(57)【要約】  システムは、溶接トーチアセンブリを備え、溶接トーチアセンブリは、溶接トーチアセンブリ内の運動制御アセンブリによって電極を所望のパターンで径方向に動かしながら、電力供給装置からの電力を用いて、電極と狭開先部によって離隔されたワークとの間に溶接アークを確立するように構成される。溶接トーチアセンブリはノズルを備える。ノズルを通して電極が送給され、ノズル内で電極が径方向に動かされる。
2016530107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチアセンブリを備えるシステムであって、該溶接トーチアセンブリは、該溶接トーチアセンブリ内の運動制御アセンブリによって電極を所望のパターンで径方向に動かしながら、電力供給装置からの電力を用いて、前記電極と狭開先部によって離隔されたワークとの間に溶接アークを確立するように構成され、該溶接トーチアセンブリはノズルを備え、該ノズルを通して前記電極が送給され、該ノズル内で前記電極が径方向に動かされるシステム。
【請求項２】
前記ノズルは、該ノズルの両側に配置された２つの別個の壁セクションを有する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ノズルは、前方壁セクションと、後方壁セクションと、該前方壁セクションの第１の端部を該後方壁セクションの第１の端部に接続する第１の側壁セクションと、該前方壁セクションの第２の端部を該後方壁セクションの第２の端部に接続する第２の側壁セクションとを有する請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記前方壁セクションおよび前記後方壁セクションは、双方とも略弧状であり、前記第１の側壁セクションおよび前記第２の側壁セクションは、双方とも略真っ直ぐかつ互いに平行である請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記ノズルは、前記狭開先部に対して後退可能である請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記溶接トーチアセンブリは、前記溶接アークの近位にシールドガスを送達する複数のガス送達チューブを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数のガス送達チューブは、前記電極と前記ノズルの前方壁セクションとの間の前方キャビティ内にシールドガスを送達する第１のガス送達チューブと、前記電極と前記ノズルの後方壁セクションとの間の後方キャビティ内にシールドガスを送達する第２のガス送達チューブとを含む請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数のガス送達チューブは、前記ノズルの前記壁セクションの前記電極とは反対側の側面にそれぞれ配置される請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記運動制御アセンブリは、前記電極がその内部を通して送給されるコンタクト要素を駆動し、前記電極を前記所望のパターンで径方向に動かす請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コンタクト要素の外部に配置された断熱材料を備える請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記システムは、複数の代替ノズルを有するノズル交換ステーションを備え、前記溶接トーチアセンブリは、前記ノズルを前記代替ノズルのうちの１つと置き換えるように構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
溶接トーチアセンブリを備えるシステムであって、該溶接トーチアセンブリは、該溶接トーチアセンブリ内の運動制御アセンブリによって電極を所望のパターンで径方向に動かしながら、電力供給装置からの電力を用いて、前記電極と狭開先部によって離隔されたワークとの間に溶接アークを確立するように構成され、該溶接トーチアセンブリは、前記電極の両側に配置された２つの別個のシールドアームを備えるシステム。
【請求項１３】
前記運動制御アセンブリは、前記電極がその内部を通して送給されるコンタクト要素を駆動し、前記電極を前記所望のパターンで径方向に動かす請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記シールドアームは、前記コンタクト要素から離れるように上方に枢動するように構成されている請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記コンタクト要素の外部に配置された断熱材料を備える請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記コンタクト要素は、前記狭開先部に対して後退可能である請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
前記溶接トーチアセンブリは、前記溶接アークの近位にシールドガスを送達する複数のガス送達チューブを備える請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
前記複数のガス送達チューブは、前記電極と前方シールドアームとの間にシールドガスを送達する第１のガス送達チューブと、前記電極と後方シールドアームとの間にシールドガスを送達する第２のガス送達チューブとを含む請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
溶接プロセス中に、溶接電極と狭開先部によって離隔されたワークとの間にアークを確立することと、
前記溶接プロセス中に、溶接トーチアセンブリ内の運動制御アセンブリによって前記電極を所望のパターンで径方向に動かしながら、該溶接トーチアセンブリから該電極を送給し、溶接ビードを確立することと、
前記アークおよび前記溶接ビードを維持しながら、前記狭開先部内での前記電極の位置に少なくとも部分的に基づいて前記溶接プロセスのパラメーターを変更することと、
を含む、溶接方法。
【請求項２０】
前記狭開先部内での前記電極の深さに少なくとも部分的に基づいて、前記溶接プロセスの前記パラメーターを変更することを含む請求項１９に記載の溶接方法。
【請求項２１】
前記狭開先部の長さに沿った前記電極の位置に少なくとも部分的に基づいて、前記溶接プロセスの前記パラメーターを変更することを含む請求項１９に記載の溶接方法。
【請求項２２】
前記溶接プロセスの前記パラメーターを変更することは、前記所望のパターンの幾何形状を変更することを含む請求項１９に記載の溶接方法。
【請求項２３】
前記所望のパターンの前記幾何形状を変更することは、前記所望のパターンのサイズを変更することを含む請求項２２に記載の溶接方法。
【請求項２４】
前記所望のパターンの前記幾何形状を変更することは、前記所望のパターンの形状を変更することを含む請求項２２に記載の溶接方法。
【請求項２５】
前記溶接プロセスの前記パラメーターを変更することは、前記電極の周期運動の周波数を変更することを含む請求項１９に記載の溶接方法。
【請求項２６】
前記溶接プロセスの前記パラメーターを変更することは、前記電極のワイヤ送給速度を変更することを含む請求項１９に記載の溶接方法。
