(57)【要約】  本発明は、同期運転すると共に突出した欠陥の無い溶接継手を得られるようにＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチ（１）をＴＩＧ溶接トーチ（２）と組み合わせて採用する金属材料（４）のアーク溶接のための装置及び方法に関する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＩＧの溶接トーチ（２）と互いに同期運転されるように関連するＭＩＧ又はＭＡＧの溶接トーチ（１）を備える金属材料（４）アーク溶接装置において、
前記ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチ（１）は、定められた第１の方向（１ｂ）に消耗ワイヤ（１ａ）を案内させるワイヤガイドを有し、
前記ＴＩＧ溶接トーチ（２）は、定められた第２の方向（２ｂ）に向けられた非消耗電極（２ａ）を有し、
前記第１及び第２の方向（１ｂ，２ｂ）は、実質的に同一平面に在りかつ５°より大きく４０°より小さい角度（α）を成し、
前記ＴＩＧ溶接トーチ（２）の前記電極（２ａ）は、前記第１の方向（１ｂ）から２０〜４４ｍｍの間の距離（ｄ）に位置する先端（Ｄ）を有する
ことを特徴とする金属材料（４）アーク溶接装置。
【請求項２】
前記先端（Ｄ）は、第１の方向（１ｂ）から２０〜２６ｍｍの間、または、３６〜４４ｍｍの間の距離（ｄ）に位置することを特徴とする請求項１に記載された装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の方向（１ｂ，２ｂ）は、１０°〜３０°の間の角度（α）を成すことを特徴とする先行する請求項の１つに記載された装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の方向（１ｂ，２ｂ）は、１５°〜２５°の間、好ましくは、１８°〜２３°の間、効果的には約２０°の角度（α）を成すことを特徴とする先行する請求項の１つに記載された装置。
【請求項５】
前記電極（２ａ）は、前記先端（Ｄ）に円錐状テーパを備え、前記円錐状テーパは、２０°〜４０°の間の開き（β）を有することを特徴とする請求項１に記載された装置。
【請求項６】
ａ）前記金属材料（４）に対してトーチが移動されて消耗溶加ワイヤとともにＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチ（１）によって金属材料（４）上に溶接ビード（５ｂ）を徐々に作り、
ｂ）前記ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチ（１）と同期して動くＴＩＧ溶接トーチ（２）によって作り出された溶接アーク（２ｃ）をステップａ）において得られた未完成の溶接ビード（５ａ）の少なくとも一部に照射する、
ステップを有する金属材料（４）アーク溶接方法において、
前記ステップａ）において、前記ＭＩＧ／ＭＡＧトーチから供給される消耗ワイヤ（１ａ）は、溶接される前記材料に実質的に垂直な第１の方向（１ｂ）に案内され；そして
前記ステップｂ）において、前記ＴＩＧ溶接トーチ（２）は、前記ＴＩＧトーチの電極（２ａ）が、前記第１の方向（１ｂ）と実質的に同一平面に有り前記第１の方向（１ｂ）との間に５°〜４０°の間の角度（α）を形成する第２の方向（２ｂ）を指すように向けられ、前記ＴＩＧ溶接トーチ（２）は、電極（２ａ）の先端が第１の方向（１ｂ）から２０〜４４ｍｍの間の距離を残すように動かされる
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記ステップｂ）において、前記ＴＩＧ溶接トーチ（２）は、前記定められた第２の方向（２ｂ）は、前記第１の方向（１ｂ）と１５°〜２５°の間、好ましくは、１８°〜２３°の間、効果的には約２０°の角度（α）を成すように配置される
ことを特徴とする請求項６に記載された方法。
【請求項８】
前記ＴＩＧ溶接トーチ（２）は、アルゴン含有の不活性ガスを使用する
ことを特徴とする請求項６及び請求項７のいずれか１項に記載された方法。
【請求項９】
前記ＴＩＧ溶接トーチ（２）は、少なくとも９９体積％の純度を有したアルゴン、または、アルゴン及び少なくとも１０体積％の水素で構成されるガスを使用する
ことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載された方法。
【請求項１０】
ステンレス鋼製の金属材料は、前記電極（２ａ）の先端が前記第１の方向（１ｂ）から２０〜２６ｍｍの間、好ましくは約２４ｍｍの距離に位置決めされて、溶接される
ことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載された方法。
【請求項１１】
炭素鋼製の金属材料は、前記電極（２ａ）の先端が前記第１の方向（１ｂ）から３６〜４４ｍｍの間、好ましくは約４０ｍｍの距離に位置決めされて、溶接される
ことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載された方法。
【請求項１２】
ＴＩＧアーク及びＭＩＧアークは、１つの共通する溶融池において１以上の材料に放射される
ことを特徴とする請求項６から請求項１１のいずれか１項に記載された方法。
【請求項１３】
ＴＩＧアークは、パルス電流で得られる
ことを特徴とする請求項６から請求項１２のいずれか１項に記載された方法。
【請求項１４】
ＴＩＧアークはパルス電流で得られ、ＭＩＧアークは滑らかな電流で得られる
ことを特徴とする請求項６から請求項１２のいずれか１項に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は、ＴＩＧ溶接トーチと結合されたＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチを用いて金属材料をアーク溶接するための装置及び工程に関し、これらのトーチは、同時に運転できるように設計され、隆起の内溶接継手を作ることができる。
【０００２】
ＭＩＧ又はＭＡＧ溶接（それぞれ「メタル不活性ガス」及び「メタル活性ガス」溶接を表す）は、被覆されているか否かに関わらず、特に薄板を溶接するために、電気アーク、消耗電極、およびシールドガスを使用する、溶接またはろう付け溶接技術に言及される。
【０００３】
これらのＭＩＧ／ＭＡＧ工程の実施の間、電気アークによって発せられた熱は、溶加材、すなわち消耗ワイヤの端、随意に母材、すなわち溶接される材料の金属または合金を融かす。ガスまたは混合ガスは、溶接する間、溶接継手の周囲に形成され溶融池を大気中の不純物から保護する。
【０００４】
ＭＩＧ／ＭＡＧアーク溶接装置は、ＭＩＧ／ＭＡＧトーチ、電力供給源、制御回路、および、溶接がその上で施工されなければならない１以上の被溶接材料の近傍、特に上方、に配置された消耗金属ワイヤまたは消耗電極を備える。装置は、実施される溶接に沿って溶接トーチを動かすための手段をさらに備える。
【０００５】
溶接作業の生産能力を向上させるために、特に薄板を接合する場合、様々な方法、すなわち、溶接トーチの推進率を増大させるか、仕上げ又は準備作業を削るか、不良率を減少させることが知られている。
【０００６】
第１の方法は、溶接速度すなわちトーチが移動される速度がある限界を超えている場合、溶接欠陥を引き起こす欠点がある。溶接ビードの外形は、「ハンピング（humping）」と呼ばれる周期的な波状起伏を示す、すなわちハンプ（hump）が外形に形成される。この可視欠陥は、溶接の機械的強度に不利な影響を有するかもしれない。それは、利用できる溶接速度の範囲を制限し、溶接作業の生産能力が増大するのを抑制する。
【０００７】
ハンピング欠陥は、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接において２つの形、すなわちガウジング範囲形態（ＧＲＭ：gouging region mopholoty）またはビードシリンダ形態（ＢＣＭ：beaded cylinder morphology）で主に現れる。
【０００８】
事実、ハンプの形成メカニズムは、流体力学（溶融金属）、熱力学、及び電気アークの物理学に因るので複雑である。例えば、ＢＣＭハンプ欠陥の外観は、濡れ不足のように見え、レイリー・テイラー不安定性に似た不安定な突起を作り出す。
【０００９】
溶接速度を速くさせるさまざまな方法が存在し、すなわち、そのすべてに欠点がある。  
−溶接されるべき薄板の予熱。しかしながら、再現可能な結果を得るために薄板の初期温度を制御することが必要不可欠であるので、この方法実施することは難しい。さらに、溶接される材料の全てを加熱しながら一定量の電力が消費される；
