(57)【要約】      （修正有）【課題】アークの加熱を抑え、所望の溶接プロファイルを得ることができる溶接ワイヤ制御システムを提供する。【解決手段】システムは、少なくとも１つのワークピース１１５の表面に溶融パッドル１４５を創成するためにワークピースを加熱するレーザ電源１３０を含む。溶接ワイヤフィーダが溶接ワイヤ１４０を溶融パッドル中に送り込み、ワークピースの上に溶接ワイヤを溶着させるために、走行方向コントローラがレーザビーム１１０及び溶接ワイヤを走行方向に前進させる。システムは、溶接ワイヤの送り及び前進中に溶接ワイヤを少なくとも第１の方向に移動させる溶接ワイヤコントローラも含む。第１の方向は、溶融パッドルによって形成されるビードの所望の形状、プロファイル、高さ、大きさ、又は混合を得るために制御される。【選択図】図１
0003200387.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを制御するためのシステムであって、
少なくとも１つのワークピースの表面に溶融パッドルを創成するために前記少なくとも１つのワークピースを加熱する強力エネルギ源と、
前記溶融パッドル内に溶接ワイヤを送る溶接ワイヤフィーダと、
前記溶接ワイヤを前記少なくとも１つのワークピースの上に溶着させるために、前記強力エネルギ源及び前記溶接ワイヤの各々を走行方向において前進させる走行方向コントローラと、
前記溶接ワイヤの前記送り及び前記溶接ワイヤの前記前進中に前記溶接ワイヤを少なくとも第１の方向において移動させる溶接ワイヤコントローラとを含み、
前記少なくとも第１の方向は、前記走行方向と異なり、
前記少なくとも第１の方向における前記溶接ワイヤの前記移動は、少なくとも、前記溶融パッドルによって形成されるビードの所望の形状、プロファイル、高さ、大きさ、又は混合を得るために制御される、
システム。
【請求項２】
前記少なくとも第１の方向における前記溶接ワイヤの前記移動は、前記走行方向と一致する前後運動、前記走行方向に対して横方向の前後運動、円形運動、及び楕円形運動のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記溶接ワイヤが前記溶融パッドル中に入る前に前記溶接ワイヤを前記溶接ワイヤの溶解温度又は溶解温度付近まで予加熱するワイヤ電源を更に含む、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記強力エネルギ源は、前記溶融パッドルを創成するためにレーザビームを前記少なくとも１つのワークピースの上に向けるレーザを含み、
当該システムは、
前記強力エネルギ源の前進中に前記レーザビームを少なくとも第２の方向に移動させるレーザビームコントローラを更に含み、前記少なくとも第２の方向は、前記走行方向と異なり、
前記溶融パッドルによって形成される前記ビードの前記所望の形状、プロファイル、高さ、大きさ、又は混合をえるための前記制御は、前記少なくとも第２の方向における前記レーザビームの前記移動を制御することを更に含み、
前記少なくとも第２の方向における前記レーザビームの前記移動は、前記走行方向と一致する前後運動、前記走行方向に対して横方向の前後運動、円形運動、及び楕円形運動のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも第２の方向における前記レーザビームの前記移動の前記制御は、前記少なくとも第１の方向における前記溶接ワイヤの前記移動の前記制御と同期され、且つ／或いは前記少なくとも第２の方向における前記レーザビームの前記移動の前記制御は、前記少なくとも第１の方向における前記溶接ワイヤの前記移動の前記制御から独立している、請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
第２の溶接ワイヤを前記溶融パッドルに送る第２の溶接ワイヤフィーダと、
前記第２の溶接ワイヤの前記送り及び前記第２の溶接ワイヤの前記前進中に前記第２の溶接ワイヤを少なくとも第３の方向において移動させる第２の溶接ワイヤコントローラとを更に含み、
前記走行方向コントローラは、前記第２の溶接ワイヤを前記少なくとも１つのワークピースの上に溶着させるために、前記第２の溶接ワイヤを前記走行方向において前進させるように更に構成され、
前記少なくとも第３の方向は、前記走行方向と異なり、
前記溶融パッドルによって形成される前記ビードの前記所望の形状、プロファイル、高さ、大きさ、又は混合を得るために前記制御することは、前記少なくとも第３の方向における前記第２の溶接ワイヤの前記移動を制御することを更に含み、
