力PSETに起因するZnとXnとによって定義され、試行にも使用される点は、近似曲線を生成するために使用される点として加えられます。そして新しい曲線近似の解析が行われる。
【００３４】
ルーチン２６から４２は、試行ＨＡＺ幅XTESTが許容誤差範囲内で入力されたＨＡＺ幅XEと同じになるまで繰り返して実行される。ルーチン４３では、試行が続けられ、実際の試行での鍛接点の温度TMAXは、入力された実効鍛接点温度TEとルーチン４８で比較される。
実際の試行での鍛接温度は、適当なセンサー、例えば高温計（pyrometer）を使用してルーチン４６で入力される。
【００３５】
TMAXが実効的な鍛接点温度TEと許容誤差範囲内を超えて異なっていたとき、金属のエンタルピーＨの値は、ルーチン５０で新しい値に変更されます。実効電力値PEの新しい値は、ルーチン３６で計算される。
例えば、Δεを許容誤差値としたとき、TMAX > TE + Δεの場合は、新しいエンタルピーＨの値は、古い値から、選択された漸進的変化ΔHを引いた値となる。逆に言えば、TMAX > TE - Δεの場合は、新しいエンタルピーＨの値は、古いエンタルピーＨの値に選択された漸進的変化ΔHを加えた値になる。
その後の繰り返しにおいて、繰り返しのプロセスが最終的に計算されたTMAX > TE + Δεに帰着するために、エンタルピーの漸進的変化ΔHは、例えば半分に減少する。ここで、εは、もし使用されるなら、許容誤差値であり、要求されるＨＡＺの実効的な幅のためのものである。
【００３６】
ルーチン３６から４８は、TMAX = TE ± εとなるまで繰り返して実行されます。ここで、εは、要求される実効的な鍛接点温度のための許容誤差値である。この条件が満たされたとき、ルーチン５２は、鍛接機の動作周波数FSET、動作電力PSETでの本番運転を決定する。
米国特許第５９０２５０６号と米国特許第５９５４９８５号とは、鍛接装置電源の周波数と電力の大きさの調整のための器具と方法を開示しており、それらは本発明で使用することが出来る。
【００３７】
それ故に、本発明の鍛接装置の動作パラメータの算出のための装置と方法の一例として、コンピュータプログラムは、入力されたＨＡＺ幅と鍛接温度に応じて、鍛接装置のために動作周波数と動作電力の設定を算出する。鍛接装置のデータと、鍛接工程で鍛接される１つ又はそれ以上の材料のパラメータのデータと、に基づいてコンピュータが計算することが出来る。
上記発明の例は、これに限定されない鍛接装置のデータと、鍛接工程で鍛接される１つ又はそれ以上の材料のパラメータのデータと、であって、本発明の装置または方法で使用することが出来るものについて説明する。
【００３８】
前述の例は、開示された発明の範囲を限定するものではない。開示された発明の範囲は、添付した特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
発明を図解する目的で現在の好ましい形態について図示する。しかしながら、この発明は、図示されている配置や手段に限定されるものではない。
【図１（ａ）】典型的な部分的Ｔ字継ぎ手鍛接を示した図である。
【図１（ｂ）】典型的な突き合わせ継ぎ手鍛接を示した図である。
【図２】金属の板や長尺部材の対向する長尺辺同士を鍛接することによる、典型的なチューブの形成について示した図である。
【図３（ａ）】チューブを形成するために金属の板や長尺部材の対向する長尺辺同士を鍛接することと関係があるパラメータについて示した図である。
【図３（ｂ）】鍛接によって形成されたチューブのパラメータの説明が記載された図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】評価データプロットから生成されたＨＡＺ多項式が示す規格化幅の典型的な説明図である。
【図５】ＨＡＺ幅の計算に用いられる典型的な温度分布曲線である。
【図６（ａ）】入力されたＨＡＺの幅と鍛接温度とを基にした、鍛接工程における鍛接装置の動作周波数と動作電力の設定を決定する工程を説明するフローチャート図である。
【図６（ｂ）】入力されたＨＡＺの幅と鍛接温度とを基にした、鍛接工程における鍛接装置の動作周波数と動作電力の設定を決定する工程を説明するフローチャート図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０１      部分的Ｔ継ぎ手
１０３      プレート
１０５      プレート  
１０９      鍛接プレート
１１１      プレート
１１３      チューブ
１１５      鍛接点
１１７      継ぎ目
１１８      境界線
１１９      流れのライン
１２１      誘導コイル
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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