(57)【要約】      （修正有）【課題】ワークピースの開先形状及び／又は傾斜の大きい側壁による溶接の融合不良を防止できる溶接機システムを提供する。【解決手段】ワークピース上のエッジにおける電極４０６の位置を検出し、それに基づいて溶接ワイヤ４０２に通電する溶接機システム４００であり、エッジ検出器４５０は、溶接作業の間にワークピースＷ上にあるエッジを特定し、コントローラ４６０は、１つ以上の溶接パラメータを調整することにより電極４０６によって形成されたパドルの温度を管理する。溶接パラメータは、限定されないが、とりわけ溶接ワイヤの通電、ワイヤ送給速度、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）アークの温度、金属コア若しくはフラックスコア又は移動速度である。【選択図】図４
0003205267.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
電極を含む溶接トーチと、
パドルを作るるために、前記電極とワークピースとの間に高強度熱源を作る電源と、
溶接ワイヤ源に接続され、前記電極によって形成されたパドルに溶接ワイヤを提供するワイヤ送給装置と、
前記ワークピース上にあるエッジを特定するように構成されたエッジ検出器と、
前記溶接ワイヤに通電する溶接ワイヤ電源と、
特定されたエッジに基づいて前記溶接ワイヤ電源を制御するコントローラと、
を含む溶接機システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記エッジでは、前記パドルの温度を上げるために前記溶接ワイヤ電源を作動させて前記溶接ワイヤの温度を上げる、請求項１に記載の溶接機システム。
【請求項３】
前記エッジ検出器は、前記ワークピース上にある非エッジを特定し、
前記コントローラは、前記非エッジでは、前記パドルの温度を下げるために前記溶接ワイヤ電源を停止させて前記溶接ワイヤの温度を下げる、
請求項１又は２に記載の溶接機システム。
【請求項４】
前記ワイヤ送給装置は、特定されたエッジに基づいて前記溶接ワイヤのワイヤ送給速度を下げる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の溶接機システム。
【請求項５】
前記エッジ検出器は、前記ワークピース上にある非エッジを特定し、
前記ワイヤ送給装置は、特定された非エッジに基づいて前記溶接ワイヤのワイヤ送給速度を上げる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の溶接機システム。
【請求項６】
前記電源は、特定されたエッジに基づいて前記高強度熱源の温度を上げる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の溶接機システム。
【請求項７】
前記エッジ検出器は前記ワークピース上にある非エッジを特定し、
前記電源は特定された非エッジに基づいて前記高強度熱源の温度を下げる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の溶接機システム。
【請求項８】
前記溶接ワイヤ電源は、前記溶接トーチが位置するエッジの量に比例して前記溶接ワイヤに通電する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の溶接機システム。
【請求項９】
前記ワークピースに対する前記溶接トーチの位置を特定するポジション装置をさらに含み、
前記ワークピースに対する前記溶接トーチの位置は、前記溶接トーチ、前記ワークピース又は前記ワークピースに連結されたシーム溶接機のうちの少なくとも１つからの動きによって調整される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の溶接機システム。
【請求項１０】
前記溶接トーチはウィーブ溶接動作を提供し、前記エッジ検出器が該ウィーブ溶接動作の方向を変えるよう信号を送り、前記溶接ワイヤ電源は、該ウィーブ溶接動作における前記溶接トーチの位置に比例して前記溶接ワイヤに通電する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の溶接機システム。
【請求項１１】
前記エッジは、前記ワークピース上に位置し溶接材が溶着される少なくとも１つ以上の側壁を含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の溶接機システム。
【請求項１２】
電極を含む溶接トーチと、
パドルを作るために、前記電極とワークピースとの間に高強度熱源を作る電源と、
前記電極によって形成されたパドルに溶接ワイヤを提供する溶接ワイヤを供給するための手段と、
前記ワークピース上にあるエッジを特定するための手段と、
特定したエッジに基づいて前記溶接ワイヤに通電するための手段と、
を含む溶接機システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、「ホットワイヤＴＩＧポジション熱制御（hot  wire  TIG  positioned  heat  control）のためのシステム及び方法」と題する、２０１３年６月２１日出願の米国仮出願第６１／８３８０２８号の優先権を主張する。該仮出願の全体が、参照により本願に組み込まれる。
【０００２】
一般に、本考案は、円周溶接システム又は非円周溶接システムに関する。より具体的には、本考案は、溶接作業の間にワークピース上にあるエッジの検出に基づいて溶接ワイヤに通電すること（energizing）に関する。
【背景技術】
【０００３】
