(57)【要約】【課題】  二重ワイヤ溶接又は積層造形コンタクトチップ及び拡散器を提供する。【解決手段】  溶接又は積層造形コンタクトチップは、本体の基端部から先端部に延びる導電性本体を含む。本体は、本体の先端面における第１の出口オリフィスで終端する第１の穴と、本体の先端面における第２の出口オリフィスで終端する第２の穴とを形成する。第１の出口オリフィス及び第２の出口オリフィスは、堆積動作中、第１の穴を通って送られる第１のワイヤ電極と第２の穴を通って送られる第２のワイヤ電極との間のブリッジ溶滴の形成を促進するように構成された距離だけ互いから隔てられる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接又は積層造形コンタクトチップであって、
本体の基端部から先端部に延びる導電性本体
を備え、前記本体は、
前記本体の先端面における第１の出口オリフィスで終端する第１の穴と、
前記本体の前記先端面における第２の出口オリフィスで終端する第２の穴と、
を形成し、
前記第１の出口オリフィス及び前記第２の出口オリフィスは、堆積動作中、前記第１の穴を通って送られる第１のワイヤ電極と前記第２の穴を通って送られる第２のワイヤ電極との間のブリッジ溶滴の形成を促進するように構成された距離だけ互いから隔てられる、溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項２】
前記第１の出口オリフィスは直径を有し、前記距離は前記直径の２０％から２００％の範囲内にある、請求項１に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項３】
前記距離は、前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極の最も近い縁部間で測定される前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極の直径の０．２５倍から２．２５倍の範囲内にある間隔Ｓを前記第１のワイヤ電極と前記第２のワイヤ電極との間に提供する、請求項１に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項４】
前記距離は３ｍｍ未満である、請求項１に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項５】
前記本体はマウントシャンクを含み、１つ又は複数の入口オリフィスが前記マウントシャンクに配置され、前記マウントシャンクは半径方向突出タブを含む、請求項１に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項６】
前記半径方向突出タブと前記本体の前記先端面との間に配置されるバイアスばねを更に備える、請求項５に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項７】
前記マウントシャンクは、前記コンタクトチップの肩部から延び、前記バイアスばねは、前記肩部と前記半径方向突出タブとの間で前記マウントシャンクの周囲に環状に配置される、請求項６に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項８】
前記半径方向突出タブはテーパ形縁部を有し、前記バイアスばねは波形座金である、請求項７に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項９】
溶接又は積層造形コンタクトチップであって、
本体の基端部から先端部に延びる導電性本体
を備え、前記本体は、
前記本体の前記基端部における第１の入口オリフィスから前記本体の前記先端部における第１の出口オリフィスまで延びる、前記本体を通る第１の穴と、
前記本体の前記基端部における第２の入口オリフィスから前記本体の前記先端部における第２の出口オリフィスまで延びる、前記本体を通る第２の穴と、
を形成し、
前記第１の出口オリフィス及び前記第２の出口オリフィスは、堆積動作中、前記第１の穴を通って送られる第１のワイヤ電極と前記第２の穴を通って送られる第２のワイヤ電極との間のブリッジ溶滴の形成を促進するように構成された距離だけ互いから隔てられ、前記ブリッジ溶滴は、前記堆積動作により作成される溶融パドルに接触する前、前記第１のワイヤ電極を前記第２のワイヤ電極に結合する、溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項１０】
前記第１の出口オリフィスは直径を有し、前記距離は前記直径の２０％から２００％の範囲内にある、請求項９に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項１１】
前記距離は、前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極の最も近い縁部間で測定される前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極の直径の０．２５倍から２．２５倍の範囲内にある間隔Ｓを前記第１のワイヤ電極と前記第２のワイヤ電極との間に提供する、請求項９に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項１２】
前記距離は３ｍｍ未満である、請求項９に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項１３】
前記第１のワイヤ電極の中心線と前記第２のワイヤ電極の中心線との間の角度は、前記第１のワイヤ電極が前記第１の出口オリフィスから出て、前記第２のワイヤ電極が前記第２の出口オリフィスから出る際、＋１５度から−１５度の範囲内である、請求項９に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項１４】
前記本体はマウントシャンクを含み、前記第１の入口オリフィス及び前記第２の入口オリフィスは前記マウントシャンクに配置され、前記マウントシャンクは半径方向突出タブを含む、請求項９に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項１５】
前記半径方向突出タブと前記本体の前記先端部との間に配置されるバイアスばねを更に備える、請求項１４に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項１６】
前記マウントシャンクは、前記コンタクトチップの肩部から延び、前記バイアスばねは、前記肩部と前記半径方向突出タブとの間で前記マウントシャンクの周囲に環状に配置される、請求項１５に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項１７】
前記半径方向突出タブはテーパ形縁部を有し、前記バイアスばねは波形座金である、請求項１６に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項１８】
溶接又は積層造形コンタクトチップであって、
本体の基端部から先端部に延びる導電性本体
を備え、前記本体は、
前記本体の先端面で終端する第１のチャネルと、
前記本体の前記先端面で終端する第２のチャネルと、
を形成し、
