(57)【要約】  ハイブリッド溶接装置を備えるハイブリッド溶接システム（１０）及び溶接方法が提供される。ハイブリッド溶接装置（１０）は、レーザ（３０）、非消耗電極をもつ電気アーク溶接機（４０）、及びワイヤ送給装置（５）を備える。電気アーク溶接機（４０）は、溶接するワイヤを送給することなく、電気アーク（４８）を提供する。ワイヤ送給装置（５０）は、処理領域（６０）にワイヤ（５２）を送給するように構成及び配置され、処理領域（６０）は、レーザビーム（３２）及び電気アーク（４８）の投射間に位置している。レーザ（３０）及び電気アーク溶接機（４０）は、共通溶融池（６０）を形成するように２以上の隣接部品（７０）に向かってエネルギーを送るように構成及び配置されている。ワイヤ（５２）は、レーザ（３０）及び電気アーク（４０）で得られた共通溶融池（６０）内にワイヤ送給装置（５０）によって送給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド溶接システムであって、
レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機とを有するハイブリッド溶接装置であって、レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機とが、共用溶融池を形成するように２以上の部品に向かってエネルギーを送るように構成及び配置されているハイブリッド溶接装置と、
レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機との間に配置されたワイヤ送給装置であって、ワイヤ送給装置が、共用溶融池にワイヤを送給して共通溶融池を形成するように構成及び配置され、共通溶融池が、スパッタリングを起こさずに、高い一定溶接速度で２以上の隣接部品を接合させるように動作できる、ワイヤ送給装置と
を備えるハイブリッド溶接システム。
【請求項２】
レーザが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザ、ファイバレーザ及びディスクレーザからなる群から選択される、請求項１記載のハイブリッド溶接システム。
【請求項３】
非消耗電極をもつ電気アーク溶接機が、ガスタングステンアーク溶接機及びプラズマアーク溶接機からなる群から選択される、請求項１記載のハイブリッド溶接システム。
【請求項４】
高い一定溶接速度が約７６０ｍｍ毎分〜約３０５０ｍｍ毎分である、請求項１記載のハイブリッド溶接システム。
【請求項５】
ワイヤが、コールドワイヤ又は予熱ホットワイヤである、請求項１記載のハイブリッド溶接システム。
【請求項６】
ワイヤが共用溶融池に送られる、請求項１記載のハイブリッド溶接システム。
【請求項７】
ワイヤが０．６３ｍｍ〜１．５８ｍｍ（約２５ミル〜約６２ミル）の直径を有する、請求項１記載のハイブリッド溶接システム。
【請求項８】
溶接すべき２以上の隣接部品が、チタン、ニッケル、鉄、コバルト、クロム、鋼、それらの超合金、合金及び組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項１記載のハイブリッド溶接システム。
【請求項９】
非消耗電極をもつ電気アーク溶接機が低エネルギーレベルで作動される、請求項１記載のハイブリッド溶接システム。
【請求項１０】
非消耗電極をもつ電気アーク溶接機が安定アークを有する、請求項１記載のハイブリッド溶接システム。
【請求項１１】
ワイヤ送給装置のワイヤが、非消耗電極をもつ電気アーク溶接機のアークとレーザのビームとの中間に配置される、請求項１記載のハイブリッド溶接システム。
【請求項１２】
ワイヤ送給装置のワイヤが、レーザのビームよりも非消耗電極をもつ電気アーク溶接機のアークに近い、請求項１記載のハイブリッド溶接システム。
【請求項１３】
溶接時に、レーザが一番前を進み、レーザの後にワイヤが続き、ワイヤ送給装置のワイヤの後に非消耗電極をもつ電気アーク溶接機が続く、請求項１記載のハイブリッド溶接システム。
【請求項１４】
溶接時に、電気アーク溶接機が一番前を進み、非消耗電極をもつ電気アーク溶接機の後にワイヤが続き、ワイヤ送給装置のワイヤの後にレーザが続く請求項１記載のハイブリッド溶接システム。
