(57)【要約】      （修正有）【課題】回転消耗品を用いる溶接のためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】溶接作業中に溶接消耗品１４０を移動させる溶接システム及び方法が提供され、ここで、消耗品は溶接中に溶接コンタクトチップの下流に移動される。消耗品がコンタクトチップを離れた後、及び、消耗品が溶接作業の溶融池に到達する前に、消耗品を移動させるワイヤ操作装置１３５が提供される。消耗品は溶接中に異なるパターンで移動させてもよく、ワイヤ供給速度等のような溶接プロセスパラメータは、ワイヤの移動に基づいて変更されてもよい。【選択図】図１
2017154184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接システムであって、
溶接作業中に溶接消耗品に溶接電流を提供する溶接電力供給装置と、
コンタクトチップを備える溶接トーチであって、前記溶接消耗品が前記コンタクトチップを介して前記溶接作業に送られる、溶接トーチと、
ワイヤマニピュレータと前記ワイヤマニピュレータを移動させるための機構とを備えるワイヤ操作装置であって、前記マニピュレータは前記コンタクトチップと前記溶接作業との間に位置決めされる、ワイヤ操作装置と、を備え、
前記操作装置が、前記コンタクトチップの中心線に対して前記コンタクトチップの下流に前記溶接消耗品を移動させる、
溶接システム。
【請求項２】
前記コンタクトチップは、前記溶接作業中に母材間のギャップに対して一定の位置に維持される、請求項１に記載の溶接システム。
【請求項３】
前記ワイヤ操作装置は、前記溶接消耗品の先端が前記溶接作業に対して円形パターンで移動されるように、前記溶接消耗品を移動させる、請求項１に記載の溶接システム。
【請求項４】
前記溶接作業のギャップは溶接方向に対する横方向距離を有し、前記円形パターンの直径は前記横方向距離よりも大きい、請求項３に記載の溶接システム。
【請求項５】
前記ワイヤ操作装置は、前記溶接作業中に前記コンタクトチップの下流の前記溶接消耗品の移動を変更する、請求項１に記載の溶接システム。
【請求項６】
前記ワイヤ操作装置は、前記溶接作業中に前記円形パターンの半径を変更する、請求項３に記載の溶接システム。
【請求項７】
ワイヤ供給速度、溶接電流、溶接電圧、突出し長さ、又は移動速度のうちの少なくとも１つが前記溶接作業中に変更される、請求項１に記載の溶接システム。
【請求項８】
ワイヤ供給速度、溶接電流、溶接電圧、突出し長さ、又は移動速度のうちの少なくとも１つが、前記ワイヤ操作装置によって、前記溶接消耗品の移動に基づいて、前記溶接作業中に変更される、請求項１に記載の溶接システム。
【請求項９】
前記マニピュレータは、前記溶接消耗品が貫通するのど部分を有し、前記のど部分は、前記溶接消耗品よりも直径が大きい狭のど部分を有する、請求項１に記載の溶接システム。
【請求項１０】
前記のど部分は、前記狭のど部分に連結する角度付面を有する、請求項９に記載の溶接システム。
【請求項１１】
溶接方法であって、
溶接作業中に溶接消耗品に溶接電流を提供することと、
前記溶接作業中に溶接トーチ上のコンタクトチップを介して前記溶接消耗品を前進させることと、
ワイヤマニピュレータを有するワイヤ操作装置により前記溶接消耗品を移動させることであって、前記マニピュレータは前記コンタクトチップと前記溶接作業との間に位置決めされることと、を含み、
前記操作装置が、前記コンタクトチップの中心線に対して前記コンタクトチップの下流に前記溶接消耗品を移動させる、
溶接方法。
【請求項１２】
更に、前記コンタクトチップを、前記溶接作業中に母材間のギャップに対して一定の位置に維持することを含む、請求項１１に記載の溶接方法。
【請求項１３】
更に、前記溶接消耗品の先端が前記溶接作業に対して円形パターンで移動されるように、前記溶接消耗品を移動させることを含む、請求項１１に記載の溶接方法。