前記少なくとも第３の方向における前記第２の溶接ワイヤの前記移動は、前記走行方向と一致する前後運動、前記走行方向に対して横方向の前後運動、円形運動、及び楕円形運動のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記少なくとも第３の方向における前記第２の溶接ワイヤの前記移動の前記制御は、前記少なくとも第１の方向における前記溶接ワイヤの前記移動の前記制御と同期され、且つ／或いは前記少なくとも第３の方向における前記第２の溶接ワイヤの前記移動の前記制御は、前記少なくとも第１の方向における前記溶接ワイヤの前記移動の前記制御から独立している、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも第１の方向は、前記少なくとも第３の方向の方向と反対の方向である、請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本出願は米国仮特許出願第６１／６６８，８１８号の優先権を主張し、その全文をここに参照として援用する。
【０００２】
本考案は請求項１に従った溶接ワイヤを制御するシステムに関する。特定の実施態様は、オーバーレイ、溶接、及び継手用途における、溶接ワイヤの使用に関する。より具体的には、特定の実施態様は、鑞接、クラッディング、ビルドアップ、充填、表面硬化オーバーレイ、接合、及び溶接用途のいずれかのためのシステム及び方法において溶接ワイヤを制御することに関する。
【背景技術】
【０００３】
溶接の従来的な溶接ワイヤ方法（例えば、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）溶接ワイヤ方法）は、従来的なアーク溶接のみの溶着速度及び溶接速度に対して、溶着速度及び溶接速度の増大をもたらす。トーチを導く溶接ワイヤは、別個の電源によって抵抗加熱される。ワイヤはコンタクトチューブを通じてワークピースに向かって送られ、コンタクトチューブを越えて延びる。拡張部が融点に接近し或いは到達して溶接パッドルと接触するよう、拡張部は抵抗加熱される。ワークピースを加熱し且つ溶解して溶接パッドルを形成するためにタングステン電極を用い得る。電源は溶接ワイヤを抵抗加熱するのに必要とされるエネルギの大部分を提供する。一部の場合、ワイヤ送りは滑り或いは蹌踉めき、溶接ワイヤ内の電流は溶接ワイヤの先端とワークピースとの間にアークを発生させ得る。そのようなアークの余分な熱は溶落ち及びスパッタを引き起こし得る。加えて、従来的な溶接ワイヤ方法は溶接材料を溶接部に移転するのにアークを用いるので、所望の溶接プロファイル及び／又は溶接パッドルの冷却速度を得ることは困難であり得る。
【０００４】
従来的な、伝統的な、及び提案されるアプローチの更なる制約及び不利点は、そのようなアプローチを、図面を参照して本出願の残部において示される本考案の実施態様と比較することを通じて、当業者に明らかになるであろう。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
本考案に従った課題は、上記制約及び不利点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は請求項１に従った溶接ワイヤを制御するシステムによって解決される。本考案の更なる実施態様は従属項の主題である。本考案の実施態様は、鑞接、クラッディング、ビルドアップ、充填、表面硬化オーバーレイ、溶接、及び接合用途のいずれかのためのシステム及び方法において溶接ワイヤを制御することを含む。一部の実施態様において、方法は、少なくとも１つのワークピースの表面に溶融パッドルを創成するために高エネルギ熱源で少なくとも１つのワークピースを加熱すること、及び溶接ワイヤ溶融パッドル中に送ることを含む。方法は、溶接ワイヤを少なくとも１つのワークピースの上に溶着させるために、高エネルギ熱源及び溶接ワイヤの各々を走行方向において前進させることも含む。溶接ワイヤは溶接ワイヤの送り及び前進中に少なくとも第１の方向において移動させられ、少なくとも第１の方向は走行方向と異なる。方法は、溶融パッドルによって形成されるビードの所望の形状、プロファイル、高さ、大きさ、又は混合を得るために、少なくとも第１の方向における溶接ワイヤの移動を制御することを更に含む。
【０００７】
一部の実施態様において、システムは、少なくとも１つのワークピースの表面に溶融パッドルを創成するために少なくとも１つのワークピースを加熱する強力エネルギ源を含む。溶接ワイヤフィーダが溶融パッドル内に溶接ワイヤを送るように構成される。溶接ワイヤを少なくとも１つのワークピースの上に溶着させるために、走行方向コントローラが強力エネルギ源及び溶接ワイヤの各々を走行方向において前進させるように構成される。システムは、溶接ワイヤの送り及び前進中に溶接ワイヤを少なくとも第１の方向において移動させるように構成される溶接ワイヤコントローラも含み、少なくとも第１の方向は走行方向と異なる。少なくとも第１の方向における溶接ワイヤの移動は、少なくとも、溶融パッドルによって形成されるビードの所望の形状、プロファイル、高さ、大きさ、又は混合を得るよう制御される。
