(57)【要約】  ホットワイヤ（１４０）処理を開始及び／又は停止させるための方法及びシステム（１００）。ホットワイヤシステムは、フィラーワイヤ（１４０）を保持するための接触管（１６０）を含むフィラーワイヤ供給機（１５０）、ワイヤ供給機構、ワイヤに加熱電流を加えるための電源（１３０，１７０）；及び、供給機構及び電源（１３０，１７０）に結合された制御部（１８０）を含む。制御部（１８０）は、ホットワイヤ処理（２８０，３８０）を始めるためにアークを使って溶融溜り（１１６，１１７）を形成するために、ワイヤ（１４０）への加熱電流を調整し、ワイヤをワークピース（１１５）に対して位置決めするように構成される。制御部はまた、ホットワイヤ処理を停止する場合に、安定した方法でワイヤを溶融溜りの外へ後退させるように、溶融溜りへのワイヤの供給を調節し、ワイヤへの電流を調節及び／又は脈動の一つを行うように構成されてもよい。
2015522426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホットワイヤ処理を開始する方法であって、当該方法は、
ワークピースに溶融溜りを形成するように、フィラーワイヤと前記ワークピースとの間にアークを確立させるステップ、
前記アークとは異なる高強度エネルギー源によって、前記溶融溜りに熱を加えるステップ、
前記アークを確立させた後に、前記ワイヤを前記溶融溜りの中に前進させるステップ、及び
前記アークを終わらせ、前記ワイヤを前記溶融溜りの中に融解させるように、前記ワイヤに加熱電流を加えるステップ、
を含む、方法。
【請求項２】
前記高強度エネルギー源は、レーザーである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記アークの確立の前に、前記ワイヤと前記ワークピースとの間の接触を感知するステップを更に含む、請求項１又は請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記接触を感知するステップは、
前記ワイヤを前記ワークピースに向かって前進させるサブステップ、及び
前記ワイヤと前記ワークピースとの接触を決定するために、前記ワイヤに感知信号を加えるサブステップ、
を含む、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記アークを確立するステップは、前記ワイヤを前記ワークピースから後退させるサブステップ、及び、前記アークを確立するために、後退の間、前記ワイヤにアーク発生電流を加えるサブステップ、を含むか、又は
前記アークは、前記フィラーワイヤが前記ワークピースと接触するときに、前記フィラーワイヤ内の前記感知信号が閾値より低く低下した後に確立される、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記アークを確立するステップは、アーク発生電流を加えるサブステップ及び前記ワークピースと前記ワイヤとの間に隙間を与えるサブステップを含み、
前記アーク発生電流は、前記アークがワークピースに溶融溜りを形成するために十分な強度であるために十分なエネルギーを有する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ホットワイヤ処理を停止させるステップを更に含み、当該ステップは、
前記ワイヤへの加熱電流を停止させるサブステップ、
前記ワイヤを前記ワークピースの前記溶融溜りの中への前進の供給速度を低下させるサブステップ、
前記溶融溜りを前記高強度エネルギー源によって維持するサブステップ、
前記ワイヤの遠位側端が前記溶融溜りから取り除かれるように、複数の電流パルスを前記ワイヤに加えるサブステップ、
を含む、且つ／或いは、
前記ホットワイヤ処理を停止させるステップを更に含み、当該ステップは、
前記ワイヤの前記ワークピースの前記溶融溜りの中への前進を停止させるサブステップ、
前記ワイヤを前記溶融溜りから後退させるサブステップ、
前記溶融溜りを前記高強度エネルギー源によって維持するサブステップ、
前記ワイヤと前記ワークピースとの間のアークの形成を感知するサブステップ、及び
前記アークが形成される前に前記ワイヤへの加熱電流を終了させるサブステップ、
を含む、且つ／或いは、
前記ホットワイヤ処理を停止させるステップを更に含み、当該ステップは、
前記ワイヤの前記溶融溜りの中への前進を停止させるサブステップ、
前記ワイヤに加えられた加熱電流の少なくともいくらかによって、前記ワイヤが前記溶融溜りから離れ、分離して、ワイヤエクステンションを前記溶融溜り内に残すように、前記ワイヤを前記溶融溜りから後退させるサブステップ、及び
前記エクステンションを前記溶融溜りの中に融解させるように、前記高強度エネルギー源からエネルギーを加えるサブステップ、
を含む、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ワイヤと前記ワークピースとの間に前記アークを確立するステップは、ショートアーク移転溶接処理又はパルス溶接処理の一つを使用して前記ワイヤに電流を加えるサブステップを含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記アークによって前記溶融溜りを安定化するステップを更に含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記溶融溜りの安定性を決定するために、前記アークを監視するステップを更に含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
ホットワイヤシステムであって、
フィラーワイヤの遠位側端をワークピースに対して前進及び後退させるための供給機、
前記ワイヤに感知信号、アーク発生電流及び加熱電流を加えるための電源、
ホットワイヤ処理を開始するために前記供給機及び前記電源に結合した制御部であり、当該制御部は、前記ワイヤを前記ワークピースに対して位置決めし、前記感知信号、前記アーク発生信号及び前記加熱電流のそれぞれを制御し、当該制御は、
前記遠位側端が前記ワークピースに接触しているときを決定するように、前記ワイヤの前記遠位側端を前記ワークピースに向かって前進させ、前記感知信号を調整すること、
前記遠位側端と前記ワークピースとの間にアークを形成して溶融溜りを形成するように、前記ワイヤの前記遠位側端を前記ワークピースから後退させ、前記アーク発生電流を調整すること、及び
前記ワイヤを前記溶融溜りの中に融解させるように、前記ワイヤを前記溶融溜りの中に前進させ、加熱電流を調整すること、
を含む、制御部、及び
前記溶融溜りに熱を与えるための高強度エネルギー源、
を有する、ホットワイヤシステム。
【請求項１２】
前記制御部は、前記ワイヤと前記ワークピースとの間のアークの形成の前にモーメントを決定するための予知回路を含む、請求項１１記載のホットワイヤシステム。
【請求項１３】
前記高強度エネルギー源はレーザーであり、前記制御部は、前記レーザーの動作を前記電源と連係させるために、操作可能に前記レーザーに接続されているか、又は、
前記高強度エネルギー源はアーク発生装置であり、前記制御部は、前記アーク発生装置の動作を前記電源と連係させるために、操作可能に前記アーク発生装置に接続されている、
請求項１１又は請求項１２記載のホットワイヤシステム。
【請求項１４】
ホットワイヤシステムであって、
フィラーワイヤの遠位側端をワークピースの溶融溜りに対して前進及び後退させるための供給機、
前記ワイヤに電流を加えるための電源、
前記溶融溜りに熱を与えるための高強度エネルギー源、及び
ホットワイヤ処理を停止させるために前記供給機及び前記電源に結合した制御部であり、当該制御部は、前記ワイヤを前記ワークピースに対して位置決めし、前記電流を制御し、当該電流制御は、
（ｉ）前記ワイヤの前記溶融溜りの中への前進を停止させ、前記ワイヤを前記溜りから焼き出すように前記ワイヤへの電流を脈動させること、
（ｉｉ）前記ワイヤを前記溶融溜りから後退させ、前記ワイヤと前記ワークピースとの間のアークを防止するように電流を調整すること、及び
（ｉｉｉ）前記ワイヤを前記溶融溜りから後退させ、前記ワイヤと前記ワークピースとの間のアークを起こさずに前記ワイヤが前記溶融溜りから離れ、前記高強度エネルギー源からの熱が前記溜りから延びる前記ワイヤの一部分を融解することができるように、前記ワイヤへの電流を調整すること、
のうちの少なくとも一つを含む、制御部、
