(57)【要約】【課題】  多層構造のレーザホットワイヤ溶接を提供する。【解決手段】  本開示技術は一般的には溶接に関し、より具体的には多層構造を溶接することに関する。一態様では、多層金属工作物を溶接する方法、は一対の多層工作物を提供する工程を含む。工作物のそれぞれはベース層とクラッディング層とを有し、ここで、クラッディング層は合金鉄内の腐食性を抑制するようにされた耐食性元素を含む。本方法は追加的に、耐食性元素を含む第１のフィラーワイヤを使用して工作物のクラッディング層を接合するためにルートパス溶接ビードを形成する工程と；クラッディング層上に第１のレーザビームを合焦させる工程とを含む。本方法は追加的に、第２のフィラーワイヤを抵抗加熱することにより工作物のベース層を接合するために１つまたは複数の溶接ビードを形成する工程と、ルートパス溶接ビード全体にわたって第２のレーザビームを導く工程とを含む。本方法は、１つまたは複数の溶接ビード内の耐食性元素の濃度が、ルートパス溶接ビード内の耐食性元素の濃度の５０％未満であるようにされる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層金属工作物を溶接する方法であって、
耐食性元素を含むクラッディング層の上に形成されたベース層をそれぞれが有する一対の多層工作物を提供する工程と；
前記耐食性元素を含む第１のフィラーワイヤを使用して、前記工作物の前記クラッディング層を接合するためにルートパス溶接ビードを形成する工程と；
１つまたは複数の溶接ビードのうちの少なくとも１つの溶接ビード内の前記耐食性元素の濃度が、前記ルートパス溶接ビード内の前記耐食性元素の濃度の５０％未満になるように、レーザビームを前記ルートパス溶接ビード全体にわたって導きながら第２のフィラーワイヤを抵抗加熱することにより前記工作物の前記ベース層を接合するために前記ルートパス溶接ビード全体にわたって前記１つまたは複数の溶接ビードを形成する工程とを含む方法。
【請求項２】
前記耐食性元素はクロミウムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１つまたは複数の溶接ビードは鉄または合金鉄を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記多層工作物は外側層により囲まれた中間層を有するクラッドパイプであり、前記中間層は耐食層を含む前記クラッディング層であり、前記外側層は前記ベース層を含むベース管壁である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ルートパス溶接ビードを形成する工程は、前記クラッディング層全体にわたって第１のレーザビームを導きながら前記第１のフィラーワイヤを抵抗加熱する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ルートパス溶接ビードの上に導かれる前記レーザビームは、前記クラッディング層へ向けられた前記第１のレーザビームに比べてより低い強度を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２のフィラーワイヤは、前記第１のフィラーワイヤに比べて低い電力において抵抗加熱される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記ルートパス溶接ビードは、前記多層工作物のそれぞれの前記クラッディング層の全厚さに侵入する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ルートパス溶接ビードと前記１つまたは複数の溶接ビードとの間にバッファ溶接ビードを形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記バッファ溶接ビードは、前記ルートパス溶接ビード全体にわたって第３のレーザビームを導きながらバッファフィラーワイヤを抵抗加熱することにより形成され、前記バッファフィラーワイヤは前記第１のフィラーワイヤおよび前記第２のフィラーワイヤとは異なる組成を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記バッファフィラーワイヤは９０ｗｔ％より高い濃度のニッケルを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
溶接継手を形成する方法であって、
それぞれがベース層およびクラッディング層を有する一対の多層工作物を提供する工程であって、前記クラッディング層は耐食性元素を含み前記ベース層は合金鉄を含む、工程と；
前記耐食性元素を含む第１のフィラーワイヤを使用して第１の溶融池から前記工作物の前記クラッディング層を接合するためにルートパス溶接ビードを形成する工程と；
前記ルートパス溶接ビード全体にわたってレーザビームを導きながらバッファフィラーワイヤを抵抗加熱することによりバッファ溶接ビードを形成する工程と；
合金鉄を含む第２のフィラーワイヤを使用して前記工作物の前記外側層を接合するために前記バッファ溶接ビード上に１つまたは複数の溶接ビードを形成する工程と、を含む方法。
【請求項１３】
前記バッファフィラーワイヤは９０ｗｔ％より高い濃度のニッケルを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２のフィラーワイヤは鋼組成を含み、前記第１のフィラーワイヤは１０ｗｔ％より高い濃度のクロムを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記１つまたは複数の溶接ビード内の前記耐食性元素の濃度は、前記ルートパス溶接ビード内の前記耐食性元素の濃度の５０％未満である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ルートパス溶接ビードを形成する工程は、前記クラッディング層の全厚さに侵入する第１の溶融池を形成する工程を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記１つまたは複数の溶接ビードを形成する工程は、前記ルートパス溶接ビードの全厚さに侵入しない第２の溶融池を形成する工程を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
一対の溶接された多層工作物を含む溶接物であって、一対の多層工作物であって、耐食性元素を含むクラッディング層と合金鉄を含むベース層とをそれぞれが含み、前記工作物が、溶接継手により縦方向に連続的に接合され、前記溶接継手は：
前記工作物のクラッディング層を接合する前記耐食性元素を含むルートパス溶接ビードと、
前記工作物のベース層を接合する前記ルートパス溶接ビード上に形成された前記合金鉄を含む１つまたは複数の溶接ビードと、を含み、
前記１つまたは複数の溶接ビード内の前記耐食性元素の濃度は、前記ルートパス溶接ビード内の前記耐食性元素の濃度の５０％未満である、一対の多層工作物を含む溶接物。
【請求項１９】
前記耐食性元素はクロミウムを含む、請求項１８に記載の溶接物。
【請求項２０】
前記ルートパス溶接ビードは、前記工作物の前記クラッディング層の全厚さに侵入する、請求項１８に記載の溶接物。
【請求項２１】
前記多層工作物のそれぞれはクラッドパイプであり、前記クラッディング層は１０％を越える濃度のクロミウムを含むクラッディング層であり、前記ベース層は鋼組成を含むベースパイプである、請求項１７に記載の溶接物。
【請求項２２】
前記ルートパス溶接金属と前記１つまたは複数の溶接ビードとの間に形成されたバッファ溶接ビードであって、９０ｗｔ％より高い濃度のニッケルを含むバッファ溶接ビードをさらに含む、請求項１７に記載の溶接物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示技術は一般的には溶接に関し、より具体的には多層構造を溶接することに関する。
【背景技術】
【０００２】
チューブおよびパイプなどのいくつかの溶接された金属部品は、競合する技術的挑戦を要求する環境または条件において使用される。例えば、いくつかのチューブおよびパイプは、優れた化学的性能（例えば高耐蝕性）だけでなく優れた機械的性能も要求される用途において採用され得る。１つのこのような用途は、溶接されたチューブおよびパイプが苛酷な腐食環境だけでなく高圧にも耐えるように設計される海底石油およびガス輸送である。しかし、１つの性能パラメータを満たす一様な材料で形成された金属部品は他の性能パラメータを満たさないことがある。いくつかの用途に関しては、多層構造で形成された金属部品が、競合する技術的挑戦を満たすために使用される。しかし、伝統的アークベース技術を使用することにより多層構造で形成された溶接金属工作物は、妥協された性能、高コスト、利用可能性、および／または高度に制御された溶接手順の必要性を含む多くの挑戦に直面する。したがって、多層構造で形成された溶接金属部品に対する溶接解決策の必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一態様では、多層金属工作物を溶接する方法は一対の多層工作物を提供する工程を含む。工作物のそれぞれは、耐食性元素を含む耐食層の上に形成されたベース層を有する。本方法は追加的に、耐食性元素を含む第１のフィラーワイヤを使用することにより工作物の耐食層を接合するためにルートパス溶接ビードを形成する工程を含む。本方法は追加的に、１つまたは複数の溶接ビードのうちの１つの溶接ビード内の耐食性元素の濃度がルートパス溶接ビード内の耐食性元素の濃度の５０％未満になるように、レーザビームをルートパス溶接ビード全体にわたって導きながら第２のフィラーワイヤを抵抗加熱することにより工作物のベース層を接合するためにルートパス溶接ビード全体にわたってベース層を接合するために１つまたは複数の溶接ビードを形成する工程を含む。
