(57)【要約】  溶接方法は、溶接トーチから軸方向に溶接電極を送給することと、溶接トーチ内の運動制御アセンブリによって、溶接電極を溶接トーチの中心軸に対して所望のパターンで径方向に動かすことと、制御回路から、溶接接合部または溶接池に対する溶接電極の位置に対応する信号を送信することと、溶接トーチまたはワークを進めて溶接部を確立することと、溶接電極からの材料を溶接池の領域内の第１の場所に移行させることとを含む。溶接電極は、溶接トーチから溶接電極を送給しながら径方向に動き、溶接電極からの材料は、所望のパターンの第１のサイクル中に第１の場所に移行され、第１の場所は、上記信号に少なくとも部分的に基づいて制御される。
2016530106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチから軸方向に溶接電極を送給することと、
前記溶接トーチから前記溶接電極を送給しながら、該溶接トーチ内の運動制御アセンブリによって、該溶接電極を該溶接トーチの中心軸に対して所望のパターンで径方向に動かすことと、
制御回路から、溶接接合部または溶接池に対する前記溶接電極の位置に対応する信号を送信することと、
前記溶接トーチまたはワークを進めて溶接部を確立することと、
前記所望のパターンの第１のサイクル中に、前記溶接電極からの材料を前記溶接池の領域内の第１の場所に移行させることであって、該第１の場所は、前記信号に少なくとも部分的に基づいて制御されることとを含む溶接方法。
【請求項２】
前記所望のパターンは、円形、楕円形、ジグザグ、８の字形、横断往復運動ライン、三日月形、三角形、正方形、矩形、非線形パターン、非対称パターン、一時停止部、またはこれらの任意の組合せを含む請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記溶接電極を径方向に動かすことは、前記溶接電極を、前記所望のパターンにおいて約５Ｈｚ〜約２００Ｈｚの径方向運動速度で動かすことを含む請求項１に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記溶接電極に供給される電流を、前記所望のパターン内の前記溶接電極の径方向位置と協調させて制御することを含む請求項３に記載の溶接方法。
【請求項５】
前記溶接電極からの前記材料は、短絡移行法によって前記ワークに移行される請求項１に記載の溶接方法。
【請求項６】
前記溶接電極に供給される電流を、短絡の開始前および該短絡の終了前は該電流が減少するように制御することを含む請求項５に記載の溶接方法。
【請求項７】
前記電極に供給される前記電流を、前記短絡の終了後は該電流が増加するように制御することを含む請求項６に記載の溶接方法。
【請求項８】
前記溶接電極からの前記材料は、パルス飛沫移行法によって前記ワークに移行される請求項１に記載の溶接方法。
【請求項９】
前記溶接電極からの前記材料は、スプレー移行法によって前記ワークに移行される請求項１に記載の溶接方法。
【請求項１０】
前記溶接電極からの前記材料は、グロビュール移行法によって前記ワークに移行される請求項１に記載の溶接方法。
【請求項１１】
前記溶接電極からの前記材料は、パルス移行、スプレー移行、またはグロビュール移行によって前記ワークに移行され、この移行は、前記溶接電極の前記径方向運動の遠心力によって援助される請求項１に記載の溶接方法。
【請求項１２】
前記所望のパターンの前記第１のサイクル中に、前記溶接電極からの材料を前記溶接池の外周の場所における第２の場所に移行させることを含む請求項１に記載の溶接方法。
【請求項１３】
前記第１の場所は、前記溶接池、前記ワークの側壁、前記溶接部、継手のルート、前記ワークにあるギャップ、またはこれらの任意の組合せを含む請求項１に記載の溶接方法。
【請求項１４】
前記溶接電極から、前記溶接池の前部よりも多くの材料を該溶接池の側部、中央部、または後部に移行させることを含む請求項１に記載の溶接方法。
【請求項１５】
前記溶接トーチは、溶接ロボットまたは機械化されたトーチマニピュレーターに装着される請求項１に記載の溶接方法。
【請求項１６】
前記材料は、金属不活性ガス(MIG)法、ガスメタルアーク溶接(GMAW)法、パルスGMAW (GMAW-P)法、金属活性ガス(MAG)法、フラックスコアアーク溶接(FCAW)法、メタルコアアーク溶接(MCAW)法、またはサブマージアーク溶接(SAW)法で前記溶接電極から移行される請求項１に記載の溶接方法。
【請求項１７】
前記材料は、交流（ＡＣ）法、パルス法、スプレー法、グロビュール法、短絡法、制御短絡(CSC)法、埋れアーク法、サブマージアーク法、ホットワイヤ法、軸方向短絡解除法、径方向短絡解除法、またはこれらの任意の組合せを含む移行法によって前記溶接電極から移行される請求項１に記載の溶接方法。
【請求項１８】
前記溶接電極を前記所望のパターンで軸方向に動かすことを含む請求項１に記載の溶接方法。
【請求項１９】
前記溶接電極を前記ワークから離れる軸方向に後退させることを含む請求項１８に記載の溶接方法。
【請求項２０】
前記溶接電極の軸方向位置は、前記溶接池に対する前記溶接電極の先端の場所に応じるものである請求項１８に記載の溶接方法。
【請求項２１】
前記溶接電極を径方向に動かすことは、前記溶接電極を、前記所望のパターンにおいて約１Ｈｚ〜約２００Ｈｚの軸方向運動速度で動かすことを含む請求項１８に記載の溶接方法。
【請求項２２】
前記溶接電極に供給される電流を、前記溶接電極の軸方向位置または径方向位置に少なくとも部分的に基づいて制御することを含む請求項２１に記載の溶接方法。
【請求項２３】
前記溶接電極の前記軸方向位置は、該溶接電極の前記径方向位置と同期される請求項２２に記載の溶接方法。
【請求項２４】
前記溶接電極からの前記材料は、パルス移行、スプレー移行、またはグロビュール移行によって前記ワークに移行され、この移行は、前記溶接電極の前記軸方向運動のうちの前進運動が減速するかまたは前進運動から逆進運動に方向を反転する際の、前記溶接電極の端部における液体金属の機械的慣性と組み合わせて、前記溶接電極の前記径方向運動の遠心力によって援助される請求項１８に記載の溶接方法。
【請求項２５】
前記所望のパターンは、協調される軸方向運動および径方向運動による３次元のものである請求項１に記載の溶接方法。
【請求項２６】
前記第１のサイクル中の前記溶接電極の移動速度を調整することを含む請求項１に記載の溶接方法。
【請求項２７】
前記ワークの仮付溶接状態を検出することと、
前記検出された仮付溶接状態に少なくとも部分的に基づいて、前記所望のパターンの幾何形状、前記所望のパターンでの前記溶接電極の径方向運動速度、移行法、前記溶接電極の軸方向位置、溶接電力供給出力、移動速度、トーチ角度、移動角度、極性、またはこれらの任意の組合せのうちの少なくとも１つを変更することとを含む請求項１に記載の溶接方法。
【請求項２８】
開先接合部の高低状態を検出することを含む請求項２７に記載の溶接方法。
【請求項２９】
前記検出された仮付溶接状態は、開先接合部または突合せ接合部のギャップを含む請求項２７に記載の溶接方法。
【請求項３０】
前記信号は、径方向運動制御装置からの電極の径方向位置データ、軸方向運動制御装置からの電極の軸方向運動データ、または、ロボット制御装置からのトーチ角度データ、移動角度データ、若しくはトーチオフセットデータに少なくとも部分的に基づくものである請求項２７に記載の溶接方法。
【請求項３１】
前記溶接電極から前記材料を移行する前に接触感知較正手順を行うことを含む請求項２７に記載の溶接方法。
【請求項３２】
前記信号は、前記溶接接合部または前記溶接池に対する前記溶接電極の径方向位置に基づいて測定され、前記溶接方法は、前記信号を、シームトラッキング、熱入力制御、コンタクトチップ−ワーク間距離(CTWD)制御、および公称アーク長さ制御に用いることを含む請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３３】
溶接トーチから軸方向に溶接電極を送給することと、
前記溶接トーチから前記溶接電極を送給しながら、該溶接トーチ内の運動制御アセンブリによって、該溶接電極を該溶接トーチの中心軸に対して所望の移動パターンで径方向に動かすことと、
制御回路から、前記所望の移動パターン内での前記溶接電極の位置に対応する信号を送信することと、
前記溶接トーチまたはワークを進めて溶接部を確立することと、
前記信号に少なくとも部分的に基づいて、前記ワークと溶接池の領域とのうちの少なくとも一方に印加される熱パターンを制御することとを含む溶接方法。
【請求項３４】
前記所望の移動パターンは、円形、楕円形、ジグザグ、８の字形、横断往復運動ライン、三日月形、三角形、正方形、矩形、非線形パターン、非対称パターン、一時停止部、またはこれらの任意の組合せを含む請求項３３に記載の溶接方法。
【請求項３５】
前記溶接電極を径方向に動かすことは、前記溶接電極を、前記所望の移動パターンにおいて約５Ｈｚ〜約２００Ｈｚの径方向運動速度で動かすことを含む請求項３３に記載の溶接方法。
【請求項３６】
前記溶接電極に供給される電流を制御することを含む請求項３３に記載の溶接方法。
【請求項３７】
前記溶接方法は、前記所望の移動パターンの第１のサイクル中に、前記溶接池の外周における第１の場所および第２の場所に印加される熱を増大させることを含み、前記第１の場所は、前記ワークの第１の側壁を含み、前記第２の場所は、前記第１の側壁とは反対側にある前記ワークの第２の側壁を含む請求項３３に記載の溶接方法。
【請求項３８】
前記溶接方法は、前記溶接池の外周における第３の場所に印加される熱を増大させることを含み、前記第３の場所は、前記溶接池の一部を含む請求項３７に記載の溶接方法。
【請求項３９】
溶接経路に沿った前記溶接池の前方の場所に更なる熱を印加することであって、溶接継手のルートを予熱して、該溶接継手の該ルートにおける溶込みを確実にすることを含む請求項３３に記載の溶接方法。
【請求項４０】
Ｔ型すみ肉継手の水平部材上の場所に更なる熱を印加することであって、濡れを促進するとともに、該水平部材上のビード垂れプロファイルを防止する請求項３３に記載の溶接方法。
【請求項４１】
前記Ｔ型すみ肉継手の鉛直部材上の場所に少量の更なる熱が印加され、アークガウジング作用によるアンダーカットを回避し、また、前記溶接電極から増大した量の材料が前記鉛直部材上の前記場所に移行され、前記アークによって除去されたワーク金属をカバーすなわち補填する請求項４０に記載の溶接方法。
【請求項４２】
溶接電極とワークとの間にアークを確立することと、