を有する、ホットワイヤシステム。
【請求項１５】
加熱電流にフィラーワイヤをワークピースの溶融溜りの中に融解させるホットワイヤ処理を停止させる方法であって、当該停止方法は、
前記ワイヤの前記溶融溜りの中への供給速度を低下させるステップ、
前記溶融溜りを高強度エネルギー源によって維持するステップ、及び
（ｉ）前記ワイヤへの加熱電流を停止させるステップ、及び前記ワイヤの遠位側端が前記溶融溜りから取り除かれるように、複数の電流パルスを前記ワイヤに加えるステップ、
（ｉｉ）前記ワイヤを前記溶融溜りから後退させるステップ、前記ワイヤと前記ワークピースとの間のアークの形成を感知するステップ、及びアークが形成される前に前記ワイヤへの加熱電流を終了させるステップ、
（ｉｉｉ）前記ワイヤに加えられた加熱電流の少なくとも一部によって、ワイヤエクステンションを前記溶融溜り内に残すように前記ワイヤが前記溶融溜りから離れ、分離するように、前記ワイヤを前記溶融溜りから後退させるステップ、及び前記エクステンションを前記溶融溜りの中に融解させるように、前記高強度エネルギー源から前記ワイヤエクステンションにエネルギーを加えるステップ、
のうちの少なくとも一つ、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年８月１７日に出願された米国特許出願第１３／２１２，０２５号への優先権の利益を主張する部分継続出願である。当該米国特許出願は、２００９年１月１３日に出願された米国特許出願第１２／３５２，６６７号の部分継続出願である。これら米国特許出願のそれぞれは、その全体が参照により取り込まれる。
【０００２】
本発明は、請求項１によるホットワイヤ処理（process）開始の方法、請求項１１乃至１４によるホットワイヤシステム及び請求項１５によるホットワイヤ停止の方法に関する。対象の発明は、概してホットワイヤ処理を開始及び／又は停止させるためのシステム及び方法に関する。そのホットワイヤ処理は、例えば、被覆（overlaying）用途、溶接（welding）用途及び／又はその他の接合（joining）用途において使用される。より具体的には、ある複数の実施形態は、被覆用途、接合用途及び溶接用途のうちのいずれか一つのために、制御されたフィラーワイヤ供給機及びエネルギー源を高強度エネルギー源と組み合わせて使用して、ホットワイヤ処理を開始及び／又は停止させるためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ホットワイヤ処理又はフィラーワイヤ処理において、高強度エネルギー源、例えば、レーザー、非消耗タングステン電極又はその他の高エネルギーアーク又はプラズマ処理が、ワークピース（被加工材）を加熱及び融解させて溶融溜り（puddle）（若しくは溶融パドル）を形成するために使用される。フィラーワイヤは、ワークピース及び溶融溜りに向かって前進させられる。ワイヤは、ワイヤがその融点に接近又は到達し且つ溶融溜りに接触するように、別個のエネルギー源によって抵抗加熱される。加熱されたワイヤは、ホットワイヤ処理の実行のために溶融溜りの中に供給される。その結果、単純にフィラーワイヤを溶融溜りの中に融解させることにより、フィラーワイヤのワークピースへの移動が起こる。代替的に、フィラーワイヤは、ワイヤが溶融溜りに入るときに固体であってもよい。例えば、フィラーワイヤの３０％は、ワイヤが溶融溜りに入るときに固体であり得る。フィラーワイヤはその融点で又はその融点の近くまで予め加熱されているので、溶融溜り内のその存在は、溜りを認め得るほどに冷却すること又は固化させることはなく、速やかに溶融溜りの中に吸収される。ホットワイヤ処理を始める又は停止させることに関連する一つの問題は、ワイヤを溶融溜りに導入又は溶融溜りから後退させるそれぞれの場合の、ワイヤスパッター（跳ね）の発生である。その完全な形成より前は、溶融溜りは不安定であり、ワイヤの溶融溜りの中への導入から生ずるワイヤスパッターに結果する。ワイヤ導入の時点の溜りの不安定性は、図７に示されたホットワイヤ処理の電圧、電流又は電力のトレースにおいて見られ得る。図７に示されるものは、既知のホットワイヤ処理の始まりでの、電圧／電流／電力のトレースにおける振動である。電圧のトレースにおける振動は、少なくとも部分的に、溶融溜りの不完全な形成によるワイヤとワークピースとの間での度重なるアーク事象による。ホットワイヤ処理の終わりで、ワイヤスパッターを防止するために、ワイヤは溶融溜り内に維持される。しかし、ワイヤを溜りから分離するために、ホットワイヤ処理は停止されなければならず、ワイヤは切断されなければならない。したがって、溶融溜りにワイヤを導入するか又は溶融溜りからワイヤを後退させる場合のワイヤスパッターを最小化する、ホットワイヤ処理を開始及び／又は停止に対する必要性が存在する。
【０００４】
従来の、伝統的及び提案された複数のアプローチの更なる限界及び不都合は、本出願の残りの部分において図面を参照して説明されるように、そのようなアプローチと本発明の複数の実施形態との比較を通じて、当業者にとって明らかになるであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一つの目的は、これらの限界及び不都合を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１によるホットワイヤ処理の開始の方法によって、請求項１１乃至１４によるホットワイヤシステムによって及び請求項１５によるホットワイヤ処理の停止の方法によって解決される。本発明の好ましい複数の実施形態は、下位の請求項の対象である。本発明の複数の実施形態は、フィラーワイヤ供給機及びエネルギー源システムの組合せを開始及び停止させるためのシステム及び方法を含む。本発明の第一の実施形態は、フィラーワイヤとワークピースとの間のホットワイヤ処理の方法を提供する。対象の方法は、開始プロセスを有する。その開始プロセスは、ワークピースに溶融溜りを形成するように、フィラーワイヤとワークピースとの間にアークを確立させるステップ；ワイヤから離れた高強度エネルギー源によって、溶融溜りを維持するステップ；アーク電圧を確立させた時点でワイヤを溶融溜りの中に前進させるステップ、及びホットワイヤ処理のために、アークを終わらせ、ワイヤを大体その融点の状態に至らせるようにワイヤに加熱電流を加えるステップ、を含む。方法の更なる実施形態によれば、感知信号は３ボルトの開路電圧である。方法の更なる実施形態によれば、高強度エネルギー源は、アーク発生源である。本発明による課題は、フィラーワイヤの遠位側端をワークピースに対して前進及び後退させるための供給機を有するホットワイヤシステムによっても解決される。システムは、ワイヤ、感知信号、アーク発生電流及び加熱電流に適用するための電源を更に有する。システムは、ホットワイヤ処理を開始するために供給機及び電源に結合された制御部を更に有する。制御部は、ワイヤをワークピースに対して位置決めし、感知信号のそれぞれを制御する。アーク発生信号及び加熱電流は、ワイヤの遠位側端をワークピースに向かって前進させ、遠位側端がワークピースに接触しているときを決定するように、感知信号を調整することを含む。システムは、遠位側端とワークピースとの間にアークを形成して溶融溜りを形成するように、ワイヤの遠位側端をワークピースから後退させ、アーク発生電流を調整することを更に含む。システムは、ワイヤを溶融溜りの中に融解させるように、ワイヤを溶融溜りの中に前進させ、加熱電流を調整することを更に含む。システムは、溶融溜りに熱を与えるための高強度エネルギー源を更に含む。システムの一つの好ましい実施形態によれば、電源は、感知信号を加えるための第一の電力供給源、アーク発生電流を加えるための第二の電力供給源及び加熱電流を加えるための第三の電力供給源を含む複数の電力供給源を包含する。
【０００７】
一つの他の実施形態は、加熱電流にフィラーワイヤをワークピースの溶融溜りの中に融解させるホットワイヤ処理を停止させる方法を提供する。停止方法は、ワイヤの溶融溜りの中への供給速度を低下させるステップ及び溶融溜りを高強度エネルギー源によって維持するステップを含む。一つの態様において、停止方法は、ワイヤへの加熱電流を停止させるステップ、及びワイヤの遠位側端が溶融溜りから取り除かれるように、複数の電流パルスをワイヤに加えるステップを更に含む。停止方法の一つの他の態様又は代替的な方法は、ワイヤを溶融溜りから後退させるステップ、ワイヤとワークピースとの間のアークの形成を感知するステップ、及びアークが形成される前にワイヤへの加熱電流を終了させるステップを含む。停止方法の一つの更に他の態様又は代替的な方法において、ワイヤは、ワイヤに加えられた加熱電流の少なくとも一部（some）によって、ワイヤエクステンションを溶融溜り内に残すようにワイヤが溶融溜りから離れ、分離するように、溶融溜りから後退させられる。高強度エネルギー源からのエネルギーは、エクステンションを溶融溜りの中に融解させるように、ワイヤエクステンションに加えられる。
