(57)【要約】      （修正有）【課題】非アーク系結合もしくはオーバーレイ操作において使用される消耗品を提供する。【解決手段】コア１０３０、コア１０３０を包囲する金属シース１０１０とを有する非アーク堆積プロセス消耗品１０００であって、当該消耗品１０００は、消耗品１０００の０〜０．０２重量％の範囲内でバリウム，カリウム，リチウム，ナトリウム及びストロンチウムの組み合わせ合計を有し、金属シース１０１０は、鉄系合金，ニッケル系合金及びコバルト系合金の１つからなる。【選択図】図１Ａ
0003204737.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
コアと；
前記コアを包囲する金属シースと
を有する非アーク堆積プロセス消耗品であって、
当該消耗品は、消耗品の０乃至０．０２重量％の範囲内でバリウム，カリウム，リチウム，ナトリウム及びストロンチウムの組み合わせ合計を有する、及び好ましくは
前記組み合わせ合計は、０乃至０．０１％の範囲内である、消耗品。
【請求項２】
前記金属シースは、鉄系合金，ニッケル系合金及びコバルト系合金の１つからなる、請求項１に記載の消耗品。
【請求項３】
消耗品の３乃至２０重量％の範囲内で、及び好ましくは、消耗品の５乃至１５重量％の範囲内で、及びさらにより好ましくは、消耗品の１０乃至２０重量％の範囲内で炭酸塩をさらに有する、請求項１又は２に記載の消耗品。
【請求項４】
前記炭酸塩は、炭酸カルシウム，炭酸マグネシウム，炭酸鉄，炭酸チｔン及び炭酸ランタンの少なくとも１つである、請求項３に記載の消耗品。
【請求項５】
消耗品の０．５乃至２５重量％の範囲内で、及び好ましくは、消耗品の１乃至２０重量％の範囲内で、及びさらにより好ましくは、消耗品の５乃至１５重量％の範囲内で窒化物をさらに有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の消耗品。
【請求項６】
前記窒化物は、窒化チタン，窒化ホウ素，窒化バナジウム，窒化タンタル，窒化アルミニウム及び窒化ニオブの少なくとも１つである、請求項５に記載の消耗品。
【請求項７】
炭化物をさらに有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の消耗品であって、好ましくは、前記炭化物は、消耗品の１０乃至８０重量％の範囲内で、及び好ましくは、消耗品の１０乃至３０重量％の範囲内で、及びさらにより好ましくは，  消耗品の３０乃至５０重量％の範囲内で、炭化物をさらに有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の消耗品。
【請求項８】
前記炭化物は、Ｗ，Ｔｉ，Ｔｉ−Ａｌ，Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｃｏ，Ｍｏ及びＴａの少なくとも１つであり、又は前記炭化物は、ＴｉＡｌＣ，ＴｉＣ，ＮｂＣ，Ｃｒ３Ｃ２，Ｃｒ２３Ｃ６，及びＣｒ７Ｃ３の少なくとも１つである、請求項７に記載の消耗品。
【請求項９】
前記炭化物の少なくとも一部は、１０乃至４００ミクロンの範囲内の公称直径を有する、請求項７又は８に記載の消耗品。
【請求項１０】
Ｔｉ，Ｖ，Ｎｂ及びＴａのホウ化物の少なくとも１つ、及び／又はＷ及びＭｏの硫化物の少なくとも１つをさらに有する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の消耗品。
【請求項１１】
コアと；
前記コアを包囲する金属シースと
を有する非アーク堆積プロセス消耗品であって、
当該消耗品は少なくとも１の炭酸塩を有し、消耗品の３乃至２０重量％の範囲内で存在する、消耗品。
【請求項１２】
前記消耗品は、消耗品の０乃至０．０２重量％の範囲内で、バリウム，カリウム，リチウム，ナトリウム及びストロンチウムの組み合わせ合計を有する請求項１１に記載の消耗品。
【請求項１３】
前記消耗品は少なくとも１の窒化物を有し、前記少なくとも１の窒化物は、消耗品の０．５乃至２５重量％の範囲内で存在する、請求項１１又は１２に記載の消耗品。
【請求項１４】
消耗品の１０乃至８０重量％の範囲内で、少なくとも１の炭化物をさらに有する、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の消耗品。
【請求項１５】
コアと；
前記コアを包囲する金属シースと
を有する非アーク堆積プロセス消耗品であって、
前記消耗品は少なくとも１の窒化物を有し、前記少なくとも１の窒化物は、消耗品の０．５乃至２５重量％の範囲内で存在する、消耗品。
【請求項１６】
前記消耗品は、少なくとも１の炭酸塩を有し、前記少なくとも１の炭酸塩は、消耗品の３乃至２０重量％の範囲内で存在する、請求項１５に記載の消耗品。
【請求項１７】
当該消耗品は、消耗品の０乃至０．０２重量％の範囲内でバリウム，カリウム，リチウム，ナトリウム及びストロンチウムの組み合わせ合計を有する、請求項１５又は１６に記載の消耗品。
