(57)【要約】  クラッディングシステム及びクラッディング方法は、第１のクラッディング電極（５１）を被加工物（Ｗ）に第１のクラッディング信号を使用して供給することができる第１のクラッディングヘッド（１０１）と、第２のクラッディング電極（５２）を被加工物（Ｗ）に第２のクラッディング信号を使用して供給することができる第２のクラッディングヘッド（１０３）とを備え、各第１及び第２のクラッディングヘッド（１０１、１０３）は、クラッディング作業中、各第１及び第２のクラッディング電極（Ｓ１、Ｓ２）を被加工物（Ｗ）の同じ溶融パドルに供給するように、互いに対して位置付けられるとともに配向される。
2014518160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のクラッディング信号を使用して被加工物に第１のクラッディング電極を供給することができる第１のクラッディングヘッドと；
第２のクラッディング信号を使用して前記被加工物に第２のクラッディング電極を供給することができる第２のクラッディングヘッドと；を有し、
各前記第１及び前記第２のクラッディングヘッドは、クラッディング作業中、各前記第１及び前記第２のクラッディング電極を前記被加工物の同じ溶融パドルに供給するように、互いに対して位置付けられるとともに配向される、
クラッディング装置。
【請求項２】
前記システムは、前記被加工物に０．１から０．２５ｋＪ／ｍｍ２の範囲で入熱、及び１から１．５ｍ２／ｈｒの範囲の総溶着速度を提供する、
請求項１に記載のクラッディング装置。
【請求項３】
前記第１及び前記第２のクラッディングヘッドの少なくとも一方は、各前記第１及び前記第２のクラッディング電極が９０度より小さい角度で前記溶融パドルに突き当たるように、前記被加工物に対して角度を付けられる、
請求項１又は２に記載のクラッディング装置。
【請求項４】
各前記第１及び前記第２のクラッディングヘッドは、各前記第１及び前記第２のクラッディング電極が前記溶融パドルに垂直に前記溶融パドルに接触するように、配向される、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のクラッディング装置。
【請求項５】
前記第１及び前記第２のクラッディングヘッドは、前記第１と前記第２のクラッディング電極との間の角度が０から７５度の範囲にあるように、互いに対して角度を付けられる；及び／又は各前記第１及び前記第２のクラッディングヘッドは、各前記第１及び前記第２のクラッディング電極が互いから５から５０ｍｍの範囲の距離をおいて前記溶融パドルに接触するように、配向される、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のクラッディング装置。
【請求項６】
各前記第１及び前記第２のクラッディングヘッドは、各前記第１及び前記第２のクラッディング電極が前記溶融パドルに接触しているとき、各前記前記第１及び前記第２のクラッディング電極が異なる突出距離を有するように、配向される、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のクラッディング装置。
【請求項７】
前記第１及び前記第２のクラッディングヘッドの少なくとも一方に近接して配置される少なくとも１つの磁気ステアリングプローブをさらに有する、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のクラッディング装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のクラッディング装置を有し、
前記第１のクラッディングヘッドは第１の電源に結合され、前記第２のクラッディングヘッドは第２の電源に結合される、
クラッディングシステム。
【請求項９】
前記第１の電源は、前記第１のクラッディングヘッドに前記第１のクラッディング信号を供給し、前記第２の電源は、前記第２のクラッディングヘッドに、前記第１のクラッディング信号とは異なる前記第２のクラッディング信号を供給する、
請求項８に記載のクラッディングシステム。
【請求項１０】
各前記第１及び前記第２の電源は、それぞれの前記第１及び第２のクラッディングヘッドに、エレクトロスラグクラッディング信号を供給する、
請求項８又は９に記載のクラッディングシステム。
【請求項１１】
前記第１及び前記第２の電源の動作を制御するように前記第１及び前記第２の電源それぞれに結合する制御システムをさらに有する、
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のクラッディングシステム。