【０００８】
特許請求される発明のこれら及び他の特徴、並びに、説明されるこれらの複数の実施形態の詳細は、以下の記述及び図面からより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の上記及び／又はその他の複数の態様は、添付の図面を参照して本発明の例示的な複数の実施形態を詳細に記述することにより明らかになるであろう。
【図１】図１は、ホットワイヤシステムの一つの例示的な実施形態の、模式的な機能ブロック図を示す。
【図１Ａ】図１Ａは、図１のシステムを使用するホットワイヤ処理の、詳細な斜視図である。
【図２】図２は、図１のシステムを使用するホットワイヤ処理の始動方法の、第一の実施形態の流れ図を示す。
【図３】図３は、図１のシステムを使用するホットワイヤ処理の始動方法の、第二の実施形態の流れ図を示す。
【図４】図４は、図１のシステムを使用するホットワイヤ処理の停止方法の、第一の実施形態の流れ図を示す。
【図５】図５は、図１のシステムを使用するホットワイヤ処理の停止方法の、第二の実施形態の流れ図を示す。
【図６】図６は、図１のシステムを使用するホットワイヤ処理の停止方法の、第三の実施形態の流れ図を示す。
【図７】図７は、従来技術のホットワイヤ処理における電圧、電流及び電力のトレースを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の例示的な複数の実施形態が、これから添付の図面への参照により以下に記述される。記述される例示的な実施形態は、本発明の理解を助けることを意図しており、如何なる点においても本発明の範囲を限定するように意図されていない。同様の参照番号は、本明細書を通じて同様の要素を参照する。
【００１１】
図１は、ホットワイヤ処理を実行するためのシステム１００の一つの例示的な実施形態の模式的な機能ブロック図を示す。用語“ホットワイヤ処理”は、本明細書において広い意味で用いられ、被覆、溶接又は接合を含む如何なる用途であっても参照し得る。より具体的には、ホットワイヤ処理は、被覆、溶接及び／又は接合を実行するために、フィラーワイヤを（例えば抵抗加熱を使用して）加熱することを含む。被覆処理は、ろう付け（brazing）、クラッディング（cladding）、肉盛（building  up）、充填（filling）及びhard-facing  を含み得る。例えば、“ろう付け”用途において、フィラー金属は、毛細管現象によって、近接して適合している接合部の複数の表面の間に広げられる。一方で、“ブレイズ溶接”において、フィラー金属の塗布は隙間の中に流れさせられる。しかしながら、本明細書において使用される場合、両方の技術は、被覆用途として広く参照される。システム１００は、ワークピース１１５と接触するための、少なくとも一本の加熱されたフィラーワイヤ１４０を供給することが可能なホットフィラーワイヤ供給機サブシステムを含む。もちろん、本明細書におけるワークピース１１５への参照により、ワークピースに形成された溶融溜り１１６はワークピース１１５の一部であると考えられ、それ故にワークピース１１５との接触への参照は、溜りが存在する限り、溜りとの接触を含むことが理解される。
【００１２】
ホットフィラーワイヤ供給機サブシステムは、フィラーワイヤ供給機１５０、接触管１６０及びホットワイヤ電源１７０を含む。ワイヤ１４０は、フィラーワイヤ供給機１５０から接触管１６０を通り、ワークピース１１５に向かって供給され、管１６０を超えて延びる。ホットワイヤ電源１７０は、パルス状直流（ＤＣ）電源であってもよい。とはいえ、交流（ＡＣ）電源又はその他の種類の電源も同様に可能である。それに応じて、電源１７０は、ワイヤ１４０に電圧信号又は電流信号のうちのいずれか一つを加えるように運転されてもよい。電源１７０は単一の電力供給源を含んでもよいが、又は、以下により詳細に記述されるように、様々な電流を加えるか又は様々な電圧を確立するために一つより多い電力供給源を含んでもよい。図面及び本明細書における解説は“ワイヤ”１４０を参照するが、この用語は広く消耗品を意味すると意図され、その消耗品は伝統的に円筒状に成形されたワイヤ（単線（solid）又は芯入りであってもよい）であるか、又はそれはまたクラッディング用にしばしば使用される種類のようなストリップ消耗品であってもよいことが、留意されるべきである。しかしながら、明りょうさのために、消耗品１４０は本明細書において“ワイヤ”として参照されることがある。
【００１３】
より詳細に以下に記述される、対象の開始工程の一つの態様において、電源１７０は、ワークピースへのワイヤの接近を決定するための感知信号をワイヤ１４０に加えるように運転される。対照の方法の一つの他の態様において、電源は、ワイヤとワークピースとの間のアークを確立する（establish）ために十分な電流をワイヤに加える。一つの更に他の態様において、フィラーワイヤ１４０は、ホットワイヤ電源１７０からの電流によって抵抗加熱される。ホットワイヤ電源１７０は、接触管１６０とワークピース１１５との間に動作的に接続される。
【００１４】
例示的なシステム１００は、制御サブシステム１９５を更に含む。制御サブシステム１９５は、ワークピース１１５とホットワイヤ１４０との間の電位差（すなわち、電圧Ｖ）及びワークピース１１５及びホットワイヤ１４０を通る電流（Ｉ）を測定することが可能である。少なくとも一つの例示的な実施形態において、制御サブシステム１９５は、状態に基づく電流感知制御部として具体化されてもよく、例えば出力電流、電圧及び／又は電力のような電源の機能を調整するように、ワークピース１１５、接触管１６０及びホットワイヤ電源１７０に動作的に接続される。制御サブシステム１９５は、より詳細に以下に記述されるように、システムの他の側面及び／又は例えばレーザーサブシステム、ワイヤ又は溜りのようなホットワイヤ処理を調整又は監視するための第二の制御部又は並列の制御部を含んでもよい。したがって、例示的な感知及び電流制御サブシステム１９５は更に、測定された電圧及び電流から、電圧、電流及び電力の積分及び導関数と共に、抵抗値（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）及び電力値（Ｐ＝Ｖ＊Ｉ）を計算することが可能であり得る。概して、ホットワイヤ１４０がワークピース１１５と接触する場合は、ホットワイヤ１４０とワークピース１１５との間の電位差は、ゼロボルトであるか又はゼロボルトに極めて近い。一つの結果として、感知及び電流制御サブシステム１９５は、抵抗性のフィラーワイヤ１４０がワークピース１１５と接触するときを感知することができる。そのうえに、対象の開始方法／停止方法の一つ又はそれ以上の態様と共により詳細に以下に記述されるように、制御部サブシステム１９５は、感知に応答して、そのホットワイヤ電源１７０への接続を用いて、抵抗性のフィラーワイヤ１４０を通る電流の流れを制御することが可能である。
【００１５】