【０００４】
別の態様では、溶接継手を形成する方法は、それぞれがベース層とクラッディング層とを有する一対の多層工作物を提供する工程を含み、クラッディング層は合金鉄中の腐食を抑制するようにされた耐食性元素を含み、ベース層は合金鉄を含む。本方法は追加的に、耐食性元素を含む第１のフィラーワイヤを使用することにより第１の溶融池から工作物のクラッディング層を接合するためにルートパス溶接ビードを形成する工程を含む。本方法は追加的に、ルートパス溶接ビード全体にわたってレーザビームを導きながらバッファフィラーワイヤを抵抗加熱することによりバッファ溶接ビードを形成する工程を含む。本方法はさらに、合金鉄を含む第２のフィラーワイヤを使用することにより工作物のベース層を接合するために１つまたは複数の溶接ビードをバッファ溶接ビード上に形成する工程を含む。
【０００５】
さらに別の態様では、溶接物は一対の溶接された多層工作物を含む。溶接物は、それぞれが合金鉄中の腐食を抑制するようにされた耐食性元素を含むクラッディング層と合金鉄を含むベース層とを含む一対の多層工作物を含む。工作物は溶接継手により縦方向に連続的に接合される。溶接継手は、耐食性元素を含む工作物のクラッディング層を接合するルートパス溶接ビードと、合金鉄を含む工作物のベース層を接合するルートパス溶接ビード上の１つまたは複数の溶接ビードとを含む。１つまたは複数の溶接ビード中の耐食性元素の濃度はルートパス溶接ビード中の耐食性元素の濃度の５０％未満である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】いくつかの実施形態による多層金属工作物を溶接するように構成されたレーザホットワイヤ溶接システム１００を示す。
【図２Ａ−Ｃ】いくつかの実施形態による多層金属工作物を溶接する様々な段階における中間構造体の断面図を示す。
【図２Ｄ】図２Ａ〜２Ｃに関して上に説明したものと同様な方法に従って形成された実験的溶接継手の断面の顕微鏡画像を示す。
【図３】実施形態によるレーザホットワイヤ溶接システムを使用することにより多層金属工作物を溶接する方法を示すフローチャートである。
【図４Ａ−Ｃ】実施形態による多層金属工作物を溶接する様々な段階における中間構造体の断面図を示す。
【図５Ａ−Ｃ】実施形態による多層金属工作物を溶接する様々な段階における中間構造体の断面図を示す。
【図６】図４Ａ〜４Ｃに関して上に説明したものと同様な方法に従って形成された実験的溶接継手の断面の顕微鏡画像を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
チューブおよびパイプなどのいくつかの金属部品は、競合する技術的挑戦を要求する環境または条件において使用される。例えば、いくつかのチューブおよびパイプは、優れた化学的性能（例えば高耐蝕性）だけでなく優れた機械的性能も要求される環境において採用され得る。しかし、性能パラメータのうちの１つを満たす合金は性能パラメータの別のものを満たさないことがある。したがって、いくつかの用途に関しては、競合する技術的挑戦は多層構造で形成された金属部品により満たされ得る。
【０００８】
このような１つの用途は海底石油およびガス輸送であり、ここでは、溶接されたチューブおよびパイプが苛酷な腐食環境だけでなく高圧にも耐えるように設計される。石油およびガス産業における性能要求は、世界の残存石油埋蔵量の比率の増加が高水準の硫黄含有有害ガス（例えば硫化水素（Ｈ２Ｓ））またはＣＯ２を含む原油を出力するという事実に少なくとも部分的に起因するより高い温度、より高い圧力、より高い腐食性、およびより高い摩耗性を含みますます挑戦的になっている。その結果、このような原油を輸送するために使用されるパイプは、より高い機械的性能、より高い熱的性能、より高い摩擦学的性能、より高い耐食性能を提供するように要求される。
【０００９】
これらの競合する必要性を満たすために、チューブおよびパイプなどのいくつかの金属部品は多層構造を採用する。例えば、いくつかの被覆チューブおよびパイプは、必須機械的性質を提供するためにオーステナイトおよびフェライト／マルテンサイト系ステンレス鋼または二重ステンレス鋼などの合金鉄組成または鋼組成で形成された主パイプ本体に加えて、必須耐食性を提供するために例えば複雑な高いニッケルクロム合金で形成された高耐腐食性合金（ＣＲＡ：ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ−ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ａｌｌｏｙｓ）で形成された中間層を含む。合金鉄鋼組成または鋼組成は高張力鋼を含み得るが、高張力鋼と併せてニッケル合金フィラーを使用することは多くの状況ではチューブまたはパイプの所望強度を実現しない。
【００１０】
多層構造を採用するチューブおよびパイプなどのいくつかの金属部品は、例えばガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ：ｇａｓ  ｔｕｎｇｓｔｅｎ  ａｒｃ  ｗｅｌｄｉｎｇ）、表面張力転送（ＳＴＴ：ｓｕｒｆａｃｅ  ｔｅｎｓｉｏｎｔｒａｎｓｆｅｒ）、または比較的低い入熱を使用する金属蒸着技術を含む多様な技術を使用することにより接合され得る。ＧＴＡＷは、タングステン電極（非消耗性）と工作物との間のアークによりそれらを加熱することにより金属の癒着を生じるアーク溶接プロセスを指す。ＳＴＴおよび比較的低い入熱を使用する金属蒸着技術は、あるタイプのガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）を指す。すなわち連続ソースまたはフィラー金属電極とシールドが外部供給ガスから得られる工作物との間のアークにより金属を加熱することにより金属の癒着を生じるアーク溶接プロセスを指す。標準的ＧＭＡＷとは異なり、ＳＴＴでは、電極伸長の変化が熱に影響を与えないように、電流が、ワイヤフィード速度と無関係に熱を調整するように制御される。標準的ＧＭＡＷとは異なり、比較的低い入熱を使用するいくつかの金属蒸着技術では、ディジタルプロセス制御が、短絡を検出し、次に、ワイヤを引っ込めることにより液滴を引き離すのを助ける。しかし、ＧＴＡＷ、ＳＴＴなどのアークベース技術および比較的低い入熱を使用するいくつかの金属蒸着技術を使用することにより多層構造で形成された金属工作物の溶接は、高コスト、低速度、利用可能性、妥協された性能、および／または高度に制御された溶接手順の必要性を含む多くの挑戦に直面する。例えば、鋼組成で形成された主パイプ本体と高いニッケルクロム合金ＣＲＡで形成されたクラッディング層とを有するいくつかのクラッドチューブおよびパイプを溶接する場合、高いニッケルクロム合金ベース溶接用ワイヤを使用して溶接継手全体を形成することは、高価過ぎる可能性があるおよび／または不十分な耐力を有する溶接継手を生じ得る。他方で、鋼組成を使用して溶接継手全体を形成することは、不十分な耐食性である溶接継手を生じ得る。加えて、鋼組成を使用して溶接継手全体を形成することは、ＣＲＡ層と鋼溶接金属層との間の化学元素の望ましくない希釈または混ぜ合わせを生じ得、例えば生成された溶接継手の亀裂など様々な問題を引き起こし得る。したがって、多層構造で形成された溶接金属部品に対する溶接解決策の必要性がある。
【００１１】
様々な実施形態が溶接の文脈で本明細書で説明されるが、実施形態はそのように限定されないということが理解されることになる。例えば、様々な実施形態が付加製造の状況において適用され得る。
【００１２】
図１は、いくつかの実施形態による多層金属工作物を溶接するように構成されたレーザホットワイヤ溶接システム１００を示す。本明細書で述べるように、レーザホットワイヤ溶接プロセスは、抵抗加熱「ホット」溶接電極と併せたレーザビームが溶接継手を形成するために使用される溶接プロセスを指す。システム１００は、金属の源として働く消耗品ワイヤであり得るフィラーワイヤ１４０および／または工作物１１５へエネルギーを供給するように構成されたレーザサブシステムであってレーザ電源装置１３０により給電されるレーザ源１２０を含むレーザサブシステムを含む。レーザ源１２０は、レーザビーム１１０を合焦させることによりエネルギーをフィラーワイヤ１４０および／または工作物１１５へ供給するように構成される。レーザ源１２０は、実施形態によると、フィラーワイヤ１４０および／または工作物１１５を溶融するのに十分なエネルギー密度を有するレーザビーム１１０を提供するように構成される。レーザビーム１１０は、例えば連続波（ＣＷ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ）であってもよく、変調またはパルス化されてもよく、様々な実施形態では、可視スペクトルまたは近赤外スペクトル内の波長を有し得る。
【００１３】
