(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
−第１のホットワイヤ（４；４ａ、４ｂ）を工作物に向けて誘導し、アーク発生のために電流を前記第１のホットワイヤ（４；４ａ、４ｂ）に伝達して、溶接パドル（６）を作成するステップと、
−コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）を可変送り速度で前記溶接パドルに向けて誘導するステップと、を含む、サブマージアーク溶接のための方法において、
前記方法が、
−溶接フェーズの間に、少なくとも前記第１のホットワイヤ（４；４ａ、４ｂ）に関連する少なくとも第１の有効溶接パラメータであって、既存の溶接条件に継続的に適合される、第１の有効溶接パラメータを継続的に測定するステップと、
−前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度を、少なくとも第１の活動的溶接パラメータの変動に従って調節して、高い溶接安定性および高い溶接品質を保つステップと、をさらに含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記第１の活動的溶接パラメータが、活動的ホットワイヤ溶接パラメータである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
−前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度の目標値であって、各々の目標値が、対応する第１の活動的パラメータ値に従う、目標値を継続的に決定するステップと、
−前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度を、前記目標値に調節するステップと、を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度が、前記目標値に対応する前記第１の活動的溶接パラメータ値の発生に対して時間的に遅延して前記目標値に到達するように、前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度の増加が実行される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度が、前記目標値に対応する前記第１の活動的溶接パラメータ値の発生から２００ｍｓ以内に前記目標値に到達するように、前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度の減少が実行される、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度が、最初にその目標値未満の値に減少され、次いでその目標値に増加される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
−少なくとも第２のホットワイヤ（１２；１２ａ、１２ｂ）を前記工作物に向けて誘導して、アーク発生のために電流を前記第２のホットワイヤ（１２；１２ａ、１２ｂ）に伝達し、それによって、前記第１および第２のホットワイヤ（１２；１２ａ、１２ｂ）が単一の溶接パドル（６）を作成するステップと、
−溶接フェーズの間に、少なくとも前記第２のホットワイヤ（１２；１２ａ、１２ｂ）に関連する少なくとも第２の活動的溶接パラメータであって、既存の溶接条件に継続的に適合される、第２の活動的溶接パラメータを継続的に測定するステップと、
−前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度を、少なくとも前記第１および第２の活動的溶接パラメータの変動に従って調節して、高い溶接安定性および高い溶接品質を保つステップと、を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
−第１のホットワイヤ（４；４ａ、４ｂ）を工作物に向けて送るためのホットワイヤ送り手段（１５０）と、
−アーク発生のために電流を前記第１のホットワイヤ（４；４ａ、４ｂ）に伝達して、溶接パドル（６）を作成するための第１の接触手段（２）と、
−コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）を可変コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度で前記溶接パドル（６）に向けて送るためのコールドワイヤ送り手段（３５）と、
−前記コールドワイヤ送り手段（３５）を制御するための制御ユニット（３１）と、
を備える、請求項１〜７のいずれかに記載の方法を実行するためのサブマージアーク溶接システム（９）において、
前記システム（９）が、
−溶接フェーズの間に、少なくとも前記第１のホットワイヤ（４；４ａ、４ｂ）に関連する少なくとも第１の活動的溶接パラメータであって、既存の溶接条件に継続的に適合される、第１の活動的溶接パラメータを継続的に測定し、かつ第１の活動的溶接パラメータ値に関する情報を前記制御ユニット（３１）に提供するように適合される、測定手段（２７）を備え、前記制御ユニット（３１）が、
−前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度の目標値を前記情報に基づいて継続的に決定し、かつ
−前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度を前記目標値に調節するように前記コールドワイヤ送り手段（３５）を制御する、ように適合されることを特徴とする、システム（９）。
【請求項９】
前記第１の活動的溶接パラメータが、活動的ホットワイヤ溶接パラメータである、請求項８に記載のシステム（９）。
【請求項１０】
前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度が、前記目標値に対応する第１の活動的溶接パラメータ値の発生に対して時間的に遅延して前記目標値に到達するように、前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度の増加を実行するように配列される、請求項８または９に記載のシステム（９）。
【請求項１１】
前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度が、前記目標値に対応する第１の活動的溶接パラメータ値の発生から２００ｍｓ以内に前記目標値に到達するように、前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度の減少を実行するように配列される、請求項８〜１０のうちのいずれか一項に記載のシステム（９）。
【請求項１２】
前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度を、最初にその目標値未満の値に減少させ、次に、前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度をその目標値に増加させるように配列される、請求項１１に記載のシステム（９）。
【請求項１３】
−第２のホットワイヤ（１２；１２ａ、１２ｂ）を前記工作物に向けて送るためのホットワイヤ送り手段（１５０）と、
−アーク発生のために電流を前記第２のホットワイヤ（１２；１２ａ、１２ｂ）に伝達するための第２の接触手段（１０）であって、前記第１および第２の接触手段（２、１０）が単一の溶接パドル（６）を生成するために電流を伝達するように配列される、第２の接触手段（１０）と、
−溶接フェーズの間に、少なくとも前記第２のホットワイヤ（１２；１２ａ、１２ｂ）に関連する少なくとも第２の活動的溶接パラメータであって、既存の溶接条件に継続的に適合される、第２の活動的溶接パラメータを継続的に測定し、かつ第２の活動的溶接パラメータ値に関する情報を前記制御ユニット（３１）に提供するように適合される測定手段（４１）と、
を備え、前記制御ユニット（３１）が、
−前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度の目標値を、前記第１および第２の活動的溶接パラメータに関する前記情報に基づいて継続的に決定し、かつ
−前記コールドワイヤ（２２；２２ａ、２２ｂ）送り速度を前記目標値に調節するように前記コールドワイヤ送り手段を制御する、ように適合される、請求項８〜１２のいずれかに記載のシステム（９）。
【請求項１４】
前記第１の接触手段（２）が、第１の電源（３７）に接続され、前記第２の接触手段（１０）が、前記第１の電源（３７）から分離する第２の電源（３９）に接続される、請求項１３に記載のシステム（９）。
【請求項１５】
２つ以上のコールドワイヤ（２２ａ、２２ｂ）を前記工作物に向けて送るように配列される、請求項８〜１４のいずれか一項に記載のシステム（９）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルによるサブマージアーク溶接のための方法と、請求項１３のプリアンブルによるサブマージアーク溶接システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）は、より厚い材料のより長い溶接継ぎ目用にしばしば用いられる、高い生産性および品質を特徴とする溶接方法である。
【０００３】
工作物を通して溶接電流を流すために消耗電極を用いることは周知である。溶接電流は、消耗電極と工作物との間にアークを形成して、工作物上に溶接パドルを形成する。この消耗電極は、ホットワイヤとして知られている。
【０００４】
サブマージアーク溶接は、溶融した材料およびアークが粉砕されたフラックスの層の下で保護されることを特徴とする。フラックスは、部分的にはプロセスの間に溶融して、溶接パドル上にスラグの保護層を形成する。このプロセスで用いられる電流は比較的高く、通常は、電極１つ当たり３００〜１５００アンペア以内である。サブマージアーク溶接で用いられる電極は、通常は、直径が２．５〜６ｍｍである。
【０００５】
サブマージアーク溶接で用いられるフラックスは、一般的に、マンガン、シリコン、チタン、アルミ、カルシウム、ジルコニウム、マグネシウム、および、フッ化カルシウムなど他の化合物の酸化物を包含する粒状可融性鉱物である。フラックスは、フラックスとワイヤとの組み合わせが所望の機械的特性を生じるように、所与の電極ワイヤタイプと適合するように特に配合される。全てのフラックスは、溶接パドルと反応して、溶接金属化学組成および機械的特性を生成する。フラックスがマンガンおよびシリコンを溶接部に付加する場合、フラックスを「活動的」と呼ぶ、一般的な手法である。付加されるマンガンおよびシリコンの量は、アーク電圧および溶接電流レベルによって影響される。
【０００６】
ＳＡＷプロセスの生産性を増加させることが望ましい。これは、溶接速度および堆積速度、すなわち、溶接金属が工作物表面上に実際に堆積される速度を増加させることによって実行することが可能である。入熱は、溶接される親材料の機械的特性を維持する水準に保つべきであるし、溶接部は、ある水準の機械的特性を有するべきである。