【請求項１８】
消耗品の１０乃至８０重量％の範囲内で少なくとも１の炭化物をさらに有する、請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の消耗品。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、非アーク系結合もしくはオーバーレイ操作において使用される消耗品(consumables)に関わる。より具体的には、本考案は、消耗品移行(transfer)のためのアークを使用するに及ばないことに一致した化学組成を有する、非アーク結合操作及びオーバーレイ操作において使用される有芯(コアード，cored)消耗品に関わる。
【背景技術】
【０００２】
ホットワイヤ結合及びオーバーレイ用途の発展と共に、特にＴｈｅ  Ｌｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ  ｏｆ  Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，  Ｏｈｉｏにより、プロセスはより効率的になりつつあり、且つより多くの異なる用途に使用可能である。しかしながら、幾度も当該プロセスは、アークを使用する堆積プロセスのためにもともと開発された公知の消耗品を使用する。これらの消耗品はしばしば許容可能であるので、これらは、望ましくはないが、アークプロセスには必要とされる物質を包含し得るか、又はこれらは、他の点では望ましいが、アーク移行プロセスによっては十分に移行しない物質を除外する。従って、非アーク移行プロセスのために特別に開発される消耗品を有することが望ましい。
【０００３】
慣用な，典型的な，及び提案されたアプローチのさらなる制限及び欠点は、図面に関して本願の残りに述べられたように、このようなアプローチと、本考案の実施形態との比較により、当業者に明らかになる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
堆積、及び特に溶接内の特定の化合物の回収効率を改善するため、本考案は、請求項１、１１及び１５に記載の非アーク堆積プロセス消耗品及び請求項１９に記載の物質を堆積する方法を提案する。好ましい実施形態は、従属請求項に記載の物であり得る。本考案の実施形態は、ホットワイヤ堆積プロセスを包含する、非アーク堆積プロセスと共に使用される消耗品に関わる。本考案のいくつかの典型的実施形態は、消耗品内のアークイニシエータもしくはアークスタビライザの使用を不要とする。本考案のその他の典型的実施形態は、アーク溶接プロセスのための消耗品内に存在するのとは異なり、消耗品内に追加量の炭酸塩を添加する。同様に、本考案のその他の典型的実施形態は、アークプロセス消耗品内に存在するのとは異なり、追加量の窒化物を包含する。本考案のその他の典型的実施形態は、非アークプロセスで堆積されることが望まれる炭化物を包含する。
【０００５】
本考案のこれらの及びその他の特徴、並びにその説明された実施形態の詳細は、以下の記載及び図面からより十分に理解される。
【０００６】
本考案の上記の及び／もしくはその他の態様は、添付の図面を参照し、本考案の典型的な実施形態の詳細な記載からより明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
詳細な説明
本考案の典型的な実施形態は、今度は添付の図面を参照して、以下に記載される。  記載された典型的な実施形態は、考案の理解を助けることを意図しているのであり、本考案の範囲を制限することを全く意図していない。類似の参照符号は、あらゆる点で類似の要素を意味する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１Ａ乃至図１Ｂは、本考案の実施形態による有芯消耗品の典型的な図である。
【図２】図２は、組み合わせワイヤフィーダと、クラッド(cladding)，ビルドアップ，充填，及び表面硬化オーバーレイ用途のいずれかのためのエネルギー源システムとの典型的実施形態の機能的概略のブロック図を説明する。
【考案を実施するための形態】
【０００９】
本考案の実施形態は、非アーク堆積プロセス、例えばホットワイヤプロセスにおいて具体的に使用される有芯消耗品に向けられている。有芯消耗品は、金属コアードもしくはフラックスコアードのいずれかであり得る。典型的な実施形態は、図１Ａ（金属コア）と図１Ｂ（フラックスコア）とに示される。用語「フラックスコア」が使用されるけれども、これは、アーク溶接操作で使用されるような伝統的なフラックスを包含すると理解すべきではない、と承知されたい。なぜならば、本考案の消耗品は、伝統的な「フラックス」が必要ではない非アークプロセスで使用されるからだ。本書で使用される用語「フラックスコア」は、図１Ａに示される金属コアと対比して、顆粒状物質のコア（これは、金属及び非金属粒子を包含し得るが、非金属粒子の包含は、多様な実施形態において必要ではない）を意図する。各実施形態において、シース１０１０／１１１０は、コア１０３０／１１３０を包囲する。有芯消耗品の一般的構成及び製造は周知であり、本書で詳しく記載する必要はない。本書に記載された有芯消耗品の典型的実施形態は、結合プロセスもしくはオーバーレイプロセスにいずれかに限定されない。
