(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンタクトデバイス（１６０）および１つ以上のワイヤフィーダユニット（１３０、１５０）を含む電気アーク溶接の溶接ヘッド（１００）であって、
前記コンタクトデバイス（１６０）は、電極アセンブリ（１７０）を含み、
前記電極アセンブリ（１７０）は、前記コンタクトデバイス（１６０）において配置される少なくとも２つの可融の連続的に供給されるワイヤ電極（１７２、１７４、１７６）を含み、
前記電極アセンブリ（１７０）において、少なくとも１つの電極（１７４）が他の電極（１７２、１７６）から電気的に絶縁されるように、当該電極（１７４）の電気的絶縁のための電気的に絶縁されるダクト（１８０）が提供され、前記少なくとも１つの電極（１７４）は、コールド電極であり、
個々の速度制御ユニット（１３２）は、前記電極アセンブリ（１７０）の他の電極（１７２、１７６）の速度制御ユニット（１５２）から別個の、電気的に絶縁される電極（１７４）のために提供される、ことを特徴とする溶接ヘッド。
【請求項２】
前記電気的に絶縁されるダクト（１８０）は、前記コンタクトデバイス（１６０）において電気的に絶縁されるワイヤ導管（１６６）を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の溶接ヘッド。
【請求項３】
前記絶縁されるワイヤ導管（１６６）は、前記コンタクトデバイス（１６０）において配置されるセラミック管である、ことを特徴とする請求項２に記載の溶接ヘッド。
【請求項４】
前記電気的に絶縁されるダクト（１８０）は、１つ以上の前記電極（１７２、１７４、１７６）を直線状にするためのワイヤ直線化ユニット（１２０、１４０）において、電気的絶縁部分（１４６）を含む、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶接ヘッド。
【請求項５】
個々のワイヤ直線化ユニット（１２０）は、前記電極アセンブリ（１７０）の他の電極（１７２、１７６）のワイヤ直線化ユニット（１４０）から別個の、電気的に絶縁される電極（１７４）のために提供される、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶接ヘッド。
【請求項６】
前記電気的に絶縁されるダクト（１８０）は、１つ以上の電極（１７２、１７４、１７６）をワークピース（１０）に向けて供給するためのワイヤフィーダユニット（１３０、１５０）において、電気的絶縁部分（１５６）を含む、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の溶接ヘッド。
【請求項７】
個々のワイヤフィーダユニット（１３０）は、前記電極アセンブリ（１７０）の他の電極（１７２、１７６）のワイヤ供給ユニット（１５０）から別個の、電気的に絶縁される電極（１７４）のために提供される、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の溶接ヘッド。
【請求項８】
前記電気的に絶縁されるダクト（１８０）における前記電極（１７４）は、ワークピース（１０）上の溶接方向（２０）に関して先頭と末尾の電極（１７２、１７６）との間に配置される順番である、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の溶接ヘッド。
【請求項９】
前記電気的に絶縁されるダクト（１８０）における前記電極（１７４）は、ワークピース（１０）上の溶接方向（２０）に関して、前記電極アセンブリ（１７０）の他の電極（１７２、１７６）の上流に配置される、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の溶接ヘッド。
【請求項１０】
前記電気的に絶縁されるダクト（１８０）における前記電極（１７４）は、ワークピース（１０）上の溶接方向（２０）に関して、前記電極アセンブリ（１７０）の他の電極（１７２、１７６）の下流に配置される、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の溶接ヘッド。
【請求項１１】
前記電気的に絶縁される電極（１７４）以外の前記電極（１７２、１７６）のための、フィーダユニット（１５０）および／または直線化ユニット（１４０）は、前記フィーダユニット（１５０）を通る前記電気的に絶縁される電極（１７４）をガイドするためのフィードスルーを提供する、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の溶接ヘッド。
【請求項１２】
少なくとも２つの電気アーク溶接の溶接ヘッド（１００、１００ｂ）を含む溶接ヘッドアセンブリ（２００）であって、
前記溶接ヘッドのうちの少なくとも１つは、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電気アーク溶接の溶接ヘッドである、ことを特徴とする溶接ヘッドアセンブリ。
【請求項１３】
各溶接ヘッド（１００ａ、１００ｂ）の前記電極アセンブリ（１７０ａ、１７０ｂ）が、溶接の作業中、溶接方向（２０）に沿って順番に整列されるように、第１の溶接ヘッド（１００ａ）は、第２の溶接ヘッド（１００ｂ）の手前に順番に配置される、ことを特徴とする請求項１２に記載の溶接ヘッドアセンブリ。
【請求項１４】
各溶接ヘッド（１００ａ、１００ｂ）の前記電極アセンブリ（１７０ａ、１７０ｂ）が、溶接の作業中、溶接方向（２０）に沿って整列されるように、第１の溶接ヘッド（１００ａ）は、第２の溶接ヘッド（１００ｂ）の手前に順番に配置される、ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の溶接ヘッドアセンブリ。