図１に示される例示的な実施形態において、システム１００は、レーザーサブシステムを更に含む。レーザーサブシステムは、例えば溶融溜りをワークピースに維持するために、ワークピース１１５上にレーザービーム１１０の焦点を合わせてワークピース１１５を加熱することが可能である。レーザーサブシステムは、互いに動作的に接続されたレーザー装置１２０及びレーザー電源１３０を含む。レーザー電源１３０は、レーザー装置１２０を動作させるための電力を供給する。制御部、例えば制御サブシステム１９５の一部としての又は制御サブシステム１９５から分離した、第二の、並列の、状態に基づく制御部は、レーザー電源１３０の機能を調整するために設けられてもよい。そのレーザー電源１３０の機能は、例えば、リアルタイムで個々に、又はホットワイヤ電源１７０と同期化された動作のために、電流、電圧又は電力の出力を含んでもよい。レーザーサブシステムは、二酸化炭素、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ−ディスク、ＹＢ−ファイバー、ファイバー伝達又は直接の半導体レーザーシステムを含むがこれらに限定されない、如何なる種類の高絵ネルギーレーザー供給源であってもよい。レーザーサブシステムはまた、より広く高強度エネルギー源である。高強度エネルギー源はレーザービーム及び電源を有するレーザーサブシステムとして記述されているが、如何なる高強度エネルギー源であっても使用され得ることが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を供給することができる。高強度エネルギー源の他の実施形態は、高強度エネルギー源として働く電子ビーム、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、フラックスコアード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うちの少なくとも一つを含んでもよい。
【００１６】
溶接用途のために、レーザービーム１１０は十分にそのエネルギーの強度が高く、ワークピース１１５の母材（base  metal）のいくらかを融解し且つ／或いはワイヤ１４０を融解してワークピース１１５の上に落とす。本明細書において記述される対象の方法のために、レーザービーム１１０はフィラーワイヤ１４０の状態と協調して溶融溜りを維持する。電源１７０は、ホットワイヤ処理の実行のためにフィラーワイヤ１４０を抵抗融解するのに必要とされるエネルギーの大部分を供給するように構成される。そのうえに、しかしながら、本明細書において特定の複数の実施形態に関して記述されるように、電源１７０及び供給機サブシステムは、ホットワイヤ処理を開始（initiate）するように、より具体的にはワークピース１１５における溶融溜りの形成を開始するように、制御及び運転される。加えて、電源７０及び供給機サブシステムは、ホットワイヤ処理を終わらせて、溶融溜りからのワイヤの分離を準備するように構成される。
【００１７】
システム１００は、運動制御サブシステムを更に含む。運動制御サブシステムは、レーザービーム１１０（エネルギー源）及び抵抗性フィラーワイヤ１４０を（少なくとも相対的な意味で）ワークピース１１５に沿って同一の方向１２５に動かし、レーザービーム１１０及び抵抗性フィラーワイヤ１４０が互いに固定された関係のままでいるようにすることが可能である。ワークピース１１５とレーザー／ワイヤの組合せとの間の相対的な運動は、ワークピース１１５を動かすこと又はレーザー装置１２０及びホットワイヤ供給機サブシステムを動かすことによって達成されることができる。例えば、図１に見られるように、運動制御サブシステムは、操作可能に（operatively）ロボット１９０に接続された運動制御部１８０を含む。運動制御部１８０は、ロボット１９０の運動を制御する。ロボット１９０は、ワークピース１１５に動作的に接続されて（例えば、機械的に固定されて）おり、レーザービーム１１０及びワイヤ１４０がワークピース１１５に沿って効果的に進むように、ワークピース１１５を方向１２５に動かす。本発明の一つの実施形態によれば、運動制御部１８０は更に、レーザー電源１３０及び／又は感知及び電流制御部１９５に動作的に接続されてもよい。この方法において、運動制御部１８０及びレーザー電源１３０は、互いに通信して、システム１００の様々なサブシステムの間の活動を協調させてもよい。
【００１８】
図１（及び後述の図１Ａ）は熱供給源（レーザー）を進行方向においてホットワイヤの上流に図示するが、本発明の複数の実施形態は、この関連で限定されないことが留意されるべきである。特に、ホットワイヤは、処理中に熱供給源の上流で溜りに入ってもよい。
【００１９】
さらに、前に記述されたように、図１及び図１Ａにおいてレーザーシステムが示されているけれども、本発明の複数の実施形態は、レーザーシステムの使用に限定されない。特に、前に記述されたように、本発明の複数の実施形態はまた、非消耗タングステン電極又はその他の高エネルギーアークのいずれか一つを使用することもでき、又はプラズマ処理が使用されることができる。例えば、本発明の例示的な複数の実施形態において、レーザー電源１３０及びレーザー１２０は、溶融溜りを作り出すためにＭＩＧ又はＧＭＡＷ処理が使用されるように、ＧＭＡＷ電源及びトーチに置き換えられてもよい。そのような実施形態において、ＭＩＧ／ＧＭＡＷ処理は溶融溜りを作り出すことになり、ホットワイヤ処理は本明細書において開示及び説明されるように実施されることになる。効率性のために、後述の例示的な複数の実施形態は、レーザーサブシステムを参照する。しかしながら、これは例示を意図しており、本明細書において記述されるシステム１００の制御、統合及び動作は、溶融溜りを作り出している高出力エネルギー源に関わらず類似する。
【００２０】
図１Ａにおいて示されるものは、ワークピース１１５上の溶融溜り１１６の場所でのホットワイヤ処理の詳細な図である。より具体的には、示されるものは溶融溜り１１６を維持しているレーザービーム１１０と、溶融溜り１１６の中に位置付けられ、前進させられる加熱されたフィラーワイヤ１４０である。概して、ホットワイヤ処理を開始する方法の一つの実施形態は、フィラーワイヤ１４０をワークピース１１５の近傍の中に運び、それらの間に、ワークピースを融解して溶融溜り１１６を形成するために十分なアークを形成することに備える。安定した形成の溶融溜り１１６により、ワイヤへの電流は、ワイヤを融解させるか又はほぼ融解させるために十分であるが、ワイヤとワークピースとの間のアークをもたらすためには十分でないレベルまで低減される。代わりに、レーザーが溶融溜り形成を維持し、ホットワイヤ処理を完成させるためにワイヤが溶融溜りの中に前進させられる。したがって、対象の工程の一つの具体的な態様において、ワイヤ材料の溜り１１６への安定的な移行は、工程の中への直接的なワイヤ１４０の融解によって、より具体的には、ワイヤから溜りへの材料の液滴による移行によってではなく、起こる。
【００２１】
溶融溜り１１６の安定性は、間接的な方法によって決定されてもよい。その方法は、例えば、ワイヤ速度、電圧又は電流のフィードバックを含んでもよい。より具体的には、ホットワイヤ処理の開始時には、供給機１５０は、所望の且つ既知のワイヤ供給速度まで立ち上がる。そのワイヤ供給速度から、溜りの中に供給されたワイヤの量及び溶融溜り１１６の寸法が決定されることができる。溜りの中に供給されたワイヤの量及び溶融溜り１１６の寸法から、ホットワイヤ処理を開始するための、望ましい開始点を決定することができる。すなわち、所望の量のワイヤが溶融溜り１１６に加えられ、溜りの中に融解された全ワイヤに基づいて溜りの寸法が計算されることができる。所与の溜りの寸法のために、溜りは、安定的なホットワイヤ処理ができる状態になっている。それに加えて又は代替的に、電源からの実際の電圧及び／又は電流出力のフィードバックは、安定した溜り形成を示すことができる。さらに代替において、溜り形成に対する経過時間に関する過去のデータ（historic  data）又は経験が、使用されてもよい。
【００２２】
より詳細に以下に記述されるように、対象のホットワイヤ処理は、溶融溜り１１７を形成するためのワイヤ１４０とワークピース１１６との間のアークによって開始される。したがって、一つの態様において、ホットワイヤ処理は、溜り形成のためのワイヤとワークピースとの間のショートアーク移転モード又は技術を用いることによって開始される。個別の短絡事象の安定性、又は複数の短絡事象の間の時間は、安定した溜り形成の指標となる。安定した溶融溜り１１６は、ワイヤ１４０とワークピース１１５との間のアークが溜りの外形（すなわち、幅、厚さ、体積等）に永続的な変化を引き起こすために十分に大きな場合に実現されることができる。
【００２３】
熱入力がピークに達し、微小なアークが始まるにときに、微小なアークの“フラッシュ”が、溜り内の波紋を生じさせ得る。溜りが十分に大きければ、その波紋は溜りの中で動きが止まる。一つの態様において、アーク強度及び／又は熱入力は、“止められた”材料を溜りの外へ吹き飛ばし得る程大きく、溜りは薄くなる。この個別的なアプローチは、ホットワイヤ開始工程を速度又はその他の状態から独立したものにする。
【００２４】