【００１０】
本書で考察され且つ記載された消耗品は、結合，溶接及び／もしくはオーバーレイ，クラッド操作のために使用される有芯消耗品であり、本書に記載された消耗品は、ろう付け消耗品ではないことに留意されたい。
【００１１】
一般的に理解されているように、アーク移行プロセス（結合用であろうと、オーバーレイ用であろうと）は、消耗品を溶融溜まりへ移行させるため高熱アークプラズマを使用する。かくして、伝統的なアークプロセス消耗品は、アーク点火を助け、且つアーク安定性を維持するのに必要とされる、様々な元素及び化合物を含有する。
【００１２】
その上さらに、伝統的なアークプロセス消耗品において種々の元素及び化合物が全く回避されるか、又は非常に控えめに使用されるだけである。なぜなら、これらは不十分に相互作用するか、及び／又はアークを貫通して十分に移行しないからだ。例えば、これらの物質は、しばしば、炭酸塩，窒化物，炭化物及び元素炭素である。その他の用途において、その他の金属元素をアーク系消耗品において控えめに使用するか、又は全く使用しない。これらの元素は、銅，マグネシウム，及び希土類元素を包含し得る。しかしながら、多様な強度及び性能特性を提供するため、堆積内のこれら化合物のうちのいくつかを使用することが有利かもしれない。その上さらに、アークの不在は、他の点では揮発性であるじゃ又は損失に対して敏感であり、及びアーク溶接による移行が難しい消耗品の全てのもしくはほぼすべての元素及び化合物の移行を可能にし得る。
【００１３】
本考案の典型的実施形態において、有芯消耗品（１０００／１１００）は、いずれのアークイニシエータもしくはアークスタビライザを有しない。消耗品は、アーク堆積プロセスでは使用されないので、このような成分は必要ない。伝統的な有芯消耗品におけるアークイニシエータ及びアークスタビライザの使用は、しばしばこれら成分の必要性と、堆積に対する潜在的悪影響との間のトレードオフの結果である。事実、いくつかの成分の吸湿性は、堆積水素含有量の増大をもたらし得、これは望ましくないかもしれない。これらの成分は消耗品から除去されるので、本考案の実施形態は、これをトレードオフにする必要がない。特に、アーク起動(initiation)及びアーク安定化を助けるため、ストロンチウム，バリウム，リチウム，ナトリウム及びカリウムのいずれか１つもしくは組み合わせが、アークプロセス消耗品において使用される。事実、これらの元素は様々な組み合わせで、消耗品の１０乃至１５重量％までの含有量で、使用可能である。本考案の実施形態は、アーク堆積プロセスにおいて使用されないので、これらの元素は存在する必要がない。よって、本考案の典型的実施形態において、有芯消耗品１０００／１００は、消耗品の０乃至０．０２重量％の範囲内でバリウム，カリウム，リチウム，ストロンチウム及びナトリウムの組み合わせ合計を有する。さらなる典型的実施形態において、その範囲は、消耗品の０乃至０．０１重量％である。即ち、本考案の消耗品において、バリウム，カリウム，リチウム，ストロンチウムもしくはナトリウムを、意図的に消耗品に添加しない。これらの元素の痕跡量が存在するかもしれないが、（もし存在するとしても）その痕跡量は、本書に挙げた範囲を超えない。バリウム，  リチウム，  ストロンチウム，  ナトリウム  及びカリウムの各々はアークスタビライザ及びイニシエータとして使用されるのであるから、本考案の消耗品におけるそれらの不在は、いずれの非アーク／ホットワイヤプロセスにおいてアークが形成されないようにし、よってホットワイヤプロセスの速度と効率に貢献する助けとなる。
【００１４】
本願全体を通して、元素及び化合物の全てのパーセンテージは、消耗品の重量％に基づくのであって、シース（１０１０／１１１０）もしくはコア（１０３０／１１３０）の重量％に基づくのではないことに留意すべきである。その上さらに、様々な元素及び化合物が本書で同定される限り、本考案の実施形態は、シースもしくはコアのいずれかにこれらが存在することに限定されない。製造の容易さのため消耗品のコアにおいて本書において同定された元素及び化合物の多くを配置するのが有利かもしれないが、本書に記載された実施形態はそれに限定されない。即ち、本書に記載された化合物、合金及び元素のいくつかは、シース内にも添加され得る。
【００１５】
