(57)【要約】      （修正有）【課題】金属片の溶接における複数の定量可能な熱影響部位（“ＨＡＺ”）の特徴の少なくとも１つをモニターおよび制御するための方法およびシステムを提供する。【解決手段】定量可能なＨＡＺの特徴の少なくとも第１の特徴について、溶接のための溶接プロセス因子の条件に基づいて予測ＨＡＺ特徴値を決定するステップであって、該溶接プロセス因子が金属片の寸法形状および材質、並びに溶接装置の操作条件を含むものと；金属片に対し行われるべき溶接のための最適ＨＡＺ特徴値を決定するステップと；更に以下のステップ（ａ）および（ｂ）の内の少なくとも１つを含む方法：ステップ（ａ）予測ＨＡＺ特徴値および最適ＨＡＺ特徴値に関連する量を表示するステップ；ステップ（ｂ）溶接装置の操作条件の少なくとも１つを制御するための制御部材を制御し、予測ＨＡＺ特徴値を、最適ＨＡＺ特徴値に関連して修正することを含むステップ。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属片の溶接における複数の定量可能な熱影響部位（“ＨＡＺ”）の特徴の少なくとも１つを少なくともモニターないし制御するための方法であって：
定量可能なＨＡＺの特徴の少なくとも第１の特徴について、溶接のための溶接プロセス因子の条件に基づいて予測ＨＡＺ特徴値を決定するステップであって、該溶接プロセス因子が金属片の寸法形状および材質、並びに溶接装置の操作条件を含むものと；
前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴について、金属片に対し行われるべき溶接のための最適ＨＡＺ特徴値を決定するステップと；
更に以下のステップ（ａ）および（ｂ）の内の少なくとも１つを含む方法：
ステップ（ａ）は、前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴について、予測ＨＡＺ特徴値および最適ＨＡＺ特徴値に関連する量を表示するステップ；
ステップ（ｂ）は、溶接装置の操作条件の少なくとも１つを制御するための少なくとも１つの制御部材を提供すること;および前記制御部材を制御し、前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての予測ＨＡＺ特徴値を、前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての最適ＨＡＺ特徴値に関連して修正することを含むステップ。
【請求項２】
前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての前記予測ＨＡＺ特徴値および最適ＨＡＺ特徴値に関係する量を比較フォーマット中に表示するようにした請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記溶接装置が高周波鍛接を行うためのものである請求項１記載の方法。
【請求項４】
溶接されるべき金属片が、パイプ又は管に組立てられるストリップのエッジ部である請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての最適ＨＡＺ特徴値の決定が、最適ＨＡＺ特徴関数を使用することを含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記最適ＨＡＺ特徴関数が、金属片の寸法形状および材質、並びに前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴が成功基準を満足する、先に行われた溶接に関する溶接装置の操作条件の少なくとも１つを表すデータから、（i）分析的に得られる関数および（ii）経験的に得られる関数の内の少なくとも１つである請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴がＨＡＺの幅である請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての予測ＨＡＺ特徴値の決定が、予測ＨＡＺ特徴関数を使用することを含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記の予測ＨＡＺ特徴関数が、金属片の寸法形状および材質、並びに先に行われた溶接についての溶接装置の操作条件の少なくとも１つを表すデータから、（i）分析的に得られる関数および（ii）経験的に得られる関数の内の少なくとも１つである請求項８記載の方法。
【請求項１０】
溶接装置が高周波鍛接を行うためのものであり、更にその方法が、
前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての予測ＨＡＺ特徴関数を使用して行われる溶接のための鍛接装置についての最適溶接周波数を決定するステップ；および
この最適溶接周波数を表示するステップ；
を含む請求項８記載の方法。
【請求項１１】
溶接装置の操作条件および金属片の寸法形状および材質の内の少なくとも１つの変化に基づいて、前記の予測ＨＡＺ特徴値に関係する量の変化を実質的にリアルタイムで表示するステップを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記の最適ＨＡＺ特徴値により正規化された予測ＨＡＺ特徴値に関連する量をグラフィック・ディスプレーに表示するステップを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記ステップ（ｂ）を含み、前記制御が、前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての予測ＨＡＺ特徴値を前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての最適ＨＡＺ特徴値に合致ないし実質的に合致させるため、制御部材を制御することを含む請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記ステップ（ｂ）を含み、溶接装置が鍛接装置であり、前記の少なくとも１つの制御部材により制御される鍛接装置の操作条件が、溶接周波数、溶接出力、Ｖ長さおよびミル速度を含む請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記ステップ（ｂ）を含み、制御部材が、グラフィカル・ユーザー・インターフェース（“ＧＵＩ”）上に少なくとも１つの仮想制御バーを含み、前記制御バーの制御に基づく前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての予測ＨＡＺ特徴値の変化に関連する量を実質的にリアルタイムでＧＵＩ上に表示する請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記制御バーが溶接装置の溶接周波数である請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記制御バーが溶接装置の溶接出力である請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
金属片の溶接における複数の定量可能な熱影響部位（“ＨＡＺ”）の特徴の少なくとも１つを少なくともモニターないし制御するためのシステムであって：
マイクロコントローラを含み、このマイクロコントローラが；
定量可能なＨＡＺの特徴の少なくとも第１の特徴について、溶接のための溶接プロセス因子の条件に基づいて予測ＨＡＺ特徴値を決定するためのものであって、該溶接プロセス因子が金属片の寸法形状および材質、並びに溶接装置の操作条件を含むもの；並びに、
前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴について、金属片に対し行われるべき溶接のための最適ＨＡＺ特徴値を決定するためのものであり；
更に以下のモジュール（ａ）および（ｂ）の内の少なくとも１つを含む：
モジュール（ａ）は、前記マイクロコントローラに接続され、前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴について、予測ＨＡＺ特徴値および最適ＨＡＺ特徴値に関係する量を表示するディスプレーを含む；