一つの他の実施形態において、ホットワイヤ処理及び溜り形成は、適応制御を用いたパルス技術を使って開始されてもよい。適応制御は、例えば、The  Lincoln  Electric  Companyのパルスガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ−Ｐ）において使用される。パルスガス金属アーク溶接は、"Process:  Pulsed  Spray  Metal  Transfer"と表題を付けられた、Lincoln  electric  Waveform  Control  Technology出版物，NX-2.70（２００４年８月）において示され、記述されている。当該出版物は参照によりその全体が取り込まれる。ワイヤとワークピースとの間に用いられる適応制御の波形は、立ち上げられたピーク値電圧又は電圧が安定化したか若しくは所望の値に到達した時間を示す。さらに代替において、パルスの数の計数又は所望の電流値が決定されてもよく、それらは、ホットワイヤ処理を開始するための、ワイヤ供給速度及び溜りが安定化する時点を間接的に示し得る。
【００２５】
図２は、図１のシステム１００によって使用される始動方法２００の一つの実施形態を、より具体的に示す。ステップ２１０において、電源１７０によって感知電圧が確立される。そして、ステップ２２０において、少なくとも一本のフィラーワイヤ１４０の遠位側端が、ワイヤ供給機１５０によってワークピース１１５に向かって前進させられる。一つの特定の実施形態において、感知電圧は、制御サブシステム１９５の命令の下でワイヤ電源１７０によってワイヤ１４０に加えられる感知信号による開路電圧（ＯＣＶ）である。例えば、感知及び電流制御部１９５は、感知電圧、例えば２４Ｖから７０Ｖの範囲の開路感知電圧を確立させるように、ホットワイヤ電源１７０に命令してもよい。しかしながら、他の例示的な実施形態において、より小さな感知電圧が使用されてもよい。例えば、感知電圧は３Ｖから１５Ｖの範囲であってもよい。一つの他の例示的な実施形態において、感知電圧は５Ｖから１５Ｖの範囲であり、一つの更に他の実施形態において、５Ｖから８Ｖである。
【００２６】
一つの特定の態様又は実施形態における感知電圧は、ワイヤ１４０の種類に関連して変化するものであってもよい。例えば、ステンレスワイヤに関する感知電圧は、６Ｖから９Ｖの範囲内に設定されてもよい。より高いニッケルワイヤ（より高い抵抗を有する）において、感知電圧は、わずかに高い電圧、すなわち鉄はわずかに低い電圧で設定又は操作されてもよい。代替的に、例えば、ワイヤ１４０が、ワイヤ芯と同じだけ伝導性ではない外側のコーティングを有する、より大きな押出しワイヤである場合に、５Ｖから１５Ｖの範囲の外側の適切な感知電圧が用いられてもよい。そのような場合、感知電圧は、２０Ｖに達してもよい。したがって、適切な感知電圧は、閾値電圧を規定してもよく、閾値電圧以上では、ワイヤ１４０とワークピース１１５との間のアークが存在し、閾値電圧以下では、電流が低減されるか又は切断され、“ホットワイヤ”の状態又はレベルに戻ってもよい。
【００２７】
さらに、本発明の例示的な複数の実施形態において、加えられた感知信号は、ワイヤ１４０を認め得るほどに加熱するために十分なエネルギーを供給しない。フィラーワイヤに感知信号を加える電源の一つの例示的な実施形態は、米国特許公開公報第２０１０／０１７６１０９号において示され、記述されている。当該公報は、参照によりその全体が取り込まれる。もちろん、他の実施形態において、感知信号／電圧が加えられている間に、少なくともいくらかの加熱が生じてもよい。
【００２８】
再び図２を参照すると、ワイヤがワークピース１１５に向かって前進させられる間に、ワイヤ１４０とワークピース１１５との間の接触がなされた場合に電圧の変化が検出されることができるように、感知又は電圧信号が監視される。前述されたように、ワイヤ１４０の遠位側端がワークピース１１５から離間したいくつかの実施形態において、測定されたＯＣＶは３ボルト以上になる。始動方法の第一の決定ステップ２３０において、ワイヤの遠位側端がワークピース１１５と接触したかどうかについて決定がなされる。そのような感知は、フィラーワイヤ１４０とワークピース１１５との間の電位差としてのＯＣＶの変化を感知すること、及び電流制御部１９５がＯＣＶの変化を測定又は監視するによって達成されてもよい。フィラーワイヤ１４０の遠位側端がワークピース１１５に対して短絡させられる（すなわち、ワークピースと接触する）場合、電圧は、ゼロボルト又はゼロボルト近くに落ちるものである。すなわち、例えば、感知される電圧は、ワイヤがワークピースと接触したときにゼロボルト又はゼロボルト近くに落ちることができる。いくつかの例示的な実施形態において、ワイヤとワークピースとの間の接触が確立されるまで、始動方法は、ワイヤがワークに触れるまでは流れる電流が存在しないようにワイヤに感知信号を繰り返し加えることに備える。より具体的には、電源１７０は感知レベルで起動され（turned  on）、ワイヤ１４０がワークピース１１５に向かって前進させられる間、ワイヤ１４０とワークピース１１５との間の実際の電圧が監視される。感知電圧又は信号は、ワイヤが接触をするときに、電流が流れる範囲で感知電流のみであるようなレベルである。ひとたびワイヤ１４０がワークピース１１５に触れると、“開”路電圧は存在せず、従って、監視される電圧はゼロになる。更なる例示的な実施形態において、電圧は、それが接触閾値レベルより低く落ちるかどうかを決定するために監視される。例えば、制御部１９５は、１ボルトの接触検出レベルを有してもよく、電圧がこの閾値レベルより低く落ちる場合に、接触がなされたか又は差し迫っていることが決定され、それによって以下に記述される更なる事象をもたらす。
【００２９】
ステップ２３０において、ワイヤ１４０とワークピース１１５との間の接触を決定するために、他の間接的な方法が用いられてもよい。例えば、他の接触指標は、ワイヤに対する押圧抵抗の感知を含んでもよい。
【００３０】
ひとたびワイヤ１４０がワークピース１１５と接触をすれば、後退ステップ２４０において、制御部１９５は、その後に感知信号を切り、ワイヤをワークピースから後退させる。したがって、ワークピースとの接触の検出時に、ワイヤ１４０は、後退させられ、感知信号は切られる。いくつかの実施形態において、ワイヤ１４０の後退は、予め定められた距離まで、又は予め定められた時間の間、一定の速度であってもよい。ワイヤ後退動作が開始するときに、電流がワイヤに供給される。この電流はアーク生成電流であってもよく、又はアーク生成電流よりも低いレベルの電流であってもよい。アーク形成ステップ２５０の一部として、ワイヤ１４０は後退を始め、ワイヤ１４０とワークピース１１５との間に隙間が生じる。後退が始まるときに、電源１７０によってアーク生成電流がワイヤ１４０に供給される。（アーク生成電流は、ワイヤの後退が開始される少し前、同時又は少し後に供給されてもよいことが留意される。）ワイヤ１４０が表面から離れるように後退させられるにときに、アーク生成電流は、ワイヤ１４０とワークピース／溜りとの間にワークを作り出す。
【００３１】
対象の方法の一つの態様において、アーク生成電流は、ワイヤ１４０とワークピース１１５との間にアーク形成電圧を提供するために、約５アンペアから約３０アンペアの範囲にわたる。一つの他の例示的な実施形態において、電流は、１０アンペアから２５アンペアの範囲にわたる。一つの他の態様において、アーク発生電流は、制御部１９５と電源１７０との間の定電流制御法の下で供給される。そのような実施形態において、アーク発生電流のレベルは予め定められており、電源１７０は、ワイヤ１４０とワークピース１１５との間にアークが確立されるような時間まで、その電流レベルを維持する。供給されるアーク電流は、ＧＭＡＷショートアーク又はパルス型溶接工程を使用して供給されてもよい。
【００３２】
アーク発生電流は感知信号が停止された直後に加えられ、感知信号が即座にアーク発生電流に変換するようにしてもよいことが留意されるべきである。一つの他の例示的な実施形態において、感知信号の停止とアーク発生信号との間の時間差が存在してもよい。アーク発生電流が加えられている間、ワイヤ１４０はいまだ、アークが作り出され且つ検出される時間まで、後退させられている。本発明の一つの例示的な実施形態において、ワイヤ１４０とワークピース１１５との間の電圧は監視されており、電圧がアーク発生レベルに到達した場合に、制御部１９５はアークが作り出されたことを決定するようになっている。したがって、このアーク検出電圧閾値が到達された場合に、アークが作り出されたことが決定される。