本考案のさらなる典型的実施形態において、所望の堆積ケミストリーを達成するため、炭酸塩は消耗品１０００／１１００に添加される。アーク内の炭酸塩の反応のため、アークプロセス消耗品における炭酸塩は、倹約して使用された。典型的には、（アークプロセス用）有芯消耗品内に存在する炭酸塩の合計量は、消耗品の３重量％未満である。（この含有量は、ション所で記載されるような有芯消耗品ではないスティック電極内では異なるかもしれないことに留意すべきである。）しかしながら本考案の典型的実施形態において、炭酸塩の利用は、これら既知のレベルより上に増大し、その結果、消耗品は所望のケミストリーを有する堆積を提供し得る。即ち、本考案の典型的実施形態において、存在する炭酸塩の含有量は、消耗品の３乃至２０重量％の範囲内である。本考案のさらなる典型的実施形態において、有芯消耗品内の炭酸塩含有量は、消耗品の５乃至１５重量％の範囲内である。より多く炭酸塩を有することが望まれる実施形態において、含有量は１０乃至２０％の範囲内であり得る。伝統的有芯アークプロセス消耗品におけるこのような炭酸塩の含有量は、特にアークと相互作用する材料により、堆積中に安定化問題を生じ得た。しかしながら、炭酸塩のこのようなレベルは、本考案の典型的実施形態により使用され得る。本考案の典型的実施形態は、炭酸塩：炭酸カルシウム，炭酸マグネシウム，炭酸バリウム，炭酸リチウム，炭酸ストロンチウム及び炭酸鉄のいずれか１つ、もしくは２個以上の組み合わせを使用できる。その他の典型的実施形態において、炭酸タングステンもしくは炭酸ランタンを添加するのが望ましいかもしれない。０乃至０．０２％もしくは０乃至０．０１％の範囲内でナトリウム，カリウム，リチウム，ストロンチウムもしくはバリウムの組み合わせ量を有するべき本考案のいずれの実施形態において、炭酸ナトリウム，炭酸カリウム，炭酸バリウム，炭酸リチウムもしくは炭酸ストロンチウムはいずれも使用できないことに勿論留意すべきである。
【００１６】
本考案の追加の典型的な実施形態において、窒化物が有芯消耗品  １０００／１１００に添加される。一般に知られているように、堆積の品質もしくは堆積プロセスに悪く影響し得るアーク内に窒素を生成するそれらの傾向により、炭酸塩と同様、伝統的なアークプロセス消耗品は、限定量の窒化物を使用する。典型的には、有芯アークプロセス消耗品は、ある含有量、即ち全体として消耗品の０．５重量％未満で窒化物を含有する。また、しかしながら、所望のケミストリーを達成するために堆積内にあるレベルの窒化物を有することが望ましいかもしれない。これはアークプロセス消耗品ではできないが、本考案の消耗品ではできる。特に、本考案の実施形態は、消耗品の０．５％乃至２５重量％の範囲内で窒化物を有し得る。さらなる典型的実施形態において、窒化物は消耗品の１乃至２０重量％の範囲内である。さらなる典型的実施形態において、窒化物は消耗品の５乃至１５重量％の範囲内である。窒化物の組み合わせを使用する限り、当該組み合わせは上に特定された範囲内であることに留意すべきである。本考案の実施形態により使用され得る窒化物の例は、チタン，ホウ素，バナジウム，タンタル，アルミニウム，及びニオブを包含する。炭窒化物は、本考案の実施形態に添加してもよく、またＢ，Ｔｉ，Ｖ，Ｔａ，Ｎｂ及びＡｌの炭窒化物を包含し得る。
【００１７】
上記の典型的実施形態は、個別に非アークプロセス用有芯消耗品内で使用され得るか、又は所望の結合もしくはオーバーレイ操作のために最適化された有芯消耗品を提供するため、互いに組み合わせて使用され得る。
【００１８】
オーバーレイもしくはクラッド操作のために使用される本考案の実施形態において、シース１０１０／１１１０は、鉄系，ニッケル系もしくはコバルト系合金のいずれか１つからなっていてよく、且つ（実施形態に依存して）コア１０３０もしくはフィル（fill）１１３０内に任意の数の合金元素及び化合物を有してよい。コア１０３０もしくはフィル１１３０のいずれかに存在し得る合金元素の例は、Ｃ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｎ，Ｃｏ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｖ，及びＣｕ，等を包含し得る。コア１０３０もしくはフィル１１３０内に存在し得る化合物の例は、Ｗ，Ｔｉ，Ｔｉ−Ａｌ，Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｃｏ，Ｍｏ，及びＴａの炭化物を包含する（但し、これらに限定されない）。特定の消耗品のための意図された用途に依存して、本考案の実施形態は、消耗品の１０乃至５０重量％の範囲内で炭化物を包含し得る。大量の炭化物が必要とされる用途において、炭化物は、消耗品の３０乃至５０重量％の範囲内であり得る一方で、少ない炭化物が必要とされるその他の用途において、炭化物は、消耗品の１０乃至３０重量％の範囲内であり得る。いくつかの典型的実施形態において、炭化物％は５０％よりもさらに高く、且つ８０％までであり、且つ５０乃至８０％の範囲内であり得る。このような実施形態において、高炭化物フィルパーセンテージの場合、コア内のフィルは特に緻密である必要があり、シースは通常使用されるシースと比べて比較的薄い必要がある。例えば一実施形態は、このような高炭化物パーセンテージを達成するため、レニウムパウダー及び薄いベリリウムシースを使用できる。いくつかの典型的実施形態において、２以上の上記炭化物が、望ましい比率で使用可能である。しかしながらこのような実施形態において、上記パーセンテージは、実施形態に依存して一般に維持されるべきである。