溶接システムは、現代の産業化時代の中心に位置している。大規模な自動車組み立て作業から自動化された製造環境に至るまで、これらのシステムは、かつてないほど複雑な製造作業において接合を支援する。ホットワイヤ溶接は、主熱源（例えば、とりわけプラズマアーク、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接、金属不活性ガス（ＭＩＧ）溶接、フラックスコア、レーザー）により形成されたパドルによって加熱（例えば電流を通じて）及び受容されるワイヤ又は電極を処理する。ホットワイヤ溶接プロセスは、そのようなワイヤの融点まで又は融点付近に抵抗加熱することを含む。ホットワイヤ溶接プロセスでは、アーク状態がパドルに悪影響を及ぼすか又は過熱するため、アークの形成が回避される。アーク放電イベント（arching  events）なしにワイヤの融点の付近に又は近傍に加熱されたワイヤは、妨害がないか又は妨害が少ない状態でパドルによって受容される。アークの形成を防止するために、ワークピースに関連する溶接パラメータを検出することができる。溶接パラメータは、ホットワイヤ溶接プロセスを調整可能なアーク状態を示すことができる。
【０００４】
それに加えて、溶接には、レイジング（raising）、クラッディング、上盛り、充填、表面硬化肉盛、肉盛、接合及び他の溶接適用を伴い得る。湾曲面を有するワークピースを処理すべき場合には、溶接ヘッドを回転させて湾曲面に溶接を適用する円周溶接プロセスが使用され得る。円周溶接が用いられる最も一般的な例はパイプの溶接である。パイプ溶接は、２つのワークピースの端部が接合される他方の面を中心に溶接ヘッドが回転する薄肉適用を含み得る。あるいは、パイプ溶接は、接合される２つのパイプの間に形成される開先内に溶接電極を入り込ませて連続した溶接材のビードを敷き、開先に充填させて厚肉パイプを接合する深開先形状（deep  groove  geometries）を含み得る。円周溶接システムは、ワークピースを固定するか、あるいはワークピース上で支持されるガイドトラック又は固定具に搭載され、溶接を提供するために回転される溶接ヘッドを含み得る。円周溶接では、リードカメラ（lead  camera）及び／又はトレーリングカメラ（trailing  camera）によって溶接領域の可視性が制限される場合が多い。
【０００５】
継手の又はより狭い「Ｖ」字開先の側壁への融合は、本来存在すべき材料（例えば、溶接溶着物）が欠如したポケットをもたらす場合がある。これらのポケットは研磨除去又は再溶接による修理が必要である。円周溶接システム又は非円周溶接のいずれの場合も、溶接欠陥のなかでとりわけ融合不良（lack  of  fusion）は修理が必要であり、その場合、溶接作業のコストの増大に加えて溶接作業が完了するまでの時間が増加する。融合不良は、母材に対して溶接ビードの溶着が不十分であることと定義でき、不完全な入り込みは、溶接開先のルートで始まったものでない溶接ビードである。また、溶接技術では、継手の幅を小さくすること（例えば、より狭い「Ｖ」字開先）によって溶接の全量を最小化することが試みられており、その結果として側壁がより傾斜したものとなる。溶接作業の間に傾斜の大きい側壁に入り込むのは難しい。
【０００６】
ワークピースの開先形状及び／又は傾斜の大きい側壁により円周溶接システム及び非円周溶接システムに支障が生じ得ることがあり、溶接作業の間に融合不良を防止することに関する改善された技術が必要である。
【考案の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために、本考案は請求項１又は１２に記載の溶接機システムを提案する。好ましい実施形態は従属請求項から採用され得る。高強度熱源は、アーク、サブアーク、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）アーク、金属不活性ガス（ＭＩＧ）アーク、レーザー、プラズマアーク、金属コア又はフラックスコアのうちの１つであり得る。本考案の一実施形態によれば、電極を含む溶接トーチを含む溶接機システムが提供される。当該システムは、パドルを作るために、前記電極とワークピースとの間に高強度熱源を作る電源と、溶接ワイヤ源に接続され、前記電極によって形成されたパドルに溶接ワイヤを提供するワイヤ送給装置とをさらに含むことができる。当該システムは、前記ワークピース上にあるエッジを特定するように構成されたエッジ検出器と、前記溶接ワイヤに通電する溶接ワイヤ電源とをさらに含む。当該システムは、特定されたエッジに基づいて前記溶接ワイヤ電源を制御するコントローラをさらに含む。
【０００８】
本考案の一実施形態によれば、電極とワークピースとの間に高強度熱源を作るステップと、前記電極により形成されたパドルに溶接ワイヤを送るステップと、前記ワークピースの開先内のエッジを特定するステップと、特定されたエッジに基づいて前記溶接ワイヤに電流を通電するステップとを少なくとも含む方法が提供される。
【０００９】
本考案の一実施形態によれば、電極を含む溶接トーチと、パドルを作るために、前記電極とワークピースとの間に高強度熱源を作る電源と、前記電極によって形成されたパドルに溶接ワイヤを提供する溶接ワイヤを供給するための手段と、前記ワークピース上にあるエッジを特定するための手段と、特定したエッジに基づいて前記溶接ワイヤに通電するための手段とを少なくとも含む溶接機システムが提供される。
【００１０】
本考案のこれらの及び他の目的は、図面、詳細な説明及び添付の請求の範囲を踏まえて考えた場合に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本考案は、特定の部分及び部分の構成において物理的形態を取り得る。その好ましい実施形態を本明細書で詳述し、本願の一部を成す添付の図面に図示する。
【図１】図１は、円周溶接システムの前面図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、円周溶接システムの側面図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、円周溶接システムの斜視図を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、ホットワイヤ溶接システムの一部を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ホットワイヤ溶接システムの一部を示す図である。