溶接トーチ内の運動制御アセンブリによって、前記溶接電極を該溶接トーチの中心軸に対して所望のパターンにおいて約５Ｈｚ〜約２００Ｈｚの径方向運動速度で動かしながら、該溶接トーチから該溶接電極を送給することと、
前記溶接トーチまたは前記ワークを進めて溶接部を確立することと、
溶接電流、溶接電圧、アーク電圧、またはコンタクトチップ−ワーク間距離の変化をモニタリングすることによって、前記ワークの仮付溶接状態を検出することと、
前記所望のパターンの前記溶接電極の前記径方向運動、前記溶接電極に印加される溶接電力のパラメーター、溶接トーチ移動速度、溶接トーチ移動角度、および溶接トーチ角度のうちの少なくとも１つを含む１または複数の溶接パラメーターを、前記アークを維持しながら前記所望のパターン内での前記溶接電極の位置と前記検出された仮付溶接状態とに少なくとも部分的に基づいて制御することとを含む溶接方法。
【請求項４３】
前記１または複数の溶接パラメーターを制御することは、材料を、前記溶接電極から前記溶接池の外周の特定の位置における場所に移行し、前記アークによって溶融した母材金属を補充することを含む請求項４２に記載の溶接方法。
【請求項４４】
前記運動制御アセンブリのエンコーダー、線形可変差動変圧器(LVDT)、または指令パルスステップからの信号に少なくとも部分的に基づいて、前記所望のパターンでの前記溶接電極の前記位置を決定することを含む請求項４２に記載の溶接方法。
【請求項４５】
溶接電力および溶接ワイヤを受け取るように構成された溶接トーチと、
前記溶接トーチと連動し、溶接部を確立するように前記溶接ワイヤがワークに向かって進められる際に該溶接ワイヤを動かすように構成された溶接ワイヤ運動制御アセンブリであって、前記溶接ワイヤを前記溶接トーチの中心軸に対して所望のパターンで径方向に動かすように構成されている、溶接ワイヤ運動制御アセンブリと、
前記溶接ワイヤへの前記溶接電力を変更するように、また、前記溶接ワイヤから溶接池の外周における第１の場所への材料の移行を制御するように構成された制御回路とを具備する溶接システム。
【請求項４６】
前記溶接ワイヤ運動制御アセンブリは、モーター、１または複数のソレノイド、１または複数の磁石、１または複数のリニアアクチュエーター、１または複数のリニアモーター、１または複数の遊星ギア、１または複数の圧電アクチュエーター、またはこれらの任意の組合せを含む請求項４５に記載の溶接システム。
【請求項４７】
前記所望のパターンは、円形、楕円形、ジグザグ、８の字形、横断往復運動ライン、三日月形、三角形、正方形、矩形、非線形パターン、非対称パターン、一時停止部、またはこれらの任意の組合せを含む請求項４５に記載の溶接システム。
【請求項４８】
前記制御回路は、電力供給装置とワイヤ送給装置とのうちの少なくとも一方の回路を含む請求項４５に記載の溶接システム。
【請求項４９】
前記溶接ワイヤ運動制御アセンブリは、前記溶接ワイヤを、前記所望のパターンにおいて約５Ｈｚ〜約２００Ｈｚの径方向運動速度で径方向に動かすように構成されている請求項４５に記載の溶接システム。
【請求項５０】
前記溶接ワイヤ運動制御アセンブリは、エンコーダーまたは線形可変差動変圧器(LVDT)を備える請求項４５に記載の溶接システム。
【請求項５１】
前記溶接ワイヤ運動制御アセンブリは、前記溶接ワイヤを前記所望のパターンで軸方向に動かすように構成されている請求項４５に記載の溶接システム。
【請求項５２】
前記溶接ワイヤの軸方向運動速度は、約５Ｈｚ〜２００Ｈｚである請求項５１に記載の溶接システム。
【請求項５３】
前記溶接トーチに結合され、前記制御回路によって少なくとも部分的に制御される溶接ロボットまたは機械化されたトーチマニピュレーターを備える請求項４５に記載の溶接システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、溶接技法に関し、より詳細には、改善した自動溶接法に関する。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」の関連出願である。上記米国特許出願は、本明細書に引用することにより本開示の一部をなす。また、本開示は、2012年6月18日に出願された米国特許出願第13/526278号「Metal Cored Welding Method and System」、および、2012年11月20日に出願された米国特許出願第13/681687号「DC Electrode Negative Rotating Arc Welding Method and System」がその一部をなす。
【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61/878404号「SYNCHRONIZED ROTATING ARC WELDING METHOD AND SYSTEM」から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。非消耗電極を用いる溶接法としては、溶加材とは別の非消耗タングステン電極を使用するタングステン不活性ガス(TIG)溶接法を挙げることができる。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。然しながら、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金属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。溶接法の例としては、限定はしないが、金属不活性ガス(MIG)溶接法およびパルスガスメタルアーク溶接法(GMAW-P)が挙げられる。これらは双方とも、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。さらに、いくつかの実施形態において、金属活性ガス(MAG)法、フラックスコアアーク溶接(FCAW)法、メタルコアアーク溶接(MCAW)法等のような他のタイプの溶接法を実施することができる。
【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。このワイヤは溶接トーチを通してスプールから絶えず送給され、溶接トーチにおいて、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タイプは、多くの場合に、ソリッドワイヤ、フラックスコア、またはメタルコア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（例えば飛沫）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。一般に、材料移行は、電極４４の径方向運動の遠心力によって援助することができ、またいくつかの実施形態においては、電極４４の軸方向運動のうちの前進運動（すなわちワーク１４に向かう運動）が減速するかまたは前進運動（すなわちワーク１４に向かう運動）から逆進運動（すなわちワーク１４から離れる運動）に方向を反転する際の、電極４４の端部における液体金属の機械的慣性と組み合わせて援助することができる。これは以下でより詳細に記載する。
【０００６】
トーチが進行してワイヤを消耗するにつれ、このトーチは、２つのワーク間に、溶接ビードとして知られている溶加材の溶着層を残す。概して、移行モード中に形成される溶接ビードの幅は、いくつかの動作パラメーターの関数として見なされる。ワーク間の仮付溶接に応じて、溶接ビード幅は、完成した溶接製品の保全性を確実にするのに十分である場合もあるし、十分でない場合もある。これを回避するには、溶接作業者が溶接前のワークギャップの仮付溶接を視覚的に検出して、溶接品の保全性を確実にするように手作業で補償しなければならない。然しながら、自動溶接システムはこの知的考慮を欠いており、狭い許容差範囲を超える仮付溶接ギャップを許容しない可能性がある。さらに、ワークおよび／または溶接ビードの比較的薄肉の部分に過剰な熱が加えられると、溶接ビードに穴が形成される可能性がある。これは、溶接欠陥、手作業による再加工、および完成した溶接部品の最終的な廃棄をもたらす場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。然しながら、製造業者が依拠する、プロセスの速度上昇を伴う現在の自動溶接技法は、仮付溶接不良を伴う多くの完成ワークをもたらす可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの実施形態において、溶接方法は、溶接トーチから軸方向に溶接電極を送給することと、溶接トーチ内の運動制御アセンブリによって、溶接電極を溶接トーチの中心軸に対して所望のパターンで径方向に動かすことと、制御回路から、溶接接合部または溶接池に対する溶接電極の位置に対応する信号を送信することと、溶接トーチまたはワークを進めて溶接部を確立することと、溶接電極からの材料を溶接池の領域内の第１の場所に移行させることとを含む。溶接電極は、溶接トーチから溶接電極を送給しながら径方向に動き、溶接電極からの材料は、所望のパターンの第１のサイクル中に第１の場所に移行され、第１の場所は、上記信号に少なくとも部分的に基づいて制御される。
【０００９】
別の実施形態では、溶接方法は、溶接トーチから軸方向に溶接電極を送給することと、該溶接トーチ内の運動制御アセンブリによって、該溶接電極を該溶接トーチの中心軸に対して所望の移動パターンで径方向に動かすことと、制御回路から、前記所望の移動パターン内での前記溶接電極の位置に対応する信号を送信することと、前記溶接トーチまたはワークを進めて溶接部を確立することと、前記信号に少なくとも部分的に基づいて、前記ワークと溶接池の領域とのうちの少なくとも一方に印加される熱パターンを制御することとを含む。溶接トーチから溶接電極を送給する間、溶接電極は径方向に動く。
【００１０】
別の実施形態では、溶接方法は、溶接電極とワークとの間にアークを確立することと、溶接トーチ内の運動制御アセンブリによって、前記溶接電極を該溶接トーチの中心軸に対して所望のパターンにおいて約５Ｈｚ〜約２００Ｈｚの径方向運動速度で動かしながら、該溶接トーチから該溶接電極を送給することと、前記溶接トーチまたはワークを進めて溶接部を確立することと、溶接電流、溶接電圧、アーク電圧、またはコンタクトチップ−ワーク間距離の変化をモニタリングすることによって、前記ワークの仮付溶接状態を検出することと、前記アークを維持しながら、１または複数の溶接パラメーターを、前記所望のパターン内での前記溶接電極の位置と前記検出された仮付溶接状態とに少なくとも部分的に基づいて制御することを含む。該１または複数の溶接パラメーターは、前記所望のパターンの前記溶接電極の前記径方向運動、前記溶接電極に印加される溶接電力のパラメーター、溶接トーチ移動速度、溶接トーチ移動角度、および溶接トーチ角度のうちの少なくとも１つを含む。