−ＭＩＧ／ＭＡＧアークの前に薄板を予熱して液体金属の薄膜を作り出すために非集光レーザビームと共にＭＩＧ／ＭＡＧトーチを先行させること。しかしながら、この方法は、少なくとも３ｋＷの出力を備えるレーザ光源を必要とするので、高価である；
−２つのＭＩＧアークを使って溶融池を長くするために２つのＭＩＧトーチによるタンデム溶接。しかしながら、この解決策は、２つの送給装置が及び２つのＭＩＧ／ＭＡＧ電源の使用が必要であり、またアークの間の引力を防止するために電源どうしの同期が必要であるので、かなりの投資が必要であり、実施するには高価である。さらに、タンデム溶接は、ワイヤの供給に関係なく、ハンプの防止を目的に、アークによって提供された熱流と圧力とを制御することが不可能である；そして、
−よい溶け込みを確保するためにＭＩＧアークの前にプラズマアークが薄板に当たるようにし、プラズマアークで作られた孔を埋めるように、キーホールプラズマアーク溶接をＭＩＧ溶接と組み合わせること。得られた結果は良いが、この工程は、実行するのが比較的にむずかしく、特に、キーホールプラズマは非常に正確に設定されなければならず、ＭＩＧアークとプラズマアークとの間の短い距離は、アークどうしの間の反対の相互作用を導く。
【００１０】
以上に関し、解決すべき課題は、上述の欠点のすべてまたはいくつかをどのように克服するか、すなわち、特に、ハンピングが生じることなく速い溶接速度で溶接でき、装置を実現することが簡単であり、及び／又は、あまり多くの電力を必要としないＭＩＧ／ＭＡＧ溶接装置をどのように設けるかである。
【００１１】
本発明の解決策は、金属材料アーク溶接装置に関連し、同期運転されるＴＩＧ溶接トーチと関連したＭＩＧまたはＭＡＧ溶接トーチを備え、前記ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチは、定められた第１の方向へ消耗ワイヤを案内させるワイヤガイドを有し、前記ＴＩＧ溶接トーチは、定められた第２の方向を指し示す非消耗電極を有し、前記第１及び第２の方向は、実質的に同一平面上に在り、５°より大きく４０°より小さい角度αを成し、ＴＩＧ溶接トーチの電極は、前記第１の方向１ｂから２０〜４４ｍｍの間の距離「ｄ」に位置する先端Ｄを有する、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチは、溶接される材料（workpieces）の間の開先の接合面に未完成の溶接ビード（raw weld bead）を作ることができ、ＴＩＧ溶接トーチは、しっかりとＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチに固定されて、ハンピングの無い若しくはほとんど無い最終ビードを得るように未完成の溶接ビードに放電する電気アークを作るためにＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチとともに同期運転することができる。
【００１３】
定められた接合領域を超える２つのアークの間の近接及びそれらの急速な連続は、この定められた接合領域が、まずＭＩＧ／ＭＡＧアークによって、それからＴＩＧアークによって、金属のこの接合領域がまだ液体であるすなわちＭＩＧ／ＭＡＧアークの通過の後にまだ溶融状態である間に、連続して放電されることを意味する。
【００１４】
ＴＩＧアークは、ＭＩＧ／ＭＡＧアークによって形成された溶融池がまだ液体である間に作用し、溶融池は、固まらないようにＴＩＧアークによって作られる熱流から利益を得ると共に、溶融池の後端に形成された溶融金属のハンプにこのアークによって発せられる圧力から利益を得る。その結果、ハンピングの無い若しくはほとんど無い溶接ビードを得る。
【００１５】
表現「金属材料（metal workpieces）」は、複数に分かれた金属材料を意味すると共に、それ自身に溶接されるべき単体の材料である、例えばチューブを形成するために溶接される金属薄板の２つ縦縁のような、ことも意味するように理解されると言うことは、強調されるべきである。
【００１６】
使用されるＭＩＧまたはＭＡＧトーチは、溶接される材料に面して配置されたトーチの出口まで少なくとも１つの消耗ワイヤを案内することを目的とするワイヤガイド、及び、消耗ワイヤの溶融領域の近傍に不活性ガス又は活性ガスを供給することを目的とするノズルを含むワイヤ案内装置を備える。
