(57)【要約】【課題】パイプ部材の圧接溶接において、誘導加熱温度を簡易に制御する。【解決手段】パイプ部材の圧接溶接における誘導加熱の温度制御において、基準となるパイプ部材を溶接温度に昇温し、該温度に保持して圧接溶接するように誘導加熱コイルの付加電力を段階的に制御する簡易なマスタパターンＰ１  −Ｐ２  −Ｐ３  を設定し、被溶接部材の変化に応じて前記基準パイプ部材のマスタパターンの数値に所定の比率をかけたパターン（Ｐ１  ×ｋ１  ）−（Ｐ２  ×ｋ２  ）−（Ｐ３  ×ｋ３  ）により付加電力を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプ部材の圧接溶接における誘導加熱において、基準となるパイプ部材を溶接温度に昇温し、該温度に保持して圧接溶接するように誘導加熱コイルの付加電力を段階的に制御する簡易なマスタパターンを設定し、被溶接部材の変化に応じて前記基準パイプ部材のマスタパターンの数値に所定の比率をかけたパターンにより付加電力を制御することを特徴とするパイプ部材の圧接溶接における誘導加熱の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイプ同士あるいはパイプとエルボやチーズなど熱容量の異なるパイプ部材を圧接溶接する際の誘導加熱における温度制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パイプ部材の溶接において、図３に示すように被溶接パイプ部材１の溶接部を加熱コイル２により誘導加熱して圧接溶接する方法が行われている。圧接溶接では、被溶接パイプ部材の溶接部を溶接温度まで加熱し、溶接温度で保持しながら該パイプ部材に圧力をかけて圧接するが、被溶接パイプ部材を所定温度に昇温して、その温度に保持する場合に、加熱温度に応じて熱容量、熱抵抗が変わるので温度を一定に保持するためには温度により入力電力を変化させなければならない。
【０００３】
また、パイプ部材の溶接には図３（ａ）に示すような長尺パイプ同士を溶接する場合の他に、図３（ｂ），（ｃ），（ｄ）のようにパイプの一端にソケット、チーズ、エルボなどの形状の異なるものを溶接する場合がある。このように溶接部の両側のパイプ部材の長さ、厚み、形状が異なると熱容量、熱抵抗が変わり必要入熱量が異なるので、異なる寸法形状などの被溶接パイプ部材を同一溶接温度に加熱保持するためには被溶接パイプ部材の熱容量に応じて昇温、保持電力を変えなければならない。
【０００４】
このため、従来は溶接加熱部の温度を検出し、その検出値をフィードバックして加熱コイルの付加電力を変えるフィードバック制御を行って溶接部の温度を一定に保つ制御方法が採用されている。
【０００５】
あるいは、被溶接パイプ部材の形状寸法などに合わせて、あらかじめ付加電力の変化をプログラムしておき、被溶接パイプ部材に対応させてプログラムを選択して付加電力を制御して加熱する方法が採られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記前者のフィードバック制御は装置が複雑になり高価である。また、溶接は現場で行う場合があり操作や保守が面倒であるという問題点があった。
【０００７】
また、前記後者のプログラム制御は被溶接パイプ部材の寸法が多種あり、また様々な形状の材料を昇温、保持するため、記憶するプログラムが複雑かつ多くなり、現場などではその選択が非常に面倒かつ困難であった。
【０００８】
そこで本発明は上記問題点を解決するために現場的な近似的方法を採用し、現場作業で各種寸法形状が異なるパイプ部材の圧接溶接において、簡単に誘導加熱の温度制御ができる方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで発明者らは、パイプ部材の圧接溶接における加熱温度制御が精密なプログラム制御するほどの精度は必要ないことに着目し、現場作業に適する実用的な簡易な温度制御方法を発明した。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のパイプ部材の圧接溶接における誘導加熱の温度制御方法は、基準となるパイプ部材を溶接温度に昇温し、該温度に保持して圧接溶接するように誘導加熱コイルの付加電力を段階的に制御する簡易なマスタパターンを設定し、被溶接部材の変化に応じて前記基準パイプ部材のマスタパターンの数値に所定の比率をかけたパターンにより付加電力を制御することを特徴とするものである。