【０００７】
入熱は次のように計算することが可能である：
【数１】
0005999740.tif 000002
式中、Ｑ（ｋＪ／ｍｍ）は、入熱、ηｓａｗは効率係数、Ｉ（Ａ）は溶接電流、Ｕ（Ｖ）はアーク電圧、そしてν（ｍｍ／分）は溶接速度である。
【０００８】
堆積速度を増す１つの方法は、１つの溶接パドル中に複数のホットワイヤを用いることである。通常は、２〜３本のホットワイヤを用いるが、しかしながら、最大で６本のホットワイヤを用いることが知られている。１つの溶接パドル中に２本以上のホットワイヤを用いることで、堆積速度を増し、したがって、溶接の経済性を改善することが可能である。それはまた、先頭のホットワイヤと後続のホットワイヤとに異なるタスクを割り当てることができる場合があるため、向上した溶接品質を可能とする。
【０００９】
ホットワイヤは、様々な設定または形態で配列することが可能である。例えば、ホットワイヤは、溶接方向に対して横方向にはみ出して位置付ける、もしくは溶接方向で互いに離して位置付ける、またはこれらを組み合わせることが可能である。２本以上のホットワイヤを横方向にはみ出した場合では、それらは、隣り合わせて位置付けられてもよい。これは、表面溶接または、広い接合部が必要とされる特定的な接合部に対して用いられる。隣り合わせた溶接は、溶け込みが浅く、幅が大きくなる。
【００１０】
代替的には、ホットワイヤは、溶接方向で互いからある距離のところに位置付けられる。溶接方向に最初に置かれるホットワイヤは、通常は、先頭のホットワイヤと呼ばれ、この先頭のホットワイヤの後に置かれるホットワイヤは、通常は、後続のホットワイヤと呼ばれる。通常は、先頭のホットワイヤと後続のホットワイヤとは、溶接プロセスで異なる役割を果たす。例えば、所望の溶け込み度が得られるように先頭のホットワイヤを制御することが周知であるが、他方、後続のホットワイヤが、溶接ビードの外観、輪郭、および充填量を制御する。
【００１１】
また、ホットワイヤを互いに遠く離れて分離することも可能であるが、この場合、先頭のホットワイヤによって生成された溶接パドルは、第２のホットワイヤがパドルに到達する以前に固化する場合がある。この場合には、これら２つのホットワイヤは、２つの連続する溶接パスのタスクをより多くまたはより少なく実施する。
【００１２】
堆積速度を改善する別の方法は、アークを形成することなしに溶融する１つ以上の消耗電極を付加することである。これらの電極はコールドワイヤと呼ばれる。コールドワイヤは、１つ以上のホットワイヤに極めて接近している融解した溶接パドルに向けて連続的に送られるが、ここで、コールドワイヤは前記ホットワイヤによって生成された熱によって溶融される。コールドワイヤに対して、その加熱のために電流を印加してもよい。
【００１３】
ホットワイヤ送り速度とは独立してコールドワイヤ送り速度を操作することが、例えば、国際公開第２０１２／０４１３７５  Ａ１号から知られる。また、ある融解プール長さを保つために、溝の形状に従ってフィラーワイヤの送り速度を制御することが、日本特許第２２０５２６７号から知られる。
【００１４】
コールドワイヤ材料を溶接パドルに導入すると、溶接合金の組成の制御の改善につながる場合があり、これが、溶接部の改善につながる場合がある。コールドワイヤを、ホットワイヤによって生成されたアークの近傍に、好ましくはその中に（より好ましくは、複数のホットワイヤによって生成されたアークの近傍またはその中に）導入することが好ましい。さらにそのうえ、コールドワイヤ材料を溶接パドル中に送ると、最適化された溶接パラメータによって最大で１００％の生産性の増加がもたらされる場合がある。言い換えれば、コールドワイヤは、入熱を増加させることなく、より高い堆積速度を可能とする。
【００１５】
コールドワイヤと関連付けられる問題は、コールドワイヤが均等なペースで溶融しない、または溶融プールを通って親材料に衝突するときに、これらが時として溶接プロセスの不安定性を増すことである。これは、溶接欠陥と、未溶融のコールドワイヤ材料の溶接金属中への含有とを生じる可能性がある。
【００１６】
本発明の第１の目的は、少なくとも１つのコールドワイヤを用いるサブマージアーク溶接のための方法を提供することであり、この方法は、安定した溶接プロセスおよび改善された溶接品質を保証する。
【００１７】
本発明の第２の目的は、少なくとも１つのコールドワイヤを用いるように適合されたサブマージアーク溶接システムを提供することであり、このシステムは、安定した溶接プロセスおよび改善された溶接品質を保証する。
【発明の概要】
【００１８】
ホットワイヤは、消耗電極と工作物との間にアークを保つために、電源に接続された消耗電極である。
【００１９】
コールドワイヤは、アークを形成することなく溶融する消耗電極である。コールドワイヤは、コールドワイヤを加熱するための電源に接続することが可能であるが、しかしながら、コールドワイヤを通じて伝達される電流は、アークを生成しない。
【００２０】
溶接パラメータは、溶接プロセスに直接的な影響を有する溶接装置パラメータである。溶接パラメータの例は、溶接電流、アーク電圧、溶接速度、ホットワイヤ送り速度、およびコールドワイヤ送り速度である。溶接パラメータという用語は、たとえ前記パラメータが溶接プロセスに影響しても、溶接装置に直接的には関連していないパラメータを包含しない。溶接パラメータという用語に含まれないこのようなパラメータの例は、溶接される物体の形状および組成である。
【００２１】
一部の溶接パラメータは、１つ以上のホットワイヤに関連する。ホットワイヤに関連する溶接パラメータの１つの例は、ホットワイヤ溶接パラメータである。ホットワイヤ溶接パラメータ（例えば、溶接電流、アーク電圧、ホットワイヤ送り速度、および溶接速度）は、前記ホットワイヤによって生成されたアークの動作に対して直接的な影響を有する。ホットワイヤに関連する溶接パラメータの別の例は、ホットワイヤ溶接パラメータに影響を及ぼすおよび／またはそれによって影響される溶接パラメータである。これらのパラメータ（例えば、ホットワイヤ送りモーターのモーター速度）は、前記ホットワイヤによって生成されたアークの動作に対して間接的な影響を有し得る。
【００２２】
上述したように、溶接パラメータは、２つ以上のホットワイヤに関連する場合がある。例えば、２つ以上のホットワイヤが同一の電源に接続されるとき、前記ホットワイヤのうちの１つに関連する１つ以上の溶接パラメータを測定して、測定されたパラメータ値はすべてのホットワイヤに当てはまると想定して十分である場合がある。
【００２３】
別のパラメータに関連するパラメータは、直接的または間接的に、前記他のパラメータに影響されるおよび／またはこれに影響を及ぼすパラメータである。
【００２４】
活動的溶接パラメータは、溶接条件の変更（例えば、ホットワイヤの端部と工作物との間の距離の変更）に応答して溶接の間に調節される溶接パラメータである。活動的溶接パラメータは、時として、１つ以上の非活動的溶接パラメータを実質的に一定の水準に保つように調節される。活動的溶接パラメータは、検出された溶接条件の変動に応答して手動でまたは自活動的に調節される場合がある。活動的溶接パラメータはまた、他の活動的溶接パラメータに関連し、かつその調節を通じて調節される場合がある。本明細書で定義される活動的溶接パラメータはまた、実質的に一定の水準に保たれることを意図される溶接パラメータとは対照的に可変溶接パラメータとも呼ばれる。
【００２５】
活動的溶接パラメータ、例えば溶接速度を、２つ以上のホットワイヤに関連させることが可能である。
【００２６】
溶接方向は、溶接部の実行を意図される方向と定義される。溶接方向の代替の定義は、溶接ヘッドまたはホットワイヤの運動の方向である。
【００２７】
溶接条件は、溶接プロセスに影響する外部要因である。外部要因の例は、工作物表面の形状および工作物の材料特性である。
【００２８】
可変送り速度とは、ゼロより大きい２つ以上の値を取ることが可能な送り速度であり、溶接の間に前記値のうちの一方から前記値のうちの他方まで調節することが可能である。
【００２９】
活動的溶接パラメータの継続的測定は、活動的パラメータ値が、一定のまたは可変の間隔で測定されることを意味する。通常は、溶接パラメータは、約１ｍｓの間隔で測定される。これらの測定された値は、より正確な結果のためにフィルタリングされ、適切なコールドワイヤ送り速度目標値を決定するために用いられるこの（フィルタリングされた）活動的溶接パラメータ値は、０〜１０００ｍｓ間、好ましくは５０〜２５０ｍｓ間、最も好ましくは７５〜１２５ｍｓ間の長さ（平均）を有する間隔で得られる。
【００３０】
本発明による方法およびシステムは、溶接の間に用いられることを意図し、溶接プロセスの開始または終了の間に用いられることを意図しない。開始フェーズ（アークの形成および溶接パラメータの安定化）と停止フェーズ（溶接プロセスの終了）との間のフェーズは、以降、溶接フェーズと呼ばれる。溶接フェーズは、溶接動作が実行されるフェーズである。
【００３１】
本発明の第１の目的は、独立クレーム１によって定義されるサブマージアーク溶接の方法で達成される。
【００３２】
サブマージアーク溶接のための方法は、第１のホットワイヤ電極を工作物に向けて誘導して、アーク生成のために、電流を前記第１のホットワイヤに伝達して、例えば、第１のホットワイヤと工作物との間にアークを生成して、溶接パドルを形成するステップを含む。この方法は、前記溶接パドルに向けて可変送り速度でコールドワイヤを誘導するステップをさらに含む。この方法はまた、少なくとも前記第１のホットワイヤに関連する少なくとも第１の活動的溶接パラメータであって、既存の溶接条件に継続的に適合する第１の活動的溶接パラメータを、溶接フェーズの間に継続的に測定するステップと、コールドワイヤ送り速度を、少なくとも第１の活動的溶接パラメータの変動に従って調節して、高い溶接安定性および高い溶接品質を保つステップとを含む。
【００３３】
第１の活動的溶接パラメータは、溶接フェーズの間に継続的に測定される。活動的溶接パラメータの継続的測定は、活動的溶接パラメータが、ある間隔、通常は約１ミリ秒（ｍｓ）の長さの間隔で測定されることを意味する。コールドワイヤ送り速度は、０〜１０００ｍｓ、好ましくは５０〜２５０ｍｓ、最も好ましくは７２〜１２５ｍｓの平均長さを有する間隔で測定されたフィルタリングされた第１の活動的溶接パラメータ値に従って調節される場合がある。コールドワイヤ送り速度もまた、フィルタリングされていない第１の活動的溶接パラメータ値に従って調節される場合がある。
【００３４】
第１の活動的溶接パラメータは、活動的ホットワイヤ溶接パラメータ、すなわち、前記ホットワイヤによって生成されたアークに直接的影響を有する活動的溶接パラメータであり得る。第１の活動的溶接パラメータはまた、１つ以上の活動的ホットワイヤ溶接パラメータに関連する場合がある。
【００３５】
第１の活動的溶接パラメータは、２つ以上のホットワイヤに関連し得る。第１の活動的溶接パラメータは、例えば、１つの電源に接続された２つのホットワイヤに関連する場合がある。
