(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可溶性を有し連続的に供給され、ワーク（１０）に複数の電気アークを介して溶融池（１２）を生じさせる少なくとも三つの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）を具備し、溶接ヘッドのあご（１４０，１４２，１４４，１４６，１４８）が、前記少なくとも三つの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）のそれぞれに配置され、運転状態にあるとき、前記少なくとも三つの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）は溶接方向（３０）について連続した順番に配置され、少なくとも一つの後続の前記溶接棒（１１６）は、先立つ溶接棒（１１４）の先の一つ以上の溶接棒（１１０，１１２）に比して前記先立つ溶接棒（１１４）から前記溶接方向（３０）に沿っておよび／または前記溶接方向（３０）を横切るように引き離され、アクチュエータが、前記少なくとも一つの溶接棒（１１６）とその先立つ溶接棒（１１４）との間の距離を増大させることで、溶接の間に前記少なくとも一つの溶接棒（１１６）をその先立つ溶接棒（１１４）から引き離すために設けられ、引き離された前記溶接棒（１１６）は、溶接工程の間の不安定性の判断に基づいて選ばれることを特徴とする電気アーク溶接のための溶接棒アセンブリ（１００）。
【請求項２】
前記後続の溶接棒（１１６）は、その先の溶接棒（１１２）から前記先立つ溶接棒（１１４）までより大きな距離（ｄ１）だけその先立つ溶接棒（１１４）から引き離されたことを特徴とする請求項１に記載の溶接棒アセンブリ。
【請求項３】
距離（ｄ０）は、１．５倍以上に増やされることを特徴とする請求項２に記載の溶接棒アセンブリ。
【請求項４】
前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）の間の角度（α）を調整することで前記溶接棒（１１６）を引き離すことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の溶接棒アセンブリ。
【請求項５】
前記後続の溶接棒（１１６）は、前記先立つ溶接棒（１１４）とその先の溶接棒（１１２）とを結ぶ仮想線からずれることにより、その先立つ溶接棒（１１４）から引き離されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の溶接棒アセンブリ。
【請求項６】
五つの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）において、四つ目の前記溶接棒（１１６）は三つ目の前記溶接棒（１１４）から、続く他の前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１８）の間の等距離のスペース（ｄ０）より大きい距離（ｄ１）だけ引き離されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の溶接棒アセンブリ。
【請求項７】
溶接棒アセンブリ（１００）が、可溶性を有し連続的に供給され、ワーク（１０）に電気アークを介して溶融池（１２）を生じさせる、少なくとも三つの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）を具備し、前記少なくとも三つの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）は、溶接方向（３０）に関して連続した順番に、そして互いに前記溶接方向（３０）に沿って引き離されて配置された、電気アーク溶接方法であって、
−  前記溶接棒アセンブリ（１００）のそれぞれの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）の少なくとも一つの安定性パラメータ（Ｓｔａｂ＿ｐａｒ）を監視し、
−  前記溶接棒アセンブリ（１００）の一つの溶接棒（１１６）の安定性パラメータ（Ｓｔａｂ＿ｐａｒ）が安定性基準（Ｃｒｉｔ）を違反していないか確認し、
−  一つの前記溶接棒（１１６）の前記安定性基準（Ｃｒｉｔ）の違反が検知されたときに、前記安定性基準（Ｃｒｉｔ）に違反した前記一つの溶接棒（１１６）とその先立つ溶接棒（１１４）との間の距離（ｄ０）を増加させることによって、前記安定性基準（Ｃｒｉｔ）に違反した前記一つの溶接棒（１１６）を、一つ以上の隣り合う溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１８）から少なくとも一時的に引き離すことを特徴とする電気アーク溶接方法。
【請求項８】