【００１９】
さらなる典型的な実施形態は、Ｔｉ，Ｖ，Ｎｂ及びＴａのホウ化物を包含するホウ化物の化合物を包含し得る。追加的には、実施形態はＷ及びＭｏの硫化物を包含し得る。
【００２０】
炭化物，ホウ化物，窒化物及び／もしくは炭窒化物の添加は、摩耗用途におけるその寿命を増すため、クラッドもしくはオーバーレイ堆積に摩擦抵抗を提供する。しかしながら、硫化物の添加は、金属間(metal-to-metal)摩耗用途において潤滑性を与える。
【００２１】
オーバーレイ／クラッド操作のために使用される本考案の有芯消耗品は、所望の特性を提供するため、上記の炭化物，ホウ化物，硫化物，及び／もしくは窒化物のいずれかを７０％まで有する堆積を生成し得る。
【００２２】
先に述べたように、本考案の実施形態は、結合用途のためにも使用され得る。結合用途のために使用される本考案の実施形態において、シース１０１０／１１１０は、鉄系，ニッケル系もしくはコバルト系合金のいずれか１つからなっていてよく、且つ、且つ（実施形態に依存して）コア１０３０もしくはフィル（fill）１１３０内に任意の数の合金元素及び化合物を有してよい。化合物の例は、金属酸化物、例えばΤｉΟ２及びＡｌ２Ｏ３を包含し得る。結合のために使用される本考案の実施形態は、炭化物、例えばＴｉＡｌＣ，ＴｉＣ，ＮｂＣ，Ｃｒ３Ｃ２，Ｃｒ２３Ｃ６，及びＣｒ７Ｃ３（これらは単独でもしくは組み合わせて使用され得る）をも包含し得る。金属酸化物及び炭化物は、ナノ粒子もしくはより大きい粒度のいずれかで使用可能である。ナノ粒子として使用される場合、炭化物は、結合の固化及び変形の際、粒微細化のための接種剤として振る舞い得る。１０乃至４００ミクロンの範囲内の公称直径を有するより大きい粒子は、堆積内で摩擦及び摩耗抵抗性を提供する役割を果たし、且ついくつかの場合において、溶接の強度と靭性とを増大させる分散強化剤として振る舞い得る。事実、いくつかの典型的実施形態において、粗い、耐摩耗表面を提供するため、粒子はさらに大きいものであり得る。例えばいくつかの典型的実施形態において、炭化物粒子は、４００ミクロンより大きいものであり得るが、このような実施形態において、消耗品のコア内にこのような粒子を配置する際、空間制限があるかもしれない。いくつかの典型的実施形態において、ナノ粒子とより大きい粒子との組み合わせが使用され得る。いくつかの典型的実施形態において、５％までの金属酸化物及び／もしくは炭化物を有する溶接堆積を提供するため、金属酸化物と炭化物とが有芯消耗品内に存在する。
【００２３】
本考案の典型的実施形態を使用する場合、用途に依存して、シールドガスを使用しても使用しなくてもよい。いくつかの典型的実施形態において、シールドガスは１００％アルゴン、又はアルゴン／ＣＯ２，アルゴン／Ｏ２，アルゴン／Ｎ２，及びアルゴン／Ｈｅのいずれの組み合わせ，又は必要に応じてそれらの混合物であり得る。
【００２４】
本書に記載された消耗品の種々の実施形態は、パドル(puddle)との直接接触によりパドル内に消耗品が堆積する、いずれのプロセスにおいて利用され得ることに留意すべきである。例えば本書に記載された消耗品は、コールドワイヤ，ホットワイヤ，レーザー，レーザー−ホットワイヤ，ＧＴＡＷ−ホット／コールドワイヤ及びＧＭＡＷ−ホット／コールドワイヤプロセスのいずれかにおいて使用可能である。ＧＴＡＷもしくはＧＭＡＷプロセスのいずれかにを使用する限り、アークを、パドルを生成するのに、及びそのパドルに対して消耗品を不十分に溶融もしくは移動するのに使用する。
【００２５】
上記の典型的な実施形態の種々の組み合わせは、所望の性能特性を有する消耗品を創造することが考えられ、且つこのような組み合わせは、本考案の精神もしくは範囲から逸脱することなく創造され得ることにも留意すべきである。即ち、上で考察された属性の様々な組み合わせを使用し、アークイニシエータ及びスタビライザの不在、炭酸塩の存在、窒化物の存在、炭化物，ホウ化物，硫化物の存在、粒子サイズ，等を包含し、本書で考察された様々な範囲及び含有量を包含する、様々な実施形態が考えられる。
【００２６】