前記本体の前記先端面において、前記第１のチャネル及び前記第２のチャネルは、堆積動作中、前記第１のチャネルを通って送られる第１のワイヤ電極と前記第２のチャネルを通って送られる第２のワイヤ電極との間のブリッジ溶滴の形成を促進するように構成された距離だけ互いから隔てられ、前記ブリッジ溶滴は、前記堆積動作により作成される溶融パドルに接触する前、前記第１のワイヤ電極を前記第２のワイヤ電極に結合する、溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項１９】
前記第１のチャネルは、前記本体の前記先端面において直径を有し、前記距離は前記直径の２０％から２００％の範囲内にある、請求項１８に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項２０】
前記距離は、前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極の最も近い縁部間で測定される前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極の直径の０．２５倍から２．２５倍の範囲内にある間隔Ｓを前記第１のワイヤ電極と前記第２のワイヤ電極との間に提供する、請求項１８に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項２１】
前記距離は３ｍｍ未満である、請求項１８に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項２２】
前記本体はマウントシャンクを含み、１つ又は複数の入口オリフィスが前記マウントシャンクに配置され、前記マウントシャンクは半径方向突出タブを含む、請求項１８に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項２３】
前記半径方向突出タブと前記本体の前記先端面との間に配置されるバイアスばねを更に備える、請求項２２に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項２４】
前記マウントシャンクは、前記コンタクトチップの肩部から延び、前記バイアスばねは、前記肩部と前記半径方向突出タブとの間で前記マウントシャンクの周囲に環状に配置される、請求項２３に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【請求項２５】
前記半径方向突出タブはテーパ形縁部を有し、前記バイアスばねは波形座金である、請求項２４に記載の溶接又は積層造形コンタクトチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、（ａ）全体的に再現されるかのように参照により本明細書に援用される、２０１９年３月７日付けで出願された米国特許出願第１６／２９５，５７１号明細書、（ｂ）全体的に再現されるかのように参照により本明細書に援用される、２０１９年２月５日付けで出願された米国特許出願第１６／２６７，４７６号明細書、（ｃ）全体的に再現されるかのように参照により本明細書に援用される、２０１８年１０月２６日付けで出願された米国仮特許出願第６２／７５０，８９３号明細書に対する優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明によるデバイス、システム、及び方法は、二重ワイヤ構成を用いた材料堆積に関する。
【背景技術】
【０００３】
溶接する場合、溶接中、溶接ビードの幅を増大し、又は溶接パドルの長さを増大することが望ましいことが多い。これが望ましいことには多くの様々な理由が存在することができ、それらは溶接業界で周知である。例えば、多孔性を低減するために、溶接パドルを長尺化して、溶接金属及び充填金属をより長時間にわたり溶融させたままにすることが望ましいことがある。すなわち、溶接パドルがより長時間にわたり溶融される場合、ビードが固化する前に、有害ガスが溶接ビードから逃げるより多くの時間がある。さらに、より広い溶接ギャップを覆うため又は溶接堆積率を上げるために、溶接ビードの幅を増大することが望ましいことがある。両事例で、直径を増大した電極を使用することが一般である。直径を増大させると、溶接パドルの幅及び長さの両方ではなく、幅のみ又は長さのみの増大が望ましいにもかかわらず、溶接パドルの長さ及び幅の両方が増大することになる。しかしながら、これには欠点が伴う。特に、利用される電極が大きいほど、適切な溶接を促進するために溶接アークで必要とされるエネルギーは大きくなる。このエネルギー増大は、溶接への熱入力を増大させ、使用される電極の直径がより大きいため、溶接動作でより多くのエネルギーが使用されることになる。さらに、特定の機械的用途には理想ではない溶接ビード外形又は断面を生み出す恐れがある。電極の直径を増大させるのではなく、少なくとも２つのより小さな電極を同時に使用することが望ましいことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０２６４３２３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
以下の概要は、本明細書で考察されるデバイス、システム、及び／又は方法の幾つかの態様の基本的理解を提供するために、簡略化された概要を提示する。この概要は、本明細書で考察されるデバイス、システム、及び／又は方法の広範な概説ではない。そのようなデバイス、システム、及び／又は方法の重要要素の識別又はそのようなデバイス、システム、及び／又は方法の範囲の線引きを意図しない。以下の概要の唯一の目的は、後に提示されるより詳細な説明への序章として、幾つかの概念を簡略形態で提示することである。
【０００６】
本発明の一態様によれば、溶接又は積層造形コンタクトチップが提供される。本コンタクトチップは、本体の基端部から先端部に延びる導電性本体を含む。本体は、本体の先端面における第１の出口オリフィスで終端する第１の穴と、本体の先端面における第２の出口オリフィスで終端する第２の穴とを形成する。第１の出口オリフィス及び第２の出口オリフィスは、堆積動作中、第１の穴を通って送られる第１のワイヤ電極と第２の穴を通って送られる第２のワイヤ電極との間のブリッジ溶滴の形成を促進するように構成された距離だけ互いから隔てられる。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、溶接又は積層造形コンタクトチップが提供される。本コンタクトチップは、本体の基端部から先端部に延びる導電性本体を含む。本体は、本体の基端部における第１の入口オリフィスから本体の先端部における第１の出口オリフィスまで延びる、本体を通る第１の穴と、本体の基端部における第２の入口オリフィスから本体の先端部における第２の出口オリフィスまで延びる、本体を通る第２の穴とを形成する。第１の出口オリフィス及び第２の出口オリフィスは、堆積動作中、第１の穴を通って送られる第１のワイヤ電極と第２の穴を通って送られる第２のワイヤ電極との間のブリッジ溶滴の形成を促進するように構成された距離だけ互いから隔てられる。ブリッジ溶滴は、堆積動作により作成される溶融パドルに接触する前、第１のワイヤ電極を第２のワイヤ電極に結合する。
【０００８】
本発明の別の態様によれば、溶接又は積層造形コンタクトチップが提供される。本コンタクトチップは、本体の基端部から先端部に延びる導電性本体を含む。本体は、本体の先端面で終端する第１のチャネルと、本体の先端面で終端する第２のチャネルとを形成する。本体の先端面において、第１のチャネル及び第２のチャネルは、堆積動作中、第１のチャネルを通って送られる第１のワイヤ電極と第２のチャネルを通って送られる第２のワイヤ電極との間のブリッジ溶滴の形成を促進するように構成された距離だけ互いから隔てられる。ブリッジ溶滴は、堆積動作により作成される溶融パドルに接触する前、第１のワイヤ電極を第２のワイヤ電極に結合する。