前記溶接方向（３０）に前記距離（ｄ０）を増やすことで前記一つの溶接棒（１１６）を引き離すことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記距離（ｄ０）は、１．５倍以上に増やされることを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記溶接棒（１１６）を引き離すことは、一つ以上の溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）を前記溶接方向（３０）を横切るように配置することでなされることを特徴とする請求項７から９のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）の間の角度（α）を調整することで前記一つの溶接棒（１１６）を引き離すことを特徴とする請求項７から１０のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）を保持する複数の溶接ヘッドのあご（１４０，１４２，１４４，１４６，１４８）を引き離すことによって、前記一つの溶接棒（１１６）を引き離すことを特徴とする請求項７から１１のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）を通る電流は、安定性パラメータ（Ｓｔａｂ＿ｐａｒ）として監視されることを特徴とする請求項７から１２のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）に関するアーク電圧は、安定性パラメータ（Ｓｔａｂ＿ｐａｒ）として監視されることを特徴とする請求項７から１３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１５】
前記安定性基準の違反は、一つ以上の前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）の前記安定性パラメータ（Ｓｔａｂ＿ｐａｒ）が５％以上変化したときに検知されることを特徴とする請求項７から１４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】
前記安定性基準の違反は、その先の溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）と比して、一つ以上の前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）の前記安定性パラメータ（Ｓｔａｂ＿ｐａｒ）が５％以上変化したときに検知されることを特徴とする請求項７から１５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１７】
前記一つの溶接棒（１１６）の前記引き離しは、前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）を通って流れる電流が継続している間になされることを特徴とする請求項７から１６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１８】
溶接棒アセンブリ（１００）が、可溶性を有し連続的に供給され、ワーク（１０）に電気アークを介して溶融池（１２）を生じさせる、少なくとも三つの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）を具備し、前記少なくとも三つの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）は、溶接方向（３０）に関して連続した順番に、そして互いに前記溶接方向（３０）に沿って引き離されて配置され、
−  前記溶接棒アセンブリ（１００）のそれぞれの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）の少なくとも一つの安定性パラメータ（Ｓｔａｂ＿ｐａｒ）を監視する監視デバイス（７０）と、
−  前記溶接棒アセンブリ（１００）の一つの溶接棒（１１６）の安定性パラメータ（Ｓｔａｂ＿ｐａｒ）が安定性基準（Ｃｒｉｔ）を違反していないか確認するユニット（７２）と、
−  前記溶接棒アセンブリ（１００）は、前記一つの溶接棒（１１６）の前記安定性基準（Ｃｒｉｔ）の違反が検知されたときに、前記安定性基準（Ｃｒｉｔ）に違反した前記一つの溶接棒（１１６）とその先立つ溶接棒（１１４）との間の距離（ｄ０）を増加させることによって、前記安定性基準（Ｃｒｉｔ）に違反した前記一つの溶接棒（１６６）を、一つ以上の隣り合う溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１８）から少なくとも一時的に引き離させることを特徴とする電気アーク溶接方法を行うための装置。
【請求項１９】
前記溶接棒アセンブリ（１００）は、前記溶接方向（３０）に沿っておよび／または前記溶接方向（３０）を横切るように前記ワーク（１０）の表面（１６）の上で個々の溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）の位置を調整するための、調整可能な複数の溶接ヘッドのあご（１４０，１４２，１４４，１４６，１４８）を備えることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記溶接棒アセンブリ（１００）は、角度（α）を調整できるように回動可能な複数の溶接ヘッドのあご（１４０，１４２，１４４，１４６，１４８）を備えることを特徴とする請求項１８または１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
技術分野
本発明はアーク溶接方法およびアーク溶接、特に多数の溶接棒(electrode)を有する溶接棒アセンブリ(electrode assembly)を備えるサブマージアーク溶接のための装置に関する。
【０００２】
発明の背景
サブマージアーク溶接は、高い生産性および品質を特徴とする十分に機械化された溶接方法で、より厚い材料におけるより長い溶接継目のためにしばしば用いられる。サブマージ溶接の間、連続して配置された一つ以上の溶接棒は、アーク(arc)で溶ける。
【０００３】