【００３６】
活動的溶接パラメータ値は、コールドワイヤ送り速度の対応する目標値を決定するために用いられる。コールドワイヤ送り速度の目標値は、２つ以上の活動的溶接パラメータ値であって、異なる活動的溶接パラメータに関連する値、に従って決定される場合がある。目標値はまた、対応する１つの活動的溶接パラメータ値に従って決定される場合がある。また、コールドワイヤ送り速度の目標値を、１つの活動的溶接パラメータに関連する複数の活動的溶接パラメータ値に従って決定することが可能である。
【００３７】
溶接プロセスが不安定になるとき、コールドワイヤ送り速度の非適応制御の結果として、コールドワイヤ送り速度が現行の溶接条件に対して不適切となり、溶接プロセスの不安定性が増す。コールドワイヤ送り速度が高すぎる場合には、コールドワイヤが溶接パドルの底と接触する前には溶融しない場合があり、低すぎるコールドワイヤ送り速度は、結果として不十分な堆積速度をもたらす場合がある。
【００３８】
これは、堆積速度の変動、溶接欠陥、および未溶融コールドワイヤの溶接金属中への包含をもたらす場合がある。
【００３９】
これらの問題は、コールドワイヤ送り速度が、現行の溶接条件により良好に適すように調節された１つ以上の活動的溶接パラメータに依存するようにしたときに回避される。コールドワイヤ送り速度は、現行の溶接条件および活動的ホットワイヤ溶接パラメータに対して、溶接の間に調節される。これは、溶接部の品質および溶接プロセスの安定性を改善する。
【００４０】
コールドワイヤ送り速度の調節は、溶接条件の変更に対する迅速で正確な応答を保証するためには、活動的溶接パラメータの変動に応答して自活動的に実行されるのが望ましいが必ずしもそうならない。
【００４１】
工作物表面の不規則性によって引き起こされる突出変動、溶接プロセスの変動、または接合部構成などの攪乱に遭遇するときにも、１つ以上の溶接パラメータを設定された水準に保つために、少なくとも１つの活動的溶接パラメータを調節することが周知である。
【００４２】
活動的溶接パラメータは、別の活動的溶接パラメータに関連し、かつこれの調節によって調節される場合があり、コールドワイヤ送り速度は、これらの活動的溶接パラメータの任意のものに従って調節することが可能である。例えば、ホットワイヤの送り速度の調節は、そのホットワイヤのアーク電圧を変化する場合がある。コールドワイヤ送り速度は、前記パラメータのうちのいずれか１方または双方に従って調節することが可能である。
【００４３】
溶接パラメータを設定されたまたは一定の水準に保つということは、その溶接パラメータが、例えば、遭遇した攪乱の結果として前記設定水準から発散するはずである場合に、それが少なくとも１つの活動的溶接パラメータの調節によって、前記設定水準に復元されることを意味する。すなわち、活動的溶接パラメータは、溶接パラメータが前記水準とは異なる値を取るとき、前記溶接パラメータを特定的な水準に復元させるように調節される。
【００４４】
一定ワイヤ送り（ＣＷ）プロセスは、ホットワイヤ送り速度が特定の速度に設定され、溶接電流が、あるアーク電圧レベルを保つように自活動的に調節される溶接プロセスである。
【００４５】
本発明による方法は、溶接電流が活動的ホットワイヤ溶接パラメータであるときに、コールドワイヤ送り速度を溶接電流変動に従って調節するステップを含んでもよい。この実施形態により、この方法はＣＷ溶接プロセスと適合する。
【００４６】
一定アンペア数（ＣＡ）プロセスは、アーク電圧レベルが本質的に一定に保たれ、溶接電流がホットワイヤ送り速度の調節を通じて制御されるプロセスである。ホットワイヤ送り速度の増加は、結果として、溶接電流の増加になるが、それは、溶接電流レベルが、電極端部と工作物との間の距離に関連するからである。同様に、ホットワイヤ送り速度の減少は、結果として、溶接電流の減少となる。その結果、アンペア数レベルを、ホットワイヤ送り速度の調節を通じて本質的に一定に保つことが可能である。
【００４７】
本発明による方法は、ホットワイヤ送り速度が活動的ホットワイヤ溶接パラメータであるときに、コールドワイヤ送り速度をホットワイヤ送り速度変動に従って調節するステップを含んでもよい。この実施形態により、方法はＣＡ溶接プロセスと適合する。
【００４８】
一定電流（ＣＣ）プロセスでは、溶接電流は本質的に一定に留まり、他方、アーク電圧は、ホットワイヤが工作物に向けて送られる速度に基づく。
【００４９】
本発明に関わる方法は、ホットワイヤ送り速度および／またはアーク電圧が活動的ホットワイヤ溶接パラメータであるときに、コールドワイヤ送り速度をホットワイヤ送り速度および／またはアーク電圧の変化に従って調節するステップを有利にも伴う。この実施形態により、この方法はＣＣ溶接プロセスと適合する。
【００５０】
コールドワイヤ送り速度を、本明細書に言及されない他の活動的溶接パラメータに連結させることが、これらのパラメータが変化する溶接条件に適合可能であり、少なくとも１つのホットワイヤ電極に関連するという条件で、可能である。
【００５１】
コールドワイヤ送り速度は、溶接電力に基づくことが可能である。溶接電力は次のように定義することが可能である：
【数２】
0005999740.tif 000003
式中、Ｐ（ｋＪ）は溶接電力であり、Ｕ（Ｖ）はアーク電圧であり、Ｉ（Ａ）は溶接電流である。溶接プロセスでのエネルギーが少ないということは、コールドワイヤを溶融させるためのエネルギーがあまり過度でないことを意味する。利点にも、溶接プロセスでのエネルギーが少ないときに、コールドワイヤ送り速度が減少する。より多いエネルギーとは、コールドワイヤを溶融するためにより過度のエネルギーがあり、したがって、コールドワイヤ送り速度は、溶接電力の検出された増加に応答して有利にも増加することを意味する。
【００５２】
溶接電力は、活動的溶接パラメータを構成する場合がある。また、溶接電力を、１つ以上の活動的溶接パラメータ、例えばアーク電圧および／または溶接電流に関連するパラメータと定義することも可能である。
【００５３】
一部の実施形態では、コールドワイヤ送り速度は、同一のホットワイヤに関連する複数の活動的溶接パラメータに基づく。これは、例えば、溶接電力が、時間とともに変化するアーク電圧および溶接電流に基づく場合（式２）である。また、アーク電圧および溶接電流のうちの一方を時間に対して本質的に一定に保つことも可能である。
【００５４】
コールドワイヤ送り速度はまた、入熱に基づく可能性がある。入熱は、次のように定義することができる：
【数３】
0005999740.tif 000004
式中、Ｑ（ｋＪ／ｍｍ）は入熱であり、ｋ（無次元）は熱効率であり、Ｕ（Ｖ）は電圧であり、Ｉ（Ａ）は電流であり、ｖ（ｍｍ／分）は溶接速度である。本明細書では、溶接速度もまた活動的溶接パラメータとしてもよい。溶接速度は、溶接ヘッドまたは１つ以上のホットワイヤが工作物表面を横切って運動する速度と定義することが可能である。
【００５５】
上記のように、入熱は、コールドワイヤ送り速度値を決定するために用いられる、１つ以上の活動的溶接パラメータに関連する可変パラメータとして定義することが可能である。入熱はまた、活動的溶接パラメータとして定義することが可能である。
【００５６】
時として、溶接エネルギーを、溶接プロセス全体を通じて実質的に一定の水準に保ち、工作物上に堆積される電極材料の量を変動させることが望ましい。この場合、ホットワイヤ送り速度の増加は、結果として、コールドワイヤ送り速度の増加を引き起こし、それに対応して、ホットワイヤ送り速度の減少は、結果として、コールドワイヤ送り速度の減少を引き起こす。
【００５７】
溶接電力または入熱の代替的な定義がある場合があり、任意の定義が本発明には適用可能である。
【００５８】
１つの実施形態では、方法は、コールドワイヤ送り速度の目標値を、少なくとも１つの活動的パラメータ値に基づいて決定するステップと、前記コールドワイヤ送り速度を前記目標値に調節するステップと、を有利にも含み、かつ繰り返す。
【００５９】
有利にも、アークは、コールドワイヤ送り速度がその前に測定された目標値よりも高い目標値に到達する以前に安定していて、コールドワイヤが溶接パドルの底に衝突しないことを保証する。例えば、アークは、ホットワイヤ送り速度増加に続いて不安定になる場合がある。
【００６０】
コールドワイヤ送り速度が過度に、あまりにすぐに増加しないことを保証する１つの方法は、コールドワイヤがその目標値に到達するまで、コールドワイヤ送り速度を段階的に増加させることである。コールドワイヤ送り速度は、有利にも最大で１００ｃｍ／分まで、有利にも１〜１０ｃｍ／分、さらにより有利にも４〜６ｃｍ／分、段階的に増加さする。コールドワイヤ送り速度が、対応する活動的溶接パラメータ（複数可）ほどには迅速に増加することはなく、そのため、コールドワイヤが溶接パドルの底に衝突する以前に、アークが安定化して、コールドワイヤの端部を溶融するのに十分な時間を提供する。
【００６１】
活動的溶接パラメータ測定間の時間間隔は、有利にも可能な限り短い。適切な時間間隔は約１ｍｓである。測定値は、コールドワイヤ送り速度のより正確な調節を達成するために、フィルタリングされる場合がある。
【００６２】
コールドワイヤ送り速度の目標値を決定するために用いられる活動的溶接パラメータ値（フィルタリングした、またはフィルタリングしていない）は、有利にも、１０〜１０００ｍｓ、好ましくは５０〜５００ｍｓ、最も好ましくは７５〜１２５ｍｓの平均値を有する間隔で測定される。結果として、コールドワイヤ送り速度は、１０〜１０００ｍｓ、有利にも５０〜５００ｍｓ、最も好ましくは７５〜１２５ｍｓの平均値を有するように段階的に調節される場合がある。活動的溶接パラメータの測定間の間隔を最大で１０００ｍｓまで増加させることがもちろん可能である。
【００６３】
コールドワイヤ送り速度の増加の開始を、コールドワイヤ送り速度の目標値を決定する基となった活動的溶接パラメータ値（複数可）の発生に対して遅延することが可能である。この増加は、次に、上述したように継続的にまたは１つ以上の段階で実行される場合がある。前記時間遅延の長さは、例えば、前記コールドワイヤ送り速度の増加、すなわち目標値と以前の目標値との差、の大きさ、または前記活動的ホットワイヤ溶接パラメータの前記増加の大きさに従う可能性がある。
【００６４】
前記遅延の長さは、ホットワイヤ送り速度の１０００ｍｍ／分の増加当たりまたは１００Ａの増加当たり０〜１０秒、最も好ましくは０．５〜３秒である場合がある。時間遅延はまた、増加の大きさとは無関係に、０〜１０秒、最も好ましくは０．５〜３秒に一定に設定することが可能である。時間遅延は、活動的溶接パラメータ値の発生と前記活動的溶接パラメータ値によって引き起こされたコールドワイヤ送り速度の増加の開始との間の時間期間として定義することが可能である。
【００６５】
コールドワイヤ送り速度は、通常は、ホットワイヤ送り速度の１２０％未満であり、有利にもホットワイヤ送り速度の６０〜８０％である。ホットワイヤ送り速度は、１０００ｍｍ／分〜１００００ｍｍ／分の任意の値を取ることが可能である。
【００６６】