【０００８】
方法は、少なくとも加熱電流の流れを適用する間にワークピースを加熱するために、強力エネルギ源からのエネルギをワークピースに適用することも含む。強力エネルギ源は、レーザ装置、プラズマアーク溶接（ＰＡＷ）装置、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）装置、ガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）装置、有芯アーク溶接（ＦＣＡＷ）装置、及びサブマージドアーク溶接（ＳＡＷ）装置のうちの少なくとも１つを含み得る。
【０００９】
請求される考案のこれらの及び他の機能、並びにそれらの例示される実施態様の詳細は、以下の記載及び図面からより十分に理解されるであろう。
【００１０】
本考案の上記及び／又は他の特徴は、添付の図面を参照して本考案の例示的な実施態様を詳細に記載することによってより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】鑞接、クラッディング、ビルドアップ、充填、表面硬化オーバーレイ、接合、及び溶接用途のいずれかのための、組合わせ溶接ワイヤ及びエネルギ源システムの例示的な実施態様を概略的に示す機能的なブロック図である。
【図２Ａ】図１のシステムによって用い得る溶接ワイヤを制御する方法を示す図である。
【図２Ｂ】図１のシステムによって用いられ得る溶接ワイヤを制御する方法を示す図である。
【図２Ｃ】図１のシステムによって用いられ得る溶接ワイヤを制御する方法を示す図である。
【図３Ａ】図１のシステムによって用いられ得る溶接ワイヤを制御する方法を示す図である。
【図３Ｂ】図１のシステムによって用いられ得る溶接ワイヤを制御する方法を示す図である。
【図４Ａ】図１のシステムによって用いられ得る溶接ワイヤを制御する方法を示す図である。
【図４Ｂ】図１のシステムによって用いられ得る溶接ワイヤを制御する方法を示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００１２】
添付の図面を参照して本考案の例示的な実施態様を以下に記載する。記載する例示的な実施態様は本考案の理解を助けることを意図し、本考案の範囲を限定することを如何様にも意図しない。例示的な実施態様を通じて同等の参照番号は同等の要素を指す。
【００１３】
溶接／接合作業は、典型的には多数のワークピースを溶接作業において結合させ、溶接作業では、溶接材料がワークピース金属の少なくとも一部と組み合わせられて継手を形成することが知られている。溶接作業において生産歩留まりを増大させるという願望の故に、標準以下の品質を有する溶接をもたらさないより速い溶接作業の必要が常にある。これは類似の技術を用いるクラッディング／サーフェーシング作業にも当て嵌まる。以下の議論の大部分は「溶接」作業及びシステムに言及するが、本考案の実施態様は接合作業だけに限定されず、本考案の実施態様をクラッディング、鑞接、オーバーレイ等の種類の作業にも同様に用い得る。更に、遠隔作業現場のような悪環境条件の下で素早く溶接し得るシステムを提供する必要がある。以下に記載するように、本考案の例示的な実施態様は、既存の溶接技術に対して有意な利点をもたらす。そのような利点は、多数の溶接ワイヤ(filler  wire)を用いること、溶接プロファイルを調節すること、溶接パッドルの冷却速度を制御すること、ワークピースの低い歪みをもたらす全熱入力の減少、極めて高い溶接走行速度、極めて低いスパッタ速度、シールディングのない溶接、スパッタを伴わずに或いは僅かなスパッタを伴ってめっき又は塗工材料を高速で溶接すること、及び高速で複雑な材料を溶接すること含むが、それらに限定されない。
【００１４】
図１は、鑞接、クラッディング、ビルドアップ、充填、表面硬化オーバーレイ、及び接合／溶接用途のいずれかを行うための、組合わせ溶接ワイヤ及びエネルギ源システム１００の例示的な実施態様の機能的な概略的なブロック図を例示している。システム１００は、ワークピース１１５を加熱して溶接パッドル１４５を形成するよう、レーザビーム１１０をワークピース１１５の上に集束させ得るレーザサブシステム１３０／１２０を含む。レーザサブシステムは、強力(high  intensity)エネルギ源である。レーザサブシステムは、二酸化炭素レーザシステム、Ｎｄ：ＹＡＧレーザシステム、Ｙｂ−ｄｉｓｋレーザシステム、ＹＢファイバレーザシステム、ファイバ供給レーザシステム、又はダイレクトダイオードレーザシステムを非限定的に含む、任意の種類の高エネルギレーザ源であり得る。更に、十分なエネルギを有するならば、白色光レーザ型又は石英レーザ型のシステムさえも用い得る。システムの他の実施態様は、強力エネルギ源としての機能を果たす電子ビーム、プラズマアーク溶接サブシステム、ガスタングステンアーク溶接サブシステム、ガスメタルアーク溶接サブシステム、有芯アーク溶接サブシステム、及びサブマージドアーク溶接サブシステムのうちの少なくとも１つを含み得る。以下の明細はレーザシステム、ビーム、及び電源を繰り返し言及するが、如何なる強力エネルギ源をも用い得るので、この言及は例示的であることが理解されなければならない。例えば、強力エネルギ源は、少なくとも５００Ｗ／ｃｍ２を供給し得る。