【００１１】
溶接システムは、溶接電力および溶接ワイヤを受け取るように構成された溶接トーチと、溶接トーチと連動する溶接ワイヤ運動制御アセンブリとを備える。溶接ワイヤ運動制御アセンブリは、溶接部を確立するように溶接ワイヤがワークに向かって進められる際に溶接ワイヤを動かすように構成されている。溶接ワイヤ運動制御アセンブリは、溶接トーチの中心軸に対して所望のパターンで径方向に溶接ワイヤを動かすように構成されている。溶接システムは制御回路を備え、この制御回路は、溶接ワイヤへの溶接電力を変更するように、また、溶接ワイヤから溶接池の外周における第１の場所への材料の移行を制御するように構成されている。
【００１２】
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】
【００１３】
【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】図１のシステムとともに用いるメタルコア電極の端部の詳細図である。
【図３】本技法の態様によるメタルコア電極の移動を表す模式図である。
【図４】図３の運動制御システムの一実施形態の、線４−４に沿った断面の上面図である。
【図５】メタルコア溶接ワイヤの移動のために円形パターンを利用する進行中の溶接ビードの模式図である。
【図６】メタルコア溶接ワイヤのために楕円形経路を利用する進行中の溶接ビードの同様の図である。
【図７】メタルコア溶接ワイヤのために異なる向きの楕円形経路を利用する進行中の溶接ビードの更なる図である。
【図８】移動するメタルコア溶接ワイヤ電極を利用する進行中の溶接ビードに関する例示的なアーク位置および移行モードの図である。
【図９】例示的な強制移行トレースとともにメタルコア溶接電極の移動を示すタイミング図である。
【図１０】アーク移行プロセス中の移動パターンにおける電極の位置を示す模式図である。
【図１１】図１０の移動パターン中に電極に印加される電流波形のタイミング図である。
【図１２】接合部と移動パターンとの一実施形態の断面図である。
【図１３】短絡移行法においてワークに対して動く電極の一連の位置の図である。
【図１４】図１３の位置に対応する、電極に印加される電流波形のタイミング図である。
【図１５】図１３の位置に対応する電極の円形移動パターンの図である。
【図１６】図１３の位置に対応する電極の線形移動パターンの図である。
【図１７】電極の位置に対する溶接パラメーターの同期を示す方法フロー図である。
【図１８】初期溶接パラメーターを伴う進行中の溶接トーチノズルおよび溶接ビードの図、および、新たに調整された溶接パラメーターを伴う同じ溶接トーチノズルが溶接経路に沿ってギャップに直面するときのその溶接トーチノズルの想像図である。
【図１９】溶接経路に沿って仮付溶接を検出するとともに、溶接パラメーターを調整するためにこの情報を撮像コンポーネントおよびパラメーター計算コンポーネントに送達するカメラ／検出装置の図である。
【図２０】溶接部のパラメーターのうちの１または複数を調整するか否かおよびその調整方法を決定するのに用いられる例示的な論理を示す方法フロー図である。
【図２１Ａ】電極の振動を引き起こすのに使用され得るワイヤ矯正器アセンブリの一実施形態の側面図である。
【図２１Ｂ】電極の振動を引き起こすのに使用され得るワイヤ矯正器アセンブリの一実施形態の側面図である。
【図２２】本明細書に記載の電極の運動制御技法を用いて形成されたＴ型すみ肉溶接部の斜視図である。
【図２３】溶接システムの制御構成要素の概略的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
前述したように、これらの技法はソリッドワイヤまたはフラックスコアワイヤ等の多くのタイプのワイヤとともに用いることができるが、図１は、メタルコア溶接ワイヤ電極の移動を利用する例示的な溶接システム１０を示す。システム１０は、ワーク１４における溶接部１２を生成するように設計される。溶接部は所望のように任意に向けることができ、突き合わせ溶接、重ね溶接、角度溶接、位置外溶接等を含む。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。
【００１５】
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は、限定はしないが、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を含む多様な移行法を用いて利用することができる。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、メタルコア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。然しながら、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によって、溶接トーチおよびメタルコア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。例えば、オペレーターインターフェース３０は、作業者が、電極の径方向運動速度と同期される溶接パラメーターからの比例ゲインおよび／または積分ゲインを調整することを可能にすることができる。最後に、電力供給装置は、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。シールドガスの使用に加えてまたはその代替として、電極およびアークがフラックス層下に潜るサブマージアーク溶接（例えばSAW）法を用いることができる。
【００１６】
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に結合され、それにより、電極とワーク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。
【００１７】
図１に示される溶接システムは、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、ワークに対する所望の位置に溶接トーチを位置決めするようにプログラミングされるロボットまたは固定自動化システムに固定される。その後、ロボットは、電極とワークとの間でアークを開始し、溶接トーチを適切に向け、溶接トーチを、２つの構成要素を接合するために溶接ビードが確立されることになる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。
【００１８】
本技法は、ソリッドワイヤ、フラックスコアワイヤ、またはメタルコア溶接ワイヤとともに用いるように設計されるが、本実施形態では図２に示されるタイプのメタルコアワイヤが示される。そのような溶接ワイヤは一般的に、１または複数の金属コア５０に巻き付けられた金属から形成されたシース４８を備える。そのようなメタルコア溶接ワイヤを作製する種々の技法が知られているが、それらの技法は本発明の範囲を超えている。メタルコア溶接ワイヤの特性は特定の応用形態に対して選択することができ、特に、接合されることになる構成要素の冶金学的特性、用いられることになるシールドガスのタイプ、溶接ビードの予想充填体積等によって決まる。前述したように、ソリッドワイヤまたはフラックスコアワイヤのいずれかがメタルコアワイヤの代わりに選択される場合、同じことがソリッドワイヤおよびフラックスコアワイヤの双方に当てはまる。例示される実施形態では、いくつかの形状のメタルコア溶接ワイヤが、電極移動の利点を高めるのを助けることができる。例えば、溶接ワイヤは通常、所望の直径５２を有するように選択されることになる。直径はシース壁厚５４およびコア直径５６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。
【００１９】
本明細書で検討される実施形態では、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等に発行されたと米国特許第6,723,954号「Straight Polarity Metal Cored Wire」、2006年8月8日にNikodym等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等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」において記載されており、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。
【００２０】
図３は、通常の応用形態における溶接ワイヤの移動を示す。図３に示されるように、ワーク間に接合部５８が形成されることになり、意図した接合部に極めて近接して位置決めされる溶接トーチから電極４４が延在する。その後、電極と、接合されることになる下方の金属との間にアークが確立される。その電極は、電極および確立されたアークを強制的に運動させるように動くことができるコンタクト要素６０から延在する。コンタクト要素を動かすために、溶接トーチ内に運動制御アセンブリ６２が設けられる。そのような運動を強制するために数多くの技法を利用することができるが、本明細書で検討される構成では、モーター６６によってカム６４を回転させ、モーター自体はシステムの制御回路によって制御および給電される。
【００２１】
図１に示す電力供給装置１６の制御回路２８（および／またはワイヤ送給装置２２の制御回路３４）は、運動制御アセンブリ６２を制御して電極４４の所望の移動を引き起こすことができることが理解される。いくつかの実施形態において、溶接接合部５８に対する電極４４の位置に関するデータは、運動制御アセンブリ６２単独で生成することが可能でない場合がある。制御回路２８（および／または制御回路３４）は、運動制御アセンブリ６２に関するデータを含むトーチ２４に関するデータを考慮に入れて、溶接接合部５８または溶接池７４に対する電極４４の位置を表す信号を生成することができる。電極４４の位置に関して生成されたデータを制御回路２８（および／または制御回路３４）によって用いて、溶接法の種々のパラメーター（例えば、電流、電圧、ワイヤ送給速度、および本明細書に記載の他のパラメーターのいずれか）を制御することができる。さらに、いくつかの実施形態において、制御回路２８（および／または制御回路３４）は、上記信号を、シームトラッキング用、熱入力制御用、コンタクトチップ−ワーク間距離（CTWD：contact tip to work distance）制御用、および／または公称アーク長さ制御用に用いることができる。いくつかの実施形態において、信号は、径方向運動制御装置からの電極４４の径方向位置データ、軸方向運動制御装置からの電極４４の軸方向運動データ、または、ロボット制御装置からのトーチ角度データ、移動角度データ、若しくは（例えば接合部中心からの）トーチオフセットデータに少なくとも部分的に基づくことができる。さらに、いくつかの実施形態において、信号は、溶接接合部５８または溶接池７４に対する電極４４の径方向位置に少なくとも部分的に基づくことができる。