【請求項１５】
各電極アセンブリ（１７０ａ、１７０ｂ）における前記電気的に絶縁される電極（１７４ａ、１７４ｂ）の順番は、各電極アセンブリ（１７０ａ、１７０ｂ）における他の電極（１７２ａ、１７６ａ，１７２ｂ、１７６ｂ）に関して、各溶接ヘッド（１００ａ、１００ｂ）に対して同じである、ことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の溶接ヘッドアセンブリ。
【請求項１６】
１つの電極アセンブリ（１７０ａ）における前記電気的に絶縁される電極（１７４ａ）の順番は、他の電極アセンブリ（１７０ｂ）における前記電気的に絶縁される電極（１７４ｂ）の順番に関して逆である、ことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の溶接ヘッドアセンブリ。
【請求項１７】
各電気的に絶縁される電極（１７４ａ、１７４ｂ）は、前記電極アセンブリ（１７０ａ、１７０ｂ）の他の電極（１７２ａ、１７６ａ、１７２ｂ、１７６ｂ）のワイヤ直線化ユニット（１４０）および／またはフィーダユニット（１５０）から別個の、ワイヤ直線化ユニット（１２０）および／またはワイヤフィーダユニット（１３０）とともに提供される、ことを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の溶接ヘッドアセンブリ。
【請求項１８】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電気アーク溶接ヘッド（１００）または請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の溶接ヘッドアセンブリ（１００、１００ａ、１００ｂ）のための電気アーク溶接コンタクトデバイス（１６０）であって、
デバイスボディ（１６１）、および、
前記コンタクトデバイス（１６０）を通して電気的に絶縁された方法で少なくとも１つの電極（１７４；１７４ａ、１７４ｂ）をガイドするための電気的絶縁部分（１６６）、および、
前記デバイスボディ（１６１）と電気的に接触する少なくとも他の電極（１７２、１７６；１７２ａ、１７６ａ、１７２ｂ、１７６ｂ）のための少なくとも１つのダクト（１６８ａ、１６８ｂ）、
を含む、電気アーク溶接コンタクトデバイス。
【請求項１９】
前記電気的絶縁部分（１６６）は、電気絶縁管を含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の電気アーク溶接コンタクトデバイス。
【請求項２０】
前記デバイスボディ（１６１）は、主部（１６１ａ）および、前記主部（１６１ａ）に取り付け可能な着脱可能部（１６１ｂ）から構成される、ことを特徴とする請求項１８または１９に記載の電気アーク溶接コンタクトデバイス。
【請求項２１】
前記電気的絶縁部分（１６６）は、他の電極（１７２、１７６；１７２ａ、１７６ａ、１７２ｂ、１７６ｂ）のためのダクト（１６８ａ、１６８ｂ）間の対称位置に配置される、ことを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の電気アーク溶接コンタクトデバイス。
【請求項２２】
電極（１７４；１７４ａ、１７４ｂ）をガイドするための前記電気的絶縁部分（１６６）は、電極（１７２、１７６；１７２ａ、１７６ａ、１７２ｂ、１７６ｂ）の２つのダクト（１６８ａ、１６８ｂ）間に配置される、ことを特徴とする請求項２１に記載の電気アーク溶接コンタクトデバイス。
【請求項２３】
前記電気的絶縁部分（１６６）は、前記デバイスボディ（１６１）における他の電極（１７２、１７６；１７２ａ、１７６ａ、１７２ｂ、１７６ｂ）のためのダクト（１６８ａ、１６８ｂ）に関して、偏心位置に配置される、ことを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の電気アーク溶接コンタクトデバイス。
【請求項２４】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の少なくとも１つの溶接ヘッド（１００）、または、請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の少なくとも１つの溶接ヘッドアセンブリ（２００）を含む、ワークピース（１０）における溶接プール（１２）を生成する電気アーク溶接システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接システムのための溶接ヘッド、およびアーク溶接システム（特に多数の電極を有する電極アセンブリを含むサブマージアーク溶接）のための溶接ヘッドアセンブリ、に関する。
【背景技術】
【０００２】
サブマージアーク溶接は、しばしば、より厚い材料においてより長い溶接シームのために使用される、高い生産性および品質によって特徴付けられる完全に機械化された溶接法である。サブマージアーク溶接の作業中、１つ以上の順次に配置される溶接電極は、アークに溶ける。
【０００３】
溶接点、特に溶融する材料およびアークは、粒状のフラックスの層の下に保護される。プロセスの作業中、フラックスは、一部分が溶融する。したがって、溶接プール上にスラグの保護層を生成する。プロセスにおいて使用する電流は、比較的高く、通常、１電極当たり３００〜１５００アンペアの範囲である。サブマージアーク溶接において使用する電極は、通常、直径２．５〜６ｍｍである。