【請求項１５】
２以上の隣接部品を溶接する方法であって、
レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機とを有するハイブリッド溶接装置であって、レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機とが、共用溶融池を形成するように２以上の部品に向かってエネルギーを送るように構成及び配置されているハイブリッド溶接装置を用意する工程と、
ハイブリッド溶接装置を用いて隣接部品の一方又は両方に向かってエネルギーを送り、共用溶融池を形成する工程と、
レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機との間に配置されたワイヤ送給装置であって、共用溶融池にワイヤを送給して共通溶融池を形成するように構成及び配置されたワイヤ送給装置を用意する工程と、
共用溶融池にワイヤを送給して共通溶融池を形成する工程であって、共通溶融池が、スパッタリングを起こさずに、高い一定溶接速度で２以上の隣接部品を接合させるように動作できる、工程と
を含む方法。
【請求項１６】
レーザが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザ、ファイバレーザ及びディスクレーザからなる群から選択される高出力密度レーザビームである、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
非消耗電極をもつ電気アーク溶接機が、ガスタングステンアーク溶接機及びプラズマアーク溶接機からなる群から選択される、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
非消耗電極をもつ電気アーク溶接機が低エネルギーレベルで作動される、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
高い一定溶接速度が約７６０ｍｍ毎分〜約３０５０ｍｍ毎分である、請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
ワイヤ送給装置のワイヤが、非消耗電極をもつ電気アーク溶接機のアークとレーザのビームとの中間に配置される、請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して接合技術に関し、特に、ハイブリッド溶接技術を使用して部品を接合するためのハイブリッド溶接システム及び装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッドレーザアーク溶接は、２つの金属片を１つに溶接する方法であって、典型的には、レーザビームと電気アークとを組合せて、例えば金属片の間の接合部の同じ側でレーザビームと電気アークを１つの溶接ゾーンに当てて共通の溶融池を形成し、凝固させて溶接部を形成する。
【０００３】
ハイブリッドレーザアーク溶接機の電気アーク溶接機は、特に限定されないが、ガスメタルアーク溶接機（ＧＭＡＷ）及びフラックス入りアーク溶接機（ＦＣＡＷ）のような消耗電極を有する溶接機と、例えば、特に限定されないが、ワイヤ送給を伴うガスタングステンアーク溶接機（ＧＴＡＷ）及びワイヤ送給を伴うプラズマアーク溶接機（ＰＡＷ）のような、ワイヤ送給を伴う非消耗電極を有する溶接機とを備える。
【０００４】
消耗電極アーク溶接機、ＧＭＡＷを有するハイブリッドレーザアーク溶接機は、例えば、高い溶接溶着速度及び溶接速度を、軟鋼、低合金鋼、構造用鋼、ステンレス鋼で毎分１２０インチまで高めることができるが、スパッタリングが不都合な副作用である。スパッタリングは、溶接線に沿って発生し、溶接プロセス中に消耗電極から溶融池に向かって起こる金属移動の結果である。溶接部品の使用前に、部品の溶接線を洗浄してスパッタリングを除去しなければならない。洗浄工程は、追加的な時間及び労力を必要とする追加的な処理ステップである。レーザと非消耗電極とを備えるハイブリッドレーザアーク溶接機、例えば、ＧＴＡＷ又はＰＡＷは、ＧＭＡＷよりもスパッタリングの少ないプロセスを提供するが、ワイヤが、レーザの先頭行きの場合にレーザビームの前に送達される場合、レーザ出力の一部が、深い溶込みのために基板に向かうレーザ出力を低減するように、送達するワイヤを溶融するために使用されるので、溶接速度は、低下するかもしれず、この場合、レーザ出力は、溶加材を溶融するために消費される。加えて、ワイヤが、アークの先頭行きの場合に電気アーク溶接機の前に送達される場合、ＧＴＡＷ又はＰＡＷからのアークは、送達するワイヤを溶融しなければならず、このことは、また、溶接速度を制限する。