【図４】図４は、ワークピース上にあるエッジの検出に基づいて溶接ワイヤの通電を調整する溶接機システムを示す図である。
【図５】図５は、ワークピース上にある「Ｖ」字開先にウィービング溶接作業を行う溶接順序を示す図である。
【図６】図６は、ワークピース上にある「Ｖ」字状の開先内のエッジの検出に基づき、溶接作業における溶接ワイヤの通電を制御するフロー図である。
【考案を実施するための形態】
【００１２】
本考案の実施形態は、ワークピース上のエッジにおける電極の位置に基づいて溶接ワイヤに通電することに関する方法及びシステムに関する。エッジ検出器は、溶接作業の間にワークピース上にあるエッジを特定するように構成でき、コントローラは、１つ以上の溶接パラメータを調整することにより電極によって形成されたパドルの温度を管理するように構成できる。溶接パラメータは、限定されないが、とりわけ溶接ワイヤの通電、ワイヤ送給速度、高強度熱源（例えば、アーク、サブアーク、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）アーク、金属不活性ガス（ＭＩＧ）アーク、レーザー、プラズマアーク、金属コア又はフラックスコア）の温度、移動速度であり得る。
【００１３】
本明細書で使用の「溶接（welding、weld）」（これらの用語の任意の他の成語要素を含む）は、限定されないがサブマージアーク、ＧＭＡＷ、ＭＡＧ、ＭＩＧ、ＴＩＧ溶接を含む電気アーク又は円周溶接システムと共に使用される任意の電気アークの操作を通じて溶融材を溶着することを意味する。本明細書で使用の「電極（electrode）」は、様々なアークプロセスのための従来の電極、消耗電極、非消耗電極に加えて、ワークピース上にパドルを形成するためにレーザービーム光源を送り且つフォーカス（又はデフォーカス）させる光学系を表す。
【００１４】
本願の出願時に出願人が知っていた本考案を実施するための最良の形態を説明するために、係る最良の形態を以下で説明する。実施例及び図面は例示に過ぎず、本考案を限定することを意図していない。本考案は請求項の範囲及び精神により判断される。図面を参照して（図示のものは、本考案の例示的な実施形態を説明するためのものに過ぎず、本考案を限定するためのものではない）、図１〜図６は、自動又は半自動溶接システムと共に使用される溶接システムを示す。溶接システムの実例の１つは、様々な種類の材料のチューブ又はパイプの接合のためにしばしば用いられる円周溶接である。例えば、自動機械システムによって溶接されるパイプの周りを周回するのにタングステン不活性ガス（ＴＩＧ）又はガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）溶接トーチが使用され得る。図１〜図２Ｂは、円周溶接環境で用いられる円周溶接システム１００（溶接機、システム、溶接システム及び／又は溶接機システムともいう）の例示的な実施形態を示す。円周溶接システム１００は、パイプ又はチューブの周りを移動する溶接トラクター（図示せず）と、溶接電源（図示せず）兼コントローラ（図示せず）と、オペレータ制御を提供するペンダント（図示せず）を含む。本イノベーション（subject  innovation）は、任意の円周又は非円周溶接システムと共に用いることができるのが分かる。さらに、本イノベーションは、アークと、溶接材をワークピース上に溶着するために液体化されるホットワイヤとを含む任意の溶接作業と共に用いることができる。
【００１５】
システム１００（図１〜図２Ｂで見られるように）は一般的に深開先溶接（deep  groove  welding）で用いられる。図示の例では、溶接システム１００は、ワークピースに取り付けられるか又はトラック上で支持され得る溶接機本体部又はシャーシ１０１を有する円周ＴＩＧ溶接機を含む。溶接機１００は、溶接領域Ｚに溶接継手を形成するために溶接材を溶着するための溶接電極３２を有する溶接トーチ（概して参照符号３０で示す）を含む。電極３２は、溶接する開先Ｇに適した電極長さを有する延伸電極（extended  electrode）である。延伸電極３２は、１０ミリメートルよりも大きい長さを含む、所定の深開先溶接に適した任意の長さを有し得る。図示の例において示すように、電極長さは１００ミリメートルよりも大きいことがある。図示の特定例では約１２０ミリメートルの長さを有する。開先Ｇの深さに応じて長さがこれよりも大きいか又は小さい電極が用いられ得るため、この例に限定されない。
【００１６】
溶接トーチ３０は、アルゴンガス等の不活性ガスを溶接トーチ３０に提供するシールドガス源１０２に接続されている。溶接ガス源１０２は、シールドガスＳを圧力下で保存する円筒等の容器を含み得る。適切な配管又は他の導管を通じたシールドガスＳの配送は、調整器又は他のコントローラ１０７によって制御され得る。非加圧のガス源を、ポンプ等によって提供されるガス配送と共に用いてもよい。厚いプレート又は厚肉鋼管を溶接する場合、溶接継手のデザインは、一連の溶接ビードを継手が充填されるまで積層することによって形成される良好な溶接部が確かに得られるようにするために継手内に細長い電極を設置できるようにすると共に、ある程度のトーチ角度の調整を可能にする狭開先を通常提供する。下記の説明の全体にわたって、このプロセスを狭開先溶接又は深開先溶接と区別なく呼ぶことがある。狭開先溶接は、狭開先又は継手内に単層のビード溶接層を連続的に積層するプロセスである。狭開先環境で考慮すべき点の１つは、十分なシールドガスを維持して溶融溶接パドルを大気汚染から保護することである。一般に、アルゴン等の不活性シールドガスは、シールドガス源の下の開先内に延びた長い電極を用いて溶接継手の外から提供される。
【００１７】