【請求項１４】
前記溶接作業のギャップは溶接方向に対する横方向距離を有し、前記円形パターンの直径は前記横方向距離よりも大きい、請求項１３に記載の溶接方法。
【請求項１５】
更に、前記溶接作業中に前記コンタクトチップの下流の前記溶接消耗品の移動を変更することを含む、請求項１１に記載の溶接方法。
【請求項１６】
更に、前記溶接作業中に前記円形パターンの半径を変更することを含む、請求項１３に記載の溶接方法。
【請求項１７】
更に、前記溶接作業中に、ワイヤ供給速度、溶接電流、溶接電圧、突出し長さ、又は移動速度のうちの少なくとも１つを変更することを含む、請求項１１に記載の溶接方法。
【請求項１８】
更に、前記ワイヤ操作装置によって、前記溶接消耗品の移動に基づいて、前記溶接作業中に、ワイヤ供給速度、溶接電流、溶接電圧、突出し長さ、又は移動速度のうちの少なくとも１つを変更することを含む、請求項１１に記載の溶接方法。
【請求項１９】
更に、前記溶接消耗品を前記マニピュレータ内ののど部分に貫通させることを含み、前記のど部分は、前記溶接消耗品よりも直径が大きい狭のど部分を有する、請求項１１に記載の溶接方法。
【請求項２０】
前記のど部分は、前記狭のど部分に連結する角度付面を有する、請求項１９に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
装置、システム、及び方法は、回転消耗品を用いる溶接のための本発明のシステム及び方法の実施態様と一致し、より詳細には、ギャップ幅を低減するために回転消耗品を用いる溶接のためのシステム及び方法と一致する。
【背景技術】
【０００２】
様々な手法が、母材を共に溶接／接合するために開発されてきた。これらの技術が進歩するにつれて、特殊溶接プロセスを必要とするより複雑な材料が接合されている。例えば、液化天然ガスタンク用等の高応力及び強度用途に用いられる材料を接合するために用いられるそれらの溶接プロセスは、特殊溶接−例えば、高ニッケル含有量を有する母材との−を必要とし、溶接プロセスにおいて極めて高価な消耗品を用いている。例えば、開放ルートギャップと、若しくは、裏当て金と、平坦又は水平、若しくは垂直な位置にでさえ溶接する場合、炭素鋼と比較して、溶融池の流動性低下のために、適切な側壁溶融を得ることは難しい。更に、Ｎｉ系材料同士を溶接する場合、ルートギャップを最小にすることが望まれるが、適切な側壁溶融を得るために、適切な溶接を保証することが望まれる。Ｎｉ系母材に対して、これは、ウィービングパターンで溶接トーチを前後にウィービングすることによって通常行われる。しかし、ウィービングパターンのために、オペレータが適切なウィービングを達成でき、側壁をむらなく溶け込ませるように、ルートギャップを広くしなければならない。この増加したギャップ幅は、溶接作業の時間を増加させ、より多くの消耗品を使用する。溶接中に磁界を介してアークをウィービングさせる努力が行われてきた。しかし、特に、高Ｎｉ系合金同士を溶接する場合に、母材の帯磁は望ましくない。従って、これらの種類の材料同士を溶接する、改良され、より効率的な方法が必要とされている。
【０００３】
従来の、伝統的な、及び提案されたアプローチの更なる制限及び欠点は、かかるアプローチと、図面を参照する本出願の残りの部分に記載するような本発明の実施形態との比較を通じて、当業者にとって明らかとなるであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の例示の実施形態は、消耗品が溶接トーチのコンタクトチップを離れた後に、溶接消耗品が機構によって回転される溶接システム及び方法である。トーチの移動は、ワイヤが回転する間に、溶接開先に対して直線経路に維持され、従って、従来のウィービングパターンを模している。しかし、磁化させる必要は無く、最小限のギャップ大きさと、最小限の消耗品の使用で満足な溶接を完了できる。