【０００５】
したがって、スパッタリングなしかつ高い溶接速度を可能にする改善された溶接装置及び対応する溶接方法に対する当技術分野での必要が存在する。したがって、上記の欠点に悩まされないハイブリッド溶接システム及び装置及び接合方法が、当技術分野において望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１８３４２７号公報
【発明の概要】
【０００７】
本開示の例示的な実施形態によれば、ハイブリッド溶接システムが提供される。ハイブリッド溶接システムは、ハイブリッド溶接装置を備え、ハイブリッド溶接装置は、レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機とを有する。レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機とは、共用溶融池を形成するように２以上の隣接部品に向かってエネルギーを送るように構成及び配置される。ハイブリッド溶接システムは、レーザと非消耗電極電気アーク溶接機との間に配置されたワイヤ送給装置を備える。ワイヤ送給装置は、共用溶融池にワイヤを送給して共通溶融池を形成するように構成及び配置される。共通溶融池は、スパッタリングを起こさずに、高い一定溶接速度で、２以上の隣接部品を接合するように動作可能である。
【０００８】
本開示の別の例示的な実施形態によれば、２以上の隣接部品を溶接する方法が提供される。本方法は、ハイブリッド溶接装置を用意する工程と、隣接部品の一方又は両方に向かってエネルギーを送る工程と、ワイヤ送給装置を用意する工程と、ワイヤを送給する工程とを含む。ハイブリッド溶接装置は、レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機とを備える。レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機とは、共用溶融池を形成するように２以上の部品に向かってエネルギーを送るように構成及び配置される。本方法は、共用溶融池を形成するようにハイブリッド溶接装置を用いて、隣接部品の一方又は両方に向かってエネルギーを送る工程を含む。本方法は、レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機との間に配置されたワイヤ送給装置を用意する工程を含む。ワイヤ送給装置は、共用溶融池にワイヤを送給して共通溶融池を形成するように構成及び配置される。本方法は、共用溶融池にワイヤを送給して共通溶融池を形成する工程を含む。共通溶融池は、スパッタリングを起こさずに、高い一定溶接速度で、２以上の隣接部品を接合するように動作可能である。
【０００９】
本開示の他の特徴及び利点は、好ましい実施形態の以下の詳細な説明から、例として本開示の原理を示す添付の図面と併せて、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示のハイブリッド溶接システム及び装置の概略を示す斜視図である。
【図２】ハイブリッド溶接装置が除去された図１の概略上面図である。
【図３】本開示のハイブリッド溶接システムを用いた溶接方法のフローチャートである。
【図４】参考例１の溶接装置の概略図である。
【図５】参考例１の溶接装置で得られた溶接部の図４の矢視５−５断面図である。
【図６】参考例１の溶接装置で得られたスパッタリングの上面図である。
【図７】参考例２の溶接装置の概略図である。
【図８】参考例２の溶接装置で得られた不完全な溶接部の図７の矢視８−８断面図である。
【図９】本開示のハイブリッド溶接装置の概略図である。
【図１０】本開示のハイブリッド溶接装置で得られた完全溶込み溶接部の図９の矢視１０−１断面図である。