【００１１】
すなわち、本発明のパイプ部材の圧接溶接における誘導加熱の温度制御方法は、加熱コイルの付加電力制御を従来方法のような、温度計測するフィードバック制御や複雑な制御プログラムによるのでなく、まず基準になる寸法形状のパイプ部材の昇温付加電力、保持付加電力を簡単に階段的に変化させるマスタパターンを設定する。そして、被溶接パイプ部材の様々なパイプ寸法、形状に応じてこのマスタパターンに所定比率をかけるだけで変えたパターンにより電力制御する。この比率は昇温、保持の各々について変えることもできる。このように付加電力制御のパターンを簡略化することにより、温度測定することなく簡易に所定の加熱保持をすることができ、現場における作業が容易になりコスト低減できた。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図示の１実施形態について具体的に説明する。図１は本発明実施形態のパイプ圧接溶接における誘導加熱の温度制御方法を説明する図、図２は本発明実施形態に用いた制御装置の概念図である。
【００１３】
まず図２を用いて、本発明実施形態に用いた加熱装置について説明する。本発明実施形態に用いた加熱装置は制御部１０と高周波電源１３と加熱コイル１４とを有する。制御部１０はパターン設定部１１と比率設定部１２とを有する。パターン設定部１１は後述するマスタパターンを設定記憶する。比率設定部１２はパターン設定部１１に設定されたマスタパターンの数値に一定の比率を掛けた数値のパターンを作成する。そして比率設定部１２により規定されたパターンにしたがって高周波電源１３から加熱コイル１４に電力が投入される。
【００１４】
次に前記図２の装置を用いた本発明の圧接溶接における誘導加熱の温度制御方法について図１により説明する。図１の上側は被溶接パイプ部材（以下ワークという）の溶接部加熱の時間−温度曲線、下側は加熱コイルの時間−付加電力のパターンを示す。
【００１５】
本発明の温度制御方法は、図１に示すようにまず基準となる寸法形状の基準部材についてマスタパターンを作成する。例えば基準として、基準寸法の長尺パイプ同士を図３（ａ）のように溶接する場合について、図１の実線で示すようなマスタパターンを設定する。このため長尺パイプのワークを用意し、溶接部を加熱する加熱コイル１４に、時間ｔ０  からｔ１  でワークの溶接部が溶接温度Ｔ０  まで上昇するような電力Ｐ１  を付加する。そして、温度がＴ０  に達すると、溶接部温度がＴ０  に保持されるようにｔ１  で電力をＰ２  まで落としてｔ２  まで維持し、ｔ２  で電力をＰ３  まで落として維持する。これにより溶接部温度をＴ０  に保持し、この間で溶接部に圧力をかけて圧接溶接して溶接を終了する。溶接を終了するとｔ３  で電源を切る。この場合の図１の実線で示すＰ１  −Ｐ２  −Ｐ３  線図をマスタパターンとして制御部１０のパターン設定部１１に記憶する。
【００１６】
次に、前記パターン設定部１１に設定されたマスタパターンの数値に一定の比率を掛けた数値のパターンを比率設定部１２に作成するが、同じワークを圧接溶接する場合には、比率設定部１２に設定する比率ｋ１  ，ｋ２  ，ｋ３  は１００％にする。こうして、比率設定部１２に設定したパターンを選択して誘導加熱することにより、同じ形状寸法のワークは図１の同じ温度条件で加熱し圧接溶接することができる。
【００１７】