【請求項２７】
前記溶接プロセスの前記パラメーターを変更することは、前記溶接トーチアセンブリの移動速度を変更することを含む請求項１９に記載の溶接方法。
【請求項２８】
前記溶接プロセスの前記パラメーターを変更することは、前記溶接トーチアセンブリの移動の方向を変更することを含む請求項１９に記載の溶接方法。
【請求項２９】
前記溶接プロセスの前記パラメーターを変更することは、前記電極に印加される溶接電力のパラメーターを変更することを含む請求項１９に記載の溶接方法。
【請求項３０】
前記溶接プロセスの前記パラメーターを変更することは、ガス流のパラメーターを変更することを含む請求項１９に記載の溶接方法。
【請求項３１】
前記溶接トーチアセンブリは溶接ロボットに装着される請求項１９に記載の溶接方法。
【請求項３２】
前記狭開先部内で複数の溶接パスを実行することを含む請求項１９に記載の溶接方法。
【請求項３３】
溶接パス間で前記溶接トーチアセンブリのノズルを交換することを含む請求項３２に記載の溶接方法。
【請求項３４】
前記所望のパターンの前記幾何形状を変更することは、前記狭開先部の構成に少なくとも部分的に基づく請求項１９に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、溶接に関し、より詳細には、狭開先での溶接に用いるシステムおよび方法に関する。本開示は、2013年2月14日に出願された先行出願の米国特許出願第13/767392号「Adaptable Rotating Arc Welding Method and System」、2012年6月18日に出願された先行出願の米国特許出願第13/526278号「Metal Cored Welding Method and System」、2012年11月20日に出願された先行出願の米国特許出願第13/681687号「DC Electrode Negative Rotating Arc Welding Method and System」および2014年9月9日に出願された並行出願の米国特許出願第14/481507号「Synchronized Rotating Arc Welding Method and System」の関連出願であり、これらの出願は本開示の一部をなす。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、2013年9月16日出願の米国仮特許出願第61/878452号「NARROW GROOVE WELDING METHOD AND SYSTEM」の優先権および利益を主張するものであり、上記米国仮特許出願は、あらゆる目的から引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
【背景技術】
【０００３】
溶接作業によってワークを接合する様々な技法が開発されてきた。これらの技法は様々なプロセスおよび材料を含み、最新のプロセスは消耗電極または非消耗電極とワークとの間に発生するアークを伴う。多くの場合に、それらのプロセスは、定電流プロセス、定電圧プロセス、パルスプロセス等のカテゴリにグループ分けすることができる。しかしながら、電極を消耗して溶接に溶加金属を追加するプロセスでは特に、これらのプロセスを更に細分するのが一般的である。実質的に全てのそのような場合に、選択されるプロセスは溶加材およびその形態に強く関連付けられ、いくつかのプロセスは特定のタイプの電極を排他的に利用している。例えば、いくつかのタイプの金属不活性ガス（ＭＩＧ）溶接法は、ガスメタルアーク溶接法（ＧＭＡＷ）と称されることがある更に大きいグループの一部をなす。
【０００４】
ＧＭＡＷ溶接では、ワイヤの形の電極が、電極ワイヤとワークとの間のアークの熱によって溶融した進行中の溶融池によって消耗される。このワイヤは溶接ガンを通してスプールから絶えず送給され、溶接ガンにおいて、ワイヤに電荷が与えられ、アークを発生させる。これらのプロセスにおいて用いられる電極の構成は、多くの場合に、ソリッドワイヤ、フラックスコアワイヤ、またはメタルコアワイヤのいずれかで呼ばれる。各タイプは他のタイプとは異なる長所および短所を有すると考えられ、その性能を最適化するために、溶接プロセスおよび溶接設定に対する注意深い調整が必要とされる場合がある。例えば、ソリッドワイヤは、他のタイプよりも安価であるが、通常不活性シールドガスとともに用いられ、このガスは相対的に高価である可能性がある。フラックスコアワイヤは別個のシールドガス供給を必要としないことができるが、ソリッドワイヤよりも高価である。メタルコアワイヤはシールドガスを必要とするが、これらのシールドガスは、ソリッドワイヤの場合に必要とされるガスよりも安価な場合がある混合物に調整することができる。
【０００５】
これらの３つの電極タイプは全て異なる移行モードとともに用いられる場合がある。移行モードは、電極先端から進行中の溶接ビードまで金属を移動する機械的および電気機械的現象を指している。短絡移行、グロビュール移行、スプレー移行およびパルススプレー移行のようないくつかのそのような移行モードが存在する。実際には、移行物理現象は、これらの移行モードの混成として現れる場合があり、プロセスおよび電極は多くの場合に或る特定の移行モードを維持するように選択されるが、実際の材料移行は溶接中にそれらの移行モード間で移り変わる場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
製造業者は常に、自動溶接方法を改善し、溶接品の成功率を高め、かつ製造プロセスを全体的に迅速化する新たな方法を探している。特に、ワークをともに溶接することは、ワーク間の開先が相対的に深く狭い場合、自動溶接方法を用いても克服することが困難ないくつかの空間制約を課す。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの実施形態において、システムは、溶接トーチアセンブリを備え、該溶接トーチアセンブリは、該溶接トーチアセンブリ内の運動制御アセンブリによって電極を所望のパターンで径方向に動かしながら、電力供給装置からの電力を用いて、前記電極と狭開先部によって離隔されたワークとの間に溶接アークを確立するように構成される。該溶接トーチアセンブリはノズルを備える。該ノズルを通して前記電極が送給され、該ノズル内で前記電極が径方向に動かされる。
【０００８】
別の実施形態では、システムは、溶接トーチアセンブリを備え、該溶接トーチアセンブリは、該溶接トーチアセンブリ内の運動制御アセンブリによって電極を所望のパターンで径方向に動かしながら、電力供給装置からの電力を用いて、前記電極と狭開先部によって離隔されたワークとの間に溶接アークを確立するように構成される。該溶接トーチアセンブリは、前記電極の両側に配置された２つの別個のシールドアームを備える。
【０００９】
別の実施形態では、溶接方法は、溶接プロセス中に、溶接電極と狭開先部によって離隔されたワークとの間にアークを確立することを含む。溶接方法は、前記溶接プロセス中に、溶接トーチアセンブリ内の運動制御アセンブリによって前記電極を所望のパターンで径方向に動かしながら、該溶接トーチアセンブリから該電極を送給し、溶接ビードを確立することも含む。溶接方法は、前記アークおよび前記溶接ビードを維持しながら、前記狭開先部内での前記電極の位置に少なくとも部分的に基づいて前記溶接プロセスのパラメーターを変更することを更に含む。
