(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークエリアから粒子状物質、煙、余剰ガスおよび溶湯を排出するＴＩＧ溶接配置（１０）の動作中の真空の印加を伴う金属加工システムであって、前記金属加工システムが、
溶接ヘッド（１２）、前記溶接ヘッド（１２）によって保持される溶接棒ホルダ（１８）、溶接アーク（２８）を作り出すための前記溶接棒ホルダ（１８）によって保持される非消耗性タングステン電極（１４）、前記溶接ヘッド（１２）に接続される溶接電源装置（２４）および金属加工動作中にシールドガス（３２）を供給するための不活性ガス供給源（２０）を備えたタングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接配置（１０）と、
真空ヘッド（３６）および前記真空ヘッド（３６）によって保持される真空ノズル（４０）を備えた真空システムと、
取付けブラケット配置（３８）が前記真空ヘッド（３６）に前記溶接ヘッド（１２）を連結する、前記取付けブラケット配置（３８）と、を備え、
前記取付けブラケット配置（３８）が、前記真空ヘッド（３６）に対する前記溶接ヘッド（１２）の配置の調整ができるようにするための手段を含み、
前記真空ヘッド（３６）に対する前記溶接ヘッド（１２）の配置の調整ができるようにするための手段が、前記溶接ヘッド（１２）の前記タングステン電極（１４）と前記真空システムの前記真空ノズル（４０）との間の距離（Ｄ）の調整ができるようにし、
前記真空ノズル（４０）が、工作物（１００）の表面に載せられるための支持面（４１）を有し、それによって、前記真空ノズル（４０）が前記真空ヘッド（３６）および前記溶接ヘッド（１２）に対する支持を与えることができ、およびそれによって、前記工作物（１００）の前記表面より上の前記タングステン電極（１４）の高さ（Ｈ）が、前記真空ヘッド（３６）に対する前記溶接ヘッド（１２）の配置の調整ができるようにするための手段の使用によって調整されることができ、
前記真空ノズル（４０）が、前記支持面を形成する前記真空ノズル（４０）の長手方向の軸に対してある角度で配設されるベースベベル表面（４１）および前記ベースベベル表面（４１）の前記角度に反対の角度で配設される反対側の吸引ベベル表面（４３）を備えた先端を有する、ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１の金属加工システムであって、前記真空ヘッド（３６）に対する前記溶接ヘッド（１２）の配置の調整ができるようにするための手段が、前記真空ヘッド（３６）に対して前記溶接ヘッド（１２）の長手方向および短手方向の調整ができるようにする、ことを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１の金属加工システムであって、前記取付けブラケット配置（３８）が、前記溶接ヘッド（１２）への連結のための手段、前記真空ヘッド（３６）への連結のための手段および前記溶接ヘッド（１２）と前記真空ヘッド（３６）との間の枢軸連結を確定するための手段を備える、ことを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項３の金属加工システムであって、前記取付けブラケット配置（３８）が、前記溶接ヘッド（１２）と前記真空ヘッド（３６）との間の相対的に摺動可能な連結を確定するための手段を更に備える、ことを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項４の金属加工システムであって、前記溶接ヘッド（１２）への連結のための手段が、前記溶接ヘッド（１２）の一部をこれに合わせて収容するための支持体リング（６２）を備え、そして、前記溶接ヘッド（１２）と前記真空ヘッド（３６）との間の相対的に摺動可能な連結を確定するための手段が、溝（７４）と摺動可能に係合されるファスナ（７６）と組み合わせた前記溝（７４）および前記溝（７４）に対して前記ファスナ（７６）を選択的に固定するための手段を備える、ことを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項５の金属加工システムであって、前記取付けブラケット配置（３８）が、前記支持体リング（６２）、前記溶接ヘッド（１２）に対して前記支持体リング（６２）を固定するための手段、前記支持体リング（６２）から突き出るリングブラケット（６８）、リンク（７０）に対して前記リングブラケット（６８）を選択的にロックすることができる型締ファスナ（７２）によって前記リングブラケット（６８）に枢着される前記リンク（７０）、前記真空ヘッド（３６）から突き出る真空ヘッドブラケット（７８）、前記リンク（７０）に沿って長手方向に連通する溝（７４）および前記真空ヘッドブラケット（７８）を通して、かつ、前記溝（７４）を通して貫通する型締ファスナ（７６）を備える、ことを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかの金属加工システムであって、前記真空ノズル（４０）が、前記反対側の吸引ベベル表面（４３）に沿って挿入されるノズル開口（４５）の少なくとも一部を伴う前記ノズル開口（４５）を有する、ことを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかの金属加工システムであって、前記真空ノズル（４０）の少なくとも一部が、サファイヤ原石およびジルコニウム合金からなる群からの少なくとも１つの材料から形成される、ことを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかの金属加工システムであって、前記真空システムが、導管（４２）によって前記真空ヘッド（３６）に接続される負の空気圧源（５２）を更に備える、ことを