【０００４】
サブマージアーク溶接において使用するフラックスは、マンガン、シリコン、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他の化合物（例えばフッ化カルシウム）の酸化物を概して含む、粒状可融のミネラルである。フラックスおよびワイヤの組み合わせが所望の機械的性質を生じさせるように、フラックスは、所与のタイプの電極ワイヤと互換性をもつために特に調製される。すべてのフラックスは、溶接金属化学成分および機械的性質を生成するために、溶接プールと反応する。フラックスを「アクティブ」と呼ぶことが一般的である。そして、それらがマンガンおよびシリコンを溶接点に加える場合、加えら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のレベルによって影響を受ける。
【０００５】
サブマージアーク溶接によって可能な最高の生産性を見つけるために、１つの結果として競争力が増加し、増加した溶接速度および最も高い可能な溶着速度（すなわち、時間および電極当たりの、溶融する溶接消費財、または真に作成された結合材料）が追求されている。
【０００６】
従来既知のこれに対する１つの解決法は、溶接シームの方向に順次に位置する複数の電極を使用することである。通常、２つ〜３つの電極が用いられる。しかしながら、最高６つの電極の使用が知られている。
【０００７】
アークなしで溶融する金属の追加が、溶接中に、溶着速度を改良できることが知られている。例えば、金属粉末または金属ワイヤは、アーク溶接中に、加えられることができる。
【０００８】
引用文献１は、ワークピース１０のサブマージアーク溶接中に、溶着速度を改良する配置を開示する。一般の原理は、図１に示される。溶接シームに沿って直列状に配置される３つの連続的に供給されるワイヤ電極３０、３６、４０は、溶接方向２０に移動する間に、アークにおいて消費される。電極３０、３６、４０は、「ホット」または「ホットワイヤ」電極としても知られる。アークを形成しないで消費される２つの追加的な電極３２、３８は、中間電極３６のアークの領域において溶融した溶接プール１２内に、連続的に供給される。「コールドワイヤ」または「コールドワイヤ電極」としても知られるこれらの追加的な電極３２、３８は、溶接プール１２と連続的に短絡する接点にある。アークを形成しないで、溶融した溶接プール１２において消費される２つの電極３２、３８は、中間電極３６により発生する熱によるのと同様に抵抗加熱によって溶融される。このプロセスは、保護ガスおよびスラグを生成して、そして合金元素を溶接プール１２に加えるために、フラックスを使用する。追加的なシールドガスは、要求されない。溶接の前に、フラックス粉の薄膜層は、ワークピースの表面に配置される。アークは、溶接方向２０における結合ラインに沿って移動する。そして、それにつれて、フラックスは、フラックス供給ホッパによって溶接エリアに供給される。アークがフラックス層によって完全にカバーされるので、熱損失は極めて小さい。手動金属アークにとっての２５％と比較して、これは、６０％もの熱効率を発生する。可視アーク光線がなく、溶接は仮想的にスパッタフリーであり、そして、ガス抜き取りの必要がない。
【０００９】
上述した解決法が、溶接中に、溶着速度を上げる場合であっても、この種のコールド電極のより良好な操作を提供することは、望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】英国特許第ＧＢ  １４０００５１  Ａ号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、改良された溶接速度を許容する電極アセンブリを提供することである。本発明の他の目的は、満足する溶接品質とともに、改良された溶接速度を有する方法を提供することである。他の目的は、この種の方法を実行するための装置を提供することである。
【００１２】
その目的は、独立請求項の特徴によって達成される。他の請求項および説明は、本発明の有利な実施形態を開示する。
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、コンタクトデバイスおよびフィーダ部分を含み、コンタクトデバイスは、電極アセンブリを含み、電極アセンブリは、コンタクトデバイスにおいて配置される少なくとも２つの可融の連続的に供給されるワイヤ電極を含む、電気アーク溶接の溶接ヘッドが提案される。コンタクトデバイスにおける電極アセンブリにおいて、少なくとも１つの電極が他の電極から電気的に絶縁されるように、当該電極の電気的絶縁のための電気的に絶縁されるダクトが提供される。
【００１４】
電気的に絶縁されるダクトは、ワイヤフィーダおよびワイヤ直線化ユニットにおける絶縁部分、ならびに、フィーダおよび直線化ユニットの外側のガイド管、を含む。ダクトは、ワイヤリザーバ（例えば溶接されるワークピースの近くのコンタクトデバイスに対するワイヤボビン）から電気的に絶縁される電極に沿った、多数の電気的に絶縁される断面から構成されることができる。好ましくは、電気アーク溶接ヘッドは、サブマージアーク溶接のために用いられる。サブマージアーク溶接は、完全に機械化または自動化されたプロセスとして作動されることができ、オプションとして、それは半自動化でありえる。典型的な溶接パラメータは、すべて、電極から溶着する溶接金属のビード形状、浸透深さおよび化学成分に影響を及ぼすことのできる、電流、アーク電圧および送り速度である。
【００１５】