今度は図２について、図２は、組み合わせワイヤフィーダと、クラッド(cladding)，ビルドアップ，充填，表面硬化オーバーレイ用途及び本書に記載された種々の実施形態の消耗品を使用可能な結合／溶接用途のいずれかのためのエネルギー源システムとの典型的実施形態の機能的概略のブロック図を説明する。システム１００は、ワークピース１１５を加熱するため、レーザービーム１１０をワークピース１１５上にフォーカス可能なレーザーサブシステムを包含する。レーザーサブシステムは高強度エネルギー源である。レーザーサブシステムは、二酸化炭素，Ｎｄ：ＹＡＧ，Ｙｂ−ディスク，Ｙｂ−ファイバ，ファイバ送達もしくは直接ダイオードレーザーシステムを包含する（ただしこれらに限定されない）いずれのタイプの高エネルギーレーザー源であり得る。さらに、白色光もしくは石英レーザータイプシステムが十分なエネルギーを有するならば、これらを使用可能である。システムのその他の実施形態は、高強度エネルギー源として役立つ電子ビーム，プラズマアーク溶接サブシステム，ガスタングステンアーク溶接サブシステム，ガス金属アーク溶接サブシステム，フラックス入りアーク溶接サブシステム，及びサブマージアーク溶接サブシステムの少なくとも１つを包含してよい。以下の仕様は、繰り返しレーザシステム，ビーム及び電源に言及するが、いずれの高強度エネルギー源を使用してよいので、この言及は典型的であると理解されるべきである。例えば、高強度エネルギー源は、少なくとも５００Ｗ／ｃｍ２を提供できる。レーザーサブシステムは、互いに作動可能に接続されたレーザーデバイス１２０及びレーザー電源１３０を包含する。レーザー電源１３０は、レーザーデバイス１２０を走査するためのパワーを提供する。
【００２７】
システム１００は、レーザービーム１１０の近くのワークピース１１５と接触させるため、少なくとも１個の有芯消耗品１４０を提供可能であるホットワイヤフィーダサブシステムをも包含する。本書にワークピース１１５を参照することにより、溶融溜まりはワークピース１１５の一部と見なされ、よってワークピース１１５との接触への言及は、パドルとの接触を包含すると当然理解される。ホットフィラーワイヤフィーダサブシステムは、ワイヤフィーダ１５０，コンタクトチューブ１６０，及びホットワイヤ電源１７０を包含する。操作の間、レーザービーム１１０を導く有芯消耗品１４０は、コンタクトチューブ１６０とワークピース１１５との間で作動可能に接続されたホットワイヤ溶接電源１７０からの電流により抵抗加熱される。本考案の一実施形態によると、ホットワイヤ溶接電源１７０は、直流（ＤＣ）電源であるが、交流（ＡＣ）もしくはその他のタイプの電源も同様に可能である。ワイヤ１４０は、ワークピース１１５に向かうコンタクトチューブ１６０を貫通するワイヤフィーダ１５０から供給され、該チューブ１６０を超えて延びる。ワイヤ１４０の延長部分は抵抗加熱され、それにより当該延長部分は、ワークピースの上の溶接パドルと接触する前もしくは接触時に融点に近づくもしくは到達する。レーザービーム１１０は、溶接パドルを形成するため、及びさらにワークピース１１５の上にワイヤ１４０を溶融するため、ワークピース１１５のベース金属のいくらかを溶融するのに役立つ。電源１７０は、有芯消耗品１４０を抵抗加熱するのに必要とされるエネルギーの大部分を提供する。フィーダサブシステムは、本考案のあるその他の実施形態に従って、１以上のワイヤを同時に提供可能であり得る。例えば、第１のワイヤを、表面硬化及び／もしくはワークピースに対して耐腐食性を与えるのに使用してよく且つ第２のワイヤをワークピースに構造を付加するのに使用してよい。
【００２８】
システム１００は、（少なくとも相対的意味において）ワークピース１１５に沿って同一方向１２５にレーザービーム１１０（エネルギー源）及び有芯消耗品１４０を動かすことが可能な運動制御サブシステムをさらに包含し、その結果、レーザービーム１１０及び有芯消耗品１４０は、相互に固定した関係のままである。種々の実施形態によると、ワークピース１１５とレーザー／ワイヤ組み合わせとの間の相対的運動は、実際にワークピース１１５を動かすことにより、又はレーザーデバイス１２０とホットワイヤフィーダサブシステムとを動かすことにより達成され得る。図２において、運動制御サブシステムは、ロボット１９０に作動可能に接続されたモーションコントローラ１８０を包含する。モーションコントローラ１８０は、ロボット１９０の動きを制御する。ロボット１９０は、方向１２５にワークピース１１５を動かすため、ワークピース１１５に作動可能に接続され（例えば、機械的に固定される）、その結果レーザービーム１１０及びワイヤ１４０は、ワークピース１１５に沿って効果的に進む。  本考案の別の一実施形態によると、レーザーデバイス１１０及びコンタクトチューブ１６０は、シングルヘッドに統合されてよい。当該ヘッドは、ヘッドに作動可能に接続された運動制御サブシステムを介して、ワークピース１１５に沿って動かされてよい。
【００２９】