【００１０】
本発明のこれらの、そして他の特徴、態様および長所は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むときに、より理解が進むことになる。なお、図面全体を通して、類似の符号は類似の部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本技法の態様を利用する例示的な溶接システムの模式図である。
【図２】本技法の態様に係る電極の運動を示す模式図である。
【図３Ａ】ともに溶接される２つのワーク間の一般的な開先部の側面図である。
【図３Ｂ】本技法の態様に係る、ともに溶接される２つのワーク間の狭開先部の側面図である。
【図４】本技法の態様に係る溶接ワイヤ電極の運動の円形パターンを用いた、進行中の溶接ビードの上面図である。
【図５】本技法の態様に係る溶接ワイヤ電極の楕円形経路を用いた、進行中の溶接ビードの同様の上面図である。
【図６】本技法の態様に係る溶接ワイヤ電極の異なる向きの楕円形経路を用いた、進行中の溶接ビードの更なる上面図である。
【図７】本技法の態様に係る溶接トーチアセンブリの斜視図である。
【図８】溶接トーチ本体を示しやすくするためにトロリーシステムを取り除いた、図７の溶接トーチアセンブリの斜視図である。
【図９Ａ】本技法の態様に係る溶接トーチアセンブリのノズルおよびコンタクト要素の斜視図である。
【図９Ｂ】従来の溶接トーチノズルとの差異を示す、ノズルの下部の断面図である。
【図１０】本技法の態様に係る狭開先部内に挿入された場合の、ノズルの下部およびコンタクト要素の上面断面図である。
【図１１Ａ】本技法の態様に係る、ノズルの壁セクションとコンタクト要素との間にガス送達チューブが配置されたコンタクト要素およびノズルの下部の側面図である。
【図１１Ｂ】本技法の態様に係る、ノズルの壁セクションとコンタクト要素との間かつ壁セクションに隣接してガス送達チューブが配置されたコンタクト要素およびノズルの下部の側面図である。
【図１１Ｃ】本技法の態様に係る、ノズルの壁セクションのコンタクト要素とは反対側の側面にガス送達チューブが配置されたコンタクト要素およびノズルの下部の側面図である。
【図１２】本技法の態様に係るノズル交換システムを示す図である。
【図１３】本技法の態様に係る、上方に枢動するシールドを備える溶接トーチアセンブリの別の実施形態の斜視図である。
【図１４】図示のためにプレート、シールド、およびガス送達チューブを取り除いた、図１３の溶接トーチアセンブリの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書に記載の実施形態は、ワークをともに溶接する溶接システムに関する。ここで、ワーク間の開先は、一般的な溶接開先と比較して相対的に狭いおよび／または深い開先（本明細書では「狭開先」と総称される）を特徴とする。本明細書に記載のいくつかの実施形態はスリムな外形のノズルを備え、そのためノズル側面の幅がより狭く、それによりノズルを狭開先部内に差し込みやすくなっている。さらに、いくつかの実施形態において、ノズルは、開先部内での溶接部の深さが変化するのに伴って伸縮可能である。また、本明細書に記載の実施形態はノズル交換システムを備え、そのため、個々の溶接パスの開先深さに基づいて、ノズル交換システムから複数のノズルのうちの１つを選択することができる。例えば、溶接プロセスは、狭開先部の底部で開始することができ、開先部が溶着金属で充填されるのに伴って異なるノズルを選択し、開先部に形成される溶接部の深さの変化を補償することができる。さらに、いくつかの実施形態において、溶接池の近位にガスを送達するように、ノズルの前側部および後側部（例えば前方側部および後方側部）の近くにチューブを取り付けることができる。いくつかの実施形態において、そのスピンチューブおよびコンタクトチップは、高温に耐え、スピンチューブと母材金属との意図しない不慮の接触を防止する、非伝導性コーティングで保護してもよい。
【００１３】
ここで図面を参照すると、図１は、ワーク１４間の狭開先部内に溶接部１２を生成するのに用いる例示的な溶接システム１０を示している。そのシステムは通常、ガス源１８に、および送電網等の電源２０に結合される電力供給装置１６を含む。当然、他の電源には、発電機、エンジン駆動パワーパック等が含まれる。ワイヤ送給装置２２が電力供給装置１６に結合され、溶接トーチ２４にメタルコア溶接ワイヤを供給する。
【００１４】
例示される実施形態では、電力供給装置１６は、制御回路２８に結合される電力変換回路２６を含み、制御回路は電力変換回路２６の動作を調整して、溶接作業に適した電力出力を生成する。電力供給装置１６は、定電流プロセス、定電圧プロセス、パルスプロセス、短絡移行プロセス等を含む、いくつかのプロセス、溶接方式等に従って出力電力を生成するように設計し、プログラミングすることができる。本明細書で検討される実施形態では、制御回路２８は、電力変換回路２６を制御して、溶接ワイヤから進行中の溶接ビードへの材料の移行を助けるDCEN（時に「正」極性と呼ばれる）溶接方式をもたらす。しかしながら、当然、他の溶接方式を用いることもできる。オペレーターインターフェース３０によって、溶接作業者が、溶接プロセスおよびプロセス設定の双方を変更できるようになる。さらに、いくつかの考えられる実施形態では、オペレーターインターフェース３０によって、溶接トーチ２４および溶接ワイヤの移動に関連するいくつかのパラメーターを選択変更できるようにすることもできる。最後に、電力供給装置１６は、ガス源１８からのシールドガスの流れを調整するバルブ３２を含むことができる。
【００１５】
ワイヤ送給装置２２は通常、参照符号３４によって包括的に示され、スプール３６、バレル、または溶接ワイヤを送達する他の方法からの溶接ワイヤの送給を調整する制御回路を含む。溶接ワイヤは、通常、制御回路３４の制御下で小型電気モーターを使用することを通して、駆動アセンブリ３８によって進められる。溶接ケーブル４０を介して、ワイヤ送給装置２２と溶接トーチ２４との間で溶接ワイヤ、ガス、制御およびフィードバックデータを交換することができる。また、ワーク１４も、ワークケーブル４２によって電力供給装置１６に結合され、それにより、電極４４とワーク１４との間で電気アークが確立されるときに、電極４４を通して電気回路を完成する。後に更に十分に説明されるように、溶接トーチ２４から進む電極４４は、参照符号４６によって示されるような回転運動のように、強制的に動かされる。
【００１６】
図１に示される溶接システム１０は、手作業向けに設計することもできるが、本技法の数多くの応用形態は自動化される。すなわち、溶接トーチ２４は、ワーク１４に対する所望の位置に溶接トーチ２４を位置決めするようにプログラミングされるロボットに固定される。その後、ロボットは、電極４４とワーク１４との間でアークを開始し、溶接トーチ２４を適切に向け、溶接トーチ２４を、２つのワーク１４を接合するために溶接ビードが確立されることになる、ワーク１４間の狭開先部内の所定の経路に沿って進めるように動作することができる。後に更に十分に説明されるように、そのようなオートメーションの応用形態では、本技法によって、狭開先用途における移動速度を大幅に速めることができ、かつ溶接ビード特性を改善できるようになる。