【００１５】
ここにおいて議論するレーザ装置１２０のような強力エネルギ源は、所望の溶接作業のための所要のエネルギ密度をもたらすのに十分な出力（パワー）を有する種類でなければならない。即ち、レーザ装置１２０は、溶接プロセスを通じて安定的な溶接パッドルを創り出して維持し且つ所望の溶接貫通にも達する、十分な出力を有さなければならない。例えば、一部の用途のために、レーザは溶接されるワークピースに「鍵穴を穿ける」能力(ability  to  ”keyhole”)を有さなければならない。これは、レーザがワークピースを完全に貫通する十分な出力を有すると同時に、レーザがワークピースに沿って移動するときにそのレベルの貫通を維持しなければならないことを意味する。例示的なレーザは１〜２０ｋＷの範囲内の出力能力を有さなければならず、５〜２０ｋＷの範囲内の出力能力を有し得る。より高出力のレーザを利用し得るが、それは極めて高価になり得る。
【００１６】
レーザサブシステム１３０／１２０は、レーザ装置１２０と、互いに動作的に接続されるレーザ電源１３０とを含む。レーザ電源１３０はレーザ装置１２０を作動させる電力をもたらす。レーザビーム１１０は容易に焦点が合わされ／焦点が外され得るし或いはそのビーム強度を極めて容易に変更させ得るので、レーザ装置１２０は溶接パッドル１４５の大きさ及び深さの精密な制御を可能にする。これらの能力の故に、ワークピース１１５上の熱分布を精密に制御し得る。この制御は精密な溶接のために極めて狭い溶接パッドルを創成すること並びにワークピース１１５上の溶接ゾーンの大きさを最小限化することを可能にする。
【００１７】
システム１００は、レーザビーム１１０の近傍においてワークピース１１５と接触するよう少なくとも１つの抵抗溶接ワイヤ１４０を提供し得る溶接ワイヤフィーダサブシステムも含む。もちろん、ここにおけるワークピース１１５を参照することによって、溶融パッドル、即ち、溶接パッドル１４５は、ワークピース１１５の一部であると考えられ、よって、ワークピース１１５との接触への言及は、溶接パッドル１４５との接触を含むことが理解されよう。溶接ワイヤフィーダサブシステムは、溶接ワイヤフィーダ１５０と、コンタクトチューブ１６０と、ワイヤ電源１７０とを含む。作業中、溶接ワイヤ１４０は、コンタクトチューブ１６０とワークピース１１５との間に動作的に接続される電源１７０からの電流によって抵抗加熱される。本考案の実施態様によれば、電源１７０はパルス直流（ＤＣ）電源であるが、交流（ＡＣ）又は他の種類の電源も同様に可能である。一部の例示的な実施態様において、溶接ワイヤ１４０は、電源１７０によって、その融点又は融点付近まで予加熱される。従って、溶接パッドル内のその存在は、溶接パッドル１４５を感知し得る程には冷却せず或いは凝固せず、溶接ワイヤ１４０は溶接パッドル１４５内に素早く消耗される。
【００１８】
電源１７０、溶接ワイヤフィーダ１５０、及びレーザ電源１３０を、感知及び制御ユニット１９５に動作的に接続し得る。制御ユニット１９５は、幾つか例を挙げるだけでも、ワイヤ送り速度、ワイヤ温度、及び溶接パッドル温度のような、溶接作業を制御し得る。これを達成するために、制御ユニット１９５は、電源１３０及び１７０によって用いられる電力、コンタクトチューブ１６０での電圧、溶接ワイヤを通じる加熱電流、溶接ワイヤのための所望及び実際の温度等のような、入力を受け取り得る。ここにその全文を参照として組み込む２０１１年８月１７に出願された「Method  And  System  To  Start  And  Use  Combination  Filler  Wire  Feed  And  High  Intensity  Energy  Source  For  Welding」という名称の米国特許出願第１３／２１２，０２５号は、本考案に組み込み得る例示的な監視及び制御方法論を含む、例示的な感知及び制御ユニットを記載している。
【００１９】