【００１７】
消耗ワイヤは電極として作用し、ＭＩＧ／ＭＡＧトーチは、消耗ワイヤと溶接される材料との間にアークを放電しその結果ワイヤが徐々に融けて溶接される材料の間に位置する接合面に積層され未完成の溶接ビードを形成するように、溶接電流発電機のような１つ以上の外部電力供給によって電力を供給される。
【００１８】
トーチは、タンク又は配管からもたらされるガスをさらに供給される。
【００１９】
トーチは、溶接面のすべてまたは部分に沿って、すなわち、生産されるための溶接に対応して定められた経路に沿って、移動させる自動移動手段によって被溶接材料に対して移動される。
【００２０】
さらに、本発明によれば、タングステン電極を有するＴＩＧ溶接トーチは、ＭＩＧ／ＭＡＧトーチと関連される。表現「ＴＩＧトーチ」は、溶接システムが少なくとも１つのタングステン電極と、トーチによって作られる電気アークの領域に不活性ガスを供給することを目的としたノズルとを、少なくとも含むことを意味することが理解される。
【００２１】
ＭＩＧ／ＭＡＧ及びＴＩＧトーチは、同じガス供給、同じ電力供給、または異なる供給によって選択的に供給される。どうよいうに、トーチを移動させるための手段は、必要に応じて両方のトーチに対して共通であるかもしれない。
【００２２】
ＴＩＧトーチは、ビードからハンピングを減らす又は取り除くために、ＭＩＧ／ＭＡＧトーチによって作られた未完成の溶接ビードを処理する、すなわち、溶接ビードを加熱しアーク圧力によって機械的に作用させる、アークを作る。
【００２３】
溶接トーチが移動される相対速度すなわち溶接速度は、著しく増大する。溶接される材料の広範囲を加熱することは、必要ではない。溶接ビードの非常に局部的な領域は、形成されたのち短時間で処理され、したがって、適量の電力のみＴＩＧトーチによって消費される。
【００２４】
本発明によれば、表現「ＭＩＧ／ＭＡＧトーチに関連した」とは、ＴＩＧトーチがその動きを追随しそれと同期運転できるように機械的にＭＩＧ／ＭＡＧトーチに固定されることを意味することに理解される。
【００２５】
状況に応じて、本発明の装置は、以下の特徴の１以上を含むことができる：
−さらに、１以上のシリンダや伝達装置等と言った調整手段を含み、互いに対する溶接トーチの相対位置、すなわち、前記トーチどうしの間またはトーチと溶接される材料との間の距離、あるいはその代わりに様々な角度の調整をする；
−前記ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチは、定められた第１の方向へ消耗ワイヤを案内させるワイヤガイドを有し、ＴＩＧ溶接トーチは、定められた第２の方向を指し示す非消耗電極を有し、前記第１及び第２の方向は、実質同一平面上であり０〜４０°の間、好ましくは０〜２０°の間の角度αを形成し、すなわち２つのトーチは、一方がもう一方に対して並行または集中している。特に、この角度は、５度から１５度であり、それによって溶接速度を速くさせ、他の全てのことは等しい。表現「実質的に同一平面」とは、これらの方向を実施する直線の間の距離が３ｍｍよりも小さく好ましくは１．５ｍｍよりも小さいことを意味することを理解される。これは、ビードにおいて著しい非対称性を防止する効果がある。これらの限界を超えると、ビードを弱められるというリスクがあるだろう；
−ＴＩＧ溶接トーチの電極は、前記第１の方向から２０〜２６ｍｍの間、または３６〜４４ｍｍの間の距離ｄに位置する先端を有する。この距離は、点とみなした場合のタングステン電極の先端と、その出口にＭＩＧ／ＭＡＧワイヤの定められた第１の方向へのその直角投影との間のユークリッド距離として幾何学的に定義される。この距離は、他の全てのものが等しく、溶接速度を速くさせる；
−材料がステンレス鋼製である場合、ＴＩＧ電極の先端は、第１の方向から２０〜２６ｍｍの間の距離ｄに位置する；
−材料が炭素鋼製である場合、ＴＩＧ電極の先端は、第１の方向から３６〜４４ｍｍの間の距離ｄに位置する；
−前記第１及び第２の方向は、１０°〜３０°の間の角度αを形成する；
−前記第１及び第２の方向は、１５°〜２５°の間、好ましくは１８°〜２３°の間、さらに効果的には２０°の角度αを形成する；そして、