【００１７】
本技法は、ソリッドワイヤ、フラックスコア溶接ワイヤ、またはメタルコア溶接ワイヤとともに利用されるように設計されている。溶接ワイヤ（すなわち電極４４）の性質は、個々の用途に対して、特に、接合される部品の冶金学的性質、使用されるシールドガスのタイプ、予想される溶接ビードの充填体積等に応じて選択することができる。溶接ワイヤのいくつかの幾何形状は、電極運動の利益を高めるのに役立つことができる。例えば、溶接ワイヤは、通常、所望の直径を有するように選択される。フラックスコア溶接ワイヤまたはメタルコア溶接ワイヤでは、直径はシース壁厚およびコア径を含む。これらのパラメーターを変更し、最適化して、溶接ワイヤの性能を高めることができ、アーク確立、アーク維持管理、材料移行、結果として生じる溶接ビードの冶金学的特性、溶接ビード溶込み等の改善された特性を与えることができる。
【００１８】
いくつかの実施形態では、DCEN溶接方式とともに用いるために特定のワイヤが選択される場合がある。以下に更に十分に論じられるように、例えば、「スピンアーク」運動と、DCENプロセス、並びに安定剤およびマンガン等の他の構成要素を含むワイヤ等のワイヤ（例えば、AWS E5.18 70C-6、より一般的には、E5.18 XXC-6、ただし、「XX」は引張強さを表す）とを組み合わせることによって、優れた結果がもたらされることがわかった。１つのそのようなワイヤが、オハイオ州トロイ所在のHobart Brothers社からMetalloy（商標）X-Cel（商標）の名称で市販されている。またさらに、いくつかの溶接ワイヤ配合物が、他のワイヤによって得られ得る利点を超える利点を与えると考えられる。そのような配合物は、２００４年４月２０日にNikodym他に発行された米国特許第6,723,954号「Straight Polarity Metal Cored Wire」、2006年8月8日にNikodym他に発行された米国特許第7,087,860号「Straight Polarity Metal Cored Wire」および2011年1月4日にBarhorst他に発行された米国特許第7,863,538号「Metal-Core Gas Metal Arc Welding of Ferrous Steels with Noble Gas Shielding」に記載されており、それらの特許文献は全て本明細書に引用することにより本開示の一部をなす。さらに、後に論じられるように、アークの強制運動を伴うDCENプロセスにおいてワイヤの性能を高めるために、そのようなワイヤにいくつかの組成変更を加えることができる。
【００１９】
また、以下で詳細に記載するように、溶接システム１０は、ノズル交換システム４８を備えることができる。ノズル交換システム４８を用いて、狭開先部に形成中の溶接部１２の現在の深さ等の溶接システム１０の現在の動作パラメーターに基づいて溶接トーチ２４のノズルを選択的に取り替えることができる。ノズル交換システム４８は、いくつかの実施形態において、電力供給装置１６の制御回路２８によって制御することができることが理解される。換言すれば、制御回路２８は、オペレーターインターフェース３０を介して作業者から受け取った入力、制御回路２８にプログラムされた定時スケジュール等に基づいて、溶接トーチ２４において使用中の現在のノズルが交換されるべきかどうかを判断することができる。
【００２０】
図２に示すように、ワーク１４間に接合部が形成され、電極４４が延出している溶接トーチ２４が溶接開先部５０の近位に配置されている。このとき、電極４４と下にある接合される金属との間にアークが確立される。電極４４はコンタクト要素５２（例えば、スピンチューブおよびコンタクトチップを含むことができる）から発し、コンタクト要素５２は、電極４４および確立されたアークの運動を強制するように動かすことができる。コンタクト要素５２を動かすために、溶接トーチ２４内に運動制御アセンブリ５４が設けられる。こうした運動を強制するのに数々の技術を用いることができるが、ここで検討される構成では、カム５６がモーター５８によって回転される。モーター５８自体は、溶接システム１０の制御回路２８によって制御および動力供給される。こうして、コンタクト要素５２および電極４４は、所定のパターンにおいて運動制御アセンブリ５４の幾何形状および制御部によって決定された所定の周波数で動くように強制される。図２に示すように、コンタクト要素５２およびひいては電極４４は、コンタクト要素５２の中心線から所定の距離または半径６０を動くことができる。以下に記載のように、この動きには種々のパターンを用いることができる。このプロセス中に電極４４を進めて、所望の溶接ビードを形成する。さらに、アセンブリ全体が、参照符号６２によって示す所望の移動速度で動かされる。
【００２１】
図３Ａおよび図３Ｂは、一般的な溶接開先部５０（図３Ａ）と本明細書に記載の狭溶接開先部５０（図３Ｂ）との差異を示している。図３Ａに示すように、一般的な溶接開先部は、ワーク１４の底部間の相対的に小さい幅ｗbottomと、ワーク１４の頂部間の相対的に大きい幅ｗtopとを特徴とすることができる。例えば、いくつかの実施形態において、ワーク１４の頂部間の幅ｗtopは、ワーク１４の底部間の幅ｗbottomの１０倍〜３０倍程度大きいことができる。これにより開先角度αが約２５度〜約９０度になり得る。
【００２２】
対照的に、図３Ｂに示すように、狭溶接開先部は、比較的相似するワーク１４の頂部間の幅ｗtopとワーク１４の底部間のｗbottomとを特徴とすることができる。例えば、いくつかの実施形態において、ワーク１４の頂部間の幅ｗtopは、ワーク１４の底部間の幅ｗbottomの約１０％〜７５％大きいだけであることができる。これにより、狭開先部の角度αははるかに小さく、約１０度〜約２５度、約１度〜約１０度、約０度〜約５度、約０度〜約２．５度、またはこれよりも小さくなり得る。実際、いくつかの実施形態において、ワーク１４の頂部間の幅ｗtopは、ワーク１４の底部間の幅ｗbottomに対して実質的に相似（例えば０％〜５％以内）することができ、これにより、狭開先部の角度αは約０度（例えば、約１度未満、約０.５度未満等）となり得る。他のより広い角度α（例えば、約３５度〜約４５度）が本明細書に記載の実施形態の利益を受け得ることが理解される。
【００２３】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、一般的な溶接開先部（図３Ａ）および狭溶接開先部（図３Ｂ）の双方に関して裏当てプレート６３を用いることができる。その一方、裏当てプレート６３の使用は、狭溶接開先部の角度αが減少することによりワーク１４の底部間に少なくとも或る程度の幅ｗbottomがあることがかなり多い限り、狭溶接開先部に関してより一層有利であり得る。換言すれば、狭溶接開先部の角度αが減少することにより、溶接トーチ２４を狭開先部内に配置する必要に加えて、ワーク１４の底部間に少なくとも或る程度の幅ｗbottomが必然的であることが多い。
【００２４】