都合のよいことに、溶接ヘッドは、コンパクトであり、そして、溶接ヘッドの電極アセンブリにおける他の電極と比較して、少なくとも１つの電気的に絶縁される電極の独立操作を許容する。電極は、いわゆる「カラムおよびブーム」装置上の後部に搭載されたワイヤボビンによって供給されることができる。カラムおよびブームは、溶接ヘッドを担持するマニピュレータを動かすレールである。カラムおよびブームは、溶接溝に溶接ヘッドを配置するために用いる。カラムおよびブームは、アーク溶接システムの技術で知られるように、電源、フラックス取り扱い装置および電極コイルのような溶接装置を担持するように設計されることもありえる。好ましくは、電気的に絶縁される電極は、セラミック管の内部でばね負荷式のコンタクトデバイスを通して供給されることのできる「コールドワイヤ」電極である。１つ以上のホットワイヤ電極およびコールドワイヤ電極は、別個のワイヤフィーダを有することができる。そしてそれは、非共同セットアップを作成して、共同セットアップと比較して非常により広い溶接パラメータ・ウインドウを提供する。
【００１６】
コールドワイヤ電極は、溶接プールに「溶け」込むのみで、したがって温度を低下させるので、１つ以上のホットワイヤ電極とともにコールドワイヤ電極を使用することは、減少した熱生成の追加的な利益を有する３つのホットワイヤ電極とほぼ同じ量について溶着する可能性を提供する。これは、今度は、溶接ワークピース上に別々の熱衝撃を許容する。そしてそれは、多くの場合、非常に有益で、かつ、より高い生産性に対して開放する。最適化された溶接パラメータをともなうほぼ５０％の生産性の向上に対する見込みについては、溶着速度の増加は、２０％を超えることが可能である。本発明は、溶接速度を増加させることなく、より高い溶着速度を許容する。便宜上、本発明は、特に大きなワークピース（例えばパイプミル）の溶接のために、既存の溶接システムを改造することを許容する。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によれば、電気的に絶縁されるダクトは、コンタクトデバイスにおいて電気的に絶縁されるワイヤ導管を含むことができる。絶縁されるワイヤ導管は、コンタクトデバイスにおいて配置されるセラミック管でありえる。セラミッ管は、コンタクトデバイスに挿入されることができる。あるいは、コンタクトデバイスの一部は、電気的絶縁のための充分な厚みの酸化物を形成するために、処理される（例えば酸化される）ことができる。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態によれば、電気的に絶縁されるダクトは、１つ以上の電極を直線状にするためのワイヤ直線化ユニットにおいて、電気的絶縁部分を含むことができる。ホットおよびコールド電極は、同じワイヤ直線化ユニットにおいて操作されることができる。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態によれば、個々のワイヤ直線化ユニットは、電極アセンブリの他の電極のワイヤ直線化ユニットから別個の、電気的に絶縁される電極のために提供されることができる。都合のよいことに、電気的に絶縁される電極は、他の、特にホットワイヤ電極から、独立して操作されることができる。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態によれば、電気的に絶縁されるダクトは、１つ以上の電極をワークピースに向けて供給するためのワイヤフィーダユニットにおいて、電気的絶縁部分を含むことができる。ホットおよびコールド電極は、同じワイヤフィーダユニットにおいて操作されることができる。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態によれば、個々のワイヤフィーダユニットは、電極アセンブリの他の電極のワイヤ供給ユニットから別個の、電気的に絶縁される電極のために提供されることができる。都合のよいことに、電気的に絶縁される電極は、他の、特にホットワイヤ電極から、独立して操作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、個々の速度制御ユニットは、電極アセンブリの他の電極の速度制御ユニットから別個の、電気的に絶縁される電極のために提供されることができる。都合のよいことに、電気的に絶縁される電極は、他の、特にホットワイヤ電極から、独立して操作されることができる。
【００２３】
都合のよいことに、電気的に絶縁される電極は、コンタクトデバイスにおける他の電極から、独立して供給されることができる。これは、溶接プロセスの快適な制御を許容する。電気的に絶縁される電極（コールドワイヤ電極）は、コンタクトデバイスにおける他の電極から独立している、別々の速度によって、特に可変速度および／または別々の直径によって、供給されることができる。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態によれば、電気的に絶縁されるダクトにおける電極は、ワークピース上の溶接方向に関して先頭と末尾の電極との間に順番に配置されることができる。電気的に絶縁される電極の順番は、溶接溶着速度を調整するために用いることができる。この種の対称配置は、非常に高い溶着速度を産み生すことができる。電気的に絶縁される電極の順番は、溶接要求条件に応じて選択されることができる。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態によれば、電気的に絶縁されるダクトにおける電極は、ワークピース上の溶接方向に関して、電極アセンブリの他の電極の上流に配置されることができる。溶接要求条件に応じて、電気的に絶縁される電極の順番は、選択されることができる。