(57)【要約】  本願は、溶接用のエンクロージャー（１５）、このような溶接用のエンクロージャー（１５）を含む溶接装置（１０）、及び溶接方法に関する。装置（１０）は、第１及び第２の溶接エレメント（１６、１８）を夫々を受け入れて保持するようになった第１及び第２の向き合った工具面（１２、１４）を有する。溶接用のエンクロージャー（１５）は、溶接エレメント（１６、１８）間の相対的移動及び溶接エレメント（１６、１８）の少なくとも一方の物理的寸法の変化を可能にするハウジング（２２）を含む。溶接用のエンクロージャー（１５）は、更に、ハウジング（２２）を溶接装置（１０）に対して位置決めするための手段を含み、加熱エレメント（２０）が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接装置（１０）に用いられる溶接用のエンクロージャー（１５）であって、
前記溶接用のエンクロージャー（１５）は、
溶接エレメント（１６、１８）間の相対的移動と、前記溶接エレメント（１６、１８）のうちの少なくとも一方の物理的寸法の変化に適応するハウジング（２２、２４ａ、２４ｂ）と、
前記ハウジング（２２、２４ａ、２４ｂ）を前記溶接装置（１０）に対して位置決めするための位置決め手段と、
加熱手段（２０）とを備えた、溶接用のエンクロージャー（１５）。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接用のエンクロージャー（１５）において、
前記ハウジング（２２、２４ａ、２４ｂ）は、前記溶接エレメント（１６、１８）間の相対的移動と、前記溶接エレメント（１６、１８）のうちの少なくとも一方の物理的寸法の変化とに適応できるように、蛇腹状に形成されている、溶接用のエンクロージャー（１５）。
【請求項３】
請求項１に記載の溶接用のエンクロージャー（１５）において、
前記ハウジング（２２、２４ａ、２４ｂ）は、前記溶接エレメント（１６、１８）間の相対的移動と、前記溶接エレメント（１６、１８）のうちの少なくとも一方の物理的寸法の変化とに適応できるように入れ子区分をなして形成されている、溶接用のエンクロージャー（１５）。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の溶接用のエンクロージャー（１５）において、
前記溶接用のエンクロージャー（１５）には、不活性ガスが入っている、溶接用のエンクロージャー（１５）。
【請求項５】
請求項４に記載の溶接用のエンクロージャー（１５）において、
前記不活性ガスはアルゴンである、溶接用のエンクロージャー（１５）。
【請求項６】
請求項１に記載の溶接用のエンクロージャー（１５）において、
前記加熱手段（２０）は、軸線方向に間隔が隔てられた複数の加熱エレメント（２０）を備えた、溶接用のエンクロージャー（１５）。
【請求項７】
請求項６に記載の溶接用のエンクロージャー（１５）において、
前記加熱エレメント（２０）は、前記溶接エレメント（１６、１８）の周囲に少なくとも一つの環状の配列構造を形成する、溶接用のエンクロージャー（１５）。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の溶接用のエンクロージャー（１５）において、
前記加熱エレメント（２０）は、誘導ヒーターである、溶接用のエンクロージャー（１５）。
【請求項９】
請求項１に記載の溶接用のエンクロージャー（１５）において、
前記加熱手段（２０）は、高温の不活性ガスである、溶接用のエンクロージャー（１５）。
【請求項１０】
請求項９に記載の溶接用のエンクロージャー（１５）において、
前記高温の不活性ガスはアルゴンである、溶接用のエンクロージャー（１５）。
【請求項１１】
請求項１に記載の溶接用のエンクロージャー（１５）において、
断熱手段（３２）が、前記溶接用のエンクロージャー（１５）内に、前記装置（１０）の第１及び第２の面（１２、１４）の少なくとも一方と隣接して設けられている、溶接用のエンクロージャー（１５）。
【請求項１２】
請求項１に記載の溶接用のエンクロージャー（１５）において、
ばり取り手段（３０）が、設けられている、溶接用のエンクロージャー（１５）。
【請求項１３】
請求項１２に記載の溶接用のエンクロージャー（１５）において、
前記ばり取り手段（３０）は、前記溶接エレメント（１６、１８）と同心に配置された、前記溶接用のエンクロージャー（１５）の長さの少なくとも幾分かに亘って前記溶接エレメント（１６、１８）に対して平行に移動できるようになった剪断機である、溶接用のエンクロージャー（１５）。
【請求項１４】
請求項１３に記載の溶接用のエンクロージャー（１５）において、
前記剪断機（３０）は、使用されていない場合には、前記装置（１０）の前記第１及び第２の面（１２、１４）の少なくとも一方と隣接して、前記溶接用のエンクロージャー（１５）内に配置されている、溶接用のエンクロージャー（１５）。