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項９の金属加工システムであって、前記システムが、前記真空ヘッド（３６）と前記負の空気圧源（５２）の間に挿入される冷却および保持チャンバ（４８）を更に備え、前記冷却および保持チャンバ（４８）が、冷却流体（５４）の体積部分を保持するための密閉されたチャンバ、前記真空ヘッド（３６）に接続される吸入口（５８）、前記負圧の供給源（５２）に接続される排出口（６０）、および前記吸入口（５８）と前記排出口（６０）との間の少なくとも１つのバッフル（５６）を備える、ことを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項９の金属加工システムであって、前記システムが、前記導管に連結される真空制御装置を更に備え、前記真空制御装置が、圧力計（４４）および制御バルブ（４６）を備える、ことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１１の金属加工システムであって、前記負の空気圧源（５２）、前記冷却および保持チャンバ（４８）ならびに前記真空制御装置が、携帯ユニット（８０）に組み込まれる、ことを特徴とするシステム。
【請求項１３】
溶接ヘッド（１２）、前記溶接ヘッド（１２）によって保持される溶接棒ホルダ（１８）、溶接アーク（２８）を作り出すための前記溶接棒ホルダ（１８）によって保持される非消耗性タングステン電極（１４）、前記溶接ヘッド（１２）に接続される溶接電源装置（２４）および金属加工動作中にシールドガスを供給するための不活性ガス供給源（２０）を備えたタングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接配置（１０）を有するＴＩＧ溶接配置（１０）によって、金属加工中にワークエリアから粒子状物質、煙、余剰ガスおよび溶湯を排出するための調整可能な真空および支持システム（２５）であって、前記真空および支持システム（２５）が、
真空ヘッド（３６）および前記真空ヘッド（３６）によって保持される真空ノズル（４０）を備えた真空システムと、
前記真空ヘッド（３６）に固定される第１の部分、前記溶接ヘッド（１２）に選択的に固着されるための手段を備えた第２の部分、および前記真空ヘッド（３６）に対して前記溶接ヘッド（１２）の配置の調整ができるようにするための手段を備えた調整可能な取付けブラケット配置（３８）と、を備え、
それによって、前記真空システムがワークエリアから粒子状物質、煙、余剰ガスおよび溶湯を排出することができ、およびそれによって、前記調整可能な取付けブラケット配置（３８）が前記溶接ヘッド（１２）に対して調整可能な支持を与えることができ、
前記真空システムが、導管（４２）によって前記真空ヘッド（３６）に接続される負の空気圧源（５２）を更に備え、前記真空ヘッド（３６）と前記負の空気圧源（５２）の間に挿入される冷却および保持チャンバ（４８）を更に備え、前記冷却および保持チャンバ（４８）が、冷却流体（５４）の体積部分を保持するための密閉されたチャンバ、前記真空ヘッド（３６）に接続される吸入口（５８）、前記負圧の供給源（５２）に接続される排出口（６０）、および前記吸入口（５８）と前記排出口（６０）との間の少なくとも１つのバッフル（５６）を備え、および前記導管（４２）に連結される真空制御装置を更に備え、前記真空制御装置が、圧力計（４４）および制御バルブ（４６）を備える、ことを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１３の調整可能な真空および支持システム（２５）であって、前記真空ヘッド（３６）に対する前記溶接ヘッド（１２）の配置の調整ができるようにするための手段が、前記溶接ヘッド（１２）の前記タングステン電極（１４）と前記真空システムの前記真空ノズル（４０）との間の距離の調整ができるようにする、ことを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１４の調整可能な真空および支持システム（２５）であって、前記真空ヘッド（３６）に対する前記溶接ヘッド（１２）の配置の調整ができるようにするための手段が、前記真空ヘッド（３６）に対して前記溶接ヘッド（１２）の長手方向および短手方向の調整ができるようにする、ことを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１５の調整可能な真空および支持システム（２５）であって、前記取付けブラケット配置（３８）が、前記溶接ヘッド（１２）と前記真空ヘッド（３６）との間の枢軸連結を確定するための手段および前記溶接ヘッド（１２）と前記真空ヘッド（３６）との間の相対的に摺動可能な連結を確定するための手段を備える、ことを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１６の調整可能な真空および支持システム（２５）であって、前記溶接ヘッド（１２）に選択的に固着されるための手段が、前記溶接ヘッド（１２）の一部をこれに合わせて収容するための支持体リング（６２）を備え、そして、前記溶接ヘッド（１２）と前記真空ヘッド（３６）との間の相対的に摺動可能な連結を確定するための手段が溝（７４）と摺動可能に係合されるファスナ（７６）と組み合わせた前記溝（７４）および前記溝（７４）に対して前記ファスナ（７６）を選択的に固定するための手段を備える、ことを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１７の調整可能な真空および支持システム（２５）であって、前記取付けブラケット配置（３８）が、前記支持体リング（６２）、前記溶接ヘッド（１２）に対して前記支持体リング（６２）を固定するための手段、前記支持体リング（６２）から突き出るリングブラケット（６８）、リンク（７０）に対して前記リングブラケット（６８