一般に、高強度エネルギー源／ホットワイヤをワークピースに対して動かしてよいという複数の方法が存在する。ワークピースが丸いならば、例えば高強度エネルギー源／ホットワイヤは静止してよく、且つワークピースは、高強度エネルギー源／ホットワイヤの下で回転してよい。あるいは、ロボットアームもしくは線形トラクタは、その丸いワークピースと平行に移動してよく、且つワークピースが回転するにつれ、高強度エネルギー源／ホットワイヤは連続的に移動してよいか、又は例えば丸いワークピースの表面の上に重なるのに(overlay)、１回転につき１回連動してよい(index)。ワークピースが平らであるか、もしくは少なくとも丸くないならば、図２に記載されるように高強度エネルギー源／ホットワイヤの下、ワークピースは移動されてよい。しかしながら、ロボットアームもしくは線形トラクタもしくはさらにビーム（beam）搭載キャリッジを、ワークピースに対して高強度エネルギー源／ホットワイヤを駆動するのに使用してよい。
【００３０】
システム１００は、ワークピース１１５及びコンタクトチューブ１６０に作動可能に接続された（即ち、ホットワイヤ電源１７０に効果的に接続された）、且つワークピース１１５とホットワイヤ１４０との間の電位差（即ち、電位Ｖ）及びワークピース１１５とホットワイヤ１４０とを貫通する電流（Ｉ）を測定可能であるセンシング及び電流制御サブシステム１９５をさらに包含する。当該センシング及び電流制御サブシステム１９５は、測定された電圧及び電流から抵抗値（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）及び／もしくは電力値（Ｐ＝Ｖ＊Ｉ）をさらに算出可能であり得る。一般に、ホットワイヤ１４０はワークピース１１５と接触している時、ホットワイヤ１４０とワークピース１１５との電位差は０ボルトもしくは０ボルトに非常に近い。その結果、センシング及び電流制御サブシステム１９５は、有芯消耗品１４０がワークピース１１５と接触する時を検知可能であり、且つその全体を参照することにより本書に含まれる本願内により詳細に記載されるように、検知に対する応答において有芯消耗品１４０を貫通する電流の流れをさらに制御可能であるために、ホットワイヤ電源１７０に作動可能に接続されている。具体的には、有芯消耗品１４０とパドルとの間にアークは生じないように加熱電流は制御され、且つアークが検出される時、もしくは閾値（電圧，電流及び／もしくは電力）に到達した時、加熱電流は、シャットオフされるか、もしくはアークが生じないように変更されるように、電流は制御される。本考案の別の一実施形態によると、センシング及び電流制御サブシステム１９５は、ホットワイヤ電源１７０の一体部分であってよい。
【００３１】
本考案の一実施形態によると、モーションコントローラ１８０は、さらにレーザー電源１３０及び／もしくは  センシング及び電流制御サブシステム１９５に作動可能に接続されてよい。このような場合において、ワークピース１１５が移動する時をレーザー電源１３０は検知するように、且つレーザーデバイス１２０がアクティブかどうかをモーションコントローラ１８０が検知するように、モーションコントローラ１８０及びレーザー電源１３０は互いに連通していてよい。同様に、このような場合において、ワークピース１１５が移動するときをセンシング及び電流コントローラ１９５が検視するように、且つホットフィラーワイヤフィーダサブシステムがアクティブかどうかをモーションコントローラ１８０が検知するように、モーションコントローラ１８０及びセンシング及び電流制御サブシステム１９５は、互いに連通していてよい。このような連通は、システム１００の様々なサブシステムどうしの間のアクティビティを調整するのに使用されてよい。
【００３２】
勿論、上の考察は本来一般的であり、且つ示されたシステム１００はレーザーホットワイヤシステムである。本考案の実施形態は、図２に示されるシステム１００を使用することに限定されないが、アークなしに消耗品を堆積するその他のシステムを使用可能である。このようなその他のシステムの例、及びそれらの機能及び構成は、その全体を参照することにより本書に含まれるＵ．Ｓ．特許出願１３／５４７，６４９（出願日  ２０１２年７月１２日）に記載される通りである。具体的には、本願は、ホットワイヤシステムの操作及び構造についての詳細な考察、及びより具体的には図１乃至５、１１Ａ乃至１５、１７乃至１８、及び２０乃至２７のそれぞれに開示されたワイヤ１４０のための加熱電流を制御する方法及びシステムを含む。その上さらに、上に記載されたプロセスは、本書において記載されたように有芯消耗品のいずれの考えられた実施形態を利用可能である。
【００３３】
本考案は、特定の実施形態を参照して記載されてきたが、様々な変更がなされること、及び本考案の範囲から逸脱しない限り同等物が置換され得ることが当業者には理解できよう。加えて、本考案の範囲から逸脱しない限り、本考案の教示に特定の状況もしくは材料を適合させるため、多くの変更がなされてよい。従って、本考案は、開示された特的の実施形態に限定されることを意図しない。
【符号の説明】
【００３４】
１００  エネルギー源システム