【０００５】
本発明の上記及び／又は他の態様は、以下の添付図面を参照して、本発明の例示の実施形態を詳細に説明することによってより明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施形態の例示の溶接システムを表す図である。
【図２】例示の溶接作業の概要を表す図である。
【図３】例示の溶接作業の更なる概要を表す図である。
【図４】例示の溶接作業の更なる概要を表す図である。
【図５Ａ】本発明の例示の溶接作業を表す図である。
【図５Ｂ】本発明の例示の溶接作業を表す図である。
【図６Ａ】例示の消耗品経路を表す図である。
【図６Ｂ】例示の消耗品経路を表す図である。
【図６Ｃ】例示の消耗品経路を表す図である。
【図６Ｄ】例示の消耗品経路を表す図である。
【図６Ｅ】例示の消耗品経路を表す図である。
【図６Ｆ】例示の消耗品経路を表す図である。
【図７】本発明の例示の消耗品経路を表す図である。
【図８】本発明の例示のワイヤ操作カラーを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
ここで、様々な、及び、代替の例示的な実施形態、並びに、同様の符号が実質的に同一の構造要素を表している添付図面に対して、詳細に参照する。各実施例は、説明のために提供しており、限定するものとして提供していない。実際に、本開示及び特許請求の範囲の適用範囲及び精神から逸脱することなく、変更及び変形が行われてもよいことは、当業者にとって明白であろう。例えば、一実施形態の一部として図示し、説明する特徴は、更に追加の実施形態をもたらすよう別の実施形態に関して用いられてもよい。従って、本開示は、添付特許請求の範囲及びそれらの均等物の適用範囲内に入るような変更例及び変形例を含むことを意図している。
【０００８】
本明細書中に説明する例示の実施形態は、特に、ＦＣＡＷ溶接作業に関連する使用に対して適用可能であり、従って、本発明の実施形態を、特にＦＣＡＷ溶接作業及びシステムに関して説明する。しかし、特許請求する発明は、幅広い用途を有し、例えば、ＧＭＡＷ又はサブアーク等の他の種類の溶接作業と共に用いられてもよい。加えて、以下の例示の実施形態を、半自動溶接作業に関して説明する。しかし、他の例示の実施形態は、自動又は手動のどちらか一方であってもよい。更に、本発明の実施形態を、高強度のＮｉ系材料に関して説明する一方で、本明細書中に説明する実施形態の利点は、異なる材料及び用途の多くの異なる溶接作業において達成することができる。
【０００９】
ここで図１に目を向けると、例示のＦＣＡＷ溶接システム１００が図示されている。公知のシステムと同様に、システム１００は、電力供給装置１０１、ワイヤ送給装置１０３、及びトーチ１１０を含んでいる。電力供給装置１０１は、溶接作業のために所望の溶接波形及び電力を供給することができる何らかの公知の電力供給装置であってもよい。電力供給装置１０１は、ソース１０５からケーブル１２０を介して溶接作業に対して（例えば、ＦＣＡＷ消耗品であってもよい）消耗品１４０を供給するワイヤ送給装置１０３と通信する。図示しないが、いくつかの溶接作業に用いることができるシールドガスシステムが存在する。消耗品１４０はトーチ１１０に送られ、トーチは、母材Ｗを溶接できるように、消耗品１４０を溶接作業に送られる。システムは、また、溶接作業を制御し、及び／又は、管理するコントローラ１３０を含むことができる。コントローラ１３０は、溶接作業の様相を制御することができる何らかの種類のコンピュータ又はマイクロプロセッサベースのシステムであってもよい。かかるコントローラは、一般に公知であり、本明細書中において詳細に説明する必要は無い。コントローラ１３０を、図１において別個の構成部品として示す一方で、それが、電力供給装置１０１等の別の構成部品の内側にあってもよく、別個の装置及び構成部品である必要が無いことは、言うまでもない。かかる溶接システムの構造及び動作は、当業者に知られており、それらの詳細を本明細書中で説明する必要は無い。