本考案の例示的な実施態様では、溶接パッドル１４５に対するワイヤ１４０の動作を制御することによって、溶接プロファイル、即ち、溶接パッドルの形状及び／又は大きさを変更し得る。図１に例示されるように、コンタクトチューブ１６０を制御する溶接ワイヤモータ１７３０によって、溶接パッドル１４５内の溶接ワイヤ１４０の衝突場所を制御し得る。溶接ワイヤモータ１７３０は、溶接パッドル１４５に対するワイヤ１４０の位置が溶接中に移動させられるよう、コンタクトチューブ１６０を移動させ或いは並進（平行移動）させる。例示的な実施態様において、溶接ワイヤ１４０は、レーザビーム１１０と同じ場所で溶接パッドル１４５に衝突する。そのような場合、レーザビーム１１０は溶接ワイヤ１４０を溶解するのを助け得る。しかしながら、他の例示的な実施態様において、溶接ワイヤ１４０はレーザビーム１１０から遠隔に同じ溶接パッドル１４５に衝突し得る。もちろん、レーザサブシステムの代わりにアーク型の加熱サブシステムが用いられるとき、溶接ワイヤ１４０はアークから遠隔に溶接パッドル１４５に衝突し得る。一部の例示的な実施態様において、溶接ワイヤモータ１７３０は、溶接パッドル１４５内のワイヤ１４０の移動がレーザビーム１１０の移動と調和させられるように、コンタクトチューブ１６０を制御する。この点に関して、溶接ワイヤモータ１７３０を、感知及び制御ユニット１９５に動作的に接続させ且つ通信させ、且つ／或いはレーザ運動制御サブシステム１７１０／１７２０に直接的に接続させ且つ通信させ得る。レーザ運動制御サブシステム１７１０／１７２０は、モータ１７１０と、光学ドライブユニット１７２０とを含む。モータ１７１０は、溶接パッドル１４５に愛するレーザビーム１１０の位置が溶接中に移動させられるよう、レーザ１２０を移動させ或いは並進（平行移動）させる。即ち、レーザビーム１１０及びワイヤ１４０が溶接プロセス中にワークピース１１５（即ち、溶接の方向（矢印１１１を参照）に対して移動させられる間、レーザビーム１１０も溶接パッドル１４５に対して移動させ得る。例えば、溶接パラメータに基づき、モータ１７１０は、レーザビーム１１０を、溶接の方向と一致して前後に、溶接の幅に沿って前後に、円形パターンにおいて、楕円形パターン等において、並進（平行移動）させ得る。代替的に或いはレーザビーム１１０を移動させることに加えて、光学ドライブユニット１７２０は、レーザビーム１１０の形状及び／又は強さを制御するレーザ１２０の光学を制御し得る。例えば、光学ドライブユニット１７２０は、レーザビーム１１０の焦点をワークピース１１５の表面に対して移動させ或いは変更させ、それにより、溶接パッドル１４５の貫通又は深さを変更し得る。一部の例示的な実施態様において、光学ドライブユニット１７２０は、レーザ１２０の光学にレーザビーム１１０の形状を変更させ、それにより、溶接パッドル１４５の形状を変更させる。ここにその全文を参照として組み込む２０１１年８月１７に出願された「Method  And  System  To  Start  And  Use  Combination  Filler  Wire  Feed  And  High  Intensity  Energy  Source  For  Welding」という名称の米国特許出願第１３／２１２，０２５号において、レーザ運動制御サブシス���ム１７１０／１７２０の動作が更に議論されている。
【００２０】
溶接パッドル１４５に対してワイヤ１４０を移動させ得ることによって、本考案の実施態様は、溶接パッドルの形状、プロファイル、及び高さを調節することができ、且つ溶接中に所望の溶接パッドルの混合(admixture)を得ることができる。例えば、溶接パッドル１４５がワイヤ１４０の移動の故に比較的大きいならば、それはワイヤ１４０が溶接／クラッディング中に溶接パッドル１４５を通じて比較的均一に堆積され且つ分布させられることを可能にする。その上、作業中の異なるときにワイヤ１４０を溶接パッドル１４５の特定の部分に供給するのが望ましくあり得る。本考案の実施態様は、ワイヤ１４０を適切な時に溶接パッドル１４５内の適切な場所に供給することによって、これが起こるのを可能にする。更に、作業中にワイヤ１４０を溶接パッドル１４５に対して移動させることによって、溶接パッドル１４５の混合を強化し得る。
【００２１】
一部の例示的な実施態様において、感知及び制御ユニット１９５は、モータ１７３０を用いて溶接ワイヤ１４０の動作をレーザビーム１１０の動作と同期させ得る。例示的な実施態様では、図２Ａ及び２Ｂに例示されるように、レーザビーム１１０及び溶接ワイヤ１４０は、両方とも、それぞれモータ１７１０及び１７３０によって、円形パターンにおいて移動させられる。レーザビーム１１０及び溶接ワイヤ１４０が溶接の方向（矢印１１１を参照）において前方に移動するときに、溶接パッドル１４５がその最適温度を有する地点で、溶接ワイヤ１４０が溶接パッドル１４５に衝突することを保証するために、レーザビーム１１０に対する溶接ワイヤ１４０の相対的な位置をモータ１７３０によって調節し得る。例えば、図２Ｂに示されるように、レーザビーム１１０が溶接ワイヤ１４０を加熱した直後に、ワイヤ１４０は溶接パッドル１４５上の地点Ｘに衝突する。よって、本考案の実施態様は、溶接パッドル１４５内への溶接ワイヤ１４０の吸収を最適化するよう、溶接ワイヤ１４０をレーザビーム１１０（又は他の熱源）の移動に従わせることができ、それは図２Ｃに概ね示されている。もちろん、最適な衝突地点に関する正確なタイミングは、溶接パッドル１４５の温度、レーザビーム１１０の強さ、溶接ワイヤ１４０の種類、溶接ワイヤ１４０の送り速度等に依存して異なり得る。