１１０  レーザービーム
１１５  ワークピース
１２０  レーザーデバイス
１２５  方向
１３０  レーザー電源
１４０  有芯消耗品
１５０  ワイヤフィーダ
１６０  コンタクトチューブ
１７０  ワイヤ電源
１８０  モーションコントローラ
１９０  ロボット
１９５  電流制御サブシステム
１０００  消耗品
１０１０  シース
１０３０  コア
１１００  消耗品
１１１０  シース
１１３０  コア
【図１Ａ】
0003204737.tif 000003
【図１Ｂ】
0003204737.tif 000004
【図２】
0003204737.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月30日(2016.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
コアと；
前記コアを包囲する金属シースと
を有する非アーク堆積プロセス消耗品であって、
当該消耗品は、消耗品の０乃至０．０２重量％の範囲内でバリウム，カリウム，リチウム，ナトリウム及びストロンチウムの組み合わせ合計を有する、消耗品。
【請求項２】
前記金属シースは、鉄系合金，ニッケル系合金及びコバルト系合金の１つからなる、請求項１に記載の消耗品。
【請求項３】
消耗品の３乃至２０重量％の範囲内で炭酸塩をさらに有する、請求項１又は２に記載の消耗品。
【請求項４】
前記炭酸塩は、炭酸カルシウム，炭酸マグネシウム，炭酸鉄，炭酸チタン及び炭酸ランタンの少なくとも１つである、請求項３に記載の消耗品。
【請求項５】
消耗品の０．５乃至２５重量％の範囲内で、窒化物をさらに有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の消耗品。
【請求項６】
前記窒化物は、窒化チタン，窒化ホウ素，窒化バナジウム，窒化タンタル，窒化アルミニウム及び窒化ニオブの少なくとも１つである、請求項５に記載の消耗品。
【請求項７】
炭化物をさらに有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の消耗品であって、前記炭化物は、消耗品の１０乃至８０重量％の範囲内である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の消耗品。
【請求項８】
前記炭化物は、Ｗ，Ｔｉ，Ｔｉ−Ａｌ，Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｃｏ，Ｍｏ及びＴａの少なくとも１つであり、又は前記炭化物は、ＴｉＡｌＣ，ＴｉＣ，ＮｂＣ，Ｃｒ３Ｃ２，Ｃｒ２３Ｃ６，及びＣｒ７Ｃ３の少なくとも１つである、請求項７に記載の消耗品。
【請求項９】
前記炭化物の少なくとも一部は、１０乃至４００ミクロンの範囲内の公称直径を有する、請求項７又は８に記載の消耗品。
【請求項１０】
Ｔｉ，Ｖ，Ｎｂ及びＴａのホウ化物の少なくとも１つ、及び／又はＷ及びＭｏの硫化物の少なくとも１つをさらに有する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の消耗品。
【請求項１１】
コアと；
前記コアを包囲する金属シースと
を有する非アーク堆積プロセス消耗品であって、
当該消耗品は少なくとも１の炭酸塩を有し、消耗品の３乃至２０重量％の範囲内で存在する、消耗品。
【請求項１２】
前記消耗品は、消耗品の０乃至０．０２重量％の範囲内で、バリウム，カリウム，リチウム，ナトリウム及びストロンチウムの組み合わせ合計を有する請求項１１に記載の消耗品。
【請求項１３】
前記消耗品は少なくとも１の窒化物を有し、前記少なくとも１の窒化物は、消耗品の０．５乃至２５重量％の範囲内で存在する、請求項１１又は１２に記載の消耗品。
【請求項１４】
消耗品の１０乃至８０重量％の範囲内で、少なくとも１の炭化物をさらに有する、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の消耗品。
【請求項１５】
コアと；
前記コアを包囲する金属シースと
を有する非アーク堆積プロセス消耗品であって、
前記消耗品は少なくとも１の窒化物を有し、前記少なくとも１の窒化物は、消耗品の０．５乃至２５重量％の範囲内で存在する、消耗品。
【請求項１６】
前記消耗品は、少なくとも１の炭酸塩を有し、前記少なくとも１の炭酸塩は、消耗品の３乃至２０重量％の範囲内で存在する、請求項１５に記載の消耗品。
【請求項１７】
当該消耗品は、消耗品の０乃至０．０２重量％の範囲内でバリウム，カリウム，リチウム，ナトリウム及びストロンチウムの組み合わせ合計を有する、請求項１５又は１６に記載の消耗品。
【請求項１８】
消耗品の１０乃至８０重量％の範囲内で少なくとも１の炭化物をさらに有する、請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の消耗品。