図４は、電極４４のいくつかの運動パターンとともに、例示的な進行中の溶接ビード６４を示す。当業者によって理解されるように、溶接ビードは、電極４４および包囲するワーク１４の母材の金属の加熱から生じた溶融金属から構成される溶接池すなわちパッドル６６の後方を進行する。図４に示される電極４４は、参照符号６８によって示されるように、概ね円形のパターンで移動される。そのような運動を溶接トーチ２４の移動速度と協調させることができ、電極４４が、溶接パッドル６６およびワーク１４の周辺領域に、これらの領域間でアークを維持および移動するのに十分近接し、電極４４および包囲する金属を加熱しながら、溶接パッドルを維持するようにすることが本明細書で検討される。後に説明されるように、ワイヤ送給速度、電極４４の移動速度または周波数、溶接プロセスのパルス周波数またはＤＣパラメーター（例えば、アークを発生させるように印加される電流および電圧）等の他の協調要因が利用される場合があることも考えられる。
【００２５】
図５は、電極４４の移動の更なる可能なパターンを示し、この場合には概ね楕円形のパターン７０を示す。この場合の楕円形は、溶接および溶接トーチ２４の移動方向に沿った長軸７２と、移動方向を横切る短軸７４とを有する。さらに、図６は更なる可能なパターン、すなわち、横断楕円形パターン７６を示しており、そのパターンでは、楕円移動の長軸７２が溶接および溶接トーチ２４の移動方向を横切る。しかしながら、任意の所望のパターンを利用することができること、および運動制御アセンブリ５４は、数ある中でも、これらのパターンを実施するように適応できることに留意されたい。例えば、個々の溶接部に対してジグザグ、８の字形、横断往復運動ライン等を規定するパターンを使用および最適化することができる。
【００２６】
その技法において変更することができるパラメーターは、電極４４の移動速度、通常位置または中心位置の回りの電極４４の移動範囲等の要因を含むことができる。詳細には、本発明は、円形パターンに全く限定はされないが、円形パターンが用いられている場合、より平坦な溶接ビード、およびより高い溶着速度を得るのに、５０Ｈｚより高く、１００Ｈｚ〜１２０Ｈｚ以上までに及ぶ回転速度が望ましい場合があると考えられる。いくつかの実施形態において、電極４４は、径方向に（例えば円形パターンで）動きながら、周方向に動く（例えばスピンする）ことができる。動く電極４４から移行した溶融球は、球が電極４４から離脱する場所の真下ではない位置において、球をワーク１４と相互作用させる電極の径方向運動による接線速度を有することができる。本明細書に記載のように、電極４４の径方向運動速度は、球がワーク１４、接合部、および／または溶接池の所望の場所に溶着されるように制御することができる。約１５０Ｈｚ未満の径方向運動速度では、径方向運動によって球にかかる向心力は、球の溶着場所の略一定な制御を可能にすることができる。
【００２７】
通常、電極４４の径方向運動速度は、約２．５Ｈｚ超、約３．０Ｈｚ超、約３．５Ｈｚ超、約４．０Ｈｚ超、約４．５Ｈｚ超、または約５．０Ｈｚ超とすることができる。いくつかの実施形態において、電極４４の径方向運動速度は、約５Ｈｚ〜２００Ｈｚ、約１０Ｈｚ〜１５０Ｈｚ、約３０Ｈｚ〜１００Ｈｚまたは約５０Ｈｚ〜９０Ｈｚとすることができる。径方向運動速度は、シールドガス、ワイヤの直径、ワイヤの材料、ワークの材料、溶接法、移動パターン、若しくは電極溶融球の表面張力、またはこれらの任意の組合せに少なくとも部分的に基づくことができる。径方向運動速度の範囲は、いくつかのタイプの移行プロセスおよび／または移動パターンに対応することができる。例えば、ＳＡＷ溶接法のための径方向運動速度は、ＭＩＧ溶接法よりも低い（例えば、５Ｈｚ〜３０Ｈｚ）場合がある。ＭＩＧ溶接法は、約５０Ｈｚ〜１００Ｈｚの径方向運動速度で用いられ得る。いくつかの実施形態において、８の字形移動パターンまたは円形移動パターンは、ジグザグ移動パターンよりも低い径方向運動速度を有する場合がある。さらに、約１．０ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の回転直径を本明細書では検討するが、約４．０ｍｍ程度等のより大きい直径とすることが望ましい場合もある。これらの種々のパラメーターは、母材の中への溶込み、電極材料の溶着、アークの維持管理、および他の溶接パラメーターの助けとなる場合がある。
【００２８】
電極先端において発生する溶融球または噴霧に与えられる機械的な力（例えば、遠心力）におそらく起因して、溶接パッドルは、電極４４の移動とともに良好に移動することができることも考えられる。したがって、そのプロセスは、以前のプロセスよりも低温で実行できる場合がある。いくつかのタイプのワーク１４およびワーク冶金学的特性においても、高められた利点が提供される場合がある。さらに、そのプロセスは、そのような溶接電極とともに現在使用されているアルゴン混合物ではなく、ＣＯ2等のより安価なシールドガスを考慮することもできる。前述したように、ソリッドワイヤ、メタルコアワイヤ、およびフラックスコアワイヤも同様に本技法とともに用いることができ、それぞれのワイヤはそれら自体の利点をそのプロセスにもたらすことができる。
【００２９】
本明細書に記載の狭開先部の相対的に深く狭い性質により、ワーク１４間の開先部５０を充填するために複数の溶接パスが必要とされ得る。図４〜図６に示す進行中の溶接ビードの図は、ワーク１４間の開先部５０を充填する１つのパスの例である。１つのパスが完了すると、１回目のパスの上で２回目のパスを実行することができ、狭開先部５０が完全に充填されるまで以下同様に続く。いくつかの実施形態では、各パスは、同じ方向に実行することができるが、他の実施形態では、各連続パスは、最後のパスが終了する狭開先部５０の端部において開始することができる。
【００３０】
図７は、本明細書に記載の溶接ワイヤ電極送達技法を実施する例示的な溶接トーチアセンブリ７８の斜視図である。詳細には、溶接トーチアセンブリ７８は、図２に関して上述した運動制御アセンブリ５４を備える。複数のモーターケーブル７９が、溶接トーチアセンブリ７８の主ハウジング８０内に受けられる。これらのモーターケーブル７９は、例えば、運動制御アセンブリ５４のモーター駆動部用の第１のケーブルと、エンコーダー用の第２のケーブルとを含み得る。溶接ワイヤと、ガスと、制御およびフィードバックデータとは、別個のケーブル（図示せず）を介して溶接トーチアセンブリ７８によって別個に受け取られる。上述のように、主ハウジング８０内に配置される運動制御アセンブリ５４は、カム５６（例えば図２に示す）または送達される溶接ワイヤ電極４４の振動特性を発現させる他の機構を含むことができる。
【００３１】
また、いくつかの実施形態において、溶接トーチアセンブリ７８は、狭開先部５０内での溶接トーチ２４の位置合わせを促すトロリーシステム８２を備える。図示のように、トロリーシステム８２は、ともに溶接されるワーク１４の上面と相互作用する複数の車輪８６を有するトロリー８４を備える。コンタクト要素５２が貫通する溶接トーチの円筒形本体８８は、矢印９０によって示すように、トロリー８４を通る円筒形の相手穴を出入りするように挿入および後退可能であり、狭開先部５０を出入りする溶接トーチアセンブリ７８のノズルの挿入および抜去を容易にする。図７に示すように、いくつかの実施形態において、トロリー８４にシールドガスを送達するように、溶接トーチ本体８８の両側に１対のガス送達チューブ９２を配置することができる。図示のように、いくつかの実施形態において、ガス送達チューブ９２は、トロリー８４をワーク１４に接触した状態に維持するようにばねを備えることができる。ノズルカラー９４がノズルを囲み、トロリー８４が完全に伸張している間、シールドガスが漏れないようにする。ノズルが狭開先部５０内にある際にトーチが完全に後退される場合、カラー９４は溶接トーチ本体８８の上方に後退する。トロリー８４が完全に後退すると、ノズルカラーばね９６が圧縮する。ノズルカラーばね９６は、矢印９０に沿った最大限可能な移動距離を与える。