様々な実施形態では、システム１００はさらに、ホットワイヤ溶接に加え、プラズマアーク溶接、ガスタングステンアーク溶接、ガス金属アーク溶接、フラックス入りアーク溶接（ｆｌｕｘ  ｃｏｒｅｄ  ａｒｃ  ｗｅｌｄｉｎｇ）、およびサブマージアーク溶接（ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ  ａｒｃ  ｗｅｌｄｉｎｇ）のうちの１つまたは複数を行うように構成され得る。
【００１４】
システム１００は追加的に、ワイヤフィーダ１５０を使用する溶接中に金属の源として働くフィラーワイヤ１４０を提供する（例えば連続的に提供する）ように構成された溶接用ワイヤフィーダサブシステムを含む。溶接用ワイヤフィーダサブシステムは、レーザビーム１１０の近傍の工作物１１５と接触するように溶接電極１４０を導くように構成される。
【００１５】
示されたワイヤフィーダサブシステムはさらに、コンタクトチューブ１６０へ電力を供給するように構成されたホットワイヤ電源１７０を含む。ホットワイヤ電源１７０は動作中にフィラーワイヤ１４０を抵抗加熱するための電流、電圧、および／または電力を提供する。いくつかの実施形態では、ホットワイヤ溶接電源１７０は直流（ＤＣ）電源（例えばパルス化直流電源）である。しかし、実施形態はそのように限定されなく、他の実施形態では、ホットワイヤ電源１７０は交流（ＡＣ）または他のタイプの電源であり得る。
【００１６】
動作中、フィラーワイヤ１４０は、ワイヤフィーダ１５０から送出され、工作物１１５方向にコンタクトチューブ１６０を貫通する。フィラーワイヤ１４０の伸張部分は、工作物１１５に接触する前に（例えば工作物１１５上の溶融池と接触する前に）フィラーワイヤ１４０の溶融温度に近づく、達する、またはそれを越え得るように、電源１７０により供給される電流、電圧および／または電力により抵抗加熱される。本明細書で述べたように、溶融池または溶融溜まりは、溶接金属層または溶接ビードとしてのその凝固前の局所容量の溶融金属を指す。レーザ装置１２０は、溶融工作物１１５のベース金属を少なくとも部分的に溶融して溶融池を形成させるのに十分なおよび／または溶融温度以上の温度において溶融フィラーワイヤ１４０を少なくとも部分的に溶融して溶融金属（例えば過熱金属）を工作物１１５上へ形成させるのに十分な電力密度を有するレーザビーム１１０を提供するように構成される。
【００１７】
実施形態によると、電源１７０は、フィラーワイヤ１４０を抵抗溶融するおよび／または溶融池を形成するのに必要とされるエネルギーの少なくとも一部（例えば５０％超、６０％超、７０％超、８０％超、９０％超、またはこれらのパーセント値の任意の範囲内の一部）を供給するように構成される。実施形態によると、レーザ装置１２０およびレーザ電源装置１３０は、フィラーワイヤ１４０を抵抗溶融するおよび／または溶融池を形成するのに必要とされるエネルギーの少なくとも一部（例えば５０％超、６０％超、７０％超、８０％超、９０％超、またはこれらのパーセント値の任意の範囲内の一部分）を供給するように構成される。レーザ装置１２０により提供される相対量のエネルギーは、例えばその強度を増加または低減するために１つまたは複数のレンズを使用してレーザビーム１１０の焦点を調整することにより制御され得る。フィーダサブシステムはいくつかの他の実施形態によると、１つまたは複数のワイヤを同時に提供することができる可能性がある。例えば、第１のワイヤは、例えば高いニッケルクロム合金を使用することにより１つの機能（例えば溶接継手に対する耐食性）を提供するために使用され得、第２のワイヤは、例えば鋼ベース合金を使用することにより別の機能（例えば溶接継手に対する強度または頑丈さ）を提供するために使用され得る。
【００１８】
図１を依然として参照すると、システム１００はさらに、工作物１１５の局所部分を加熱するためにレーザビーム１１０および／またはフィラーワイヤ１４０を移動することができる運動制御サブシステムを含む。例えば、運動制御サブシステムは、レーザビーム１１０と溶接用ワイヤ１４０が同じ方向１２５に沿って溶接金属を形成している間互いに比較的固定された関係のままであるように工作物１１５に沿って同じ方向１２５にレーザビーム１１０を移動するように構成され得る。様々な実施形態によると、工作物１１５とレーザ／ワイヤコンビとの間の相対運動は、工作物１１５を移動することにより、またはレーザ装置１２０およびホットワイヤフィーダサブシステムを移動することによりのいずれかで実現され得る。示された実施形態では、運動制御サブシステムは、その運動を制御するためにロボット１９０へ作動可能に接続された運動コントローラ１８０を含み得る。ロボット１９０は、レーザビーム１１０およびフィラーワイヤ１４０が工作物１１５に沿って効果的に走行するように、方向１２５に工作物１１５を移動するために工作物１１５へ作動可能に接続される（例えば、機械的に固定される）。代替実施態様によると、レーザ装置１１０およびコンタクトチューブ１６０は、それに作動可能に接続された運動制御サブシステムを介し工作物１１５に沿って移動され得る単一可動部品として一体化され得る。
【００１９】
工作物１１５に対しレーザビーム１１０および／または溶接用ワイヤ１４０を移動するいくつかの方法が存在するということが理解されることになる。例えば工作物が円形であれば、レーザビーム１１０および／または溶接用ワイヤ１４０は工作物が回転される間定常に保たれ得る。他方で、工作物が例えば平らであれば、図１に示すように工作物１１５はレーザビーム１１０および／またはフィラーワイヤ１４０下で移動され得る。他の構成が可能である。例えば、ロボットアームまたは線形トラクタまたはビーム取り付けキャリッジが、レーザビーム１１０および／またはフィラーワイヤ１４０を工作物１１５に対して移動するために使用され得る。
【００２０】
図１を依然として参照すると、システム１００はさらに、溶接中に様々な溶接パラメータを測定および制御するために工作物１１５およびコンタクトチューブ１６０へ作動可能に接続されるように構成された制御システム１９５を含む。例えば、制御サブシステム１９５は、工作物１１５とホットフィラーワイヤ１４０との間の電圧（Ｖ）および／またはそれらを通る電流（Ｉ）を測定することができる可能性がある。制御サブシステム１９５は、測定された電圧および電流から抵抗値（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）および／または電力値（Ｐ＝Ｖ＊Ｉ）を計算し得る。Ｖ、Ｉ、ＲおよびＰを含むこのようにして得られた様々なパラメータは溶接プロセスの様々な状態を推測するために使用され得る。例えば、溶接用ワイヤ１４０が工作物１１５と接している場合、溶接用ワイヤ１４０と工作物１１５との間の測定された電圧は例えばほぼ零ボルト未満であり得、これから、制御サブシステム１９５は、溶接用ワイヤ１４０が、工作物１１５に接触しており、したがって溶接用ワイヤ１４０を通る電流の流れを制御するために溶接用ワイヤ電源１７０へ作動可能に接続されていると判断し得る。いくつかの実施形態によると、運動コントローラ１８０はさらに、レーザ電源装置１３０および／またはコントローラ１９５へ作動可能に接続され得る。運動コントローラ１８０およびレーザ電源装置１３０は、いつ工作物１１５が移動しているかをレーザ電源装置１３０が判断し得るように、そしていつレーザ装置１２０がアクティブであるかを運動コントローラ１８０が判断し得るように互いに通信し得る。同様に、運動コントローラ１８０ならびに感知および電流コントローラ１９５は、いつ工作物１１５が移動しているかをコントローラ１９５が判断し得るように、そしていつ溶接ワイヤフィーダサブシステムがアクティブであるかを運動コントローラ１８０が判断し得るように互いに通信し得る。このような通信はシステム１００の様々なサブシステム間の活動を連携させるために使用され得る。
【００２１】
図２Ａ〜２Ｃは、いくつかの実施形態による多層金属工作物を溶接する様々な段階における中間構造体の断面図を示す。図２Ａは、溶接されるべき第１の多層工作物３００Ａおよび第２の多層工作物３００Ｂを含む中間構造体を示す。第１および第２の工作物３００Ａ、３００Ｂのそれぞれは、それぞれの第１の層３１０Ａ、３１０Ｂ（例えばベース層）とそれぞれの第２の層３２０Ａ、３２０Ｂ（例えばクラッディング層）とを含む多層構造を含む。いくつかの実施形態では、第１および第２の多層構造３００Ａ、３００Ｂは溶接されるべきクラッドパイプの断面図を表し得る。これらの実施形態では、第１の層３１０Ａ、３１０Ｂは溶接されるべきクラッドパイプの本体を表し、第２の層３２０Ａ、３２０Ｂはクラッドパイプのクラッディング層を表し得る。しかし、実施形態はそのように限定されなく、第１および第２の工作物３００Ａ、３００Ｂは溶接されるべき多層シートまたは任意の他の多層工作物の断面図を表し得る。示された中間構造体では、第１および第２の多層工作物３００Ａ、３００Ｂは、多層工作物の対応する第１の層３１０Ａ、３１０Ｂおよび第２の層３２０Ａ、３２０Ｂが、溶接されるべきそれぞれの第１および第２の接合領域３０４、３０８において互いに当接するように、溶接の開始に前に縦方向に連続的に接触される。
【００２２】