【００２２】
図２３は、溶接システム１０の制御構成要素の概略的なブロック図を示している。図示のように、溶接システム１０は、主制御回路３４６を備えることができる（例えば、主制御回路３４６は、いくつかの実施形態において制御回路２８および／または制御回路３４を含むことができる）。いくつかの実施形態において、図３に関して記載のトーチ部材の全てを含む溶接トーチ２４の移動の制御（例えば、トーチ角度、移動角度、トーチオフセット等）の責任を概して担うロボット制御装置３４８が、溶接接合部５８または溶接池７４に対する溶接トーチ２４の位置、速度、移動方向等に関するデータを、主制御回路３４６に提供することができる。さらに、溶接システム１０内に配置された溶接プロセスセンサー３５０が、実際のアーク電圧およびアーク電流等の溶接プロセスパラメーターに関するデータを、主制御回路３４６および／または溶接電力供給装置の電流制御装置３５２（例えば、図１の電力供給装置１６の電力変換回路２６）に提供することができる。通常、主制御回路３４６は、ロボット制御装置３４８および溶接プロセスセンサー３５０から受信したデータを用いて、溶接接合部５８または溶接池７４に対する電極４４の位置に関する信号を決定し、径方向モーター制御装置３５４（例えば径方向運動制御装置）、軸方向モーター制御装置３５６（例えば軸方向運動制御装置）、および／または溶接電力供給装置の電流制御装置３５２に制御信号を送信し、電極４４の径方向運動、電極４４の軸方向運動、およびアークの溶接パラメーター等をそれぞれ制御する。本明細書に記載の制御回路および制御装置の全ては、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。
【００２３】
いくつかの実施形態において、接触感知手順を用いて、溶接接合部５８または溶接池７４に対する電極４４の位置に関するデータを較正することができる。このような手順は、電極４４または溶接トーチ２４の何らかの部分がワーク１４または何らかの他の構造体に接触するまで溶接トーチ２４が動かされ、制御回路２８（および／または制御回路３４）がその位置を記録することを含むことができる。いくつかの実施形態において、制御回路２８（および／または制御回路３４）は、溶接トーチ２４が或る特定の方法で保持されていることと、製造ばらつきが無視可能であることとが想定され、したがって接触感知手順の必要性が排除される場合がある。然しながら、このような接触感知手順は、制御回路２８（および／または制御回路３４）によって予期される位置データの較正を助けることができる。
【００２４】
いくつかの実施形態において、運動制御アセンブリ６２は、コンタクト要素６０の側部（例えば直交する側部）に結合された、コンタクト要素６０および電極４４を所望のパターンで動かす１または複数のソレノイドを備える。いくつかの実施形態において、ソレノイドは、コンタクト要素６０および電極４４を所望のパターンで動かすボイスコイルを備えることができる。本明細書で用いるとき、「パターン」という用語は、１移動サイクルであって、開始位置と同じ位置で終了するサイクルにおける、電極４４の位置連鎖を意味することが意図される。換言すれば、例えば電極４４の端部の位置は、溶接トーチ２４に対して或る軸方向位置および径方向位置において１パターンサイクルを開始し、サイクル中に溶接トーチ２４に対して様々な軸方向位置および径方向位置を取る経路を通過し、サイクルが開始したときと略同じ溶接トーチ２４に対する軸方向および径方向位置において、サイクルを終了することができる。そのため、パターンは閉形式パターンと称することができる。
【００２５】
さらに、本明細書に記載の電極４４の軸方向および径方向の移動パターンは、溶接トーチ２４の静止本体の視点からのものであることが留意される。より詳細には、動作時、ロボット制御装置（例えば、図２３に示すロボット制御装置３４８）が溶接トーチ２４の本体を動かすが、この動きは、本明細書に記載の電極４４の移動パターンとは独立している。換言すれば、本明細書に記載の電極４４の移動パターンは、電極４４の視点からは静止していると想定される溶接トーチ２４の本体に対するものである（もっとも、再度述べるが溶接トーチ２４の本体は実際には独立して動いていることができる）。運動制御アセンブリ６２は、溶接トーチ２４の本体に対して動くいくつかの構成要素を有することが理解される。それらの構成要素は、溶接トーチ２４の他の構成要素（例えばコンタクト要素６０等）に、溶接トーチ２４の本体に対する電極４４の軸方向および径方向の移動を引き起こすものであり、例えばロボット制御装置３４８によって独立して動かされ得る。
【００２６】
図４は、図３の運動制御アセンブリ６２の一実施形態の、線４−４に沿った断面の上面図を示している。コンタクト要素６０に結合された第１のソレノイド３００またはボイスコイルが、電極４４を第１の軸３０２に沿って動かすことができ、コンタクト要素６０に結合された第２のソレノイド３０４またはボイスコイルが、電極４４を第２の軸３０６に沿って動かすことができる。制御回路２８は、制御信号を１または複数のソレノイド制御装置３０８に供給することによって、電極４４の移動を所望のパターンに従って制御することができる。それに加えてまたはその代替として、運動制御アセンブリ６２は、コンタクト要素６０の側部（例えば直交する側部）に結合された、コンタクト要素６０を所望のパターンで引き付けるか若しくは反発する永久磁石および／または電磁石を備える。さらに、１または複数の圧電アクチュエーター、１または複数のリニアアクチュエーター、１または複数のリニアモーター、若しくは１または複数の遊星ギア、またはこれらの任意の組合せを、コンタクト素子６０の側部（例えば直交する側部）に結合することができる。いくつかの実施形態において、第１のソレノイド３００は、コンタクト要素６０を第１の軸３０２に沿って第１の周波数で動かすことができ、第２のソレノイド３０４は、コンタクト要素６０を第２の軸３０６に沿って第２の周波数で動かすことができる。第１の周波数と第２の周波数とは、同じでも異なっていてもよい。理解され得るように、周波数は、コンタクト要素６０および電極４４の移動を移動域３１０内の任意の地点に実質的に制御するように変動させることができる。例えば、制御回路は、コンタクト要素６０を所望のパターンでリサジュー曲線に沿って動かすように、第１のソレノイド３００および第２のソレノイド３０４を制御することができる。運動制御アセンブリ６２は、コンタクト要素６０に結合された、運動制御アセンブリ６２によって別様に制御されない限りコンタクト要素６０を略中立位置３１４に位置付ける１または複数の付勢部材３１２（例えば、ばね）を備えることができる。こうして、コンタクト要素６０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６２の幾何形状および制御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。いくつかの実施形態において、作業者は、電極の運動を制御するモーターの加速度および／または減速度を調整することができる。
【００２７】
図３に戻ると、コンタクト要素６０のチップおよびひいては電極４４は、トーチ２４の軸５７から所定の距離または半径６８を動くことができる。以下に記載するように、この動きには種々のパターンを用いることができる。パターンは、接合部５８に対して対称的または非対称的なパターンとすることができる。所望のパターンは、以下で論じるように、トーチ２４の軸５７に垂直の平面内にある径方向部分を含む。いくつかの実施形態において、所望のパターンは、電極４４がトーチ２４の軸５７に沿って動くこと、例えば接合部５８に入るおよび／または接合部５８から出ることを可能にする軸方向部分を含む。例えば、電極４４は、確立されたアークが比較的薄肉のワークよりも比較的厚肉のワークをより多く加熱するように動かすことができる。いくつかの実施形態において、ワークに印加される熱パターンを制御するように上記確立されたアークを動かして、溶接システム１０が、溶接ビードによって接合され得る仮付溶接ギャップの許容差範囲を拡大することを可能にすることができる。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７０によって示す所望の移動速度で動かされる。
【００２８】
図５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７２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７４の後方を進行する。図５に示される電極は、参照符号７６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および／またはワークの移動速度と協調させることができ、電極が、溶接パッドル７４およびワークの周辺領域に、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。
【００２９】
図６は、電極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７８を示す。この場合の楕円形は、溶接およびトーチの移動方向に沿った長軸８０と、移動方向を横切る短軸８２とを有する。さらに、図７は更なる可能なパターン、すなわち、横断楕円形パターン８４を示しており、そのパターンでは、楕円移動の長軸８０が溶接およびトーチの移動方向を横切る。然しながら、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。所望のパターンは、限定はしないが、１または複数の直線および／または１または複数の曲線を有するパターンを含むことができる。いくつかの実施形態において、所望のパターンは、パターン内に、運動制御アセンブリが電極４４を動かさない時間間隔等の一時停止部または休止部を含むことができる。所望のパターンは、円形、楕円形、ジグザグ、８の字形、横断往復運動ライン、三日月形、三角形、正方形、矩形、非線形パターン、非対称パターン、一時停止部、またはこれらの任意の組合せを含むことができる。理解され得るように、個々の溶接部および／または溶接位置につき１つのパターンまたはパターンの組合せを用いて最適化することができる。