【００２２】
加えて、溶接ワイヤ１４０及びレーザビーム１１０は他のパターンに従ってもよく、それらの同期させられる必要はない。例えば、図３Ａ及び３Ｂは、レーザビーム１１０及び溶接ワイヤ１４０が単一の線に沿って前後に並進（平行移動）させられる実施態様を例示している。レーザビーム１１０及び溶接ワイヤ１４０が溶接パッドル１４５の幅に亘って並進させられるか（図３Ａ）或いは溶接パッドル１４５と直列的に並進させられるか（図３Ｂ）に依存して、溶接の所望の形状に依存して必要に応じて溶接パッドル１４５を細長くし或いは広げるためにこれらの実施態様を用い得る。数多くの他のパターンも可能であるのは勿論である。例えば、レーザビーム１１０及び溶接ワイヤ１４０を、溶接パッドル１４５内で、図２Ａ及び２Ｂに示される円形パターンというよりもむしろ楕円形パターンにおいて並進させ得る。もちろん、所望の溶接プロファイルを得るために必要に応じて溶接パッドル１４５を細長くし或いは広げるために、そのようなパターンの如何なる組合わせをも用い得る。加えて、ここにその全文を参照として組み込む２０１１年８月１７に出願された「Method  And  System  To  Start  And  Use  Combination  Filler  Wire  Feed  And  High  Intensity  Energy  Source  For  Welding」という名称の米国特許出願第１３／２１２，０２５号は、本考案において用い得る追加的なパターンを提供している。
【００２３】
一部の実施態様において、溶接ワイヤ１４０の動作は、レーザビーム１１０の動作から独立している。即ち、レーザビーム１１０及び溶接ワイヤ１４０のパターンは同じである必要がない。例えば、レーザビーム１１０は楕円形パターンを有し得るのに対し、溶接ワイヤ１４０は円形又は前後パターンを有する。更に他の実施態様において、レーザビーム１１０は溶接パッドル１４５に対して静止的なままであってよく、溶接ワイヤ１４０のみが溶接パッドル１４５に対して移動させられ或いは並進させられる。
【００２４】
本考案の例示的な実施態様では、溶接パッドル１４５のための冷却速度を制御するために溶接ワイヤ１４０を用い得る。例えば、溶接を冷却し且つ凝固させるために、溶接ワイヤ１４０は溶接パッドル１４５よりも低温であり得る。そのような溶接システムは適所を外れた溶接において有利であり得る。何故ならば、溶接パッドル１４５が弛み或いは溶接継手から溢れ出し得る前に、溶接パッドル１４５は冷却し且つ凝固し始めるからである。しかしながら、溶接パッドル１４５内の望ましくない局所的な（又は不均一な）冷却又は凝固を防止するために、モータ１７３０は溶接ワイヤ１４０を上で議論したように移動させて、より低温の溶接ワイヤ１４０が溶接パッドル１４５を通じて均一に広がることを保証し得る。逆に、一部の溶接作業では、溶接パッドル１４５が過度に速く冷却し或いは凝固するのを防止するために、溶接ワイヤ１４０を溶接パッドル１４５よりも高温にさせることが望ましくあり得る。再び、溶接パッドル１４５の温度を均一に維持するために、溶接ワイヤ１４０を移動させ得る。
【００２５】
図２Ａ−３Ｂに示される実施態様において、溶接ワイヤ１４０は溶接作業中にレーザビーム１１０を追跡する。しかしながら、溶接ワイヤ１４０を先導位置に位置付け得るので、それは必要ではない。さらに、走行方向において溶接ワイヤ１４０をレーザビーム１１０と直列にさせる必要はないが、溶接ワイヤ１４０がレーザビーム１１０と同じ溶接パッドル１４５に衝突する限り、溶接ワイヤ１４０は如何なる方向からも溶接パッドル１４５に衝突し得る。
【００２６】
上で議論した実施態様では、１つだけの溶接ワイヤが用いられる。しかしながら、本考案は単一の溶接ワイヤを溶接パッドルに向けることに限定されない。殆どの溶接プロセスと異なり、溶接ワイヤ１４０は溶接プロセス中に溶接パッドル１４５と接触して溶接パッドル１４５中に突入する。それは、このプロセスが溶接ワイヤ１４０を移転させるために溶接アークを用いず、むしろ単に溶接ワイヤ１４０を溶接パッドル１４５中に溶け込ませるからである。ここにおいて記載されるように溶接プロセス中に溶接アークが生成されないので、１つよりも多くの溶接ワイヤを任意の１つの溶接パッドルに向け得る、即ち、フィーダサブシステムは１つ又はそれよりも多くの溶接ワイヤを同時に提供し得る。所与の溶接パッドルに対する溶接ワイヤの数を増大させることによって、熱入力の有意な増大を伴わずに、溶接プロセスの全体的な溶着速度を有意に増大させ得る。よって、単一の溶接路において開放ルート溶接継手を充填し得ることが想定される。加えて、追加的な溶接ワイヤを用いることによって、溶接ワイヤの溶着速度と共に、溶接の形状及び特徴を所望に変更し得る。多数の溶接ワイヤが利用され且つ両方がここに記載されるように加熱される限りにおいて、本考案の実施態様は各溶接ワイヤのために単一の電源１７０を利用し得る。