溶接部、特に溶けた材料とアークとは粉末状のフラックス(flux)の層の下に保護される。フラックスは工程の間に幾分か溶けて、溶融池(weld pool)でスラグ(slag)の保護層を作る。工程において用いられる電流は比較的高く、通常は溶接棒あたり３００〜１５００アンペアの間である。サブマージアーク溶接に用いられる溶接棒は通常、直径２．５〜６ｍｍである。
【０００４】
サブマージ溶接に用いられるフラックスは、一般的にマンガン、ケイ素、チタン、アルミニウム、カルシウム、ジルコニウム、マグネシウム、およびフッ化カルシウムのような他の化合物の酸化物を含む、粒状の可溶性鉱物である。フラックスとワイヤの組み合わせが所望の機械的特性を生じるように、フラックスが与えられた溶接棒ワイヤの種類に適合すると特に明確に示される。すべてのフラックスは、溶接部金属の化学組成と機械的特性を生じるように、溶融池と反応する。もしそれらがマンガンおよびケイ素を溶接部に加えるならば、一般的にフラックスを「アクティブ」と呼ぶ。加えられるマンガンおよびケイ素の量はアーク電圧および溶接電流の程度に左右される。
【０００５】
競争の増加に伴い、サブマージアーク溶接で可能な限り最も高い生産性を得るため、溶接スピードの増加および可能な限り最も高い溶着速度、すなわち、時間および溶接棒当たりの溶けた溶接消耗品または実際に作られた接合材料、のために努力がなされる。
【０００６】
多数の連続した溶接棒とは対照的に、一つの溶接棒で溶接するときには、しばしば上限に達し、溶接データを変えるだけでは溶接生産性のさらなる増加が望めない。例えば、溶接電流を増加させたときに、アークは最終的に、溶融池を押して受け入れがたい溶接部とするくらい強くなる。
【０００７】
この技術的に知られた事象の一つの解決法は、溶接継目の方向に連続して配置された多数の溶接棒を用いることである。通常、２〜３本の溶接棒が用いられるが、６本までの溶接棒の用い方が知られる。
【０００８】
残念ながら、個々のアークが互いに「磁気吹き効果(magnetic arc blow effect)」と言われる影響を及ぼすように、多数の溶接棒の構成は無問題ではない。この効果は、隣接する溶接棒を通って流れる電流によって生じる磁場によって生じる。「磁気吹き効果」は、隣接するアークに影響を及ぼし、それを通常のそして所望の方向、大抵は材料に垂直かつ溶接棒と直列な方向から逸脱させまたは屈折させる。その逸脱は、アークが波状の溶接部および受け入れがたい全体的な結果となるような好ましからざる方法で、溶融池を押す原因となりうる。
【０００９】
その上、溶融池において溶融した材料は、溶融池における波のパターンに影響を及ぼす感度の良いシステムを作るアークからの力によって影響を受ける。流動性の材料は、溶融池全体が接続されたｎ−１（ｎはアークの数）個の溶融池のシステムとして見られるように、アークの間で圧縮される。
【００１０】
この現象を抑制するために知られている一つの方法は、連続する溶接棒にＡＣ電流が供給されている間に、プライマー溶接棒(primer electrode)にＤＣ電流を供給することである。これらの状態においてＡＣ電流を使うことは、多くの理由で有用だと証明された。例えば、移動磁場は同じ範囲のアークに届かない。特に例えば、深い溶接継目において、母材における渦が磁場の分散を抑制するため、指向的に揺れる磁場でアークの逸脱は単一方向ではなくなり、溶融池の衝撃が少なくなる。連続する溶接棒におけるＡＣ電流のさらなる利点は、溶着速度の増加である。
【００１１】
上述の解決方法は溶接スピードおよび溶着速度を増加させるが、溶接結果の品質を危うくすることなく上限を超えることは難しい。
【００１２】
限界を超えて押すことは、後の溶接棒の溶接工程における不安定の原因となりうる。これは、アークからの溶融池の押し効果と相まって、溶接消耗品によって、先立つ溶接棒から生じた、この位置にみられる比較的大きな溶融池によって決まると考えられる。この効果は、後の溶接棒に供給するのに用いられる溶接電流を連続して低くすることによってわずかに少なくされ得るが、この対策を通しても問題は完全には避けられない。
【００１３】
発明の概要
本発明の目的は、溶接スピードを増加できる溶接棒アセンブリを提供することである。本発明の他の目的は、十分な溶接品質を得るとともに溶接スピードを増加させる方法を提供することである。本発明の他の目的は、そのような方法を実行するための装置を提供することである。
【００１４】
これらの目的は、独立請求項の特徴によって達成される。その他の請求項および記載は、本発明の有益な実施形態を開示する。
【００１５】
本発明の第１の特徴によれば、溶接棒アセンブリは、電気アーク溶接のために提案され、可溶性を有し連続的に供給され、ワークに複数の電気アークを介して溶融池を生じさせる少なくとも三つの溶接棒を具備し、溶接ヘッドジョーが、前記少なくとも三つの溶接棒のそれぞれに配置され、前記溶接棒アセンブリが運転状態にあるとき、前記少なくとも三つの溶接棒は溶接方向３０について連続した順番に配置され、少なくとも一つの後続の前記溶接棒(trailing electrode)は、先立つ溶接棒(leading electrode)の先の一つ以上の溶接棒に比して前記先立つ溶接棒から横におよび／または横断的に幾何学的に引き離されたことを特徴とする。
【００１６】
一般的な溶接棒アセンブリにおいて、前記複数の溶接ヘッドジョーそして前記複数の溶接棒は、溶接の間、等間隔に、溶接継目(weld seam)と同一直線状の一列に並んで配置されている。好ましくは、多数の前記アークの間の隔たりを通り前記アークの間で押しつぶされた流動性の材料のシステムを操作することで、前記システムが、磁気吹き効果(arc blow effect)の変化を考慮に入れた有利な方法に変えられ、さらに異なる溶接ヘッド距離を受けることができる。前記溶接棒アセンブリの前記溶接棒を再配置することで、磁気吹き効果の不利益な効果なしに溶接スピードは増加できる。