【請求項１５】
溶接装置（１０）であって、該溶接装置（１０）は工具を備え、
前記工具は、軸線方向に間隔が隔てられた第１及び第２の向き合った面（１２、１４）を有しており、前記第１及び第２の面（１２、１４）は、溶接エレメント（１６、１８）の夫々を受け入れて作動的に保持することができ、
前記溶接装置（１０）は、更に、溶接用のエンクロージャー（１５）を備えており、
前記溶接用のエンクロージャー（１５）は、前記第１及び第２の工具面（１２、１４）間を延びるハウジング（２２、２４ａ、２４ｂ）を有しており、前記ハウジング（２２、２４ａ、２４ｂ）は、前記溶接用のエンクロージャー（１５）の長さを形成し、
前記溶接用のエンクロージャー（１５）は加熱手段（２０）を含み、
前記ハウジング（２２、２４ａ、２４ｂ）は、前記溶接エレメント（１６、１８）間の相対的移動と、前記溶接エレメント（１６、１８）のうちの少なくとも一方の物理的寸法の変化とに適応する、溶接装置（１０）。
【請求項１６】
請求項１５に記載の溶接装置（１０）において、
前記ハウジング（２２、２４ａ、２４ｂ）は、前記溶接装置（１０）と前記溶接エレメント（１６、１８）との間の相対的移動に適応できるように、蛇腹状に形成されている、溶接装置（１０）。
【請求項１７】
請求項１５に記載の溶接装置（１０）において、
前記ハウジング（２２、２４ａ、２４ｂ）は、前記溶接装置（１０）と前記溶接エレメント（１６、１８）との間の相対的移動に適応できるように、入れ子区分をなして形成されている、溶接装置（１０）。
【請求項１８】
請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の溶接装置（１０）において、
前記溶接用のエンクロージャー（１５）には不活性ガスが入っている、溶接装置（１０）。
【請求項１９】
請求項１８に記載の溶接装置（１０）において、
前記不活性ガスはアルゴンである、溶接装置（１０）。
【請求項２０】
請求項１５に記載の溶接装置（１０）において、
前記加熱手段（２０）は、軸線方向に間隔が隔てられた複数の加熱エレメント（２０）を含む、溶接装置（１０）。
【請求項２１】
請求項２０に記載の溶接装置（１０）において、
前記加熱エレメント（２０）は、前記溶接エレメント（１６、１８）の周囲に少なくとも一つの環状の配列構造を形成する、溶接装置（１０）。
【請求項２２】
請求項２０又は２１に記載の溶接装置（１０）において、
前記加熱エレメント（２０）は、誘導ヒーターである、溶接装置（１０）。
【請求項２３】
請求項１５に記載の溶接装置（１０）において、
前記加熱エレメント（２０）は、高温の不活性ガスである、溶接装置（１０）。
【請求項２４】
請求項２３に記載の溶接装置（１０）において、
前記高温の不活性ガスはアルゴンである、溶接装置（１０）。
【請求項２５】
請求項１５に記載の溶接装置（１０）において、
断熱手段（３２）が、前記溶接用のエンクロージャー（１５）内に、前記工具の第１及び第２の面（１２、１４）の少なくとも一方と隣接して設けられている、溶接装置（１０）。
【請求項２６】
請求項１５に記載の溶接装置（１０）において、
前記断熱手段（３４）が、前記工具の前記第１及び第２の面（１２、１４）と隣接して設けられている、溶接装置（１０）。
【請求項２７】
請求項１５に記載の溶接装置（１０）において、
前記ばり取り手段（３０）が設けられている、溶接装置（１０）。
【請求項２８】
請求項２７に記載の溶接装置（１０）において、
前記ばり取り手段（３０）は、前記溶接エレメント（１６、１８）と同心に配置された、前記溶接用のエンクロージャー（１５）の長さの少なくとも幾分かに亘って前記溶接エレメント（１６、１８）に対して平行に移動できるようになった剪断機である、溶接装置（１０）。
【請求項２９】
請求項２８に記載の溶接装置（１０）において、
前記剪断機（３０）は、使用されていない場合には、前記第１及び第２の工具面（１２、１４）の少なくとも一方と隣接して前記溶接用のエンクロージャー（１５）内に配置されている、溶接装置（１０）。
【請求項３０】
第１及び第２の溶接エレメント（１６、１８）を溶接する方法であって、
ａ）前記溶接エレメント（１６、１８）を溶接装置（１０）に装入する工程と、
ｂ）前記溶接エレメント（１６、１８）間の相対的移動と前記溶接エレメント（１６、１８）のうちの少なくとも一方の物理的寸法の変化とに適応するハウジング（２２、２４ａ、２４ｂ）を備えた溶接用のエンクロージャー（１５）内に前記溶接エレメント（１６、１８）を入れる工程と、
ｃ）前記溶接エレメント（１６、１８）を予熱する工程と、
ｄ）前記溶接エレメント（１６、１８）を溶接する工程と、
ｅ）結果的に得られた溶接された構成要素（２９）の熱分布を前記溶接用のエンクロージャー（１５）内で制御する工程と、