）を選択的にロックすることができる型締ファスナ（７２）によって前記リングブラケット（６８）に枢着される前記リンク（７０）、前記真空ヘッド（３６）から突き出る真空ヘッドブラケット（７８）、前記リンク（７０）に沿って長手方向に連通する溝（７４）および前記真空ヘッドブラケット（７８）を通して、かつ、前記溝（７４）を通して貫通する型締ファスナ（７６）を備える、ことを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１３の調整可能な真空および支持システム（２５）であって、前記真空ノズル（４０）が、工作物（１００）の表面に載せられるための支持面（４１）を有し、それによって、前記真空ノズル（４０）が前記真空ヘッド（３６）および前記溶接ヘッド（１２）に対する支持を与えることができ、およびそれによって、前記工作物（１００）の前記表面より上の前記タングステン電極（１４）の高さ（Ｈ）が、前記真空ヘッド（３６）に対して前記溶接ヘッド（１２）の配置の調整ができるようにするための手段の使用によって調整されることができる、ことを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１９の調整可能な真空および支持システム（２５）であって、前記真空ノズル（４０）が、前記支持面（４１）を形成する前記真空ノズル（４０）の長手方向の軸に対してある角度で配設されるベースベベル表面（４１）、前記ベースベベル表面（４１）の前記角度に反対の角度で配設される反対側の吸引ベベル表面（４３）、および前記反対側の吸引ベベル表面（４３）に沿って挿入されるノズル開口（４５）の少なくとも一部を伴う前記ノズル開口（４５）を備えた先端を有する、ことを特徴とするシステム。
【請求項２１】
請求項１３から２０のいずれかの調整可能な真空および支持システム（２５）であって、前記負の空気圧源（５２）、前記冷却および保持チャンバ（４８）ならびに前記真空制御装置が、携帯ユニット（８０）に組み込まれる、ことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接システム及び方法に関する。より詳しくは、ワークエリアから粒子状物質、煙、余剰ガスおよび溶湯を排出するＴＩＧ溶接装置の動作中に真空の印加による溶接除去および金属切断およびガウジングのためのシステム及び方法が、本願明細書に開示されて、保護される。
【背景技術】
【０００２】
タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接は、あるいはガス‐タングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）と称されることができ、非消耗性電極が材料を共に溶接し、切断しおよびガウジングするために使われるアーク溶接プロセスである。溶接エリアは、シールドガスによって大気中の汚染から保護される。シールドガスは、一般的にアルゴンのような不活性ガスである。シールドガスの流量は充分でなければならず、環境空気内の不純物が遮断されるように、ガスが溶接部を覆うことを確実にするように始終一貫していなければならない。溶接電源装置が、プラズマと称される、高度に電離されたガスおよび金属蒸気のコラムを通して溶接アークを横切って伝導される、溶接のために必要なエネルギを生成する。
【０００３】
タングステンが純金属の中で３，４２２℃（６，１９２°Ｆ）の高い融解温度を有するので、ＴＩＧ溶接に使用される電極は一般にタングステンまたはタングステン合金でできている。電極は、きれいな仕上げまたは研磨した仕上げのいずれかを有することができる。電極の直径は、例えばほぼ０．５ミリメートルと６．４ミリメートル（０．０２−０．２５インチ）の間で変化することができ、および、電極の長さは７５から６１０ミリメートル（３−２４インチ）にわたることができる。
【０００４】
薄い材料の溶接を除いて、溶加材がほとんど全てのＴＩＧ溶接プロセスで使われる。溶加材は、棒状に配設されることができて、異なる直径で入手可能で、種々の材料でできている。溶加材は、手動で溶接プールに加えられることができる。代わりとして、一部の用途は自動的に送られた溶加材を使い、それはしばしばスプールまたはコイルに格納されている。
【０００５】
ＴＩＧ溶接が金属の厚くて重い部材に関連して、ならびに、アルミニウム、マグネシウムおよび銅合金のような軽金属、ならびにステンレス鋼の薄い部材に対して使われることができる。溶接が一般的により大きな精度で制御されることができるという点で、ＴＩＧ溶接は有利である。さらに、得られる溶接部は一般的に他の溶接法に由来しているものより、より大きな強度およびより高い品質を実際に示す。
【０００６】
しかしながら、ＴＩＧ溶接装置を使用する切断、ガウジングおよび溶接除去は、危険である可能性があって、溶接エリアの全体にわたって煙、煙霧ならびに溶解および粒状物質を伝播する可能性がある。溶湯の飛翔火花および溶滴は、重症熱傷を引き起こす可能性があり、引火の危険を呈する可能性がある。その上、ＴＩＧ溶接機によって使われるシールドガスは、酸素を排出する可能性があり、仮死状態に至る可能性がある。さらに、ＴＩＧ溶接機によって生成される短波長紫外線光は、周囲空気を破壊する可能性があり、危険なオゾンを形成する可能性がある。また更に、重溶接金属が肺に取り入れられる可能性がある。さらにその上、溶接機からの熱が被削面に配設される材料を蒸発させるにつれて、有毒煙霧が作り出される可能性がある。
【０００７】