【００３０】
図８は、メタルコア溶接ワイヤが強制運動とともに利用されるときに動作することが考えられる例示的な溶着および溶込み方式を示す。すなわち、電極４４は、接合されることになるワーク８６と８８との間で移動される。溶接ビード９０が形成され、溶接ビードが進むにつれて、ワークの中に溶け込み、概ね平坦な表面を作り出す。図８に示されるように、参照符号９４は、溶接ワイヤのシース４８がワーク８６に向かって最大限に近づくことを指しており、一方、参照符号９４は、シース４８がワーク８８に最大限に近づくことを表す。
【００３１】
本実施形態では、メタルコア溶接ワイヤとワークおよび／または進行中の溶接パッドルとの間に確立されたアークは、シース４８とこれらの要素との間にのみ存在すると考えられる。それに応じて、参照符号９８によって示されるように、特有の移行場所が確立される。結果として生じる溶接部は、ソリッドワイヤ電極を用いて電極運動によって確立することができる類似の溶接部よりも平坦であることが観察されている。さらに、参照符号１００によって示されるように、母材の中への溶込みが促進されると考えられる。然しながら、これは、用いることができる任意の特定のタイプのワイヤに限定されるものとして見なされるべきではない。前述したように、本技法は、メタルコアワイヤに加えて、ソリッドワイヤおよびフラックスコアワイヤとともに用いることもできる。
【００３２】
電極４４が所望の移動パターン（例えば円形パターン７６）で動く際に、電極４４からの材料が溶着される。ワイヤ送給速度パラメーターおよびコンタクトチップ−ワーク間距離(CTWD)パラメーターは、ここでは、トーチ２４の軸５７に対する軸方向運動として定義することができ、その一方、トーチ２４の軸に垂直な平面における電極４４の運動は、径方向運動として定義することができる。電極４４の径方向運動には、トーチ２４の軸に垂直な平面におけるパターン（例えば円形パターン７６）での移動と、トーチ２４の軸に垂直な平面における電極４４の回転運動（例えばスピン運動）とを含むことができる。いくつかの実施形態において、径方向運動は、電極４４の軸方向運動とは独立して制御することができる。したがって、電極４４の溶着速度は電極４４の径方向運動とは略独立していることができる。例えば、溶接システム１０は、軸方向における電極の後退を伴わずに、径方向運動を制御することによって、接合部への熱印加および／または溶加材付加を制御することができる。理解され得るように、軸方向における電極の後退は、溶加材の溶着速度に影響を与え得る。
【００３３】
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、電極の移動速度、通常位置または中心位置の回りの電極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、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。
【００３４】
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。溶接トーチ２４全体ではなく溶接トーチ２４のいくつかの部分のみを振動させることにより、電極４４の比較的高速の径方向運動が達成されることが留意される。例えば、図３に示すように、いくつかの実施形態において、コンタクト要素６０および電極４４のみを、運動制御アセンブリ６２によって振動させることができる。このようにして、慣性要件が低減することにより、電極４４の比較的高速の径方向運動が促される。
【００３５】
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、径方向運動の直径は本明細書では約１．０ｍｍ〜１．５ｍｍ程度であると考えられるが、約４．０ｍｍ程度等の、更に大きな直径が望ましい場合もある。また、ガス流と同期または協調している電極移動を与え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。
【００３６】
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、求心力）におそらく起因して、溶接パッドルは、メタルコア電極の移動とともに良好に移動することができると考えられる。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およびワーク冶金学的特性、特に亜鉛めっきされたワークにおいても、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。
【００３７】
図９は、メタルコア溶接電極の移動を電極先端からの材料の強制移行に関連付ける例示的なタイミング図を示す。図９では、電極先端移動はトレース１０２によって経時的に示されており、一方、強制移行はトレース１０４によって示される。円形移動パターンでは、進行中の溶接ビード若しくはパッドル内の任意の特定の点、または接合部の任意の特定の場所の視点から、概ね正弦運動が予想される。この運動における点１０６では、電極のシースがワークの母材の両側の最も近くに接近することができる。溶接プロセスは、参照符号１０８によって包括的に示されるように、パルス溶接方式を制御すること、または定電圧溶接方式において電流を制御すること等によって、これらの場所において電極からの材料の移行を強制または強化するように適応することができる。これらの時間は、時間線１１０によって示されるように、通常周期的に生じる。上記のように、移行モードとメタルコア溶接電極の運動とを協調させて、特に電極のシースのみによるアークの確立を利用するために、これらの制御方式および数多くの他の制御方式を想定することができる。前述したように、これは、メタルコアワイヤに加えて、ソリッドワイヤおよびフラックスコアワイヤとともに本技法を用いることができるため、例示的な例として見なされるべきである。
【００３８】
電極４４の径方向運動は、電極先端からの材料の強制移行と同期し、接合部に対する所望のパターンに沿った１または複数の特定の地点への材料の移行を可能にすることができる。材料の強制移行は、電流が制御されるパルス移行モードおよび／または定電圧移行モードによるパルス電流および／またはパルス電圧に起因することができる。図１０は、接線方向２０４において２つのワーク１４ａおよび１４ｂ間の接合部５８にわたる、電極４４の所望のパターンの径方向部分２０２を示している。図１０に示す所望のパターンの径方向部分２０２は、おおよそ円形パターン７６であるが、上述の他の所望のパターンを、電極の先端からの材料の強制移行と同期することができることが理解され得る。制御回路２８は、電極４４の運動およびアークの確立を制御し、電極４４が移動方向２０６に動く際にワーク１４ａ、１４ｂおよび溶接池７４に印加される熱（例えば加熱パターン）を制御する。接合部５８にわたる溶接池７４への熱入力を低減することにより、進行中の溶接ビード７２における溶接欠陥（例えば、穴、薄肉化、溶落ち）を低減することができる。具体的には、溶接池７４の前部２０８への熱入力を低減することにより、溶接ビード７２における溶接欠陥を低減することができる。
【００３９】
例えば、制御回路２８は、電極４４を位置Ｉにおいて加熱するようにアークを制御し、これにより、電極４４から離脱する第１の球を位置ＩＩにおいて形成する。第１の球は、第１の球の電極４４に対する接線方向の運動により、溶接池７４の領域２１１内のおおよそ場所２１０（例えば、溶接池７４側方のワーク１４ａのルート面または側壁上）に溶着することができる。制御回路２８は、電極４４を位置ＩＩＩにおいて加熱するようにアークを制御し、これにより、電極４４から離脱する第２の球を位置ＩＶにおいて形成する。第１の球と同様に、第２の球は、第２の球の電極４４に対する接線方向の運動により、溶接池７４の領域２１１内のおおよそ場所２１２（例えば、溶接池７４の後部２１４において、固化する溶接ビード７２上）に溶着することができる。制御回路２８は、電極４４を位置Ｖにおいて加熱するようにアークを制御し、これにより、電極４４から離脱する第３の球を位置ＶＩにおいて形成する。第３の球は、第３の球の電極４４に対する接線方向の運動により、溶接池７４の領域２１１内のおおよそ場所２１６（例えば、溶接池７４側方のワーク１４ｂのルート面または側壁上）に溶着することができる。制御回路２８は、電極４４が溶接池７４の前部２０８に溶着し得る球を形成しないように、アークを制御することができる。本明細書で論じるように、溶接池７４の領域２１１は、溶接池７４の中心２１５からおおよそ距離２１３を有することができる。距離２１３は、溶接池７４の幅２１７および／または接合部５８の幅２１９に少なくとも部分的に基づくものである。例えば、距離２１３は、溶接池７４の幅２１７の約２倍、３倍、４倍、または５倍未満とすることもできるし、接合部５８の幅２１９の約２倍、３倍、４倍、５倍、６倍、７倍、８倍、９倍、または１０倍未満とすることもできる。領域２１１は、ワーク間の接合部５８、溶接池、ワークの側壁、若しくは固化する溶接ビード７２の一部、またはこれらの任意の組合せを含むことができる。
【００４０】
場所２１０および２１６は、溶接池７４よりも深くすることができる。したがって、制御回路２８は、場所２１０および２１６において溶接池７４よりも多くの熱をワークに印加するように、アークと電極４４の運動とを同期することができる。いくつかの実施形態において、運動制御アセンブリ６２は、接合部に対する電極４４の位置に対応する信号を制御回路２８に供給する。制御回路２８は、上記位置信号を用いて、ワークへの熱印加を同期することができ、および／または溶接池７４への材料移行を同期することができる。材料の移行を電極位置に同期することにより、電極材料の制御された付加によって接合部を形成するように溶接システムが仮付溶接ギャップの許容差窓を拡大させることが可能になる。いくつかの実施形態において、制御回路２８は、電極４４から、溶接池７４の後部２１４の場所２１２または溶接池７４の前部２０８におけるよりも多くの球を場所２１０および２１６に溶着するように、アークを制御する。理解され得るように、溶接池７４の前部２０８は、溶接池７４の後部２１４よりも浅い場合がある。制御回路２８は、電極４４から、溶接池７４の前部２０８におけるよりも多くの球を溶接池７４の後部２１４、側部（例えば場所２１０および２１６）、または中央部に溶着するように、アークを制御することができる。