【００１０】
図１に更に示すように、例示のシステム１００は、例えば、コントローラ１３１、モータ１３３、及びワイヤマニピュレータ１３５を含む消耗品操作システムを含んでいる。以下でより完全に説明するように、ワイヤマニピュレータ１３５は、トーチ１１０のコンタクトチップの端部の下流−溶接中のコンタクトチップの先端と消耗品１４０の端部との間に位置している。モータ１３３は、いずれかの公知の種類のモータであってもよく、又は、（以下でより完全に説明するような）マニピュレータ１３５を所望の動作で動かすことのできる運動制御装置であってもよい。例えば、モータは、ソレノイド、ギヤ駆動機構、電動機等のいずれかの種類であってもよい。マニピュレータは、最適な溶接作業を提供するために消耗品１４０を所望のパターンで動かすよう用いられる。図示するように、消耗品１４０のこの動きは、消耗品の先端がコンタクトチップの中心線から外れて動くようなものである。これを、以下でより詳細に説明する。
【００１１】
図２は、例示の溶接作業の拡大図を示している。通常の溶接作業と同様に、トーチ１１０は、溶接開先の中心線より上に位置決めされる。トーチ１１０は、ノズル１１１と、消耗品１４０が溶接作業に対して貫通するコンタクトチップ１１２とを少なくとも有している。図示の実施形態において、２つの母材Ｗは、通常のベベル継手溶接作業において接合されている。上で言及したように、高強度Ｎｉ系材料同士を溶接する場合、この種類の継手は、溶接継手の最適な側壁溶込みを得るよう、トーチ１１０をウィービングパターンで移動させることを可能にするために、約１０ｍｍ以上の開先ギャップＧ幅を有する必要がある。これは、特に、母材の材料厚さが６ｍｍ以上の場合である。これらの溶接作業において、裏当て板が、通常、溶接ビードを形成することを助けるためにギャップの底部に用いられる。しかし、公知の溶接作業とは異なり、本発明の実施形態は、トーチ１１０又は母材Ｗをウィービングさせないが、代わりに、溶接中にアークを所望の位置に動かすよう、コンタクトチップ１１２の出口下流の消耗品１４０を物理的に操作する。説明したように、例示の実施形態において、消耗品１４０の動きは、物理的に達成され、磁石を介して達成されず、従って、母材Ｗを帯磁させる問題を回避している。
【００１２】
例示の実施形態において、ワイヤマニピュレータ１３５は、コンタクトチップ１１２の出口下流に位置決めされ、要望通りにワイヤを物理的に動かすことができる。リンク機構１３７は、マニピュレータ１３５をいずれかのモータ１３３又は他の移動機構に接続できる。リンク機構１３７は、要望通りに消耗品１４０を動かすために必要とされる何らかの種類のカムシステム、ギヤシステム、若しくはその他の装置又は構成部品を含んでいてもよく、以下でより完全に説明する。コンタクトチップ１１２下流の消耗品１４０を動かすことによって、トーチ１１０を左右に動かすか、アークを操作するために磁性体を用いる必要なく、所望の側壁溶込み並びに溶接品質及び強度を達成することができる。このため、本発明の実施形態は、６ｍｍ以上の材料厚さを溶接する場合に、ギャップＧの幅を著しく低減することができる。例えば、Ｎｉ系構成部品同士を溶接する場合、ギャップＧを３〜６ｍｍまで低減することができ、いくつかの実施形態においては、４ｍｍであってもよい。これは、溶接プロセスを大幅に加速させることだけではなく、使用される消耗品の量を著しく低下させ、結果として、公知の方法に勝る大幅な経済的及び品質的な利点をもたらす。
【００１３】