【００３２】
図８は、溶接トーチ本体８８を示しやすくするようにトロリーシステム８２を取り除いた図７の溶接トーチアセンブリ７８の斜視図である。上述のように、溶接トーチの円筒形本体８８は、矢印９０によって示すように本体８８自体の軸に沿って可動とすることができ、狭開先部５０を出入りする溶接トーチアセンブリ７８のノズル１００（およびコンタクト要素５２）の挿入および後退が容易になる。図１に関して上述した制御回路２８は、矢印９０に沿った軸方向の溶接トーチ本体８８の駆動を制御するように構成されていることが理解される。
【００３３】
図９Ａは、溶接トーチアセンブリ７８のノズル１００およびコンタクト要素５２の斜視図である。コンタクト要素５２が内部に配置される略対称的な円筒壁を有する従来の溶接ガンノズルとは異なり、溶接トーチアセンブリ７８のノズル１００は、接合されるワーク１４間の狭開先部５０内での溶接を容易にするように、２つの対向するノズル壁セクション１０２を代替的に有する。ノズル壁セクション１０２は、コンタクト要素５２の両側に配置される。より詳細には、ノズル１００は、完全に円筒形の壁１０６を有する上部１０４と、円筒壁１０６から延びる２つの対向する壁セクション１０２を有する下部１０８とを有する。本質的には、ノズル１００の対向側部（すなわち、２つの対向する壁セクション１０２を接続して完全な円筒壁を形成すると想定される壁セクション）は、ノズル１００の下部１０８では取り除かれており、狭開先部５０を出入りするノズル１００の挿入および抜去を容易にする。いくつかの実施形態では、２つの対向する壁セクション１０２は、略弧状または円形とすることができるが、他の実施形態では、２つの対向する壁セクション１０２は別様な形状とすることができる。
【００３４】
図９Ｂは、ノズル１００の下部１０８の断面図を示し、従来の溶接トーチノズルとの差異を示している。詳細には、図示のように、ノズル１００の下部１０８の２つの対向する壁セクション１０２は、従来の溶接ガンノズルと想定されるものが本質的に取り除かれている。そのため、図９Ａに示すように、コンタクト要素５２は、２つの対向する壁セクション１０２間の側部に露出している。
【００３５】
図１０は、狭開先部５０内に挿入された場合のノズル１００の下部１０８およびコンタクト要素５２の上面断面図である。図示のように、コンタクト要素５２およびひいては溶接ワイヤ電極４４は、矢印１１２の方向に溶接が進行する際、矢印１１０によって示すように略円形パターンで振動される。その一方、本明細書に記載のように、他の振動パターンも用いることができる。理解されるように、ノズル１００の２つの対向する壁セクション１０２間に別様には存在すると想定されるいくつかの壁セクションを取り除くことにより、コンタクト要素５２に狭開先部５０内での更なる振動空間が提供される。図１０に示すように、対向する壁セクション１０２は、外部空気が溶接領域から締め出されるように溶接領域を実質的に隔離する。さらに、対向する壁セクション１０２が接触することなく、コンタクト要素５２およびひいては溶接ワイヤ電極４４の振動が起こる。より詳細には、最大径の振動でもコンタクト要素５２が対向する壁セクション１０２のいずれにも接触しないように、対向する壁セクション１０２間の距離が選択される。コンタクト要素５２およびひいては溶接ワイヤ電極４４の振動は、ワーク１４の壁への溶接部の溶込みを高め、それにより溶接部の強度が向上する。
【００３６】
いくつかの実施形態において、図１０に示すように、２つの対向する壁セクション１０２は実際には、薄い接続壁１１４によって接合することができる。コンタクト要素５２および溶接ワイヤ電極４４は、薄い接続壁１１４内で振動する。例えば、図１０に示すように、第１の薄い接続壁１１４が、対向する壁セクション１０２の第１の端部で２つの対向する壁セクション１０２を接続することができ、第２の薄い接続壁１１４が、対向する壁セクション１０２の第２の端部で２つの対向する壁セクション１０２を接続することができる。他の実施形態において、薄い接続壁１１４は、ノズル１００とは別個に狭開先部５０から抜去可能とすることができる。このような実施形態では、薄い接続壁１１４は、所望される場合にのみ用いてもよい。薄い接続壁１１４がノズル１００とは別個に抜去可能である実施形態では、薄い接続壁１１４は、セラミック材料製またはプラスチック材料製とすることができる。いくつかの実施形態において、薄い接続壁１１４は、略真っ直ぐかつ互いに略平行とすることができる。上述のように、ワーク１４間の狭開先部５０は相対的に狭く深い。そのため、溶接トーチアセンブリ７８のノズル１００、特にノズル１００の下部１０８は、狭開先部５０内での溶接を容易にするように同様に長く細くすることができる。
【００３７】
さらに、いくつかの実施形態において、シールドガスは、ノズル１００の上部１０４を通して、前方壁セクション１０２とコンタクト要素５２との間の前方キャビティ１１６および後方壁セクション１０２とコンタクト要素５２との間の後方キャビティ１１８の双方の内部に送達することができる。詳細には、図１１Ａに示すように、第１のガス流１２０を、第１のガス送達チューブ１２２を介して前方キャビティ１１６に注入することができ、別個の第２のガス流１２４を、第２のガス送達チューブ１２６を介して後方キャビティ１１８に注入することができる。いくつかの実施形態において、第１のガス流１０２および第２のガス流１２４のガスの配合、ガス流量等は、互いと異なっていてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、第１のガス流１２０は、第２のガス流１２４よりも多いかまたは少ないアルゴンを含んでもよいし、第１のガス流量は、第２のガス流量よりも多いかまたは少なくてもよい等である。さらに、いくつかの実施形態において、ガスは、ガス送達チューブ１２２、１２６を通して送達される前に帯電されてもよい。
【００３８】
いくつかの実施形態において、第１のガス送達チューブ１２２および第２のガス送達チューブ１２６の長さは、図１１Ａに示すものと異なっていてもよいことが理解される。例えば、図１１Ｂに示すように、いくつかの実施形態において、ガス送達チューブ１２２、１２６は、ガス流１０２、１２４がノズル１００の遠位端１２８の近位に送達されるようにノズル１００の内部を通って延びてもよい。さらに、いくつかの実施形態において、ガス送達チューブ１２２、１２６は、それぞれの壁セクション１０２の内壁に取り付けてもよい。
【００３９】
さらに、いくつかの実施形態において、ガス送達チューブ１２２、１２６は、ノズル１００の内部ではなくノズル１００の外部に配置してもよい。例えば、図１１Ｃに示すように、いくつかの実施形態において、ガス送達チューブ１２２、１２６は、それぞれの壁セクション１０２の外壁に取り付けてもよい。その一方、他の実施形態において、ガス送達チューブ１２２、１２６は、ノズル１００に直接取り付けるのではなくノズル１００から或る距離を置いて延びてもよく、その一方で依然として、ノズル１００の遠位端１２８の比較的近位にそれぞれのガス流１２０、１２４を送達する。