【請求項１２】
前記第１及び前記第２の電源は、定電圧モードで動作する、
請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のクラッディングシステム。
【請求項１３】
前記第１の電源は、前記被加工物に第１のクラッディング電流を供給し、前記第２の電源は、前記被加工物に第２の電流を供給し、前記第１の電流は前記第２の電流より高い、
請求項８乃至１２のいずれか１項に記載のクラッディングシステム。
【請求項１４】
被加工物の溶融パドルに第１のクラッディング電極を供給するステップ；
前記被加工物の前記溶融パドルに第２のクラッディング電極を供給するステップ；及び
各前記第１及び前記第２のクラッディング電極を前記被加工物の上にクラッディング層を作るために前記溶融パドルに溶着させるステップ；を有する、
クラッディング方法。
【請求項１５】
前記第１のクラッディング電極に第１のクラッディング信号を供給するステップ、及び前記第２のクラッディング電極に、前記第２のクラッディング信号とは異なる第２のクラッディング信号を供給するステップ、をさらに有する、
請求項１４に記載のクラッディング方法。
【請求項１６】
第１のクラッディング信号を前記第１のクラッディング電極に及び第２のクラッディング信号を前記第２のクラッディング電極に供給するステップをさらに有し、前記クラッディング信号の少なくとも一方は定電圧クラッディング信号である、
請求項１４又は１５に記載のクラッディング方法。
【請求項１７】
第１のクラッディング信号を前記第１のクラッディング電極に及び第２のクラッディング信号を前記第２のクラッディング電極に供給するステップをさらに有し、前記第１及び前記第２のクラッディング信号の少なくとも一方はエレクトロスラグクラッディング信号である、
請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載のクラッディング方法。
【請求項１８】
第１のクラッディング信号を前記第１のクラッディング電極に第１の電源から供給するステップ、及び第２のクラッディング信号を前記第２のクラッディング電極に第２の電源から供給するステップをさらに有する、
請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載のクラッディング方法。
【請求項１９】
第１の電流を有する第１のクラッディング信号を前記第１のクラッディング電極に及び第２の電流を有する第２のクラッディング信号を前記第２のクラッディング電極に供給するステップをさらに有し、前記第１の電流は前記第２の電流より高い、
請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載のクラッディング方法。
【請求項２０】
前記溶着中の前記被加工物への入熱が０．１から０．２５ｋＪ／ｍｍ２の範囲であるとともに総溶着速度が１から１．５ｍ２／ｈｒの範囲である；及び／又は前記溶着の移動速度が２０から４０ｃｍ／ｍｉｎの範囲である；特に、前記溶着中の前記被加工物への入熱が０．１５から０．２５ｋＪ／ｍｍ２の範囲、総溶着速度が１から１．５ｍ２／ｈｒの範囲、及び前記溶着の移動速度が２５から３５ｃｍ／ｍｉｎの範囲である、
請求項１４乃至１９のいずれか１項に記載のクラッディング方法。
【請求項２１】
前記溶着は、１０％より小さい前記クラッディング層の希釈をもたらす、
請求項１４乃至１９のいずれか１項に記載のクラッディング方法。
【請求項２２】
前記第１及び前記第２のクラッディング電極の少なくとも一方は、角度を付けられた前記少なくとも一方の電極が９０度より小さい角度で前記溶融パドルに突き当たるように、前記被加工物に対して、角度を付けられる、
請求項１４乃至２１のいずれか１項に記載のクラッディング方法。
【請求項２３】
各前記第１及び前記第２のクラッディング電極は、前記電極が前記溶融パドルに垂直に前記溶融パドルに接触するように、配向される、
請求項１４乃至２２のいずれか１項に記載のクラッディング方法。
【請求項２４】
前記第１及び前記第２のクラッディングヘッドは、前記第１と前記第２のクラッディング電極との間の角度が０から７５度の範囲にあるように、互いに対して角度を付けられる、
請求項１４乃至２３のいずれか１項に記載のクラッディング方法。
【請求項２５】
各前記第１及び前記第２のクラッディング電極は、前記電極が互いから５から５０ｍｍの範囲の距離をおいて前記溶融パドルに接触するように、配向される、
請求項１４乃至２４のいずれか１項に記載のクラッディング方法。
【請求項２６】
各前記第１及び前記第２のクラッディング電極は、前記溶着中、異なる突出距離を有する、