溶接機は、スプール１０３等の溶接ワイヤ源に接続され、１つ以上のワイヤガイド１０４’、１０４にタングステンワイヤＷを提供するワイヤ送給装置を含み得る。図示の例では、一対の延在したワイヤガイド１０４’、１０４が設けられており、シャーシ１０１の両側に位置する個々のスプール１０３によってそれらにワイヤが供給される。延在したワイヤガイド１０４’、１０４は、第１のカメラ装置兼ワイヤガイドシステム１０５（第１の取付システム１０５とも呼ぶ）及び第２のカメラ装置兼ワイヤガイドシステム１０６（第２の取付システム１０６とも呼ぶ）上でそれぞれ支持されている。第１のカメラ装置兼ワイヤガイドシステム１０５及び第２のカメラ装置兼ワイヤガイドシステム１０６のそれぞれは、電極３２の横方向外側にあり且つワークピース又はパイプＰの上側にある。延在したワイヤガイド１０４’、１０４のためのサポートは、本考案の実施形態の意図する保護範囲から逸脱することなく正しい工学的判断により選択できる。
【００１８】
ワイヤガイド１０４’、１０４は自動又は半自動の動きを提供するポジション装置（position  device）（例えば、図４において後述する）を含み得る。係る動きは、溶接領域Ｚ内で形成されるアークの近傍における３次元環境内の任意の方向への動きであり得る。例えば、ワイヤガイド１０４’、１０４は、電極３２及び溶接領域Ｚに向かって内方且つ下方に延在できる。例示の溶接機はトラック上で支持されており、ワイヤガイド１０４’、１０４が溶接電極３２に対してリード位置及びラグ位置にある状態で、パイプ（ワークピースＷともいう）の周りをトラクタ駆動部によって駆動される。一実施形態では、第１の取付システム１０５は、第１の取付システム１０５を溶接領域Ｚの方に又は溶接領域Ｚから遠ざかる方に調整できるようにする高さ調整装置１３０に連結されている。なお、溶接領域Ｚの方への又は溶接領域Ｚから遠ざかる方への調整は自動化又は半自動化可能であることが分かる。また、係る調整は、溶接領域Ｚの側又は溶接領域Ｚの反対側の方に行うことができる（例えば、左側への移動、右側への移動等）。高さ調整装置１３０は、溶接機システム１００のシャーシ１０１の一部に連結された支持部材１３２にさらに連結されている。同様に、第２の取付システム１０６は、第２の取付システム１０６を溶接領域Ｚの方に又は溶接領域Ｚから遠ざかる方に調整できるようにする高さ調整装置１２４に連結されている。なお、溶接領域Ｚの方への又は溶接領域Ｚから遠ざかる方への調整は自動化又は半自動化可能であることが分かる。また、係る調整は、溶接領域Ｚの側又は溶接領域Ｚの反対側の方に行うことができる（例えば、左側への移動、右側への移動等）。高さ調整装置１２４は、溶接機システム１００のシャーシ１０１の一部に連結された支持部材１２６にさらに連結されている。
【００１９】
第１の取付システム１０５はカメラ装置１１３及びワイヤガイド１０４’を支持し、カメラ装置１１３及びワイヤガイド１０４’の双方は、溶接領域Ｚ上を又は溶接領域Ｚの方を向くように配置されている。同様に、第２の取付システム１０６はカメラ装置１１２及びワイヤガイド１０４を支持し、カメラ装置１１２及びワイヤガイド１０４の双方は、溶接領域Ｚ上を又は溶接領域Ｚの方を向くように配置されている。なお、システム１００はカメラ装置１１２及びカメラ装置１１３を含むが、それらの装置は単に様々な実施形態を説明するためのものであり、本イノベーションを限定するものとみなすべきでない。なお、カメラ装置１１３及びワイヤガイド１０４’は溶接機システム１００と共に（又は独立して）移動する。これは、溶接領域Ｚで及び／又はワイヤがワイヤガイド１０４’から供給される場所で、一貫した溶接ワイヤの供給を可能にすることが分かる。なお、カメラ装置１１２及びワイヤガイド１０４は溶接機システム１００と共に（又は独立して）移動する。これは、溶接領域Ｚで及び／又はワイヤがワイヤガイド１０４’から、究極的にはワイヤ送給装置（ワイヤ供給源又はスプール１０３）から供給される場所で、一貫した溶接ワイヤの供給を可能にすることが分かる。
【００２０】
図３Ａ及び図３Ｂは、本イノベーションに係るホットワイヤ溶接システム３００及びホットワイヤ溶接システム３０２の図を示す。前で説明したように、本イノベーションを用いて任意の好適なホットワイヤ溶接機システムを実施することができ、図１〜図３Ｂのシステムは、本考案の請求の範囲を限定しないことが分かる。システム３００は、電極（例えば、一例として非消耗電極）とワークピースＷとの間にアークを形成するために第１の熱源を提供する第１の電源３１０を含み、パドルは電極によって形成される。システム３００は、電極によって形成されたパドル内に供給される溶接ワイヤを加熱するホットワイヤ電源３２０（例えば溶接ワイヤ電源）をさらに含む。即ち、ホットワイヤ電源３２０は、ワークピースＷ上に溶接材（例えば、液体化された溶接ワイヤ）を溶着するためにパドルに供給されるか又は送られる溶接ワイヤに通電することができる。なお、溶接システム１００及び３００は、本考案の実施形態の意図する保護範囲から逸脱することなく正しい工学的判断により選択及び使用することができるのが分かる。
【００２１】
システム３０２は、電極（例えば、一例として非消耗電極）とワークピースＷとの間にアークを形成するために第１の熱源を提供する第１の電源３１０を含み、パドルは電極によって形成される。システム３００は、電極によって形成されたパドル内に供給される溶接ワイヤを加熱するホットワイヤ電源３２０（例えば溶接ワイヤ電源）をさらに含む。即ち、ホットワイヤ電源３２０は、ワークピースＷ上に溶接材（例えば、液体化された溶接ワイヤ）を溶着するためにパドルに供給されるか又は送られる溶接ワイヤに通電することができる。なお、溶接システム１００及び３００は、本考案の実施形態の意図する保護範囲から逸脱することなく正しい工学的判断により選択及び使用することができるのが分かる。
【００２２】
なお、システム３００及び３０２はホットワイヤＴＩＧ溶接機システム又はホットワイヤタンデム溶接機システムであり得ることが分かる。本イノベーションは、任意の好適なワイヤプロセスにより形成されるアークに関し得るものであり、そのようなワイヤプロセスは非消耗電極プロセスを含み得る。
【００２３】