【０００９】
本発明の上記及び／又は他の態様は、添付図面を参照して本発明の例示的な実施形態を詳細に説明することにより、より明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の溶接システムの例示的な実施形態の図的表現を示す。
【図２】本発明の一実施形態における例示的なコンタクトチップ組立体の図的表現を示す。
【図３Ａ−３Ｃ】本発明の例示的な実施形態における溶接動作の図的表現を示す。
【図４Ａ−４Ｂ】本発明の例示的な実施形態における電流と磁場との相互作用の図的表現を示す。
【図５Ａ−５Ｂ】図５Ａは、単一ワイヤを用いた例示的な溶接ビードの図的表現を示し、図５Ｂは、本発明の一実施形態を用いた例示的な溶接ビードの図的表現を示す。
【図６】本発明の一実施形態での例示的な溶接プロセスフローチャートの図的表現を示す。
【図７】本発明の実施形態と併用されるコンタクトチップ組立体の代替の実施形態の図的表現を示す。
【図８】本発明の実施形態での例示的な溶接電流波形の図的表現を示す。
【図９】本発明の実施形態での更なる例示的な溶接電流波形の図的表現を示す。
【図１０】本発明の実施形態での追加の例示的な溶接電流波形の図的表現を示す。
【図１１】溶接トーチの一部を示す。
【図１２】コンタクトチップ及び拡散器の斜視図である。
【図１３】コンタクトチップの斜視図である。
【図１４】コンタクトチップの斜視図である。
【図１５】拡散器の斜視図である。
【図１６】拡散器の斜視図である。
【図１７】コンタクトチップ及びバイアスばねの斜視図である。
【図１８】コンタクトチップ、バイアスばね、及び拡散器の斜視図を示す。
【図１９】溶接トーチの一部を示す。
【図２０】コンタクトチップ及び拡散器の斜視図である。
【図２１】コンタクトチップの斜視図である。
【図２２】コンタクトチップ及び拡散器の斜視図である。
【図２３】コンタクトチップ及び拡散器の斜視図である。
【図２４】拡散器の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の例示的な実施形態について添付図を参照してこれより以下に説明する。説明される例示的な実施形態は、本発明の理解支援が意図され、本発明の範囲の限定を決して意図しない。同様の参照番号は全体を通して同様の要素を指す。
【００１２】
本明細書で使用される場合、「少なくとも１つ」、「１つ又は複数」、及び「及び／又は」は、接続語及び離接語の両方の働きのオープンエンド表現である。例えば、「Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、又はＣの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、及びＣの１つ又は複数」、「Ａ、Ｂ、又はＣの１つ又は複数」、及び「Ａ、Ｂ、及び／又はＣ」という表現はそれぞれ、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、一緒にＡ及びＢ、一緒にＡ及びＣ、一緒にＢ及びＣ、又は一緒にＡ、Ｂ、及びＣを意味する。２つ以上の代替の用語を提示する任意の離接語又は離接句は、実施形態の説明であれ、特許請求の範囲であれ、又は図面であれ、用語のうちの１つ、用語のいずれか一方、又は用語の両方を含む可能性を意図するものとして理解されるべきである。例えば、「Ａ又はＢ」という句は、「Ａ」、「Ｂ」、又は「Ａ及びＢ」の可能性を包含するものとして理解されるべきである。
【００１３】
本明細書に考察される本発明の実施形態は、ＧＭＡＷ式溶接の状況で考察するが、本発明の他の実施形態はそれに限定されない。例えば、実施形態は、ＳＡＷ及びＦＣＡＷ式溶接動作並びに他の同様のタイプの溶接動作で利用することができる。さらに、本明細書に記載される電極は中実電極であるが、ここでも、本発明の実施形態は中実電極の使用に限定されず、本発明の趣旨又は範囲から逸脱せずに有芯アーク溶接棒（フラックス芯又は金属芯のいずれか）も使用することができる。さらに、本発明の実施形態は、手動、半自動、及びロボット溶接動作で使用することもできる。そのようなシステムは周知であるため、本明細書において詳述しない。
【００１４】
これより図を参照すると、図１は、本発明の例示的な実施形態による溶接システム１００の例示的な実施形態を示す。溶接システム１００は、溶接トーチ１１１（コンタクトチップ組立体−図示せず−を有する）及びワイヤフィーダ１０５の両方に結合された溶接電源１０９を含む。電源１０９は、電流及び本明細書に記載される溶接波形、例えば、パルススプレー、ＳＴＴ、及び／又はショートアーク型溶接波形を送出することが可能な任意の既知のタイプの溶接電源であることができる。そのような電源の構成、設計、及び動作は周知であるため、本明細書において詳述する必要はない。溶接電力を２つ以上の電源により同時に供給することができる−ここでも、そのようなシステムの動作は既知である−ことにも留意する。電源１０９はコントローラ１２０を含むこともでき、コントローラ１２０はユーザインターフェースに結合されて、ユーザが、溶接動作の制御パラメータ又は溶接パラメータを入力できるようにする。コントローラ１２０は、本明細書に記載される溶接プロセスの動作の制御に使用されるプロセッサ、ＣＰＵ、メモリ等を有することができる。トーチ１１１は、既知の手動、半自動、又はロボット溶接トーチと同様に構成することができ、任意の既知の又は使用されている溶接ガンに結合することができ、上述したように直線又はグースネック型であることができる。ワイヤフィーダ１０５は、リール、スプール、コンテナ等の任意の既知のタイプであることができる電極源１０１及び１０３から電極Ｅ１及びＥ２をそれぞれ引き出す。ワイヤフィーダ１０５は既知の構成のものであり、供給ローラ１０７を利用して、電極Ｅ１及びＥ２を引き出し、電極をトーチ１１１に向けて押す。本発明の例示的な実施形態では、供給ローラ１０７及びワイヤフィーダ１０５は、単一電極動作向けに構成される。二重ワイヤ構成を使用する本発明の実施形態は、単一ワイヤ供給動作向けのみに設計されたワイヤフィーダ１０５及びローラ１０７と併せて利用することができる。例えば、ローラ１０７は、単一の０．０４５インチ径電極向けに構成することができるが、ワイヤフィーダ１０５又はローラ１０７を変更せずに、０．０３０インチ径の２つの電極の駆動に適する。代替的には、ワイヤフィーダ１０５は、電極Ｅ１／Ｅ２にそれぞれ供給する別個の組のローラを提供するか、又は２つ以上の電極に同時に供給する（例えば、２つの電極を収容することができる、ローラの周囲の台形ワイヤ受け溝を介して）ように構成されたローラを有するように設計することができる。他の実施形態では、２つの別個のワイヤフィーダを使用することもできる。示されるように、ワイヤフィーダ１０５は、既知の構成の溶接動作により電源１０９と通信する。
【００１５】
ローラ１０７によって駆動されると、電極Ｅ１及びＥ２はライナー１１３を通されて電極Ｅ１及びＥ２をトーチ１１１に送られる。ライナー１１３は、電極Ｅ１及びＥ２をトーチ１１１に渡せるようにするのに適切なサイズである。例えば、２つの０．０３０インチ径電極の場合、標準の０．０６２５インチ径ライナー１１３（通常、単一の０．０６２５インチ径電極に使用される）を変更なしで使用することができる。