次に、例えば基準寸法より小さい寸法の長尺パイプ同士を溶接する場合は、基準パイプより熱容量が小さいので図１の実線のマスターパターンと同じ電力を付加すると温度が上がり過ぎる。そこで、パターン設定部１１に記憶された前記マスタパターンの数値に一定の比率ｋ１  ，ｋ２  ，ｋ３  を掛けた数値のパターンを図２の比率設定部１２に作成する。このパターンを図１の破線で示す。この比率ｋ１  ，ｋ２  ，ｋ３  は、ワークが図１の上側の昇温、保持の温度値になるように設定する。そして、この破線のパターンにより高周波電源１３に加熱コイル付加電力を指示する。この設定比率値ｋ１  ，ｋ２  ，ｋ３  を、この寸法のパイプ部材の溶接の基準比率値として基準パターンとする。ここでは電力Ｐ１  ，Ｐ２  ，Ｐ３  に対する比率をｋ１  ，ｋ２  ，ｋ３  と変えたが、実用上はほとんどｋ＝ｋ１  ＝ｋ２  ＝ｋ３  と同一値で設定してよい。また、図１の破線は基準パイプより小さいパイプについて記載されているが、基準パイプより大きいパイプを溶接する場合は熱容量が大きいので比率ｋ％は１００より大きくなる。そして前記同様に基準比率値で設定したパターンを選択して誘導加熱することにより、同じ形状寸法のワークは図１の同じ温度条件で加熱し圧接溶接することができる。
【００１８】
次に、例えば図３（ｂ）の形状のパイプ端部にソケットを溶接する場合について考えると、前記の両側が長尺パイプの溶接に比して図の左側のソケット部の熱容量が小さいので、前記と同様に基準パターンと同じ電力を付加すると温度が上がり過ぎる。
【００１９】
この場合も、前記の制御部１０のパターン設定部１１に記憶されたマスタパターンを使用する。そして前記と同様にこのマスタパターンに比率設定部１２により一定の比率ｋ´を掛けた数値のパターン作成し、このパターンにより高周波電源１３に指示する。そして前記同様にこの比率ｋ´は、図１の上側の温度値に保持されるように設定する。この設定値ｋ´をかけたパターンを図３（ｂ）のソケット溶接の基準パターンとする。
【００２０】
このようにして各種の形状寸法のワークの基準比率、基準パターンを作っておき、以後の実際の溶接のときは被溶接パイプ部材の種類によりその基準パターンを選択使用して加熱すれば、温度測定はしないでも所定の昇熱、温度保持の操作ができる。このように温度測定しないで適正温度に昇熱保持する温度制御できることが本発明の特徴である。
【００２１】
上記実施形態では、昇温の時間・付加電力を１区分、保持の時間・付加電力を２区分としたが、ワークの形状・寸法などによりさらにこれらの時間・付加電力を細分化して設定して精密な制御をすることができる。また、比率ｋはマスターパターンのＰ１  ，Ｐ２  ，Ｐ３  に対して同一としてもよく、あるいはそれぞれに対してｋ１  ，ｋ２  ，ｋ３  と変えることもできる。
【００２２】
さらに、ｔ１  ，ｔ２  ，ｔ３  も変えることができるが、本発明は簡易な制御を目的としているので、マスタパターンを変えないで、マスタパターンに一定の比率を掛けるだけで基準パターンを作ることが望ましい。本発明者らは上記に例を挙げたソケットなどの形状の異なるパイプ部材の溶接においても実用上それが可能なことを見出だしている。
【００２３】
以上述べたように本発明の誘導加熱パイプ圧接溶接における温度制御方法によれば、加熱コイルの付加電力制御を従来方法のような、温度測定するフィードバック制御や、複雑な制御プログラムによるのでなく、まず基準になるパイプ部材により決定した昇温付加電力、保持付加電力を単純に階段的に変化させたマスタパターンを設定し、被溶接パイプ部材の様々なパイプ寸法、形状に応じて昇温、保持の各々について、このマスタパターンに所定比率をかけるだけで変えたパターンにより電力制御するので、付加電力制御のパターンを簡略化することができ、現場における作業が容易になりコスト低減できる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の誘導加熱パイプ圧接溶接における温度制御方法は、簡単な方法で制御できるので、寸法形状の異なった圧接溶接の現場作業が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態のパイプ部材の圧接溶接における誘導加熱の温度制御のパターンを説明する図である。
【図２】本発明実施形態に使用した誘導加熱装置の温度制御の概念図である。
【図３】種々の圧接溶接の例を説明する図である。
【符号の説明】
１  被溶接パイプ部材、２  加熱コイル、１０  制御部、１１  パターン設定部、１２  比率設定部、１３  高周波電源、１４  加熱コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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