ｆ）前記溶接された構成要素（２９）を前記溶接用のエンクロージャー（１５）から取り出す工程とを含む、方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法において、
前記溶接された構成要素（２９）は、前記工程（ｅ）前に又は前記工程（ｅ）中に、溶接装置から取り出される、方法。
【請求項３２】
請求項３０に記載の方法において、
前記溶接された構成要素（２９）は、前記工程（ｆ）中に又は前記工程（ｆ）後に、溶接装置から取り出される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶接装置の改良に関し、詳細には、溶接冷却速度の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の摩擦溶接装置では、互いに溶接されるべき二つの構成要素を、それらの溶接可能な表面を向き合わせて保持する。二つの構成要素間の摩擦運動によって熱を発生し、これらの構成要素のうちの一方又は両方を軟化する。この熱は、線形摩擦によって発生してもよいし、往復動角度移動によって発生してもよいし、回転運動（慣性運動又は軌道運動を含む）によって発生してもよいし、又は任意の他の公知の方法によって発生してもよい。構成要素は互いに鍛造され続け、軟化した面間に溶接部を形成できる。結果的に得られた溶接された構成要素は、装置内で、又は、取り出して貯蔵領域又は別の装置への移送中に急速に冷却する。この方法の一つの欠点は、溶接された構成要素が、周囲条件（周囲状況）に露呈されることにより、また、構成要素、工具、及び／又は構成要素を保持する装置のヒートシンク効果により、非常に急速に冷却するということである。この冷却は制御不能であり、溶接直後に毎分１００°Ｃ程度の速度で生じ、薄い継ぎ手については最大毎分１０００°Ｃに及ぶ。
【０００３】
従来の摩擦溶接装置の急速冷却の別の欠点は、溶接部及び周囲材料内に望ましからぬ微細構造（微小構造）が形成されることである。例えば、溶接領域の鋼形態マルテンサント（Ｓｔｅｅｌ  ｆｏｒｍ  Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ）でできた溶接エレメントは、急速冷却中、硬質になり且つ脆くなる。これらの領域は、冷却中に急冷亀裂を生じ、いずれの場合でも、完成した構成要素の脆性が高くなり、寿命を短くする。更に、上文中に詳細に説明した速度での急速冷却では、ベイナイト相を溶接領域内に形成できない。溶接された構成要素にベイナイトを含有することにより、この場所に亀裂が生じる危険が低下する。冷却が制御下で行われないと、マルテンサントの形成が制御されず、ベイナイトがほとんど又は全く形成されず、そのため構成要素の材料特性の最適化がなされない。この他の金属及びその合金、例えばチタニウム及びニッケルは、同様に、急速冷却中に相又は相分布を形成する。
【０００４】
従来の摩擦溶接装置の別の欠点は、溶接作業に続いて急速冷却を行うことにより、続いて行われる溶接後熱処理（ＰＷＨＴ）で利用するための熱がほとんど又は全く残らないということである。従って、溶接作業及びこれに続いて行われる熱処理作業の実施に大量のエネルギを必要とする。というのは、溶接作業間で、エネルギの大部分が、周囲や工具又は装置に失われるためである。
【０００５】
溶接されるべき構成要素の予熱を行うのが有利である。というのは、これによって、冷却速度及び溶接された構成要素の微細構造（微小構造）を或る程度制御できるからである。また、予熱に続いて溶接を行うのに必要なエネルギを減少でき、及び／又は溶接されるべき表面積を大きくできからである。一つの従来の予熱方法は、上文中に説明した溶接工程を行う前に、溶接されるべき構成要素の表面間に高温プローブを挿入することである。これにより表面を局所的に加熱する。プローブを引き出し、溶接エレメントを互いに急速に押し付けて溶接部を形成する。この加熱方法の一つの欠点は、プローブを取り出して表面を互いに接触させるとき、溶接エレメントの表面が周囲条件（周囲状況）に露呈され、従って、非常に短い時間であっても急速に冷却するということである。従って、溶接部は不均等となり（一様とはならず）、溶接が良好に行われていない領域が発生する可能性がある。
【０００６】
この予熱方法の別の欠点は、異種金属を互いに溶接するのが困難であるということである。上文中に説明したように、溶接エレメントを高温プローブによって加熱する場合、比較的軟質の材料が比較的硬質の材料よりも急速に軟化する。かくして、比較的軟質の材料の方から比較的多くの材料が変位し即ち「据込み（ｕｐｓｅｔ）」し、二つのエレメントの長さの減少が等しくなくなる。
【０００７】