【００１７】
好ましくは、その先立つ溶接棒から引き離された前記溶接棒は、前記溶接棒アセンブリの確定した設計となるモデル作り(modelling)または試験によって、前記溶接棒アセンブリの設計段階で選択されることができる。一方、溶接の作動中の前記溶接棒および前記溶接ヘッドジョーのそれぞれの溶接および再配置の間に前記溶接棒を監視することができる。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記後続の溶接棒はその先立つ溶接棒から、前記先立つ溶接棒とその先の溶接棒との間より大きな距離で引き離されることができる。前記溶接棒アセンブリは、なお意図される前記溶接継目と直線状に並ぶことができる。特に、距離は１．５倍、好ましくは２〜１０倍、さらに好ましくは２．５〜５倍に増やされる。間隔が増やされることで、高い溶接スピードの間、磁気吹き効果が大きく減少する。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記溶接棒の引き離しは、前記溶接棒の間の角度を調整することによって達成できる。一つ以上の溶接棒を傾けることによって、引き離された前記溶接棒とその先立つ溶接棒との間の増加された距離は、容易に定めることができる。好ましくは、引き離された前記溶接棒についての後続の前記溶接棒は、同様に傾けられることができる。
【００２０】
加えて、またはその代わりに、本発明の好ましい実施形態によれば、前記後続の溶接棒は、その先立つ溶接棒およびその先の溶接棒を結ぶ仮想線からずらされることで、前記先立つ溶接棒から引き離されることができる。この場合、前記引き離された溶接棒は、前記溶接継目についてその他の前記溶接棒からずらされる。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態によれば、前記引き離された溶接棒は、溶接工程の間の不安定性の判断に基づいて選ばれることができる。便宜上、前記溶接棒アセンブリの設計の間のモデル作り段階において、または前記溶接棒アセンブリのそれぞれの溶接棒の溶接パラメータ測定によって、判断がなされてもよい。調整可能な溶接棒アセンブリにおいて、引き離しは溶接工程の間にされることができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態によれば、溶接の間に前記溶接棒を引き離すために、アクチュエータが設けられてもよい。これにより、一つ以上の溶接棒を引き離すことができる。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態によれば、五つの溶接棒の溶接棒アセンブリにおいて、四つ目の溶接棒は三番目の溶接棒から、その後の他の前記溶接棒の間の等距離の間隔より大きな距離で引き離されることができる。
【００２４】
本発明の他の特徴によれば、溶接棒アセンブリが、可溶性を有して連続し、ワークに電気アークを介して溶融池を生じさせる、少なくとも二つの溶接棒を具備し、前記少なくとも二つの溶接棒は、溶接方向に関して連続した順番に、そして互いに横に引き離されて配置された、電気アーク溶接方法が提案される。前記溶接棒アセンブリのそれぞれの溶接棒の少なくとも一つの安定性パラメータは監視される。前記溶接棒アセンブリの一つの溶接棒が安定性基準を違反していないか確認され、一つの前記溶接棒の前記安定性基準違反が検知されたときに、前記安定性基準に違反した前記一つの溶接棒が、一つ以上の隣り合う溶接棒から少なくとも一時的に引き離される。
【００２５】
複数のアークの間の間隔を通りアークの間で押しつぶされた液体材料の前記システムを操作することで、システムは磁気吹き効果の変化を考慮に入れた有利な方法に変えられ、さらに異なる溶接ヘッド距離を受けることができる。有益なことに、前記安定性基準に違反した前記溶接棒の不利益な影響を減らすことができ、十分な溶接品質を保つことができる。
【００２６】
前記溶接棒アセンブリのそれぞれの溶接棒の前記少なくとも一つの安定性パラメータを監視することは、前記溶接棒アセンブリの設計段階でなされることで確定した溶接棒アセンブリの設計が提供されても良く、または、溶接運転中になされても良い。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記一つの溶接棒を引き離すことは、前記不安定基準に違反した前記一つの溶接棒とその先の溶接棒との間の距離を増大させることによって行われても良い。便宜上、前記不安定が第一に起こる前記溶接棒は、その先立つ溶接棒から引き離される。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態によれば、横方向における距離は増やされても良い。特に、前記距離は１．５倍、好ましくは２〜１０倍、特に２．５〜５倍に増やされても良い。前記不安定が見られる前記溶接棒と前記先立つ溶接棒との間の距離を増大させることにより不利益な磁気吹き効果を制御できるため、溶接スピードを溶接品質の低下を伴わず増加させることができる。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態によれば、引き離しは、横断方向に一つ以上の溶接棒を移動させることでなされても良い。