請求項１４乃至２５のいずれか１項に記載のクラッディング方法。
【請求項２７】
前記第１のクラッディング電極は、前記第２のクラッディング電極と異なる化学的性質を有する、
請求項１４乃至２６のいずれか１項に記載のクラッディング方法。
【請求項２８】
前記第１のクラッディング信号は、前記第２のクラッディング信号の平均電流より高い、１００から８００アンペアの範囲の平均電流を有する、
請求項１４乃至２７のいずれか１項に記載のクラッディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明と一致する装置、システム及び方法は、タンデムストリップ電極を用いるクラッディングに関する。
【背景技術】
【０００２】
ストリップ電極を用いるクラッディングは当業界で知られている。典型的なストリップ電極は、大きいクラッディング面積であるが母材との低混合をもたらすそれらの大きい幅及び低い溶け込みのために、クラッディングのために使用される。これは特に、エレクトロスラグクラッディングに当てはまる。しかし、クラッディングプロセスは遅くなり得るので、クラッディング作業の効率を低下させる。溶着速度／率を増加させる試みのための努力が図られているが、これらの努力は適切なクラッディング作業に結びついていない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の例示的な実施形態は、第1及び第２のクラッディングヘッドが設けられたクラッディングシステム及び方法であり、各クラッディングヘッドは、共通の溶融パドルにそれ自体のそれぞれのクラッディング電極を送る。したがって、少なくとも２つのクラッディング電極が同じクラッディング作業で利用される。本発明の実施形態では、それぞれの各クラッディングヘッドは、それら自体のそれぞれの電源に接続される；及び／又は対応するクラッディング信号を使用する。
【０００４】
さらなる例示的な実施形態が、以下の記載、図面及び請求項に与えられる。
【０００５】
本発明の上述の及び／又は他の態様並びに特徴は、添付の図面を参照して本発明の例示的な実施形態を詳細に記載することによって、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態でのクラッディングの概略図を示す。
【図２】図２は、本発明の例示的な実施形態でのクラッディングの他の概略図を示す。
【図３】図３は、本発明の例示的な実施形態でのクラッディングのさらなる概略図を示す。
【図４】図４は、本発明の例示的な実施形態によるクラッディング組立体の概略図を示す。
【図５】図５は、本発明の例示的な実施形態によるクラッディングシステムの概略図を示す。
【図６】図６は、１つの電極システムを本発明の実施形態と比較する例示の電流及び溶着速度データのグラフを示す。
【図７】図７は、１つの電極システムを本発明の実施形態と比較する例示の入熱及び溶着速度データのグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の例示的な実施形態が、添付の図面を参照して以下に記載される。記載された例示的な実施形態は、本発明の理解を助けることが意図されるものであって、如何なる方法においても本発明の範囲を限定することが意図されるものではない。同様の参照数字は、全体を通して同様の要素を指す。
【０００８】
図１乃至３は、本発明の例示的な実施形態でのクラッディングの概略的な図を示す。本発明の例示的な実施形態では、第１の又は先行クラッディングヘッド１０１が、第２の又は後続クラッディングヘッド１０３の（移動方向の）上流に位置付けられる。それぞれのヘッド１０１及び１０３は、比加工物Ｗにクラッディング層Ｃを作るために、ストリップ電極（それぞれ、Ｓ１及びＳ２）をクラッドされることになる被加工物Ｗに送る。それぞれの電極Ｓ１及びＳ２は、共通の溶融パドルに接触する。この共通の溶融パドルは、先行クラッディングヘッド１０１及び電極Ｓ１によって最初に作られる。ヘッド１０１及び１０３は、それらが互いに対してタンデムである（縦に並ぶ）ように、配置される。言い換えると、本発明の例示的な実施形態では、それぞれの電極Ｓ１及びＳ２の側端部が、クラッディング方向において、互いに位置合わせされる。
【０００９】
本発明の実施形態で使用され得るクラッディングプロセスの例は、エレクトロスラグクラッディングである。本発明はこの点に限定されるものではない。
【００１０】
さらに、クラッディングヘッド１０１及び１０３は、既知の又はよく使われるクラッディングヘッドのように構成されることができる。これらのヘッドは、典型的には、被加工物をストリップ電極でクラッディングするために用いられる。