構成要素の微細構造（微小構造）及び特性を最適化するため、また、残留応力を解放するため、溶接された構成要素に溶接後熱処理（ＰＷＨＴ）を加えてもよい。これには、ＰＷＨＴを行うことができる前に構成要素を第２装置まで移送する工程が含まれる。移送により構成要素が周囲条件（周囲状況）に露呈され、その結果、上文中に説明した急速冷却に露呈される。このことは、ＰＷＨＴの利点が限定されるということを意味する。これは、ＰＷＨＴが、急速冷却の効果を逆転しようとするためである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上文中に説明した問題点に対処する溶接装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って、本発明は、溶接装置用の溶接用のエンクロージャー（溶接用の筐体又は密閉体としての、溶接用の囲繞体）を提供する。溶接用のエンクロージャーは、溶接エレメント間の相対的移動及び溶接エレメントの少なくとも一方の物理的寸法の変化を吸収するハウジングと、このハウジングを溶接装置に対して配置するための配置手段と、加熱手段とを含む。
【００１０】
好ましくは、ハウジングは、溶接エレメント間の相対的移動と、溶接エレメントの少なくとも一方の物理的寸法の変化とを吸収するコンサーティーナ形状（ｃｏｎｃｅｒｔｉｎａ）すなわち、蛇腹状の（折りたたみ式の）形状で形成される。別の態様では、ハウジングは、溶接エレメント間の相対的移動と、溶接エレメントの少なくとも一方の物理的寸法の変化とを吸収する入れ子区分をなして形成されていてもよい。
【００１１】
好ましくは、溶接用のエンクロージャーには、不活性ガス、特にアルゴンが入っている。
好ましくは、加熱手段は、軸線方向に間隔が隔てられた複数の加熱エレメントを含む。更に好ましくは、加熱エレメントは、溶接エレメントの周囲に少なくとも一つの環状アレイ（環状の配列構造）を形成する。代表的には、加熱エレメントは、誘導ヒーターである。別の態様では、加熱手段は、高温の不活性ガス、好ましくは、アルゴンである。
【００１２】
好ましくは、断熱手段が、溶接用のエンクロージャー内で、前記装置の第１及び第２の面の少なくとも一方と隣接して設けられている。
好ましくは、ばり取り手段が設けられている。更に好ましくは、ばり取り手段は、溶接エレメントと同心に配置された、溶接用のエンクロージャーの長さの少なくとも幾分かに亘って溶接エレメントと平行に移動するようになった剪断機（シヤー）である。代表的には、剪断機は、使用されていない場合には、前記装置の第１及び第２の面の少なくとも一方と隣接して溶接用のエンクロージャー内に配置されている。
【００１３】
本発明の第２の特徴は、溶接装置を提供するものであって、この溶接装置は、軸線方向に間隔が隔てられ、向き合った第１及び第２の面を有する工具（ツーリング）を有しており、第１及び第２の面は、溶接エレメントの夫々を受け入れて作動的に保持するようになっており、前記溶接装置は、更に、第１及び第２の工具面間を延びるハウジングを持つ溶接用のエンクロージャーを含み、ハウジングは、溶接用のエンクロージャーの長さを形成し、溶接用のエンクロージャーは加熱手段を含み、ハウジングは、溶接エレメント間の相対的移動と、溶接エレメントのうちの少なくとも一方の物理的寸法の変化とを吸収する。
【００１４】
好ましくは、ハウジングは、溶接エレメント間の相対的移動と、溶接エレメントの少なくとも一方の物理的寸法の変化とを吸収するため、蛇腹状の形状（折りたたみ式）で形成されている。別の態様では、ハウジングは、溶接エレメント間の相対的移動と、溶接エレメントの少なくとも一方の物理的寸法の変化とを吸収するため、入れ子区分をなして形成されていてもよい。
【００１５】
好ましくは、溶接用のエンクロージャーには不活性ガス、特にアルゴンが入っている。
好ましくは、加熱手段は、軸線方向に間隔が隔てられた複数の加熱エレメントを含む。更に好ましくは、加熱エレメントは、溶接エレメントの周囲に少なくとも一つの環状アレイ（環状の配列構造）を形成する。代表的には、加熱エレメントは、誘導ヒーターである。別の態様では、加熱手段は、高温の不活性ガスである。好ましくは、高温の不活性ガスはアルゴンである。
【００１６】
好ましくは、断熱手段が、溶接用のエンクロージャー内で、前記工具（ツーリング）の第１及び第２の面の少なくとも一方と隣接して設けられている。別の態様では、断熱手段は、前記工具の第１及び第２の面と隣接して設けられている。
【００１７】
好ましくは、ばり取り手段が設けられている。更に好ましくは、ばり取り手段は、溶接エレメントと同心に配置された剪断機であって、溶接用のエンクロージャーの長さの少なくとも幾分かに亘って溶接エレメントと平行に移動するようになった剪断機である。代表的には、剪断機は、使用されていない場合には、前記装置の第１及び第２の面の少なくとも一方と隣接して溶接用のエンクロージャー内に配置されている。
【００１８】
本発明の第３の特徴は、第１及び第２の溶接エレメントを溶接する方法において、