図４は、ワークピース上にあるエッジの検出に基づいて溶接ワイヤの通電を調整する溶接機システム４００を示す。システム４００は、電極４０６とワークピースＷとの間に生成されるアーク（図示せず）を含む溶接領域に溶接ワイヤ４０２を向かわせるワイヤガイド４０４を含む。なお、ワイヤガイド４０４は、溶接ワイヤ４０２をワイヤ送給装置４３０から溶接領域に、そして最終的には電極４０６によって形成されたパドルに送る任意の好適な部材であり得ることが分かる。システム４００におけるトーチ４２０は電極４０６を含み、電源４１０は電極４０６とワークピースＷとの間にアークを作る。なお、アークは、限定されないが、アーク、サブアーク、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）アーク、金属不活性ガス（ＭＩＧ）アーク、レーザー、プラズマアーク、金属コア又はフラックスコア等の任意の好適な高強度熱源であり得ることが分かる。
【００２４】
システム４００は、溶接ワイヤ４０２に通電することが可能な溶接ワイヤ電源４４０を含み得る。溶接ワイヤ４０２の通電はエッジの特定に基づいてオン又はオフにされる。例えば、エッジは、ワークピースＷ上にある「Ｖ」字状の開先又は任意の他のバリエーションの開先内にあり得る。他の実施形態では、エッジは、ワークピースＷ上に位置し、溶接材が溶着される少なくとも１つ以上の側壁を含む。即ち、エッジは、ワークピースＷに含められ、角度が９０°未満の側壁であり得る。一例では、各側壁が「Ｖ」の一部を形成することで「Ｖ」字が存在し得る。例えば、溶接ワイヤ電源４４０は、溶接ワイヤ４０２に通電するために波形を生成できる。一実施形態では、エッジはワークピースＷ上の任意の好適な形状に関連していてもよく、本考案の実施形態の意図する保護範囲から逸脱することなく、正しい工学的判断の１つを適用して様々な形状のエッジを本イノベーションで用いることができる。
【００２５】
システム４００は、ワイヤガイド４０４、溶接ワイヤ４０２、ワークピースＷ、トーチ４２０、電極４０６又はその組み合わせのうちの少なくとも１つに動きを提供するポジション装置４７０をさらに含むことができる。ポジション装置４７０は、とりわけアークの周りの方向、アークの方への方向の任意の方向に動きを提供することができる。限定ではなく一例として、ポジション装置４７０は振動動作、アークの側への動き、アークの反対側への動き、アークの方への動き、アークから遠ざかる方への動き、アークの上方への動き、アークの下方への動き又はその組み合わせを提供できる。例えば、ポジション装置４７０は、溶接部を形成するために進行方向に進みながら左右に（side-to-side）溶接を行うことを可能にするウィーブ溶接動作のための動きを提供できる。一実施形態では、トーチ４２０は、ワークピースＷを中心に動作するポジション装置４７０を含む。別の実施形態では、ポジション装置４７０は、電極４０６に対するワークピースの位置を変更できる。さらに別の実施形態では、ポジション装置４７０はシーム溶接機（welder  seamer）であり得る。また、ポジション装置４７０及びその様々な構成は、本考案の実施形態の意図する保護範囲から逸脱することなく正しい工学的判断により選択及び使用することができる。
【００２６】
システム４００は、ワークピースＷ上にあるエッジを特定するように構成されたエッジ検出器４５０を含み得る。前で説明したように、エッジは、溶接機システム４００によって溶接材が溶着される継手内にある９０°未満の任意の側壁であり得る。エッジ検出器４５０のエッジの特定を自動化及び／又は半自動化できる。さらに、エッジ検出器４５０はワークピースＷ上にある非エッジを検出するように構成することができる。例えば、ウィーブ溶接作業の間、トーチ４２０は、溶接材を充填すべき継手を進みながら左右に動く。この左右の動きを断面視した場合、溶接機システム４００は「Ｖ」字状の開先の左側の側壁及び「Ｖ」字状の開先の右側の側壁に直面する。右側の側壁と左側の側壁との間を非エッジという。その結果、左側の側壁がエッジとみなされ、右側の側壁がエッジとみなされる。一実施形態では、「Ｖ」字状の開先は２つのエッジを含み得る。他の実施形態では、開先は１つのエッジを含む。例えば、一方のエッジは９０°以上であり、他方のエッジは９０°未満であり得る。
【００２７】
システム４００は、溶接ワイヤ４０２の通電を調整するためにシステム４００に関する溶接パラメータを制御するように構成されたコントローラ４６０を含むことができる。通常、溶接パラメータは、少なくともエッジ検出器４５０に基づいてコントローラ４６０により調整できる。例えば、エッジ検出器４５０は、溶接作業から溶接材によって充填される「Ｖ」字状の開先内にあるエッジ又は非エッジを特定することができる。なお、コントローラ４６０は、エッジ又は非エッジのうちの少なくとも一方の特定に基づいて溶接パラメータを調整できる。限定ではなく一例として、溶接パラメータは、とりわけ溶接ワイヤ４０２の通電、溶接ワイヤ４０２の非通電（例えば、通電なし）、ワイヤ送給速度、高強度熱源（high  intensity  heat  source）（例えば、アーク、サブアーク、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）アーク、金属不活性ガス（ＭＩＧ）アーク、レーザー、プラズマアーク、金属コア又はフラックスコア）の温度、ウィーブ動作の動作速度であり得る。なお、コントローラ４６０は、１つ以上の溶接パラメータを単独で又は組み合わせで調整できることが分かる。例えば、溶接パラメータのサブセットを調整できる。また、コントローラ４６０はエッジ及び／又は非エッジ上の位置に比例して溶接パラメータを調整することができる。
【００２８】
コントローラ４６０は、電極４０６によって形成されたパドルの温度を管理するために溶接パラメータを調整することができる。例えば、温度を上げること、下げること、維持すること等を行うことができる。一実施形態では、コントローラ４６０は、パドルの温度を管理するために１つ以上の溶接パラメータを調整する。一実施形態では、コントローラ４６０は、エッジ検出器４５０を通じたエッジ及び／又は非エッジの特定に基づいて溶接パラメータを調整する。例えば、ウィーブ溶接の間の左右の動きの一部は、少なくともエッジの一部及び非エッジの一部に近接する場所を含み得る。特定の実施形態では、コントローラ４６０はその場所に基づいて溶接パラメータを調整することができる。