図２Ｂは、溝３３０が第１および第２の接合領域３０４、３０８の一方または両方において形成された後の第１の多層工作物３００Ａおよび第２の多層工作物３００Ｂを含む中間構造体を示す。溝３３０は、例えば多層工作物３００Ａ、３００Ｂの端領域から第１の層３１０Ａ、３１０Ｂの少なくとも一部分を除去することにより形成され得る。示された実施形態では、溝３３０は、第１の層３１０Ａ、３１０Ｂを完全に貫通しており、第２の接合領域３０８において第２の層３２０Ａ、３２０Ｂの表面を露出するために停止される。しかし、実施形態はそのように限定されなく、他の実施形態では、溝３３０は、第１の層３１０Ａ、３１０Ｂを部分的に貫通し、第１の接合領域３０４内の第２の層３２０Ａ、３２０Ｂの表面へ達する前に停止され得る。さらに他の実施形態では、溝３３０は第２の層３２０Ａ、３２０Ｂの表面を貫通し、部分的に第２の層３２０Ａ、３２０Ｂ中に延伸し、第２の接合領域３０８内の第２の層３２０Ａ、３２０Ｂの表面へ達する前に停止され得る。
【００２３】
明瞭性のために図２Ｂには示されないが、使用される溶接継手の様々な実施形態では、第２の層３２０Ａ、３２０Ｂのルート面は、ルートパス溶接ビードがルート面にキーホールをあける（時折、閉ルート構成と呼ばれる）またはルート面を跨ぐ（時折、開放ルート構成と呼ばれる）ようなやり方で斜角を付けられ得るということが理解される。多くの様々な斜角設計が、当業者により理解されるように、様々なルート製作により提供される特定利点に基づき、様々な用途に適するように使用され得る。
【００２４】
図２Ｃは、溶接継手が複数の溶接金属層または溶接ビード３１２−１、３１２−２、．．．３１２−ｎにより第１および第２の接合領域３０４、３０８において形成された後の第１の多層工作物３００Ａおよび第２の多層工作物３００Ｂを示す。複数の溶接金属層または溶接ビード３１２−１、３１２−２、．．．３１２−ｎは、例えばガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）、表面張力転送（ＳＴＴ）、または比較的低い入熱を使用する金属蒸着技術を含む多様な技術を利用した溶接ワイヤを使用することにより形成され得る。しかし、上述したように、アークベース技術を利用して形成された溶接継手は不適正な機械的性質を有し得るおよび／または高価であり得る。例えば、工作物３００Ａ、３００Ｂが耐食合金によりクラッドされた鋼パイプであり、溶接継手が鋼ベース溶接用ワイヤを使用して形成された場合、生成された溶接継手は、例えば溶接金属層またはビード内へのクラッディング層からの耐食性元素の取り込みに起因して不十分な耐食性および／または不十分な機械的性質（例えば低い耐力）を有し得る。他方で、耐食合金を有する溶接用ワイヤを使用することにより溶接金属層３１２−１、３１２−２、．．．３１２−ｎのすべてを形成することは、費用効率が良くない可能性がある。したがって、本明細書で説明される様々な実施形態によると、溶接金属層３１２−１、３１２−２、．．．３１２−ｎを含む溶接継手は、溶接金属層３１２−１、３１２−２、．．．３１２−ｎ内へのまたはそれらの間の化学元素の混ぜ合わせの量を制御および制限するためにホットワイヤレーザ溶接プロセスを使用して形成される。したがって、本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態によると、溶接金属層３１２−１、３１２−２、．．．３１２−ｎのうちの１つまたは複数は、溶接金属層３１２−１、３１２−２、．．．３１２−ｎ内へのまたはそれらの間の化学元素の混ぜ合わせの量を制御および制限するためにホットワイヤレーザ溶接プロセスを使用して形成される。実施形態に従って形成された複数の溶接金属層または溶接ビードは、溝の底において形成されたルートパス溶接金属層３１２−１と、ルートパス溶接金属層３１２−１上に形成された１つまたは複数の追加溶接金属層３１２−２、３１２−３、．．．３１２−ｎとを含む。ここでは、溶接金属層３１２−１、３１２−２、．．．３１２−ｎの組成は、１つまたは複数のフィラーワイヤ（図１では１４０）の抵抗加熱または溶融中に電力を制御することにより、そしてレーザビーム（図１では１１０）を溶接ワイヤおよび／または工作物上に合焦させる間に屈折力を制御することにより制御される。
【００２５】
図２Ｄは、図２Ａ〜２Ｃに関して上に説明したものと同様な方法に従って形成された実験的溶接継手の断面の顕微鏡画像３００を示す、但し、断面画像３００は、同様な鋼組成で形成されたフィラーワイヤを使用することにより鋼組成で形成された単一階層工作物を接合することにより形成された溶接継手のものである。本発明者らは、図２Ｄに示される溶接継手と同様な単一溶接用ワイヤを使用することにより単一階層工作物を接合する溶接継手を形成するホットワイヤ溶接が、多層工作物を接合するための高品質溶接継手を生成し得るが、様々な溶接金属層３１２−１、３１２−２、．．．３１２−ｎを形成するために様々な溶接用ワイヤを使用することが、本明細書で説明された様々な理由のために有利であり得るということを発見した。
【００２６】
図３は、実施形態による２つ以上の溶接用ワイヤを使用して多層金属工作物を溶接する方法３５０を示すフローチャートである。方法３５０は、図２Ａに関して上に説明した第１および第２の工作物３００Ａ、３００Ｂと同様な一対の多層工作物を提供する工程３６０を含む。工作物のそれぞれは、図２Ａに関して上に説明した第１の層３１０Ａ、３１０Ｂおよび第２の層３２０Ａ、３２０Ｂと同様な外側層と中間層とを有する。示された実施形態では、中間層は耐食性元素を含む。示された実施形態では、一対の多層工作物を提供する工程３６０は、多層工作物の対応階層が、溶接されるべき接合領域（例えば図２Ａ〜２Ｃの接合領域３０４、３０８）において互いに当接するように第１および第２の工作物３００Ａ、３００Ｂを縦方向に連続的に接触させる工程を含む。方法３５０は追加的に、図２Ｂに関して上に説明したのと同様なやり方で多層工作物のそれぞれの外側層の少なくとも一部分を除去することにより接合領域に溝を形成する工程を含む。その後、方法３５０は、第１のレーザビームを中間層上に合焦させながら耐食性元素を含む第１のフィラーワイヤを抵抗加熱することにより工作物の中間層を接合するためにルートパス溶接金属層を形成する工程３７０に進む。本明細書で述べたように、耐食性元素は、本明細書で説明された濃度で合金組成の一部として存在する場合に当該濃度の化学元素が無い合金組成と比較して耐食性を促進し得る化学元素を指す。例えば、耐食性化学元素は、合金組成に依存して特にＣｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＴａおよびＴｉのうちの１つまたは複数を含み得る。
【００２７】
ルートパス溶接金属層（例えば図２Ｃの溶接金属層３１２−１）は、Ｎｉおよび／またはＣｒなどの耐食性元素を含み、溶融池を形成するために第１のレーザビームを溝内に（例えば第２の層３２０Ａ、３２０Ｂ上の溝の底に）合焦させながら第１のフィラーワイヤを抵抗加熱（例えば抵抗溶融）することにより溝の底に形成される。ルートパス溶接金属層を形成した後、方法３５０は、第２のレーザビームを溝内に（例えばルートパス溶接金属に）合焦させながら第２の溶接ワイヤを抵抗加熱（例えば抵抗溶融）することによりルートパス溶接金属の上に１つまたは複数の溶接金属層（溶接金属層３１２−２、３１２−３、．．．３１２−ｎ）（例えば鋼組成を含む溶接金属層）を形成する工程３８０へ進む。本方法は、ルートパス溶接金属層３１２−１内におよび／または第２の層３２０Ａ、３２０Ｂ内に存在する耐食性元素などの化学元素が、ルートパス溶接金属層３１２−１に対して５０％未満の濃度で以降の溶接金属層（溶接金属層３１２−２、３１２−３、．．．３１２−ｎ）内に取り込まれるように、第２の溶接用ワイヤ、第２の電力および第２のレーザビームを設定する。
【００２８】
図４Ａ〜４Ｃは、いくつかの他の実施形態による多層金属工作物を溶接する様々な段階における中間構造体の断面図を示す。図４Ａは、図２Ｂに関して上に説明したのと同様なやり方で溝４３０が形成された後の第１の多層工作物４００Ａおよび第２の多層工作物４００Ｂを含む中間構造体であって、ルートパス溶接金属層４１２の形成中にまたはその後に、ルートパス溶融池を形成するために溝内に（例えば第２の層４２０Ａ、４２０Ｂ上の溝４３０の底に）、第１の強度を有する第１のレーザビーム４５０を合焦させながら第１のフィラーワイヤ４４０を抵抗加熱または溶融することにより溝４３０の底に第１の濃度の耐食性元素を含む中間構造体を示す。
【００２９】
第１および第２の多層構造４００Ａ、４００Ｂがクラッドパイプの多層壁の断面図を表すいくつかの実施形態では、第１の層４１０Ａ、４１０Ｂはクラッドパイプの本体またはベース層を表し得る。いくつかの実施形態では、第１の層４１０Ａ、４１０Ｂは炭素鋼組成を有し得る。炭素鋼組成の非限定的例は、Ｆｅと、約０．０１ｗｔ％〜約０．５ｗｔ％の濃度のＣ、約０．１ｗｔ％〜約１．５ｗｔ％の濃度のＳｉ、約０．５ｗｔ％〜約５ｗｔ％の濃度のＭｎ、約０．００１ｗｔ％〜約０．０５ｗｔ％の濃度のＳ、約０．００１ｗｔ％〜約０．０５ｗｔ％の濃度のＰ、約０．０１ｗｔ％〜約０．５ｗｔ％の濃度のＴｉ、約０．０１ｗｔ％〜約０．５ｗｔ％の濃度のＺｒ、約０．０１ｗｔ％〜約０．５ｗｔ％の濃度のＡｌ、および約０．１ｗｔ％〜約１ｗｔ％の濃度のＣｕのうちの１つまたは複数とを含む。
【００３０】
いくつかの他の実施形態では、第１の層４１０Ａ、４１０Ｂは低炭素鋼組成を有し得る。いくつかの非限定的例は、約０．１０ｗｔ％未満の濃度のＣおよび最大約０．４ｗｔ％の濃度のＭｎを有する組成と、約０．３０ｗｔ％未満の濃度のＣおよび最大約１．５ｗｔ％の濃度のＭｎを有する組成とを含む。
【００３１】