【００３３】
ひとたびアーク検出電圧閾値が到達されてアークの生成が示されると、ワイヤ１４０の後退は停止され、溶融溜りが形成し始め、ワイヤはワークピース１１５に向かって再び前進させられる。その後、ワイヤ１４０は、溜りが形成し始め、安定化する間前進させられてもよい。いくつかの実施形態において、アークの検出と再前進との間の時間は、５０ミリ秒から５００ミリ秒の範囲内である。この前進及びアーク制御は、ＧＭＡＷショートアーク又はパルス型溶接工程について使用される前進及び制御と同様であってもよい。複数の例示的な実施形態において、アークはその後、ワイヤ１４０が前進している間に、十分な寸法及び安定性の溶融溜りを確立するために十分な時間の間、維持される。例えば、いくつかの例示的な実施形態において、アーク発生電流は、アークが確立された後に予め定められた時間の間だけ維持される。時間の経過の後、溶融溜りが作り出されていることが推定される。一つの例示的な実施形態において、予め定められた時間は、３００ミリ秒（ｍｓ）よりも長いことはなく、複数の他の例示的な実施形態において、予め定められた時間は、１００ｍｓよりも長いことはない。
【００３４】
始動方法の複数の他の例示的な実施形態において、溶融溜り１１６の形成についてワークピース１１５を監視する、第二の決定ステップ２６０が利用される。そのようなステップにおいて、ワークピース１１５の表面は、溶融溜りが作り出されているかどうか、及びその溜りは十分な寸法又は安定性のレベルに到達しているかどうかを決定するために監視される。例えば、溜りの幅を評価するために、電子シャッターを備える高速度カメラが使用されてもよい。より具体的には、溜りの安定性を決定するために溜り／付着物（deposit）の外形の変化を観察するために高速度ビデオカメラが使用されることができる。一つの他の実施形態において、溶融溜りの安定性は、間接的な方法によって決定される。例えば、電源１３０は、アーク発生の際のワイヤ１４０とワークピース１１５との間の電流及び／又は電圧を監視する。電圧及び電流は、溜りが安定化するまで変動又は振動する。したがって、溜りの安定性は、電流及び電圧の安定化又は実質的に上記の振動が無いことによって示され得る。そのような実施形態において、溜りは、安定な溶融溜りが形成されたことが満足のいくように決定されるまで監視される。始動方法２００の本実施形態は、ワイヤ１４０とワークピース１１５との間のアークを維持することを提供する。いくつかの例示的な実施形態において、溜り監視の手法は、アーク発生電圧レベルの監視の代わりに利用されることができる。いずれの手法も、溶融溜りが十分に作り出されたときを決定するために、それら自体（単独）で、又は一緒に使用されることができる。
【００３５】
ひとたび安定した溶融溜りがワークピース１１５上に形成されたこと及び／又はアークが作り出された後に一定の時間が経過したことが決定されると、アーク発生電流は停止され、ワイヤ１４０が溶融溜り１１６の中に前進させられるにつれて、加熱電流の電力がワイヤ１４０に供給される。ワイヤは、所望のワイヤ供給速度で溜りの中に前進させられる。これは、ステップ２７０において起こる。より具体的には、ひとたびワイヤ１４０とワークピース１１５との間のアークが安定した溶融溜り１１６をワークピース１１５に形成したことが決定されると、ワイヤ１４０の後退は停止され、前進ステップ２７０ａにおいて、ワイヤは、再びワークピース１１５に向かって、溶融溜り１１６の中に前進させられる。同時に、ワイヤ加熱ステップ２７０ｂにおいて、加熱電流が、電力供給源１７０又は別個のホットワイヤ電力供給源からワイヤ１４０に継続的に加えられる。一つの実施形態において、加熱電流は、アーク形成閾値レベルよりも低い。一つの特定の実施形態において、ワイヤ加熱電流は、アーク形成閾値よりも低く、例えば１０−２０ボルトよりも低い。ホットワイヤ処理の間、アークが発生する可能性があるが、ホットワイヤ電力供給源は、それらがホットワイヤ処理を不安定化させ得る前にアークを消滅させる。しかしながら、アーク加熱電流は、ワイヤ１４０をその融解温度又はその融解温度近くに加熱するために十分である。
【００３６】
溜り維持ステップ２７０ｃにおいて、ホットワイヤ処理中の溶融溜りの安定性を維持するために、高強度の熱供給源（例えば、レーザービーム１１０又はＧＭＡＷアーク）は、溶融溜りに加えられる。様々な例示的な実施形態において、ビーム１１０（又はその他の熱供給源）は、開始工程の間に様々な時に溜りに提供されることができる。例えば、いくつかの実施形態において、ビーム１１０は、開始工程の始めに起動されることができ、又は、それは接触が検出された後に起動されることができ、又は、それはアークが作り出された後に起動されることができ、又は、それはアーク発生電流が切られた後に起動されることができる。溶融溜り１１６が安定であり且つフィラーワイヤ１４０が継続的又は周期的に溜りの中にワイヤの融解温度又は融解温度近くで供給されることによって、始動方法は完了され、ホットワイヤ処理２８０が実行されることができる。ホットワイヤ処理は、例えば、米国特許公開公報第２０１１／０２９７６５８号又は米国特許公開公報第２０１０／０１７６１０９号に示され、記述される。各公報は、参照により全体が取り込まれる。
【００３７】
図３に図式化されるような始動方法３００の一つの代替的な実施形態において、第二の決定ステップにおける溶融溜りの形成の決定の代わりに、代替的な方法は、確立されたフィラーワイヤ１４０とワークピース１１５との間のアークが閾値を超えたかどうかを決定すること（ステップ）を提供する。より具体的には、代替的な始動方法は、最初のステップ３１０における、先に記述された方法での感知電圧の確立を提供する。前進ステップ３２０において、抵抗性のフィラーワイヤ１４０の遠位側端がワークピース１１５に向かって前進させられ、第一の決定ステップ３３０において、ワイヤの遠位側端がワークピース１１５と接触したかどうかについての決定がなされる。この場合も同様に、フィラーワイヤ１４０の遠位側端がワークピース１１５に短絡され（すなわち、ワークピースと接触し）、電圧は、接触閾値電圧よりも下に落ちるものである。したがって、測定される電圧信号は、ワイヤがワークピースに接触する場合に、ゼロ又は約ゼロとなるものである。ワイヤとワークピースとの間の接触が決定されるまで、始動方法３００は、ワイヤ１４０がワークピース１１５に向かって前進させられている間、電圧（例えば、ＯＣＶ）の繰り返しの確立若しくは維持及び監視を提供する。
【００３８】
前に記述された始動方法２００と同様に、ひとたびワイヤ１４０がワークピース１１５と接触すると、後退ステップ３４０においてワイヤはワークピースから後退させられ、感知電圧信号は停止され、アーク発生電流はワイヤ１４０に加えられる。対象の方法の下で、アーク形成ステップ３５０において、ワイヤ１４０はワークピース１１５から継続的に後退させられ、電流は、増大し且つ／或いはワイヤ１４０とワークピース１１５との間にアークが確立されるまで、溶融溜りの形成のために加えられる。
【００３９】
一つの他の例示的な実施形態において、第二の決定ステップ３６０において、フィラーワイヤ１４０とワークピース１１５との間のアーク電圧が監視され、電圧が閾値、例えば１０−２０ボルトを超えているか、又はより具体的に１５ボルトを超えているかどうかについての決定がなされる。追加的又は代替的に、閾値電圧はワイヤの種類、材料移送機構例えばショートアーク又はパルス、及び／又は使用されているシールドガスに関連して変化するものであってもよい。例えば、アーク電圧を確立するためにショートアークＧＭＡＷ技術が使用される鋼鉄のフィラーワイヤに関しては、１５ボルトが閾値電圧を規定してもよい。アークを確立するためにＧＭＡＷ−Ｐを使用する鋼鉄のホットワイヤ処理においては、１８−２５ボルトが適切であり得る。閾値電圧は、ワークピース１１５上の安定した溶融溜り１１６の形成を示す。例えば、閾値電圧は、その下でアークが形成されることが知られている大きさのものであってもよい。ひとたび閾値電圧が超えられたことが決定されると、ワイヤの後退は停止され、前進ステップ３７０ａにおいて、ワイヤは、再びワークピース１１５に向かって前進させられる。ワイヤが追加されると、安定した溜りが形成し始め、電力供給源１７０はアークを切り、ワイヤが溶融溜り１１６の中に浸ることを可能にする。同時に、ワイヤ加熱ステップ３７０ｂにおいて、加熱電流がワイヤ１４０に加えられ、ワイヤ１４０をその融解温度又はその融解温度近くで加熱する。溜り維持ステップ３７０ｃの下で、溶融溜り１１６の安定性は、溶融溜り１１６へのレーザービーム１１０の適用によって維持される。この場合も同様に、複数の他の実施形態において、レーザービーム１１０は様々な時に起動されることができる。溶融溜り１１６が安定であり且つフィラーワイヤ１４０が溜りの中にワイヤの融解温度又は融解温度近くで供給されることによって、始動方法は完了され、ホットワイヤ処理２８０／３８０が実行されることができる。ホットワイヤ処理２８０／３８０は、例えば、米国特許公開公報第２０１１／０２９７６５８号又は米国特許公開公報第２０１０／０１７６１０９号に示され、記述されるホットワイヤ処理を使用して実行される。