ａ）溶接エレメントを溶接装置に装入する工程と、
ｂ）溶接エレメント間の相対的移動と、溶接エレメントのうちの少なくとも一方の物理的寸法の変化とを吸収するハウジングを含む溶接用のエンクロージャー内に溶接エレメントを入れる工程と、
ｃ）溶接エレメントを予熱する工程と、
ｄ）溶接エレメントを溶接する工程と、
ｅ）結果的に得られた溶接された構成要素の熱分布を溶接用のエンクロージャー内で制御する工程と、
ｆ）溶接された構成要素を溶接用のエンクロージャーから取り出す工程とを含む、方法を提供する。
【００１９】
溶接された構成要素は、工程（ｅ）前に又は工程（ｅ）中に溶接装置から取り出すことができる。別の態様では、溶接された構成要素は、工程（ｆ）中に又は工程（ｆ）後、に溶接装置から取り出すことができる。
【００２０】
本発明を添付図面を参照して例として更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明による摩擦溶接装置の第１実施例の断面図である。
【図２】図２は、本発明による摩擦溶接装置の第２実施例の断面図である。
【図３】図３は、ばり取り手段を含む、摩擦溶接装置の第２実施例の溶接後の断面図である。
【図４】図４は、変形例の二つの断熱手段を含む、摩擦溶接装置の第１実施例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の例示の実施例を図１に示す。この図では、摩擦溶接装置１０は、第１面１２を持つ第１の工具構成要素（第１のツーリング構成要素）１１と、これと向き合った、第２面１４を持つ第２の工具構成要素（第２のツーリング構成要素）１３とを備えている。第１及び第２の溶接エレメント（溶接要素）１６、１８が、第１及び第２の工具面１２、１４の夫々に受け入れられており且つ保持されている。溶接エレメント１６、１８は、溶接用のエンクロージャー（周りが囲まれて溶接が行われる、溶接用の筐体又は密閉体としての、溶接用の囲繞体）１５内で互いに向かって延びている。ハウジング２２が、工具面１２、１４間を延びており、更に、ハウジング２２が、溶接用のエンクロージャー（溶接用の囲繞体）１５を構成又は形成している。溶接用のエンクロージャー、すなわち溶接用の囲繞体１５は、軸線Ａと平行な方向で、その長さが可変となるように、環状の蛇腹形状（コンサーティーナ、折りたたみ式）に形成されている。軸線Ａは、回転摩擦溶接の回転軸線であり、溶接エレメント１６、１８の中央を通って延びており、これらのエレメントの向き合った面に対して垂直となっている。
【００２３】
ハウジング２２の一方の軸線方向端部２１は、第１溶接エレメント１６及び第１工具面１２に対して位置決めされるように第１工具面１２に固定されている。この相対的な位置決めを行うため、ハウジング２２の軸線方向第１端部２１及び／又は装置１０に当該技術で周知の適当な位置決め手段（図示せず）が設けられていていもよい。代表的には、第１工具構成要素１１は、装置１０の非回転部分である。ハウジング２２の軸線方向反対側の第２端部２３は、第２工具面１４に当接する。位置決め手段２５を設けて、第２溶接エレメント１８からハウジング２２までの半径方向距離を維持することができる。また、この位置決め手段２５は、第２工具面１４及びハウジング２２の相対的半径方向移動を可能にするベアリングとして作動させることもできる。適当なシール手段（図示せず）を、ハウジング２２の軸線方向端部２１、２３及び工具面１２、１４の一方又は両方に設けて、溶接用のエンクロージャー１５が実質的に気密であるように、又は、これが使用される場合に不活性ガスが制御下で漏洩できるようにしてもよい。不活性環境を使用することにより、溶接された構成要素における酸化や窒素の包含を減少するか或いは実質的になくし、従って、製造中のスクラップ率を低減することもできる。
【００２４】
好ましい実施例では、摩擦溶接装置１０は、回転摩擦溶接を行うようになっており、従って、少なくとも、第２溶接エレメント１８を受け入れて保持するようになった第２工具面１４の部分が、軸線Ａを中心として回転し、溶接エレメント１６、１８の少なくとも一方の軟化や溶融に必要な回転運動を加える。この場合、ハウジング２２の軸線方向第２端部２３が、第２工具面１４に当接しており、これによって、溶接作業中、相対回転運動を妨げない気密シールが、回転面１４と非回転ハウジング２２との間に形成されるように、。かくして、ハウジング２２の軸線方向第２端部２３は、溶接用のエンクロージャー１５へのアクセスを提供するため、第２工具面１４から離間すことができる。これは、工具構成要素１１、１３への溶接エレメント１６、１８の装填、溶接した構成要素２９の溶接後の取り出し、及び溶接用のエンクロージャー１５内での保守作業の実施を含むがこれらに限定されない多くの理由のため、必要とされる。更に、溶接用のエンクロージャー１５の両端は、夫々の工具面１２、１４から外すことができ、そのため、溶接した構成要素２９を溶接装置１０から取り出すことができ、加熱又は冷却を制御された速度で続行できる。これは、溶接した構成要素２９が、長期に亘って制御下で冷却されることを必要とする場合に特に有利である。というのは、溶接装置１０を、必要であれば別の溶接用のエンクロージャー１５を取り付けて、冷却を制御下で続行しながら、続いて行われる作業に使用できるためである。