【００４０】
上述のように、溶接を実行してワーク１４間の狭開先部５０を充填するにつれ、進行中の溶接部がワーク１４間を上昇するのに伴って、ノズル１００を開先部５０から徐々に後退させることができる。溶接部が互いに積重される際の深さの変化に少なくとも部分的に起因して、コンタクト要素５２、ノズル１００、および溶接トーチアセンブリ７８の動作パラメーターが全体として変化する場合があることが理解される。そのため、これらの変化する動作パラメーターを助けるために、図１に関して上述したノズル交換システム４８を用いて、溶接トーチアセンブリ７８の１つのノズル１００を別のノズル１００と交換することができる。図１２は、例示的なノズル交換システム４８を示している。いくつかの実施形態において、ノズル交換システム４８はロボット１３０を備える。ロボット１３０は、例えば、アームであって、溶接トーチアセンブリ７８によって現在使用中のノズル１００を回収し、このノズル１００を、複数のノズル１００を保持するラック１３２内に配置し、代替ノズル１００をラック１３２から取得し、次にこの代替ノズル１００を溶接トーチアセンブリ７８内に設置するように用いられる、アームを有することができる。例えば、第１のノズル１００を溶接部のルートパス（例えば第１の層）に用いることができ、第２のノズル１００を、ワーク１４の深さに沿った或る特定の地点までの溶接部の後続パスに用いることができ、第３のノズル１００を溶接部の残りのパスに用いることができる。
【００４１】
図１３は、別の実施形態の溶接トーチアセンブリ７８の斜視図である。図示の実施形態では、図８〜図１１に関して上述したノズル１００は、コンタクト要素５２の両側に配置された１組のシールド１３４と置き換えられている。詳細には、いくつかの実施形態において、溶接トーチ本体８８の底部に取り付けられたカラー１３８の回りに略矩形のプレート１３６が配置され、プレート１３６は、プレート１３６の両側にピボットジョイント１４０を備える。図１３に示すように、いくつかの実施形態において、シールド１３４のそれぞれが、第１の湾曲端部１４４とより大きい第２の湾曲端部１４６とを有するアーム１４２を備える。ここで、各アーム１４２の第２の端部１４６は、それぞれのピボットジョイント１４０に結合されるように構成され、そのため、アーム１４２は、溶接トーチアセンブリ７８に対して上方に（例えばコンタクト要素５２から離れるように）枢動することができる。
【００４２】
図１３に示すように、シールド１３４は完全伸張位置にある。完全伸張位置は、狭開先部５０内での溶接を開始する場合の最初の動作位置と想定される。その一方、溶接が進行するにつれ、シールド１３４は、矢印１４８によって示すように徐々に上方に後退することができる。本質的には、シールド１３４は、シールド１３４が狭開先部５０内で進行中の溶接動作を溶接領域内に引き込まれる空気から遮断する限り、上述したノズル１００の対向する壁セクション１０２と同様に機能する。その一方、図８〜図１１に関して上述した実施形態では、ノズル１００は通常、コンタクト要素５２と一緒に後退可能である。対照的に、図１３に示す実施形態では、シールド１３４は、コンタクト要素５２の後退とは別個に後退可能である。図１３の矢印１５２および１５４によって示すように、シールド１３４は、カラー１３８およびプレート１３６の僅かな回転によって僅かに回転し、シールド１３４の僅かな横運動を可能にすることができ、それによりロボット溶接を助ける。
【００４３】
同様に図１３に示すように、ガス送達チューブ１２２、１２６は、矢印１５０によって示すように後退可能とすることもでき、その一方で依然として、進行中の溶接部の近位にガスを送達可能である。詳細には、図示のように、いくつかの実施形態において、ガス送達チューブ１２２、１２６は、シールド１３４のアーム１４２の第２の端部１４６内の穴１５６を貫通することができる。これらの穴は、ガス送達チューブ１２２、１２６を、シールド１３４の上方回転とは独立して穴１５６から抜去することができるように設計される。
【００４４】
図１４は、図示のためにプレート１３６、シールド１３４、およびガス送達チューブ１２２、１２６を取り除いた、図１３の溶接トーチアセンブリ７８の斜視図である。図示のように、いくつかの実施形態において、コンタクト要素５２は、コンタクト要素５２の径方向周縁の回りに配置された超高温断熱スリーブ１５８を備えることができる。断熱スリーブ１５８は、コンタクト要素５２を溶接中に受ける高温から概ね保護し、またコンタクト要素５２を溶接中のワーク１４との意図しない接触からも保護し、いくつかの実施形態において、非導電性材料製とすることができる。いくつかの実施形態において、断熱スリーブ１５８は、セラミック材料製またはガラス繊維材料製とすることができる。いくつかの実施形態において、断熱スリーブ１５８を用いる代わりに、スリーブではなく断熱コーティングでコンタクト要素５２をコートすることができる。
【００４５】
いくつかの実施形態において、コンタクト要素５２およびひいては溶接ワイヤ電極４４の振動は、図１に関して上述した制御回路２８によって制御することができる。例えば、振動パターンすなわち「幾何形状」と振動パターンのサイズとの双方を含む、振動の周波数および形状（例えば図４〜図６に示す）は、進行中の溶接部の深さ、ワーク１４間の幅、ワイヤ送給速度、進行中の溶接部の方向（例えば、ワーク１４の壁に略平行な方向）におけるコンタクト要素５２の移動速度、進行中の溶接部の方向および進行中の溶接部に対する横方向（例えば、ワーク１４の壁に略垂直な方向）の双方における開先部５０内でのコンタクト要素５２および／または溶接ワイヤ電極４４の位置等に基づいて変動することができる。
【００４６】
これらの調整に影響を与える更なる動作パラメーターとしては、ワーク１４の材料、ワイヤ電極４４のタイプおよびサイズ、電力供給装置１６によって供給される電圧および／または電流等の因子を挙げることができる。これらの動作パラメーターのいずれかおよび全てを、制御回路２８によって他の動作パラメーターに基づいて調整することができる。非限定的な一例として、溶接ワイヤ電極４４がワーク１４のうちの一方の壁のうちの１つに近接している場合、溶接ワイヤ電極４４の振動の周波数および／または形状は、ワイヤ電極４４が開先部５０の中央付近にある場合とは異なる場合がある。上記に列挙した動作パラメーターは、システム１０の全体にわたって配置されたセンサーによって感知することができるか、または、ロボット溶接の場合はシステム１０によって既知とすることができる。
【００４７】
パラメーターが調整される場合、これらのパラメーターは、関係する適切なシステム構成要素によって全体的に制御されることに留意するべきである。例えば、溶接電力の変更は電力供給装置１６によって調整される。ワイヤ送給速度の変更はワイヤ送給装置２２によって行われる。ガス流量の変更は、電力供給装置１６内のバルブ３２またはワイヤ送給装置２２の他の同様の構成要素によって行われ得る。移動速度の変更は、自動用途では溶接トーチ２４を動かすロボットによって調整される。スピン幾何形状の変更は、溶接ワイヤ電極４４を動かす運動制御アセンブリ５４によって実施される。当業者には容易に理解されるが、これらの装置は、溶接動作中にパラメーターが変更されることを実現するように設計することができる。
【００４８】