従来技術発明者は、安全性および快適さに関して深刻な必要性を残したさまざまな方法によって余剰煙霧を溶接エリアから引き抜くことを試みてきた。例えば、一部の溶接機は、排気扇風機および他の方法の使用によってのような、全体として溶接エリア内に負の空気圧を単純に使う。溶接エリアから煙霧を取り除く別の試みが、Ｈｏｂａｒｔ  Ｂｒｏｔｈｅｒｓ  Ｃｏｍｐａｎｙに付与された（特許文献１）内に開示されている。’５６１特許（特許文献１）の教示の下で、煙霧経路が溶接ヘッドのハンドルの内部ケーシング内に直接に組み込まれる。都合悪く、開示された発明は溶接火口および煙霧経路の相対的な位置のいかなる調整も可能にするように見えず、それによって、煙霧経路の影響は調整ができないように見える。さらに、’５６１特許の発明は溶接プロセス中に溶接ヘッドにいかなる支持も与えることに失敗し、それによって工作物に対する所望の距離および溶接ヘッドの制御を維持することを試みることに対してオペレータが責任を持つままにする。
【０００８】
上記のものを考慮して、理解されるであろうことは、ワークエリアから煙、煙霧、溶湯、粒子状物質および他の有害な副産物の伝播を最小にするかまたは除去し、それによって、溶接機、傍観者および周囲を保護する、溶接除去、切断およびガウジング中にＴＩＧ溶接機による使用のためのシステムに対する必要性が残る、ということである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】英国特許第１，３９３，５６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
有利には、本発明は、ワークエリアからの溶接副産物の排出を防止するかまたは限定するためにそれを排出するＴＩＧ溶接装置による使用のための、システム及び方法を提供する基本的目的に基づいて作られる。
【００１１】
本発明の実施態様の１つの関連した目的は、溶接機の安全性およびワークエリア内のそれらを高めるＴＩＧ溶接装置による、切断、ガウジングおよび溶接除去中に真空を印加するためのシステム及び方法を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、ワークエリアを取り囲むエリアに対する危険、損傷およびデブリの広がりを減少させるＴＩＧ溶接装置による、切断、ガウジングおよび溶接除去中に真空を印加するためのシステム及び方法を提供することである。
【００１３】
本発明の実施態様の１つの更なる目的は、放出された物質の収集および安全な処理を可能にするＴＩＧ溶接装置による、切断、ガウジングおよび溶接除去中に真空を印加するためのシステム及び方法を提供することである。
【００１４】
本発明のなお別の目的は、清潔で、整然としていて効率的であり、および、最小限の研削、平滑化および他の後処理を必要とする切断、ガウジおよび溶接除去を生成する真空システム及び方法を提供することである。
【００１５】
本発明の実施態様の１つの更なる目的は、最適性能のための溶接ヘッドおよび真空ヘッドの相対的位置の調整を可能にする真空システム及び方法を提供することである。
【００１６】
本発明の実施態様の別の目的は、オペレータ疲労を減少させて、溶接一貫性を向上させるために溶接手順中に溶接ヘッドに安定な支持を与える真空システム及び方法を提供することである。
【００１７】
上記があとに続く詳細な説明のより良い理解を可能にして、本技術への本発明者の寄与のより良い理解を教え込むために本発明の特定の目的を広く概説するということを認識するであろう。本発明の実施態様のこれらの、および、更なる目的および利点は、本願明細書および図面を吟味する者だけでなく溶湯、煙霧および本願明細書に開示される他の副産物の真空除去を伴うＴＩＧ溶接装置による切断、ガウジングおよび溶接除去のためのシステムの実施態様を利用する機会を有する者にも明白になる。
【００１８】
本発明の単一の実施態様での前述の目的の各々の達成が可能でもよく、および、実際に好ましい。しかしながら、理解されるであろうことは、全ての実施態様がありとあらゆる潜在的目的および利点を求めないかまたは達成する必要はないということである。それでもなお、全てのこの種の実施態様が本発明の有効範囲内で考慮されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前述の目的を前進させる際に、本発明の１つの基本的実施態様が、ＴＩＧ溶接配置の動作中に真空の印加がワークエリアから粒子状物質、煙、余剰ガスおよび溶湯を排出することを可能にする金属加工システムを備える。このシステムは、溶接ヘッド、溶接ヘッドによって保持される溶接棒ホルダ、溶接アークを作り出すための溶接棒ホルダによって保持される非消耗性タングステン電極、溶接ヘッドに接続される溶接電源装置、および金属加工動作中にシールドガスを供給するための不活性ガス供給源を備えたタングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接配置を有する。真空ヘッドおよび真空ヘッドによって保持される真空ノズルを備えた真空システムが、取付けブラケット配置によって溶接ヘッドに連結される。
【００２０】
取付けブラケット配置は、真空ヘッドに対する溶接ヘッドの配置の調整ができるようにするための手段を含むことができる。より詳しくは、溶接ヘッドのタングステン電極と真空システムの真空ノズルとの間の距離が、例えば、最適性能およびオペレータの快適さを可能にするために、枢軸接続によって、調整可能であることができる。特定の実施態様において、真空ヘッドに対する溶接ヘッドの配置の調整ができるようにするための手段が、真空ヘッドに対して溶接ヘッドの長手方向および短手方向の調整ができるようにする。
【００２１】
止めねじを備えたリングまたは取付けブラケット配置の他の手段が、溶接ヘッドと真空ヘッドとの間の相対的に摺動可能な連結を確定するために溶接ヘッドをこれに合わせて係合することができる。また更に、摺動可能な接続が、取付けブラケット配置内のリンクによってさらに確定されることによって確定されることができ、その配置が溝に対してファスナを選択的に固定するための溝と摺動可能に係合されるファスナと組み合わせた溝を有することができる。
【００２２】