【００２５】
工具面１２、１４及びハウジング２２が形成する溶接用のエンクロージャー１５内に、加熱エレメント２０が設けられている。図１に示す例では、これらの加熱エレメント２０は、溶接用のエンクロージャー１５に亘って軸線方向に間隔が隔てられた、点熱源の６個の環状配列構造（環状アレイ）の形態をとる。しかしながら、点熱源の環状の配列構造（環状アレイ）の数は、これとは異なっていてもよい。他の実施例では、加熱エレメント２０は、誘導ヒーター等の熱発生器の環状リングの形態をとってもよい。別の態様では、加熱エレメントは、アルゴン等の高温の不活性ガスを提供するための高温の不活性ガス源であってもよい。好ましくは、加熱エレメント２０は、個々に又は別個の群をなして制御され、溶接用のエンクロージャー１５内の様々な軸線方向位置で選択的な加熱（様々な加熱）を行うことができる。これは、溶接エレメント１６、１８が、例えばアロイ７２０及びＩＮ７１８等の様々な材料で形成されている場合には、特に有利である。かくして、比較的硬質の材料（アロイ７２０）は、比較的高い温度まで、又は比較的長期に亘って優先的に加熱でき、そのため、溶接作業中にエレメント１６、１８の各々に生じる相対的据込みが等しくなる。
【００２６】
本発明の第２実施例を図２に示す。この実施例では、摩擦溶接装置１０、第１及び第２の工具構成要素１１、１３、第１及び第２の工具面１２、１４、溶接用のエンクロージャー１５、第１及び第２の溶接エレメント１６、１８、加熱エレメント２０、配置手段２５、及び軸線Ａは、第１実施例について説明したのと同じである。入れ子式ハウジング２４の二つの構成が、図２に示されている。図２の上側に示す第１構成では、ハウジング２４ａは、複数の入れ子区分を備えており、該入れ子区分は、左から右に向かって見たとき、前の区分に関して半径が減少する連続した区分構造となっている。図２の下側に示す第２構成では、ハウジング２４ｂは、複数の入れ子区分を備えており、該入れ子区分の各々は、二つの半径のうちの一方を備えている。該入れ子区分は、はこれらの半径間で交互になっている連続した区分構造となっている。断熱手段、シール手段、又は連結手段（図示せず）が、区分間に設けられており、必要な性質を維持する。
【００２７】
従来の摩擦溶接装置は、各溶接エレメントが工具面から突出する「突出部（ｓｔｉｃｋ  ｏｕｔ）」の程度が小さくなるように設計されている。これによって、各溶接エレメントの最少量が、周囲の比較的低温の空気に露呈される。添付図面では、単に明瞭化を図るため、実際に考えられているよりも大きく突出した「突出部」が示されている。
【００２８】
本発明は、溶接用のエンクロージャー１５を設けることによってこの問題に対処する。本発明の溶接用のエンクロージャー１５及び溶接用のエンクロージャー１５を含む摩擦溶接装置１０は、大きく突出させた溶接エレメント１６、１８を収容可能である。本発明では、工具構成要素１１、１３が、溶接プロセス中に熱の作用を受ける溶接された構成要素２９の部分から離間している。これには、工具構成要素１１、１３の寿命を延ばすという利点がある。更に効率的な溶接プロセスを提供する。というのは、熱が周囲大気及び工具構成要素１１、１３に放散されるのでなく、溶接用のエンクロージャー１５内に閉じ込められるためである。
【００２９】
更に、溶接用のエンクロージャー１５の一部を形成するハウジング２２、２４ａ、２４ｂの性質及び形態により、追加の利点が提供される。図１に示す蛇腹状（折りたたみ式）のハウジング２２及び図２に示す入れ子式ハウジング２４ａ、２４ｂは、溶接エレメント１６、１８の物理的寸法、この場合には軸線方向長さの変化を受け入れるように変化できる。これにより、溶接用のエンクロージャー１５は、溶接作業中に軸線方向長さを変化でき、溶接エレメント１６、１８が、溶接用のエンクロージャー１５の外部の周囲空気の冷却効果に露呈されないようにする。従って、大径のエレメント１６、１８を互いに溶接できる。というのは、溶接された構成要素２９の軸線方向長さの、溶接エレメント１６、１８と比較した大幅な減少に対して、溶接用のエンクロージャー１５が、適応できるためである。その軸線方向長さの減少は、溶接エレメント１６、１８の一方、又は更に好ましくは両方の材料が、変位することによって生じる。溶接用のエンクロージャー１５は非常に丈夫であり、溶接エレメント１６、１８から半径方向に十分に大きく離して配置されているため、圧縮状態又は非圧縮状態のいずれにおいても、溶接火花又はばり衝突（ｆｌａｓｈ  ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ）のいずれによっても、損傷をを与えることはない。このことは、更に、溶接用のエンクロージャー１５が、例えば軸線Ａに対してほぼ直角な溶接エレメント１６、１８間の相対的移動に適応できるということを意味する。