【００２９】
コントローラ４６０は、溶接ワイヤ４０２が溶接ワイヤ電源４４０を通じて通電されているか否かを調整することができる。例えば、エッジの検出の際に溶接ワイヤ４０２に通電できる。別の場合では、非エッジの検出の際に溶接ワイヤ４０２を非通電又は通電しないようにできる。他の実施形態では、コントローラ４６０は、溶接ワイヤ電源４４０による溶接ワイヤの通電の量を調整することができる。例えば、エッジにおける溶接ワイヤ４０２の通電の量は、非エッジにおける溶接ワイヤ４０２の通電の量よりも多くてもよい。なお、パドルに供給される通電された溶接ワイヤ４０２はパドルの温度を上昇させ、パドルに供給される通電されていない溶接ワイヤ４０２はパドルの温度を低下させることが分かる。
【００３０】
別の実施形態では、コントローラ４６０は、ワイヤ送給装置４３０を通じた溶接ワイヤ４０２の送給又は配送のためのワイヤ送給速度を調整することができる。例えば、コントローラ４６０は、ワイヤ送給速度を上げること、ワイヤ送給速度を下げること、ワイヤ送給速度を維持すること等を行うことができる。一実施形態では、コントローラ４６０は、ワイヤ送給装置４３０を通じて、エッジにおけて通電された溶接ワイヤのためのワイヤ送給速度を上げることができる（例えば、パドルの温度を下げる）。別の実施形態では、コントローラ４６０は、非エッジにおいて通電されていない溶接ワイヤ４０２のためのワイヤ送給速度を上げることができる（例えば、パドルの温度を下げる）。別の実施形態では、コントローラ４６０は、エッジ又は非エッジのうちの一方において通電された溶接ワイヤ４０２のワイヤ送給速度を下げることができる（例えば、パドルの温度を上げる）。別の実施形態では、コントローラ４６０は、エッジ又は非エッジのうちの一方において非通電の又は通電されていない溶接ワイヤ４０２のワイヤ送給速度を下げることができる（例えば、パドルの温度を上げる）。例えば、次のような例を考えてみる。パドルが液体の場合、それは金属の融点よりも熱くなければならない。加えられている消耗電極（例えば、溶接電極４０２）は固体であり、それがパドルに当たるか、あるいは溶融してアークを形成し得る。通電された溶接ワイヤの温度を溶融付近にできるが、それはまだ固体である。溶接ワイヤ４０２はまだ固体であるため、溶接ワイヤ４０２がパドルに導入されるとパドルが冷却されるか又はその温度が下がる。
【００３１】
コントローラ４６０はさらに、電源４１０を通じて高強度熱源の温度を調整することができる。限定ではなく一例として、高強度熱源は、アーク、サブアーク、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）アーク、金属不活性ガス（ＭＩＧ）アーク、レーザー、プラズマアーク、金属コア又はフラックスコアであり得る。一実施形態では、コントローラ４６０は、エッジでは、溶接パドルの温度を上げるために高強度熱源の温度を上げることができる。別の実施形態では、コントローラ４６０は、非エッジでは、溶接パドルの温度を下げるために高強度熱源の温度を下げることができる。
【００３２】
コントローラ４６０は、電極４０６によって形成されるパドルの温度を管理するために、システム４００のためのウィーブ動作の速度を調整することができる。一例として、ウィーブ動作の速度を上げること、下げること、維持すること等を行うことができる。一実施形態では、コントローラ４６０は、電極４０６によって形成されたパドルの温度を下げるためにウィーブ動作の速度を上げることができる。別の実施形態では、コントローラ４６０は、電極４０６によって形成されたパドルの温度を上げるためにウィーブ動作の速度を下げることができる。
【００３３】
なお、１つの溶接ワイヤ４０２及び１つのワイヤガイド４０４を図示しているが、システム４００及び本イノベーションは、２つ以上の溶接ワイヤ及びそれぞれのワイヤガイドを含むことができるのが分かる。そのため、システム４００は、２つ以上の溶接ワイヤ及びそれぞれのワイヤガイドを独立して及び／又は同時に制御して溶接パラメータを調整し、電極４０６によって形成されたパドルの温度を管理できる。例えば、２つ以上のワイヤの場合、それぞれの溶接パラメータのうちの１つ以上を調整することができ、係る溶接パラメータは、例えば、とりわけ溶接ワイヤのうちの１つ以上の通電、溶接ワイヤのうちの１つ以上の非通電（例えば通電しない）、１つ以上の溶接ワイヤのためのワイヤ送給速度、高強度熱源の温度、ウィーブ動作の動作速度であり得る。
【００３４】
なお、システム４００は様々な構成及び実施形態を含むことができ、システム４００における構成は本イノベーションを限定しない。ワイヤ送給装置４３０は、（図示のように）独立型のコンポーネントであるか、エッジ検出器４５０に組み込まれるか、溶接ワイヤ電源４４０に組み込まれるか、コントローラ４６０に組み込まれるか、ポジション装置４７０に組み込まれるか、電源４１０に組み込まれるか、トーチ４２０に組み込まれるか又はその任意の好適な組み合わせであり得る。溶接ワイヤ電源４４０は、（図示のように）独立型のコンポーネントであるか、コントローラ４６０に組み込まれるか、ワイヤ送給装置４３０に組み込まれるか、ポジション装置４７０に組み込まれるか、電源４１０に組み込まれるか、トーチ４２０に組み込まれるか、エッジ検出器４５０に組み込まれるか又はその任意の好適な組み合わせであり得る。エッジ検出器４５０は、独立型のコンポーネントであるか、コントローラ４６０に組み込まれるか、溶接ワイヤ電源４４０に組み込まれるか、ワイヤ送給装置４３０に組み込まれるか、（図示のように）ポジション装置４７０に組み込まれるか、電源４１０に組み込まれるか、トーチ４２０に組み込まれるか又はその任意の好適な組み合わせであり得る。ポジション装置４７０は、（図示のように）独立型のコンポーネントであるか、溶接ワイヤ電源４４０に組み込まれるか、ワイヤ送給装置４３０に組み込まれるか、コントローラ４６０に組み込まれるか、電源４１０に組み込まれるか、トーチ４２０に組み込まれるか、エッジ検出器４５０に組み込まれるか又はその任意の好適な組み合わせであり得る。さらに、溶接ワイヤ電源４４０及び電源４１０は、（図示のように）別個の電源、共有電源、単一電源又はその組み合わせであり得ることが分かる。コントローラ４６０は、（図示のように）独立型のコンポーネントであるか、エッジ検出器４５０に組み込まれるか、溶接ワイヤ電源４４０に組み込まれるか、ワイヤ送給装置４３０に組み込まれるか、ポジション装置４７０に組み込まれるか、電源４１０に組み込まれるか、トーチ４２０に組み込まれるか又はその任意の好適な組み合わせであり得る。