【００２７】
図４Ａ及び４Ｂにおいて例示されるような一部の例示的な実施態様では、２つの溶接ワイヤが溶接パッドル１４５に衝突する。２つ又はそれよりも多くの溶接ワイヤが用いられる実施態様は、上で議論した実施態様と類似する。従って、簡潔性のために、関連する相違のみを議論する。図４Ａ及び４Ｂに示されるように、第２の溶接ワイヤ１４０’は幅方向において溶接ワイヤと一致して溶接パッドル１４５に衝突する。しかしながら、この構成は限定的でなく、溶接ワイヤ１４０’は溶接方向（矢印１１１を参照）において溶接ワイヤ１４０と一致して溶接パッドル１４５に衝突し得る。もちろん、溶接ワイヤ１４０及び１４０’は図４Ａ及び４Ｂに示されるような追跡位置にある必要はなく、いずれの溶接ワイヤ１４０’又は１４０も溶接作業中に先導位置にあり得る。溶接ワイヤ１４０’を溶接ワイヤ１４０と同じ材料で構成してよいし、溶接ワイヤ１４０’を所望の溶接に依存して異なる材料で構成してもよい。例えば、表面硬化のために及び／又はワークピースに耐食性をもたらすために溶接ワイヤ１４０’を用い得るし、ワークピースに構成を追加するために溶接ワイヤ１４０を用い得る。
【００２８】
一部の例示的な実施態様において、上で議論したようなワイヤ１４０と類似な方法においてモータによってワイヤ１４０’を制御し得る。例えば、図４Ａ及び４Ｂに示されるように、溶接ワイヤ１４０’はモータ（図示せず）によって時計回りパターンにおいて移動させられ、溶接ワイヤ１４０は反時計回りパターンにおいて移動させられる。所望の溶接形状を達成するために、溶接ワイヤ１４０及び１４０’の移動を上で議論したように制御し得る。もちろん、溶接は円形パターンに限定されず或いは反対方向（即ち、時計回り及び反時計回り）に移動させることに限定されない。所望の溶接プロファイルを達成するために、上で議論したパターンの如何なる組合わせをも用いて、溶接ワイヤ１４０及び１４０’を制御し得る。
【００２９】
一部の実施態様では、溶接１４５の温度を制御するために、第２の溶接ワイヤを用い得る。例えば、溶接パッドル１４５の所望の温度に基づき、第２の溶接ワイヤの送り速度及び／又は温度を制御し得る。上で議論した例示的な実施態様と同様に、第２の溶接ワイヤは溶接パッドル温度よりも冷温又は高温であり得るし、溶接１４５の温度が均一であることを保証するために溶接ワイヤ１４０’を制御し得る。
【００３０】
図１において、レーザ電源１３０、ホットワイヤ電源１７０、及び制御ユニット１９５は、明瞭性のために別個に示されている。しかしながら、本考案の実施態様では、これらの構成部品を一体化させて単一の溶接システムとなし得る。本考案の特徴は上で議論した個々の構成部品が別個の物理的ユニット又は独立型（スタンドアローン）構造として維持されることを要求しない。
【００３１】
特定の実施態様を参照して本考案を記載したが、当業者は本考案の範囲から逸脱せずに様々の変更を行い得ること並びに均等物と置換し得ることを理解するであろう。加えて、特定の状況又は材料を本考案の教示に適合させるために、その範囲から逸脱せずに多くの変更を行い得る。従って、本考案は開示の特定の実施態様に限定されず、本考案は付属の請求項の範囲内に入る全ての実施態様を含むことが意図される。
【符号の説明】
【００３２】
１００    システム
１１０    レーザビーム
１１１    矢印
１１５    ワークピース
１２０    レーザ装置
１３０    電源
１４０    溶接ワイヤ
１４０’  溶接ワイヤ
１４５    溶接パッドル
１５０    ワイヤフィーダ
１６０    コンタクトチューブ
１７０    電源
１９５    制御ユニット
１７１０  モータ
１７２０  光学ドライブユニット
１７３０  ワイヤモータ
【図１】
0003200387.tif 000003
【図２Ａ】
0003200387.tif 000004
【図２Ｂ】
0003200387.tif 000005
【図２Ｃ】
0003200387.tif 000006
【図３Ａ】
0003200387.tif 000007
【図３Ｂ】
0003200387.tif 000008
【図４Ａ】
0003200387.tif 000009
【図４Ｂ】