モジュール（ｂ）は、前記マイクロコントローラに接続された少なくとも１つの制御部材を含み、この制御部材は溶接装置に接続され、溶接装置の操作条件の少なくとも１つを制御するためのものであり;更にこの制御部材は前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての予測ＨＡＺ特徴値を、前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての最適ＨＡＺ特徴値に関連して修正するよう制御可能になっている。
【請求項１９】
前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての前記予測ＨＡＺ特徴値および最適ＨＡＺ特徴値に関係する量を前記ディスプレー上の比較フォーマット中に表示するようにした請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
前記溶接装置が高周波鍛接を行うためのものである請求項１８記載のシステム。
【請求項２１】
溶接されるべき金属片が、パイプ又は管に組立てられるストリップのエッジ部である請求項１８記載のシステム。
【請求項２２】
前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての最適ＨＡＺ特徴値の決定が、最適ＨＡＺ特徴関数を使用することを含む請求項１８記載のシステム。
【請求項２３】
前記最適ＨＡＺ特徴関数が、金属片の寸法形状および材質、並びに前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴が成功基準を満足する、先に行われた溶接についての溶接装置の操作条件の少なくとも１つを表すデータから、（i）分析的に得られる関数および（ii）経験的に得られる関数の内の少なくとも１つである請求項２２記載のシステム。
【請求項２４】
前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴がＨＡＺの幅である請求項１８記載のシステム。
【請求項２５】
前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての予測ＨＡＺ特徴値の決定が、予測ＨＡＺ特徴関数を使用することを含む請求項１８記載のシステム。
【請求項２６】
前記の予測ＨＡＺ特徴関数が、金属片の寸法形状および材質、並びに先に行われた溶接についての溶接装置の操作条件の少なくとも１つを表すデータから、（i）分析的に得られる関数および（ii）経験的に得られる関数の内の少なくとも１つである請求項２５記載のシステム。
【請求項２７】
溶接装置が高周波鍛接を行うためのものであり、更にマイクロコントローラが、
前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての予測ＨＡＺ特徴関数を使用して行われる溶接のための鍛接装置についての最適溶接周波数を決定するためのものであり；更に
最適溶接周波数がディスプレー上に表示されるものである；
請求項２５記載のシステム。
【請求項２８】
溶接装置の操作条件および金属片の寸法形状および材質の内の少なくとも１つの変化に基づいて、前記の予測ＨＡＺ特徴値に関係する量の変化が実質的にリアルタイムでディスプレー上に表示される請求項１８記載のシステム。
【請求項２９】
ディスプレーがグラフィックディスプレーであり、前記の最適ＨＡＺ特徴値により正規化された予測ＨＡＺ特徴値に関連する量を表示するものである請求項１８記載のシステム。
【請求項３０】
前記モジュール（ｂ）を含み、前記制御部材が、前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての予測ＨＡＺ特徴値を前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての最適ＨＡＺ特徴値に合致ないし実質的に合致させるよう制御自在となっている請求項１８記載のシステム。
【請求項３１】
前記モジュール（ｂ）を含み、溶接装置が鍛接装置であり、前記の少なくとも１つの制御部材により制御される鍛接装置の操作条件が、溶接周波数、溶接出力、Ｖ長さおよびミル速度を含む請求項１８記載のシステム。
【請求項３２】
前記モジュール（ｂ）を含み、制御部材が、グラフィカル・ユーザー・インターフェース（“ＧＵＩ”）上に少なくとも１つの仮想制御バーを含み、前記制御バーの制御に基づく前記の第１の定量可能なＨＡＺの特徴についての予測ＨＡＺ特徴値の変化に関連する量を実質的にリアルタイムでＧＵＩ上に表示する請求項１８記載のシステム。
【請求項３３】
前記制御バーが溶接装置の溶接周波数である請求項３２記載のシステム。
【請求項３４】
前記制御バーが溶接装置の溶接出力である請求項３２記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的に金属片の溶接に係わり、特に、金属片の溶接における熱影響部位の定量可能な特徴をモニターし、制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接は、２又はそれ以上の金属片を接合するのに行われる周知の方法である。溶接において、同一又は異なる冶金学的特性を有することが有り得る金属片がそれらの融点で加熱される。ついで、所定量の圧力がこれら金属片に加えられて互いを接触させ、それによりこれら金属片から物質を流出させて互いに混合する。その後に、これら金属片が冷却され、金属片から流出された物質相互を固化させ、それによりこれら金属片を接合させるものである。
【０００３】
金属片を溶接するための多くの方法が知られている。例えば、アーク溶接、スポット溶接、レーザー溶接、鍛接である。任意の溶接法により生じた溶接部の特徴は以下のような溶接プロセス因子と相関関係にある。すなわち、溶接されるべき金属片の形状的および材質的（冶金学的）特徴；溶接を行うのに使用される溶接装置；溶接が行われる際の溶接装置における操作条件;溶接装置を使用するオペレータ（溶接工）の経験である。これら溶接プロセス因子は可変であり、溶接プロセスの際に生じる金属の変態に影響する。従って、溶接の特徴を左右することになる。
る。
【０００４】
例えば、溶接されるべき部位を加熱するのに高周波電流が使用される鍛接（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３を参照。なお、これらは参照としてここに組み込まれるものとする。）において、金属シート又はストリップを長手方向に前進させ、これらを折り曲げ、その端部を溶接ポイントで合致させることにより得られる管の肉厚および外径が溶接の特徴に影響を与えることになる。更に、高周波による鍛接においては、電流の周波数（“溶接周波数”）、電力（“溶接出力”）および溶接ポイントを通過する金属部位の移動速度（“ミル速度”）のそれぞれが溶接の特徴に影響する。スポット溶接においては、金属片に印加される電流の負荷サイクルが溶接の特徴に影響を及ぼすことになる。トーチ溶接においては、火炎の寸法形状および接合されるべき金属片上を移動する火炎の速度が溶接の特徴に影響を及ぼすことになる。
【０００５】
この溶接の特徴が、組立てられた部品の性能を左右することが溶接業界において周知となっている。この組立てられた部品の性能に関して、溶接が成功基準を満足するものか否かを判定するための周知の手法は、全ての溶接プロセスで生じた溶接の熱影響部位（“ＨＡＺ”）の特徴を検査することである。このＨＡＺには、溶接の際に適用された熱により変化したミクロ構造および機械的特性を有する金属が含まれる。このＨＡＺの特徴には、幅、輪郭（形状）および金属的（冶金学的）特性、例えば硬度、延性、靭性および強度などの定量可能な特徴が含まれる。
【０００６】