−電極は、電極の先端に円錐状テーパを有し、円錐状テーパは、２０°〜４０°の間の開き（角）βを有し、溶接速度を速くさせる。このテーパは、一般に回転錐面の形をとる。この錘の開き（角）は、円錐の母線と回転軸との間の角度の２倍として定義される。
【００２６】
本発明は、また、金属材料（４）アーク溶接の方法にも関連し、以下のステップを含み： 
ａ）金属材料上に、すなわち、溶接される接合面に沿って、一般に移動において前記金属材料に対して移動するＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチによって、徐々に未完成の溶接ビードを形成し、そして
ｂ）ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチと同期的に移動されるＴＩＧ溶接トーチによって作られる電気アークをステップａ）で得られた未完成の溶接ビードの少なくとも一部に適用し、次のことを特徴とする
−ステップａ）において、ＭＩＧ／ＭＡＧトーチから供給される消耗ワイヤは、溶接される材料に対して実質的に垂直な第１の方向に案内され、
−ステップｂ）において、ＴＩＧ溶接トーチは、第１の方向と実質的に同一面であり第１の方向と５°から４０°の間の角度αを成す第２の方向を、前記ＴＩＧトーチの電極が指すように向けられ、前記ＴＩＧ溶接トーチは、電極の先端が第１の方向から２０〜４４ｍｍの間の距離に残るように、移動される。
【００２７】
特に、この方法のステップａ）は、従来のＭＩＧ／ＭＡＧ溶接ステップであり、まだ方法のステップｂ）を経ていない「未完成」の溶接ビードを作ることを目的とする。
【００２８】
さらに、ステップｂ）は、電気アークで未完成の溶接ビードを処理することにある。より正確には、ＴＩＧトーチを使用して電気アークを形成することと、ＭＩＧ／ＭＡＧトーチを使用して溶融金属の溶着によって形成された地点よりも下流に位置するビードのすべてまたは部分にこのアークを適用することを含む。
【００２９】
アークによる進歩的な処理は、未完成の溶接ビードに沿ってビードの局部過熱及びアーク圧力効果を生じ、溶接速度の増速にもかかわらずハンピング無しまたはほとんど無しの最終溶接ビードに導く。
【００３０】
この状況によれば、本発明の方法は、以下の特徴の１つ以上を含むだろう：
−ステップａ）において、ＭＩＧ／ＭＡＧトーチから供給された消耗ワイヤは、溶接される材料すなわちＭＩＧ又はＭＡＧのトーチに表面を提供する金属材料に対して実質的に垂直な第１の方向に案内され、第１の方向すなわち消耗ワイヤがトーチから繰り出される方向は、ほとんど当該表面に直交している。この構成がハンピングの出現を遅らせるためにより好ましいということをすでに述べた；
−ステップｂ）において、ＴＩＧ溶接トーチは、前記ＴＩＧトーチの電極が第１の方向と実質的に同一平面上にある第２の方向（すなわちこれらはほぼ同一面にある）に向けられるように配置される。これはビードに対して対称的にＴＩＧトーチを適用させる。
【００３１】
−ステップｂ）において、ＴＩＧ溶接トーチは、前記第２の方向が第１の方向に対して０〜４０°の間、好ましくは、５°〜３０°の間の角度αを成すように向けられる。特定の実施形態によれば、この角度は、１５°〜２５°の間、好ましくは１５°〜２３°の間に在り、約２０°が効果的である；
−ステップｂ）において、ＴＩＧ溶接トーチは、第１の方向から２０〜２６ｍｍの間の距離を電極の先端が維持するように動かされる；
−ＴＩＧ溶接トーチは、アルゴン含有の不活性ガス、好ましくはアルゴンの純度が少なくとも９９体積％であるもの、を使用する。他の特定の実施形態によれば、純度は少なくとも９９．９９体積％である。他の成分は、水蒸気、酸素、窒素、希ガスなどのような除去できない不純物である。使用されるガスは、エア・リキードから購入される。
【００３２】
−代わりに、ＴＩＧ溶接トーチは、アルゴンと少なくとも１０体積％の水素によって構成されたガス、通常アルゴンと約５％の水素で構成されたガスを使用する；
−ステンレス鋼製の材料は、第１の方向から２０〜２６ｍｍの間、好ましくは約２４ｍｍ、の距離に電極の先端が位置決めされ、溶接される；
−炭素鋼製の材料は、第１の方向から３６〜４４ｍｍの間、好ましくは約４０ｍｍ、の距離に電極の先端が位置決めされ、溶接される；