【図１１】本開示を用いて得られたスパッタリングのない溶接部の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面では、同じ部品を表すために、できるだけ同じ符号を用いた。
【００１２】
従来技術の短所が解消され、高い溶接速度で全熱入力を低減し、実質的にスパッタリングのない、ハイブリッド溶接システム及び溶接方法を提供する。
【００１３】
本開示の実施形態の１つの利点は、軟鋼、低合金鋼、構造用鋼、ステンレス鋼、超合金その他の鋼合金における、完全溶込みのスパッタリングのない溶接部及び溶接修復を得ることを含む。本開示の別の利点は、隣接部品の接合に用いられる熱入力が最小となることである。本開示のさらに別の利点は、より高い溶接速度及びより低い全熱入力である。本開示のさらに別の利点は、溶接部を形成するように、レーザ又は非消耗電極電気アークの先頭行きを可能にする高速でスパッタリングのない溶接法である。本開示のさらに別の利点は、ワイヤ溶融からのレーザ出力損失の防止である。
【００１４】
図１は、本開示のハイブリッド溶接装置２０を備えたハイブリッド溶接システム１０を示す。ハイブリッド溶接装置２０は、レーザ３０と非消耗電極４０を有する電気アーク溶接機とを備える。ハイブリッド溶接装置２０は、ワイヤ５２を送給するためのワイヤ送給装置５０を備える。ワイヤ送給装置５０は、共通溶融池６０を形成するように、レーザビーム３２と非消耗電極４０を有する電気アーク溶接のアーク４８との間に形成される共用溶融池８０（図２参照）にワイヤ５２を供給するように、構成及び配置される。一実施形態では、ワイヤ５２及びワイヤ送給装置５０は、非消耗電極４０を有する電気アーク溶接機とレーザ３０との中間に配置される。別の実施形態では、ワイヤ５２及びワイヤ送給装置５０は、レーザ３０よりも非消耗電極４０を有する電気アーク溶接機の近くに位置する。レーザ３０と非消耗電極４０を有する電気アーク溶接機とは、共用溶融池８０を形成するように２以上の隣接部品７０に向かってエネルギーを送るように構成及び配置される。溶接線９１に沿ってスパッタリングすることなく、少なくとも毎分８０インチ（ｉｐｍ）の高い一定溶接速度で、２以上の隣接部品７０を接合するための完全溶込み溶接部９２を提供するように動作可能な共通溶融池６０（図２参照）を形成するように、ワイヤ送給装置５０のワイヤ５２は、共用溶融池８０内に送給される。
【００１５】
一実施形態では、レーザ３０は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザ、ファイバレーザ及びディスクレーザから選択される。電気アーク溶接機４０は、ワイヤ送給を伴う非消耗電極を有する溶接機、例えば、特に限定されないが、ワイヤ送給を伴うガスタングステンアーク溶接機（ＧＴＡＷ）及びワイヤ送給を伴うプラズマアーク溶接機（ＰＡＷ）から選択される。
【００１６】
部品７０は、接合又は溶接可能な任意の材料を含むが、一般に、例えば、特に限定されないが、アルミニウム、チタン、鋼、ステンレス鋼、真鍮、銅、ニッケル、ベリリウム銅、超合金、その合金及びその組合せのような材料を含む。ハイブリッド溶接システム１０は、ステンレス鋼合金、例えば、特に限定されないが、軟鋼、低合金鋼、構造用鋼、ステンレス鋼、及びその組合せでの使用に、特に適している。
【００１７】
図２において、ハイブリッド溶接装置２０は、共通溶融池６０、共用溶融池８０、及びアーク領域４６を示すために、除去されている。共用溶融池８０は、レーザビーム３２と非消耗電極電気アーク溶接機４０のアーク領域４６との間の領域である。レーザ３０のビーム３２及び電気アーク溶接機４０からの結合エネルギーは、共用溶融池８０に対して整列された部品７０に向けられる。ワイヤが共用溶融池８０に送達された後に、共通溶融池６０が形成され、共通溶融池６０は、高い一定溶接速度で部品７０を接合するための完全溶込み溶接部９２を提供するように動作する。本明細書では、「共用溶融池」８０は、部品７０の縁の一部及びレーザ３０からのエネルギーを備える非消耗電極電気アーク溶接機４０の溶接アーク４８（図１参照）で得られた溶融材料を意味する。