この溶接についての定量可能なＨＡＺの特徴の１つ又はそれ以上を制御することにより前記成功基準を満足する溶接が得られることが溶接工業において認められている。しかし、現在のところ、溶接についての定量可能なＨＡＺの特徴が成功基準を満足しているか否かは、溶接が行われた後、溶接部の破壊セグメントによってのみ判定が可能である。従って、溶接装置のオペレータは、破壊セグメントによって溶接を検査しない限り、成功基準を満足する溶接を行うためには経験に依存するしかない。オペレータは一般に、先に得られた成功基準を満足する溶接についての溶接プロセス因子のための条件を認識しているが、これらの溶接プロセス因子についての要件が変った場合、例えば、鍛接装置を操作するのに必要なミル速度並びに鍛接装置が製造しようとしている管の肉厚が変った場合、オペレータは、成功基準を満足する溶接を行うために溶接プロセス因子のための条件をどのように修正するか、例えば、鍛接装置での溶接周波数と溶接出力とのバランスをどのように調整するのかを判断する知識を最早、有していない。オペレータは、別の状況下で得られた成功基準を満足する溶接のための溶接プロセス因子に関する条件についての知識を使用するしかない。溶接プロセス因子についての要件が変った場合、オペレータは、定量可能なＨＡＺの特徴の１つ又はそれ以上を継続して成功基準を満足させるために、他の溶接プロセス因子に関する条件をどのように変化させるかについての知識、又はそのための判定方法を持ち合わせていない。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第２,７７４,８５７号
【特許文献２】米国特許第３,０３７,１０５号
【特許文献３】米国特許第４,１９７,４４１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、オペレータが溶接装置の使用に際して、定量可能なＨＡＺの特徴の１つ又はそれ以上が、組立てられた部品の性能に関して成功基準を満足するような溶接を得る可能性を高めることができるような、安価で、簡便なツールの開発の必要が求められている。このツールは、溶接装置のオペレータに対し、溶接のための溶接プロセス因子の条件に基づいて定量可能なＨＡＺの特徴の少なくとも１つをモニターするための方法を提供し、更に、定量可能なＨＡＺの特徴の１つ又はそれ以上が、組立てられた部品の性能に関して成功基準を満足するような溶接が得られるべく溶接プロセス因子の条件についての調整をオペレータに伝えるものであることが好ましい。更に、このツールは、溶接プロセス因子の１つ又はそれ以上の条件を手動又は自動で制御するための方法を提供し、それにより定量可能なＨＡＺの特徴の少なくとも１つを修正させ、定量可能なＨＡＺの特徴の少なくとも１つが組立てられた部品の性能に関して成功基準を満足するような溶接が得られるものであることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、金属片の溶接において、熱影響部位（“ＨＡＺ”）の定量可能な特徴の少なくとも１つをモニターするためのシステムおよび方法が提供される。これは使用者、例えば溶接装置のオペレータに対し、定量可能なＨＡＺの特徴の少なくとも１つが組立てられた部品の性能に関して成功基準を満足するような溶接が得られるような溶接プロセス因子の条件についての情報を提供するものである。溶接のための溶接プロセス因子（これには、金属片の寸法形状および材質並びに溶接装置の操作条件が含まれる）の１組の条件について、ＨＡＺの特徴をモニターするためのシステム（“ＨＡＺモニタリングシステム”）は、溶接部について、１組の定量可能なＨＡＺの特徴の少なくとも１つについての予測値を判定するものである。予想されるＨＡＺの特徴値の判定には予測ＨＡＺ特徴関数の使用が含まれる。この予測ＨＡＺ特徴関数は分析的又は経験的に得られる関数であり、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴に対する溶接のための溶接プロセス因子の第１のサブセットに関連する。この経験的に得られる予測ＨＡＺ特徴関数は好ましくは、先に行われた溶接についての溶接プロセス因子の条件を表すデータに基づくものである。更に、前記ＨＡＺモニタリングシステムは、金属片について行われる溶接における少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての最適値を決定する。最適のＨＡＺ特徴値の決定には最適ＨＡＺ特徴関数の使用が含まれる。この最適ＨＡＺ特徴関数は、分析的又は経験的に得られる関数であり、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴に対する溶接プロセス因子の第２のサブセットに関連する。この場合、溶接プロセス因子の第１および第２のサブセットには、同一又は異なる溶接プロセス因子を含むことができる。この経験的に得られる最適ＨＡＺ特徴関数は、先に行われた溶接であって、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴が成功基準を満足するものについての溶接プロセス因子の条件を表すデータに基づくことが好ましい。このＨＡＺモニタリングシステムは、ユーザーに対し、好ましくはディスプレー上で、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての予測される最適値に関する量を指示する。
【００１０】
更なる好ましい実施例において、このＨＡＺモニタリングシステムは、ディスプレー上に、溶接装置の少なくとも１つの操作条件を表示するものであり、その内の少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴は関数である。このＨＡＺモニタリングシステムは更に、溶接装置の少なくとも１つの操作条件に対する変化に基づいて、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての予測値に関連する量の変化を実質的にリアルタイムで表示するものである。
【００１１】
本発明の他の形態として、金属片の溶接の少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴を制御するためのシステムおよび方法は、溶接装置の少なくとも１つの操作条件が自動的に又は手動で制御可能となっており、それにより成功基準を満足する溶接における少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴を提供するものである。このＨＡＺの特徴を制御するためのシステム（“ＨＡＺ制御システム”）は、溶接における少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての予測値並びに行われる溶接についての少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴のための最適値を、ＨＡＺモニタリングシステムで行われるものと同様にして、又は実質的に同様にして決定する。更に、このＨＡＺ制御システムは溶接装置の少なくとも１つの操作条件の制御を提供し、溶接における少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の予測値が、行われるべき溶接についての少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の最適値との関連で変更できるようになっている。
【００１２】
好ましい実施例として、ＨＡＺ制御システムは、溶接装置の操作条件の少なくとも１つを自動的に制御し、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の予測値が、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての最適値と合致ないし実質的に合致するようにしている。
【００１３】
好ましい他の実施例として、ＨＡＺ制御システムは、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の予測値および最適値に関する量を、ディスプレー上に表示する。
【００１４】