特に、前記一つ以上の溶接棒は、前記溶接棒の少なくとも横の距離の総計だけ移動させられても良い。この場合、前記溶接棒はもはや前記溶接方向に沿わないが、一つ以上の溶接棒は前記溶接継目からずらされて配置できる。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記一つの溶接棒の引き離しは、溶接棒の間の角度を調整することによって行われても良い。好ましいことに、前記安定性基準に違反した前記一つの溶接棒からその先立つ溶接棒までの距離は、容易に調整できる。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記一つの溶接棒の引き離しは、前記溶接棒を保持する複数の溶接ヘッドジョーを引き離すことによってなされても良い。前記一つの溶接棒の引き離しは、容易に達成することができる。好ましいことに、前記溶接ヘッドジョーは、アクチュエータによって高精度に動かすことができる。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記溶接棒を通る電流は、安定性パラメータとして監視されても良い。それぞれの溶接棒を通る前記電流および／または電力は、高精度に容易に利用できる。
【００３３】
本発明の好ましい実施形態によれば、アーク電圧は安定性パラメータとして監視されても良い。それぞれの溶接棒についての前記アーク電圧は高精度に容易に利用できる。
【００３４】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記安定性基準の違反は前記一つ以上の溶接棒の前記安定性パラメータが、一つ以上の隣接する溶接棒の前記安定性パラメータについて５％以上、好ましくは１０％以上変化したときに 検知される。
【００３５】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記安定性基準の違反は前記一つ以上の溶接棒の前記安定性パラメータが、前記先の溶接棒に比して前記後続の溶接棒の安定性パラメータについて５％以上、好ましくは１０％以上変化したときに 検知される。好ましいことに、不安定が最初に発生する前記溶接棒をその先立つ溶接棒から引き離すことができ、前記溶接工程の前記安定性を復旧できる。
【００３６】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記一つの溶接棒の引き離しは、前記溶接棒を通って流れる電流が継続している間になされても良い。好ましいことに、前記溶接工程は中断されず、高い溶接スピードは保たれる。
【００３７】
本発明の他の特徴によれば、電気アーク溶接方法を行うための装置が提案され、溶接棒アセンブリが、可溶性を有して連続し、ワークに電気アークを介して溶融池を生じさせる少なくとも二つの溶接棒を具備し、前記少なくとも二つの溶接棒は、溶接方向に関して連続した順番に、そして互いに横に引き離されて配置され、前記溶接棒アセンブリのそれぞれの溶接棒の少なくとも一つの安定性パラメータを監視する監視デバイスと、前記溶接棒アセンブリの一つの溶接棒が安定性基準を違反していないか確認するユニットと、が設けられ、前記溶接棒アセンブリは、前記一つの溶接棒の前記安定性基準の違反が検知されたときに、前記安定性基準に違反した前記一つの溶接棒を、一つ以上の隣り合う溶接棒から少なくとも一時的に引き離すことができるようになる。当該装置は、溶接の間に前記溶接棒アセンブリの前記溶接棒が再配置できる普通の溶接運転に用いることができ、または、前記溶接棒アセンブリにおける前記溶接棒の確定した配置を提供する前記溶接棒アセンブリの試験に用いることができる。
【００３８】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記溶接棒アセンブリは、前記ワークの表面上で横におよび／または横断的に個々の溶接棒の位置を調整するための調整可能な複数の溶接ヘッドジョーを備えることができる。便宜上、前記溶接棒および／または前記溶接ヘッドジョーは一つ以上のアクチュエータを介して配置されることができる。
【００３９】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記溶接棒アセンブリは、角度を調整可能な回動可能な複数の溶接ヘッドジョーを備えることができる。溶接棒の間の距離は、容易に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
本発明は、上の記載と他の目的および利点とがあれば、以下の実施形態の詳細な説明から最も良く理解されるかもしれないが、図示される実施形態に限定されるものではない。
【図１】発明による方法を行うための装置の実施の例。
【図２】発明による手順を説明するフローチャート。
【図３ａ】五つの溶接棒を備える溶接棒アセンブリの実施の例。
【図３ｂ】一つの溶接棒の安定性基準違反のため溶接棒が引き離された溶接棒アセンブリの実施の例。
【００４１】
発明の好ましい実施形態の詳細な説明
複数の図面において、同一または類似の複数の要素は、同一の参照番号によって参照される。図面は、単なる概要の表現であり、発明の特定的なパラメータを表現することを意図したものではない。さらに、図面は単に発明の代表的な実施形態を表現することを意図し、そしてそのため発明の範囲の限定としてみなされるべきではない。
【００４２】
図１は、ワーク１０を溶接するための溶接棒アセンブリ１００を備えるサブマージアーク溶接の設備を概要的に示す。この実施例において、それぞれの溶接ヘッドジョー１４０，１４２，１４４に保持された溶接棒アセンブリ１００は、三つの溶接棒１１０，１１２，１１４を備えている。溶接棒１１０，１１２，１１４は、連続した順番で溶接継目（図示せず）に並んで、等間隔に配置される。