【００１１】
図１乃至３に示されるように、クラッディングヘッド１０１及び１０３の少なくとも１つは、クラッドされることになる被加工物表面に対して、角度を付けられることができる。図示された例示的な実施形態では、後続ヘッド１０３は、表面に対して角度を付けられて示される。この角度を付けることは、クラッディング作業を最適化するための溶融パドルへの後続電極Ｓ２の溶け込みに役立つことになる。さらに、ヘッド１０１及び１０３の少なくとも１つに角度を付けることは、ヘッドの接近が、それぞれのストリップが同じ溶融パドルに容易に向けられ得るようになることを可能とする。これは、以下により十分に論じられる。図１乃至３に示された例示的な実施形態では、後続ヘッド１０３が角度を付けられる一方、先行ヘッド１０１は被加工物Ｗに対して垂直に配置される。しかし、本発明の態様は、この形態に限定されない。例えば、先行ヘッド１０１が被加工物Ｗに対して角度を付けられる一方、後続ヘッドが被加工物Ｗに対して垂直に配置されることが考えられる。他の例示的な実施形態では、両方のヘッド１０１／１０３は、それらが被加工物Ｗに対して垂直であるように、角度を付けられる。すなわち、クラッディング電極は、被加工物Ｗの表面に対して垂直に溶融パドルに衝突する。代替的には、本発明の例示的な実施形態では、先行及び後続ヘッド１０１／１０３の両方が、被加工物Ｗの表面に対して角度を付けられることも考えられる。しかし、角度を付けることが増加するにつれて、クラッディング作業を開始することがより困難になることが留意されるべきである。
【００１２】
図３を参照すると、電極Ｓ１及びＳ２の先端の間の距離Ｚが、様々な操作パラメータに応じて変化し得る。しかし、距離Ｚは、電極Ｓ１及びＳ２が互いに接触することを防ぐために、０ｍｍより大きくなるべきである。さらに、距離Ｚは、後続電極Ｓ２が先行電極Ｓ１と同じ溶融パドルと接触しないようにあまり大きくなるべきではない。本発明の例示的な実施形態では、距離Ｚは５から５０ｍｍである。さらなる例示的な実施形態では、距離Ｚは５から２０ｍｍの範囲内である
他の例示的な実施形態では、熱源、例えばレーザ装置が、先行ヘッド１０１と後続ヘッド１０３との間に配置される。熱源は、パドルが溶融状態に維持されることを確実にするように、パドルに入熱を提供する。このような実施形態では、電極Ｓ１とＳ２との間の距離Ｚは、増大され得る。もちろん、クラッディング電極の幅全体に渡って熱を維持することが必要とされるので、熱源は溶融パドルの幅に渡って提供されるべきである。例えば、熱源がレーザ又はプラズマである場合、熱源は、パドルをその幅に渡って溶融された状態に保つために溶接パドルの幅に渡って首を振って動かされるべきである。
【００１３】
図３にさらに示されるように、先行電極Ｓ１はＸの突出量を有し、後続電極Ｓ２はＹの突出量を有する。本発明の例示的な実施形態では、突出量Ｘ及びＹは同じである。しかし、他の例示的な実施形態では、突出量Ｘ及びＹは互いに異なる。例えば、電極Ｓ１の突出量Ｘは、電極Ｓ２の突出量Ｙより小さい。本発明の例示的な実施形態では、突出量Ｘは４０から７０ｍｍの範囲内である一方、突出量Ｙは５０から８０ｍｍの範囲内である。さらなる例示的な実施形態では、突出量Ｙは、突出量Ｘより約１０ｍｍ小さい。もちろん、これらのパラメータは、所望の結果及び用いられる操作パラメータに応じて最適化され得ることが理解される。突出の長さが増加することによって、溶接部の希釈のレベルが減少するので、長い突出が有益であることが知られる。しかし、突出長さを増加させるとき、ストリップＳ１及びＳ２に蓄積される熱の量は増大され得る。ストリップの熱が高過ぎるとき、ストリップの円柱強度が低下され得るので、ストリップが座屈する。これは、非常に好ましくない。したがって、突出量を最適化するために、これらの因子のそれぞれが考慮されるべきである。
【００１４】
本発明の例示的な実施形態は、溶着速度を増大させることを提供しながら、１０％以下の希釈レベルを提供することができる。
【００１５】
電極Ｓ１とＳ２との間の距離Ｚを変えることによって、突出量が変化し得ることが知られる。これらの多くは、それぞれのヘッド１０１及び１０３のサイズによって決定される。例えば、距離Ｚが増加するとき、ヘッド１０１及び１０３を被加工物Ｗのより近くに移動させることができるので、それぞれの突出距離Ｘ及びＹは、減少され得る。
【００１６】