電極の非対称配置の利点は、アプローチ角の任意の種類の調整が要求される場合に、コールドワイヤが、より容易に制御されることができることである。最も外側の電極は、他の電極と比較して、所望の角度に傾けられることができる。非対称配置は、この種の角度を容易な方法で調整することを特に可能にする。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態によれば、電気的に絶縁されるダクトにおける電極は、ワークピース上の溶接方向に関して、電極アセンブリの他の電極の下流に配置されることができる。電気的に絶縁される電極の順番は、溶接要求条件に応じて選択されることができる。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態によれば、電気的に絶縁される電極以外の電極のための、フィーダユニットおよび／または直線化ユニットは、フィーダユニットを通る電気的に絶縁される電極をガイドするためのフィードスルーを提供することができる。都合のよいことに、電気的に絶縁される電極は、ワイヤ直線化ユニットまたはワイヤフィーダユニットを通して、これらのユニットまたは他の電極と相互に作用することなく、フィードスルーにおいて通過することができる。電気的に絶縁される電極は、同じ溶接ヘッドの同じコンタクトデバイスにおける他の電極から独立して、操作されることができる。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、少なくとも２つの電気アーク溶接の溶接ヘッドを含む溶接ヘッドアセンブリであって、溶接ヘッドのうちの少なくとも１つは、コンタクトデバイスおよび供給部分を含み、コンタクトデバイスは、電極アセンブリを含み、電極アセンブリは、コンタクトデバイスにおいて配置される少なくとも２つの可融の連続的に供給されるワイヤ電極を含む、溶接ヘッドアセンブリが提案される。電気的に絶縁されるダクトは、複数の電極のうちの少なくとも１つの電極が、電極アセンブリの他の電極から電気的に絶縁されるように、その電極の電気絶縁のために提供される。都合のよいことに、この種の溶接ヘッドアセンブリは、ワークピース上への減少した熱衝撃をともなう非常に高い溶着速度のための強力な道具である。溶接品質は、したがって改良されることができる。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態によれば、各溶接ヘッドの電極アセンブリが、溶接の作業中、溶接方向に沿って順番に整列されるように、第１の溶接ヘッドは、第２の溶接ヘッドの手前に順番に配置されることができる。本発明による溶接ヘッドは、この種の溶接ヘッドアセンブリを設計するときに、大きい自由度を許容する。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態によれば、各電極アセンブリにおける電気的に絶縁される電極の順番は、各電極アセンブリにおける他の電極に関して、各溶接ヘッドに対して同じでありえる。本発明による溶接ヘッドは、この種の溶接ヘッドアセンブリを設計するときに、大きい自由度を許容する。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態によれば、１つの電極アセンブリにおける電気的に絶縁される電極の順番は、他の電極アセンブリにおける電気的に絶縁される電極の順番に関して逆でありえる。本発明による溶接ヘッドは、この種の溶接ヘッドアセンブリを設計するときに、大きい自由度を許容する。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態によれば、各電気的に絶縁される電極は、電極アセンブリの他の電極のワイヤ直線化ユニットおよび／またはフィーダユニットから別個の、ワイヤ直線化ユニットおよび／またはワイヤフィーダユニットとともに提供されることができる。電気的に絶縁される電極は、他の電極から独立して、および各溶接ヘッドから独立して、したがって、溶接されるワークピースの材料および／または形状および／または周囲条件によって課される特定の溶接要求条件のための、溶接パラメータを適応させる際の大きい自由度を与えて、操作されることができる。
【００３３】
本発明の別の態様によれば、電気アーク溶接ヘッドおよび／または溶接ヘッドアセンブリのための電気アーク溶接コンタクトデバイスであって、デバイスボディ、および、コンタクトデバイスを通して電気的に絶縁された方法で電極をガイドするための電気的絶縁部分、および、デバイスボディと電気的に接触する少なくとも他の電極のための少なくとも１つのダクト、を含む、電気アーク溶接コンタクトデバイスが提案される。都合のよいことに、１つ以上の電気的に絶縁される電極が、１つ以上の非絶縁電極とともに使用されることのできる、コンパクトなデバイスは提供される。１つ以上の電気的に非絶縁の電極は、溶接中に、アークにおいて消費されるために提供されることができる。これに対して、１つ以上の電気的に絶縁される電極は、溶接中に、アークによって消費されないが、溶接プールにおいて溶けることを意味する、いわゆるコールド電極であることができる。電気的に絶縁されたワイヤは、コンタクトデバイスの他の電極から独立して選択される、さまざまな直径によって用いられることができる。
【００３４】
本発明の好ましい実施形態によれば、電気的絶縁部分は、電気絶縁管を含むことができる。電気絶縁管は、デバイスボディに容易に挿入されることができる。便宜上、管は、良好な耐熱性と同様に優れた電気的絶縁を提供するセラミックでできていることが可能である。
【００３５】