【００４１】
図１１は、電極４４が図１０に示す所望のパターンの径方向部分２０２に沿って動く間に電極４４に印加される電流波形２２２のグラフ２２０である。電流波形２２２は、パルス法または定電圧法に従って制御することができる。電流波形２２２は、電極４４が位置Ｉ、位置ＩＩＩ、位置Ｖにある場合に比較的高く、ここで制御回路２８が電極４４上に球を形成するようにアークを制御する。電流波形２２２は、電極４４が位置ＩＩ、位置ＩＶ、および位置ＶＩにある場合に比較的低く、ここで球は電極４４から離脱する。理解され得るように、位置ＩＩ、位置ＩＶ、および位置ＶＩにおける電流波形のこの落込みにより、これらの位置における電極４４および／またはワーク１４ａ、１４ｂの加熱を減少させることができ、溶接池７４からのスパッタを低減させることができる。いくつかの実施形態において、電流波形２２２および／または電流波形２２２の極性は、電極４４の運動に少なくとも部分的に基づくパターンを有する。例えば、電極４４は、位置Ｉ、位置ＩＩ、および位置ＩＩＩではワーク酸化物の陰極洗浄に向けて正極性を有することができ、位置ＩＶ、位置Ｖ、位置ＶＩでは電極４４の加熱を増大およびそれによって溶融速度を増大させるように負極性を有することができる。いくつかの実施形態において、電流波形２２２の周期２２４は、電極４４の径方向運動速度（例えば振動）に相関させることができる。例えば、電流波形２２２の周期２２４（秒）は、電極４４の径方向運動速度（Ｈｚ）のおおよそ逆数とすることができる。いくつかの実施形態において、電流波形２２２は、本明細書に記載のように、電極４４の軸方向運動に応じることもできることが理解される。
【００４２】
いくつかの実施形態において、所望のパターンは、電極４４がトーチの軸に対して軸方向に動く軸方向部分を含む。例えば図３に示すように、いくつかの実施形態において、運動制御アセンブリ６２は、電極４４が溶接接合部５８に対して接離するように、コンタクト要素６０を軸５７に沿って軸方向に並進させるように構成することができ、それにより、軸５７に略垂直な平面において引き起こされる移動の径方向部分に加えて）、（例えば軸５７に平行な）移動の軸方向部分が可能になる。そのため、溶接接合部５８に対する電極４４の運動は、本質的に３次元とすることができる。換言すれば、運動制御アセンブリ６２は、軸５７に略垂直な平面における電極４４のウィービングパターンを生成する能力に加えて、電極４４を溶接接合部５８に対して３次元移動パターンを生成するように軸方向に動かす能力を有することができる。本明細書に記載のように、これらの３次元移動パターンには、３次元移動パターンに沿った異なる地点におけるいくつかの溶接パラメーター（例えば、電流、電圧、熱入力、極性、ワイヤ送給速度等）の変更が伴う場合がある。３次元パターンは、電極４４の軸方向運動および径方向運動の協調によって生じる曲部および／または捻れ部を含むことが理解される。さらに、コンタクト要素６０を並進させることによって電極４４の並進を可能にすることに加えて（またはその代替として）、いくつかの実施形態において、制御短絡（CSC：controlled short-circuit）移行法を用いて、径方向運動と同期して軸方向運動するようにワイヤを前後に動かすことができ、それによって３次元移動パターンの生成が容易になる。
【００４３】
図１２は、ワーク１４ａ、１４ｂ間の接合部５８と所望のパターン１６０との一実施形態の断面図を示している。トーチは、電極４４を、図１２の断面の平面外にあると理解することができる移動方向１６２に動かす。所望のパターン１６０は、径方向部分を含み、また軸方向部分を含むことができる。いくつかの実施形態において、制御回路２８は、運動制御アセンブリ６２を介して軸方向部分を制御する。それに加えてまたはその代替として、制御回路２８は、トーチ２４の移動を制御することによって、例えば溶接ロボットまたは機械化されたトーチマニピュレーターを介して、軸方向部分を制御することができる。所望のパターン１６０の径方向部分は、トーチの軸５７に垂直な平面における第１の径方向位置１６２と第２の径方向位置１６４と間での電極４４の径方向運動を含む。所望のパターン１６０の軸方向部分は、第１の軸方向位置１６６と第２の軸方向位置１６８との間での軸５７に対する（例えば軸５７に平行な）電極４４の軸方向運動を含む。いくつかの実施形態において、軸方向部分は、径方向部分と同期され、電極４４が接合部５８の幾何形状に略追従することを可能にする。例えば、所望のパターンの軸方向部分は、電極を、ワーク１４ａから第１の距離１７０だけかつワーク１４ｂから第２の距離１７２だけオフセットさせることができる。ここで、第１の距離１７０は、必ずしも第２の距離１７２と等しくなくてよい。いくつかの実施形態において、第１の距離１７０および／または第２の距離１７２は、接合部５８の中心に対して変動することができる。
【００４４】
制御回路２８は、電極の所望のパターンの軸方向部分を制御することができる。電極４４は、或る軸方向運動速度で軸方向部分を通過する。いくつかの実施形態において、制御回路は、電極が、１回、２回、３回、４回、５回、またはそれ以上の回数の径方向部分通過サイクルにつき軸方向部分通過サイクルを約１回行うように、軸方向運動速度を径方向運動速度と同期する。例えば、所望のパターンは、電極が、各軸方向部分サイクルにつき２回以上の径方向部分サイクルを完了する螺旋パターンを含むことができる。いくつかの実施形態において、制御回路２８は、溶接電極の移動サイクル中の電極４４の移動速度（例えば、径方向運動速度および／または軸方向運動速度）を調整することができる。例えば、制御回路２８は、電極をワーク１４ａにわたって第１の移動速度でおよび／または一時停止させて動かすことができ、その一方で、電極をワーク１４ｂにわたって異なる第２の移動速度で動かすことができる。
【００４５】
いくつかの実施形態において、軸方向部分は、ワーク材料および／またはワークの厚さに基づくものである。例えば、いくつかの材料は、他の材料よりも高い溶融温度を有する場合があり、これは、球をワークによって濡らすためにワークに加えられる熱の量に影響を与える。所望のパターン１６０の軸方向部分を制御することにより、制御回路２８が接合部５８においてワーク１４に熱が印加される場所を制御することが可能になる。いくつかの実施形態において、所望のパターンの軸方向部分を制御することにより、制御回路２８が、ボールが移送される溶接池７４の領域２１１を調整することが可能になる。例えば、電極４４から溶接池７４またはワーク１４の側壁までの距離を調整することにより、離脱するや否や離脱した球が接線方向２０４に移動することができる距離を調整する。
【００４６】
いくつかの実施形態において、制御回路２８は、所望のパターン内の電極の位置に少なくとも部分的に基づく極性および／または移行法を調整する。溶接プロセス中に極性および／または移行法を制御することにより、ワークおよび電極に印加される熱プロファイルを変化させることができる。さらに、溶接プロセス中に極性および／または移行法を制御することにより、スパッタの量、形成される球のサイズ、若しくは形成される球の数量、またはこれらの任意の組合せを制御することができる。例えば、制御回路２８は、ワーク１４ａ上の場所１７４では移行法をパルス移行法またはパルススプレー移行法に制御し、場所１７６では移行法を短絡移行法（例えば、RMD（商標））に制御することができる。接合部５８を横断すると、制御回路２８は、ワーク１４ａよりも薄肉かおよび／または低い溶融点を有する場合があるワーク１４ｂ上の場所１７８において、移行法を制御短絡(CSC)移行法に制御することができる。用いられ得る移行法としては、限定はしないが、パルス移行法、スプレー移行法、グロビュール移行法、短絡（例えばRMD（商標））移行法、電極の後退を伴う制御短絡(CSC)移行法、埋れアーク移行法、サブマージアーク移行法、ホットワイヤ移行法、軸方向短絡解除移行法、径方向短絡解除移行法、若しくは交流移行法、またはこれらの任意の組合せを含むことができる。径方向短絡解除移行法では、電極は、径方向から溶接池との短絡を発生および／または終了する。すなわち、電極は、例えば所望のパターンでの径方向運動を介して、径方向に溶接池に出入りすることができる。軸方向短絡解除移行法では、電極は、軸方向から溶接池との短絡を発生および／または終了する。すなわち、電極は、軸方向に溶接池に出入りすることができる。理解され得るように、軸方向における電極の移動は、限定はしないが、トーチの軸方向運動、トーチによる溶接池への電極の送給、若しくは溶接池からの電極の後退、またはこれらの任意の組合せを含むことができる。
【００４７】
制御回路２８は、短絡溶接法（例えば、金属調節溶着（RMD（商標）：regulated metal deposition））での動作中、電極４４を径方向に動かすことができる。図１３は、電極４４が移動パターン（例えば円形パターン７４）に沿って動くとともにトーチ２４が方向２２８に移動する際に、径方向短絡移行法によって電極４４が材料を溶接池７４に移行する一連の図を提供している。図１３は、溶接部の長手軸における溶接池７４の断面である。位置Ａにおいて、電極４４は、トーチ２４の軸２３０に沿っている。このとき、制御回路２８は、電極４４を通してアークを確立し、電極４４の先端に球２３２を形成する。位置Ｂにおいて、制御回路２８は、電極４４および付着した球２３２をワーク１４および溶接池７４に向かう方向２３４に動かすように、運動制御アセンブリ６２を制御する。以下で論じるように、いくつかの実施形態において、制御回路２８は、電極４４と溶接池７４との間の短絡を見込んで、電極４４に供給される電流を低減するように電力変換回路２６を制御する。位置Ｃにおいて、制御回路２８は、電極４４をワーク１４に向かう径方向に動かすように運動制御アセンブリ６２の制御を続行し、それにより、付着した球２３２は溶接池７４と相互作用（例えば、融合、溶融、含浸、接触）し、電極４４とワーク１４との間に短絡を発生させる。球２３２は、位置Ｃにおいて、電極４４から離脱して溶接池７４に入り始めることができる。制御回路２８が、運動制御アセンブリ６２を制御して電極４４を軸２３０から距離２３６のところにある位置Ｄまで動かした場合、球２３２は、電極４４からの離脱を続け、溶接池７４と融合することができる。距離２３６は、移動パターンの半径とすることができる。
【００４８】