コールドワイヤ送り速度がその目標値に到達する前にホットワイヤパラメータが再度変化する場合、コールドワイヤ送り速度の別の目標値が決定され、それに対応してコールドワイヤ送り速度が調節される。
【００６７】
コールドワイヤ送り速度の減少は、有利にも、活動的溶接パラメータ値（複数可）の検出に対して即座に、かつ１つの段階で実行され、前記減少を引き起こす。コールドワイヤ送り速度の減少を引き起こすホットワイヤパラメータの変動の例は、ホットワイヤ送り速度、溶接電流、アーク電圧、または溶接エネルギーの減少である。コールドワイヤ送り速度の瞬間的な減少は、コールドワイヤが、たとえ溶融速度が減少しても、それが溶接パドルの底に衝突する前に溶融することを保証する。時間遅延を可能な限り短くするべきである。有利にも、コールドワイヤ送り速度の目標値は、前記減少を引き起こす対応する活動的溶接パラメータ値の発生に対して２００ｍｓ、好ましくは１００ｍｓ、より好ましくは１０ｍｓ、最も好ましくは１ｍｓ以内に到達すると利点となる。
【００６８】
アークが安定化するのに十分な時間を与えられ、かつコールドワイヤが溶接パドルの底に衝突しないことを保証するために、コールドワイヤ送り速度を目標値未満の水準に減少させ、次に、目標値に到達するまでコールドワイヤ送り速度を（コールドワイヤ送り速度の増加を参照して上述したように）増加させることが可能である。コールドワイヤ送り速度は、前記目標値に増加される前に停止状態にされることさえある場合がある。
【００６９】
コールドワイヤ送り速度は、１つ以上の段階で増加または減少させることが可能である。また、コールドワイヤ送り速度を、一定のまたは変化する勾配を有する曲線に従って継続的に調節することが可能である。この勾配は、コールドワイヤ送り速度を、その目標値に接近するときに増加する場合があり、かつコールドワイヤ送り速度がその目標値に接近するときにコールドワイヤ送り速度の前記調節全体にわたって一定に留まる、または減少する場合がある。
【００７０】
コールドワイヤ送り速度は、段階的に調節される場合があり、これらの段階は、変動する長さ（ｍｓ）および／または高さ（ｃｍ／分）を有する場合がある。例えば、コールドワイヤがその目標値に接近するときにより、段階を短くまたはより高くする場合があり、または、代替的に、コールドワイヤ送り速度の調節を開始したときに、より短くまたはより高くする場合がある。もちろん、コールドワイヤ送り速度の調節はまた、一定の長さ（ｍｓ）および／または一定の高さ（ｃｍ／分）を有する段階で実行されてもよい。
【００７１】
コールドワイヤ送り速度の調節の間に検出された活動的溶接パラメータの変更は、結果として、コールドワイヤ送り速度の新しい目標値を設定することになる。新しい目標値は、即座に適用される、すなわち、制御ユニットは、コールドワイヤ送り手段に対してコールドワイヤ送り速度を本明細書に記載するいずれかの方法（時間遅延を含んでもよくまたは含まなくてもよい）に従って新しい目標値に調節するように即座に命令する。
【００７２】
コールドワイヤ送り速度の増加は、前記増加を引き起こす活動的溶接パラメータ値の発生に対して遅延させることが好ましく、コールドワイヤ送り速度の減少は、即座であることが、または、前記減少を引き起こす活動的溶接パラメータ値に対して可能な限り短い時間期間だけ遅延させることが好ましい。
【００７３】
この方法は、２つ以上のホットワイヤを工作物に向けて誘導するステップと、コールドワイヤ送り速度を、前記ホットワイヤのうちの１つ以上に関連する複数の活動的溶接パラメータに従って制御するステップとを含んでもよい。これが、コールドワイヤ送り速度の正確な制御を保証する。
【００７４】
コールドワイヤ送り速度は、アーク溶接システム中の全てのホットワイヤに従って、または、ホットワイヤの部分集合であって、１つ以上のホットワイヤを備える部分集合に従って制御される場合がある。
【００７５】
コールドワイヤ送り速度は、同一タイプの活動的溶接パラメータまたは２つ以上のタイプの活動的溶接パラメータに従って制御される場合がある。
【００７６】
コールドワイヤ送り速度は、同一タイプの複数の活動的溶接パラメータの平均値または同一タイプの複数の活動的溶接パラメータの重み付けされた平均値に従って制御される場合がある。双方のソリューションが、コールドワイヤ送り速度の改善された制御を保証するが、活動的溶接パラメータ、例えば、前記コールドワイヤの近傍に置かれた１つ以上のホットワイヤまたは特定のタスクを実施する１つ以上のホットワイヤに関する活動的溶接パラメータの特定の部分集合によるコールドワイヤ送り速度の依存性を強化することが望ましいときには、後者のソリューションである。
【００７７】
コールドワイヤ送り速度の目標値を決定するときには、活動的溶接パラメータ間で交代させることが可能である。
【００７８】
コールドワイヤ送り速度の目標値を決定するときに、ホットワイヤの間で順次交代させることが有利である場合がある。これは、例えば、複数のホットワイヤがそれら自身と工作物との間にアークを交代で生成するときに、コールドワイヤ送り速度のより正確な調節を保証し得るが、この場合、コールドワイヤ送り速度は、それ自身と工作物との間にアークを現在発生させているホットワイヤに常に依存して制御される場合がある。
【００７９】
また、ホットワイヤのうちの１つ以上を溶接の間にＤＣからＡＣに切り替えるときに、ホットワイヤの間で順次交代させることも有利である。例えば、タンデム溶接プロセスは、（溶け込みの度合いを制御するための）直流（ＤＣ）を供給される先頭の溶接ヘッドと、（溶接ビード外観、輪郭、および充填量を制御するための）交流（ＡＣ）を供給される後続の溶接ヘッドとを伴うが、先頭の溶接ヘッドを、第２のパスの間にＡＣに切り替える。この場合、ＡＣ電極が溶接ビードの外観および充填量を制御するために用いることが可能であることを考慮すると、コールドワイヤ送り速度を、第１のパスの間は後続の電極に関連付け、第２のパスの間は先頭の電極および／または後続の電極に関連付けることは有利である場合がある。代替的には、ＤＣ電極がより安定したアークを発生することを考慮すると、第１のパスの間は先頭の電極に依存するコールドワイヤ送り速度を有することが有利である場合がある。
【００８０】
明らかに、この方法は、異なるタイプの活動的ホットワイヤ溶接パラメータを測定するステップを含んでもよい。また、コールドワイヤ送り速度の目標値を決定するときに、同一のホットワイヤ（複数可）に関連する１つ以上の活動的溶接パラメータを用いることも可能である。
【００８１】
この方法は、例えば、第２のホットワイヤと工作物との間にアークを生成するために、有利にも、少なくとも第２の消耗ホットワイヤ電極を工作物に向けて誘導して、アーク生成のために前記第２のホットワイヤに電流を伝達するステップを含む。第１および第２のホットワイヤは、共通の溶接パドルを形成するように配列される。もちろん、１つの溶接パドルを生成するために、３つ以上のホットワイヤを用いることが可能である。この方法は、少なくとも前記第２のホットワイヤに関連する少なくとも第２の活動的溶接パラメータであって、既存の溶接条件に継続的に適合される、第２の活動的溶接パラメータを溶接フェーズの間に測定するステップと、コールドワイヤ送り速度を、少なくとも前記第１および第２の活動的溶接パラメータの変動に従って調節して、高い溶接安定性および高い溶接品質を保つステップとをさらに含んでもよい。
【００８２】
第２の活動的溶接パラメータは、活動的ホットワイヤ溶接パラメータ、または活動的ホットワイヤ溶接パラメータに関連する活動的溶接パラメータである場合がある。
【００８３】
２つ以上のホットワイヤを用いることは、ＳＡＷプロセスの生産性を増加させ、コールドワイヤ送り速度を制御するために双方のホットワイヤの活動的溶接パラメータを用いることは、コールドワイヤ送り速度調節プロセスに対する改善された制御を保証する。
【００８４】
複数のホットワイヤは、様々な形態で取り付けることが可能である。ホットワイヤが溶接方向に沿って互いからある距離に配列されるとき、前のホットワイヤは先頭のホットワイヤと呼ばれ、先頭のホットワイヤに続く１つ以上のホットワイヤは後続のホットワイヤと呼ばれる。
【００８５】
有利にも、コールドワイヤは、ホットワイヤと平行に、かつこれらの間の重複する領域の中に置かれる。これが、重複領域の大きさの変動が軽減され、コールドワイヤの堆積速度の変動が同様に軽減されることを保証する。
【００８６】
オプションとして、ホットワイヤが第１の平面状に位置し、コールドワイヤが、第１の平面と直行する第２の平面状に位置する。これは、第１および第２のホットワイヤに関するコールドワイヤの対称的な位置を可能とする。ホットワイヤに対するコールドワイヤの対称的な位置付けは、コールドワイヤの位置でのより安定したアークプラズマ条件を許容する。したがって、コールドワイヤのより安定した堆積速度を達成することが可能である。
【００８７】
活動的溶接パラメータを、先頭のホットワイヤおよび／または１つ以上の後続のホットワイヤに関連付けることが可能である。
【００８８】
各々のホットワイヤは、個別の電源から電力を供給されることが可能である。これは、多くの応用分野で有利である場合があるが、それは、各々のホットワイヤに対する電力供給の制御が容易になるからである。ホットワイヤ間での磁気干渉もまた、位相シフト溶接電流をホットワイヤに供給することによって軽減される場合がある。これは、従来のスコット結線された電源によって、または例えば、高周波数コンバータなどの複雑な電源を用いることによって達成される場合がある。
【００８９】
２つ以上の個別の電源を用いる溶接装置は、高価でかさばる傾向がある。したがって、制約されたスペース内での溶接などの一部の応用分野の場合、溶接電流をホットワイヤ（複数）に供給するために１つの電源を用いることが望ましい場合がある。
【００９０】
２つ以上のホットワイヤを用いる利点は、所与の量の電力入力に対して、堆積速度が増加する場合があることである。２つ以上のホットワイヤを用いることは、電極の直径の減少を許容し、これが、各々のホットワイヤの電流密度を増加する。増加した電流密度は、電極の事前加熱の増加を許容し、したがって、より高い堆積速度を、溶接パドルに対するより少ない熱伝達で保つことが可能となる。
【００９１】
上述したように、先頭のホットワイヤおよび後続のホットワイヤは、異なる目的を果たす場合がある。先頭のホットワイヤは、有利にもＤＣ電源に接続され、高い電力および高い溶け込みが保証されるが、他方、後続のホットワイヤは、通常は、ＡＣ電源に接続されて、低電流でより多い堆積材料を提供する。先頭のホットワイヤは、通常はより安定している。同様に、先頭の溶接ヘッド中に受容されるホットワイヤは１つのＤＣ電源に接続される場合があるが、他方、後続の溶接ヘッド中に受容されるホットワイヤは１つのＡＣ電源に接続される場合がある。
【００９２】
本発明に関わる方法は、前記先頭のホットワイヤおよび少なくとも１つの後続のホットワイヤに関連する活動的溶接パラメータを測定するステップを含んでもよい。
【００９３】