本発明の好ましい実施形態によれば、デバイスボディは、主部および、主部に取り付けられることができる着脱可能部から構成されることができる。所望の順番における電極の配置は、容易に達成されることができ、または変更されることができる。
【００３６】
本発明の好ましい実施形態によれば、デバイスボディの端部にデバイスボディ先端部が提供されることができる。そしてそれは、電気的に絶縁される電極のための電気的絶縁部分、および他の電極を受け入れるための凹所を有する。都合のよいことに、１つ以上の電極および電気的絶縁部分は、定義された方法における先端部の溝において配置されることができて、オペレーション中に、安全に保持されることができる。
【００３７】
本発明の好ましい実施形態によれば、電気的絶縁部分は、他の電極のためのダクトとダクトとの間の対称位置に配置されることができる。都合のよいことに、電極をガイドするための電気的絶縁部分は、電極の２つのダクトの間に配置されることができる。この種の対称配置は、溶接中に、高い溶着速度を提供する。
【００３８】
本発明の好ましい実施形態によれば、電気的絶縁部分は、デバイスボディにおける他の電極のためのダクトに関して、偏心位置に配置されることができる。特に、電気的絶縁部分は、溶接中に、コンタクトデバイスを傾けることによって溶接プールに接近するときに、所望の角度で提供されることができる。
【００３９】
本発明の別の態様によれば、上述の特徴の少なくとも１つによる、少なくとも１つの溶接ヘッドまたは少なくとも１つの溶接ヘッドアセンブリを含む、電気アーク溶接システムが、ワークピースにおける溶接プールを生成するために提供される。溶接のパラメータおよび状態の簡単な調整を許容する、非常に用途が広いシステムは、提供されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
本発明は、上述のおよび他の目的および利点とともに、実施形態の以下の詳細な説明から最もよく理解されてよい。しかし、実施形態に制限されない。
【図１】図１は、従来技術によるホットおよびコールド電極を有する溶接装置である。
【図２】図２は、サブマージアーク溶接のための本発明によるアーク溶接の溶接ヘッドの例示の実施形態の第１の図である。
【図３】図３は、図２のアーク溶接の溶接ヘッドを反時計回りに９０°回転した図である。
【図４】図４は、図２のアーク溶接ヘッドの斜視図である。
【図５】図５ａ〜５ｅは、３つのワイヤ電極用のコンタクトデバイスをさまざまに示す、断面図５ａ、５ｅ、側面図５ｂ、５ｄ、正面図５ｃである。
【図６】図６は、アーク溶接の溶接ヘッドの例示の実施形態の側面図である。
【図７】図７ａ〜７ｃは、電気的に絶縁される電極およびホット電極の配置を示し、第１の電極アセンブリは、２つの電極を含み（図７ａ）、第２の電極アセンブリは、電気的に絶縁される電極が中央電極である、３つの電極を含み（図７ｂ）、第３の電極アセンブリは、電気的に絶縁される電極が電極アセンブリの外側にある、３つの電極を含む（図７ｃ）。
【図８】図８ａ〜８ｃは、各々が電気的に絶縁される電極およびホット電極を含む、２つのアーク溶接の溶接ヘッドの配置を示し、第１の電極アセンブリは、各溶接ヘッドにおいて２つの電極を含み（図８ａ）、第２の電極アセンブリは、各溶接ヘッドにおいて、電気的に絶縁される電極が中央電極である、３つの電極を含み（図８ｂ）、第３の電極アセンブリは、各溶接ヘッドにおいて、電気的に絶縁される電極が電極アセンブリの外側にある、３つの電極を含む（図８ｃ）。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
各図において、同等または同様のエレメントは、等しい参照番号によって参照される。図面は、単なる概略図であって、本発明の特定のパラメータを詳細に描写しようとするものではない。さらに、図面は、本発明の典型的な実施形態のみを表現することを意図して、したがって、本発明の範囲を制限するとみなされてはならない。
【００４２】
図２〜４は、サブマージアーク溶接のための本発明による電気アーク溶接の溶接ヘッド１００の、例示の実施形態の共に記述される別々の図を表す。
【００４３】
電気アーク溶接の溶接ヘッド１００は、その縦の延長に沿った下端にコンタクトデバイス１６０を含む。そしてそれは、溶接の作業中、溶接されるワークピースに近接している。コンタクトデバイス１６０は、溶接ヘッド１００の電極アセンブリ１７０の電極１７２、１７４、１７６（図３、４）を保持する。電極１７２、１７４、１７６は、溶接の作業中、ワークピースに面するコンタクトデバイス１６０の下端で、出口１６２を通ってコンタクトデバイス１６０から出る。ワイヤ電極１７２、１７４、１７６は、アーク溶接ヘッド１００に向けたコイル（図示せず）のような、それぞれのリザーバから供給されてよい。
【００４４】
電極アセンブリ１７０は、一例として、コンタクトデバイス１６０において配置される３つの可融の連続的に供給されるワイヤ電極１７２、１７４、１７６を含む。コンタクトデバイス１６０は、電気的に絶縁されるワイヤ電極１７４のための電気的絶縁部分１６６を含む。電気的に絶縁される電極１７４のみが、溶接ヘッドの延長に沿って図示される。他の電極１７２、１７６は、コンタクトデバイス１６０においてのみ図示される。非絶縁電極１７２、１７６は、二重ワイヤ電極装置として平行に供給されるいわゆるツインワイヤとして配置されることができる。電気的絶縁部分１６６は、例えばセラミックのような耐熱材料でできた、追加の絶縁されたワイヤ導管であることが好ましい。
【００４５】