そのため、制御回路２８（および／または制御回路３４および／または運動制御アセンブリ５４）は、溶接開先部５０内でのワイヤ電極４４（および／またはコンタクト要素５２）の位置に少なくとも部分的に基づいて、本明細書に記載のパラメーターのいずれかを制御することができる。例えば、パラメーターは、溶接開先部５０内の深さにおける（例えば図３Ｂに示す深さｄに沿った）ワイヤ電極４４（および／またはコンタクト要素５２）の位置、溶接開先部５０の長さに沿った（例えば図３Ｂの面の奥行き方向におけるワーク１４の長さに沿った）ワイヤ電極４４（および／またはコンタクト要素５２）の位置、とりわけ図４、図５、および図６に示すパターン６８、７０、７６に沿った径方向位置のいずれかにおけるワイヤ電極４４（および／またはコンタクト要素５２）の位置、および、溶接開先部５０に対するワイヤ電極４４（および／またはコンタクト要素５２）の任意の他の位置に少なくとも部分的に基づいて、制御回路２８によって制御することができる。制御回路２８によってワイヤ電極４４（および／またはコンタクト要素５２）の位置に基づいて制御され得るパラメーターのタイプの１つの例は、ワイヤ電極４４の所望のパターンの幾何形状（例えば、所望のパターンのサイズ、所望のパターンの形状、周期運動の周波数等）である場合がある。制御回路２８によってワイヤ電極４４（および／またはコンタクト要素５２）の位置に基づいて制御され得る他のパラメーターは、ワイヤ電極４４のワイヤ送給速度、ワイヤ電極４４、コンタクト要素５２、ノズル１００、溶接トーチ２４、および／または溶接トーチアセンブリ７８の移動速度、ワイヤ電極４４、コンタクト要素５２、ノズル１００、溶接トーチ２４、および／または溶接トーチアセンブリ７８の移動方向（例えば、後続パスに沿った移動方向、コーナー部の回りでの移動方向等）、ワイヤ電極４４に印加される溶接電力のパラメーター（例えば、電流、電圧、極性等）、ガス流のパラメーター（例えば、ガス流量、使用されるガスのタイプ、使用されるガスの配合等）、溶接開先部５０の構成（例えば、深さ、狭さ等）とすることができる。本明細書に記載の制御を実行する制御回路２８は、ハードウェア要素（いくつかのタイプの回路を含む）、ソフトウェア要素（非一時的（non-transitory）コンピューター可読媒体に記憶されたコンピューターコードを含む）、またはハードウェア要素およびソフトウェア要素双方の組合せを含むことができることが理解される。
【００４９】
これまでの例に加えて、アークの機械的運動を伴う、上記で論じられた溶接を用いるDCEN溶接手順の使用は特に良好な結果を与えることができ、いくつかのタイプのワーク１４にとって更に一層魅力的であり得ることが見出された。例えば、上記で論じられたMetalloy（商標）X-Cel（商標）ワイヤは、溶接金属の湿潤性を高めながら（過度に「凸状構造をなす」ビードを回避しながら）、スパッタを削減するのに特に適している。さらに、アーク運動とともに、およびそのようなワイヤと組み合わせて、DCENプロセスを使用することによって、過熱が抑制される。
【００５０】
これらの応用形態に適している溶接ワイヤ（一般的に、上記で言及されたX-Cel（商標）ワイヤに対応する）はアークを安定させる（スパッタが少ない安定したアークを生成する）構成要素によって特徴付けられると現時点では考えられている。例えば、そのような安定剤はカリウム、および溶接プロセス中にカリウムを与える化合物（カリ長石、チタン酸カリウム、チタン酸カリウムマンガン、硫酸カリウム、炭酸カリウム、リン酸カリウム、モリブデン酸カリウム、硝酸カリウム、フッ化ケイ素酸カリウムおよびカリウムを含有する複合酸化物化合物等）を含むことができる。さらに、昇華してアークカラムに入ることによって、およびより細かい飛沫を金属転移させることによって、黒鉛状および非黒鉛状炭素源が安定化を与えることができる。既存の溶接ワイヤ（上記で言及されたワイヤ等）の可能な変更形態は、任意の他の発生源または上記で言及された更なる発生源からのカリウムと、黒鉛、または鉄および／または合金粉末を含有する炭素等の適切な炭素源とを含むことができる。
【００５１】
関連する特定のDCENプロセスに関して、これらのプロセスは通常、電極直径、電極延在範囲（例えば、コンタクトチップからプレートまで）、溶接位置、ワークまたはベースプレートのタイプおよび直径、移動速度および溶着速度、ワイヤ給送速度等に少なくとも部分的に基づいて選択された電流および電圧において実行される。例えば、１５０Ａから４５０Ａに及ぶ電流とともに、２１Ｖから３０Ｖに及ぶ電圧が適している場合がある。さらに、シールドガスに関して、適切なガス混合物はアルゴンおよび二酸化炭素を含み、アルゴンが最小７５％および最大９５％であると考えられる（ただし、アルゴンが９８％、酸素が２％のような、他の量および組合せでも条件を満たす場合がある）。またさらに、選択されるDCEN極性は、非パルス電流およびパルス電流を含むことができると考えられる。
【００５２】
本明細書において、本発明のいくつかの特徴だけが図示および説明されてきたが、当業者には多くの変更および変形が思い浮かぶであろう。それゆえ、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨に入る全てのそのような変更および変形を包含することを意図していることを理解されたい。
【符号の説明】
【００５３】
１０    溶接システム
１２    溶接部
１４    ワーク
１６    電力供給装置
１８    ガス源
２０    電源
２２    ワイヤ送給装置
２４    溶接トーチ
２６    電力変換回路
２８    制御回路
３０    オペレーターインターフェース
３２    バルブ
３４    制御回路
３６    スプール
３８    駆動アセンブリ
４０    溶接ケーブル
４４    ワイヤ電極
４８    ノズル交換システム
５０    狭開先部
５０    狭溶接開先部
５２    コンタクト要素
５４    運動制御アセンブリ
５６    カム
５８    モーター
６３    プレート
６４    溶接ビード
６６    溶接パッドル
７２    長軸
７４    短軸
７８    溶接トーチアセンブリ
７９    モーターケーブル
８０    主ハウジング
８２    トロリーシステム
８６    車輪
８８    溶接トーチ本体
９２    ガス送達チューブ
９４    ノズルカラー
１００    ノズル
１０２    第１のガス流
１０２    壁セクション
１０４    上部
１０６    円筒壁
１０８    下部
１１４    接続壁
１１６    前方キャビティ
１１８    後方キャビティ
１２０    第１のガス流
１２２    第１のガス送達チューブ
１２４    第２のガス流
１２６    第２のガス送達チューブ
１２８    遠位端
１３０    ロボット
１３２    ラック
１３４    シールド
１３６    プレート
１３８    カラー
１４０    ピボットジョイント
１４２    アーム
１４４    第１の湾曲端部
１４６    第２の湾曲端部
１５６    穴
１５８    断熱スリーブ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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