【００４３】
ミグ溶接と同様に、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）は、溶接棒アセンブリ１００が溶接方向３０に動く間に、連続的に供給されるむき出しのワイヤ溶接棒１１０，１１２，１１４とワーク１０との間にアークを形成する。溶接棒１１０，１１２，１１４は複数のコイル１２０，１２２，１２４から供給されるとともに複数のワイヤガイド１３０，１３２，１３４にガイドされても良い。それぞれの溶接棒１１０，１１２，１１４は、別個の動力源４０，４２，４４によって供給されても良い。
【００４４】
この行程は、保護ガスおよびスラグを発生させ、そして溶融池１２に合金元素を加えるフラックスを用いる。追加のシールドガスは必要ない。溶接する前に、フラックス粉末の薄い層２０が、ワーク表面１６上に配置される。アークは、溶接方向３０において継目に沿って動き、そしてそれに従って、フラックスはフラックス供給ホッパ５０によって溶接範囲に供給される。アークがフラックス層２０に十分に覆われることで、熱損失が非常に低くなる。これは、手動の金属アークの２５％に比べて高い、６０％くらいの熱効率を生じさせる。可視のアーク灯はなく、溶接は実質上スパッタフリー(spatter-free)で、そしてヒューム(fume)の抜き出しは不要である。
【００４５】
サブマージアーク溶接は、完全に機械化されて、または自動プロセスとして運転できるが、任意にセミオートとなっても良い。代表的な溶接パラメータは、電流、アーク電圧、および移動スピードであって、これら全てはビード(bead)の形状、溶け込みの深さ、および置かれる溶接金属の化学組成に影響を与え得る。
【００４６】
それぞれの溶接棒１１０，１１２，１１４に、電流および／またはアーク電圧のような一つ以上の溶接パラメータを監視する一つ以上のセンサユニット６０，６２，６４が備えられている。監視されるパラメータは、それぞれの溶接棒１１０，１１２，１１４の溶接工程が安定しているか、または一つ以上の溶接棒１１０，１１２，１１４に不安定が生じているかを確認するための安定性パラメータとして用いられるかもしれない。
【００４７】
センサユニット６０，６２，６４は、溶接棒の一つが安定性基準を違反していないかを確認するためのユニット７２を備える監視デバイス７０に接続されている。
【００４８】
図２は溶接棒アセンブリのｎ個の溶接棒の安定性を監視するための手順のフローチャートを示す。例えば、ｎ＝３であり、溶接棒は図１の三つの溶接棒１１０，１１２，１１４である。
【００４９】
ステップ２００において、それぞれの溶接棒の一つ以上の安定性パラメータＳｔａｂ＿ｐａｒが監視される。ステップ２０２において、一つ以上の安定性パラメータＳｔａｂ＿ｐａｒが所定の安定性基準Ｃｒｉｔ以下であるかが確認される。例えば、安定性基準Ｃｒｉｔの違反は、一つ以上の溶接棒の安定性パラメータＳｔａｂ＿ｐａｒが、一つ以上の隣接する溶接棒、特に、後続の溶接棒に対して先立つ溶接棒の安定性パラメータに対して５％以上、好ましくは１０％変化したときに検知される。
【００５０】
一つ以上の安定性パラメータＳｔａｂ＿ｐａｒが許容範囲の中にある（フローチャートにおける「ｙｅｓ」）ならば、ルーチンは監視ステップ２００に戻る。一つ以上の安定性パラメータＳｔａｂ＿ｐａｒの違反が検知された（フローチャートにおける「ｎｏ」）ならば、少なくとも一時的に、不安定が最初に生じた溶接棒を一つ以上の隣接する溶接棒から引き離す。特に、安定性基準に違反した溶接棒は、その先立つ溶接棒から引き離される。
【００５１】
図３ａおよび３ｂは、五つの溶接棒１１０，１１２，１１４，１１６，１１８を備える溶接棒アセンブリ１００の一例を示す。溶接棒１１０，１１２，１１４，１１６，１１８は、等しい距離ｄ０の間隔を置いて配置され、互いに対して角度αに傾いている。距離ｄ０は、ここに示すように、溶接ヘッドジョー１４０，１４２，１４４，１４６，１４８の端部の間の距離である。複数のワイヤ溶接棒１１０，１１２，１１４，１１６，１１８は、溶接ヘッドジョー１４０，１４２，１４４，１４６，１４８の縦伸びと同一線上にある。溶接ヘッドジョー１４０，１４２，１４４，１４６，１４８は、それらの下端の横距離１５０に亘って配置される。
【００５２】
溶接棒１１６で安定性基準Ｃｒｉｔの違反が検知されたならば、図３ａに示される溶接棒１１０，１１２，１１４，１１６，１１８の等間隔の連続した順番が変えられるとともに、溶接ヘッドジョー１４６が溶接ヘッドジョー１４４から横方向に離れるように動くことで、溶接棒１１６が第１の実施形態のその先立つ溶接棒１１４から引き離されるため、距離ｄ０がより大きい距離ｄ１に増大する。
【００５３】
他の実施形態（図示せず）によれば、溶接棒１１６は、他の後続の溶接棒１１８の溶接ヘッドジョー１４８の後に溶接ヘッドジョー１４６を傾けることによってその先立つ溶接棒１１４から引き離されても良く、これによって距離ｄ０がより大きい距離ｄ１に増加する。溶接ヘッドジョー１４０，１４２，１４４，１４６，１４８の下端の横の距離１５０は、続いて増大する。
【００５４】
他の実施形態（図示せず）によれば、溶接棒１１６は、溶接ヘッドジョー１４６を横断方向に移動させることで、全ての溶接棒が溶接継目に沿って直線状にない配置とし、それによってその先立つ溶接棒１１４から引き離されても良い。
【００５５】
距離ｄ０は、好ましくは１．５倍、さらに好ましくは２〜１０倍、特に２．５〜５倍に増やされる良い。