【００３０】
図３は、溶接エレメント１６、１８の溶接後の溶接用のエンクロージャー１５の第２実施例を示す。例えば、第１実施例は、ここに説明するばり取り手段に同様に資する。
ハウジングを構成する入れ子式区分２４ｂは良好に重なり、溶接作業により生じた長さの減少に対して適応できる。第１及び第２の溶接エレメント１６、１８間に形成された溶接部２６は、ばり又は据込み２８によって取り囲まれている。ばり又は据込み２８は、溶接エレメント１６、１８間に摩擦運動を生じることによってこれらの溶接エレメント１６、１８を加熱する工程中、及び、溶接エレメント１６、１８を互いに押し付けて溶接部２６を形成する工程中に、溶接エレメント１６、１８から変位した材料である。この例において同心の剪断機（ｓｈｅａｒｓ：シヤー）であるばり取り手段３０が、装置１０の第１工具面１２と隣接して設けられている。溶接部２６が形成された後であるが大幅に冷却する前に、剪断機３０を、溶接された構成要素２９に沿って、少なくとも溶接部２６からのばり２８を切るのに十分に移動する。溶接されたエレメントが、加熱作業及び溶接作業により高温であり且つ可鍛性（展性）があるため、ばり２８は、ほとんど抵抗なく、（即ち、溶接部２６、溶接された構成要素２９の周囲領域（周囲状況）により剪断機３０に応力が加えられることなく）切除される。ばり取り作業の後、剪断機３０は、第１工具面１２と隣接した休止位置に戻る。
【００３１】
変形例では、装置１０の工具面１２、１４の各々とそれぞれ隣接して、二つの剪断機３０を設けるようにしてもよい。作動では、これら剪断機が溶接部２６のところで出会い、ばり２８の切除を行う。別の態様では、第１剪断機３０は溶接された構成要素２９の長さの少なくとも幾分かを横切って移動して、ばり２８を切除し、その休止場所に戻る。次いで、第２剪断機３０が溶接された構成要素２９の長さの少なくとも幾分かを横切って移動し、残りのばり２８を切除し、即ち溶接部２６の周囲の領域をきれいにするようにすることもできる。この変形例の構成では、２つの剪断機３０を、溶接された構成要素２９の半径と比較して、軸線Ａから異なる半径のところに配置して、第１剪断機３０で粗切除を行い、第２剪断機３０で仕上げ切除を行うようにすることもできる。
【００３２】
図４は、例として、ハウジング２２の第１実施例を用いて、摩擦溶接装置１０の工具１１、１３用の断熱の二つの実施例を示す。ここに説明する断熱手段に、入れ子区分２４ａ及び２４ｂも同様に適用できる。第１断熱構成３２が、図４の左側に示してある。断熱体３２は、溶接用のエンクロージャー１５の半径方向内方に、装置１０の第１工具面１２と隣接して配置されている。断熱体３２には、溶接エレメント１６を第１工具面１２に受け入れることができるように、穴が設けられている。断熱体３２は、ガラスファイバ、熱反射ホイル、セラミック、アスベストを含むがこれらに限定されない、当該技術で周知の任意の適当な断熱手段であってもよい。
【００３３】
第２断熱構成３４が、図４の右側に示してある。断熱体３４は、装置１０の第２工具面１４を形成する。断熱体３４は、工具面１４と一体に薄い層として形成されていてもよいし、工具構成要素１３のほぼ全体を形成してもよい。別の態様では、接着剤やあり溝継ぎ等の機械的手段によって工具面１４に取り付けられた断熱体層であってもよいし、工具面１４の表面にスプレーした断熱体層であってもよい。断熱体の最良の形態及びその取り付け方法は、実施される溶接作業で決まる。
【００３４】
断熱体３２、３４を設けることにより、溶接作業と熱処理作業との間で失われる熱を減少することによって、摩擦溶接装置１０の効率が向上する。かくして、所定期間に行われる第１溶接作業は、溶接エレメント１６、１８を周囲から加熱するのに十分なエネルギを必要とする。しかしながら、断熱体３２、３４により、熱が残留した溶接用のエンクロージャー１５内で熱処理が行われ、そのため、必要とされる熱が比較的少ない。
【００３５】
従って、上文中に説明した、溶接用のエンクロージャー１５と、この溶接用のエンクロージャー１５を含む摩擦溶接装置１０とは、必要とされるエネルギを少なくして溶接を行うことができ、或いは、従来可能であったよりも大きいエネルギ供給を必要とする溶接作業を行うことができる。
【００３６】
溶接用のエンクロージャー１５は、更に、ＰＷＨＴ及び溶接された構成要素２９の制御下での冷却を行う。任意の適当な形体のハウジングが、溶接された構成要素２９を周囲空気から遮断するため、従来の溶接装置よりもゆっくりとした冷却速度を可能にする。これは、代表的には、溶接用のエンクロージャー１５なしの場合よりもかなりゆっくりとしている。好ましくは、ハウジングは断熱材料で形成されており、それによって、冷却速度が更に制御可能となる。