更なる好ましい実施例として、ＨＡＺモニタリングシステム又はＨＡＺ制御システムは、グラフィカル・ユーザー・インターフェース（“ＧＵＩ”）に接続され、更に溶接装置に接続させることができるマイクロコントローラを有し、この場合、溶接装置はこれらシステムの一部であることが好ましい。このマイクロコントローラは予想ＨＡＺ特徴関数およびメモリーに保存されている、又は使用者により測定され、提供されている溶接プロセス因子の条件を表すデータを使用して少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての予測値を決定する。更に、このマイクロコントローラは、最適ＨＡＺ特徴関数を用いて少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての最適値を決定する。このマイクロコントローラは更に、個別ノブ又はＧＵＩ上に表示された仮想制御ノブなどの少なくとも１つの制御部材を含み、若しくはこの制御部材に接続されている。それにより使用者の制御により、若しくはこのマイクロコントローラの自動制御により、溶接装置の操作条件の少なくとも１つを変更することができ、それにより少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての予測値が、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての最適値と合致ないし実質的に合致されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の他の目的および利点は、以下の好ましい実施例の詳細な説明から明らかになるであろう。なお、これら記載は添付図面を参照して説明するものであるが、これら図面において同様の部材には同様の参照符号が付されている。
【００１６】
本発明は、金属片の溶接において、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴をモニターし、及び/又は制御するためのシステムおよび方法を提供するものであり、それにより溶接装置のオペレータに対し、原因分析ツールを提供したり、及び/又は溶接装置の操作条件の少なくとも１つを制御して、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴が組立てられた部品の性能に関して成功基準を満足させるような溶接が得られるようにすることができる。更に、このシステムおよび方法は金属片を接合させるための全ての溶接プロセスに適用することができる。本発明についての理解を容易にするために、金属片の溶接において定量可能なＨＡＺの特徴をモニターし、制御するようにした本発明の特徴を、鍛接装置を使用して金属ストリップから管又はパイプを組立てる周知の技法との関連で説明、例示する。なお、全ての溶接プロセスにより得られる金属片の溶接部は、１組の定量可能なＨＡＺの特徴によって規定することができ、更に、本発明によれば、全ての溶接部に対する定量可能なＨＡＺの特徴は、溶接プロセス因子の条件が成功基準を満足するか否かについて予測するための原因分析的に使用することができると共に、溶接における少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴が成功基準を満足するように溶接装置の操作条件の少なくとも１つを制御するのにも使用することができる。
【００１７】
明確化のため、並びに本発明の特徴を鮮明にする背景を提供するため、周知の鍛接法を、鍛接に関連する溶接プロセス因子および鍛接から得られる溶接部を規定する定量可能なＨＡＺの特徴を含めてまず記述する。
【００１８】
溶接された管を得るために鍛接プロセスを行うとき、金属片（例えばプレート、管に対するフィンなど）又は金属片のエッジ部が折り曲げられ、金属片がその長手方向に前進する際に溶接ポイントでそのエッジ部が合体することになる。例えば、金属シート又はストリップが管状に折り曲げられ、金属ストリップはこの管の軸方向に前進させられる。溶接されるべき金属片又は金属片の部分は、高周波電流により鍛接温度又は金属の融点直下まで加熱される。この高周波電流は、この部分との接触により、又はこの部分に電流を誘起させる誘導コイルにより溶接部を流れるようになっている（例えば、上記特許文献１、特許文献２、特許文献３を参照。これらは参照としてここに組み込まれるものとする。）。具体的に述べると、高周波鍛接において、高周波電流を、接合ないし溶接されるべき金属部位の両面に反対方向に流し、周知の近接効果を利用する。それにより反対に流れている電流は表面に集中することになり、周知の表皮効果が得られる。ほぼ融点にある金属ストリップのエッジ部を、溶接ポイントを通過させる際に、このエッジ部に圧力を加えることにより、連続的に形成された鍛接部が生じ、この金属ストリップは管又はパイプの形となる。
【００１９】
図１は、従来の鍛接法を例示するものであり、この場合、管１１３は、金属ストリップから形成される。つまり、金属ストリップを単頭矢線の方向に前進させ、圧力を複頭矢線で示す方向に印加させ金属ストリップのエッジ部を合致させることにより、金属ストリップが溶接ポイント１１５で強制的に合体され溶接シーム（継ぎ目）が形成されることになる。図1および図１の管の鍛接に関連するパラメータを示す図２(ａ)を参照すると、誘導電力の供給に基づいて金属ストリップの両側エッジ部を強制的に合体させると、“Ｖ”形領域（溶接部Ｖとして知られている）が形成される。なお、この誘導電力は適当な交流電源から誘導コイル１０１に供給され、“Ｖ”形領域近傍の金属に電流を誘導させるようになっている。この誘導された電流は管の背後を回って流れ、次いで、開いた“Ｖ”形エッジに沿って溶接ポイント１１５へ流れるようになっている。この“Ｖ”形領域の長さ“ｙ”（又はＶ長さ）は、溶接ポイントに最も近いコイルの端部と、溶接ポイントとの間の距離とほぼ等しい。
【００２０】
周知のように、溶接のための熱によりミクロ構造および機械的特性が変化した金属を含む溶接部の熱影響部位の特徴は溶接部の特徴、言い換えれば組立てられた部品の性能を規定するものである。金属片のあらゆる溶接（例えば、鍛接により得た溶接）についてのＨＡＺの特徴には、一組の定量可能なＨＡＺの特徴、幅、輪郭（形状）および金属的（冶金学的）特性、例えば硬度、延性、靭性および強度などの定量可能な特徴が含まれる。
【００２１】
例えば、鍛接において、ＨＡＺの幅は重要なパラメータであり、冶金技術者は多年に亘り溶接されたパイプ又は管における溶接部を特徴づけるのに使用してきた。なぜならば、ＨＡＺ幅は、組立てられた部品の性能が満足なものか否かの主指標であることが見出されているからである。すなわち、鍛接についての成功基準はＨＡＺ幅と関連している。図1および図２(ａ)を参照すると、破線１１８は溶接シーム１１７の両側のＨＡＺの一般化した外側境界を示している。図1の鍛接された管の溶接部の断面である図２(ｂ)を参照すると、管１１３はＨＡＺ幅“ＸＥ”を有し、これは外側境界線１１８相互間の距離に等しい。実際には、ＨＡＺの外側境界は溶接部の全長に沿って均一な線状のものではないが、ＨＡＺ幅は、線１１８のような直線状境界ラインによりほぼ近似させることができ、これは一般にＨＡＺウエスト幅として知られている。
【００２２】
溶接環境についての溶接プロセス因子の条件は溶接部の定量可能なＨＡＺの特徴に影響することがよく知られている。例えば、鍛接環境において、溶接プロセス因子には、（ｉ）鍛接装置の操作条件、例えば電流の周波数（“溶接周波数”）、電流のエネルギー（“溶接出力”）および溶接装置内の溶接ポイントを通過する金属ストリップのエッジ部の移動速度（“ミル速度”）、Ｖ長さ、および溶接ポイントにおける空隙の長さおよび角度;並びに（ii）金属ストリップの寸法形状および材質、例えば金属ストリップの厚み又は溶接された管の肉厚などである。鍛接プロセスが、（ｉ）管径/肉厚比が非常に大きい又は小さい；（ii）自動車の排気システムに使用される管に見られるような複雑な冶金部;および(iii)下塗りされたストリップ（亜鉛メッキ管に使用される亜鉛塗付低炭素鋼、アルミ被覆管に使用されるアルミ塗布鋼）を有する管の組立て、又は油産国（oil country）の管状製品の組立てにまで拡大されているため、管溶接部の品質の問題が、溶接形成に用いられた加熱温度分布の不適当性のために、しばしば生じてきている。溶接プロセス因子の条件の関数である加熱温度分布は、鍛接についてのＨＡＺの幅、形状(輪郭)および冶金学的特性に直接関係し、影響する。