本明細書では、「共通溶融池」６０は、部品７０の縁の一部、レーザ３０からのエネルギー、及びワイヤ送給装置５０からのワイヤ５２を備える電気アーク溶接機４０の溶接アーク４８（図１参照）で得られた溶融材料を意味する。溶融材料は、さらに、レーザ３０のビーム３２によってエネルギーを与えられ、それにより溶融材料を部品７０内に深く溶込ませる。一実施形態では、共用溶融池８０は、共通溶融池６０よりもサイズが大きい。別の実施形態では、共通溶融池６０は、共用溶融池８０よりも大きいサイズを有してもよい。アーク領域４６は、部品７０の第１面７２に追加のエネルギー又は熱を供給する電気溶接機４０から電気アーク４８の周りの領域である。一般的に、アーク領域４６内の任意の材料が、エネルギーを与えられ又は溶融される。アーク領域４６は、ワイヤ５２を溶融するのを助け、かつ共通溶融池６０を形成するようにレーザビーム３６に追加のエネルギーを付加する。ワイヤ５２は、アーク領域４６及びレーザ領域３２から溶融され、溶接方向９０で共通溶融池６０を形成するように共用溶融池８０内の他の溶融材料と混合される。共通溶融池６０の混合された溶融材料は、冷却時に、部品７０を接合する１つの連続片又は完全溶込み溶接部９２（図９参照）を形成する。
【００１８】
ワイヤ５２のための材料は、溶接強度、溶接化学的性質、溶接硬度などの所望の溶接特性に応じて選択される。ワイヤ５２のための材料の適切な例は、アルミニウム、鉄、コバルト、銅、ニッケル、ステンレス鋼、炭素鋼、チタン、金、銀、パラジウム、白金、その合金、及びその組合せを含むが、特に限定されない。ワイヤ５２は、コールドワイヤ又は予熱ホットワイヤから選択される。一実施形態では、ワイヤ５２は、約０．６３ｍｍ（約０．０２５インチ又は２５ミル）〜約１．５８ｍｍ（約０．０６２インチ又は６２ミル）、或いは約０．８ｍｍ（約０．０３インチ又は３０ミル）〜約１．４ｍｍ（約０．０５５インチ又は５５ミル）、或いは約０．９ｍｍ（約０．３５インチ又は３５ミル）〜約１．３ｍｍ（約０．５１インチ又は５１ミル）の直径を有する。
【００１９】
一実施形態では、非消耗電極４０を有する電気アーク溶接機は、溶接方向９０においてレーザ３０の先頭を行く。別の実施形態では、レーザ３０は、溶接方向９０（図９参照）において先頭を行く。図２に示すように、レーザビーム３２とアーク領域４６との間の距離２６は、約１．０ｍｍ〜約１２ｍｍの間である。
【００２０】
非消耗電気アーク溶接機４０は、部品７０の材料の一部を溶融させるためのアーク４８とアーク領域４６とを確立する。レーザ３０は、溶接部が部品７０に深く溶込むことを可能にするように追加のエネルギーを提供する。ワイヤ５２は、溶接部への追加的な材料に寄与し、ワイヤ送給装置５０は、共通溶融池６０を形成するように共用溶融池８０内へのワイヤ５２の独立した送給を可能にする。一実施形態では、ワイヤ５２は、共用溶融池８０内に送達される。共用溶融池８０は、電気アークの下ではなく、アーク４８の投射とレーザビーム衝突点３２との間に配置されている。一実施形態では、電気アーク溶接機４０が先頭を行き、レーザ３０が後に続き、ワイヤは、アークの周囲に近いが、アークの下ではない位置に送達される。ワイヤ５２とアークの中心との間の距離は、約１ｍｍ〜約１０ｍｍ、或いは約２ｍｍ〜約９ｍｍ、或いは約３ｍｍ〜約８ｍｍである。別の実施形態では、レーザ３０が先頭を行き、電気アーク溶接機４０が後に続き、ワイヤは、レーザビーム３２の近いが、レーザの下ではない位置に送達される。ワイヤ５２とレーザビーム３２の中心との間の距離は、約１ｍｍ〜約１０ｍｍ、或いは約２ｍｍ〜約９ｍｍ、或いは約３ｍｍ〜約８ｍｍである。電気アーク溶接機４０の出力は、電気アーク溶接機４０のアーク４８を減少させることによって低減することができる。出力が非消耗電極をもつ電気アーク溶接機４０を用いて低減されると、アーク４８は安定したままである。ワイヤ５２は、溶接ビード９２を形成するための共通溶融池６０を形成するために共用溶融池８０内に追加の材料を提供するように、ワイヤ送給装置５０を用いて置かれる。非消耗電気アーク溶接機４０からの全熱入力及び溶接を完了するための全熱入力が低減される。ワイヤ送給装置５０からのワイヤ５２は、独立して送給され、溶接線に沿って部品７０の接合中の材料内へのスパッタリングを低減する。
【００２１】