更に、溶接作業の完了後、冷却速度の制御を補助するため、加熱エレメント２０のうちの幾つか又は全てを使用できる。これには、溶接された構成要素２９の軸線方向長さに沿って異なる程度で冷却を加えることができるという追加の利点がある。これによって、溶接された構成要素２９の材料特性を、従来の溶接装置におけるよりも遥かに良好に制御できる。加熱エレメント２０を、溶接用のエンクロージャー１５内の又は任意の他の適当な位置のセンサを含むフィードバック制御ループとリンクさせ、提供される熱を動的に変化させてもよい。これには、溶接後熱処理を溶接領域に差し向けることができ、溶接後熱処理が、溶接された構成要素２９に対して全体的に加えられないという別の利点がある。これは比較的経済的な方法であり、溶接された構成要素２９の微細構造（微小構造）及び特性を良好に制御する。加熱エレメント２０は十分な融通性を提供する。そのため、同様の溶接エレメント１６、１８を、同じ装置１０内に配置された同じ溶接用のエンクロージャー１５内で、予熱中、溶接中、及び溶接後に異なる加熱ストラテジーを使用して溶接することによって、様々な材料特性を持つ溶接された構成要素２９を形成できる。
【００３７】
本発明の範囲内での変更は、当業者に明らかであろう。例えば、バーばかりでなく、管（チューブ）や更に複雑な形状、例えばガスタービンエンジン用のブレードやディスク等を互いに溶接できる。第１実施例の加熱エレメント２０は、溶接用のエンクロージャー１５内で半径方向にできるだけ離して配置された状態で示してある。しかしながら、これらの加熱エレメント２０は、同様に、溶接エレメント１６、１８に半径方向に近づけて配置されていてもよいし、場合によっては、溶接エレメント１６、１８に半径方向に近づけて配置されるのが好ましい。環状アレイ又はリングの数はこれ以上であってもこれ以下であってもよく、これらは必ずしも対称に配置されていなくてもよい。別の態様では、加熱エレメント２０は、溶接エレメント１６、１８の周囲で、溶接用のエンクロージャー１５内で、螺旋状形態をなしていてもよい。加熱エレメント２０は、更に、又は別の態様では、溶接用のエンクロージャー１５の半径方向外側に設けられていてもよい。
【００３８】
蛇腹状形態２２のハウジング又は入れ子式ハウジング２４ａ、２４ｂ形態のハウジングを示し且つ説明したが、本発明の利点を得るため、これらのハウジングの代わりにこの他の形状のハウジングを使用してもよいということは当業者には理解されよう。例えば、ハウジングは弾性材料で形成されていてもよい。弾性材料製のハウジングは、溶接エレメント１６、１８を包囲するため、工具面１２、１４間で延ばされる。溶接された構成要素２９は、溶接エレメント１６、１８の長さを合わせた長さよりも短いため、弾性材料はその元来の長さに向かって弛緩し、軸線方向長さの減少に適応できる。別の態様では、ハウジングは、所望の特性を示す任意の適当な材料又は形態を備えていてもよい。
【００３９】
溶接用のエンクロージャー１５を適当な回転摩擦溶接装置１０と関連して説明したが、溶接用のエンクロージャー１５は、本発明の利点を得るため、元来の製造中又は続いて行われる適合中のいずれかで、任意の溶接装置に装着してもよいということは当業者に明らかであろう。溶接装置には、線形運動、往復動角度運動、慣性運動による摩擦溶接を行うのに適した装置、又はフラッシュ溶接（ｆｌａｓｈ  ｗｅｌｄｉｎｇ）  や据込み溶接（ｕｐｓｅｔ  ｗｅｌｄｉｎｇ）等の当該技術で既知の任意の他の溶接形態で摩擦溶接を行うのに適した装置を備えることができる。溶接用のエンクロージャー１５は、これらの溶接方法のうちの任意の溶接方法による溶接エレメント１６、１８間の相対的移動に適応し、更に、溶接エレメント１６、１８の少なくとも一方の物理的寸法の変化に適応する。物理的寸法の変化は、通常は溶接エレメント１６、１８間の溶接界面に対して実質的に垂直な方向での寸法の減少である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  摩擦溶接装置
１１  第１工具構成要素
１２  第１面
１３  第２工具構成要素
１４  第２面
１５  溶接用のエンクロージャー（溶接用の囲繞体）
１６  第１溶接エレメント
１８  第２溶接エレメント
２１  軸線方向第１端部
２２  ハウジング
２３  軸線方向第２端部
２５  配置手段
２９  溶接した構成要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2010530808.tif 000008
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