いくつかの他の実施形態では、第１の層４１０Ａ、４１０Ｂは低合金鋼組成を有し得る。いくつかの非限定的例組成を提供するために、低合金鋼組成は、Ｆｅと、約０．０１ｗｔ％〜約０．５ｗｔ％の濃度のＣ、約０．１ｗｔ％〜約１．０ｗｔ％の濃度のＳｉ、約０．５ｗｔ％〜約５ｗｔ％の濃度のＭｎ、約０．００１ｗｔ％〜約０．０５ｗｔ％の濃度のＳ、約０．００１ｗｔ％〜約０．０５ｗｔ％の濃度のＰ、約０．０１ｗｔ％〜約５ｗｔ％の濃度のＮｉ、約０．１ｗｔ％〜約０．５ｗｔ％の濃度のＣｒ、約０．１ｗｔ％〜約１ｗｔ％の濃度のＭｏ、約０．００１ｗｔ％〜約０．１ｗｔ％の濃度のＶ、約０．０１ｗｔ％〜約０．５ｗｔ％の濃度のＴｉ、約０．０１ｗｔ％〜約０．５ｗｔ％の濃度のＺｒ、約０．０１ｗｔ％〜約０．５ｗｔ％の濃度のＡｌ、および約０．１ｗｔ％〜約１ｗｔ％の濃度のＣｕのうちの１つまたは複数とを含む。
【００３２】
いくつかの他の実施形態では、第１の層４１０Ａ、４１０Ｂはステンレス鋼組成を有し得る。いくつかの非限定的例組成を提供するために、ステンレス鋼組成は通常、Ｆｅと、約０．０１ｗｔ％〜約１ｗｔ％の濃度のＣ、約０．１ｗｔ％〜約５．０ｗｔ％の濃度のＳｉ、約１０ｗｔ％〜約３０ｗｔ％の濃度のＣｒ、約０．１ｗｔ％〜約４０ｗｔ％の濃度のＮｉ、約０．１ｗｔ％〜約１０ｗｔ％の濃度のＭｎ、約０．００１ｗｔ％〜約０．０５ｗｔ％の濃度のＳ、および約０．００１ｗｔ％〜約０．０５ｗｔ％の濃度のＰのうちの１つまたは複数とを含む。いくつかの実施形態では、第２の層４２０Ａ、４２０Ｂ（例えばクラッディング層）は耐食合金（ＣＲＡ）組成を有し得る。第１および第２の多層構造４００Ａ、４００Ｂがクラッドパイプの多層壁の断面図を表すいくつかの実施形態では、第２の層４２０Ａ、４２０Ｂはクラッドパイプのクラッディング層を表し得る。例えば、いくつかの実施形態では、第２の層４２０、４２０Ｂは、以下のものうちの１つまたは複数を含む耐食性元素の組み合わせを含む：約４０ｗｔ％より高い、４５ｗｔ％より高い、５０ｗｔ％より高い、５５ｗｔ％より高い、６０ｗｔ％より高い、６５ｗｔ％より高い、７０ｗｔ％より高い、７５ｗｔ％より高い、８０ｗｔ％より高い濃度またはこれらの値の任意のものにより定義された範囲内の濃度のＮｉ；約１ｗｔ％〜約４０ｗｔ％、約５ｗｔ％〜約３５ｗｔ％、約１０ｗｔ％〜約３０ｗｔ％、約１５ｗｔ％〜約２５ｗｔ％、約２０ｗｔ％〜約２３ｗｔ％、またはこれらの値の任意のものにより定義された範囲内の濃度Ｃｒ；１０ｗｔ％未満、８ｗｔ％未満、６ｗｔ％未満、２ｗｔ％未満、またはこれらの値の任意のものにより定義された範囲内の濃度のＦｅ；約１ｗｔ％〜約２５ｗｔ％、約２ｗｔ％〜約２０ｗｔ％、約４ｗｔ％〜約１５ｗｔ％、約６ｗｔ％〜約１２ｗｔ％、約８ｗｔ％〜約１０ｗｔ％、またはこれらの値の任意のものにより定義された範囲内の濃度のＭｏ；約１．０ｗｔ％〜約６．５ｗｔ％、約１．５ｗｔ％〜約６．０ｗｔ％、約２．０ｗｔ％〜約５．５ｗｔ％、約２．５ｗｔ％〜約５．０ｗｔ％、約３．０ｗｔ％〜約４．５ｗｔ％、またはこれらの値の任意のものにより定義された範囲内の濃度のＮｂおよび／またはＴａ；１ｗｔ％未満、０．８ｗｔ％未満、０．６ｗｔ％未満、０．４ｗｔ％未満、０．２ｗｔ％未満、０．１ｗｔ％未満、０．０５ｗｔ％未満、またはこれらの値の任意のものにより定義される範囲内の濃度のＣ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、ＴｉおよびＣｏのうちの１つまたは複数。
【００３３】
いくつかの他の実施形態では、第２の層４２０Ａ、４２０Ｂはステンレス鋼組成を有し得る。いくつかの非限定的例組成を提供するために、ステンレス鋼組成は通常、Ｆｅと、約０．０１ｗｔ％〜約１ｗｔ％の濃度のＣ、約０．１ｗｔ％〜約５．０ｗｔ％の濃度のＳｉ、約１０ｗｔ％〜約３０ｗｔ％の濃度のＣｒ、約０．１ｗｔ％〜約４０ｗｔ％の濃度のＮｉ、約０．１ｗｔ％〜約１０ｗｔ％の濃度のＭｎ、約０．００１ｗｔ％〜約０．０５ｗｔ％の濃度のＳ、および約０．００１ｗｔ％〜約０．０５ｗｔ％の濃度のＰのうちの１つまたは複数とを含む。様々な実施形態では、第１の層４１０Ａ、４１０Ｂは、約１０ｍｍより長い、約２０ｍｍより長い、約３０ｍｍより長い、約４０ｍｍより長い、約５０ｍｍより長い、約６０ｍｍより長い、またはこれらの値の任意のものにより定義される範囲内の厚さを有し得る。
【００３４】
様々な実施形態では、第２の層４２０Ａ、４２０Ｂは、約１５ｍｍ未満、約１０ｍｍ未満、約５ｍｍ未満、約４ｍｍ未満、約３ｍｍ未満、約２ｍｍ未満、またはこれらの値の任意のものにより定義される範囲内の厚さを有し得る。
【００３５】
第１の多層工作物４００Ａおよび第２の多層工作物４００Ｂがクラッドパイプまたはチューブを表すいくつかの実施形態では、それらの外径は２〜４８インチの範囲内であってもよく、その範囲外であってもよい。
【００３６】
依然として図４Ａを参照すると、示された溶接の段階では、耐食性元素（例えばＣｒおよび／またはＮｉ）を有するルートパス溶接金属層４１２は、溶融池を形成するために、第１の強度を有する第１のレーザビーム４５０を溝内に（例えば溝４３０の底にまたは第２の層４２０Ａ、４２０Ｂ上に）合焦させながら第１のフィラーワイヤ４４０を抵抗加熱することにより溝内に（例えば溝４３０の底に）第１の濃度で形成される。
【００３７】
示された実施形態では、第１のフィラーワイヤ４４０は、第２の層４２０Ａ、４２０Ｂに関して上に説明したものと同様な耐食合金組成を有し得る。様々な実施形態では、第１のフィラーワイヤ４４０は第２の層４２０Ａ、４２０Ｂのものとは実質的に異なる耐食合金組成を有し得る。
【００３８】
ルートパス金属層４１２が形成されるルートパス溶融池は、１つまたは複数の溶融された第１のフィラーワイヤ４４０および溶融された第２の層４２０Ａ、４２０Ｂから形成され得る。いくつかの実施形態では、第１のレーザ出力における第１のレーザビーム４５０は溶融池の少なくとも一部分を形成するのに十分である。すなわち、第１のレーザビーム４５０は、第２の層４２０Ａ、４２０Ｂの表面を少なくとも溶融するのにおよび／または第１のフィラーワイヤ４４０の先端部を少なくとも溶融するのに十分であり得る。いくつかの他の実施形態では、第１の抵抗加熱出力における第１のフィラーワイヤ４４０の抵抗加熱は溶融池の少なくとも一部分を形成するのに十分であり得る。すなわち、第１のフィラーワイヤ４４０の抵抗加熱は、少なくともその先端領域および／または第２の層４２０Ａ、４２０Ｂの少なくとも表面を溶融するのに十分であり得る。いくつかの状況下では、第１のフィラーワイヤ４４０の少なくとも先端領域の抵抗加熱は、第１のフィラーワイヤ４４０の溶融温度より高い温度で加熱液体を形成するのに十分な熱を供給し得、延いては、その上に蒸着されると第２の層４２０Ａ、４２０Ｂの少なくとも１つの表面領域を溶融し得る。いくつかの他の実施形態では、第１のレーザビーム４５０と第１のフィラーワイヤ４４０の抵抗加熱との組み合わせが、上記機構のうちの任意のものに基づき溶融池を形成するのに十分なエネルギーを供給する。様々な実施形態では、第１のレーザビーム４５０は、第２の接合領域４０８における少なくとも第２の層４２０Ａ、４２０Ｂの表面部分が、第２の接合領域４０８における第２の層４２０Ａ、４２０Ｂの厚さ内に少なくとも部分的に延伸する溶融池を形成するために溶融されるように、第１のレーザ出力密度または第１のレーザ強度を有するように溝４３０の底に合焦される。例えば、波形（例えば、連続波対パルス波）、波長およびスポットサイズなどの多様な要因に依存する第１のレーザ強度は、第２の層４２０Ａ、４２０Ｂの少なくとも表面部分を第２の層４２０Ａ、４２０Ｂの溶融温度近傍のまたはそれを越える温度に達するように少なくとも部分的にさせるのに十分であり得る。例えば、第１のレーザ強度は、少なくとも第２の層４２０Ａ、４２０Ｂの表面部分を、１０００℃を越える温度、１１００℃を越える温度、１２００℃を越える温度、１３００℃を越える温度、１４００℃を越える温度、１５００℃を越える温度、１６００℃を越える温度、またはこれらの値のうちの任意のものにより定義された範囲内の温度に達するように少なくとも部分的にさせる。いくつかの実施形態では、第１のレーザビーム４５０の第１の強度は、溶融池と生成されたルートパス溶接金属層４１２とを第２の層４２０Ａ、４２０Ｂの全厚さに侵入するように少なくとも部分的にさせるのに十分である。いくつかの他の実施形態では、第１のレーザビーム４５０の第１の強度は、溶融池と生成されたルートパス溶接金属層４１２とが第２の層４２０Ａ、４２０Ｂの全厚さ未満に侵入するようにされる。
【００３９】
様々な実施形態では、第１のフィラーワイヤ４４０は、溶融池または溝４３０の底面と接触する第１のフィラーワイヤ４４０の少なくとも先端領域を第１のフィラーワイヤ４４０の溶融温度近傍のまたはそれを越える温度に達するように少なくとも部分的にさせるために第１の抵抗加熱出力において抵抗加熱される。例えば、第１の溶接電極４４０の抵抗、第１の溶接電極４４０と溶融池または溝の底面との間の接触抵抗などの多様な要因に依存する第１の抵抗加熱出力は、第１のフィラーワイヤ４４０の先端領域を、１０００℃を越える温度、１１００℃を越える温度、１２００℃を越える温度、１３００℃を越える温度、１４００℃を越える温度、１５００℃を越える温度、１６００℃を越える温度、またはこれらの値のうちの任意のものにより定義された範囲内の温度に達するようにさせるのに十分であり得る。
【００４０】