【００１６】
上記参照した例は、同じ直径を有する２つの電極の使用を考察するが、本発明はこれに限定されず、実施形態箱となる直径の電極を使用することもできる。すなわち、本発明の実施形態は、第１のより大きな直径の電極及び第２のより小さな直径の電極を使用することができる。そのような実施形態では、異なる厚さの２つの工作物をより好都合に溶接することが可能である。例えば、より大きな電極はより大きな加工物に向けることができ、一方、より小さな電極はより小さな加工物に向けることができる。さらに、本発明の実施形態は、限定ではなく、ＭＩＧ（金属不活性ガス）、サブマージドアーク、及びフラックス芯溶接を含む多くの異なるタイプの溶接動作に使用することができる。さらに、本発明の実施形態は、自動、ロボット、及び半自動溶接動作に使用することができる。さらに、本発明の実施形態は、異なる電極タイプと併せて利用することができる。例えば、有芯電極を非有芯電極と結合することができることが意図される。さらに、異なる組成の電極を使用して、所望の溶接属性及び最終溶接ビードの組成を達成することができる。したがって、本発明の実施形態は、広範囲の溶接動作に利用することができる。
【００１７】
図２は、本発明の例示的なコンタクトチップ組立体２００を示す。コンタクトチップ組立体２００は、既知のコンタクトチップ材料から作ることができ、任意の既知のタイプの溶接ガンで使用することができる。この例示的な実施形態に示されるように、コンタクトチップ組立体は、コンタクトチップ組立体２００の長さに延びる２つの別個のチャネル２０１及び２０３を有する。溶接中、第１の電極Ｅ１は第１のチャネル２０１に通され、第２の電極Ｅ２は第２のチャネル２０３に通される。チャネル２０１／２０３は通常、そこに通すワイヤの直径に適切なサイズである。例えば、電極が同じ直径を有する場合、チャネルは同じ直径を有する。しかしながら、異なる直径を使用すべき場合、チャネルは、電極に電流を適宜流すのに適切なサイズであるべきである。さらに、示される実施形態では、チャネル２０１／２０３は、電極Ｅ１／Ｅ２が平行関係でコンタクトチップ２００の先端面から出るように構成される。しかしながら、他の例示的な実施形態では、チャネルは、電極Ｅ１／Ｅ２が＋／−１５°の範囲の角度が各電極の中心線間に存在するようコンタクトチップの先端面から出るように構成することができる。角度は、溶接動作の所望の性能特性に基づいて決定することができる。幾つかの例示的な実施形態では、コンタクトチップ組立体が、示されるようにチャネルと一体化された１つのコンタクトチップであることができ、一方、他の実施形態では、コンタクトチップ組立体は、電流が各コンタクトチップサブ組立体に向けられた、互いの近くに配置された２つのコンタクトチップサブ組立体で構成することができることに更に留意する。
【００１８】
図２に示されるように、各電極Ｅ１／Ｅ２は、電極の最も近い縁部間の距離である距離Ｓだけ離間される。本発明の例示的な実施形態では、この距離は、２つの電極Ｅ１／Ｅ２のうちの大きい方の直径の０．２５倍から４倍の範囲内にあり、一方、他の例示的な実施形態では、距離Ｓは最大直径の２倍から３倍の範囲内にある。例えば、各電極が直径１ｍｍを有する場合、距離Ｓは２ｍｍから３ｍｍの範囲内にあることができる。他の例示的な実施形態では、距離Ｓは、２つの電極のうちの大きい方等のワイヤ電極の１つの直径の０．２５倍から２．２５倍の範囲内である。手動又は半自動溶接動作では、距離Ｓは最大電極直径の０．２５倍から２．２５倍の範囲内であることができるが、ロボット溶接動作では、距離Ｓは、同じ範囲又は最大電極直径の２．５倍から３．５倍等の別の範囲内であることができる。例示的な実施形態では、距離Ｓは０．２ｍｍから３．５ｍｍの範囲内である。
【００１９】
ワイヤ電極Ｅ１／Ｅ２は、コンタクトチップ２００の端面における出口オリフィスから突出する。出口オリフィスの直径は、ワイヤ電極Ｅ１／Ｅ２の直径よりもわずかに大きい。例えば、０．０３５インチワイヤの場合、出口オリフィスの直径は０．０４３インチであることができ、０．０４０インチワイヤの場合、出口オリフィスの直径は０．０４６インチであることができ、０．０４５インチワイヤの場合、出口オリフィスの直径は０．０５２インチであることができる。チャネル２０１、２０３、及び出口オリフィスは、溶接動作中、ワイヤ電極Ｅ１／Ｅ２間での１つのブリッジ溶滴の形成を促進するのに適切に離間される。直径０．０４５インチ以下を有する電極向けのサイズの出口オリフィスの場合、出口オリフィス間の距離（距離Ｓと同様に内周間距離）は、ブリッジ溶滴の形成を促進するために、３ｍｍ未満であることができる。しかしながら、ワイヤサイズ、磁力、チャネル２０１、２０３の向き（例えば、角度）等に応じて、出口オリフィス間の３ｍｍ以上の間隔が可能なこともある。特定の実施形態では、出口オリフィス間の距離は、出口オリフィスの一方又は両方の直径の２０％から２００％の範囲内であり、これはまた、電極の直径の０．２５倍から２．２５倍の範囲内のワイヤ電極間の距離Ｓに対応することができる。
【００２０】
更に後述するように、距離Ｓは、溶滴が移転される前、ブリッジ溶滴を通して以外、電極が互いに接触しないようにしながら、１つのブリッジ溶滴が電極間に形成されることを保証するように選択すべきである。
【００２１】
図３Ａは、各電極Ｅ１及びＥ２からの磁力の相互作用で示す、本発明の例示的な実施形態を示す。示されるように、電流の流れに起因して、磁場が電極の周囲に生成され、磁場は、互いに向かってワイヤを引き寄せるピンチ力を生み出す傾向を有する。この磁力は、２つの電極間に溶滴ブリッジを作成する傾向を有し、これについて更に詳細に後述する。
【００２２】
図３Ｂは、２つの電極間に作成された溶滴ブリッジを示す。すなわち、各電極を通る電流が電極の端部を溶かす際、磁力は、溶融溶滴を、互いに結びつくまで互いに向けて引き寄せる傾向がある。距離Ｓは、電極の中実部分が互いに接触するように引き寄せられないように十分遠いが、溶融溶滴が溶融アークによって作成される溶接パドルに移る前に溶滴ブリッジが作成されるのに十分近い。溶滴は図３Ｃに示され、図３Ｃでは、溶滴ブリッジは、溶接中、パドルに移る１つの大きな溶滴を生み出す。示されるように、溶滴ブリッジに作用するピンチ磁力は、単一電極溶接動作でのピンチ力の使用と同様に、溶滴をピンチオフするように作用する。
【００２３】
さらに、図４Ａは、本発明の一実施形態での電流フローの例示的な表現を示す。示されるように、溶接電流は、各電極を通るように分割され、ブリッジ溶滴が形成される際、ブリッジ溶滴に渡されブリッジ溶滴を通る。次に、電流はブリッジ溶滴からパドル、そして加工物に流れる。電極が同じ直径及びタイプである例示的な実施形態では、電流は基本的に電極に等しく分割される。例えば、異なる直径及び／又は組成／構成に起因して電極が異なる抵抗値を有する実施形態では、既知の方法と同様に、溶接電流はコンタクトチップに印加され、コンタクトチップは、電極とコンタクトチップのチャネルとの間の接点を介して溶接電流を各電極に提供するため、各電流は関係Ｖ＝Ｉ＊Ｒに起因して分割される。図４Ｂは、ブリッジ溶滴の作成を目的とするブリッジパドル内の磁力を示す。示されるように、磁力は、溶滴の各溶融部分が互いに接触するまで、溶滴の各溶融部分を互いに向けて引き寄せる傾向がある。
【００２４】