コンタクトデバイス１６０よりも上方に、コンタクトデバイス１６０に向けて電極を供給するフィーダユニット１５０が、配置される。概して、フィーダユニット１５０は、コンタクトデバイス１６０に向けてワイヤ電極１７２、１７６（明確な理由のためこの部分には図示されない）を移動する溝つき車輪を含む。フィーダユニット１５０は、電気的に絶縁される電極１７４を通して供給するための電気的絶縁部分１５６を含む。電気的絶縁部分１５６は、電気的に絶縁される電極１７４のための追加の絶縁溝を有するフィーダ車輪から構成されることができる。電気的に絶縁される電極１７４は、ワイヤフィーダユニット１５０を自由に通過することができる。フィーダ車輪は、駆動装置１５２（例えば電動機）によって駆動される。
【００４６】
ワイヤフィーダユニット１５０の他に、サブマージアーク溶接のためのノズル（図示せず）を介してコンタクトデバイス１６０に粒状フラックスを供給する、フラックスホッパー１１４が配置される。駆動装置１５２に加えて、ワイヤフィーダユニット１５０は、駆動軸を有するギアを含む。ギアの駆動軸上に、他の車輪（図示せず）によって加圧されることができる供給車輪１５４（図６）が、配置される。供給車輪１５４は、ワイヤ電極を、コンタクトデバイス１６０の方向において前方へ駆動する。
【００４７】
ワイヤフィーダユニット１５０よりも上方に、ワイヤ電極１７２、１７６を直線状にするためのワイヤ直線化ユニット１４０が、配置される。ワイヤ直線化ユニット１４０の最初の位置において表される２つローラー（参照番号によって参照しない）は、ワイヤ直線化ユニットの後部において互いに垂直に配置される、３つの固定車輪上に圧力をかけるために用いられる。ローラーが車輪にかけている圧力は、ワイヤ直線化ユニット１４０の外側で、ノブを介して調節可能である。３つの車輪上のローラーの圧力は、ワイヤを直線状にする。ワイヤ直線化ユニット１４０は、電気的に絶縁される電極１７４がワイヤ直線化ユニット１４０を自由に通過することのできる電気的絶縁部分１４６を含む。
【００４８】
ワイヤ直線化ユニット１４０よりも上方に、電気的に絶縁される電極１７４をコンタクトデバイス１６０に向けて供給するための、別個のワイヤフィーダユニット１３０が配置される。ワイヤフィーダユニット１３０上に、ワイヤフィーダユニット１３０の供給車輪を駆動する、駆動装置１３２（例えば電動機）が配置される。駆動装置１３２に加えて、ワイヤフィーダユニット１３０は、駆動軸を有するギアを含む。ギアの駆動軸上に、他の車輪（図示せず）によって加圧されることのできる、供給車輪１３４（図６）が配置される。供給車輪１３４は、ワイヤ電極を、コンタクトデバイス１６０の方向において前方へ駆動する。
【００４９】
ワイヤフィーダユニット１３０よりも上方に、電気的に絶縁される電極１７４を直線状にするための、別個のワイヤ直線化ユニット１２０が配置される。したがって、溶接ヘッド１００の縦の延長に沿って、電気的に絶縁される電極１７４を、ワイヤリザーバ（例えばワイヤボビン（図示せず））からコンタクトノズルにガイドするための、電気的に絶縁されるダクト１８０が提供される。フィーダユニット１５０と１３０との間に、かつ、ワイヤ直線化ユニット１２０よりも上方に、電気的に絶縁される電極１７４を受け入れる電気的に絶縁されたワイヤ導管は、配置されることができる。
【００５０】
特に、電気的に絶縁されるダクト１８０は、ワイヤ直線化ユニット１４０の電気的絶縁部分１４６、非絶縁電極１７２、１７６のためのワイヤフィーダユニット１５０の電気的絶縁部分１５６、およびコンタクトデバイス１６０の電気的絶縁部分１６６、ならびに、ユニット１３０、１４０、１５０、１６０間の、そして電気的に絶縁される電極１７４のためのワイヤ直線化ユニット１２０よりも上の、電気的に絶縁されるワイヤ導管、から構成される。
【００５１】
図５ａ〜図５ｅは、共に記述されるコンタクトデバイス１６０のさまざまな図を表す。コンタクトデバイス１６０は、ワイヤ電極（図示せず）を受け入れるためのダクトを含むデバイスボディ１６１を含む。そこにおいて、電気的絶縁部分１６６は、ダクトのうちの１つである。
【００５２】
例として、デバイスボディ１６１は、着脱可能部１６１ｂが主部１６１ａに取り付けられる、縦方向に分割された２つの部分１６１ａ、１６１ｂでできている。主部１６１ａは、円筒状の上部、および、中央を通る切断（図５ａ、５ｅ）に関してわずかにくぼんだ下部を有する。着脱可能部１６１ｂは、主部１６１ａのくぼんだ部分に、ねじによって取り付けられる。
【００５３】
あるいは、デバイスボディ１６１は、いくつかの部分の代わりに、ワイヤ電極の通過のために貫通される１つ以上の孔を有するモノリシック金属体でありえる。
【００５４】
着脱可能部１６１ｂと主部１６１ａとの間には、部分１６１ａ、１６１ｂが互いに取り付けられるとき、小さな自由距離が残る。その距離は、コンタクトデバイス１６０内の電極にとって、さまざまなワイヤ直径を使用することを許容する。電気的に絶縁される電極は、電気的絶縁部分１６６内で別にガイドされるので、電気的に絶縁される電極の直径は、デバイスボディ１６１内の他の電極の直径から独立して選ばれることができる。
【００５５】
デバイスボディ１６１の部分１６１ａ、１６１ｂは、２つの部分１６３ａ、１６３ｂからなる先端部１６３を囲む。そこにおいて、部分１６３ａは、デバイスボディ１６１の主部１６１ａに取り付けられ、部分１６３ｂは、着脱可能部１６１ｂに取り付けられる。先端部１６３の部分１６３ａ、１６３ｂは、主部１６１ａおよび着脱可能部１６１ｂに提供されるそれぞれの孔１６４ａ、１６４ｂに挿入されるねじによって、主部１６１ａおよび着脱可能部１６１ｂにそれぞれ取り付けられることができる。
【００５６】