このようにして形成されたルートパス溶接金属層４１２は、第１のフィラーワイヤ４４０と第２の層４２０Ａ、４２０Ｂとの混合物で形成された組成を有し、第２の層４２０Ａ、４２０Ｂおよび第１のフィラーワイヤ４４０のものと同様な組成を有し得る。
【００４１】
図４Ｂは、第１のレーザビーム４５０の第１の強度と異なる第２の強度を有する第２のレーザビーム４６０を溝４３０に（例えばルートパス溶接金属４１２に）合焦させながら第１の電極４４０と異なる第２の溶接用ワイヤ４７０を抵抗加熱または溶融することによりルートパス溶接金属層４１２上の溝４３０内の１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎのうちの第１の溶接金属層４１６−１を形成中のまたはその後の第１の多層工作物４００Ａおよび第２の多層工作物４００Ｂを含む中間構造体を示す。ルートパス溶接金属層４１２、第１および第２のフィラーワイヤ４４０、４７０、第１の層４１０Ａ、４１０Ｂ、第２のレーザビーム４６０、第２のレーザビーム４６０の第２の強度、および第２のフィラーワイヤ４７０を抵抗溶融するための第２の電力を含む様々なパラメータは、１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎが耐食性元素の第１の濃度の５０％未満の濃度の耐食性元素をルートパス溶接金属層４１２内に取り込むようにされる。
【００４２】
第１の溶接金属層４１６−１が形成される第１の溶融池は、溶融されたルートパス溶接金属層４１２、溶融された第２のフィラーワイヤ４７０、および溶融された第１の層４１０Ａ、４１０Ｂのうちの１つまたは複数で形成され得る。いくつかの実施形態では、第２のレーザ出力における第２のレーザビーム４６０は溶融池の少なくとも一部分を形成するのに十分である。すなわち、第２のレーザビーム４６０は、ルートパス溶接金属層４１６−１、第２の層４２０Ａ、４２０Ｂの少なくとも表面を溶融するのにおよび／または第２のフィラーワイヤ４７０の少なくとも先端部を溶融するのに十分であり得る。いくつかの他の実施形態では、第２の抵抗加熱出力における第２のフィラーワイヤ４７０の抵抗加熱は溶融池の少なくとも一部分を形成するのに十分であり得る。すなわち、第２のフィラーワイヤ４７０の抵抗加熱は、少なくともその先端領域をおよび／またはルートパス溶接金属層４１２および／または第１の層４１０Ａ、４１０Ｂの少なくとも表面を溶融するのに十分であり得る。いくつかの状況下では、第２のフィラーワイヤ４７０の少なくとも先端領域の抵抗加熱は、溶融温度より高い温度で加熱液体を形成するのに十分な熱を供給し得、延いては、その上に蒸着されるとルートパス溶接金属層４１２および／または第１の層４１０Ａ、４１０Ｂの少なくとも１つの表面領域を溶融し得る。いくつかの他の実施形態では、第２のレーザビーム４６０と第２のフィラーワイヤ４７０の抵抗加熱との組み合わせが、上記機構のうちの任意のものに基づき溶融池を形成するのに十分なエネルギーを供給する。
【００４３】
実施形態によると、第２のフィラーワイヤ４７０は第１のフィラーワイヤ４４０と異なる組成を有する。例えば、第２のフィラーワイヤ４７０は第１の層４１０Ａ、４１０Ｂに関して上に説明したものと同様な鋼組成のうちの１つを有し得る。異なる実施形態では、第２のフィラーワイヤ４７０は上述の第１の層４１０Ａ、４１０Ｂのものとは実質的に異なる鋼組成を有し得る。
【００４４】
実施形態によると、第２のレーザビーム４６０は、ルートパス溶接金属層４１２、第１の層４１０Ａ、４１０Ｂ、および／または第２のフィラーワイヤ４７０の溶融量が、ルートパス溶接金属層４１２の形成中に第１のレーザビーム４５０の第１のレーザ出力により第２の層４２０Ａ、４２０Ｂおよび第１のフィラーワイヤ４４０の溶融量より少なくなるように、上述の第１のレーザビーム４５０の第１のレーザ出力密度より低い第２のレーザ出力密度を有する。様々な実施形態では、第１のレーザビーム４５０の出力密度に対する第２のレーザビーム４６０の出力密度の比は、０．５未満、０．２未満、０．１未満、０．０５未満、０．０２未満、０．０１未満、またはこれらの値のうちの任意のものより定義された範囲内の比であり得る。出力密度の比はエネルギー密度の比から少なくとも部分的に生じ得る。ここで、例えば第１および第２のレーザビーム４５０、４６０はＣＷレーザビームである。これらの実施形態では、第１のレーザビーム４５０のエネルギー密度に対する第２のレーザビーム４６０のエネルギー密度の比は、０．５未満、０．２未満、０．１未満、またはこれらの値のうちの任意のものにより定義された範囲内の比であり得る。しかし、実施形態はそのように限定されなく、出力密度の比はパルス持続時間の比から少なくとも部分的に生じ得る。ここで、例えば第１および第２のレーザビーム４５０、４６０はパルスレーザビームである。
【００４５】
実施形態によると、第２の溶接用ワイヤ４７０を抵抗加熱するための第２の抵抗加熱出力は、ルートパス溶接金属層４１２、第１の層４１０Ａ、４１０Ｂ、および／または第２のフィラーワイヤ４７０の溶融量が第１の溶接電極４４０の第１の抵抗加熱出力により第２の溶接層４２０Ａ，４２０Ｂおよび第１のフィラーワイヤ４４０の溶融量より少なくなるように、第１の溶接電極４４０を抵抗加熱するための第１の抵抗加熱出力未満である。様々な実施形態では、第１のフィラーワイヤ４４０を抵抗加熱するための第１の抵抗加熱出力に対する第２の溶接用ワイヤ４７０を抵抗加熱するための第２の抵抗加熱出力の比は、０．５未満、０．２未満、０．１未満、またはこれらの値のうちの任意のものにより定義された範囲内の比であり得る。出力密度の比はエネルギー密度の比から生じ得る。ここで、例えば、第１および第２の溶接用ワイヤ４４０、４７０を加熱するのに使用される第１および第２の電流はＤＣ電流である。これらの実施形態では、第１の抵抗加熱出力に対する第２の抵抗加熱出力のエネルギー密度の比は、０．５未満、０．２未満、０．１未満またはこれらの値のうちの任意のものにより定義された範囲内の比であり得る。しかし、実施形態はそのように限定されなく、出力密度の比はパルス持続時間の比をから生じ得る。ここで、例えば第１および第２の抵抗加熱電力はパルス電圧または電流から生じる。
【００４６】
波形（例えば、連続波対パルス波）、波長、およびスポットサイズなどの多様な要因に依存する第２のレーザ強度は、ルートパス金属層４１２および／または第１の層４１０Ａ、４１０Ｂの少なくとも表面部分を第１の層４１０Ａ、４１０Ｂの溶融温度近傍の温度またはそれを越える温度に達するように少なくとも部分的にさせるのに十分であり得る。例えば、第２のレーザ強度は、第２の層４２０Ａ、４２０Ｂの少なくとも表面部分を、８００℃を越える温度、９００℃を越える温度、１０００℃を越える温度、１１００℃を越える温度、１２００℃を越える温度、１３００℃を越える温度、１４００℃を越える温度、１５００℃を越える温度、またはこれらの値の任意のものにより定義される範囲内の温度に達するように少なくとも部分的にさせ得る。
【００４７】
いくつかの実施形態では、第１のレーザビーム４５０の第１の強度は、溶融池と生成されたルートパス溶接金属層４１２とを第２の層４２０Ａ、４２０Ｂの全厚さに侵入するように少なくとも部分的にさせるのに十分である。いくつかの他の実施形態では、第１のレーザビーム４５０の第１の強度は、溶融池と生成されたルートパス溶接金属層４１２とが第２の層４２０Ａ、４２０Ｂの全厚さ未満の厚さに侵入するようにされる。
【００４８】
様々な実施形態では、第２のフィラーワイヤ４７０は、ルートパス溶接金属層４１２または溝４３０の底面と接触する第２のフィラーワイヤ４７０の少なくとも先端領域を第２のフィラーワイヤ４７０の溶融温度近傍のまたはそれを越える温度に達するように少なくとも部分的にさせるために第２の抵抗加熱出力において抵抗加熱される。例えば、溶接電極４４０の抵抗、第２の溶接電極４７０と溶融池または溝の底面との間の接触抵抗などの多様な要因に依存する第２の抵抗加熱出力は、第２の溶接ワイヤ４７０の先端領域を、８００℃を越える温度、９００℃を越える温度、１０００℃を越える温度、１１００℃を越える温度、１２００℃を越える温度、１３００℃を越える温度、１４００℃を越える温度、１５００℃を越える温度、またはこれらの値のうちの任意のものにより定義された範囲内の温度に達するように少なくとも部分的にさせるのに十分であり得る。
【００４９】
実施形態によると、第１のレーザビーム４５０の第１のレーザ出力、第２のレーザビーム４６０の第２のレーザ出力、第１のフィラーワイヤ４４０の第１の抵抗加熱出力、および第２のフィラーワイヤ４７０の第２の抵抗加熱出力は、第１の溶接金属層４１６−１が形成される第１の溶融池の温度が、ルートパス溶接金属層４１２が形成されるルートパス溶融池の温度より、１００℃を越える温度差、２００℃を越える温度差、３００℃を越える温度差、４００℃を越える温度差、５００℃を越える温度差、またはこれらの温度のうちの任意のものにより定義された範囲内の温度差だけ低くなり得るようにされる。
【００５０】