回路２８は、位置Ｄから、電極４４を径方向において溶接池７４とは反対方向２３８に動かすように運動制御アセンブリ６２を制御し、短絡を解除する。いくつかの実施形態では、位置Ｅにおいて、制御回路２８は、アーク電圧によって、溶接池７４からの電極４４の離脱を低電流レベルで感知する。位置Ｆにおいて、制御回路２８は、電極が接合部５８の軸２３０に再度沿うと、電極４４上に別の球２３２を形成するように運動制御アセンブリ６２および電力変換回路２６を制御する。位置Ｇにおいて、電極４４は、運動軸２３２から距離２３６だけ移動する。制御回路２８は、電極４４が溶接ビード７２を形成しながら上記径方向運動速度で移動パターンサイクルを行う際、位置Ａ〜位置Ｇを繰り返すように運動制御アセンブリ６２を制御することができる。
【００４９】
図１４は、図１３に示す位置のそれぞれにつき電極４４に供給される電流波形２４２のグラフ２４０である。そのため、図１４に示す電流波形２４２は、時間の関数としてだけでなく径方向運動のパターン内での電極４４の位置の関数としても電極４４に供給される電流を示すので、従来の電流対時間の波形から区別される。また、いくつかの実施形態において、電流波形２４２は、本明細書に記載のように、電極４４の軸方向運動に応じることもできることが理解される。位置Ａにおいて、電流波形２４２は、溶接池７４に接近する前は高い値２４４にある。位置Ｂにおいて電極４４が溶接池７４に近づくと電流波形２４２は下降し、そのため位置Ｃにおいて、電極４４が溶接池７４に進入する前に、電流波形２４２は低い値２４６になる。電流波形２４２は、電極４４が（例えば、電極４４が溶接池７４との接触を開始する）位置Ｃおよび電極４４とワーク１４との間に短絡が存在する場合に対応する位置Ｄにある場合は低い値２４６にある。電流波形２４２は、位置Ｅにおいて、電極４４が溶接池７４を出る（例えば離れる）際に低い値２４６にある。電極４４が位置Ｆにある場合、制御回路は、別の球２３２を形成するように電流波形２４２を高い値２４４に制御する。電極４４が溶接池７４に出入りする（例えば離れる）際に電流波形２４２を低い値２４６に制御することにより、スパッタを低減することができ、および／または溶接欠陥を低減することができる。図１５は円形移動パターン２４８を示し、図１６は横断接合移動パターン２５０を示している。図１３および図１４に示す短絡移行プロセス中の電極４４の対応する位置は、移動パターン２４８および２５０に示されている。いくつかの実施形態において、電極４４の極性は、所望のパターン内での電極の位置に少なくとも部分的に基づいて変更することができる。例えば、電極４４は、位置Ａ、位置Ｂ、および位置Ｃにある場合は第１の極性（例えば正極性または負極性）を有することができ、位置Ｄにおいて極性を反転し、位置Ｅ、位置Ｆ、および位置Ｇにある場合は反対の第２の極性（例えば負極性または正極性）を有することができる。これにより、短絡中に極性を反転する（例えばゼロ電圧交差）ことが可能になる。いくつかの実施形態において、位置Ｄにおいて極性を変えることにより、他の位置において極性を変えるのに対して、電極若しくはワークへの熱入力の制御を高めることができ、および／または交流法のより高い安定性を提供することができる。
【００５０】
ここで図１４に戻ると、電流波形２４２が示されているが、溶接法の他のパラメーターは、図１３に示す溶接池に対する様々な（例えば外周の）位置（例えば、位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄ、位置Ｅ、位置Ｆ、および位置Ｇ）に関して変更することができることが留意される。例えば、電圧波形、ワイヤ送給速度、ｚ位置（例えば、図１３に示す軸２３０に沿った、例えば溶接池７４により近位または溶接池７４からより遠位の電極の位置）、および溶接法に関する他のパラメーターを、電極４４の位置（例えば、位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄ、位置Ｅ、位置Ｆ、および位置Ｇ）に基づいて変更することができる。換言すれば、溶接法のパフォーマンスに影響を与える任意のパラメーターは、溶接池７４内の様々な場所（前縁または後縁、壁の近位、中心線の近位等）において、溶接部の様々な所望の性質（例えば、溶込みの程度、溶加の程度、「溝掘り（digging）」または「ガウジング」すなわちアークによる母材溶融の程度等）が達成されるように、自動で調整し、実際に電極４４の振動と同期することができる。
【００５１】
実際、図１３〜図１６に関して図示および記載の位置（例えば、位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄ、位置Ｅ、位置Ｆ、および位置Ｇ）でさえ例示にすぎず、限定を意図していない。例えば、図１３では概して突合せ溶接継手への適用として示されているが、他のタイプの溶接継手（例えば、Ｔ継手、重ね継手、かど継手、へり継手等）が本明細書に記載の技法を利用することができ、電極４４が振動する際の溶接パラメーターの変動は、各タイプの溶接継手に関して様々とすることができる。そのため、図１３に示す位置（例えば、位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄ、位置Ｅ、位置Ｆ、および位置Ｇ）は、例えばＴ型溶接継手に関しては全く異なるものとすることができる。一例として、Ｔ型すみ肉が約６ｍｍ〜１５ｍｍの比較的長い溶接脚長を有する特定の用途では、電極４４から比較的大量の溶加金属を溶着させる必要がある。そのため、アーク力を生成することができる比較的高い電流および高い温度が要求される。このアーク力は、別様には、溶接されるプレートを削る傾向がある。このような状況では、比較的高速かつ高い溶接強度で見た目のよい溶接部を形成するのが比較的困難である可能性がある。通常、この状況では、更なる溶加と併せて更なる溶込みが望まれる。より詳細には、掘られた穴を埋め直す必要がある。
【００５２】
本明細書に記載の技法を用いる際、溝掘りフェーズと溶加フェーズとを別個にして、アークによって溶け落ちて母材金属にアンダーカットまたは未充填部が生じることを回避するように相応して制御することができる。図２２は、Ｔ継手３１６に形成された溶接部３１４の図である。例えば、電極４４が壁３１８の隣（例えば位置３２０と同様）にある場合、システムは溝掘りフェーズにあるが、穴を埋め戻すために流体が必要である。そのため、電極４４が壁３１８に近い場合、熱を低減することができる。反対に、電極４４がルートに近い（例えば溶接ビードの後側部または前側部、位置３２２と同様）場合、熱を増大させることができ、それによってルートが溶融される。溶接池７４の後側（例えば後縁側）にある場合、熱によって側壁３１８に溝が掘られることなく更なる熱を印加することができる。このタイプの制御は、溶加（例えばワイヤの溶融）と溶込み（例えば、加熱、ルートの取込み等）とを別個にすることができる。位置３２２においてワイヤを溶融するように高い電流を印加することができ、これは、任意の地点で検出することができる。次に、鉛直壁３１８ａにおいて離脱が生じ、（例えば、溶融フェーズ中にちょうどの量の液体が生成されるので、アーク電流を低減する一方で液体を放出することにより）穴を埋めることができる。鉛直壁３１８ａにおいてしばしばアンダーカットが生じることが留意される。いくつかの状況において、鉛直壁３１８ａにおいて２つの液滴を離脱させ、底壁３１８ｂにおいて１つのみの液滴を離脱させることができる。高速で溶接する場合、溶接ビードは、底壁３１８ｂ上に溜まる傾向がある。電極４４が底壁３１８ｂ上の位置３２０ｂに動く際に更なる熱を印加することができ、それにより、ビード溜まりを防止するようにより多くの濡れを生じることができる。通常、溶接ビードの前側（前縁側）にある場合、ルートを取り込むのに十分な熱を得ることと、（再度述べるが液滴分布に影響を与えることによって）比較的高い疲労強度を有する凹状溶融部を得ることとが望ましく、それによって比較的大きい止端半径と良好な疲労強度がもたらされる。
【００５３】
通常、いくつかの実施形態において、ルートを余熱するとともにルートにおける溶け込みを確実にするように、溶接経路に沿って溶接池の前方の場所に更なる熱を印加することができる。さらに、いくつかの実施形態において、濡れを促進するとともに底壁３１８ｂ上のビード垂れプロファイルを防止するように、Ｔ型すみ肉継手の底壁３１８ｂ（すなわち水平部材）上の場所３２０ｂに更なる熱を印加することができる。さらに、アークガウジング作用によるアンダーカットを回避するように、Ｔ型すみ肉継手の鉛直壁３１８ａ（すなわち鉛直部材）上の場所３２０ａに少量の更なる熱を印加することができる。電極４４から増大した量の材料が鉛直壁３１８ａ上の場所３２０ａに移行され、アークによって除去されたワーク材料をカバーすなわち補填し、ひいては鉛直壁３１８ａ上のアンダーカットを回避する。
【００５４】
さらに、図１４では振動サイクル（例えばＡ〜Ｇ）間で周期的な（例えば同一の性質で繰り返す）ものとして示しているが、他の実施形態では、これらの位置に基づいて自動制御される溶接パラメーター（例えば、非限定的な例である図１４の電流波形２４２）は、周期的に繰り返さなくてもよい。むしろ、振動サイクルの任意の所与の位置間で、特定の溶接パラメーターの変動が存在してもよい。例えば、図１４に示す電流波形２４２を用いる際、双方の位置Ａにおいて同じ電流でなく、２回目のＡにおける（すなわち、図示の第２の振動サイクル中の）電流は、１回目のＡにおける（すなわち、図示の第１の振動サイクル中の）電流に比較して僅かに減少させてもよい。振動サイクル間でのこのような変動は、溶接接合部に沿って溶接が進行する際に、生成される溶接池７４の調整制御を可能にすることができる。
【００５５】
いくつかの実施形態において、少なくとも一部が流体である溶接池７４にかかる力が、溶接池７４にリプルを生じる場合がある。溶接池７４にかかる力は、限定はしないが、溶融球２３２の付加、電極４４の運動、アーク、シールドガス、重力、およびワークの運動を含むことができる。電極４４が、径方向運動速度に少なくとも部分的に基づいて溶接池７４に出入りする際、溶接池７４の表面２３９に律動的なリプルまたは波が生じる場合がある。いくつかの実施形態において、電極４４の運動を溶接池７４の律動的なリプルと同期させて、電極４４が溶接池７４に規則的な間隔で出入りすることによって規則的な間隔で短絡を発生させるようにすることができる。それに応じて制御回路２８は、短絡移行プロセスにおいて、短絡が生じる場合を予期または予測するための他の因子ではなく規則的な短絡間隔に基づいて、電極４４および電流波形２４２を制御することができる。いくつかの実施形態において、溶接池７４に対する電極４４の律動的な動きは、重力、表面張力、若しくは電極４４から溶接池７４に材料を移行する電気的なピンチ力のうちの１または複数の作用を低減することができる。