図３及び４は、マニピュレータ１３５が溶接作業中に消耗品１４０を様々な位置に動かしている溶接作業を示している。図示の通り、トーチ１１０は、（移動方向における）溶接ギャップの中心線に対して固定されたままである一方で、マニピュレータ１３５は、溶接ギャップに対してあるパターンで消耗品１４０を動かしている。図３及び４において、消耗品１４０は円形パターンに動かされている。この円形パターンは、消耗品１４０が母材Ｗを接触せず、溶接プロセス中に十分な側壁溶込みが達成されることを確実にするよう、ギャップ幅、材料厚さ、及び溶接突出し長さを少なくとも考慮に入れた半径を有している。
【００１４】
図５Ａ及び５Ｂは、消耗品１４０の任意の例示の溶接パターンの上面図を示している。明確にするために、図５Ａに示すような消耗品１４０の位置は、単に、溶接作業中の消耗品１４０の先端の位置である。また、明確にするために、マニピュレータ１３５は図示していない。図５Ａ及び５Ｂに示すように、消耗品１４０のパターンは円形パターンであり、トーチ１１０が（移動方向における）溶接ギャップの中心線に沿って移動するにつれて、消耗品１４０の先端は所望のパターンで移動する。図示の通り、トーチが位置ＡからＥまでを通って移動するにつれて、消耗品１４０の先端は円形パターンで移動する。この円形パターンは、ウィービングパターンを模しており、所望の側壁溶込みを獲得し、使用されるべき最小のギャップＧ幅を可能にする。
【００１５】
図５Ａに示す実施形態において、円形パターン（例えば、図５Ｂ）の半径は、上面図から、消耗品１４０の先端が溶接開先の側壁上に部分的に重なるようなものである。これは、上面図から、円形パターンの直径又は偏向がギャップＧの横方向距離よりも大きいため、消耗品１４０の先端が母材Ｗの少なくとも一部分の上で動かされている位置Ｂにおいて示されている。また、これは、正面図からの図３及び４において概して示されている。言い方を変えれば、パターンの半径（又は偏向量）は、溶接ギャップの底部から見た場合に、消耗品の先端が母材Ｗの底面によって覆い隠されるようなものである。かかる実施形態は、溶接中に所望の側壁溶込みを達成するために必要とされてもよい。他の例示の実施形態において、消耗品１４０の先端は、それが常に溶接のギャップ内に留まり、決して母材の一部の上で動かされないように移動される。これは、図５Ａの位置Ａ、Ｃ、Ｄ、及びＥにおいて概して図示されている。本発明の実施形態は、溶接中の中心線からの所望の最大側壁偏向を決定するよう、溶接開先の側壁の角度／峻度並びに開先厚さを考慮に入れてもよい。
【００１６】
図５Ａ及び５Ｂは、消耗品操作の略円形パターンを図示しているが、他のパターン及び実施形態が用いられてもよい。図６Ａ〜６Ｆは、他の可能性のある消耗品操作パターンを図示している。図６Ａは、アークがトーチの移動方向に対して後端方向に延在している半円形パターンを示している。図６Ｂは、反対の、半円形アークが移動方向と同じ方向に延在している場合を示している。無論、パターンは、完全な円形又は半円形のいずれか一方である必要はないが、１８０度未満又はそれを超えるいくつかの部分的に円形の（一定の半径を有する）アークであってもよい。例えば、アークは９０〜２７０度の範囲にあってもよい。他の例示の実施形態において、パターンは円形とは異なっていてもよい。例えば、図６Ｃ及び６Ｄは、楕円形、扁円形、又は長円形の消耗品パターンを示している。図６Ｃ及び６Ｄにおける形状の長軸は移動方向に対して垂直に示されているが、他の実施形態において、長軸は移動方向と整列されるか、移動方向に対してある角度で位置決めされていてもよいことに留意されたい。加えて、消耗品は、移動方向に対して直接垂直であるか（図６Ｅを参照）、移動方向に対して角度が付けられてもよい（図６Ｆを参照）直線パターンで物理的に操作されてもよい。実際、図示していないが、いくつかの実施形態では、消耗品は、必要に応じて、トーチの移動方向と一致して前後に揺動されてもよい。
【００１７】