さらに、取付けブラケット配置は支持体リング、溶接ヘッドに対して支持体リングを固定するための手段、支持体リングから突き出るリングブラケット、リンクに対してリングブラケットを選択的にロックすることができる型締ファスナによって、リングブラケットに枢着されるリンク、真空ヘッドから突き出る真空ヘッドブラケット、リンクに沿って長手方向に連通する溝および真空ヘッドブラケットを通しておよび溝を通して貫通する型締ファスナを有することができる。
【００２３】
本発明の特定の構造の下で、真空ノズルが真空ヘッドおよび溶接ヘッドに支持を与えることができるように、真空ノズルが工作物の表面に載せられるための支持面を有することができる。さらに、工作物の表面より上のタングステン電極の高さが、真空ヘッドに対する溶接ヘッドの配置の調整ができるようにするための手段を用いて調整されることができる。ワークエリアからの煙霧およびデブリの排出を容易にするために、ノズル先端が支持面を形成する真空ノズルの長手方向の軸に対してある角度で配設されるベースベベル表面、ベースベベル表面の角度に反対の角度で配設される反対側の吸引ベベル表面および反対側の吸引ベベル表面に沿って挿入されるノズル開口の少なくとも一部を備えたノズル開口を有することができる。真空ノズルは、それらの好ましい熱性能特性のためにサファイヤ原石またはジルコニウム合金の潜在的実施態様で形成されることができる。
【００２４】
負の空気圧源が、導管によって真空ヘッドに接続されることができる。さらに、冷却および保持チャンバが粒子状物質および他のデブリを収容するために真空ヘッドと負の空気圧源の間に挿入されることができる。冷却および保持チャンバは、冷却流体の体積部分を保持するための流体隙間がないチャンバ、真空ヘッドに接続される吸入口、負圧の供給源に接続される排出口および吸入口と排出口との間の少なくとも１つのバッフルを備えることができる。真空ヘッドによって印加される真空力の調整を可能にするために、圧力計および制御バルブを備えた真空制御装置が導管に流体的に連結されることができる。
【００２５】
前述の考察があとに続く詳細な説明のより良い理解を可能にして、本技術への本発明者の寄与のより良い理解を教え込むために本発明のより重要な特徴を広く概説するということを認識するであろう。いかなる特定の実施態様もまたはその態様も詳細に説明される前に、発明の構想の構造および例証の以下の詳細が本発明の多くの可能な発現の単なる例であることが明らかにされなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明は、添付の図面を参照してより完全に理解されることができ、そこにおいて
【００２７】
【図１】従来技術に従うＴＩＧ溶接装置の側面図である。
【図２】従来技術ＴＩＧ溶接装置の一部を断面で表した斜視図である。
【図３】本願明細書に開示されるように、切断、ガウジングおよび溶接除去中にＴＩＧ溶接装置による使用のための真空システムの斜視図である。
【図４Ａ】本発明に従って真空ノズルを備えた溶接ヘッドの斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａの溶接ヘッドおよび真空ノズルの拡大斜視図である。
【図５】本願明細書に開示されるように、ＴＩＧ溶接装置による使用のための真空システムの冷却および保持チャンバの断面図である。および、
【図６】冷却および保持チャンバ、真空モータおよび本発明の下の他の構成部品を収容する携帯ユニットの一部を断面で表した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
理解されるであろうことは、溶湯、煙霧および本願明細書に開示される他の副産物の真空除去を伴うＴＩＧ溶接装置による切断、ガウジングおよび溶接除去のためのシステム及び方法のための本発明が、広く様々な実施態様に従うということである。しかしながら、当業者が本発明を理解して、適切な場合において、実践することが可能なことを確実にするために、本願明細書に明らかにされるより広い発明の特定の好適な実施態様が、以下に記載され、付随する図面内に示される。本発明のいかなる特定の実施態様も詳細に説明される前に、それが発明の構想の構成、幾何学形状の記述および例証の以下の詳細が本発明の多くの可能な発現の単なる例であることが明らかにされなければならない。
【００２９】
従来のＴＩＧ溶接配置が図１内に全体として１０で示唆され、および、図２が動作中の従来技術ＴＩＧ溶接ヘッド１２を表す。溶接ヘッド１２は、溶接棒ホルダ１８によって保持される非消耗性タングステン電極１４を使う。溶接ヘッド１２は、溶接電源装置２４から電力を受け取る。シールドガス３２が、シールドガス供給ホース２６を通して不活性ガス供給源２０によって供給される。溶接電源装置２４は、一般的に、たとえアーク距離および電圧が変わるとしても、電流およびしたがって、熱が比較的不変のままのことを意味する、定電流電源である。
【００３０】
負に帯電する電極（ＤＣＥＮ）による直流ＴＩＧ溶接において、負に帯電する電極は電子を放出することによって熱を発生させる。電子は、アークを横切って移動してシールドガスの熱イオン化を引き起こし、それによってベース材料の温度の増加を得る。あまり一般的でない、正に帯電する電極（ＤＣＥＰ）による直流ＴＩＧ溶接では、電子が逆に流れ、それによって電極がきわめて高い温度に達する。電子が電極の方へ流れるにつれて、電離されたシールドガスがベース材料の方へ戻って流れ、それによって酸化物および他の不純物を除去することによって溶接の品質および外観を向上させる。
【００３１】
シールドガス供給ホース２６によって供給されるシールドガスは、窒素および酸素のような大気中のガスから溶接エリアを保護するために溶接ヘッド１２内のガス流路１６を通して出される。さもなければ、それらが電極１４、アーク２８、または、それが溶接棒２２もしくは工作物１００であるかどうかにかかわらず溶接金属、と接触するときに、この種のガスによって融解欠陥、気孔および溶接金属脆化が生じる可能性がある。シールドガスはさらに、安定なアーク２８を維持することに寄与して、電極１４から溶接棒２２および工作物１００の金属への熱の伝達を助ける。