このようにして形成された第１の溶接金属層４１６−１は、第２の溶接ワイヤ４７０、第１の層４１０Ａ、４１０Ｂ、および／またはルートパス溶接金属層４１２の混合物で形成された組成を有し、第２の溶接ワイヤ４７０および／または第１の層４１０Ａ、４１０Ｂのものと同様な組成を有し得る。有利には、本明細書で説明された方法によると、ルートパス溶接金属層４１２の化学元素を第１の溶接金属層４１６−１内に取り込むことは、特にルートパス溶融池が達する温度と比較して第１の溶融池が達するより低い温度により制御または制限される。有利には、様々な実施形態では、第１の溶接金属層４１６−１は、ルートパス溶接金属層４１２内の様々な化学元素の濃度に対し５０ｗｔ％未満、４０ｗｔ％未満、３０ｗｔ％未満、２０ｗｔ％未満、１０ｗｔ％未満、５ｗｔ％未満、１ｗｔ％未満の濃度、またはこれらの値の任意のものにより定義された範囲内の濃度で上述のルートパス溶接層４１２の様々な化学元素（例えば耐食性元素）を取り込む。様々な実施形態では、第１の溶接金属層４１６−１は、２０ｗｔ％未満、１５ｗｔ％未満、１０ｗｔ％未満、５ｗｔ％未満、２ｗｔ％未満、１ｗｔ％未満、またはこれらの値の任意のものにより定義された範囲内の濃度でルートパス溶接金属層４１２内に存在する耐食性元素（例えばＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ）を個々にまたは組み合わせて取り込む。いくつかある利点の中でも特に、第１の溶接金属層４１６−１内へのルートパス溶接金属層４１２の化学元素の取り込みを制御または制限することは、亀裂を含む生成された接合のいくつかの特性の劣化を防止する。
【００５１】
図４Ｃは、第１の溶接金属層４１６−１上の溝４３０内の１つまたは複数の溶接金属４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎの追加層４１６−２、４１６−３、．．．４１６−ｎの形成中のまたはその後の第１の多層工作物４００Ａおよび第２の多層工作物４００Ｂを含む中間構造体を示す。いくつかの実施形態によると、１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎの追加層４１６−２、４１６−３、．．．４１６−ｎは、同様なレーザ強度で第２のレーザビーム４６０を合焦させながら同様な抵抗加熱出力で第２のフィラーワイヤ４７０をさらに抵抗溶融することにより上述の第１の溶接金属層４１６−１と同様なやり方で形成され得る。しかし、実施形態はそのように限定されなく、他の実施形態では、１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎの追加層４１６−２、４１６−３、．．．４１６−ｎは異なる溶接ワイヤ、異なる抵抗加熱出力、および／または異なるレーザ出力を使用することにより形成され得る。さらにいくつかの他の実施形態では、１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎの追加層４１６−２、４１６−３、．．．４１６−ｎはガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）などの他の溶接技術を使用して形成され得る。
【００５２】
様々な実施形態によると、第２のレーザビーム４６０の強い熱は第２のフィラーワイヤ４６０から溶融池を生成するのに十分であり、一方、熱は、下位溶接ビードの侵入が著しく低減または防止されるように、生成された溶融池から十分に速い速度で周囲材料により取り去られる。レーザはこの効果に特に適しているということが理解されることになる。したがって、図４Ａ〜４Ｃに関して上に説明した実施形態によると、第２のフィラーワイヤ４７０を抵抗加熱する間の抵抗加熱出力をそしてレーザ出力密度を制御することにより、ルートパス溶接金属層４１２のいくつかの化学元素（例えば耐食性元素）の１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎ内への取り込みは著しく低減され得る。
【００５３】
いくつかの実施形態では、ルートパス溶接金属層４１２のいくつかの化学元素の１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎ内への取り込みは、以下に説明するようにルートパス溶接金属層４１２と１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎとの間にバッファ溶接金属層を挿入することによりさらに抑制され得る。
【００５４】
図５Ａ〜５Ｃは、いくつかの他の実施形態による多層金属工作物を溶接する様々な段階における中間構造体の断面図を示す。図５Ａは、溝４３０が形成された後の、そして図４Ａに関して上に説明したのと同様なやり方でおよび同様な材料を使用することによりルートパス溶融池を形成するために第１のフィラーワイヤ４４０を抵抗加熱または溶融し、第１の強度を有する第１のレーザビーム４５０を溝４３０内に（例えば溝４３０の底に）合焦させることにより、第１の濃度の耐食性元素を含むルートパス溶接金属層４１２を溝４３０内に（例えば溝４３０の底に）形成中のまたはその後の、第１の多層工作物５００Ａおよび第２の多層工作物５００Ｂを含む中間構造体を示す。
【００５５】
その後、図５Ｂを参照すると、図４Ｂ、４Ｃに関して上に示した実施形態とは異なり、１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎを溝４３０内に形成する前に、バッファ溶接金属層４１４がルートパス溶接金属４１２上に形成される。バッファ溶接金属層４１４は、図４Ａ〜４Ｃに関して上に説明した第１および第２のフィラーワイヤ４４０、４７０と異なる第３のフィラーワイヤ４９０を使用することにより形成され得る。いくつかの実施形態では、第３のフィラーワイヤ４９０は、それから形成されたバッファ溶接金属層４１４が、ルートパス溶接金属層４１２内に存在する１つまたは複数の化学元素（例えば耐食性元素）がその上に形成された１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎ（図５Ｃ）中へその後取り込まれることを抑制するための希釈層、拡散バッファ、または拡散障壁層として働くような組成を有する。この機能を果たすために、実施形態による第３のフィラーワイヤ４９０は、１つまたは複数の化学元素の例えば５０％未満、３０％未満、１０％未満、５％未満、２％未満、１％未満、ほぼ０％、またはこれらの値の任意のものにより定義される範囲内の大幅に低い濃度を有する。バッファ溶接金属層４１４は、ルートパス溶接金属層４１２を形成するために使用される第１のフィラーワイヤ４４０に対する拡散バッファとしてまたは拡散障壁層として働く。追加的にまたはその代わりに、実施形態によるバッファ溶接金属層４１４は、１つまたは複数の化学元素の例えば５０％未満、３０％未満、１０％未満、５％未満、２％未満、１％未満、ほぼ０％、またはこれらの値の任意のものにより定義される範囲内の大幅に低い濃度を有する。バッファ溶接金属層４１４は、ルートパス溶接金属層４１２に対する拡散バッファとしてまたは拡散障壁層として働く。例えば、バッファ溶接金属層４１４がルートパス溶接金属層４１２内のＣｒに対して拡散バッファまたは拡散障壁として働き、第１のフィラーワイヤ４４０またはルートパス溶接金属層４１２が約２０ｗｔ％以上のＣｒ濃度を有する場合、第３のフィラーワイヤ４９０は、１０ｗｔ％未満、５ｗｔ％未満、２ｗｔ％未満、１ｗｔ％未満、０．４ｗｔ％未満、０．２ｗｔ％未満、ほぼ０ｗｔ％、またはこれらの値の任意のものにより定義された範囲内のＣｒ濃度を有する。
【００５６】
いくつかの実施形態では、バッファ溶接金属層４１４は、以下の元素のうちの１つまたは複数を含む元素の組み合わせを含む第３のフィラーワイヤ４９０を使用して形成される：第２の層４２０Ａ、４２０Ｂのものより高くかつ第２のフィラーワイヤ４７０（図４Ｂ、４Ｃ）のものより高い濃度（例えば約５５％より高い、６０ｗｔ％より高い、６５ｗｔ％より高い、７０ｗｔ％より高い、７５ｗｔ％より高い、８０ｗｔ％より高い、８５ｗｔ％より高い、９０ｗｔ％より高い、９５ｗｔ％より高い、またはこれらの値の任意のものにより定義された範囲内の濃度）のＮｉ；約０．０１ｗｔ％〜約５．５ｗｔ％、約０．５ｗｔ％〜約５ｗｔ％、約１ｗｔ％〜約４．５ｗｔ％、約１．５ｗｔ％〜約４ｗｔ％、約２ｗｔ％〜約３．５ｗｔ％、またはこれらの値の任意のものにより定義された範囲内の濃度のＴｉ；２．５ｗｔ％未満、２．０ｗｔ％未満、１．５ｗｔ％未満、１．０ｗｔ％未満、またはこれらの値の任意のものにより定義された範囲内の濃度のＡｌ；２ｗｔ％未満、１．５ｗｔ％未満、１．０ｗｔ％未満、０．５ｗｔ％未満、またはこれらの値の任意のものにより定義された範囲内の濃度のＦｅおよびＭｎのそれぞれ；１ｗｔ％未満、０．８ｗｔ％未満、０．６ｗｔ％未満、０．４ｗｔ％未満、０．２ｗｔ％未満、０．１ｗｔ％未満、０．０５ｗｔ％未満、またはこれらの値の任意のものにより定義された範囲内の濃度のＣ、Ｐ、Ｓ、Ｓｉ、Ｃｕのうちの１つまたは複数のもの。
【００５７】
いくつかの実施形態では、バッファ溶接金属層４１４は、ルートパス溶接金属４１２を形成するために第１のフィラーワイヤ４４０を溶融するために使用された第１の抵抗加熱出力と同様なまたはそれとは異なる、そして後続の１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎ（図５Ｃ）を形成するために第２のフィラーワイヤ４４０を溶融するために使用された第２の抵抗加熱出力と同様なまたはそれとは異なる、第３の抵抗加熱出力を使用して第３のフィラーワイヤ４９０を抵抗溶融することにより形成され得る。
【００５８】