【００２３】
しばしば、溶接環境についての溶接プロセス因子の１つ又はそれ以上に制限が加えられる。例えば、鍛接において、或るタイプの材料の使用が求められ、鍛接装置も所定のミル速度で操作されることが求められる。更に、鍛接装置においてＶ長さをどの程度小さくするかについて実際上の制限があることが周知となっている。
【００２４】
更に、溶接業界で周知なものとして、溶接部の定量可能なＨＡＺの特徴に変化を生じさせるため、溶接プロセス因子の条件を修正する技術がある。例えば、高周波鍛接プロセスにおいて、溶接部のＨＡＺ幅などのＨＡＺの特徴を制御するために溶接周波数を使用することができることが認められている。鍛接において、溶接周波数を低くすることにより、ＨＡＺにおける温度分布を平坦化することができ、ＨＡＺを溶接Ｖエッジ中により深く浸透させることができ、より大きく、より円滑な内側溶接ビードを生じさせることができる。対照的に、鍛接プロセスにおいて溶接周波数を大きくすることにより、ＨＡＺを狭くし、ＨＡＺをより水時計形にする傾向を生じさせ、更に、溶接Ｖ部の温度分布をより急峻なものとさせ、このＶ部の隅部の温度をより高くさせ、内側溶接ビードをより小さくさせると、その円滑性が低下する。更に、鍛接プロセスにおける溶接周波数は、組立てられたパイプ又は管の他の特徴、例えば、より大きな肉厚の管の“ブルーイング”の量、インピーダー（impeder）の飽和などに可なりの影響を及ぼすことが知られている。
【００２５】
特定の溶接環境において、最も好ましい溶接は、組立てられた部品の性能に関する成功基準を満足するものとして当業者が認める定量可能なＨＡＺの特徴を有するものである。その他、最も好ましい溶接は、成功基準を満足する定量可能なＨＡＺの特徴と、他の溶接品質パラメータとの間の妥協であってもよい。説明の便宜上、組立てられた部品の性能に関する成功基準を満足する溶接についての定量可能なＨＡＺの特徴の状態を以降、最適ＨＡＺ特徴値と呼ぶことにする。
【００２６】
溶接プロセスの実施において、1又はそれ以上の溶接プロセス因子について条件を正しく選択することにより、溶接の質を可なり改善させる或るＨＡＺの特徴が優先され、溶接上の問題を解決することができる。しかし、定量可能なＨＡＺの特徴についての最適値又はそれに近い定量可能なＨＡＺの特徴を有する溶接が得られる溶接プロセス因子の条件を、通常、溶接装置のオペレータにより認識されておらず、あるいは容易に判断することができるものでもない。オペレータは、或る寸法形状および材質の金属片から形成される溶接についての定量可能なＨＡＺの特徴の最適値を得るための溶接装置の一組の操作条件を知っているかも知れないが、特定の溶接プロセス因子を変更する必要が生じた場合又は変更された場合に、溶接装置の操作条件の1つ、又はそれ以上をどのように修正して、溶接についての定量可能なＨＡＺの特徴を最適値又はその近傍に維持させるかについて、オペレータは知っていない可能性が大きく、かつ、従来技術ではオペレータがそれを容易に判断させるようなツール又は他の装置を提供することができない。例えば、仮に、溶接装置の操作条件の１つについて新たな要求がなされた場合、オペレータは他の操作条件をどのように調整し、溶接が特定の定量可能なＨＡＺの特徴について依然として最適値を維持させるかについて知ることができない。
【００２７】
更に説明すると、鍛接において、溶接周波数を正しく選択することにより、パイプ又は管の溶接の質を可なり改善させる溶接についての或るＨＡＺの特徴が優先され、溶接上の問題を解決することができることが知られている。なぜならば、溶接周波数は溶接のＨＡＺ幅に大きく影響を及ぼし、このＨＡＺ幅は溶接の成功の主指標となるからである。しかし、溶接プロセス因子の条件の或る一組のものが与えられたとしても、鍛接装置のオペレータは、鍛接装置をどの溶接周波数で操作し、それにより溶接のＨＡＺ幅が、行われようとする溶接について最適のＨＡＺ幅と思われるものに合致ないしほぼ合致させることができるかについて知っている可能性は少ないであろう。オペレータは、或る種の金属片が使用される鍛接装置について一組の溶接プロセス因子で最適なＨＡＺ幅が得られる溶接周波数について知っているかも知れないが、例えば、ミル速度についての要求が変化した場合、それに基づいて溶接周波数をどのように修正し、溶接について最適のＨＡＺ幅又はそれに近いものが得られるようにするかについては、オペレータは通常、知らされておらず、かつ、容易に判断することができないであろう。例えば、オペレータは、特定の低炭素鋼管製品について、ミル速度、Ｖ長さおよび溶接周波数の操作条件がＨＡＺ幅に最も影響を及ぼすことを知っているかも知れないが、最適ＨＡＺ幅を有する溶接を得るために溶接周波数で溶接装置を操作するかについては知らされておらず、試験運転の溶接部の破壊分断（destructive segmentation）を行うことなくこれを判断することはできないであろう。
【００２８】
本発明によれば、溶接についての定量可能なＨＡＺの特徴の少なくとも1つがモニターされ、溶接装置のオペレータに対し、（i）溶接についての溶接プロセス因子の或る一組の条件を使用して決定される少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の予測値;および（ii）行われようとする溶接についての少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての最適値に関する情報が、例えばディスプレー上に提供される。好ましくは、本発明は更に、ディスプレー上に、1又はそれ以上の溶接プロセス因子の条件の変化が、溶接についての少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の予測値に対しどのように影響を及ぼすかを、行われようとする溶接についての少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての最適値との関連で、ディスプレー上に表示するものである。本発明によれば、溶接プロセス因子の一組の条件についての少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の予測値は、予測ＨＡＺ特徴関数を使用して決定される。この予測ＨＡＺ特徴関数は分析的又は経験的に得られる関数であり、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴に対する溶接プロセス因子の第１のサブセットに関連する。更に本発明によれば、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての最適値が、最適ＨＡＺ特徴関数を使用して決定される。この最適ＨＡＺ特徴関数も、分析的又は経験的に得られる関数であり、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴に対する溶接プロセス因子の第２のサブセットに関連する。好ましい実施例として、溶接プロセス因子の第１および第２のサブセットは、同一又は異なっている。本発明は更に、溶接装置の操作条件の1つ又はそれ以上が手動又は自動的に制御可能になっており、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の予測値を修正させ、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての最適値に合致ないし実質的に合致させることができる。好ましい実施例として、制御されている溶接装置の操作条件並びに少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての予測値および最適値に関係する量が表示される。
【００２９】
図３は、本発明による金属片の溶接の少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴をモニター及び/又は制御するための好ましいシステム２００を例示する機能的ブロック図である。図３を参照すると、このシステム２００は、グラフィカル・ユーザー・インターフェース（“ＧＵＩ”）２１４および溶接装置２１６に接続されたマイクロコントローラ２１２を備えている。