【００３２】
溶接アーク２８は、電極１４と工作物１００との間の分離が、ほぼ１．５−３ｍｍ（０．０６−０．１２インチ）のような、所定の範囲の距離内にあるときに、シールドガス中の溶接電流のための経路を与える高周波発生器１５によって、開始される。代わりとして、電極１４および工作物１００はアーク２８のタッチまたはスクラッチ起動と称されることを開始するために接触にもたらされることができる。
【００３３】
開始されたアーク２８によって、溶接機は一般的に小さな円で溶接ヘッド１２を動かすことによって溶接プール３４を作り出す。溶接ヘッド１２は、次いで通常、垂直線から離れた所定の角度に傾けられる。溶接のプロセスの各々、溶接除去、切断およびガウジング中に、溶接機はその時工作物１００と電極１４との間の一定の分離を維持することを試みる。溶接中に、溶接ヘッド１２が溶接ビード３０をそのトレールに残すにつれて、溶接棒２２からのような、溶加材が溶接プール３４を維持するために必要に応じて加えられる。しかしながら、溶接除去、切断およびガウジング中に、材料が除去されるだけである。溶加材が、加えられる必要はない。
【００３４】
上記したように、図１および２内に表される従来技術溶接配置１０を使うＴＩＧ溶接は、得られる溶接部の強度および品質を含む複数の理由のために有利である。しかしながら、切断、ガウジングおよび溶接除去のプロセス中に、上で要約されたように、従来技術のＴＩＧ溶接方法およびシステムは複数の不都合が欠点である。例えば、それらは煙、デブリ、溶湯、煙霧および他の溶接副産物の伝播から生じる溶接機、傍観者および周囲への危険を呈する。
【００３５】
本発明は、溶湯、煙霧および他の副産物が真空の印加によって除去されるＴＩＧ溶接装置を使用する切断、ガウジングおよび溶接除去のための専門のシステム及び方法を提供することによってこれらのおよび更なる欠陥を都合よく解決する。ＴＩＧ溶接システムに対して切断、ガウジングおよび溶接除去中の副産物の真空除去のためのシステムのための本発明の１つの例示的な実施態様が、図３内に全体として１０で示唆される。
【００３６】
図３に示すように、システム１０は溶接ヘッド１２ならびに調整可能な真空および支持システム２５に基づいて作られ、それはあるいは、真空ヘッド３６を備えた真空システム２５と称することができる。調整可能な真空および支持システム２５は、溶接ヘッド１２を保持して、支持する長手方向におよび短手方向に調整可能なブラケット配置３８を有する。さらに以下に記載されているように、長手方向および短手方向の調整性を通して、ブラケット配置３８は溶接ヘッド１２および真空ヘッド３６の相対的向きおよび位置の調整および工作物１００に対する溶接ヘッド１２の支持される位置の調整を可能にするための手段として働く。
【００３７】
溶接ヘッド１２が、溶接棒ホルダ１８によって保持されるタングステン電極１４による従来技術に実質的に従うことができる。実際に、本発明の特定の実践において、調整可能な真空および支持システム２５が本発明に従うその使用を可能にするために従来技術溶接ヘッド１２に改造されることができる。代わりとして、溶接ヘッド１２ならびに真空および支持システム２５は初めの製作でまたはさもなければ本発明の下の使用のために一体化されることができる。電源装置２４が溶接アーク２８の作成を可能にし、それが溶接除去、切断およびガウジングのために本発明の下で使われる。従来技術溶接ヘッド１２と同様に、シールドガス供給ホース２６が溶接プール３４を保護するためのシールドガス３２を供給する。
【００３８】
図３、４Ａおよび４Ｂに示すように、溶接ヘッド１２は、真空ノズル４０を有する、真空ヘッド３６に取付けブラケット配置３８によって連結される。取付けブラケット配置３８は、一般に溶接ヘッド１２および特にタングステン電極１４に対する真空ノズル４０の距離および向きの選択的調整を可能にするように調整可能である。さらに、真空ノズル４０の先端が工作物１００の表面上の支えとなる位置に配置される所で、取付けブラケット配置３８が加えて、工作物１００より上の電極１４の高さの調整ができるようにする。
【００３９】
負圧の供給源、この場合では真空５２は、お互いに流体連通にある、吸入口真空導管４２、冷却および保持チャンバ４８および排出口真空導管５０を通して真空ノズル４０に吸引力を供給する。これによって、煙、煙霧および粒子状物質を含む、切断、ガウジングおよび溶接除去プロセスの副産物がワークエリアの全体にわたってそれらの伝播を防ぐために排出されることができる。
【００４０】
真空制御装置が、真空ノズル４０で印加される真空圧の上の制御を可能にするために、それに沿って挿入されることによってのような、吸入口真空導管４２と実施可能な状態で結合される。本実施態様において、図３内に表されるように、真空制御装置は制御バルブ４６と組み合わせた圧力計４４を備える。そのように配置されて、真空制御装置は、シールドガス３２の保護機能を損なう程多くの真空力が印加されないことを確実にすると共に、充分な真空力が、ワークエリアの全体にわたって切断、ガウジングおよび溶接除去からの副産物の伝播を防ぐかまたは最小にするために印加されることを確実にするために、取付けブラケット配置３８によって与えられる調整性と協同して使われることができる。
【００４１】