図３のフローチャートに示すように、ハイブリッド溶接システム１０を使用して、２以上の隣接部品７０を溶接する方法３００が提供される。方法３００は、ハイブリッド溶接装置２０を提供すること、ステップ３０１を含む。方法３００は、さらに、部品７０を提供すること、ステップ３０３（図１参照）を含む。部品７０は、互いに隣接し（図２参照）、部品７０は、接合可能又は溶接可能であるが、一般に、特に限定されないが、アルミニウム、チタン、鋼、ステンレス鋼、真鍮、銅、ニッケル、ベリリウム銅、超合金、その合金及びその組合せのような材料を含む、任意の材料を含む。ハイブリッド溶接装置２０は、レーザ３０と、非消耗電極４０を有する電気アーク溶接機、例えば、特に限定されないが、ＧＴＡＷ又はＰＡＷとを、備える。ハイブリッド溶接システム１０は、また、ワイヤ５２（図１及び図２参照）を送給するためのワイヤ送給装置５０を備える。ワイヤ送給装置５０は、非消耗電極４０を有する電気アーク溶接機とレーザ３０との間に配置されている。ワイヤ送給装置５０は、共用溶融池８０と電気アーク溶接機４０のアーク領域４６（図２参照）にワイヤ５２を送給するように構成及び配置される。方法３００は、共用溶融池８０（図２参照）を形成するように部品７０にハイブリッド溶接装置２０からエネルギーを向けること、ステップ３０５を含む。方法３００は、レーザ３０と非消耗電極電気アーク溶接機４０（図１参照）との間に配置されたワイヤ送給装置５０を提供すること、ステップ３０７を含む。ワイヤ送給装置５０は、共通溶融池６０（図２参照）を形成するように共用溶融池８０内にワイヤ５２を送給するように構成及び配置される。方法３００は、共通溶融池６０（図２参照）を形成するように共用溶融池８０内にワイヤ５０を送給すること、ステップ３０７を含む。共通溶融池６０は、スパッタリングを起こさずに、２以上の隣接部品７０を接合するように動作可能である（図１１参照）。
【００２２】
以下の実施例は、本開示をさらに説明することを意図しており、実施例は、いかなる方法でも本開示を限定することは意図していない。
【実施例】
【００２３】
例１（参考例）
図４及び図５に示すように、第１参考例は、溶接装置を使用して、２つの隣接部品７０を接合することを含む。溶接装置は、ビーム３２を有するレーザ３０と消耗電極電気アーク溶接機４３とを備える。この参考例では、消耗電気アーク溶接機４３は、消耗電極４５と消耗電極４５を送給するための消耗電極送給装置４７とを有するＧＭＡＷトーチである。溶接部品７０は、せん断刃を有する１／８インチの厚さのステンレス鋼（ＳＳ３０４、化学組成は約８〜１１％Ｎｉ、約１７．５〜２０％Ｃｒ、約２％Ｍｎ、残部のＦｅ、Ｇｒａｉｎｇｅｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｕｐｐｌｙ社（米国サウスキャロライナ州グリア）から市販）であった。溶接速度は、毎分８０インチ（ｉｐｍ）に設定された。レーザ３０の出力は、４．０ｋＷであった。ＧＭＡＷトーチ４３の設定は、２３０ｉｐｍであって、溶加材のステンレス鋼（ＳＳ３０８Ｌ、化学組成は約９〜１１％Ｎｉ、約１９．５〜２２％Ｃｒ、約１．０〜２．５％Ｍｎ、残部のＦｅ）と、０．８８９ｍｍ（０．０３５インチ）の直径を有するワイヤとを用いた。図５に示すように、上部溶接ビード９６と底部溶接ビード９８とを備える完全溶込み溶接部９２が得られたが、溶接部９２は、オーバーラップ９９の欠陥を有していた。この欠陥は、不適切に選択されたアーク溶接パラメータによって引き起こされる。ＧＭＡＷトーチ４３の消耗電極４５の２３０ｉｐｍの低いワイヤ送給速度は、安定したＧＭＡＷアークを提供せず、図６に示すように、スパッタリング８８だけでなくオーバーラップ欠陥を生じる。
【００２４】
例２（参考例）