【００３０】
このマイクロコントローラ２１２は、従来のデータ処理装置であり、これは入力装置(マウス、キーボード、インプットダイアル(図示しない)など)、プロセッサーおよびメモリーを備えている。このプロセッサーはメモリーに記憶されたソフトウエア指示を実行するものであり、入力装置から提供された、若しくはメモリーに保存された溶接プロセス因子の条件を表すデータを使用する。このマイクロコントローラ２１２は、図示の好ましい実施例において、予測ＨＡＺ特徴値モジュール２２０、最適ＨＡＺ特徴値モジュール２２２および制御モジュール２２４を具備し、以下に説明するようにデータ処理操作を行うものである。
【００３１】
なお、データ処理操作を行うものとして記述するこのシステム２００のこれらモジュールのそれぞれは、ソフトウエアモジュール、あるいはハードウエアモジュール、若しくはハードウエア/ソフトウエア合体モジュールであってもよい。更に、これらモジュールの夫々は好ましくは、メモリー保存領域（例えば、ＲＡＭ）を含み、これは本発明に従って処理操作を行うためのデータおよび指示を保存するためのものである。その他、処理操作を行うための指示を、アッセンブリー２００内の１つ、又はそれ以上のモジュール内のハードウエアに保存してもよい。更に、マイクロコントローラ２１２およびその中のモジュールは、本発明に従って処理操作を行うようにしたアナログ又はデジタル回路で置換えてもよい。
【００３２】
ＧＵＩ２１４は、ＬＣＤモニターなどの従来の装置であり、マイクロコントローラ２１２により供給されたデータを表示するためのものである。好ましい実施例として、ＧＵＩ２１４はマイクロコントローラ２１２に対し、システム２００のユーザーと、入力装置との相互作用に基づいて溶接プロセス因子の条件を表すデータを転送するようになっている。
【００３３】
溶接装置２１６は従来の溶接装置である。例えば、この溶接装置２１６は可変周波数鍛接装置であり、その溶接周波数はばらばらに、又は連続して選択することができ、いったん選択されると安定に維持される（米国特許第５,９０２,５０６号、米国特許第５,９５４,９８５号を参照、なお、これらは参照としてここに組み込まれるものとする）。
【００３４】
他の実施例として、溶接装置２１６はシステム２００の一部ではなく、システム２００は、従来の溶接装置と接続し、その操作をモニター及び/又は制御するための従来のインターフェース手段(図示しない)を備えている。例えば、システム２００を、鍛接プロセスを行うことにより得た溶接の定量可能なＨＡＺの特徴をモニターし、制御するのに使用する場合、このインターフェースがモニター及び/又は制御を行い、この場合、制御は自動化され、若しくはユーザー、鍛接装置２１６の実際の溶接周波数および溶接出力との相互作用に基づいて行われる。
【００３５】
図４は、本発明に従ってシステム２００を操作する場合の好ましいフロープロセス２３０を例示するものであり、金属片の溶接の少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴がモニター及び/又は制御されるようになっている。このプロセス２３０を以下に、鍛接プロセスにより管又はパイプを組立てる溶接環境で本発明を実施する例との関連で説明する。この場合、システム２００は、ＨＡＺの幅をモニターし、制御するためのプロセス２３０のステップを行うものであり、このＨＡＺの幅は鍛接技術において溶接が、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴として、成功か否かを示す主指標となるものである。なお、このプロセス２３０は、あらゆる溶接プロセスから得られた溶接の任意の定量可能なＨＡＺの特徴をモニター並びに制御する場合に適用可能であることを理解されるべきである。
【００３６】
図４を参照すると、ステップ２３２において、入力装置を使用して、ユーザーにより行われた測定をマイクロコントローラ２１２に提供するか、あるいはマイクロコントローラ２１２が、溶接のための溶接プロセス因子の条件を表す情報をメモリーから検索する。
【００３７】
この例示の鍛接環境において、オペレータは、例えば、マイクロコントローラ２１２に対し、ユーザーの測定に基づくところの溶接される管の外径（“ＯＤ”）および肉厚（“ｗ”）、並びに鍛接装置２１６についてのＶ長さ（“ｙ０”）を供給する。他の好ましい実施例として、溶接プロセス因子の条件の少なくとも或るもの（鍛接装置２１６のミル速度（“ν”））は、マイクロコントローラ２１２に対し(例えばメモリー内にて)既に入手可能になっている。若しくは、溶接プロセス因子の条件の少なくとも或るものが、マイクロコントローラ２１２の入力装置に接続されている測定装置により供給される。
【００３８】
再び、図３、図４を参照すると、ステップ２３４において、予測ＨＡＺ特徴値モジュール２２０が、予測ＨＡＺ特徴関数を使用して、溶接についての少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の予測値を決定する。この予測ＨＡＺ特徴関数は溶接プロセス因子に基づいて分析的に得られ、若しくは、先に行われた溶接についての溶接プロセス因子の条件から経験的に得られる。好ましい実施例として、予測ＨＡＺ特徴関数は、溶接装置の操作条件の範囲および金属片の材質および寸法形状を表すデータに基づくものである。この場合、このデータは好ましくは、ルックアップテーブルとしてメモリー内に保存される。
【００３９】
鍛接プロセスにおける本発明の実施例の記載に再び戻ると、鍛接におけるＨＡＺ幅についての予測関数は好ましくは、分析的に得られる関数であり、これは溶接される金属片の寸法形状および材質、並びにこの寸法形状および材質が鍛接の間の熱の発生によりどのように変化するかを説明するものである。鍛接プロセスにおいて、溶接ポイントでのＶエッジにおける温度分布Ｔ（ｘ）は以下のように表すことができる（ここで、ｙはＶの垂直距離、ｙ０はＶ長さである）。
【００４０】
【数１】
2007144515.tif 000003
【００４１】
ここで、
Ｈ０は、Ｖにおける磁界
ρは、管材料の電気抵抗
μは、管材料の透磁率
ｆは、溶接周波数
ζは、管材料における電気基準深さ（electrical reference depth）＝（ρ／πｆμ）1/2
Ｋは、管材料の熱伝導率
εは、管材料の温度拡散率
νは、ミル速度
ｙ０は、Ｖ長さ
ｘは、Ｖのエッジに至る距離
【００４２】
Ｖのエッジの表面および溶接ポイントにおいて、上記式（１）はｘ＝０で評価され、その結果を以下のように表すことができる。
【００４３】
【数２】
2007144515.tif 000004
【００４４】
すなわち、ＨＡＺのエッジを表す温度および溶接するためＶエッジで達成されるべき他の温度(高温計が測定するような温度)が規定されるとすると、ＨＡＺ幅の半分および溶接部位から絞り出される材料（はみ出し）の幅の合計に関係する距離（ｘＨＡＺ）は以下の式（３）から見出すことができる。
【００４５】
【数３】
2007144515.tif 000005
【００４６】
式（３）は溶接温度に対するＨＡＺ温度の比（Ｒ）（Ｒ＝ＴＨＡＺ／ＴＷＥＬＤ）に依存する。溶接材料についての電気基準深さ（ζ）が溶接周波数の情報(言い換えれば、鍛接アッセンブリー２１６が操作される溶接周波数)を具現化すること;およびプロセス２３０のステップ２４２との関連で詳述するようにユーザーがｘＨＡＺ(最適ＨＡＺ幅に関係する数)を制御することの認識に基づいて、上記の超越等式（３）は２つの無次元数λおよびη(以下に規定する)に関して書き直すことができ、以下のような関係式を得ることができ、それにより、反復的又はグラフ的方法により等式（３）を解く必要性、並びにミル速度およびＶ長さについての必要性を回避することができる。
【００４７】
【数４】
2007144515.tif 000006
【００４８】