上記の例示の実施形態は例示的であることを目的とし、他の消耗品移動パターンが溶接中に利用されてもよいことに留意されたい。実際、いくつかの例示の実施形態において、消耗品パターンの形状及び／又は大きさは、溶接作業中に変更されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、溶接作業の第１の部分は、第１の半径を有する円形消耗品パターンを用いてもよく、溶接の第２の部分は、第１のものとは異なる第２の半径を有している。同様に、他の実施形態は、円形パターンによる第１の部分、及び、楕円形又は直線パターンによる溶接の第２の部分を有してもよい。これは、必要に応じて、システムのコントローラを介して「実行中」に変更されてもよい。
【００１８】
加えて、溶接中に、コントローラ１３０は、溶接開先に対する消耗品の先端の物理的位置に基づいて、溶接中の他の溶接パラメータを変更できる。実際、コントローラ１３０は、消耗品の先端の位置決めに基づいて、ワイヤ供給速度、電流、電圧、突出し長さ、及びトーチの移動速度のうちのいずれか１つを変更できる。これは、図７を参照して更に説明する。
【００１９】
図７において、図７は、例示の溶接開先と、代表的な消耗品位置Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤを有する（開先の側面と部分的に重なる）円形消耗品パターンとの上面図である。図７のトーチの移動方向はＡからＤであり、すなわち、トーチは図の下方に移動している。本発明の例示の実施形態において、コントローラ１３０は、溶接電流／電圧、ＷＦＳ、突出し長さ、及び移動速度のうちの少なくとも１つ、全て、又はそれらの組み合わせが消耗品先端のパターン全体を通して一定であるように、電力供給装置１０１、ワイヤ送給装置１０３、及び／又はトーチ１１０を制御する。しかし、他の実施形態において、これは望ましいものでなくてもよく、消耗品先端の位置決めが開先におけるその位置に対して変化するにつれて、上記パラメータのうちの少なくとも１つ（全てであってもよい）が変化する。このうちのいくつかの例を以下で検討するが、制限する意図はない。また、様々なパラメータを個々に以下で検討するが、コントローラ１３０は、様々なパラメータに対する変更が所望の溶接品質及び結果を達成するよう必要に応じて組み合わされるように、作業を制御することができる。
【００２０】
ワイヤ供給速度（ＷＦＳ）
いくつかの例示の実施形態において、消耗品１４０のワイヤ供給速度は、作業中に変更されてもよい。例えば、位置Ａにおいて、第１のＷＦＳが用いられ、先端が位置Ｃに向かって移動するにつれて、ＷＦＳを減速させて側壁の高さとし、先端が位置Ｄに進むにつれて、ＷＦＳを再度加速することができる。更に、いくつかの実施形態において、ＷＦＳは点ＡとＢとの間で一定であってもよく、点Ｂに到達した時にのみ、ＷＦＳを減速させる。これは、側壁への溶込み過ぎ又は側壁との当接を防ぐため、及び／又は、側壁に到達する際の突出し長さを操作するために行ってもよい。実際、いくつかの実施形態において、ＷＦＳは点ＡとＤとの間で異なっていてもよい。例えば、先端の移動パターンは溶接ビード上に層を構築するために用いられてもよい。例えば、消耗品が点Ｄ（パターンの前縁）にある場合、消耗品はルートビードをギャップ内に置くために用いられてもよく、先端がその移動パターン（例えば、円形）の後端部分の点に到達した場合、消耗品は、追加の材料を点Ｄに作成されるルートパス上に置くために用いられてもよい。すなわち、点Ａにおける溶接作業は、既に置かれたルートビード（例えば、点Ｄに置かれたもの）に追加するものであってもよい。かかる実施形態において、（パターンの形状が移動方向／上面図においてコンタクトチップの中心を通る開先中心線と垂直な線によって半分に分割されると仮定すると）消耗品運動パターンの前半分に対する第１のＷＦＳと後半分に対する第２のＷＦＳとを有することが望まれてもよい。第２のＷＦＳは、所望の溶接作業性に応じて、第１のものよりも高速又は低速のどちらか一方であってもよい。無論、例示の実施形態において、第１のＷＦＳから第２のＷＦＳへの移行は、点変化とは対照的に、徐々に行われてもよい。例えば、ＷＦＳは、再度徐々に低下する前に、点Ｂから点Ｃまで徐々に（例えば、直線的に）増加してもよい。