例示的な実施形態では、後続電極Ｓ２と表面との間の角度θは、１５から９０度の範囲内である。このように角度を付けることは、上述の利点を提要する。さらに、角度θが図３に後続電極Ｓ２に関連して示されているが、他の例示的な実施形態では、それは、被加工物Ｗの表面に対してθ角度を付けられる先行電極Ｓ１である。さらなる例示的な実施形態では、電極Ｓ１及びＳ２は、互いに対してβ角度を付けられる。例示的な実施形態では、電極間の角度βは、０から７５度の範囲内であり、０度は、電極Ｓ１及びＳ２が、それらがパドルに衝突するとき、互いに本質的に平行であることを示す。さらなる例示的な実施形態では、電極間の角度βは、３０と６０度との間である。したがって、本発明の幾つかの例示的な実施形態では、両方の電極Ｓ１及びＳ２は、被加工物Ｗの表面に対して角度を付けられる。上記の議論では、角度測定値は、溶融パドルでの電極の衝突部における又は衝突部の近くの電極Ｓ１及びＳ２のそれぞれの角度に関して議論されていることが留意される。
【００１７】
本発明の例示的な実施形態では、電極Ｓ１及びＳ２は、サイズ及び化学的性質の両方において同一である。しかし、他の例示的な実施形態では、電極Ｓ１及びＳ２は異なり得る。例えば、電極Ｓ１及びＳ２は、クラッディング作業を最適化するために異なる厚さ及び／又は幅を有することが考えられる。例えば、先行電極Ｓ１が後続電極Ｓ２より広いように、段付構造又は層構造を有するクラッディングを提供することが望ましい。他の例示的な実施形態では、先行電極Ｓ１が後続電極Ｓ２と異なる化学的性質を有するように、その厚さに基づいて異なる物理的性質を持つクラッディングを提供することが望ましい。例えば、先行電極Ｓ１が３０９Ｌタイプのステンレス鋼であり得る一方、後続ストリップＳ２は３１６Ｌタイプのステンレス鋼であり得ることが考えられる。
【００１８】
図２は、本発明の他の例示的な実施形態を描き、磁気ステアリングプローブ１０５が先行ヘッド１０１と後続ヘッド１０３との間に置かれる。磁界及び磁気ステアリングの利用は、溶接作業の位置決め及び安定性に影響する  ―  溶接作業によって発生する  −  磁界を打ち消すように、スラグ溜め及び結果として生じる溶融堆積物を制御するとともに安定させるのに役立つことが溶接業界において一般的に知られている。プローブ１０５は、本発明の実施形態に対して同様に用いられる。具体的には、プローブ１０５は、２つのそれぞれのクラッディング作業を安定させるのに役立つ磁界を生成するために利用される。例えば、磁気プローブは、先行電極Ｓ１の後続電極Ｓ２への影響、及びその逆を減らすために使用され得る。本発明の例示的な実施形態では、プローブ１０５は、後続電極Ｓ２より先行電極Ｓ１の近くに配置される。これは、（以下により完全に説明されるように）幾つかの実施形態では、先行電極Ｓ１がより大きい磁界を生成するためである  −  先行電極Ｓ１が後続電極Ｓ２より多くの出力を有するため。全体としては、プローブ１０５の位置決め及び制御は、安定したクラッディング作業を提供するように最適化されるべきである。他の例示的な実施形態では、磁気プローブは、溶接中、ストリップの側部に位置決めされる。外側のプローブの位置は、溶接パドルを溶接部の中心に引き込む磁界に干渉することによって、溶接パドルを平らにするとともに安定させるのに役立ち得る。
【００１９】
次に図４を見ると、本発明の例示的な実施形態によるクラッディング組立体２００が示される。例示的な実施形態では、クラッディング組立体２００は、被加工物Ｗに沿って動かされることができる、キャリッジタイプの設計であり得る。代替的には、クラッディング組立体２００は、被加工物Ｗがクラッディング作業を実行するために組立体２００に対して動かされるように、固定され得る。クラッディング組立体２００は、クラッディング作業に対するユーザ制御部及び入力部を提供するように構成されるコントロールパネル２０１を含み得る。このようなコントロールパネル２０１は、当業界で知られており、電極送給速度、移動速度、溶接制御（出力、電流、電圧、等）、フラックス制御、等のようなものを制御することができる。組立体２００はさらに、電極取付構造２０５を含むことができ、この電極取付構造２０５に、電極ロール２０７及び２０９が電極Ｓ１及びＳ２をヘッド１０１及び１０３に供給するために取付けられる。送給機構２０８及び２１０もまた、電極Ｓ１及びＳ２をヘッドに送給するために、組立体２００に取付けられ得る。ロール２０７／２０９及び送給機構２０８／２１０の構成及び構造は、任意の既知の又は使用されている装置に従い得るが、本発明の実施形態はこの点に限定されない。さらに、本発明の態様は、ロール２０７／２０９及び送給機構２０８／２１０の物理的な構造又は位置によって限定されない。
【００２０】