【００５６】
たとえば、距離は、２０ｍｍである距離ｄ０から始まって、５０〜１００ｍｍである距離ｄ１まで増加する。
【００５７】
図３ｂに示す溶接棒アセンブリ１００は、安定性基準Ｃｒｉｔを違反した溶接棒１１６が溶接工程の前にモデル作りおよび／または試験によって決定された、確定した溶接棒の配置であっても良い。このような溶接棒アセンブリ１００が、たとえば大量の同じパイプを溶接するような、事実上一定の要求がされる決まりきった溶接工程に用いられるならば、有利である。
【００５８】
この溶接の変更を通して、いまだ未達成の溶接スピードで、望まれる品質レベルを達成できる。具体的なケースでは、求められた結果が示された五つの溶接棒システムにおいて溶接棒１１４，１１５の間の距離が１００ｍｍまで増大したことが示された。もちろん、この数は現実のシステムおよび幾何学に依存し、効果を示すためにのみ与えられるものである。この数は他の配置において異なっても良い。
以下に、出願当初の特許請求の範囲の内容を付記する。
[１]可溶性を有し連続的に供給され、ワーク（１０）に複数の電気アークを介して溶融池（１２）を生じさせる少なくとも三つの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）を具備し、溶接ヘッドジョー（１４０，１４２，１４４，１４６，１４８）が、前記少なくとも三つの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）のそれぞれに配置され、運転状態にあるとき、前記少なくとも三つの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）は溶接方向（３０）について連続した順番に配置され、少なくとも一つの後続の前記溶接棒（１１６）は、先立つ溶接棒（１１４）の先の一つ以上の溶接棒（１１０，１１２）に比して前記先立つ溶接棒（１１４）から横におよび／または横断的に幾何学的に引き離されたことを特徴とする電気アーク溶接のための溶接棒アセンブリ（１００）。
[２]前記後続の溶接棒（１１６）は、その先の溶接棒（１１２）から前記先立つ溶接棒（１１４）までより大きな距離（ｄ１）だけその先立つ溶接棒（１１４）から引き離されたことを特徴とする[１]に記載の溶接棒アセンブリ。
[３]距離（ｄ０）は、１．５倍、好ましくは２乃至１０倍、さらに好ましくは２．５乃至５倍に増やされることを特徴とする[２]に記載の溶接棒アセンブリ。
[４]前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）の間の角度（α）を調整することで前記溶接棒（１１６）を引き離すことを特徴とする先のいずれかの請求項に記載の溶接棒アセンブリ。
[５]前記後続の溶接棒（１１６）は、前記先立つ溶接棒（１１４）とその先の溶接棒（１１２）とを結ぶ仮想線からずれることにより、その先立つ溶接棒（１１４）から引き離されることを特徴とする先のいずれかの請求項に記載の溶接棒アセンブリ。
[６]引き離された前記溶接棒（１１６）は、溶接工程の間の不安定性の判断に基づいて選ばれたことを特徴とする先のいずれかの請求項に記載の溶接棒アセンブリ。
[７]アクチュエータが溶接の間に前記溶接棒（１１６）を引き離すために設けられたことを特徴とする先のいずれかの請求項に記載の溶接棒アセンブリ。
[８]五つの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）において、四つ目の前記溶接棒（１１６）は三つ目の前記溶接棒（１１４）から、続く他の前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１８）の間の等距離のスペース（ｄ０）より大きい距離（ｄ１）だけ引き離されたことを特徴とする先のいずれかの請求項に記載の溶接棒アセンブリ。
[９]溶接棒アセンブリ（１００）が、可溶性を有し連続的に供給され、ワーク（１０）に電気アークを介して溶融池（１２）を生じさせる、少なくとも二つの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）を具備し、前記少なくとも二つの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）は、溶接方向（３０）に関して連続した順番に、そして互いに横に引き離されて配置された、電気アーク溶接方法であって、
− 前記溶接棒アセンブリ（１００）のそれぞれの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）の少なくとも一つの安定性パラメータ（Ｓｔａｂ＿ｐａｒ）を監視し、
− 前記溶接棒アセンブリ（１００）の一つの溶接棒（１１６）が安定性基準（Ｃｒｉｔ）を違反していないか確認し、
− 一つの前記溶接棒（１１６）の前記安定性基準（Ｃｒｉｔ）の違反が検知されたときに、前記安定性基準（Ｃｒｉｔ）に違反した前記一つの溶接棒（１１６）を、一つ以上の隣り合う溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１８）から少なくとも一時的に引き離すことを特徴とする電気アーク溶接方法。
[１０]前記安定性基準（Ｃｒｉｔ）に違反した前記一つの溶接棒（１１６）とその先の溶接棒（１１４）の間の距離（ｄ０）を増やすことで、前記一つの溶接棒（１１６）を引き離すことを特徴とする[９]に記載の方法。
[１１]横方向に前記距離（ｄ０）を増やすことで前記一つの溶接棒（１１６）を引き離すことを特徴とする[９]または[１０]に記載の方法。