【００２１】
電流／電圧
ＷＦＳの制御（上で検討したもの）と同様に、溶接波形のピーク及び／又は平均電流／電圧は、消耗品の先端の位置に基づいて変化させてもよい。すなわち、コントローラ１３０は、消耗品の先端の位置に基づいて溶接波形のパラメータを変更することができる。すなわち、先端が第１の位置（例えば、位置Ａ）にある場合、電流及び／又は電圧パラメータの第１のセットを有する第１の波形が用いられる一方で、第２の位置（例えば、位置Ｃ）において、電流及び／又は電圧パラメータの第２のセットを有する第２の波形が用いられてもよい。実際、いくつかの実施形態において、波形自体の構造は変化してもよい。例えば、点Ａにおいて、波形はパルス型溶接波形であり、点ＢとＣとの間では、波形はショートアーク型波形である。無論、これらの波形型は例示的であることを目的とし、限定する意図はなく、他の波形型が用いられてもよい。従って、ＷＦＳに関する検討と同様に、コントローラ１３０は、所望の溶接パラメータ及びワイヤが動かされる際の溶込みを達成するよう、消耗品の位置に基づいて溶接波形の様相を変化させることができる。
【００２２】
移動速度
再度、上記の検討と同様に、トーチ１１０の移動速度は、消耗品の先端の位置に基づいて（半自動又は自動溶接プロセスにおいて）制御することによって変更されてもよい。例えば、先端が点Ｃ、次いで、点Ａ及びＤのいずれか一方に近づくにつれてトーチ１１０を高速に移動させ、そのため、トーチ速度が、例えば、点ＢからＣまで加速され、次いで、点Ｄに向かって移動するにつれて減速することが望まれてもよい。無論、他の実施形態において、点Ａ及び／又はＤに近づくにつれてトーチを高速に移動させることが望まれてもよい。再度、所望の溶接ビードに応じて、コントローラ１３０はトーチの移動速度を制御できる。
【００２３】
突出し長さ
再度、上記の検討と同様に、消耗品１４０の突出し長さは、溶接中の消耗品１４０の先端の位置決めに基づいて、コントローラ１３０によって調整されてもよい。上記のように、溶接開先周辺に移動するにつれて、消耗品の移動中の突出し長さを変化させることが望まれてもよい。例えば、消耗品が移動方向中心線と垂直に直線的に動かされている場合、溶融池表面と消耗品の端部との間に一定の距離を維持することが望まれてもよい。例えば、消耗品１４０が点Ｃに近づくように、消耗品先端が開先の中心から点Ｃ（図７）まで移動するにつれて、チップ端部と溶融池との間に一定の距離を維持するよう、突出し長さを増加させる必要があってもよい。すなわち、移動の幾何学的側面（例えば、ピタゴラスの定理）のため、突出し長さを伸長すること無く、消耗品の先端と溶融池との間の距離は、中心からの角度が増加するにつれて増加する。従って、先端から溶融池までのギャップを維持すべき場合、コントローラ１３０は、突出し長さを維持させることができる。これは、例えば、ＷＦＳを増加／減少すること、及び／又は、トーチの高さを動かすこと等、多くの異なる方法で達成することができる。
【００２４】
上記パラメータを別々に検討したが、コントローラ１３０は、消耗品１４０の移動に基づき、上記パラメータのうちのいずれか１つ、全て、又は何らかの組み合わせを変更できることに留意すべきである。
【００２５】
本発明の例示の実施形態において、コントローラ１３０は、消耗品の位置決め及び溶接作業の制御側面を決定するよう、溶接作業からのフィードバックを用いることができる。いくつかの例示の実施形態において、コントローラ１３０は、消耗品の位置決めを決定するよう、操作システムからの位置フィードバックを用いる。例えば、モータ１３３及び／又はマニピュレータ１３５が監視されてもよい。更に、他の例示の実施形態は、電圧及び／又は電流フィードバックを監視することができ、この情報を用いて、状態テーブル、制御アルゴリズム等と共に、消耗品先端の位置決めを決定できる。無論、他の制御方法が、本発明の精神及び適用範囲から逸脱することなく、用いられてもよい。