0003200387.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月11日(2015.8.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを制御するためのシステムであって、
少なくとも１つのワークピースの表面に溶融パッドルを創成するために前記少なくとも１つのワークピースを加熱する強力エネルギ源と、
前記溶融パッドル内に溶接ワイヤを送る溶接ワイヤフィーダと、
前記溶接ワイヤを前記少なくとも１つのワークピースの上に溶着させるために、前記強力エネルギ源及び前記溶接ワイヤの各々を走行方向において前進させる走行方向コントローラと、
前記溶接ワイヤの前記送り及び前記溶接ワイヤの前記前進中に前記溶接ワイヤを少なくとも第１の方向において移動させる溶接ワイヤコントローラとを含み、
前記少なくとも第１の方向は、前記走行方向と異なり、
前記少なくとも第１の方向における前記溶接ワイヤの前記移動は、少なくとも、前記溶融パッドルによって形成されるビードの所望の形状、プロファイル、高さ、大きさ、又は混合を得るために制御される、
システム。
【請求項２】
前記少なくとも第１の方向における前記溶接ワイヤの前記移動は、前記走行方向と一致する前後運動、前記走行方向に対して横方向の前後運動、円形運動、及び楕円形運動のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記溶接ワイヤが前記溶融パッドル中に入る前に前記溶接ワイヤを前記溶接ワイヤの溶解温度又は溶解温度付近まで予加熱するワイヤ電源を更に含む、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記強力エネルギ源は、前記溶融パッドルを創成するためにレーザビームを前記少なくとも１つのワークピースの上に向けるレーザを含み、
当該システムは、
前記強力エネルギ源の前進中に前記レーザビームを少なくとも第２の方向に移動させるレーザビームコントローラを更に含み、前記少なくとも第２の方向は、前記走行方向と異なり、
前記溶融パッドルによって形成される前記ビードの前記所望の形状、プロファイル、高さ、大きさ、又は混合をえるための前記制御は、前記少なくとも第２の方向における前記レーザビームの前記移動を制御することを更に含み、
前記少なくとも第２の方向における前記レーザビームの前記移動は、前記走行方向と一致する前後運動、前記走行方向に対して横方向の前後運動、円形運動、及び楕円形運動のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも第２の方向における前記レーザビームの前記移動の前記制御は、前記少なくとも第１の方向における前記溶接ワイヤの前記移動の前記制御と同期され、且つ／或いは前記少なくとも第２の方向における前記レーザビームの前記移動の前記制御は、前記少なくとも第１の方向における前記溶接ワイヤの前記移動の前記制御から独立している、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
第２の溶接ワイヤを前記溶融パッドルに送る第２の溶接ワイヤフィーダと、
前記第２の溶接ワイヤの前記送り及び前記第２の溶接ワイヤの前記前進中に前記第２の溶接ワイヤを少なくとも第３の方向において移動させる第２の溶接ワイヤコントローラとを更に含み、
前記走行方向コントローラは、前記第２の溶接ワイヤを前記少なくとも１つのワークピースの上に溶着させるために、前記第２の溶接ワイヤを前記走行方向において前進させるように更に構成され、
前記少なくとも第３の方向は、前記走行方向と異なり、
前記溶融パッドルによって形成される前記ビードの前記所望の形状、プロファイル、高さ、大きさ、又は混合を得るために前記制御することは、前記少なくとも第３の方向における前記第２の溶接ワイヤの前記移動を制御することを更に含み、
前記少なくとも第３の方向における前記第２の溶接ワイヤの前記移動は、前記走行方向と一致する前後運動、前記走行方向に対して横方向の前後運動、円形運動、及び楕円形運動のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記少なくとも第３の方向における前記第２の溶接ワイヤの前記移動の前記制御は、前記少なくとも第１の方向における前記溶接ワイヤの前記移動の前記制御と同期され、且つ／或いは前記少なくとも第３の方向における前記第２の溶接ワイヤの前記移動の前記制御は、前記少なくとも第１の方向における前記溶接ワイヤの前記移動の前記制御から独立している、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも第１の方向は、前記少なくとも第３の方向の方向と反対の方向である、請求項６又は７に記載のシステム。