１つの現在考察された実施態様において、真空ヘッド３６が金属シリンダに基づいて作られることができ、それはアルミニウム合金から巧みに作られることができる。このシリンダは、ほぼ１０インチの長さ、１．５インチの外径およびほぼ７／８インチの内径を有することができる。真空ノズル４０は、ほぼ２インチの長さおよびほぼ１／４インチの直径を有することができる。ノズル４０は、下方へ向けられたベースベベル表面４１および上方へ向けられた吸引ベベル表面４３を形成するために第１および第２の反対のベベル角度に切られた遠位端を有することができる。ノズル開口４５は、溶接除去、切断およびガウジングの副産物の効率的な吹込みを容易にするために、上方へ向けられた吸引ベベル表面４３に沿って挿入される少なくともその一部、および下方へ向けられたベースベベル表面４１に沿って挿入されるその一部を有する。この配置の下で、溶接配置１０は図３、４、および、４Ｂ、に示すように工作物１００の表面に載せられるベースベベル表面４１とともに切断、ガウジングおよび溶接除去に使われることができる。そのようなものとして、ベースベベル表面４１は溶接ヘッド１２に対する支持を与え、および調整可能な真空および支持システム２５が、それによってオペレータ疲労を減少させて、被削面１００に対する溶接ヘッド１２の配置の上の制御を向上させて、および、結果として、溶接プロセスの品質を向上させる。
【００４２】
目詰まりを防ぐために、ノズル４０およびその内側環状壁がノズル４０の遠位端の方へテーパを付けることができる。例えば、ノズル４０はほぼ７／１６インチの近位の外径からほぼ３／８インチのその遠位端の外径までテーパを付けることができる。真空ノズル４０は真空ヘッド３６と一体的に、または、それから別々に、形成されることができ、および、任意の適切な材料またはその組合せから形成されることができる。特定の実施態様において、真空ノズル４０は高融点性アルミニウム合金から巧みに作られることができる。他の実施態様では、真空ノズル４０は性能および耐久性の向上のために貴石または半貴石の原石から形成されることができる。例えば、１つの考察された実施態様において、真空ノズル４０はサファイヤ原石から巧みに作られることができ、それは本発明を前進させる際に特に有利であるとみなされることができる。他の実施態様では、真空ノズル４０は熱に対するその優れた耐性および他の有利な特性のためにジルコニウム合金から形成されることができる。この種の真空ノズル４０は、５／８インチ開口を備えたほぼ７／８インチの外径を有することができる。
【００４３】
真空導管４２は、任意の効果的な形状を追求することができる。特定の構造において、真空導管４２はその間に挿入される真空制御装置を伴う、真空ヘッド３６に連結される第１の遠位端と冷却および保持チャンバ４８に流体的に連結される第２の近位端とを備えたステンレス鋼編組ホースを備えることができる。真空制御装置は、吸入口カップリング５８で冷却および保持チャンバ４８に流体的に連結されることができる。真空導管４２の寸法特性は、状況に従い変化することができる。一実施態様において、例えば、導管４２は１インチ径およびほぼ３フィートの長さを有することができる。
【００４４】
冷却および保持チャンバ４８は、金属または他の適切な材料の堅固なボックスを備えることができる。特定の実施態様において、チャンバ４８はほぼ２フィートの長さおよびほぼ１フィートの高さおよび幅を有する厚さ１／８インチのシートメタルの壁で形成されることができる。チャンバ４８は、その内側体積部分へのアクセスを可能にするための着脱可能な蓋部５５を有することができる。排出口真空導管５０が、排出口カップリング６０でチャンバ４８に流体的に連結される第１の端部および図３の真空源５２に流体的に連結される第２の端部を有する。
【００４５】
図５内の断面図内に表される冷却および保持チャンバ４８は、冷却流体５４の体積部分を保持する。一つ以上の下方へぶらさがったバッフル５６が、着脱可能な蓋部５５に固定されることができて、吸入口真空導管４２と排出口真空導管５０との間の保持チャンバ４８の隙間のある内側体積部分内に挿入されることができる。この配置の下で、真空ノズル４０を通してエリアから吸い込まれる粒子状物質および溶湯が、吸入口真空導管４２を通して、ならびに、冷却および保持チャンバ４８内に吸い込まれる。一旦保持チャンバ４８内に入ると、粒子状物質は任意の必要な冷却のための冷却流体５４にすぐ落ちるか、または充分な速度を持っている場合、バッフル５６に当たって、それから、冷却流体５４内に落ち、そこでそれが冷却されて、後の処理のために保持される。必要に応じて、蓋部５５は、蓄積された材料を取り除くために、チャンバ４８の内面をきれいにするために、または、さもなければチャンバ４８を保守するためにチャンバ４８から取りはずされることができる。
【００４６】
本発明の実施態様はまた、構成部品の多数が図６内の８０に示すように一体的、携帯可能なユニットに組み込まれる所で考察される。そこでは、隙間のある内側体積部分を有する堅固なボックスを備えるハウジング８６が再び着脱可能な蓋部５５を有する冷却および保持チャンバ４８を収容する。吸入口真空導管４２は、吸入口カップリング口５８に連結されることができる。冷却および保持チャンバ４８ならびに一般にシステム内の圧力は、ゲージ４４によってモニタされることができて、バルブ４６によって制御されることができる。第１の排出口真空導管５０Ａが、冷却および保持チャンバ４８に連結される近位端ならびに第１および第２の真空モータ５２Ａおよび５２Ｂに流体的に連結される第１および第２の枝部を有する。第２の排出口真空導管５０Ｂが、第１および第２の真空モータ５２Ａおよび５２Ｂに流体的に連結される第１および第２の枝部ならびに真空モータ５２Ａおよび５２Ｂから受け入れられた空気を浄化するためのクロムフィルタを含むことができる濾過ユニット８４に流体的に連結される遠位端を有する。ハンドル８２が、携帯ユニット８０の持上げおよび運搬を可能にするためにハウジング８６に固定される。これによって、本願明細書に開示されるように、携帯ユニット８０が真空ヘッド３６に接続されることができ、および次に、容易に携帯可能な形態で本願明細書に開示されるように、真空ヘッド３６が煙、煙霧およびデブリを除去するために溶接ヘッド１２に連結されることができる。
【００４７】