図５Ａは、１つの電極溶接動作を用いて作られた溶接の例示的な断面を示す。示されるように、溶接ビードＷＢが適切な幅である間、示される加工物Ｗに溶け込む溶接ビードＷＢのフィンガＦは、比較的狭い幅を有する。これは、より高い堆積率が使用される場合、単一ワイヤ溶接動作で生じることがある。すなわち、そのような溶接動作では、フィンガＦは、フィンガが所望の方向に溶け込んだと仮定するには信頼できないほど狭くなり、したがって、適切な溶け込みの信頼できるインジケータであることができないことがある。さらに、この狭いフィンガが深くなるにつれて、フィンガ近傍に取り込まれた多孔性等の欠陥が生じる恐れがある。さらに、そのような溶接動作では、溶接ビードの有用面は、望まれるほど深く溶け込まない。したがって、特定の用途では、この機械的結合は望まれるほど強くない。さらに、水平すみ肉溶接を溶接する場合等の幾つかの溶接用途では、単一電極の使用は、溶接動作に多すぎる熱を追加せずには、高堆積速度で等しいサイズの溶接脚を達成することを難しくする。これらの問題は、フィンガの溶込みを低減し、フィンガを拡散させて、溶接の側面溶け込みをより広くすることができ本発明の実施形態を用いて軽減される。この一例を図５Ｂに示し、図５Ｂは、本発明の一実施形態の溶接ビードを示す。この実施形態に示されるように、同様、すなわち改善された溶接ビード脚対称性及び／又は長さを達成することができるとともに、溶接継手内の溶接深さでより広い溶接ビードを達成することができる。この改善された溶接ビードジオメトリは、溶接への全体的により低い熱入力を使用しながら達成される。したがって、本発明の実施形態は、より低量の熱入及び改善された堆積率で、改善された機械的溶接性能を提供することができる。
【００２５】
図６は、本発明の例示的な溶接動作のフローチャート６００を示す。このフローチャートは例示を意図し、限定を意図しない。示されるように、溶接電流／出力が既知のシステム構成により電流がコンタクトチップ及び電極に向けられるように溶接電源により提供される（６１０）。例示的な波形について更に後述する。溶接中、ブリッジ溶滴を電極間に形成することができ（６２０）、各電極からの各溶滴は互いに接触して、ブリッジ溶滴を作成する。ブリッジ溶滴は、溶接パドルに接触する前に形成される。ブリッジ溶滴の形成中、持続時間又は溶滴サイズの少なくとも一方が、溶滴が移されるサイズに達する時間まで、検出され、溶滴が移されるサイズに達すると、溶滴はパドルに移される（６４０）。プロセスは、溶接動作の間繰り返される。溶接プロセスを制御するために、電源コントローラ／制御システムは、ブリッジ溶滴電流持続時間及び／又はブリッジ溶滴サイズ検出のいずれか一方を使用して、ブリッジ溶滴が移行するサイズであるか否かを判断することができる。例えば、一実施形態では、ブリッジ電流がその持続時間にわたり維持されるように、所定のブリッジ電流持続時間が所与の溶接動作に使用され、持続時間後、溶滴移行が開始される。更なる例示的な実施形態では、電源／電源供給のコントローラは、溶接電流及び／又は電圧をモニタし、所与の溶接動作に所定の閾値（例えば、電圧閾値）を利用することができる。例えば、そのような実施形態では、検出されたアーク電圧（既知のタイプのアーク電圧検出回路を介して検出される）により、アーク電圧がブリッジ溶滴閾値レベルに達したことが検出される場合、電源は、溶接波形の溶滴分離部分を開始する。これについては、本発明の実施形態と併用することができる溶接波形の幾つかの例示的な実施形態において以下に更に考察する。
【００２６】
図７は、本発明の実施形態と併用することができるコンタクトチップ７００の代替の例示的な実施形態を示す。上述したように、幾つかの実施形態では、電極は、単一ワイヤガイド／ライナーを介してトーチに向けることができる。当然ながら、他の実施形態では、別個のワイヤガイド／ライナーを使用することができる。しかしながら、単一ワイヤガイド／ライナーが使用される実施形態では、コンタクトチップは、電極がコンタクトチップ内で互いから隔てられるように設計することができる。図７に示されるように、この例示的なコンタクトチップ７００は、コンタクトチップ７００の上流端部に１つのオリフィスを有する１つの入口チャネル７１０を有する。各電極は、このオリフィスを介してコンタクトチップに入り、コンタクトチップの分離部分７２０に達するまでチャネル７１０に沿い、分離部分は１つの電極を第１の出口チャネル７１１に向け、第２の電極を第２の出口チャネル７１２に向け、それにより、電極は別個の出口オリフィス７０１及び７０２にそれぞれ向けられる。当然ながら、チャネル７１０、７１１、及び７１２は、使用される電極のサイズに適切なサイズであるべきであり、分離部分７２０は、電極を傷つけない又は引っ掻かないような形状であるべきである。図７に示されるように、出口チャネル７１１及び７１２は互いに傾斜するが、図２に示されるように、これらのチャネルは互いに平行した向きであることもできる。
【００２７】
これより図８〜図１０を参照して、本発明の例示的な実施形態と併用することができる様々な例示的な波形を示す。一般に、本発明の例示的な実施形態では、電流を上げて、ブリッジ溶滴を作成し、移行に向けてブリッジ溶滴を構築する。例示的な実施形態では、移行時、ブリッジ溶滴は、電極間の距離Ｓと同様の平均直径を有し、電極のいずれかの直径よりも大きいことができる。溶滴は、形成されると、高ピーク電流を介して移行され、その後、電流はより低いレベル（例えば、背景）まで下げられて、ワイヤに対して作用するアーク圧力を除去する。次に、ブリッジ電流は、形成中の溶滴をピンチオフするほど大きなピンチ力を及ぼさずに、ブリッジ溶滴を構築する。例示的な実施形態では、このブリッジ電流は、背景電流とピーク電流との間の３０％から７０％の範囲内である。他の例示的な実施形態では、ブリッジ電流は、背景電流とピーク電流との間の４０％から６０％の範囲内である。例えば、背景電流が１００アンペアであり、ピーク電流が４００アンペアである場合、ブリッジ電流は２２０アンペアから２８０アンペア（すなわち、３００アンペア差の４０％から６０％）の範囲内である。幾つかの実施形態では、ブリッジ電流は、１．５ｍｓから８ｍｓの範囲の持続時間にわたり維持することができ、一方、他の例示的な実施形態では、ブリッジ電流は２ｍｓから６ｍｓの範囲の持続時間にわたり維持される。例示的な実施形態では、ブリッジ電流持続時間は、背景電流状態の終わりで開始され、ブリッジ電力上昇を含み、ここで、上昇は、ブリッジ電流レベル及びランプレートに応じて０．３３ｍｓから０．６７ｍｓの範囲内であることができる。本発明の例示的な実施形態では、波形のパルス周波数は、単一ワイヤプロセスと比較して低速化することができ、それにより、制御を改善することができる溶滴成長を可能にするとともに、単一ワイヤ動作と比較して高い堆積率を可能にする。
【００２８】