λは入力（ｘＨＡＺ)および２つの既知量（νおよびｙ０）に依存し、ηは装置２１６が操作される周波数(ｆ)および同じ２つの既知量（νおよびｙ０）に依存する。従って、もし、ＴＨＡＺおよびＴＷＥＬＤについて特定の値が選択され、Ｒが計算できるとすると、関数、η＝ｇ（λ）は数値技法により決定することができ、クローズド・フォーム近似値（closed form approximation）を見出すことができる。
【００４９】
溶接される金属片が低炭素鋼である鍛接の好ましい実施例において、ＨＡＺ幅についての予測関数が、多くの鍛接プロセスの以下のような考察並びにそれから得られる溶接について説明できる。すなわち、（１）スチールの材質は非常に温度依存性が大きいが、Ｖ温度は殆どの場合、キューリー温度（約７６０℃）より上であると思われる。なぜならば、スチールの色はこの温度より上では赤に変化するからである。もし、キューリー温度より上の温度について、低炭素鋼のための従来の値が使用されると、低炭素鋼は以下のようになる：
【００５０】
Ρ＝４５ｘ１０−６オーム・インチ
μ＝μ０＝３２ｘ１０−９ヘンリー／インチ
ε＝０．００７７平方インチ／秒
【００５１】
(２)  管を溶接するとき、Ｖのエッジ先端でのスチールの温度は典型的にはほぼ融点又は約２７００°Ｆ（１４８５℃）になる。更に、スチールが実質的に溶融熱を有しているから、付加的エネルギーがＶエッジに注入され、スチールが依然として溶融温度にある間において、その特性が覆されることになる。従って、スチールの溶融熱は、エッジ温度を均等分上昇させることにより補償される。例えば：
【００５２】
溶融熱＝１．９４６ｘ１０９ジュール／ｍ３
溶融温度での熱容量＝５．０８ｘ１０６ジュール／ｍ３℃
溶融熱のための温度上昇＝１．９４６ｘ１０９／５．０８ｘ１０６＝３８３℃＝７２７°Ｆ
修正された溶接温度＝２７００＋７２７＝３４２７°Ｆ
【００５３】
多くの式に基づいて、（ＴＨＡＺ／ＴＷＥＬＤ）＝０．３５を使用することにより、低炭素鋼について最良の結果が得られることが見出された。最後に、η＝ｇ（λ）についてのクローズド・フォーム関係が決定され、等式（４）を以下のように書き直すことができ、固定したＲについてλをηに関連させる。
【００５４】
【数５】
2007144515.tif 000007
【００５５】
直線回帰法を使用することにより、Ｒ＝０．３５から得られる曲線についての近似関数を決定することができる。Ｒ＝０．３５の場合、λの絶対最低値は、η  →  ∞のとき、０．５０４５である。従って、０．５５≦λ≦３．０についての関数は良好な数値的安定を達成することができる。従って、０．５５≦λ≦３．０について以下の式（６）が成り立ち：
【００５６】
【数６】
2007144515.tif 000008
【００５７】
逆関数を以下の式（７）により近似させることができる。
【００５８】
【数７】
2007144515.tif 000009
【００５９】
ここで、
2007144515.tif 000010
【００６０】
図３および図４を再度参照すると、プロセス２３０のステップ２３２において、マイクロコントローラ２１２が、鍛接装置２１６による溶接についての実際の溶接周波数（ｆ）を得る。ステップ２３４において、予測ＨＡＺ特徴値モジュール２２０が式（８）を使用する実施例の鍛接のためのＨＡＺ幅についての予測値を決定すると共に、ステップ２３２で得た溶接プロセス因子の条件を溶接周波数を含めて決定する。
【００６１】
更に、図３および図４を参照すると、ステップ２３６において、最適ＨＡＺ特徴値モジュール２２２が最適ＨＡＺ特徴関数を使用して少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての最適値を決定する。この最適ＨＡＺ特徴関数は、行われるべき溶接についての溶接プロセス因子に基づいて分析的に得られ、又は組立てられた部品の性能に関する成功基準を満足する、先に行われた溶接についての溶接プロセス因子の条件から経験的に得られる。成功基準を満足する溶接において、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴がその最適値にあると考えられる。好ましい実施例において、最適ＨＡＺ特徴関数は、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴が最適値又はそれに近い値である、先に行われた溶接における溶接装置についての操作条件の範囲並びに金属片の材質および寸法形状の範囲を表すデータに基づいている。更に好ましい実施例において、定量可能なＨＡＺの特徴についての最適値を決定するのに使用された代表的データは、ルックアップテーブルとしてメモリー内に保存される。
【００６２】
本発明の例示的実施態様について続いて説明すると、好ましい実施例において、鍛接プロセスにより行われる溶接についての最適ＨＡＺ幅は、金属片の材質および寸法形状の範囲を表す経験的(実験的)データ並びに組立てられた部品の性能に関する成功基準を満足するところの先に行われた鍛接についての鍛接装置の操作条件を表す経験的(実験的)データに基づくものである。多くの鍛接のＨＡＺを検査した結果、鍛接についてのＨＡＺ幅と、鍛接プロセスを行うことにより組立てられた管の肉厚との間の比は一定であることが見出された。更に、多くの鍛接のＨＡＺを検査した結果、図２(ｂ)に“ＸＥ”として示すパラメータであるＨＡＺの腰幅は、肉厚の１／３ないし１／４の間であることが見出された。更に、はみ出しについて最適ＨＡＺ特徴関数を説明しなければならないことが認められた。なぜならば、はみ出しは小さい径の管では可なりの因子となるからである。溶接されたサンプルを検査した結果、このはみ出しは、小さい径の鍛接管（例えば、約３インチ未満の直径の鍛接管）では約０．０４インチであることが見出された。従って、式（７）においけるＸＨＡＺが、ＨＡＺ幅の１／２と、はみ出しの１／２との合計を表す場合、鍛接管についての最適ＨＡＺ幅、ＸＨＡＺＯＰＴＩＭＡＬを決定するための好ましい関数は以下のようになる：
【００６３】
ＸＨＡＺＯＰＴＩＭＡＬ＝０．０２＋０．１５ｘ肉厚      （８）
【００６４】
炭素鋼管を鍛接するための本発明の例示的実施態様の好ましい実施例として、管のサイズを肉厚約０．０２０インチないし約０．５インチの範囲とし、管径を約１インチないし約６インチの範囲に制限することにより最適ＨＡＺ幅が得られる。なぜならば、このような範囲は、約４５０ｋＷ以下の定格出力を有する高周波鍛接装置で通常、溶接されるサイズ範囲を網羅するものであるからである。
【００６５】
図３および図４を再度参照すると、ステップ２３８において、予測ＨＡＺ特徴値モジュール２２０が、予測ＨＡＺ特徴関数を使用して、行われるべき溶接の少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴について最適ＨＡＺ特徴値を達成する選択された溶接プロセス因子についての条件を決定する。再び、鍛接プロセスについての本発明の例示的実施態様に戻ると、好ましい実施例として、ステップ２３８においてモジュール２２０が、ステップ２３６で決定された最適ＨＡＺ幅値を使用して周波数（ｆ）について等式（７）を解くようになっている。得られたｆ値は、ステップ２３２で得たような他の全ての溶接プロセス因子の条件が得られる溶接についての最適ＨＡＺ周波数である。
【００６６】
ステップ２４０において、マイクロコントローラ２１２は、ＧＵＩ２１４上に、ステップ２３４および２４６で決定された少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての予測値および最適値に関する量を表示すると共に、ステップ２３８で決定された溶接プロセス因子についての最適値を表示する。好ましい実施例において、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の最適値により正規化された少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の予測値に関係する量がＧＵＩ２１４上に表示される。他の好ましい実施例において、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴についての予測値および最適値に関する量が比較フォーマット中のＧＵＩ２１４上に表示される。