組立体２００のさらなる例示的な実施形態では、フラックスタンク２０９及び供給チューブ２１１を含むフラックス供給システムが、クラッディングプロセスにシールドフラックスを供給するために利用される。このようなフラックス供給システムは知られており、ここでは詳細に議論される必要はない。本発明の例示的な実施形態では、希釈レベルを最小化しながら、金属移行を保つ能力を有する、高速エレクトロスラグフラックスが利用され得る。
【００２１】
図４には明示的に示されていないが、磁気プローブ組立体（図２に示されるような）が必要に応じて組立体２００に含められ得る。さらに、追加の例示的な実施形態では、フラックス及び／又はヒューム除去又はバキュームシステムが用いられ得る。例えば、フラックス抽出バキューム（図示せず）もまた、クラッディングプロセス中にフラックスを除去するために、組立体２００に取付けられ得る。このようなシステムは、クラッディング及び溶接業界において知られている。
【００２２】
次に図５を見ると、クラッディングシステム３００が描かれる。システム３００の例示的な実施形態は、第１の電源３０１は先行ヘッド１０１に結合されるとともに第２の電源は後続ヘッド１０３に結合されるように、２つの別々の電源３０１及び３０３を有する。各電源のそれぞれは、それぞれの各電極Ｓ１及びＳ２が共通の溶融パドルに十分に供給されるとともに溶着されるように、それぞれのヘッドにクラッディング信号（電圧及び電流）を供給する。このような電源の構造及び動作は知られている。前に示されたように、電源３０１／３０３はエレクトロスラグクラッディング信号をヘッド１０１／１０３に供給することができる。本発明の例示的な実施形態では、それぞれの電源３０１／３０３は、コントロールパネル２０１を介して制御されることができる。さらに、追加の例示的な実施形態では、それぞれの電源３０１／３０３は、作業中、互いに通信する。例えば、各電源３０１／３０３のそれぞれは、クラッディングプロセスへの全入熱を制御するために、協働することが考えられる。さらに、後続ストリップＳ２より前に先行ストリップＳ１をスタートさせることは有益であり得る。このような実施形態では、電源３０１がクラッディング作業をスタートするとともに、溶接パドルが作られて安定化されるとすぐに、第２の電源３０３がクラッディング作業のためにスタートされる。本発明の例示的な実施形態では、第１及び第２の電源両方は、定電圧（“ＣＶ”)モードで作動される。本発明のさらなる例示的な実施形態では、オハイオ州クリーブランドのＴｈｅ  Ｌｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによって製造されたＰｏｗｅｒ  Ｗａｖｅ電源によって生成されるタイプのような、可変溶接波形が利用され得る。可変波形は、溶接作業中に負及び正電流のいずれか又は両方が変化され得る波形プロファイルを有し得る。本発明の１つの態様では、それぞれの電源３０１／３０３は、それぞれの電極Ｓ１及びＳ２に同じクラッディング信号（電圧及び電流）を供給する。しかし、追加的な実施形態では、第１の電源３０１によって供給される信号は、第２の電源３０３によって供給される信号と異なり得る。例えば、第１の電源３０１は、第２の電源３０３より高い出力（これは、例えば、より高い電流又は電圧、或いは両方の利用を通じて、実現され得る）の信号を提供することが考えられる。
【００２３】
本発明の例示的な実施形態では、先行電極は、後続電極より高い電流レベルを有する。このような構成は、先行電極が溶融パドルへの溶着の大半を実行することを可能にする一方、後続電極はその後でクラッディング作業に関して単により多くの材料を溶着するために使用される。本発明の例示的な実施形態では、後続電極は、先行電極のものより小さい１００から８００アンペアの範囲内である平均電流レベルを有する。他の例示的な実施形態では、後続電極は、先行電極のものより小さい２５０から６００アンペアの範囲内である平均電流を有する。
【００２４】
図５は２つの別々の電源３０１／３０３を示しているが、本発明の実施形態は、電源が、２つの別個のハウジング等を有する２つの完全に分離した物理的なユニットであることを必要としていないことが留意される。別々の電源が１つの一体のハウジングに組み込まれ得ることが考えられるので、アイテム３０１／３０３は、１つの一体のユニット内の別々の電源システムを表す。別々の電源３０１／３０３は、必要に応じて、異なるパラメータを持つ出力信号を供給可能であるべきである。
【００２５】