図８は、パルススプレー溶接型動作の例示的な電流波形８００を示す。示されるように、波形８００は背景電流レベル８１０を有し、次にブリッジ電流レベル８２０に遷移し、ブリッジ電流レベル８２０である間、ブリッジ溶滴は移行するサイズまで成長する。ブリッジ電流レベルは、溶滴がパドルへの移行を開始するスプレー移行電流レベル８４０未満である。ブリッジ電流８２０の終わりで、電流はスプレー移行電流レベル８４０を超えてピーク電流レベル８３０まで上昇する。次に、ピーク電流レベルは、ピーク持続時間にわたり維持されて、溶滴の移行を完了させる。移行後、電流は再び背景レベルに下げられ、プロセスは繰り返される。したがって、これらの実施形態では、単一溶滴の移行は、波形のブリッジ電流部分中に行われない。そのような例示的な実施形態では、ブリッジ電流８２０の電流レベルがより低いため、溶滴をパドルに向ける過度のピンチ力なしで溶滴を形成することができる。ブリッジ溶滴の使用により、単一ワイヤを使用するよりもピーク電流８３０をより高レベルでより長い持続時間にわたり維持することができる溶接動作を達成することができる。例えば、幾つかの実施形態は、ピーク持続時間を少なくとも４ｍｓにわたり、５５０アンペアから７００アンペアの範囲のピーク電流レベル及び１５０アンペアから４００アンペアの範囲の背景電流で４ｍｓから７ｍｓの範囲で維持することができる。そのような実施形態では、大幅に改善した堆積率を達成することができる。例えば、幾つかの実施形態は、１９ｌｂ／ｈｒから２６ｌｂ／ｈｒの範囲の堆積率を達成するが、同様の単一ワイヤプロセスは、１０ｌｂ／ｈｒから１６ｌｂ／ｈｒの範囲の堆積率しか達成することができない。例えば、非限定的な実施形態では、直径０．０４０インチを有し、ピーク電流７００アンペア、背景電流１８０アンペア、及び溶滴ブリッジ電流３４０アンペアを使用する一対の２本のワイヤは、周波数１２０Ｈｚで１９ｌｂ／ｈｒの率で堆積することができる。そのような堆積は、従来の溶接プロセスよりもはるかに低い周波数であり、したがって、より安定している。
【００２９】
図９は、ショートアーク式様式動作で使用することができる別の例示的な波形９００を示す。ここでも、波形９００は、溶滴とパドルとの間のショートをクリアするような構造のショート応答部分９２０前に、背景部分９１０を有する。ショート応答９２０中、電流は上げられて、ショートをクリアし、ショートはクリアされると、電流はブリッジ電流レベル９３０に下げられ、ブリッジ電流レベル９３０中、ブリッジ溶滴が形成される。ここでも、ブリッジ電流レベル９３０はショート応答９２０のピーク電流レベル未満である。ブリッジ電流レベル９３０は、ブリッジ溶滴を形成させ、パドルに向かわせるブリッジ電流持続時間にわたり維持される。溶滴移行中、溶滴電流は背景レベルに下げられ、それにより、ショートが発生するまで溶滴を進めさせることができる。ショートが発生すると、ショート応答／ブリッジ電流波形が繰り返される。本発明の実施形態では、溶接プロセスをより安定させるのは、ブリッジ溶滴の存在であることに留意されたい。すなわち、複数のワイヤを使用する従来の溶接プロセスでは、ブリッジ溶滴がない。それらのプロセスでは、１本のワイヤがショートするか、又はパドルに接触すると、アーク電圧は降下し、他の電極のアークは消える。これは、ブリッジ溶滴が各ワイヤに共通する本発明の実施形態では発生しない。
【００３０】
図１０は、ＳＴＴ（表面張力移行）型波形である更なる例示的な波形１０００を示す。そのような波形は既知であるため、本明細書で詳細に説明しない。ＳＴＴ型波形、その構造、使用、及び実施を更に説明するために、２０１２年４月５日付で出願された（特許文献１）が全体的に本明細書に援用される。ここでも、この波形は、背景レベル１０１０並びに第１のピークレベル１０１５及び第２のピークレベル１０２０を有し、第２のピークレベルには、溶滴とパドルとの間のショートがクリアされた後、達する。第２のピーク電流レベル１０２０後、電流はブリッジ電流レベル１０３０に下げられ、ブリッジ溶滴が形成され、その後、電流は背景レベル１０１０に下げられ、溶滴がパドルに接触するまで溶滴をパドルに進められるようにする。他の実施形態では、ＡＣ波形を使用することができ、例えば、ＡＣ  ＳＴＴ波形、パルス波形等を使用することができる。
【００３１】
上述したように、マルチワイヤ堆積動作（例えば、溶接、積層造形、硬化肉盛等）で使用されるワイヤ電極は、ワイヤ電極間のブリッジ溶滴の形成を促進する距離Ｓだけ離間することができる。ブリッジ溶滴のサイズは、ワイヤ電極間の間隔と、コンタクトチップ内の出口オリフィス間の間隔とによって決まる。ブリッジ溶滴のサイズは、堆積動作中、存在する電気アークの幅を決め、出口オリフィス間隔及びワイヤ電極間隔が低減すると、アーク幅は狭まる。大きな溶接ほど大きなブリッジ溶滴が好ましいことがあり、小さな溶接ほど小さなブリッジ溶滴が好ましいことがある。堆積率はアーク幅による影響を受け、小さなゲージワイヤの堆積率は、出口オリフィス間隔及びワイヤ電極間隔を低減する（例えば、約２ｍｍから１ｍｍに）ことによって増大させることができる。
【００３２】
出口オリフィスの最大間隔及びワイヤ電極の最大間隔には、電流波形により（例えば、ピーク電流レベルで）作られる磁力がなお、ブリッジ溶滴の形成を可能にしている場合、達し、ブリッジがもはや可能ではない場合、最大間隔を超える。最小間隔は、ブリッジ形成時点でワイヤを分離したまま保つ間隔である。磁力はワイヤ電極を一緒に引っ張る傾向があり、ワイヤは幾らか可撓性を有する。したがって、出口オリフィスの最小間隔及びワイヤ電極の最小間隔は、電極の剛性に依存し、電極の剛性は、ワイヤ直径、構築材料等のパラメータにより影響を受ける。
【００３３】
図１１は、本発明による例示的な溶接トーチの端部を示す。溶接トーチの構造及び動作は一般に既知であるため、そのような構造及び動作の詳細は本明細書に詳述しない。示されるように、トーチは幾つかの構成要素を含み、溶接又は積層造形動作で、少なくとも２つのワイヤ電極及びシールドガスを加工物に届けるのに使用される。トーチは、溶接動作でシールドガスを適宜方向付け分配するのを支援する拡散器２０５を含む。拡散器２０５の下流端部に結合されるのはコンタクトチップ２００であり、コンタクトチップ２００は、溶接電流を少なくとも２つのワイヤ電極に渡すのに使用され、少なくとも２つのワイヤ電極は、溶接中、コンタクトチップを同時に通る。コンタクトチップ２００は、コンタクトチップ内の穴又はチャネルを通って送られるワイヤ電極間でのブリッジ溶滴の形成を促進するように構成される。ブリッジ溶滴は、上述したように、堆積動作によって作られた溶融パドルに接触する前、第１のワイヤ電極を第２のワイヤ電極に結合する。
【００３４】
拡散器２０５の外側には絶縁体２０６がねじ留めされる。絶縁体２０６は、ノズル２０４をトーチ内の通電構成要素から電気絶縁する。ノズル２０４は、溶接中、シールドガスを拡散器２０５からトーチの先端部、そして加工物に向ける。
【００３５】
従来のコンタクトチップは、拡散器にねじ込まれるねじをコンタクトチップの上流又は基端部に有する。コンタクトチップ及び拡散器は、コンタクトチップを拡散器にねじ込むことによった接続される。そのような固定システムは、単一ワイヤを用いた溶接に上手く機能する。溶接ワイヤはコンタクトチップを通り抜けて渡すことができ、コンタクトチップはワイヤの周囲を複数回回転して、拡散器にねじ込むことができる。しかしながら、コンタクトチップを同時に通る複数の溶接ワイヤを用いて溶接する場合、そのような固定システムは、溶接ワイヤの望ましくない捻れを生じさせる。例えば、２本の溶接ワイヤがコンタクトチップを通る場合、続けて、３６０°よりも大きな回転を必要とする複数の回転によってコンタクトチップを拡散器にねじ込むと、溶接ワイヤが捻れ、コンタクトチップを通して供給することができなくなる。
【００３６】
図１１のコンタクトチップ２００は、２７０°（３／４回転）、１８０°（１／２回転）、９０°（１／４回転）、９０°未満等の３６０°未満のコンタクトチップの回転によって拡散器２０５に取り付けられる。コンタクトチップを拡散器２０５に取り付けるために必要なコンタクトチップ２００の回転は、所望に応じて、好ましくは３６０°未満の任意の角度であることができ、コンタクトチップの設置中、コンタクトチップを通る複数のワイヤ電極が過度に捻れないようにする。コンタクトチップの設置中、溶接ワイヤが過度に捻れる場合、ワイヤ供給問題が生じ、溶接ワイヤの「絡まり」が生じる恐れがある。