[１２]前記距離（ｄ０）は、１．５倍、好ましくは２乃至１０倍、さらに好ましくは２．５乃至５倍に増やされることを特徴とする[１０]または[１１]に記載の方法。
[１３]前記溶接棒（１１６）を引き離すことは、一つ以上の溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）を前記溶接方向（３０）に対して横断方向に配置することでなされることを特徴とする[９]から[１２]のいずれか一つに記載の方法。
[１４]前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）の間の角度（α）を調整することで前記一つの溶接棒（１１６）を引き離すことを特徴とする[９]から[１３]のいずれか一つに記載の方法。
[１５]前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）を保持する複数の溶接ヘッドジョー（１４０，１４２，１４４，１４６，１４８）を引き離すことによって、前記一つの溶接棒（１１６）を引き離すことを特徴とする[９]から[１４]のいずれか一つに記載の方法。
[１６]電流および／または通しの前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）は、安定性パラメータ（Ｓｔａｂ＿ｐａｒ）として監視されることを特徴とする[９]から[１５]のいずれか一つに記載の方法。
[１７]前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）に関するアーク電圧は、安定性パラメータ（Ｓｔａｂ＿ｐａｒ）として監視されることを特徴とする[９]から[１６]のいずれか一つに記載の方法。
[１８]前記安定性基準の違反は、一つ以上の前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）の前記安定性パラメータ（Ｓｔａｂ＿ｐａｒ）が５％以上、好ましくは一つ以上の溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）の前記安定性パラメータ（Ｓｔａｂ＿ｐａｒ）が１０％以上変化したときに検知されることを特徴とする[９]から[１７]のいずれか一つに記載の方法。
[１９]前記安定性基準の違反は、その先の溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）と比して、一つ以上の前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）の前記安定性パラメータ（Ｓｔａｂ＿ｐａｒ）が５％以上、好ましくは一つ以上の前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）の前記安定性パラメータ（Ｓｔａｂ＿ｐａｒ）が１０％以上変化したときに検知されることを特徴とする[９]から[１８]のいずれか一つに記載の方法。
[２０]前記一つの溶接棒（１１６）の前記引き離しは、前記溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）を通って流れる電流が継続している間になされることを特徴とする[９]から[１９]のいずれか一つに記載の方法。
[２１]溶接棒アセンブリ（１００）が、可溶性を有し連続的に供給され、ワーク（１０）に電気アークを介して溶融池（１２）を生じさせる、少なくとも二つの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）を具備し、前記少なくとも二つの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）は、溶接方向（３０）に関して連続した順番に、そして互いに横に引き離されて配置され、
− 前記溶接棒アセンブリ（１００）のそれぞれの溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）の少なくとも一つの安定性パラメータ（Ｓｔａｂ＿ｐａｒ）を監視する監視デバイス（７０）と、
− 前記溶接棒アセンブリ（１００）の一つの溶接棒（１１６）が安定性基準（Ｃｒｉｔ）を違反していないか確認するユニット（７２）と、
− 前記溶接棒アセンブリ（１００）は、前記一つの溶接棒（１１６）の前記安定性基準（Ｃｒｉｔ）の違反が検知されたときに、前記安定性基準（Ｃｒｉｔ）に違反した前記一つの溶接棒（１６６）を、一つ以上の隣り合う溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１８）から少なくとも一時的に引き離させることを特徴とする電気アーク溶接方法を行うための装置。
[２２]前記溶接棒アセンブリ（１００）は、横におよび／または横断的に前記ワーク（１０）の表面（１６）の上で個々の溶接棒（１１０，１１２，１１４，１１６，１１８）の位置を調整するための、調整可能な複数の溶接ヘッドジョー（１４０，１４２，１４４，１４６，１４８）を備えることを特徴とする[２１]に記載の装置。
[２３]前記溶接棒アセンブリ（１００）は、角度（α）を調整できるように回動可能な複数の溶接ヘッドジョー（１４０，１４２，１４４，１４６，１４８）を備えることを特徴とする[２１]または[２２]に記載の装置。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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