【００４０】
このようにして、上に記述された複数の実施形態において、最初のアークの熱が、最初の溶融溜りを作り出し、レーザー（又はアーク）、ホットワイヤ処理を始めるために使用される。ホットワイヤ処理の間中ずっとスパッターを最小化させること及び／又は溶融溜り内のフィラーワイヤの融合を避けることもまた、望ましい。それに応じて、対象の工程の複数の実施形態は、安定した方法で、例えば、ワイヤとワークピースとの間のアークの形成をすることなくワイヤが溶融溜りから取り除かれることができる、ホットワイヤ処理を停止させる方法を含む。概して、ホットワイヤ処理の停止の複数の実施形態のそれぞれは、溶融溜りを維持すること（ステップ）、及びワイヤの遠位側端が融解するか又は“焼け”て溶融溜りとの接触が外れるように、ワイヤを加熱すること（ステップ）を提供する。
【００４１】
図４に示されるものは、停止方法４００の一つの実施形態である。進行中のホットワイヤ処理と共に開始され、電流終止ステップ４１０は、ワイヤへの電源１７０からの加熱電流を終わらせること又は切ることを提供する。加熱電流は、手動で切られてもよく又は代替的に感知すること及び電流制御サブシステム１９５によって自動で切られてもよい。図４の特定の実施形態において、ひとたび加熱電流が終止されると、供給量低減ステップ４２０において、溶融溜り１１６へのワイヤ供給量は低減される。一つの特定の実施形態において、ワイヤ供給の速さは、停止であってもよい。加熱電流及びワイヤ供給速さの両方を低減すること（ステップ）４１０，４２０の間、対象の停止工程のうちの少なくとも一つの実施形態の維持ステップ４３０において、溶融溜りは維持される。維持ステップ４３０において、レーザービーム１１０が溶融溜りに適用され、その安定性を維持するようにする。
【００４２】
周期の最後に、ビーム１１０がなおも適用されている間に、対象の方法のパルスステップ４４０は、ワイヤ１４０への複数の電流パルスの適用を提供し、ワイヤ１４０を溜りから焼き戻すか又は除去する。方法４００の一つの例示的な実施形態において、感知及び電流制御サブシステムは、フィラーワイヤに電流パルスを加えるように電源１７０を制御する。電流パルスは、ワイヤ材料を溶融溜りの中に移転させる、より具体的には溶融溜りからワイヤの長さを除去するために、十分な大きさのものであってもよい。したがって、繰り返しの電流パルスは、ワイヤの遠位側端を溶融溜りの外に“焼き戻す”ために十分である。その例示的な実施形態は、電流パルスがワイヤとワークピース１１５との間のアークを開始しない電流レベルのものであることをもたらす。例えば、電圧及び／又は電流は、電流がアーク発生レベルよりも低いままであることを確かにするために、パルスの間監視されてもよい。複数の電流パルスに対して代替的に、単一の電流パルスがワイヤを溶融溜りから焼き出すために適切な立ち上がり時間、持続時間及び電流を有するならば、単一の電流パルスが使用されてもよい。
【００４３】
複数の例示的な実施形態において、電流パルスは、ワイヤ１４０の遠位側端が溶融溜りの外に出て、十分に溜り１１６から除去されるまで加えられる。したがって、一つの実施形態において、対象の停止方法４００は、ワイヤ１４０の遠位側端が溶融溜りの外に出ているかどうかを決定するための決定ステップ４５０を含む。例えば、ワイヤ１４０の遠位側端とワークピース１１５との間の電圧は、パルスステップ４４０の間、継続的に監視されてもよい。ひとたび監視された電圧がワイヤの溶融溜りからの分離を示す値を超えると、ホットワイヤ電流は、終了ステップ４６０で終止されてもよい。ホットワイヤ処理の終止は、レーザー及び／又はワイヤ１４０に電流パルスを供給している電源１７０を切ることのうちの一つ又はそれ以上を含んでもよい。複数の他の実施形態において、その工程は、予め定められた数の電流パルスの後、又は予め定められた時間のパルスの開始の後に、終止されてもよい。一つの他の態様において、ワイヤはパルスの終止によって溜りから除去され、溜りがワイヤの最後の液滴から安定化することができるまで、レーザーは作動したままである。一つの他の態様において、レーザーは下降させられ、引き抜かれたワイヤによって残される“クレーター”又はくぼみを冷却すること及び溜りを凝固させることを遅くする。
【００４４】
ホットワイヤ処理を停止するための方法の一つの他の実施形態は、図５に示されている。この停止方法において、フィラーワイヤ供給が停止され又は代替的に溶融溜りから後退させられ、加熱電流は後退の間ワイヤ１４０になおも加えられている。ワイヤへの電流及び／又はワイヤとワークピースとの間の電圧は、ワイヤの遠位側端とワークピースとの間のアーク形成の発生について監視される。ワイヤへの加熱電流はアークの形成の直前に終止され、ホットワイヤ処理は終結の状態とされる。
【００４５】
より具体的には、図５は進行中のホットワイヤ処理を示す。ステップ５１０ａで、溶融溜りへのワイヤ供給は、手動で又はワイヤ供給機１５０の自動制御によって停止される。代替的に、その工程は、後退ステップ５１０ｂを含んでもよい。後退ステップ５１０ｂにおいて、ワイヤ供給機１５０は、フィラーワイヤ１４０を溶融溜り１１６から後退させるように運転される。いずれのステップにおいても、加熱電流は維持される。いくつかの例示的な実施形態において、加熱電流は維持されるが、ホットワイヤ処理中の加熱電流レベルよりも低いレベルで維持される。例えば、引き下げられた加熱電流は、引き下げに先行するホットワイヤ処理の９０％又は９０％より小さい。維持ステップ５２０において、溶融溜りは、別個の高強度エネルギー源、例えばレーザービーム１１０によって安定した状態に維持される。
【００４６】
ワイヤ供給が停止され且つ／或いはワイヤ１４０が溶融溜り１１６から後退させられると共に、監視ステップ５３０においてワイヤへの加熱電流が監視され、ワイヤ１４０の遠位側端とワークピース１１５との間にアークがまさに形成しようとしているかどうかを決定するために、決定ステップ５４０が実行される。代替的に又は加えて、監視ステップは、ワイヤ１４０とワークピース１１５との間の電圧の監視を含んでもよい。一つの特定の実施形態において、決定ステップは、システム１００の予知回路（premonition  circuit）によって実行されてもよい。上記の予知回路は、監視された電流及び／又は電圧の評価によって、ワークピース／溶融溜りとワイヤ１４０の遠位側端との間にアークが形成しようとしているかどうかを決定することができる。
【００４７】
予知回路は、アーク溶接に関する技術分野においてよく知られており、システム１００及び／又は制御部１９５及び／又は電源１７０内に実装されてもよい。例えば、システム１００の予知回路の一つの例示的な実施形態は、感知及び電流制御部１９５内に構成されてもよく、フィラーワイヤ１４０とワークピース１１５との間の電位差（ｄｖ／ｄｔ）、フィラーワイヤ１４０及びワークピース１１５を通る電流（ｄｉ／ｄｔ）、フィラーワイヤ１４０とワークピース１１５との間の抵抗（ｄｒ／ｄｔ）又はフィラーワイヤ１４０及びワークピース１１５を通る電力（ｄｐ／ｄｔ）のうちの一つの変化の速さの一つ又はそれ以上を測定してもよい。変化の速さが所定の値又は閾値を超えた場合、感知及び電流制御部１９５は、接触の喪失がまさに起ころうとしていることを、測定から予測又は解釈する。より具体的には、加熱によりワイヤ１４０の遠位側端が高度に融解した場合に、その遠位側端はワイヤ１４０からワークピース１１５の上へくびれ切れ始める可能性がある。ワイヤとワークピースとの間の接触が完全に失われた場合、認め得るほどにゼロボルトよりも大きな電位差（すなわち、電圧レベル）が、感知及び電流制御部１９５によって測定されうる。この電位差は、ワイヤ１４０の新たな遠位側端とワークピース１１５との間にアークを形成させ得る。したがって、ワイヤとワークピースとの間の電圧の変化の速さは、アークが形成することが知られている既知の閾値へのその接近について監視されてもよい。代替的に、電流レベル、ワイヤ内の抵抗レベル及び／又はワイヤへの電力レベルが、アーク形成の前の時点を決定するために監視されてもよい。例えば、分離電圧及び／又は電流レベルは、分離が起こったか又は起こるかどうかを決定するために利用されることができ、このレベルが到達されるか又は超えられた場合に、ワイヤ１４０が溜り１１６から分離したことが決定される。代替的に、このレベルは、差し迫ったアークの生成を、分離の検出として検出するアーク発生レベル（電圧、電流、電力等）であってもよい。