【００２６】
図８は、コンタクトチップの下流に位置決めされ、ワイヤを移動させるために用いることができるワイヤマニピュレータ１３５の例示の実施形態を示している。図示の通り、マニピュレータ１３５は、消耗品が溶接作業に対して貫通するのど部８０１を有している。のど部８０１は、消耗品の直径よりもわずかに大きく、所望位置に消耗品を動かすようそれと当接する狭のど部分８０３を有している。また、のど部は、マニピュレータの各端部において、開口部が狭部分８０３よりも大きいように角度を成す角度付壁部分８０５を有している。これらの角度面８０５は、マニピュレータが動き回る際ののど部８０１を通る消耗品の角度を可能にしている。無論、他の幾何学的構成が、本発明の精神及び適用範囲から逸脱することなく、用いられてもよい。加えて、のど部の縁端及び角部は、消耗品１４０による滑らかな動きを可能にし、消耗品の擦傷又はガウジングを防ぐよう、湾曲していてもよい。更に、例示の実施形態において、マニピュレータ１３５は、熱に対する高い抵抗を有する誘電材料からできている。例えば、セラミック材料が用いられてもよい。シールドガスを溶接作業に対して必要とする範囲で、マニピュレータ１３５は、シールドガスが効果的に作用できることを確実にするための寸法及び形状を有するべきことに留意されたい。マニピュレータ１３５が大きすぎると、適切なシールドガス作用を妨げる恐れがある。
【００２７】
加えて、いくつかの例示の実施形態において、トーチ１１０のコンタクトチップ１１２は、消耗品１４０のための通路に対して、通路の出口においてベベル形縁部を有していてもよい。すなわち、いくつかの実施形態において、コンタクトチップ１１２の先端面における消耗品出口は、コンタクトチップの鋭角端部において消耗品の擦傷又はガウジングを防ぐよう、上で説明したような消耗品の動きを可能にするために傾斜している。
【００２８】
上で説明したように、マニピュレータ１３５は、所望の経路で消耗品を動かすことができる何らかの機械的手段によって動かされてもよい。例えば、カム又はギヤ構造が用いられてもよい。更に、図２、３、及び４はノズル１１２の縁端の下流にマニピュレータ１３５を示しているが、いくつかの実施形態において、マニピュレータの頂部は、ノズル内部に少なくとも部分的に位置してもよい。
【００２９】
本出願の開示する主題を、ある特定の実施形態を参照して説明してきたが、様々な変更が行われてもよく、請求する主題の適用範囲から逸脱することなく、均等物が代用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。加えて、多くの変形例が、特定の状況又は材料を、その適用範囲から逸脱することなく説明した主題の教示に適合させるよう、作成されてもよい。従って、説明した主題は開示した特定の実施形態に限定されないことを意図しているが、開示した主題が、本出願の適用範囲内に入る全ての実施形態を含むことを意図している。
【符号の説明】
【００３０】
１００  ＦＣＡＷ溶接システム
１０１  電力供給装置
１０３  ワイヤ送給装置
１０５  ソース
１１０  トーチ
１１１  ノズル
１１２  コンタクトチップ
１２０  ケーブル
１３０、１３１  コントローラ
１３３  モータ
１３５  ワイヤマニピュレータ
１３７  リンク機構
１４０  消耗品
８０１  のど部
８０３  狭のど部分
８０５  角度付壁部分
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
2017154184000001.pdf