加えて、バッファ溶接金属層４１４は、ルートパス溶接金属４１２を形成するために使用された第１のレーザビーム４５０の第１の強度と同様なまたはそれと異なる、そして後続の１つまたは複数の溶接金属層４１６−１，４１６−２，．．．４１６−ｎ（図５Ｃ）を形成するために使用された第２のレーザビーム４６０の第２の強度と同様のまたはそれと異なる、第３の強度を有する第３のレーザビーム４８０を合焦させながら第３のフィラーワイヤ４９０を抵抗溶融することにより形成され得る。
【００５９】
いくつかの実施形態では、第３のレーザビーム４８０および第３のフィラーワイヤ４９０を加熱するための第３の抵抗加熱出力は第２のレーザビーム４６０および第２のフィラーワイヤ４７０を加熱するための第２の抵抗加熱出力とそれぞれ同様であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、第２のレーザビーム４６０と同様に、第３のレーザビーム４９０は、バッファ金属層４１４の形成中のルートパス溶接金属層４１２、第１の層５１０Ａ、５１０Ｂ、および／または第３のフィラーワイヤ４９０の溶融量がルートパス溶接金属層４１２の形成中の第１のレーザビーム４５０による第２の層５２０Ａ、５２０Ｂおよび第１のフィラーワイヤ４４０の溶融量未満であるように、第２のレーザビーム４６０と同様に上述の第１のレーザビーム４５０の第１のレーザ出力密度未満の第３のレーザ出力密度を有する。同様に、いくつかの実施形態では、第３の溶接電極４９０を抵抗加熱するための第３の抵抗加熱出力は、バッファ金属層４１４の形成中のルートパス溶接金属層４１２、第１の層５１０Ａ、５１０Ｂ、および／または第３のフィラーワイヤ４９０の溶融量がルートパス溶接金属層４１２の形成中の第１の溶接電極４４０の第１の抵抗加熱出力による第２の層５２０Ａ、５２０Ｂおよび第１のフィラーワイヤ４４０の溶融量未満となるように、第１の溶接電極４４０を抵抗加熱するための第１の抵抗加熱出力未満である。
【００６０】
図５Ｃは、バッファ溶接金属層４１４上の溝４３０内の１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎの形成中のまたはその後の第１の多層工作物４００Ａおよび第２の多層工作物４００Ｂを含む中間構造体を示す。実施形態によると、１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎは、第２のレーザビーム４６０を合焦させながら第２のフィラーワイヤ４７０を抵抗溶融することにより、図４Ｂ、４Ｃに関して上に説明したのと同様なやり方で形成され得る。しかし、実施形態はそのように限定されなく、他の実施形態では、１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎは、異なる溶接ワイヤ、異なる抵抗加熱出力、および／または異なるレーザ出力を使用して形成され得る。さらにいくつかの他の実施形態では、１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎはガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）などの他の溶接技術を使用して形成され得る。
【００６１】
このようにして形成された１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎは、１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎがルートパス溶接金属層４１２内のいくつかの化学元素の濃度に対し５０ｗｔ％未満、４０ｗｔ％未満、３０ｗｔ％未満、２０ｗｔ％未満、１０ｗｔ％未満、５ｗｔ％未満、１ｗｔ％未満の濃度、またはこれらの値の任意のものにより定義された範囲内の濃度の上述のルートパス溶接金属層４１２のいくつかの化学元素（例えば耐食性元素）を取り込むように、ルートパス溶接金属層４１２からのまたはその中への化学元素の取り込みを有利に制御または制限する一方で第２のフィラーワイヤ４７０、第１の層５１０Ａ、５１０Ｂおよびバッファ溶接金属層４１４の混合物に対応する組成を有する。
【００６２】
本明細書で説明される様々な実施形態によると、ルートパス溶接金属層４１２、バッファ溶接金属層４１４、および１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎのうちの１つまたは複数のものは、上に説明したように抵抗加熱と併せてレーザを使用して形成され得、一方、ルートパス溶接金属層４１２、バッファ溶接金属層４１４、および１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎのその他のものは他のプロセスを使用して形成されるということが理解される。例えば、バッファ溶接金属層４１４は、ルートパス溶接金属層全体にわたってレーザビームを導きながらバッファフィラーワイヤを抵抗加熱することにより形成され得、一方、ルートパス溶接金属層４１２および１つまたは複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎは他のプロセスを使用して形成される。いくつかの実施形態では、他のプロセスはレーザおよび／または抵抗加熱を採用してもしなくてもよく、プラズマアークを採用してもしなくてもよい。他のプロセスの例は、いくつかの例を挙げると、例えばガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）、フラックス入りアーク溶接（ＦＣＡＷ）、プラズマアーク溶接（ＰＡＷ：ｐｌａｓｍａ  ａｒｃ  ｗｅｌｄｉｎｇ）、ハイブリッドレーザアーク溶接（ＨＬＡＷ：ｈｙｂｒｉｄ  ｌａｓｅｒ  ａｒｃ  ｗｅｌｄｉｎｇ）、シールド金属アーク溶接（ＳＭＡＷ：ｓｈｉｅｌｄｅｄ  ｍｅｔａｌ  ａｒｃ  ｗｅｌｄｉｎｇ）、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ：ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ  ａｒｃ  ｗｅｌｄｉｎｇ）を含み得る。
【００６３】
図６は、例示目的のために、示された工作物内に溝が比較的厚い第２の層５２０上の第１の層５１０内に形成されたということを除いて、図４Ａ〜４Ｃに関して上に説明したものと同様な１つの方法に従って形成された実験的溶接継手の断面の顕微鏡画像６００を示す。断面画像６００は、ルートパス溶接金属層４１２が溝の底に形成され、続いて複数の溶接金属層４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎが形成された溶接継手を示す。
【００６４】
いくつかの実施形態が本明細書で説明されたが、これらの実施形態は単に一例として提示されており、本開示の範囲を制限するようには意図されていない。実際、本明細書で説明された新規な装置、方法、システムは多種多様の他の様式で具現化され得、さらに、本明細書で説明された方法とシステムの様式における様々な省略、置換、変更が、本開示の精神から逸脱することなくなされ得る。要素の任意の好適な組み合わせおよび上述の様々な実施形態の行為は、別の実施形態を提供するために組み合わせられ得る。添付の特許請求の範囲およびそれらの同等物は、本開示の範囲および精神に入るであろうこのような様式または修正をカバーするように意図されている。
【符号の説明】
【００６５】
１００  レーザホットワイヤ溶接システム
１１０  レーザビーム
１１５  工作物
１２０  レーザ源
１２５  方向
１３０  レーザ電源装置
１４０  フィラーワイヤ
１５０  ワイヤフィーダ
１６０  コンタクトチューブ
１７０  ホットワイヤ電源
１８０  運動コントローラ
１９０  ロボット
１９５  感知および電流コントローラ
３００  断面顕微鏡画像
３００Ａ  第１の多層工作物
３００Ｂ  第２の多層工作物
３０４  第１の接合領域
３０８  第２の接合領域
３１０Ａ  第１の層
３１０Ｂ  第１の層
３１２−１、３１２−２、３１２−３、．．．３１２−ｎ  溶接ビード
３２０Ａ  第２の層
３２０Ｂ  第２の層
３３０  溝
３５０  方法
３６０、３７０、３８０  工程
４００Ａ  第１の多層工作物
４００Ｂ  第２の多層工作物
４０８  第２の接合領域
４１０Ａ  第１の層
４１０Ｂ  第１の層
４１２  ルートパス溶接金属層
４１４  バッファ溶接金属層
４１６−１、４１６−２、４１６−３、．．．４１６−ｎ  溶接金属層
４２０Ａ  第２の層
４２０Ｂ  第２の層
４３０  溝
４４０  第１のフィラーワイヤ
４５０  第１のレーザビーム
４６０  第２のレーザビーム
４７０  第２のフィラーワイヤ
４９０  第３のフィラーワイヤ
５００Ａ  第１の多層工作物
５００Ｂ  第２の多層工作物
５１０  第１の層
５１０Ａ  第１の層
５１０Ｂ  第１の層
５２０  第２の層
５２０Ａ  第２の層
５２０Ｂ  第２の層
６００  断面顕微鏡画像
Ｉ  電流
Ｒ  抵抗
Ｐ  電力
Ｖ  電圧
【図１】
2019188473.tif 000002
【図２Ａ−Ｃ】
2019188473.tif 000003
【図２Ｄ】
2019188473.tif 000004
【図３】
2019188473.tif 000005
【図４Ａ−Ｃ】
2019188473.tif 000006
【図５Ａ−Ｃ】
2019188473.tif 000007
【図６】
2019188473.tif 000008
【外国語明細書】
2019188473000001.pdf