−ＴＩＧのアーク及びＭＩＧのアークは、単一の共通の溶融池において１以上の材料に放電される；
−距離及び角度において、ＭＩＧ／ＭＡＧトーチに対するＴＩＧトーチの相対位置は、溶接作業が開始される前に予め調整される、または、溶接工程中に調整される。この調整は、システムの設定を溶接される材料及び求められる溶接のタイプに適合させるために恒久的であるかもしれない；
−ＴＩＧアークはパルス電流で得られる、すなわちＴＩＧアークを発生させるために使用される非消耗タングステン電極はパルス電流で供給される；そして
−ＴＩＧアークはパルス電流で得られ、ＭＩＧアークは滑らかな電流で得られる、すなわちＴＩＧアークを発生させるために使用される非消耗タングステン電極はパルス電流を供給され、同時に、ＭＩＧ消耗電極（消耗ワイヤ）は滑らかな電流を供給される。
【００３３】
他の特徴と効果は、与えられた図面とともに以下の説明を読めば明らかになるだろう。
【００３４】
−図１は、本発明に係る溶接装置の概略図であり、特に作動中の溶接トーチの配置を示す。
【００３５】
−図２は、溶接される材料を示し、溶接ビードに生じていることを図示する。
【００３６】
図１において、溶接される金属材料４は、水平に置かれている。装置は、ＭＩＧ第１溶接トーチ１を備える。それは、定められた第１の方向１ｂに鉛直に延びており、この方向はまた後者（ＭＩＧトーチ）が運転通である場合にこのトーチから出る消耗ワイヤ１ａによって取られた方向でもある。ワイヤ１ａは、電極として機能する。操作において、電気アーク１ｃを作り出すことを目的としている。ワイヤ１ａは融け、それによって金属材料４の位置１ｄに金属を溶着させる。トーチ１は、金属材料４に対応する速度ベクトル３で移動される。領域１ｄにおける金属の溶着は、未完成の溶接ビード５ａを作る（図２参照）。送給及びワイヤ案内装置、電力供給、不活性ガス供給、およびトーチ１を制御する手段は、当該分野で公知であり図示しない。
【００３７】
装置はさらにＴＩＧ第２トーチ２を備える。それは定められた第２の方向２ｂへ延びており、それはタングステン電極２ａの方向でもある。方向１ｂ及び方向２ｂは、同一平面（それらは同じ平面に位置している）である。電極２ａは、円錐状テーパ（先細り）の端部に３０°の開き角βを有した先端Ｄを備える。電極２ａは、トーチ１に向かってわずかに収束している。より正確に、方向１ｂ及び方向２ｂによって作られる角度αは、１０度である。明瞭性のために、図１に示された角度αは、大きい。電極２ａの先端Ｄと定められた第１の方向１ｂとの間の距離ｄは、地点Ｄを軸１ｂへ互いに直交するように投影して距離ＤＤ’を計測することによって得られる。この距離ｄは、２２ミリメートルである。
【００３８】
運転中、トーチ２は電気アーク２ｃを発生させ、このアークは溶接ビード５の領域２ｄに加えられる（図２参照）。トーチ２は、その動作において、通常、溶接速度ｖで、トーチ１を追従する。
【００３９】
トーチ１に関する限り、電気的補助機器、ガス供給、及びトーチ２の機械的構成は示されていない。トーチ１及びトーチ２は、機械的に互いに拘束され、いつでも調整される相対位置、特に角度α及び距離ｄ並びに材料４に対する積極的な関係、を保持するような方法で固定されている。
【００４０】
図２は、材料４及び溶接ビード５の平面図を示す。装置が運転されている場合、溶融金属は、領域１ｄに溶着される。トーチ１を溶接速度ｖで動作３させることによって、この溶着金属は、未完成の溶接ビード５ａをもたらす。溶着領域１ｄは、溶接ビード５ａの先頭に在る。処理領域２ｄは、処理されたビード５ｂを得させる。他の全てのものは等しく、溶接ビード５の部分５ｂにハンピングを出現させることなくトーチ１及びトーチ２をより速い速度ｖで移動させることを可能にする。
【００４１】
以下の表Ａは、ビード５ｂに見られるハンピング（humping）の無いものが得られる最大溶接速度ｖmaxでの特定のパラメータの効果を示す。
【表１】
2013534185.tif 000003
【００４２】
第１列（＃）は、試験シリーズの番号を示す。各シリーズにおいて、１つのパラメータ（太字）のみ変化させられた： 
−シリーズ＃１：方向１ｂ及び方向２ｂの間の角度α。角度の正の値は、消耗ワイヤ１a及び非消耗電極２aが互いに収束する場合に対応している。この角度の負の値は、電極２a及びワイヤ１a互いに離れる場合に対応している。負の値は、負の効果をもたらすことが分かる。０°で方向１ｂと方向２ｂが平行であることに対し、平坦な最適条件は、０〜４０°の間であることが分かる。方向１ｂはどの場合も鉛直であった；