図７及び図８に示すように、第２参考例は、溶接装置を使用して、２つの隣接部品７０を接合することを含む。溶接装置は、ビーム３２を有するレーザ３０、非消耗電極電気アーク溶接機４０、及びワイヤ送給装置５０を備える。ワイヤ送給装置５０は、レーザ３０の前にある。非消耗電極電気アーク溶接機４０は、ＧＴＡＷトーチ４１である。ワイヤ送給装置５０は、レーザ３０及びＧＴＡＷトーチ４１の前に、ワイヤ５２を送給する。図７に示すように、ワイヤ送給装置５０は、溶接方向９０においてレーザ３０の先頭を行く。この参考例では、溶接部品７０は、せん断刃を有する１／８インチの厚さのステンレス鋼（ＳＳ３０４）であった。溶接速度は、８０ｉｐｍに設定された。レーザ３０の出力は、４ｋＷ（最大設定）に設定され、ＧＴＡＷトーチ４１の設定は２１８Ａ／１８Ｖ（最大設定）であった。ワイヤ送給装置５０のワイヤ送給速度は、約０．８８９ｍｍ（０．０３５インチ）の直径を有する溶加材３０８Ｌのワイヤ５０を用いて、２３０ｉｐｍであった。この例から得られた不完全な溶接は、図８に示されている。図示されるように、溶接が、部品７０の第１面７２から部品７０の第２面７４に延びていないので、得られた溶接ビード９３は、完全溶込み溶接ではない。上部溶接ビード９６のみが形成されている。この参考例における問題は、レーザがワイヤを溶融させねばならないために、レーザが溶込みのための出力を失ったことである。
【００２５】
例３（実施例）
図９及び図１０に示すように、本開示の実施例が提供される。本開示は、ハイブリッド溶接装置２０を使用して、２つの隣接部品７０を接合する。本開示では、溶接部品７０は、せん断刃を有する１／８インチの厚さのステンレス鋼（ＳＳ３０４）であった。ハイブリッド溶接装置２０は、レーザ３０及び非消耗電極電気アーク溶接機４０と、レーザ３０と非消耗電極４０を有する電気アーク溶接機との間のワイヤ送給装置５０とを備える。この実施形態では、非消耗電気アーク溶接機４０は、ＧＴＡＷトーチ４１である。レーザ３０の出力は、３．６ｋＷであった。ＧＴＡＷトーチは、２００Ａ／１８Ｖに設定される。図９に示すように、レーザ３０は、溶接方向９０において先頭を行く。溶接速度は、８０ｉｐｍであった。ワイヤ５０の送り速度は、０．８８９ｍｍ（０．０３５インチ）の直径を有し、共通溶融池６０（図２参照）を形成する共用溶融池８０に向けられた溶加材ＳＳ３０８Ｌを用いて、２３０ｉｐｍであった。図１０に示すように、上部溶接ビード９６及び底部溶接ビード９８を備える完全溶込み溶接部９２は、溶接線９２（図１１参照）に沿ってスパッタリングなしに、得られた。さらに、図１１に示すように、完全溶込み溶接部９２は、溶接線に沿ってスパッタリング９４なしに、両方のレーザ３０及び非消耗電極電気アーク溶接機４０（ＧＴＡＷ）の双方よりも少ない出力で、部品の第１面７２と第２面７４（図１０参照）とを接合する。
【００２６】
参考例１では、溶接速度８０ｉｐｍで、２３０ｉｐｍでのワイヤ送給を伴うアーク溶接機ＧＭＡＷと組合せる、４．０ｋＷを有するレーザは、完全溶込み溶接部を作成するが、この低いワイヤ送給速度でのアークが安定しないため、オーバーラップ及びスパッタリングの欠点を有する。参考例２では、同一の溶接速度、８０ｉｐｍで、レーザビームの前に送達されるワイヤを用いた２３０ｉｐｍのワイヤ送給でアーク溶接機ＧＴＡＷと組合せる、出力において４．０ｋＷを有するレーザは、レーザの出力がワイヤ溶融で失われるため、完全溶込み溶接部を作ることができない。本発明では、同一の溶接速度、８０ｉｐｍで、出力において３．６ｋＷを有し、レーザとアークとの中間に位置する位置内に送達されるワイヤを用いた２３０ｉｐｍのワイヤ送給でアーク溶接機ＧＴＡＷと組合せるレーザでは、欠陥のない完全溶込み溶接部が得られる。
【００２７】
本発明が、好ましい実施形態を参照して説明されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされてもよく、かつ均等物がその要素に置換されてもよいことは、当業者によって理解されるであろう。さらに、本発明の教示に特定の状況又は材料を適合させる様々な変更が、その本質的な範囲から逸脱することなく、なされてもよい。したがって、本発明が、本発明を実施するための最良の形態として開示される特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明が、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を包含することが、意図される。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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