【００３５】
図５は、ワークピース上の「Ｖ」字開先にウィーブ溶接作業を行う溶接順序（welding  sequence）（５００、５０１及び５０２で示す）を図示する。なお、ワイヤガイド４０４及び溶接ワイヤ４０２の位置は一例として図示しているに過ぎず、本イノベーションを限定しない。例えば、ワイヤガイド４０４及び溶接ワイヤ４０２を進行方向に対してリード位置及びラグ位置に配置することができる。５００、５０１及び５０２に示す溶接順序を、進行方向から見た断面で図示している。さらに、５００、５０１及び５０２に示す溶接順序は、溶接機が溶接（例えば、ワークピースＷ上にある「Ｖ」字状の開先内に溶接材を溶着する）を行うために進行方向に移動するにつれて左右の動作で行われるウィーブ溶接作業を示す。なお、溶接順序はどの位置から始めてもよいし停止してもよい。５００、５０１及び５０２に示す溶接順序は、エッジ及び非エッジの位置を説明するために図示したものである。各溶接順序は、ワークピースＷに溶接作業を行うために溶接ワイヤ４０２、電極４０６、パドル５０６及びアーク５０４（例えば、高強度熱源ともいう）を含む。溶接ワイヤ４０２、ワイヤガイド４０４及び電極４０６を溶接機システムと呼ぶことができる。
【００３６】
５００は、非エッジにある溶接機システム（例えば、溶接ワイヤ４０２、ワイヤガイド４０４及び電極４０６）を示す。前で説明したように、コントローラ４６０（図４参照）は、非エッジにおける特定及び位置に基づいて１つ以上の溶接パラメータを調整することができる。溶接機システムが左右に動くと、溶接機システムはエッジに近づく。５０１では、溶接機システムはエッジに位置している。前で説明したように、コントローラ４６０（図４参照）はエッジにおける特定及び位置に基づいて１つ以上の溶接パラメータを調整することができる。５０２では、溶接機システムは反対側のエッジ（例えばエッジ）に位置している。前で説明したように、コントローラ４６０（図４参照）はエッジにおける特定及び位置に基づいて１つ以上の溶接パラメータを調整することができる。なお、図示の溶接ウィーブ動作では、溶接機システムが進行方向に動くのにつれて左右の動きが幾多と繰り返しされるのが分かる。そのため、５００、５０１及び５０２に示す溶接順序を繰り返すことができる。
【００３７】
一実施形態では、高強度熱源は、アーク、サブアーク、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）アーク、金属不活性ガス（ＭＩＧ）アーク、レーザー、プラズマアーク、金属コア又はフラックスコアのうちの少なくとも１つである。一実施形態では、コントローラは、エッジでは、溶接パドルの温度を上げるために溶接ワイヤ電源を作動させて（activate）溶接ワイヤの温度を上げる。一実施形態では、システムはワークピース上にある非エッジを特定するエッジ検出器と、非エッジでは、パドルの温度を下げるために溶接ワイヤ電源を停止させて（de-activate）溶接ワイヤの温度を下げるコントローラとを含むことができる。一実施形態では、ワイヤ送給装置は、特定されたエッジに基づいて溶接ワイヤのワイヤ送給速度を下げる。一実施形態では、システムはワークピース上にある非エッジを特定するエッジ検出器と、特定された非エッジに基づいて溶接ワイヤのワイヤ送給速度を上げるワイヤ送給装置とを含むことができる。
【００３８】
一実施形態では、電源は、特定されたエッジに基づいて高強度熱源の温度を上げる。一実施形態では、システムは、ワークピース上にある非エッジを特定するエッジ検出器と、特定された非エッジに基づいて高強度熱源の温度を上げる電源とを含むことができる。一実施形態では、溶接ワイヤ電源は、溶接トーチが位置するエッジの量に比例して溶接ワイヤに通電を行う。
【００３９】
一実施形態では、システムは、ワークピースに対する溶接トーチの位置を特定するポジション装置を含むことができる。その実施形態では、ワークピースに対する溶接トーチの位置が、溶接トーチ、ワークピース又はワークピースに連結されたシーム溶接機のうちの少なくとも１つからの動きにより調整される。一実施形態では、溶接トーチはウィーブ溶接動作を提供する。一実施形態では、溶接ワイヤ電源は、ウィーブ溶接動作における溶接トーチの位置に比例して溶接ワイヤを通電する。一実施形態では、エッジは、ワークピース上に位置し溶接材が溶着される「Ｖ」字状の開先である。
【００４０】
上述した例示の装置及び要素に鑑み、開示した主題に従って実施され得る方法は、図６のフローチャート及び／又は方法を参照することによりさらに理解される。方法及び／又はフロー図が一連のブロックとして図示説明されるが、本明細書で図示説明した内容から一部のブロックが異なる順番で起こる及び／又は他のブロックと同時に起こり得るため、本考案の主題は図示のブロックの順番に限定されない。さらに、以下で説明する方法及び／又はフロー図を実施するのに図示のブロックの全てを必要としないこともある。
【００４１】