−シリーズ＃２：テーパの角度βを変化させた。平坦な最適条件は、２０〜４０°の間にあることが分かる；
−シリーズ＃３：ＴＩＧ溶接トーチの電極２ａに印加する電流のタイプを変化させた。「Ｃ１」は１２５［Ａ（アンペア）］の一定電流が使用されたことを示す。「Ｃ２」は１００［Ａ］と１５０［Ａ］の間で変化されたハット型（top-hat）の振幅のパルス電流が使用されたことを示す。パルスモード「Ｃ２」がわずかに良好であった；
−シリーズ＃４：電極２ａの先端ＤとＭＩＧトーチの軸１ｂとの間の距離を１４〜２８ｍｍの間で変化させた。極めて明確な最適範囲が２０〜２６ｍｍの間にあることが分かった。
【００４３】
−シリーズ＃５：その他の試験において、ＴＩＧトーチで使用される不活性ガスは、エア・リキードによって販売された市販のＡｒcal１であった。このガスは、ほとんど純アルゴン（純度９９．９９８体積％以上）である。このシリーズにおいて、他に２つのガスが試された。Ａｒcal３２は、本質的にはアルゴン／ヘリウム混合物であり、容積によるヘリウムの部分は２０体積％である。Ａｒcal３７もまたアルゴン／ヘリウム混合物であり、体積によるヘリウムの部分は７０体積％である。これで見られるように、得られた結果は、Ａｒcal１で得られたものが混合物Ａｒcal３２又はＡｒcal３７よりも良好であった。
【００４４】
本発明に係るアーク溶接金属材料のための装置及び方法は、様々な材料、すなわち特に、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム及びその合金、チタニウム及びその合金、等々、で作られた金属材料の溶接に使用される。例えば、これらの材料が亜鉛またはアルミニウムの表面層でコーティングされているか否かに関わらず。
【００４５】
追加試験は、表Ｂにおいて照合され、検証されるべきＴＩＧトーチに採用される電流タイプ、すなわちパルス電流か滑らかな電流の効果を容認する。
【表２】
2013534185.tif 000004
【００４６】
表Ｂにおいて、電流「Ｃ３」は、１４０［Ａ］の滑らかな電流である。得られた結果は、使用される滑らかな電流の絶対値がパルスモード電流の平均の絶対値よりも高いことを備え、滑らかな電流でもパルス電流の場合のように同じ性能を得ることが可能であることを明確に示している。
【００４７】
いずれの場合においても、ＴＩＧ溶接トーチと関連しているＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチを使用するアーク溶接装置及び方法は、これらのトーチが同期運転され、ハンピングの無い溶接継手を得る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明に係る溶接装置の概略図であり、特に作動中の溶接トーチの配置を示す。
【図２】図２は、溶接される材料を示し、溶接ビードに生じていることを図示する。
【図１】
2013534185.tif 000005
【図２】
2013534185.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月16日(2013.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＩＧの溶接トーチ（２）と互いに同期運転されるように関連するＭＩＧ又はＭＡＧの溶接トーチ（１）を備える金属材料（４）アーク溶接装置において、
前記ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチ（１）は、定められた第１の方向（１ｂ）に消耗ワイヤ（１ａ）を案内させるワイヤガイドを有し、
前記ＴＩＧ溶接トーチ（２）は、定められた第２の方向（２ｂ）に向けられた非消耗電極（２ａ）を有し、
前記第１及び第２の方向（１ｂ，２ｂ）は、実質的に同一平面に在りかつ１０°より大きく４０°より小さい角度（α）を成し、
前記ＴＩＧ溶接トーチ（２）の前記電極（２ａ）は、前記第１の方向（１ｂ）から２０〜４４ｍｍの間の距離（ｄ）に位置する先端（Ｄ）を有する
ことを特徴とする金属材料（４）アーク溶接装置。