溶接プロセスで２つ以上のコールドワイヤを用いることが可能である。各々のコールドワイヤの送り速度は、独立に決定することが可能である。これは、コールドワイヤが異なる量の熱に晒され、異なる溶接条件の対象となるときには有利である。また、１つ以上の活動的溶接パラメータの測定を通じて決定された同一の溶接速度を複数のコールドワイヤに適用することも可能である。これで、溶接装置の複雑性を軽減することが可能となる（例えば、１つのコールドワイヤ送り手段によって２つ以上のコールドワイヤを送ることが可能になる）。
【００９４】
本発明の第２の目的は、本発明に関わる方法を実行するためのサブマージアーク溶接システムで達成される。サブマージアーク溶接システムは、第１のホットワイヤを工作物に向けて送るためのホットワイヤ送り手段と、アーク生成、例えば第１のホットワイヤと工作物との間のアークを生成のために電流を前記第１のホットワイヤに伝達して、溶接パドルを生成するための第１の接触手段と、を備える。このシステムは、コールドワイヤを可変コールドワイヤ送り速度で前記溶接パドルに向けて送るための第２のワイヤ送り手段と、第２のワイヤ送り手段を制御するための制御ユニットと、をさらに備える。加えて、このシステムは、少なくとも前記第１のホットワイヤに関連する少なくとも第１の活動的溶接パラメータであって、既存の溶接条件に継続的に適合される第１の活動的溶接パラメータを溶接フェーズの間に継続的に測定し、第１の活動的溶接パラメータ値に関する情報を前記制御ユニットに提供するように適合された測定手段を備える。前記制御ユニットは、コールドワイヤ送り速度の目標値であって、各々が、少なくとも第１の活動的溶接パラメータ値に従って決定される目標値を前記情報に基づいて決定し、かつ前記コールドワイヤ送り速度を前記目標値に調節するように前記第２のワイヤ送り手段を制御するように適合される。
【００９５】
本発明によるこのシステムは、コールドワイヤ送り速度が、１つ以上のホットワイヤの１つ以上の活動的溶接パラメータに適合し、溶接プロセスの間に高すぎるまたは低すぎるようにはならないことを保証する。これが、高い溶接品質および安定した溶接プロセスを保証する。
【００９６】
接触手段は、溶接電流をホットワイヤに伝達するための任意の適切な手段とすることができる。この接触手段は、ホットワイヤを工作物に向けて誘導するように適切に適合される。適切な接触手段の例は、ホットワイヤを受容するように適合された接触チューブであって、電源に接続された接触チューブ、である。
【００９７】
ホットワイヤ送り手段およびコールドワイヤ送り手段は、それらが異なるワイヤ送り速度を提供することが可能となるように配列される。しかしながら、それらは、１つのワイヤ送りユニットの一部を形成してもよい。それらはまた、互いから分離して配置されてもよい。
【００９８】
本発明による測定手段は、活動的溶接パラメータ値を継続的に測定して、前記値に関する情報を前記制御ユニットに提供するように適合される。ホットワイヤに関連する活動的溶接パラメータは、活動的ホットワイヤ溶接パラメータ、または活動的ホットワイヤ溶接パラメータに関連する活動的溶接パラメータである場合がある。活動的ホットワイヤ溶接パラメータという用語は、例えば、ホットワイヤ送り速度、溶接電流、およびアーク電圧を包含する。
【００９９】
特定の活動的溶接パラメータ値に関する情報は、有利にも、この値が測定されるとすぐに、測定手段から制御ユニットに送られて、コールドワイヤ送り速度の調節の不必要な遅延を防止する。
【０１００】
前記測定手段は、ホットワイヤを工作物に向けて送るように配列されたモーターのモーターシャフトの回転速度を測定するように適合されたセンサーを備える場合がある。前記測定手段はまた、ホットワイヤを前記工作物に向けて送るために前記モーターシャフトによって回転されるホットワイヤコイルの直径を測定するためのセンサーを備える場合がある。また、ホットワイヤコイルの直径の推定値を計算するまたは用いることが可能である。この情報は前記制御ユニットに転送され、このユニットは、ホットワイヤ送り速度を計算する。これらのソリューションは簡単で安価である。
【０１０１】
また、ホットワイヤの送り速度を測定する１つ以上のセンサーを用いることが可能である。このソリューションは、より正確な結果を提供する。
【０１０２】
前記測定手段はまた、溶接電流を測定するために、電源中に１つ以上のシャントを備える場合がある。このシャントは、測定される電流の全てがそれを通って流れるように、付加と直列に置かれる。シャントの両端での電圧降下は、それを通って流れる電流に比例し、分路の抵抗は周知であり、したがって、電圧を測定することで、溶接電流の決定を可能とする。
【０１０３】
前記測定手段はまた、アーク電圧を測定するための１つ以上の手段を備える場合がある。アーク電圧は、有利にも、電圧降下を回避するために、工作物とホットワイヤの最も近い端部との間で測定する。
【０１０４】
本発明による制御ユニットは、少なくとも１つの活動的溶接パラメータに関連する情報に基づいてコールドワイヤ送り速度の目標値を決定することが可能な任意の手段である。この制御ユニットは、１つ以上の測定手段から情報を受信して、前記情報に基づいて、活動的溶接パラメータ値を記録、決定、または計算するように配列される。明らかに、前記制御ユニットおよび前記測定手段は、１つの制御手段の一部を形成する場合がある。制御手段は、例えば、制御ユニットと、ホットワイヤ送り速度を記録するための少なくとも１つのセンサーとを備える場合がある。制御手段はまた、アーク電圧を決定するための回路装置を備える場合がある。前記制御ユニットおよび前記測定手段はまた、互いから分離される場合がある。
【０１０５】
活動的溶接パラメータは、対応するホットワイヤで測定される必要はない。例えば、溶接電流は、ホットワイヤに接続された電源で測定することが可能である。
【０１０６】
制御ユニットおよびコールドワイヤ送り手段は、１つのユニットの一部を形成することができ、または個別のエンティティとすることができる。
【０１０７】
この制御ユニットは、コールドワイヤ送り速度の目標値を決定し、前記目標値を実装するようにコールドワイヤ送り手段を制御するように配列される。この制御ユニットはまた、コールドワイヤ送り速度の調節の開始に対する適切な時間遅延を決定するように適合される場合がある。この制御ユニットはまた、コールドワイヤ送り速度調節ステップのための適切な長さおよび高さ、ならびにコールドワイヤ送り速度調節曲線の勾配を決定するように適合される場合がある。これらの調節に関する情報は、信号という形態でコールドワイヤ送り手段に提供することが可能である。
【０１０８】
複数のパラメータを、活動的溶接パラメータとして用いることが可能である。適切な活動的溶接パラメータの例は、ホットワイヤアンペア数、アーク電圧、溶接電流、および溶接エネルギーである。これにより、このシステムおよび方法は複数の異なる溶接プロセス（ＣＡ、ＣＷ、ＣＣなど）と適合する。代替の活動的溶接パラメータは、ホットワイヤ入熱およびホットワイヤ溶接電力である。入熱および溶接電力はまた、１つ以上の活動的溶接パラメータに関連する情報に基づいて計算することが可能である。
【０１０９】
このシステムは、コールドワイヤ送り速度を増加させるべきであることを示す活動的溶接パラメータ値の発生に続いてコールドワイヤ速度が余り迅速に上昇しないことを保証するように配列される。すなわち、このシステムは、コールドワイヤ送り速度が、アークが安定するまではその目標値には到達しないことを保証する。コールドワイヤ送り速度の増加の開始が遅延される場合があり、またはこの増加が活動的パラメータ値の平均変化速度よりも遅い平均速度で実施される場合がある。もちろん、これらの２つの代替案を組み合わせることが可能である。
【０１１０】
コールドワイヤ送り速度を、その目標値に到達するまで最高で１００ｃｍ／分、好ましくは１〜１０ｃｍ／分、最も好ましくは４〜６ｃｍ／分の段階で増加する場合がある。例えば、目標値と現行のコールドワイヤ送り速度値との差が１ｃｍ／分未満であるときには、１ｃｍ／分よりも小さい段階を用いることが可能である。
【０１１１】
一部の実施形態では、コールドワイヤ送り速度は、目標値と現行のコールドワイヤ送り速度値との差が所定の値を超える場合にのみ、調節される。
【０１１２】
この段階は、有利にも、コールドワイヤ送り速度がその目標値に到達するまで、１０〜１０００ｍｓ、好ましくは５０〜５００ｍｓ、そして最も好ましくは７５〜１２５ｍｓの間隔で実行される。
【０１１３】
コールドワイヤ送り速度の目標値までの増加は、同じ高さ（ｃｍ／分）の段階でまたは一定の間隔（ｍｓ）で実行する必要はない。
【０１１４】
コールドワイヤ送り速度の減少は、有利にも、前記減少を引き起こす活動的溶接パラメータ値（複数可）の発生に対して即座にまたは、少なくとも２００ｍｓ以内に、有利には１００ｍｓ以内に、より有利には１０ｍｓ以内に、最も有利には１ｍｓ以内に実行される。コールドワイヤ送り速度の迅速な減少は、アークが安定する前にコールドワイヤが溶接パドルの底に衝突しないことを保証する。
【０１１５】
いったんコールドワイヤ送り速度がその目標値に到達すれば、アークが安定することを保証するために、コールドワイヤ送り速度は、目標値未満の水準に減少され、次に、目標値に増加される場合がある。
【０１１６】
コールドワイヤ送り速度の増加または減少は、１つ以上の段階で実行される場合がある。代替的には、コールドワイヤ送り速度の調節は継続的である場合がある。また、これら２つの代替例の任意の組み合わせを用いることが可能である。
【０１１７】
本発明によるシステムは、少なくとも１つのコールドワイヤおよび少なくとも１つのホットワイヤを受容するように適合された少なくとも１つの溶接ヘッドを備える場合がある。有利にも、溶接ヘッドは、３つ以上のワイヤを受容するように適合され、これがこのシステムをよりコンパクトなものとする。
【０１１８】
代替的には、このシステムは、１つ以上のホットワイヤを受容するように適合された少なくとも１つの溶接ヘッドと、１つ以上のコールドワイヤを溶接パドルに向けて送るための手段と、を備える。このシステムは、複数のコールドワイヤを受容するように配列された１つの溶接ヘッド、または１つ以上のコールドワイヤを受容するように配列された複数の溶接ヘッドを備える場合がある。ホットワイヤおよびコールドワイヤは、個別の溶接ヘッドまたはワイヤ送りユニット中に受容される場合がある。
【０１１９】
サブマージアーク溶接システムは、ホットワイヤおよびコールドワイヤを工作物に向けて、互いに対して異なる位置で、かつ異なる方向に送るように配列することが可能である。
【０１２０】