【００３７】
図１１〜図１６を参照すると、コンタクトチップ２００は、拡散器内のコンタクトチップの時計回りの１／４回転によって拡散器２０５に取り付けられる。コンタクトチップ２００は、テーパ形を有し、プライヤー等の工具による把持に適合するための平坦部２１５を含む前方又は下流先端部を有する。コンタクトチップ２００は、概して円筒形であるが、拡散器２０５の内壁におけるスロット２１２に係合して、コンタクトチップを拡散器にしっかりと接続する半径方向突出タブ２１０を含む後方又は上流基端部２０８を有する。コンタクトチップ２００の後方部２０８は、コンタクトチップが拡散器に設置された場合、拡散器２０５内に配置され、コンタクトチップのマウントシャンクとして機能する。コンタクトチップの後方部２０８の直径が隣接する下流部よりも小さく、肩部２１１をコンタクトチップの円筒形後方部２０８から波形方向に突出させることを見て取ることができる。肩部２１１は、コンタクトチップ２００が拡散器に設置されたとき、拡散器２０５の終端面に当たって着座する。
【００３８】
コンタクトチップ２００は、既知のコンタクトチップ材料から作ることができ、任意の既知のタイプの溶接ガンで使用することができる。コンタクトチップは、後方基端部から前方先端部に延びる、銅等の導電性本体を備えることができる。この例示的な実施形態に示されるように、コンタクトチップ２００は、コンタクトチップの長さに延びる２つの別個のワイヤチャネル又は穴２１４及び２１６を有する。チャネル２１４／２１６は、マウントシャンク２０８の基端面におけるワイヤ入口オリフィスとコンタクトチップの先端面におけるワイヤ出口オリフィスとの間に延びることができる。溶接中、第１のワイヤ電極は第１のチャネル２１４を通って送られ、第２のワイヤ電極は第２のチャネル２１６を通って送られる。チャネル２１４／２１６は通常、チャネルを通して供給するワイヤの直径に適切なサイズである。例えば、電極が同じ直径を有する場合、チャネルは同じ直径を有する。しかしながら、異なるワイヤサイズが一緒に使用される場合、チャネルは、異なるサイズの電極に電流を適宜流すのに適切なサイズであるべきである。さらに、示される実施形態では、チャネル２１４／２１６は、電極が平行関係でコンタクトチップ２００の先端面から出るように構成される。しかしながら、他の例示的な実施形態では、チャネルは、電極が＋／−１５°の範囲の角度が各電極の中心線間に存在するようコンタクトチップの先端面から出るように構成することができる。角度は、溶接動作の所望の性能特性に基づいて決定することができる。本明細書で考察されるコンタクトチップ例は、２つの電極穴を有して示される。しかしながら、コンタクトチップが、３つ以上の穴等の２つ以上の電極用の穴を有することができることを理解されたい。
【００３９】
拡散器２０５の内壁におけるスロット２１２は、軸部２１８及び螺旋部２２０を含む。スロット２１２の軸部２１８は、拡散器２０５の下流終端面に延び、そこに当たってコンタクトチップ２００の肩部２１１が着座する。溶接電極がコンタクトチップ２００を通して供給された後、マウントシャンク２０８上の半径方向突出タブ２１０は、スロット２１２の軸部２１８内に挿入され、コンタクトチップは拡散器２０５に押し込まれる。タブ２１０がスロットの螺旋部２２０に達すると、コンタクトチップ２００は回転して、タブを螺旋部の端部に移動させる。螺旋部２２０は、コンタクトチップが回転する際、コンタクトチップ２００を内側に引き込む僅かな上流ピッチを有し、それにより、コンタクトチップの肩部２１１は拡散器２０５の下流終端面に当たって着座する。マウントシャンク２０８のタブ２１０は、拡散器２０５のスロット２１２のピッチに一致したテーパ形縁部２１７を有することができ、それにより、２つの構成要素間の密な接続を保証するのに役立つ。示される実施形態例では、スロット２１２の螺旋部２２０は、コンタクトチップ２００の１／４回転により、コンタクトチップを拡散器２０５に固定できるようにする。しかしながら、他の回転角度も可能である（例えば、１／４回転、９０°を超えるか、又はそれ未満）ことを理解されたい。例えば、スロットの螺旋部２２０は、拡散器２０５の内部チャンバの内周の周り３６０°未満に延びることができる。
【００４０】
図１７及び図１８は、コンタクトチップと拡散器２０５との間に軸方向力を提供するバイアス機構を含むコンタクトチップ２００の一実施形態例を示す。示されるバイアス機構は、波形座金等のバイアスばね２２２である。コンタクトチップ２００が拡散器２０５に取り付けられると、バイアスばね２２２は圧縮して、コンタクトチップと拡散器との間で軸方向力を維持する。軸方向力は、マウントシャンク２０８における半径方向突出タブ２１０が拡散器２０５のスロット２１２に着座するのに役立つ。特に、軸方向力は、タブ２１０のテーパ形表面を拡散器２０５のスロットの側壁に押し当てることができ、それにより、コンタクトチップを所定位置に固定し、緩み（例えば、熱循環、機械的衝撃等に起因する）にくくするのに役立つ。マウントシャンク２０８はコンタクトチップ２００の肩部２１１から延び、バイアスばね２２２は、半径方向突出タブと肩部との間でマウントシャンクの周囲に環状に配置することができる。バイアスばね２２２は、バイアスばね又はコンタクトチップを破損せずには取り外すことができないようにマウントシャンク２０８に捕捉することができる。コンタクトチップ２００と拡散器２０５との間で軸方向力を維持するために、例えば、止め座金又はコイルばね等の様々なタイプのバイアス機構を使用することができる。
【００４１】
図１９〜図２４は、マルチワイヤ溶接又は積層造形でのコンタクトチップ３０２及び拡散器３００の更なる一実施形態を示す。コンタクトチップ３０２は、更に後述するように、拡散器３００に設置する際、回転を必要としない。ノズル２０４及び溶接トーチの絶縁部２０６は、図７の実施形態と略同様である。また、コンタクトチップ３０２は、上述したように、ワイヤチャネル２１４／２１６及び肩部２１１を含む。
【００４２】
コンタクトチップ３０２及び拡散器３００は、コンタクトチップと拡散器との間にただ１つの可能な設置向きがあるように合わせられる。拡散器の内面３０４及びコンタクトチップの後方部３０６又はマウントシャンクは、拡散器及びコンタクトチップを合わせる対応する平坦部を有して示されている。しかしながら、例えば、スロット及び突出部調節機構等の他の調節機構を使用することもできる。
【００４３】
溶接電極がコンタクトチップ３０２を通った後、コンタクトチップを捻る又は回転することなく、コンタクトチップは拡散器３００に軸方向に挿入される。拡散器３００はコレット様式であり、コンタクトチップの後方部３０６に密に把持され、摩擦により所定位置に保持する。拡散器３００は、コンタクトチップ３０２が拡散器内に挿入される際、拡散器の下流端部をわずかに拡大できるようにする幾つかのスロット３０８、３１０、３１２を含むことができる。拡散器３００の下流端部の拡大により、コンタクトチップの後方部３０６に把持力が半径方向に印加される。所望の場合、追加の把持機構を使用して、拡散器３００内にコンタクトチップ３０２を更に固定することができる。例えば、止めねじがコンタクトチップを拡散器に固定することができ、又はクランプが、コンタクトチップの後方部の周囲に拡散器の下流端部を更に圧縮することができる。そのようなクランプは、クランプが拡散器に螺合される際、拡散器の下流端部に印加される把持力がクランプの軸方向運動により提供されるように、拡散器に螺合させることができる。