前に簡単に論じられたように、ストリップ電極でのクラッディングは知られている。しかし、ある厚さのクラッディング層を作ろうとするとき、このようなプロセスは遅くなり得る。本発明の例示的な実施形態の利用は、同じ又は増加したレベルのクラッディング厚さを供給しながら、クラッディング速度の著しい増大を提供する。さらに、それ自身の専用の電源によって溶着される、後続電極の利用は、クラッディングの希釈レベルを安定させる。加えて、別々のクラッディングヘッドを伴う別々の電源の使用は、それぞれのヘッドが、通常の、又はそうでなければより低い出力レベルで作動することを可能にする  −  したがって、特定の溶着率に対して１つのヘッドを通る過度に高い電流に依存することの必要性を取り除く。このような高い電流は、クラッディング中のストリップの過度な加熱及び滑りを生じさせ得る。これらは、溶着されたクラッディング層の品質及び耐久性に悪影響を及ぼし得る。
【００２６】
本発明の実施形態を利用することに様々な利点があることが発見されている。例えば、入熱及び作業効率の向上が達成され得ることが発見されている。例えば、増加した溶着速度が、パドルへの全入熱における著しい又は有害な増加なしに、あるクラッディング厚さに対して達成され得ることが発見されている。さらに、タンデムクラッディング電極の使用が、シングル電極で達成されるものより大きい公称ビード幅をもたらし、したがって、増大した範囲をもたらすことが発見されている。
【００２７】
以下の表は、従来技術のクラッディング作業と比較した、本発明の例示的な実施形態に関するデータの概要を提供する。これらの表は、本発明の利点を示す。代表的な入熱計算が従来のｋＪ／ｍｍの関係及びｋＪ／ｍｍ２の関係で以下の表に示されていることが分かる。このｋＪ／ｍｍ２の関係は、公称ビード幅を考慮するとともに全入熱をより多く代表する。参考に、以下の式が入熱計算のために使用された：
ｋＪ／ｍｍ＝（Ａ×Ｖ×６０）／（１，０００×Ｓ）、ここで、
Ａ＝全平均電流、Ｖ＝電圧、Ｓ＝速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、及び
ｋＪ／ｍｍ２＝（Ａ×Ｖ×６０）／（１，０００×Ｓ×Ｂ）、ここで、
Ａ＝全平均電流、Ｖ＝電圧、Ｓ＝速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、及びＢ＝公称ビード幅（ｍｍ）である。
【００２８】
本発明の例示的な実施形態では、ストリップ入熱は０．２５から０．１０ｋＪ／ｍｍ２の範囲内であり、他の例示的な実施形態では、ストリップ入熱は０．１５から０．２０ｋＪ／ｍｍ２の範囲内である。さらに、本発明の例示的な実施形態では、溶着速度は、１．００から１．５０ｍ２／ｈｒの範囲内である。加えて、本発明の例示的な実施形態では、クラッディングプロセスの移動速度は、２０から４０ｃｍ／ｍｉｎの範囲内である。本発明の他の代替実施形態では、移動速度は、２５から３５ｃｍ／ｍｉｎの範囲内である。
【００２９】
さらに、以下に示される電流データは、定電圧が利用されたので、平均電流である。
【００３０】
下の表１は、タンデムストリップ電極構成における６つの例示的な溶接パスからのデータの概要を提供する。
【表１】
2014518160.tif 000003
全ての上述の溶接は、０．５ｍｍの厚さを有する６０ｍｍ幅の電極で行われ、電極は、ＥＱ３０９Ｌ及びＥＱ３１６ＬＯタイプ電極であったことが留意される。さらに、タイプＥＳ２００フラックスが使用された。
【００３１】
以下の表２は、表１（上記）からの溶接番号３、４及び５をシングルクラッディング電極を使用するクラッディングと比較し、本発明の幾つかの利点を示す（シングルビード（以下）に関する全てのビード厚さ（ビード高さ）は、タンデムパスと同様の厚さである  −  ４．５から５ｍｍの公称厚さ）。
【表２】
2014518160.tif 000004
上記の表に示されるように、本発明の例示的な実施形態は、シングルクラッディング電極の使用に対して性能の向上を提供する。例えば、６０ｍｍ幅ストリップに対する公称ビード幅が６５ｍｍから、７０から７２ｍｍに改善され、したがってシングルパスに対してより広いビード及びより大きい範囲を提供した。シングルストリップ構成では、クラッディングヘッドは、クラッディングストリップに対するより高い送給速度において不安定になり得ることが留意され、これは、厚いクラッディング層を実現しようとするとき、送給速度、したがって移動速度を制限要因にさせ得る。
【００３２】
上記表に示されていない、本発明の他の例では、この向上したビード幅が示され得る。シングルストリップクラッディング作業では、６０×０．５ｍｍストリップがＥＳ２００フラックスとともに使用された。１４５０アンペアの電流が、２５ボルトで使用され、５ｍｍ厚クラッディング層が６４ｍｍの公称ビード幅及び１０％希釈レベルで溶着された。しかし、先行ストリップが１２５０アンペアを使用し、後続ストリップが６００アンペアを使用した、タンデムストリップ構成を使用するとき、同じビード厚さは７２ｍｍのビード幅とともに得られた。したがって、追加の４００アンペアに対して、ビードの幅の１２％の増加が達成された。この増加は、クラッディング作業中の適用時間の大幅な節約を作り出すことができる。