【請求項２】
前記先端（Ｄ）は、第１の方向（１ｂ）から２０〜２６ｍｍの間、または、３６〜４４ｍｍの間の距離（ｄ）に位置することを特徴とする請求項１に記載された装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の方向（１ｂ，２ｂ）は、１５°〜２５°の間、好ましくは、１８°〜２３°の間、効果的には約２０°の角度（α）を成すことを特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載された装置。
【請求項４】
前記電極（２ａ）は、前記先端（Ｄ）に円錐状テーパを備え、前記円錐状テーパは、２０°〜４０°の間の開き（β）を有することを特徴とする請求項１に記載された装置。
【請求項５】
ａ）前記金属材料（４）に対してトーチが移動されて消耗溶加ワイヤとともにＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチ（１）によって金属材料（４）上に溶接ビード（５ｂ）を徐々に作り、
ｂ）前記ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチ（１）と同期して動くＴＩＧ溶接トーチ（２）によって作り出された溶接アーク（２ｃ）をステップａ）において得られた未完成の溶接ビード（５ａ）の少なくとも一部に照射する、
ステップを有する金属材料（４）アーク溶接方法において、
前記ステップａ）において、前記ＭＩＧ／ＭＡＧトーチから供給される消耗ワイヤ（１ａ）は、溶接される前記材料に実質的に垂直な第１の方向（１ｂ）に案内され；そして
前記ステップｂ）において、前記ＴＩＧ溶接トーチ（２）は、前記ＴＩＧトーチの電極（２ａ）が、前記第１の方向（１ｂ）と実質的に同一平面に有り前記第１の方向（１ｂ）との間に５°〜４０°の間の角度（α）を形成する第２の方向（２ｂ）を指すように向けられ、前記ＴＩＧ溶接トーチ（２）は、電極（２ａ）の先端が第１の方向（１ｂ）から２０〜４４ｍｍの間の距離を残すように動かされる
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
前記ステップｂ）において、前記ＴＩＧ溶接トーチ（２）は、前記定められた第２の方向（２ｂ）は、前記第１の方向（１ｂ）と１５°〜２５°の間、好ましくは、１８°〜２３°の間、効果的には約２０°の角度（α）を成すように配置される
ことを特徴とする請求項５に記載された方法。
【請求項７】
前記ＴＩＧ溶接トーチ（２）は、アルゴン含有の不活性ガスを使用する
ことを特徴とする請求項５及び請求項６のいずれか１項に記載された方法。
【請求項８】
前記ＴＩＧ溶接トーチ（２）は、少なくとも９９体積％の純度を有したアルゴン、または、アルゴン及び少なくとも１０体積％の水素で構成されるガスを使用する
ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載された方法。
【請求項９】
ステンレス鋼製の金属材料は、前記電極（２ａ）の先端が前記第１の方向（１ｂ）から２０〜２６ｍｍの間、好ましくは約２４ｍｍの距離に位置決めされて、溶接される
ことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載された方法。
【請求項１０】
炭素鋼製の金属材料は、前記電極（２ａ）の先端が前記第１の方向（１ｂ）から３６〜４４ｍｍの間、好ましくは約４０ｍｍの距離に位置決めされて、溶接される
ことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載された方法。
【請求項１１】
ＴＩＧアーク及びＭＩＧアークは、１つの共通する溶融池において１以上の材料に放射される
ことを特徴とする請求項５から請求項１０のいずれか１項に記載された方法。
【請求項１２】
ＴＩＧアークは、パルス電流で得られる
ことを特徴とする請求項５から請求項１１のいずれか１項に記載された方法。
【請求項１３】
ＴＩＧアークはパルス電流で得られ、ＭＩＧアークは滑らかな電流で得られる
ことを特徴とする請求項５から請求項１１のいずれか１項に記載された方法。
【国際調査報告】
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