本発明に関わるシステムは、有利にも、第２の消耗ホットワイヤ電極を工作物に向けて送るように配列されたホットワイヤ送り手段と、アーク生成のために前記第２のホットワイヤに電流を伝達して、例えば、第２のホットワイヤと工作物との間にアークを生成するように配列された第２の接触手段と、を備え、前記第１および第２の第１および第２の接触手段は、共通の溶接パドルを生成するために電流を伝達するように配列される。このシステムはまた、溶接フェーズの間に、少なくとも前記第２のホットワイヤに関連する少なくとも第２の活動的溶接パラメータであって、既存の溶接状態に継続的に適合される、第２の活動的溶接パラメータを継続的に測定するように配列された測定手段を備える場合がある。前記測定手段は、測定された第２の活動的溶接パラメータ値に関する情報を、それらが測定されるとすぐに、制御ユニットに提供する。制御ユニットは、コールドワイヤ送り速度の目標値を前記第１および第２の活動的溶接パラメータに関連する情報に基づいて継続的に決定し、かつ、前記コールドワイヤ送り速度を前記目標値に調節するように前記第２のワイヤ送り手段を制御するように配列される。
【０１２１】
第１のホットワイヤを送るためのホットワイヤ送り手段を、第２のホットワイヤを送るためのホットワイヤ送り手段から分離することが可能である。代替的には、第１および第２のホットワイヤを送るためのホットワイヤ送り手段は、１つであり、同一である場合がある。
【０１２２】
制御ユニットは、複数の活動的溶接パラメータ値を受信し、コールドワイヤ送り速度の目標値を決定する前に、任意の適切な方式を用いて、受信された値を量るまたは前記値の一部もしくはすべての平均値を計算する。
【０１２３】
前記第１および第２の接触手段は、同一の電源に接続されても、または異なる電源に接続されてもよい。１つの実施形態では、電源のうちの一方は、ＡＣ電源であり、他方の電源は、ＤＣ電源である。
【０１２４】
本発明に関わるシステムは、もちろん、２つ以上のコールドワイヤを受容するように配列される場合がある。さらなるコールドワイヤは、個別に制御される場合がある。代替的には、コールドワイヤ送り速度の同一の目標値を、コールドワイヤの全てまたは一部に適用することが可能である。これは、コールドワイヤのうちの１つ以上が同一の組成および寸法を有するときには、適切である場合がある。同一の活動的溶接パラメータ値はまた、複数のコールドワイヤに対する個々のコールドワイヤ送り速度を決定するために用いることが可能である。コールドワイヤに対する個々の送り速度は、例えば、そのコールドワイヤの組成および寸法に従って決定される場合がある。
【０１２５】
制御ユニットは、コールドワイヤ送り速度の目標値を決定するために任意の適切な機能を用いてもよいが、少なくとも１つの変数は活動的溶接パラメータである。また、所定の表または類似した手段を用いることも可能であり、活動的溶接パラメータ値がコールドワイヤ送り速度の目標値に対応する。例えば、制御ユニットは、ホットワイヤ送り速度の６０〜８０％であるコールドワイヤ送り速度を適用するようにプログラムされる場合がある。
【０１２６】
前記第２のホットワイヤに関連する活動的溶接パラメータを測定するための測定手段は、前記第１のホットワイヤに関連する活動的溶接パラメータを測定するための測定手段と同一であってもよく、または別箇であってもよい。本発明による測定手段は、１つ以上のホットワイヤに関連する１つ以上の活動的溶接パラメータを測定するように配列される場合がある。
【０１２７】
コールドワイヤは、有利にも、２つ以上のホットワイヤの重なり合うアークゾーン中に導入され、溶接電流を増加させる必要なく、堆積速度を増加させる。
【０１２８】
２つのホットワイヤ間にコールドワイヤを配列することが好ましい場合がある。ホットワイヤは、好ましくは、アークの円錐直径未満の軸方向距離のところに搭載される場合がある（通常は、アークがホットワイヤの先端から工作物に至る円錐内に存在し、通常の開口角度は、溶接パドルの表面で測定したときに、約３０°であると仮定される）。この配列によって、コールドワイヤは、溶接結果にとって有益であるとみられている双方のホットワイヤの円錐によって画定されるアーク区域の外側部分中に導入される。
【０１２９】
サブマージアーク溶接は、完全機械化された、半自動式の、または自動式のプロセスとして動作させることが可能である。
【０１３０】
保護の範囲は、測定手段が活動的溶接パラメータ値を測定し、制御手段が、前記測定値に対応する他の活動的溶接パラメータ値（例えば、モーター速度）を決定するために前記測定値を用い、制御手段が、前記決定された活動的溶接パラメータ値を用いて、活動的溶接パラメータ（例えば、モーター速度）を調節し、かつ対応するコールドワイヤ送り速度値を決定する実施形態を包含する。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
本発明は、上述および他の目的および利点と共に、本発明の例示の実施形態の次の詳細な説明から最もよく理解することができる。この詳細な説明は、以下の図面に対する参照を含む。
【０１３２】
【図１ａ】１つの電源に接続された本発明によるツインワイヤ溶接装置を示す。
【図１ｂ】図１ａの溶接装置の代替実施形態を示す。
【図２】本発明によるアーク溶接用の溶接ヘッドを示す。
【図３】９０°だけ反時計回り方向に回転した図２の溶接ヘッドを示す。
【図４】図２の斜視図、すなわちアーク溶接ヘッドを示す。
【図５】アーク溶接用の溶接ヘッドの例示的な実施形態の側面図を示す。
【図６ａ−ｃ】ホットワイヤおよびコールドワイヤの異なる配設を示す。
【図７ａ−ｃ】ホットワイヤおよびコールドワイヤを備える２つのアーク溶接ヘッドの異なる配設を示す。
【図８ａ−８ｂ】コールドワイヤ送り速度と可変の活動的溶接パラメータとの間の可能な関係をグラフで示す。
【発明を実施するための形態】
【０１３３】
図面中、等しいまたは類似した要素は、等しい参照番号によって称される。図面は単に略式の表現であり、本発明の特定のパラメータを表現することを意図するものではない。その上、図面は、本発明の一般的な実施形態のみを示すことを意図し、したがって、本発明の範囲を制限するものと考えるべきではない。
【０１３４】
図１ａは、ツイン溶接装置１を備えるサブマージアーク溶接システム９の部分を示す。ツイン溶接装置は、第１のホットワイヤ４を溶接パドル６に向けて誘導するための第１の接触チューブ２を含む。第１の接触チューブ２は、従来の様式で接触先端８中に配列される。溶接電流は、前記接触チューブ２を通して第１のホットワイヤ４に伝達される。第２の接触チューブ１０は、第２のホットワイヤ１２を溶接パドル６に向けて誘導するためのツインワイヤ溶接装置１中に配列される。第２の接触チューブ１０は、従来の様式で接触先端１４中に配列される。第１および第２の接触先端８、１４は、部品によって統合される場合がある１つの本体または個別の本体中に配列される場合がある。第２の接触チューブ１０において、溶接電流が第２のホットワイヤ１２に伝達される。
【０１３５】
１つの電源１６は、接触先端８、１４を含み、第１および第２の接触チューブ２、１０を収納する接触デバイス１８に接続される。この１つの電源１６は、同一の電位を第１および第２のホットワイヤ４、１２に提供する。この電源は、溶接コンバータ、溶接変圧器、整流器、サイリスタ制御式整流器、またはインバータなどのツインワイヤ溶接のために動作可能な任意の従来タイプのものである場合がある。ツインワイヤ溶接装置１は、コールドワイヤ２２を溶接パドル６中に送るための送り装置をさらに含む。送り装置は、第１および第２の接触先端８、１４から電気的に絶縁されているチューブ２４を含む。コールドワイヤ２２は、チューブ２４を介して送られる。溶接するとき、アーク４０は、第１および第２のホットワイヤ４、１２において存在するが、コールドワイヤ２２においては存在しない。コールドワイヤ２２は、コールドワイヤをアーク４０の区域に導入することによって溶融される。適切には、コールドワイヤ２２は、どの電源にも接続されず、したがって、一般に接地電位を取る。しかしながら、コールドワイヤ２２を、コールドワイヤを事前加熱するために電源に接続することは可能である。しかしながら、コールドワイヤ２２は、アーク発生のために電源に接続されることはない。チューブ２４は、第１および第２の接触先端８，１４から絶縁された金蔵製チューブまたはセラミック製チューブであり得る。
【０１３６】
サブマージアーク溶接においては、アーク４０は、電極の先端と工作物との間に存在する。アークおよび溶融した材料は、粉砕されたフラックスの層の下に保護される。フラックスは、プロセスの間に部分的に溶融し、それによりスラグの保護層を溶接パドル上に形成する。
【０１３７】
アーク４０を図１ａに示す。工作物でのアーク４０の接触部は、ランダムな様式で運動している。しかしながら、通常は、アーク４０は、ホットワイヤの先端３４から溶接パドル６に至る円錐４２内に存在するものと考えられる。円錐４２の開口角度βは、溶接の場合ごとに異なりる場合がある。しかしながら、通常の開口角度βは約３０°である。この理由によって、コールドワイヤ２２を、それに対して本質的に直交する方向に消耗電極の先端３４で測定した軸方向距離Ｄが、消耗電極からＬ＊ｃｏｔａｎ（β／２）未満であるあるアークエリアに入るように置くことが好ましい。ここで、Ｌはアーク長であり、これは、電極先端３４から溶接パドルの最も近いポイント３６までの距離である。
【０１３８】
フラックスホッパー１１（図２を参照）は、ホットワイヤ４、１２およびコールドワイヤ２２を保持する接触デバイス１６０に粒状フラックスを送るように配列される。粒状フラックスは、ノズル（図示せず）を介して接触デバイス１６０に送られる。
【０１３９】
コールドワイヤ２２を２つのホットワイヤ４、１２間に配列することが好ましい場合がある。ホットワイヤ４、１２は、好ましくは、溶接パドル６の表面３０で測定したときに円錐直径未満である軸方向距離Ａに搭載される。この配列によって、コールドワイヤ２２は、溶接結果にとって有益である、双方のホットワイヤ４、１２の円錐４２によって画定されるアークエリアの外側部分中に導入される。
【０１４０】
ツインワイヤ溶接装置１は、第１のホットワイヤ４の送り速度を測定するためのセンサー２７をさらに備える。
【０１４１】
もちろん、２つ以上のセンサーを用いることと、双方のホットワイヤの送り速度を測定することが可能である。しかしながら、ツイン溶接において、２つのホットワイヤが同一の電源に接続されるとき、ホットワイヤは、しばしば、１つのホットワイヤと考えられて、たった１つのセンサーしか必要とされない。
【０１４２】
代替の実施形態では、センサー２７は、例えば、溶接電流またはアーク電圧などの他の活動的溶接パラメータを測定するように適合された任意の適切な測定手段によって置き換えられる場合がある。
【０１４３】
図１のツインワイヤ溶接装置１は、ＣＡ溶接プロセスを実行するように適合される。ホットワイヤ先端３４と工作物との間の変動する距離などの攪乱は、溶接プロセスに対して否定的な影響を有する場合がある。結果として、ツインワイヤ溶接装置１は、攪乱を埋め合わせるために、アンペア数を本質的に一定の水準に保つようにホットワイヤ４、１０の送り速度を調節するように適合される。
【０１４４】
センサー２７は、約１ミリ秒の間隔でホットワイヤ４の送り速度を継続的に測定するように配設され、測定されたホットワイヤ送り速度値を制御ユニット３１に転送する。制御ユニット３１は、受信した値をフィルタリングするが、コールドワイヤ２２の送り速度を制御するために次いで用いられるこの値は、７５〜１２５ミリ秒間の平均長さを有する間隔で測定される。各々のフィルタリングされた値に対して、制御ユニット３１は、コールドワイヤ２２の送り速度の対応する目標値を決定する。