【００４４】
本明細書に記載される実施形態の使用は、既知の溶接動作からの安定性、溶接構造、及び性能の大きな改善を提供することができる。しかしながら、溶接動作に加えて、実施形態は積層造形動作で使用することができる。実際に、上述したシステム１００は、溶接動作と同様に積層造形動作で使用することができる。例示的な実施形態では、積層造形動作で改善された堆積率を達成することができる。例えば、単一ワイヤ積層プロセスでＳＴＴ型波形を使用する場合、０．０４５インチワイヤの使用により、不安定になる前、約５ｌｂ／ｈｒの堆積率を提供することができる。しかしながら、本発明の実施形態及び２本の０．０４０インチワイヤを使用する場合、７ｌｂ／ｈｒの堆積率を安定した移行で達成することができる。積層造形プロセス及びシステムは既知であるため、その詳細を本明細書で説明する必要はない。そのようなプロセスでは、上述した等のブリッジ電流は、積層造形電流波形で使用することができる。
【００４５】
なお、例示的な実施形態は、上述し、本明細書に記載される波形の使用に限定されず、他の溶接タイプ波形を本発明の実施形態と併用することができることに留意されたい。例えば、他の実施形態は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、可変極性パルススプレー溶接波形、ＡＣ波形等を使用することができる。例えば、可変極性実施形態では、溶接波形のブリッジ部は、溶接パドルへの全体熱入力を低減しながら、ブリッジ溶滴が作成されるように負極性で行うことができる。例えば、ＡＣ型波形を使用する場合、波形は、負パルスと正パルスとが交互になった６０Ｈｚから２００Ｈｚの周波数を有することができ、それにより、２本のワイヤを溶融し、２本のワイヤの間にブリッジ溶滴を形成する。更なる実施形態では、周波数は８０Ｈｚから１２０Ｈｚの範囲内であることができる。
【００４６】
先に説明したように、本発明の実施形態は、フラックス有芯消耗品を含む異なるタイプの消耗品及び消耗品の組合せと併用することができる。実際に、本発明の実施形態は、フラックス有芯電極を使用する場合、より安定した溶接動作を提供することができる。特に、ブリッジ溶滴の使用は、単一ワイヤ溶接動作では不安定な傾向を示す可能性があるフラックス芯溶滴の安定化を助けることができる。さらに、本発明の実施形態は、より高い堆積率で溶接及びアークの安定性を増大させることができる。例えば、単一ワイヤ溶接動作では、高電流及び高堆積率で、溶滴の移行タイプをストリーミングスプレーから回転スプレーに変更することができ、これは溶接動作の安定性をかなり低減する。しかしながら、本発明の例示的な実施形態を用いる場合、ブリッジ溶滴は溶滴を安定化させ、２０ｌｂ／ｈｒを超える等の高堆積率でアーク及び溶接の安定性を大きく改善する。
【００４７】
さらに、先に示したように、消耗品は異なるタイプ及び／又は組合せであることができ、所与の溶接動作を最適化することができる。すなわち、異なるが互換性を有する２つの消耗品の使用を組み合わせて、所望の溶接継手を生み出すことができる。例えば、互換性のある消耗品には、硬化肉盛ワイヤ、ステンレスワイヤ、異なる組成のニッケル合金及び鋼ワイヤがある。一具体例として、軟鉄ワイヤを過剰合金化ワイヤと組み合わせて、３０９ステンレス鋼組成を作成することができる。これは、望ましいタイプの１つの消耗品が望ましい溶接特性を有さない場合、有利であることができる。例えば、特殊溶接用の幾つかの消耗品は、望ましい溶接化学的性質を提供するが、使用が極めて難しく、満足のいく溶接の提供に問題を有する。しかしながら、本発明の実施形態では、溶接して組み合わせて、所望の溶接化学的性質を作り出すのがより容易な２つの消耗品の使用が可能である。本発明の実施形態を使用して、他の場合では市販されておらず、又は他の場合では製造が非常に高価な合金／堆積化学的性質を生み出すことができる。したがって、２つの異なる消耗品を使用して、高価又は入手不可能な消耗品のニーズを軽減することができる。さらに、実施形態を使用して、希薄合金を作成することができる。例えば、第１の溶接ワイヤは一般的で安価な合金であることができ、第２の溶接ワイヤは特殊なワイヤであることができる。所望の堆積は、高価な特殊ワイヤよりも２本のワイヤの低い平均コストでのブリッジ溶滴の形成においてよく混合された２本のワイヤの平均である。さらに、幾つかの用途では、所望の堆積は、適切な消耗品化学的性質がないことに起因して得られないことがあるが、ブリッジ溶滴内で混合され、単一溶滴として堆積する２つの標準合金ワイヤを混合することによって到達することができる。さらに、耐摩耗性金属の用途等の幾つかの用途では、所望の堆積は、一方のワイヤからの炭化タングステン粒子と他方のワイヤからの炭化クロム粒子との組合せであり得る。更に別の用途では、より大きな粒子を収容したより大きなワイヤをより少数の粒子又はより小さな粒子を含むより小さなワイヤと混合して、２本のワイヤの混合物を堆積させる。ここでは、各ワイヤから予期される寄与は、ワイヤ供給速度が同じであることを所与として、ワイヤのサイズに比例する。更に別の例では、ワイヤのワイヤ供給速度は、所望の堆積に基づいて、生成される合金を変更できるように異なるが、ワイヤの混合はなお、ワイヤ間で作られるブリッジ溶滴により生成される。
【００４８】
本発明について本発明の例示的な実施形態を参照して詳細に示し説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。以下の特許請求の範囲により規定される本発明の
趣旨及び範囲から逸脱せずに、形態及び詳細に様々な変更を行い得ることが当業者には理解されよう。
【符号の説明】
【００４９】
１００  溶接システム
１０１、１０３  電極源
１０５  ワイヤフィーダ
１０７  供給ローラ
１０９  溶接電源
１１１  溶接トーチ
１１３  ライナー
１２０  コントローラ
２００、３０２  コンタクトチップ
２０１、２０３、２１４、２１６  チャネル
２０４  ノズル
２０５、３００  拡散器
２０６  絶縁体
２０８  マウントシャンク
２１０  半径方向突出タブ
２１１  肩部
２１２、３０８、３１０、３１２  スロット
２１５  平坦部
２１８  軸部
２２０  螺旋部
２２２  バイアスばね
３０６  後方部
６００  フローチャート
７００  コンタクトチップ
７０１、７０２  出口オリフィス
７１０  入口チャネル
７１１  第１の出口チャネル
７１２  第２の出口チャネル
７２０  分離部分
８００  波形
８１０  背景電流レベル
８２０  ブリッジ電流レベル
８３０  ピーク電流レベル
８４０  スプレー移行電流レベル
９００  波形
９１０  背景部
９２０  ショート応答部
９３０、１０３０  ブリッジ電流レベル
１０００  例示的な波形
１０１０  背景レベル
１０１５  第１のピークレベル
１０２０  第２のピークレベル
Ｅ１、Ｅ２  電極
Ｆ  フィンガ
Ｗ  加工物
ＷＢ  溶接ビード
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ−３Ｃ】
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【図４Ａ−４Ｂ】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【外国語明細書】
2020075292000001.pdf