先端部１６３は、主に円筒形状を有してよいデバイスボディ１６１の残りの部分に比べて、より小さい直径を有してよい。電気的絶縁部分１６６は、コンタクトデバイス１６０の縦の延長の全体にわたって伸びて、コンタクトデバイス１６０の先端部１６３の出口１６２で、電気的に絶縁されたワイヤ電極（図示せず）のための出口１６９を提供する。
【００５７】
図５ａ、５ｅに示される断面図で分かるように、デバイスボディ１６１は、電気的に絶縁されたワイヤ電極（図示せず）のための電気的絶縁部分を提供する、中心位置に配置される電気的絶縁部分１６６を有する内部区域１６７を有する。電気的絶縁部分１６６は、セラミック管のような絶縁管であることが好ましい。。中心の電気的絶縁部分１６６の両側には、溶接中に、アークによって消費されることを意図するワイヤ電極（図示せず）のためのダクト１６８ａ、１６８ｂが提供される。ダクト１６８ａ、１６８ｂは、先端部１６３ａ、１６３ｂ内に対応する溝部を含む。溝部は、デバイスボディ１６１の着脱可能部１６１ｂが主部１６１ａに取り付けられるとき、ワイヤ電極のためのエンクロージャを形成する。
【００５８】
デバイスボディ１６１の外側で、ボルト１６５が配置される。そしてそれは、ワイヤ電極の実際の直径から仮想的に独立している部分１６１ａ、１６１ｂのコンタクト圧力を提供する、スプリングエレメント（例えば円板ばね）を介して、デバイスボディの部分１６１ａ、１６１ｂを共に保持する。
【００５９】
電気的接点は、デバイスボディ１６１の主部１６１に配置される接点部分１６４ｃにおいて、コンタクトデバイス１６０に取り付けられることができる。アークが、デバイスボディ１６１に近い電気的接点にある非絶縁電極で発達することができるように、電源に接続されるワイヤは、コンタクトデバイス１６０に電圧および電流を伝えるための接点部分１６４ｃに接続されることができる。
【００６０】
電気的絶縁部分１６６において、ワイヤ電極は、他の電極（図示せず）を接触させることなく、コンタクトデバイス１６０を通過することができる。
【００６１】
図６は、図２〜４で示されるものと仮想的に同様のレイアウトの、アーク溶接の溶接ヘッド１００の例示の実施形態の側面図である。不要な反復を回避するために、同様のエレメントの詳細な説明のためにこれらの図面が参照される。ワイヤ直線化ユニット１４０よりも上方に、ツイン電極のための２つのガイド管１４２、１４４が提供される。ガイド管１４２、１４４は、溶接ヘッド１００の縦の延長に対して、横方向に配置される。電気的に絶縁される電極（図示せず）のためのワイヤフィーダユニット１３０と、非絶縁電極（図示せず）のワイヤ直線化ユニット１４０との間に、電気的に絶縁される電極（図示せず）のためのガイド管１８２が、配置される。駆動装置１３２、１５２は、電極の速度制御のためのパルスセンサを備えることができる。コンタクトデバイス１６０の近くに、フラックスホッパー１１４（図２〜４）用のノズル１１６が配置される。ノズル１１６は、コンタクトデバイス１６０の縦軸と平行に配置されるロッド１１８に固定される。
【００６２】
図７ａ〜７ｃは、溶接方向２０に関して電極アセンブリ１７０における電極の配列を示す。
【００６３】
図７ａは、電気的に絶縁される「コールド」電極１７４および非絶縁「ホット」電極を有する、電極アセンブリ１７０の第１の異型を示す。電極アセンブリ１７０の第２の異型は、中心電極である電気的に絶縁される電極１７４を有する３つの電極１７２、１７４、１７６を含み、図７ｂに示される。電極アセンブリの外側にある電気的に絶縁される電極１７４を有する３つの電極１７２、１７４、１７６を含む、電極アセンブリ１７０の第３の異型は、図７ｃに示される。
【００６４】
図８ａ〜８ｃは、２つのアーク溶接の溶接ヘッド１００ａ、１００ｂを含む溶接ヘッドアセンブリ２００の配列を示す。各溶接ヘッド１００ａ、１００ｂは、電気的に絶縁される電極１７４ａ、１７４ｂ、および１つ以上のホット電極１７２ａ、１７２ｂを有する電極アセンブリ１７０ａ、１７０ｂを含む。図８ａに示される溶接ヘッドアセンブリ２００の第１の異型において、各溶接ヘッド１００ａ、１００ｂは、各溶接ヘッド１００ａ、１００ｂにおける２つの電極１７２ａ、１７４ａ、１７２ｂ、１７４ｂを含む。電気的に絶縁される電極１７４ａ、１７４ｂは、溶接ヘッドアセンブリ２００における最も外側の電極である。
【００６５】
第２の異型は、図８ｂに示される。ここで、各溶接ヘッド１００ａ、１００ｂは、３つの電極１７２ａ、１７４ａ、１７６ａ、１７２ｂ、１７４ｂ、１７６ｂを有する電極アセンブリ１７０ａ、１７０ｂを含む。そこにおいて、電気的に絶縁される電極１７４ａ、１７４ｂは、各溶接ヘッド１００ａ、１００ｂの中心電極として、２つの非絶縁電極１７２ａ、１７６ａ、１７２ｂ、１７６ｂの間の中央に配置される。
【００６６】
図８ｃは、各溶接ヘッド１００ａ、１００ｂにおける３つの電極１７２ａ、１７４ａ、１７６ａ、１７２ｂ、１７４ｂ、１７６ｂを有して、そして、電気的に絶縁される電極１７４ａ、１７４ｂは、溶接ヘッドアセンブリ２００の外側にある、第３の異型を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図６】
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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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【図８ｃ】
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