【０１４５】
制御ユニット３１はまた、目標値が現行のコールドワイヤ２２の送り速度よりも高いか低いかを判定する。コールドワイヤ２２の送り速度の減少は、有利にも、可能な限り迅速に実行するが、コールドワイヤ送り速度の増加は、前記増加のサイズに依存する時間期間だけ遅延させて、コールドワイヤ２２の送り速度がその目標値に到達する前にはアーク４０が安定していることを保証すべきである。
【０１４６】
コールドワイヤ２２を工作物に向けて送るために配置されたコールドワイヤ送り手段３５（以下に詳述する）に対して、信号が制御ユニット３１から送られる。コールドワイヤ送り手段３５は、制御ユニット３１からの命令に従って、コールドワイヤ２２の送り速度を増加または減少させる。
【０１４７】
図１ｂは、図１ａによる溶接装置１の代替実施形態を示すが、ここで、ホットワイヤ４、１２は、個別の電源１６、１７に接続されて、異なる送り速度で送られる場合がある。
【０１４８】
図１ｂの溶接装置は、鋼チューブ（図示せず）の周りを２回だけ走行して、前記鋼チューブを別の鋼チューブに溶接するようにプログラムすることが可能である。溶接方向から見たときに、第１のホットワイヤ４は、先頭のホットワイヤであり、第２のホットワイヤ１２は、後続のホットワイヤである。第１のホットワイヤ４は、第１の電源１６に接続され、第２のホットワイヤ１２は、第２の電源１７に接続されている。
【０１４９】
第２のセンサー４１は、第２のホットワイヤ１２の送り速度を測定するように配列される。第２のセンサー４１は、双方のセンサー２７、４１から情報を受信するように配列された制御ユニット３１に接続される。
【０１５０】
第１のラップの間、第１の電源１６は、ＤＣを第１のホットワイヤ４に伝達し、これは適切な溶け込みを保証するが、第２の電源１７は、第２のホットワイヤ１２にＡＣを提供する。したがって、第２のホットワイヤ１２は、溶接ビードの外観、輪郭、および充填量に大きい影響を有する。第１の電源１６は、第２のラップの開始時にＤＣからＡＣに切り替わり、それによって、ホットワイヤ４、１２の双方が、第２のラップの間に溶接ビードの外観、輪郭、および充填量に大きい影響を有する。
【０１５１】
センサー２７、４１は、ホットワイヤ４、１２の送り速度を継続的に測定して、ホットワイヤ送り速度に関する情報を制御ユニット３１に提供するように配列される。
【０１５２】
制御ユニット３１は、第２のセンサー４１から受信したホットワイヤ１２の送り速度値を用いて、第１のラップの間にコールドワイヤ２２の送り速度を制御し、かつ、第２のラップの間に第１および第２のセンサー２７、４１から受信したホットワイヤ４、１２の送り速度値の平均値を用いるようにプログラムされる。これが、コールドワイヤ２２の送り速度が、溶接パドル６の充填に最大の影響を有するホットワイヤ（複数可）４、１２の送り速度にリンクされることを保証する。
【０１５３】
図２〜４は、図１ａのシステム９中のツイン溶接装置１に対する電気アーク溶接用溶接ヘッド１００の異なる図を示す。
【０１５４】
一方の端部では、溶接ヘッド１００は、接触デバイス１６０を備えるが、溶接の間これは、溶接される工作物に極めて接近している。接触デバイス１６０は、ワイヤ４、２２、１２（コールドワイヤ２２のみを図２に示す）を備えるワイヤアセンブリ１７０を保持する。ワイヤ４、２２、１２は、接触デバイス１６０の下方端部で出口１６２を通して接触デバイス１６０から出るが、この下方端部は、溶接動作の間、工作物に対面する。ワイヤ４、２２、１２は、コイル（図示せず）などのそれぞれのリザーバからアーク溶接ヘッド１００に向けて供給される場合がある。
【０１５５】
上述したように、ワイヤアセンブリ１７０は、接触デバイス１６０中に配列された２つのホットワイヤ４、１２およびコールドワイヤ２２を備える。ホットワイヤ４、１２は、二重ワイヤ配列として並列に供給されるいわゆるツインワイヤとして配列される。
【０１５６】
接触デバイス１６０の上に、フィーダー手段１５０が、ホットワイヤ４、１２を接触デバイス１６０に向けて送るように配列される。一般的には、フィーダー手段１５０は、ホットワイヤ４、１２を接触デバイス１６０に向けて運動させる溝付きホイールを備える。フィーダー手段１５０は、コールドワイヤ２２を通して送る、電気的絶縁部分１５６を備える。電気的絶縁部分１５６は、コールドワイヤ２２用の余分の絶縁溝を持つフィーダーホイールから成る可能性がある。コールドワイヤ２２は、ワイヤ送り手段１５０を自由に通過することが可能である。フィーダーホイールは、駆動ユニット１５２、例えば、電動機によって駆動される。
【０１５７】
フラックスホッパー１１は、粒状フラックスを、ノズル（図示せず）を介して接触デバイス１６０に送る。
【０１５８】
駆動ユニット１５２以外にも、ワイヤ送り手段１５０は、駆動シャフトを備えるギアを備える。ギアの駆動シャフト上に、送りホイール１５４（図５）が配列されているが、これを、別のホイール（図示せず）によって加圧することが可能である。送りホイール１５４は、ワイヤを、接触デバイス１６０の方向で前方に駆動する。
【０１５９】
ワイヤ送り手段１５０上に、ホットワイヤ４、１２の癖を取るためのワイヤ癖取りユニット１４０が配列される。ワイヤ癖取りユニット１４０の最前の位置に示されている２つのローラーを用いて、ワイヤ癖取りデバイスの後方部で互いの上に垂直に配列されている３つの固定ホイールに圧力を印加する。ローラーがホイールに印加している圧力は、ワイヤ癖取りユニット１４０の外側のノブを介して調節可能である。３つのホイールに対するローラーの圧力は、ワイヤを癖取りする。ワイヤ癖取りユニット１４０は、コールドワイヤ２２がワイヤ癖取りユニット１４０中を自由に通過することが可能な電気的絶縁部分１４６を備える。
【０１６０】
ワイヤ癖取りユニット１４０上に、コールドワイヤ２２を接触デバイス１６０に向けて送るための個別のワイヤ送り手段３５が、配置される。ワイヤ送り手段３５上に、駆動ユニット１３２、例えば、ワイヤ送り手段３５のフィーダーホイールを駆動する電動機が、配列される。駆動ユニット１３２以外に、ワイヤ送り手段３５は、駆動シャフトを持つギアを備える。ギアの駆動シャフト上に、別のホイール（図示せず）によって加圧することが可能な送りホイール１３４（図５）が配列される。送りホイール１３４は、ワイヤ電極を接触デバイス１６０の方向に前方に駆動する。
【０１６１】
ワイヤ送り手段３５上に、コールドワイヤ２２を癖取りするための個別のワイヤ癖取りユニット１２０が配列される。したがって、溶接ヘッド１００の長手方向延在部に沿って、ワイヤボビン（図示せず）などのワイヤリザーバから接触ノズルにコールドワイヤ２２を誘導するための電気的絶縁ダクト１８０が提供される。フィーダー手段１５０と１３０との間で、かつワイヤ癖取りユニット１２０の上方に、コールドワイヤ２２を受容する電気的絶縁ワイヤ導管を配列することが可能である。
【０１６２】
特に、電気的絶縁ダクト１８０は、ワイヤ癖取りユニット１４０の電気的絶縁部分１４６、非絶縁ホットワイヤ４、１２用のワイヤ送り手段１５０の電気的絶縁部分１５６、および接触デバイス１６０の電気的絶縁部分、ならびにユニット１３０、１４０、１５０、１６０、および上方の電気的絶縁コールドワイヤ２２用のワイヤ癖取りユニット１２０の間の電気的絶縁ワイヤ導管から成る。
【０１６３】
ホットワイヤおよびコールドワイヤ用の適切な接触デバイスの詳細な説明は、例えば、国際公開第２０１２／０４１３７５  Ａ１号に提供されている。
【０１６４】
上述したように、アーク溶接装置１には、ホットワイヤ４の送り速度を測定するためのセンサー２７（図１を参照）が装備されている。代替的には、ホットワイヤ送り速度は、ホットワイヤコイルの回転数をカウントするパルスセンサー（図示せず）によって測定することが可能である。このセンサーは、この情報を制御ユニット３１に送り、このユニットは、ホットワイヤ送り速度を所定の時間期間の間の回転数およびホットワイヤコイルの推定直径に基づいて計算する。ホットワイヤコイルの直径を測定するためのセンサーを提供することが可能である。
【０１６５】
図５は、図２〜４に示すのと実質的に同一のレイアウトのアーク溶接用溶接ヘッド１００の側面図である。ワイヤ癖取りユニット１４０の上方に、ツインワイヤ用の２つの誘導チューブ１４２、１４４が提供される。誘導チューブ１４２、１４４は、溶接ヘッド１００の長手方向延在部に交差するように配列される。コールドワイヤ（図示せず）用のワイヤ送り手段３５とホットワイヤ（図示せず）用のワイヤ癖取りユニット１４０との間に、コールドワイヤ用の誘導チューブ１８２が配列される。駆動ユニット１３２、１５２は、ワイヤの速度制御用のパルスセンサーを装備することが可能である。接触デバイス１６０に近接して、フラックスホッパー１１４（図２〜４）用のノズル１１６が配列され、接触デバイス１６０の長手方向軸に平行に配列されるロッド１１８に対して、ノズル１１６が固定されている。
【０１６６】
図６ａ〜ｃは、溶接方向２０に対する電極アセンブリ１７０中でのホットワイヤおよびコールドワイヤ４、１２、２２の配列を表示する。
【０１６７】
図６ａは、溶接方向２０から見たときの、コールドワイヤ２２の後方に配列された第１のホットワイヤ４を有する電極アセンブリ１７０の第１の変更例を示す。
【０１６８】
コールドワイヤ２２の送り速度は、第１のホットワイヤ４に関連する活動的溶接パラメータに従って調節することが可能である。適切な活動的溶接パラメータの例は、ホットワイヤ送り速度、溶接電流、およびアーク電圧である。また、コールドワイヤ２２の送り速度を、第１のホットワイヤ４に関連する複数の活動的溶接パラメータに従って調節することも可能である。例えば、溶接電流、溶接速度、およびアーク電圧を測定し、コールドワイヤ２２の送り速度を入熱に依存させること（等式３）が可能である。
【０１６９】
共通電源（図示せず）に接続された２つのホットワイヤ４、１２間に置かれたコールドワイヤ２２を備える電極アセンブリ１７０の第２の変更例を図６ｂに示す。
【０１７０】
ホットワイヤ４、１２のうちの一方のみに対する活動的溶接パラメータを測定するセンサー（図示せず）が適切に提供される。測定目的の同一のホットワイヤ４、１２を、１つのホットワイヤとして示されている。コールドワイヤ２２の送り速度は、図６ａを参照して説明するように決定される。
【０１７１】
示すように、溶接方向２０でコールドワイヤ２２の前に置かれた２つのホットワイヤ４、１２を備える電極アセンブリ１７０の第３の変更例を図６ｃに示す。ホットワイヤは、個別の電源（図示せず）に接続される。
【０１７２】