【００４８】
ひとたびワイヤ１４０とワークピース１１５との間にアークがまさに形成しつつあること及び／又はワイヤ１４０が溜り１１６から分離したことの決定がなされると、電流終止ステップ５５０において、ワイヤへの加熱電流は終止される。ひとたび監視された電圧がワイヤの溶融溜りからの分離を示す値を超えると、終了ステップ５６０で、ホットワイヤ処理は終止されてもよい。停止工程５００はワイヤ１４０とワークピース１１５との間のアーク形成の直前の点に進行するため、加熱電流が終止されたときに、ワイヤの遠位側端は溶融溜り１１６の外側に位置付けられる。ホットワイヤ処理は、レーザー電源１３０が切られるステップ５６０で完全に終止される。
【００４９】
図６は、停止方法６００の一つの他の実施形態である。進行中のホットワイヤ処理と共に開始され、運動停止ステップ６１０は、ワークピース１１５、レーザー１２０及び／又はワイヤ１４０の間の相対的な動きを停止すること（ステップ）を提供する。図６の特定の実施形態において、ひとたび相対的な運動が終止されると、供給速さ低減／停止ステップ６２０において、溶融溜り１１６へのワイヤ供給の速さは、低減及び／又は停止される。システムの複数の構成要素の間の相対的な運動及び供給速さの両方を低減／停止すること（ステップ）６１０，６２０の間、対象の停止工程のうちの少なくとも一つの実施形態の維持ステップ６３０において、溶融溜り１１６は維持される。維持ステップ６３０において、レーザービーム１１０が溶融溜りに適用され、その安定性を維持するようにする。
【００５０】
周期の最後に、ビーム１１０がなおも適用されている間に、対象の方法のパルスステップ６４０は、ワイヤ１４０への加熱電流の適用を提供する。方法６００の一つの例示的な実施形態において、制御サブシステム１９５は、フィラーワイヤ１４０に加熱電流を加えるように電源１７０を制御する。同時に又は続いて、後退ステップ６５０において、ワイヤは溶融溜り１１６から、ワイヤが溜りから離れる（breaks）点へ後退させられる。方法６００の一つの特定の実施形態において、予知回路が用いられ、ワイヤは既知のポイントで加熱され（６４０）、後退させられ（６５０）、また、離されてもよい。ワイヤ１４０が離れると、ワイヤのエクステンションが溶融溜り１１６から延びたままになる可能性がある。レーザー１２０及びビーム１１０は、溶融溜り１１６から延びるエクステンションを焼く。ホットワイヤ処理の終止は、ステップ６７０においてレーザー及び／又は電源１７０を切ることのうちの一つ又はそれ以上を含んでもよい。
【００５１】
先に述べたように、本発明の複数の実施形態は、レーザーの代わりにＧＭＡＷ／ＭＩＧシステムと共に利用されることができる。また、ＧＴＡＷ型システムも、本明細書において記述されたように、高強度の熱を供給するために使用されることができる。ＧＭＡＷ／ＭＩＧ処理を利用する場合、開始工程及び停止工程は、概して本明細書において記述したようなものである。いくつかの例示的な実施形態において、上述したように、ホットワイヤ処理におけるアーク開始に先立ってＧＭＡＷ／ＭＩＧ／ＧＴＡＷが開始される（アークが開始される）。そのような例示的な実施形態において、ＧＭＡＷ／ＭＩＧ／ＧＴＡＷアークが開始され、溶融溜りが形成されるようにアークが前進させられる。その後、ホットワイヤ開始工程が開始される。複数の他の実施形態において、ＧＭＡＷ／ＭＩＧ／ＧＴＡＷアークの開始の少し前にホットワイヤ処理を開始することが有益であり得る。しかしながら、遅延は、ひとたびＧＭＡＷ／ＭＩＧ／ＧＴＡＷアーク生成が開始されればホットワイヤ処理が適切な時間に開始が可能であるように、長過ぎないようにすべきである。
【００５２】
システム１００の図１及び以上の記述は、ホットワイヤ処理のための対象の複数の開始及び／又は停止方法のうちのいずれかを実行するためのシステムの大まかな構成要素の記述を提供する。米国特許出願公開第２０１１／０２９７６５８号、米国特許出願公開第２０１０／０１７６１０９号に記述されているものは、対象の開始及び／又は停止方法及び関連するホットワイヤ処理を実行するためのシステム１００の、代替的又は追加的な複数の実施形態である。これらの出願のそれぞれは、参照によりその全体が取り込まれる。
【００５３】
本発明は、ある複数の実施形態を参照して記述されたが、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ることができ、均等物が置換され得ることが、当業者によって理解されるであろう。加えて、特定の状況又は材料に適応するために、本発明の教示に対してその範囲から逸脱することなく、多くの改良がなされてもよい。したがって、本発明は開示された特定の複数の実施形態に限定されず、本発明は添付の特許請求の範囲内に含まれる全ての実施形態を含み得ることが、意図されている。
【符号の説明】
【００５４】
１００  システム                ３３０  決定ステップ
１１０  レーザービーム          ３４０  後退ステップ
１１５  ワークピース            ３５０  形成ステップ
１１６  溜り（puddle）          ３６０  決定ステップ
１１７  溜り（puddle）          ３７０ａ  前進ステップ
１２０  レーザー装置            ３７０ｂ  加熱ステップ
１２５  方向                    ３７０ｃ  維持ステップ
１３０  電源                    ３８０  工程  
１４０  フィラーワイヤ          ４００  停止方法
１５０  ワイヤフィーダ          ４１０  終止ステップ
１６０  接触管                  ４２０  低減ステップ
１７０  電源                    ４３０  維持ステップ
１８０  制御部                  ４４０  パルスステップ
１９０  ロボット                ４５０  決定ステップ
１９５  制御サブシステム        ４６０  終了ステップ
２００  始動（start-up）方法    ５００  停止工程
２１０  ステップ                ５１０ｂ  後退ステップ
２２０  ステップ                ５２０  維持ステップ
２３０  決定ステップ            ５３０  監視ステップ
２４０  後退ステップ            ５４０  決定ステップ
２５０  形成ステップ            ５５０  終止ステップ
２６０  決定ステップ            ５６０  終了ステップ
２７０  ステップ                ６００  停止方法
２７０ａ  前進ステップ          ６１０  運動停止ステップ
２７０ｂ  加熱ステップ          ６３０  維持ステップ
２７０ｃ  維持ステップ          ６２０  低減／停止ステップ
２８０  工程                    ６４０  （パルス）ステップ
３００  始動方法                ６５０  後退ステップ
３１０  開始ステップ            ６７０  終止ステップ
３２０  前進ステップ
【図１】
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【図１Ａ】
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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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