図６は、ワークピース上にある「Ｖ」字状の開先内のエッジの検出に基づいて、溶接作業におけて溶接ワイヤの通電の制御を提供するフロー図６００である。図６の決定木フロー図６００に図示するように、次のことが連続して起こる。参照ブロック６１０では、電極とワークピースとの間に高強度熱源を作ることができる。例えば、高強度熱源は、限定されないが、アーク、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）アーク、金属不活性ガス（ＭＩＧ）アーク、レーザー、プラズマアーク、金属コア又はフラックスコアであり得る。参照ブロック６２０では、電極により形成されたパドルに溶接ワイヤを送ることができる。例えば、溶接ワイヤは、とりわけワイヤガイド、ワイヤ送給装置、その組み合わせにより送ることができる。参照ブロック６３０では、ワークピースの開先内のエッジを特定することができる。なお、非エッジを特定することができるのが分かる。例えば、非エッジは、パドルの温度が上げられない位置であるのに対して、エッジはパドルの温度が上げられる位置である。参照ブロック６４０では、特定されたエッジに基づいて、溶接ワイヤに電流を通電することができる。別の実施形態では、特定された非エッジに基づいて、溶接ワイヤに電流を通電しないようにできる。
【００４２】
一実施形態では、高強度熱源は、アーク、サブアーク、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）アーク、金属不活性ガス（ＭＩＧ）アーク、レーザー、プラズマアーク、金属コア又はフラックスコアのうちの少なくとも１つであり得る。一実施形態では、上記の方法は、ワークピース上にある開先内に溶接材を溶着するためにウィーブ溶接動作を用いることを含み得る。一実施形態では、上記の方法は、通電されている溶接ワイヤを挿入することによりパドルの温度を上げること、通電されていない溶接ワイヤを挿入することによりパドルの温度を下げること、高強度熱源の温度を上げることによりパドルの温度を上げること、通電されている溶接ワイヤのワイヤ送給速度を上げることによりパドルの温度を上げること、及び通電されていない溶接ワイヤのワイヤ送給速度を上げることによりパドルの温度を下げることのうちの少なくとも１つを含み得る。一実施形態では、上記の方法は、エッジを特定するステップに基づいてパドルの温度の上昇又は低下のうちの少なくとも１つを制御することを含み得る。
【００４３】
上記の例は、本考案の様々な態様のいくつかの可能性のある実施形態を説明するためのものに過ぎず、当業者であれば本明細書及び添付の図面を読み、理解した際に同等の変更及び／又は修正を思い付く。特に、上述のコンポーネント（アセンブリ、装置、システム、回路等）によって行われる様々な機能に関して、そのようなコンポーネントを説明するのに用いた用語（「手段」への言及も含む）は、別段指摘がない限り、本考案の説明した実施において機能を行う開示の構造とは構造的に同等ではなくても、説明したコンポーネントの特定の機能を行う（例えば、機能的に同等な）ハードウェア、ソフトウェア又はその組み合わせ等の任意のコンポーネントに対応する。それに加え、いくつかの実施のうちの１つだけに関連して本考案の特定の特徴を開示してきたが、そのような特徴を他の実施の１つ以上の他の特徴と組み合わせることは、所定の又は特定の用途にとって望ましく、有利であり得るため組み合わせてもよい。また、詳細な説明及び／又は請求項では「含む（including、includes）」、「有する（having、has）」、「備える（with）」又はその異形を用いているが、それらの用語は「包含する（comprising）」と同様に包含的であることを意図している。
【００４４】
本説明では、本考案を開示し、当業者が本考案（任意の装置又はシステムの製造及び使用並びに内在される任意の方法を行うことを含む）を実施できるようにするために、最良の形態を含む例を用いている。本考案の範囲は請求項によって規定され、当業者が思い付き得る他の例も含み得る。そのような他の例は、それらが請求項に文字通り記載されたものと差異がない構造的要素を有するか又は請求項に文字通り記載されたものとの差異がごくわずかな同等の構造的要素を含む場合、それらは請求項の範囲に含まれる。
【００４５】
本願の出願時に出願人が知っていた本考案を実施するための最良の形態を説明するために係る最良の形態を説明してきた。実施例は例示に過ぎず、本考案を限定することを意図したものではない。本考案は請求項の範囲及び精神により判断される。好ましい実施形態及び代替的実施形態を参照しながら本考案を説明してきた。当業者であれば本明細書を読んで理解した際に変更及び修正に気付くのは明らかである。そのような変更及び修正は、それらが添付の請求項又はその同等物の範囲に含まれる限りその全てが本願に含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
３０  トーチ
３２  電極
１００  円周溶接システム
１０１  溶接機本体又はシャーシ
１０３  ワイヤ源又はスプール
１０４  ワイヤガイド
１０４’  ワイヤガイド
１０５  第１の取付システム
１０６  第２の取付システム
１０７  コントローラ
１１２  カメラ装置
１１３  カメラ装置
１２４  高さ調整装置
１２６  支持部材
１３０  高さ調整装置
１３２  支持部材
３００  ホットワイヤ溶接システム
３０２  ホットワイヤ溶接システム
３１０  第１の電源
３２０  ホットワイヤ電源
４００  溶接機システム
４０２  溶接ワイヤ
４０４  ワイヤガイド
４０６  電極
４１０  電源
４２０  トーチ
４３０  ワイヤ送給装置
４４０  溶接ワイヤ電源
４５０  エッジ検出器
４６０  コントローラ
４７０  ポジション装置
５００  ステップ
５０１  ステップ
５０２  ステップ
５０４  アーク
５０６  パドル
６００  フロー図
６１０  参照ブロック
６２０  参照ブロック
６３０  参照ブロック
６４０  参照ブロック
Ｇ  開先
Ｐ  パイプ
Ｓ  シールドガス
Ｗ  ワークピース
Ｚ  溶接領域
【図１】
0003205267.tif 000003
【図２Ａ】
0003205267.tif 000004
【図２Ｂ】
0003205267.tif 000005
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
0003205267.tif 000007
【図４】
0003205267.tif 000008
【図５】
0003205267.tif 000009
【図６】
0003205267.tif 000010