コールドワイヤ２２の送り速度は、複数の方法で決定することが可能である。第１のホットワイヤ４と関連する第１の活動的溶接パラメータと、第２のホットワイヤ１２と関連する第２の活動的溶接パラメータとを測定することが可能である。第１および第２の活動的溶接パラメータは、同一のタイプのものであり、各々のコールドワイヤ２２の送り速度目標値は、第１および第２の活動的溶接パラメータ値の平均値に対応する。また、平均値が計算される前に測定された活動的溶接パラメータを量ることが可能である。例えば、第２のホットワイヤ１２がＡＣ電源に接続され、第１のホットワイヤ４がＤＣ電源に接続されたときに、コールドワイヤ２２の送り速度に対する第２のホットワイヤ１２の影響を増すことが望ましいことがある場合がある。代替的には、異なるタイプの活動的溶接パラメータを測定して、これらを用いて、コールドワイヤ２２の送り速度の目標値を計算する場合がある。
【０１７３】
図７ａ〜７ｃは、２つのアーク溶接用溶接ビード１００ａ、１００ｂを備える溶接ヘッドアセンブリ２００の配列を示す。各々の溶接ヘッド１００ａ、１００ｂは、コールドワイヤ２２ａ、２２ｂおよび１つ以上のホットワイヤ４ａ、４ｂ、１２ａ、１２ｂを持つ電極アセンブリ１７０ａ、１７０ｂを備える。
【０１７４】
図７ａは、各々の溶接ヘッド１００ａ、１００ｂが１つのホットワイヤ４ａ、４ｂおよび１つのコールドワイヤ２２ａ、２２ｂを備える溶接ヘッドアセンブリ２００の第１の変更例である。コールドワイヤ２２ａ、２２ｂは、溶接ヘッドアセンブリ２００の最外側のワイヤである。
【０１７５】
溶接ヘッド１００ａ、１００ｂは、個別の電源（図示せず）に接続される。第１の溶接ヘッド１００ａ中のコールドワイヤ２２ａの送り速度は、第１の溶接ヘッド１００ａ中のホットワイヤ４ａに関連する１つ以上の活動的溶接パラメータに依存する。第２の溶接ヘッド１００ｂ中のコールドワイヤ２２ｂの送り速度は、第２の溶接ヘッド１００ｂ中のホットワイヤ４ｂに関連する１つ以上の活動的溶接パラメータに依存する。
【０１７６】
第２の変更例を図７ｂに示すが、ここで、各々の溶接ヘッド１００ａ、１００ｂは３つのワイヤ４ａ、２２ａ、１２ａ、４ｂ、２２ｂ、１２ｂを持つワイヤアセンブリ１７０ａ、１７０ｂを備え、各々のコールドワイヤ２２ａ、２２ｂが、２つのホットワイヤ４ａ、１２ａ、４ｂ、１２ｂの中間に配列される。第２の溶接ヘッド１００ｂは、溶接方向２０から見たときに、先頭の溶接ヘッドである。
【０１７７】
第１の溶接ヘッド１００ａはＡＣ電源（図示せず）に接続され、第２の溶接ヘッド１００ｂはＤＣ電源（図示せず）に接続される。第１の溶接ヘッド１００ａ中のコールドワイヤ２２ａの送り速度は、有利にも、前記第１の溶接ヘッド１００ａ中の前記第１および第２のホットワイヤ４ａ、１２ａの一方または双方に関連する１つ以上の活動的溶接パラメータに従い、第２の溶接ヘッド１００ｂ中のコールドワイヤ２２ｂの送り速度は、有利にも、前記第２の溶接ヘッド１００ｂ中の前記第１および第２のホットワイヤ４ｂ、１２ｂの一方または双方に関連する１つ以上の活動的溶接パラメータに従う。
【０１７８】
図７ｃは、コールドワイヤ２２ａ、２２ｂが溶接ヘッドアセンブリ２００の外側に置かれている状態の、各々の溶接ヘッド１００ａ、１００ｂ中の３つのワイヤ４ａ、４ｂ、１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂを持つ第３の変更例を示す。第１の溶接ヘッド１００ａはＡＣ電源に接続され、他方、第２の溶接ヘッド１００ｂは、溶接の間にＤＣからＡＣに切り替わるように配列された電源に接続される。
【０１７９】
第１のラップの間、コールドワイヤ２２ａ、２２ｂの送り速度は、図７ｂを参照して上述したように判定される。第２のラップの間、同一のタイプの活動的パラメータ値は、全ての４つのホットワイヤ４ａ、４ｂおよび２２ａ、２２ｂに対して測定され、コールドワイヤ２２ａ、２２ｂの送り速度の目標値は、前記活動的パラメータ値の対応する平均値に従って調節される。
【０１８０】
その一部だけを上述した１つ以上のコールドワイヤの目標値を決定する多くの可能な方法がある。保護の範囲は上記の実施形態には限られないが、これらは、保護の範囲から逸脱することなく、多くの異なる方法で組み合わせ、修正することが可能である。
【０１８１】
代替の実施形態もまた、２つ以上の制御ユニットと、例えば、速度センサー、パルスセンサー、測定ケーブル、およびシャントの形態の複数の測定手段と、を備える場合がある。
【０１８２】
サブマージアーク溶接プロセスを制御するための、より具体的には、サブマージアーク溶接プロセスでコールドワイヤ送り速度を制御するための方法の２つの例示の実施形態および代替の実施形態を、図８ａ、８ｂを参照して以下に説明する。
【０１８３】
簡潔さの目的で、次の説明は、１つのコールドワイヤの送り速度がどのようにして、１つのホットワイヤ（図６ａを参照）の送り速度に従って調節することが可能であるかを示す。ホットワイヤ送り速度は、アーク電圧を本質的に一定に保つ（ＣＡ）ように調節される。原理は一般的であり、１つ以上のコールドワイヤの送り速度が１つ以上のホットワイヤに関連する（任意のタイプの）１つ以上の活動的溶接パラメータに従って制御されるときにも適用されることを当業者は理解する。当業者はまた、原理は、他のタイプの溶接プロセス、例えば、ＣＷおよびＣＣに適用可能であることも理解する。
【０１８４】
当業者は、図８ａおよび８ｂに示す曲線は適切なホットワイヤおよびコールドワイヤの送り速度変動の正確な表現ではないことを理解する。しかしながら、曲線は、本発明による方法の背後にある一般的な原理を示す。
【０１８５】
図８ａは、ホットワイヤ送り速度（実線）がどのように時間と共に変化するかを示す線図である。この線図はまた、どのようにコールドワイヤ送り速度（破線）がホットワイヤ送り速度に追随するかを示す。
【０１８６】
ホットワイヤ送り速度は、継続的に測定され、測定された値は、制御ユニット中でフィルタリングされる。各々のフィルタリングされた値に対して、制御ユニットは、コールドワイヤの対応する送り速度目標値を決定し、コールドワイヤ送り手段は、コールドワイヤ送り速度を前記目標値に調節する。制御ユニットはまた、前記目標値を現行のコールドワイヤ送り速度値と比較する。ここで示すように、コールドワイヤ送り速度を調節するための手順は、前記比較の結果に依存する。
【０１８７】
当初、ホットワイヤ送り速度は本質的に一定である（ｔ０〜ｔ１）。次に、攪乱があり、ホットワイヤを通じて伝達される溶接電流が、例えば、ホットワイヤの先端と工作物との間の増加した距離の結果として降下する。溶接電流をその以前の値に復元するために、溶接装置は、ホットワイヤ送り速度を増加し（ｔ１）、ホットワイヤ端部と工作物との間の距離が減少する。その後まもなく（ｔ２）、溶接電流の増加を引き起こす別の攪乱がある。その結果、ホットワイヤ送り速度は減少し、以前と同じように、溶接電流をその以前の値に復元する。次に、溶接電流は再度減少し、また、溶接電流は増加し（ｔ３）、それによって、溶接電流は、時間と共に本質的に一定の水準に保たれる。
【０１８８】
破線は、どのようにコールドワイヤ送り速度が、ホットワイヤ送り速度の変動に追随するかを示す。ｔ１で、ホットワイヤ送り速度センサーは、ホットワイヤ送り速度値を測定し、この値は制御ユニットに伝達される。制御ユニットは、コールドワイヤ送り速度の対応する目標値を計算して、前記目標値を現行のコールドワイヤ送り速度値と比較する。コールドワイヤ送り速度の来たるべき増加が認識され、制御ユニットは、コールドワイヤ送り速度の増加に対する適切な勾配を決定する。その後、制御ユニットは、信号をコールドワイヤ送り手段に送り、この手段はコールドワイヤ送り速度をその目標値までゆっくりと増加させる（ｔ１〜ｔ４）。時間遅延（ｔ１〜ｔ４）は、コールドワイヤがその目標の送り速度に到達するときにアークが安定していることを保証する。センサーは、ホットワイヤ送り速度値を継続的に測定して、制御ユニットに伝達して、少し後で（ｔ２）、制御ユニットは、ホットワイヤ送り速度の急激な減少を登録する。新しいホットワイヤ送り速度は、現行のコールドワイヤ送り速度よりも低いコールドワイヤ送り速度の目標値に対応する。制御ユニットは、コールドワイヤ送り速度を決定された目標値に即座に減少させるようにコールドワイヤ送り手段に指示して、コールドワイヤが溶接パドルの底に衝突することを防止する。その後まもなく（ｔ３）、制御ユニットは、ホットワイヤ送り速度のさらに別の増加を特定し、コールドワイヤ送り速度がそれに従って調節されて、それがその新しい目標値に到達するまでゆっくりと増加する（ｔ５）。
【０１８９】
代替的には、センサーは、電流を測定するように適合され、この電流値を用いて、ホットワイヤおよびコールドワイヤの双方の新しい送り速度値を決定する場合がある。
【０１９０】
図８ｂのホットワイヤ送り速度曲線は、大部分について（ｔ０〜ｔ２）、図８ａのホットワイヤ送り速度曲線と同一である。しかしながら、ホットワイヤ送り速度は、その減少に続いて減少した水準に留まる（ｔ２）。
【０１９１】
コールドワイヤ送り速度は、制御ユニットによって決定された長さ（ｍｓ）および高さ（ｃｍ／分）を有する段階的に（ｔ１〜ｔ４）増加する。ホットワイヤ送り速度が降下するとき（ｔ３）、コールドワイヤ送り速度は、最初に、コールドワイヤ送り速度の目標値未満に減少して、制御ユニットによって決定された時間期間（ｔ２〜ｔ５）にわたってこの水準に留まってから、その後、それは、１つの段階でその目標値に増加する（ｔ５）。
【０１９２】
代替の実施形態では、コールドワイヤ送り速度は、コールドワイヤ送り速度の減少に続いて段階的に増加する場合がある。また、第１のコールドワイヤ送り速度増加の増加開始を遅延させることも可能である。上述した実施形態の任意の組み合わせは、特許せいきゅの範囲によって提供される保護の範囲に包含される。
【０１９３】
センサーは、所定の間隔でホットワイヤ送り速度を測定する。有利にも、コールドワイヤ送り速度の増加または減少の間に、センサーが、最後に検出されたホットワイヤ送り速度値とは異なる新しいホットワイヤ送り速度値を登録する場合に、制御ユニットがコールドワイヤ送り速度の新しい目標値を決定する。この新しい目標値は現行の目標値に取って代わる。すなわち、コールドワイヤ送り手段は、コールドワイヤ送り速度を新しい目標値に調節するように即座に命令する（もちろん、コールドワイヤ送り速度がその新しい目標値に到達する前に、図８ａ、８ｂに示すように遅延がある場合がある）。制御ユニットはまた、コールドワイヤ送り速度の増加の新しい勾配と、任意の調節ステップの新しい時間遅延ならびに高さおよび長さと、を決定する場合がある。
【０１９４】
特許請求の範囲によって提供される保護の範囲は、上述した実施形態には限定されない。実施形態および特徴は、保護の範囲から逸脱することなく、多くの方法で組み合わせることが可能である。例えば、図１に示すシステム９は、アーク電圧を測定するための手段を備える場合がある。図１に示す制御ユニットはまた、２つ以上のコールドワイヤを制御するように適合される場合がある。図８ａおよび８ｂは、アーク電圧とコールドワイヤ送り速度との間の関係を示すように適合させることが可能である。図８ａのコールドワイヤ送り速度の増加は、制御ユニットによって決定される時間期間だけ遅延される場合がある。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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