【００６７】
鍛接プロセスに対する本発明の例示的実施態様において、マイクロコントローラ２１２は、ＧＵＩ２１４上に、ステップ２３４および２３６でそれぞれ等式(７)および（８）から決定された予測ＨＡＺ幅および最適ＨＡＺ幅の値に関する量を表示すると共に、ステップ２３８で決定された最適ＨＡＺ幅を表示する。
【００６８】
再び図３を参照すると、制御モジュール２２４は溶接装置２１６の操作条件の１又はそれ以上を制御する能力を提供する。好ましい実施例において、この制御モジュール２２４はダイアル又は個別ノブの形態の制御部材若しくはＧＵＩ２１４上に表示される仮想制御バーアイコンを含む。図４を参照すると、好ましい実施例において、ステップ２４２において、制御モジュール２２４はユーザーが相互作動することができる仮想制御バーを表示し、それにより、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴が関数であるところの溶接装置２１６の操作条件を制御する。システム２００の操作において、ユーザーは上記制御バーの位置を調整し、溶接装置２１６の対応する操作条件を修正する。更に、ステップ２４２において、マイクロコントローラ２１２は、ＧＵＩ２１４上に、リアルタイム又は実質的にリアルタイムで、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の予測値を、ユーザーによる上記制御バーの制御に基づき、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の最適値との関係でどのように修正するかを表示する。少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の最新の予測値はプロセス２３０のステップ２３４に記載されているようにして同様に決定される。更に、ステップ２４２において、マイクロコントローラ２１２は、ＧＵＩ２１４上に、リアルタイム又は実質的にｖで、ステップ２４０で決定された溶接プロセス因子についての最適値並びにプロセス２３０のステップ２３２で得られた溶接プロセス因子の条件に基づく同じ溶接プロセス因子についての実際値を表示する。
【００６９】
鍛接プロセスに対する本発明の例示的実施態様、並びに鍛接プロセスとの関連でのステップ２４２の履行における好ましい実施例を説明する図５を参照すると、ステップ２４２において、マイクロコントローラ２１２は、ＧＵＩ２１４上に、溶接装置２１６の溶接周波数および溶接出力を制御するための仮想制御バー２５０Ａおよび２５０Ｂを表示する。ユーザーがこの制御バー２５０Ａ又は２５０Ｂのいずれかの位置を修正し、溶接装置の溶接周波数又は溶接出力を変更したとき、マイクロコントローラ２１２は、リアルタイム又は実質的にリアルタイムで、変更した溶接周波数又は溶接出力を用いてＨＡＺ幅の予測値に関する量を表示する。この場合、ＨＡＺ幅の予測値は、上述のように等式（７）を用いて最適ＨＡＺ幅に関係する量との関係で決定される。更に好ましい実施例において、マイクロコントローラ２１２はステップ２４２において、ＧＵＩ２１４上に、最適溶接周波数を表示すると共に、図５に示すような二次元グラフ上に、予測ＨＡＺ幅と、最適ＨＡＺ幅との間の差異(%)を表示する。
【００７０】
更に好ましい実施例において、マイクロコントローラ２１２はＧＵＩ２１４上に対し、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の予測値と最適値との差異を示す正規化数を表示させるようにする。例えば、本発明の鍛接例において、ＧＵＩ２１４上の“１．０”の値の表示は、選択された溶接周波数が最適ＨＡＺ幅と等しいＨＡＺ幅を提供することを表している。対照的に、“１．０”よりも小さい値の表示は、選択された溶接周波数が最適ＨＡＺ幅よりも小さいＨＡＺ幅を形成させることを示唆し、“１．０”よりも大きい値の表示は、選択された溶接周波数が最適ＨＡＺ幅よりも大きいＨＡＺ幅を形成させることを示唆するものである。
【００７１】
好ましい実施例において、ＧＵＩ２１４は少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の予測値および最適値に関する量を異なる色で表示する。
【００７２】
更に好ましい実施例において、ステップ２４２において、制御モジュール２２４が溶接装置２１６の操作条件を自動的に制御し、少なくとも１つのＨＡＺの特徴値についての予測値および最適値を等しくないし実質的に等しくさせる。例えば、本発明の例示的実施態様において、制御モジュール２２４が、鍛接装置２１６の溶接周波数を制御し、ＨＡＺ幅についての予測値および最適値を等しくさせる。この場合、ＨＡＺ幅についての予測値は例えば等式（７）から決定される。
【００７３】
本発明の実施態様の他の好ましい実施例において、ステップ２４２において、ユーザーはＧＵＩ２１４上の制御バー２５０Ａを用いて溶接周波数を修正し、予測ＨＡＺ幅を最適ＨＡＺ幅値に近い値にさせ、更に、例えば所望の円滑溶接ビードおよび溶接Ｖエッジへの所望の深さを有する溶接が得られるようにする。
【００７４】
有利なことに、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の予測値が、少なくとも１つの定量可能なＨＡＺの特徴の最適値又はそれに近いものとなるような溶接プロセス因子の条件を、本発明によるものと同様又は同一の溶接装置を有する溶接環境に使用することができる。
【００７５】
好ましい実施例において、このシステム２００は、通信装置(図示しない)を含み、それにより、マイクロコントローラ２１２で行われたデータ処理操作が遠隔で行われるようにし、データ処理操作の結果が通信手段(インターネットなど)を介してシステム２００に提供されるようにする。
【００７６】
更なる好ましい実施例において、このシステム２００は、固定周波数パイプおよび管溶接装置２１６との関連で履行され、方法２３０がシステム２００により行われ、溶接装置の使用から得られた溶接についての予測ＨＡＺ幅値に関連する量を決定し、表示するようにする。
【００７７】
以上、本発明を好ましい具体例に基づいて記述、説明したが、本発明の原理を逸脱することなく、種々の変更も可能であることは当業者にとって自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】金属プレート又はストリップの両側の長手方向エッジ部を互いに鍛接することにより管を形成させる従来の方法を説明する斜視図。
【図２（ａ）】金属プレート又はストリップの両側の長手方向エッジ部を互いに鍛接することにより図１の管を形成する場合のパラメータを説明する図。
【図２（ｂ）】図２(ａ）の管のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】本発明による熱影響部位の特徴のモニター／制御システムの好ましい実施例を説明するブロック図。
【図４】本発明による図３の装置を操作する好ましい方法を説明するフロー図。
【図５】本発明による図３のシステムにより発生するところの、溶接プロセス因子についての制御、溶接のための溶接プロセス因子の条件、溶接のＨＡＺの特徴を表す量の好ましい表示を示す図。
【符号の説明】
【００７９】
１０１    誘導コイル
１１３    管
１１５    溶接ポイント
１１７    溶接シーム
１１８    外側境界線
２００    システム
２１２    マイクロコントローラ
２１４    グラフィカル・ユーザー・インターフェース（“ＧＵＩ”）
２１６    溶接装置
２２０    予測ＨＡＺ特徴値モジュール
２２２    最適ＨＡＺ特徴値モジュール
２２４    制御モジュール
【図１】
2007144515.tif 000011
【図２（ａ）】
2007144515.tif 000012
【図２（ｂ）】
2007144515.tif 000013
【図３】
2007144515.tif 000014
【図４】
2007144515.tif 000015
【図５】
2007144515.tif 000016
【外国語明細書】
2007144515000001.pdf