ＴＩＧ溶接装置１０による切断、ガウジングおよび溶接除去のためのシステムの使用をするために、溶接機２００は、真空ヘッド３６、および溶接ヘッド１２がブラケット配置３８の操作によって工作物１００に対して保持される位置に対して溶接ヘッド１２を配置して、整列配置することができる。調整可能な真空および支持システム２５を形成する真空ヘッド３６およびブラケット配置３８が従来技術の典型的な溶接ヘッド１２を支持する図４Ａに示すように、ブラケット配置３８は、溶接ヘッド１２のハンドル部分６６をこれに合わせて収容することができる支持体リング６２を含む。止めねじ６４が、ハンドル部分６６に沿って所望の位置で支持体リング６２をロックすることができる。リングブラケット６８が支持体リング６２から半径方向に突き出て、および、リンク７０に対してリングブラケット６８を選択的にロックすることができる型締ファスナ７２によって、リンク７０がリングブラケット６８に枢着される。真空ヘッドブラケット７８が、真空ヘッド３６から半径方向に突き出る。リンク７０は長手方向にそれに沿って連通する溝７４を有し、および、型締ファスナ７６が真空ヘッドブラケット７８を通して、および、溝７４を通して貫通する。これによって、真空ヘッドブラケット７８はリンク７０に対してある角をなすおよび長手方向の位置に選択的にロックされることができる。
【００４８】
そのように構成されて、ブラケット配置３８は溶接ヘッド１２および真空ヘッド３６の相対的な向きおよび位置を調整して、工作物１００に対して溶接ヘッド１２の支持される位置を調整するために利用されることができる。支持体リング６２の長手方向の位置およびブラケット６８および７８とリンク７０のある角度をなす関係および長手方向の位置が、溶接配置１０の最適性能のために全て調整されることができる。一例として、ノズル開口４５とアーク２８との間の距離Ｄが、煙およびデブリの除去における真空化影響を最適化するように調整されることができる。さらに、真空ノズル４０が工作物１００で安定して支えられるように、電極１４が工作物１００の表面に対して支持される高さＨが、最適切断、ガウジング、溶接除去または他の動作のために調整されることができる。さらに、真空ヘッド３６および溶接ヘッド１２の相対的な位置が、溶接機２００の快適さのために調整されることができて、例えば、溶接ヘッド１２および溶接動作の特性に基づくことができる。
【００４９】
要求されるように配置される真空ヘッド３６および溶接ヘッド１２によって、真空５２が次いで起動されることができ、および、ＴＩＧトーチ溶接ヘッド１２が点火されることができる。これらの起動は、独立であるかまたは互いに依存することができる。溶接ヘッド１２および真空ヘッド３６が、溶接除去、切断またはガウジングを可能にするために工作物１００に対して次いで配置されることができる。プロセスが実施されるにつれて、真空ノズル４０はワークエリアから溶湯、ガスおよび粒子状物質を強制的に吸い込み、それによって周囲のエリアの汚染を防いで、溶接機２００、傍観者および周囲に対する危険性を最小にする。
【００５０】
開示されるＴＩＧ溶接装置および方法による使用のためのシステム及び方法のための本発明の特定の詳細によって、変更および追加が本発明の趣旨または有効範囲から逸脱せずにそれに対してなされることができることが、当業者によって理解されるであろう。現時点での好ましい実施態様が単に本願明細書に明らかにされるより広い発明を例証するだけであることを心に留めておくときに、これは特にあてはまる。したがって、本発明の特定の主な特徴を念頭に置いて、好適な実施態様内に含まれる特徴の全てを組みこまないと共に、それらの主な特徴を組み込む実施態様を巧みに作ることができることは明らかである。
【００５１】
したがって、以下の請求項は本発明者に与えられる保護の有効範囲を規定することを目的とする。それらの請求項は、それらが本発明の趣旨と範囲から逸脱しない限り、同等の構造を含むとみなされるべきである。複数の以下の請求項が、折に触れて構造または材料の詳述なしで、特定の機能を実行するための手段として、特定の要素を表すことができることが、さらに注意されなければならない。法律が要求するように、これらの請求項はこの明細書内に明示的に記載されている対応する構造および材料だけでなく現在公知であろう、またはこの後発見されるであろう、その全ての等価物も包含すると解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００５２】
１０  ＴＩＧ溶接システム
１２  ＴＩＧ溶接ヘッド
１４  タングステン電極
１６  ガス流路
１８  溶接棒ホルダ
２０  不活性ガス供給源
２２  溶接棒
２４  溶接電源装置
２５  真空および支持システム
２６  シールドガス供給ホース
２８  溶接アーク
３０  溶接ビード
３２  シールドガス
３４  溶接プール
３６  真空ヘッド
３８  ブラケット配置
４０  真空ノズル
４１  ベースベベル表面
４２  吸入口真空導管
４３  吸引ベベル表面
４４  圧力計
４５  ノズル開口
４６  制御バルブ
４８  冷却および保持チャンバ
５０  排出口真空導管
５０Ａ  第１の排出口真空導管
５０Ｂ  第２の排出口真空導管
５２  真空
５２Ａ、５２Ｂ  第１および第２の真空モータ
５４  冷却流体
５５  蓋部
５６  バッフル
５８  吸入口カップリング
６０  排出口カップリング
６２  支持体リング
６４  止めねじ
６６  ハンドル部分
６８  リングブラケット
７０  リンク
７２  型締ファスナ
７４  溝
７６  型締ファスナ
７８  真空ヘッドブラケット
８０  携帯ユニット
８２  ハンドル
８４  濾過ユニット
８６  ハウジング
１００  工作物
２００  溶接機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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