【００３３】
さらに、溶接番号５を見ると、３５ｃｍ／ｍｍの移動速度が、１２０ｍｍ幅電極の使用に対して全入熱０．０１ｋＪ／ｍｍ２のわずかな増加のみ、及び溶接に必要とされるアンペアの量の全体的な減少（２４００と比較して２２５０）とともに、１．４７ｍ２／ｈｒの溶着速度を伴って、得られたことが分かり得る。これはまた、電流及び入熱と比較したときの溶着速度データをグラフで示す図６及び７に見ることができる。このデータが示すように、本発明の例示的な実施形態は、シングルストリップ電極に対して利点を提供し、プロセスで消費されるエネルギの量を減少させながらそのように出来るとともに溶接部への全体の入熱の僅かな増加のみでそのように行う。さらに、図７は、タンデム構成において、溶着速度が増加するにもかかわらず、被加工物への全体の入熱が減少するということを予想外に示す。
【００３４】
さらに、タンデムクラッディング作業からの減少した入熱のために、クラッディングが、シングル電極で通常行われ得るよりも薄い被加工物に効果的に行われ得る。シングルクラッディング電極を使用するとき、入熱が高過ぎるので、より薄い被加工物（例えば５０ｍｍ）は高い電流レベルにおいて反る。タンデムプロセスはより少ない全体の入熱を提供するので、高い電流レベルにおいてさえ、クラッディングが、より薄い被加工物で容易に実現され得る。
【００３５】
加えて、本発明の実施形態は、許容可能な希釈レベルを保ちながら、従来の方法に対して、より速いクラッディングを可能にする。クラッディング作業に対する移動速度が増加するので  −  与えられた電流レベルに対して  −  クラッディング層の厚さは、薄くなるとともに希釈レベルは増加する。希釈レベルが増加するとき、クラッディングの化学的性質を制御する能力は減少し、これは不利である。
【００３６】
しかし、本発明の実施形態の上記態様のために、より厚いクラッディング層が、高い移動速度、且つシングルストリップクラッディング法に相当する電流レベル及び入熱レベルで、被加工物に溶着されることができる。さらに、クラッディング作業の移動速度が高いとしても、より厚いクラッディング層が形成される。したがって、本発明の実施形態は、既知のクラッディング法に対して大きな利点を提供する。さらに、本発明の実施形態は全電流入力を多数のヘッドに分けるので、いずれか１つのクラッディングヘッドが曝される最大電流はシングルヘッドのものより小さい。このために、本発明の実施形態は、電流及びクラッディング作業に対してより多くの制御を提供する。したがって、本発明の実施形態は、より少ないエネルギを使用し且つよりより有利な入熱プロファイルを提供しながら、より制御可能なクラッディング作業、化学的に妥当なクラッディング範囲（許容可能な希釈レベル  −  例えば１０％以下）を提供することができる。
【００３７】
本発明は、利用されることになるカーテン又はストリップ電極のタイプ或いは実行され得る溶接作業の種類によって限定されるものではなく、多くの異なる種類の溶接電極及び電極の組合せを用いて多くの異なる種類の溶接作業で使用され得ることが留意される。
【００３８】
本発明は特にその例示的な実施形態を参照して図示されるとともに説明されているが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。形態及び詳細における様々な変更が、以下の特許請求の範囲によって定められる本発明の精神及び範囲から離れることなしに、行われ得ることが当業者によって理解されるであろう。
【符号の説明】
【００３９】
１０１  先行クラッディングヘッド
１０３  後続クラッディングヘッド
１０５  磁気ステアリングプローブ
２００  クラッディング組立体
２０１  コントロールパネル
２０５  電極取付構造
２０７  電極ロール
２０８  送給機構
２０９  電極ロール
２１０  送給機構
２１1  供給チューブ
３００  クラッディングシステム
３０１  電源
３０３  電源
Ｃ  クラッディング層
Ｓ１  電極  
Ｓ２  電極
Ｗ  被加工物
Ｘ  突出量
Ｙ  突出量
Ｚ  距離
θ  角度
β  角度
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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