【００５６】
制御回路２８は、移動パターンの所望の位置で所望の組の溶接パラメーターが電極４４に与えられるように、電極４４の移動パターンおよび／または径方向運動速度を溶接パラメーターと同期させることができる。溶接パラメーターは、限定はしないが、電極４４に供給される溶接電流、電極４４に供給される溶接電圧、ワイヤ送給速度、移動速度、および電極４４の径方向運動速度を含むことができる。図１７は、電極４４の移動パターンを所望の溶接パラメーターと同期させるように電極４４を制御する方法２５１の一実施形態を示している。制御回路２８が移動パターンを受信する（ブロック２５２）。移動パターンは、上述したように円形、楕円形、ジグザグ、または他の移動パターンを含むことができる。いくつかの実施形態において、移動パターンは、ワーク、接合部の仮付溶接、オペレーターインターフェースを介した作業者入力に少なくとも部分的に基づくものである。移動パターンは、ワークに対する電極の一連の位置Ｐ0〜Nとすることができる。
【００５７】
制御回路２８が、移動パターンの位置のそれぞれに対応する同期設定を受信する（ブロック２５４）。同期設定は、限定はしないが、位置間の径方向運動速度（ｆ0〜N）、それらの位置における溶接電力（Ｉ0〜N、Ｖ0〜N）、およびそれらの位置におけるワイヤ送給速度を含むことができる。それに応じて、制御回路２８は、１組の溶接パラメーターが一連の位置Ｐ0〜Nのうちの各位置に対応するように、溶接パラメーターを移動パターンと同期させることができる。いくつかの実施形態において、電極４４の位置は、運動制御アセンブリ６２のモーター６６に結合されたエンコーダー、コンタクト要素６０に結合された位置センサー、またはコンタクト要素６０に結合された線形可変差動変圧器(LVDT)を介して決定することができる。それに加えてまたはその代替として、コンタクト要素６０および電極４４の動きを制御する指令パルスステップを用いて、電極４４の位置を決定することができる。各位置に対する溶接パラメーターは、溶接プロセスの開始前に制御回路２８がリセットする（ブロック２５６）カウンターに基づいて選択することができる。
【００５８】
制御回路２８が電極４４に溶接電力を供給し（ブロック２５８）、位置Ｐxにおいて電極４４とワークとの間にアークを生じさせる（ブロック２６０）。制御回路２８は、ワイヤ送給速度および移動速度を、位置Ｐxに対応するそれぞれの値に制御することができる。いくつかの位置Ｐxにおいて、対応する溶接パラメーターが、電極４４から材料を離脱させる（ブロック２６２）。上記で論じたように、材料は、位置Ｐxにおいて離脱させることができるが、電極４４の径方向運動速度に起因して異なる場所においてワークに溶着してもよい。制御回路２８が運動制御アセンブリ６２を制御して、電極を径方向運動速度ｆxでＰxからＰx+1に動かす（ブロック２６４）。カウンターの値が移動パターンの終端を示す場合（分岐２６６）、制御回路２８がカウンターをリセットする（ブロック２５６）ことにより、移動パターンを再開する（ブロック２６８）。理解され得るように、移動パターンが繰り返され得る間、制御回路２８は、運動制御アセンブリ６２を制御して、移動パターンの繰返しにより接合部に沿って異なる場所に材料を溶着するように電極４４を上記移動速度で接合部に沿って動かす。カウンターの値が移動パターンの終端の値未満である場合、制御回路２８はカウンターを次の値に進める（ブロック２７０）。その場合、制御回路２８は、移動パターンの終端または作業者／ロボットが溶接を停止するまで、移動パターンの各増分位置に対してブロック２５８〜２６４を繰り返す。
【００５９】
制御回路２８は、材料を接合部の所望の場所に溶着するように、電極４４の移動パターンを溶接パラメーターと同期させることができる。上記で論じたように、図１０および図１１は、材料が溶接池７４の前部ではなく場所２１０、２１２、または２１６に溶着されるように、溶接電流が径方向運動速度および移動パターンと同期される一実施形態を示している。いくつかの実施形態において、制御回路２８は、材料が、移動パターンに沿った１径方向移動サイクルにつき１または複数の場所（例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０、またはそれよりも多数の場所）において溶接池に移行するように、溶接パラメーターを制御する。いくつかの実施形態において、制御回路２８は、電極４４の径方向運動速度をワイヤ送給速度および／または溶接電流と同期させ、それによりスパッタを低減することができる。例えば、制御回路２８は、ワイヤ送給速度および／または溶接電流が増大する場合、径方向運動速度を低減することができる。
【００６０】
これまでの例に加えて、アークの機械的運動を伴う、上記で論じられたメタルコアワイヤを用いる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（またはベースプレート材料）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。その組合せは、亜鉛めっき鋼板材料溶接（例えば、自動車の応用形態）、被コーティング材料または被塗装材料溶接、薄板溶接（例えば、家具製造）等に特に役に立つ場合がある。
【００６１】
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、流酸カリウム、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。
【００６２】
いくつかの実施形態において、電極４４を或る移動パターンで動かす溶接プロセスを用いて、ワークを溶加材（例えば消耗電極）で被覆することができる。MIG溶接法およびTIG溶接法を用いてワークを被覆することができる。溶加材は、限定はしないが、ステンレス鋼合金、インコネル合金、ニッケル系チタン合金、および他の耐腐食性材料を含むことができる。電極４４の径方向運動（例えば中心軸の回りでの振動）は、アークによってワーク１４に印加される熱を低減し、それにより、ワーク１４の溶融分による溶加材の希釈を低減することができると考えられる。いくつかの実施形態において、電極４４およびアークの径方向運動は溶接池７４を撹拌し、それによりワーク１４上の複合被覆材料の混合を高めることができる。
【００６３】
電極４４の移動パターン（例えば、円形、楕円形、往復運動ライン）は、電極４４を、以前移行した溶接ビード９０の部分（例えば、溶接池７４）にわたって動かすことができる。いくつかの実施形態において、電極４４からのアーク９６は、溶接ビード９０を再加熱して焼き戻す。電極４４の移動パターンから再加熱を行うことで、移行した材料の結晶粒を微細化するとともに結晶粒の向きを変更することができ、それにより、冷却および固化時の溶接ビード９０の微細構造および機械的特性に影響を与える。例えば、溶接ビード９０を再加熱することで、溶接ビード９０の衝撃耐性を増大することができる。
【００６４】
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。
【００６５】
本明細書で検討される実施形態では、上述したタイプの溶接システムの種々のパラメーターは、検出される種々の仮付溶接問題に対応するように溶接中に変更することができる。例えば、図１８に示されるように、溶接が進行するにつれて、溶接トーチノズル１１２および電極は、所定の溶接ライン１１６に沿って移動しながら、進行中の溶接ビード１１４を残す。示されるように、溶接ラインは、参照符号１１８によって包括的に示されるようにギャップすなわち仮付溶接問題に直面する。溶接ラインは、初期スピン幾何形状１２０、移動速度１２２、およびワイヤ送給速度１２４の結果として展開される。ワークの材料、ワイヤ電極のタイプおよびサイズ等のような要因に応じて、任意の好適なパラメーターを用いることができる。概して、「スピン幾何形状」は、電極先端の移動の直径または半径、移動のパターン等を含む種々の要因を含むことができることにも留意されたい。ともに考慮されるこれらの初期パラメーターは、完成した溶接品における欠陥を回避するのに十分な幅および溶込みの溶接ビードをもたらす。この場合、これらの初期パラメーターは、ワーク間で直面するギャップ等の仮付溶接の問題を補償するように多くの方法で変更することができる。仮付溶接は溶接経路に沿って変化する場合があるため、溶接パラメーターは、溶接部における欠陥を回避するのに十分である新たな組合せになるように調整される必要がある場合がある。図１８の想像図に示されるように、これらの新たなパラメーターは、溶接トーチが仮付溶接に接近するときに調整される第２のスピン幾何形状１２６（例えば、電極先端の移動の異なる直径または半径）、第２の移動速度１２８、および第２のワイヤ送給速度１３０を含むことができ、これらのパラメーターは、ギャップ（仮付溶接パラメーター）１１８によって課される測定制約に直接関係する。
【００６６】
図１９に示されるように、例示的な応用形態では、溶接ロボット１３２が溶接ラインに沿って溶接トーチ２４を動かす。理解され得るように、いくつかの実施形態では、固定自動システムによって操作される溶接トーチ２４に対してワークを動かす。仮付溶接における変化を溶接経路に沿ってモニタリングする責任を担うカメラ／検出装置１３４が機械的取付け部１３６を介してトーチに取り付けられ、検出装置がトーチとともに動くのを可能にする。この装置は、その装置がトーチのすぐ先にあるワーク８６および８８間の仮付溶接を検査することを可能にするように位置決めされる。画素化された画像の形態とすることができるこの情報によって、撮像システム／ギャップ検出コンポーネント１３８が溶接ラインとギャップ１１８との間のパラメーター変化に気づくことが可能になる。これは、例えば、発生するギャップ（または逆に、より密接に合わさる複数の部分）を示す間隔または画素を検出することによって行うことができる。次いで、この情報はパラメーター計算コンポーネント１４０に送信され、パラメーター計算コンポーネント１４０は、初期溶接パラメーターが存在する場合、それらの初期溶接パラメーターのうちのいずれが、十分な量の材料によってギャップを適切に充填するために調整される必要があるかを決定する。それに加えてまたはその代替として、仮付溶接の変化は、溶接パラメーターの変化をモニタリングすることによって（例えば制御回路を介して）検出することができる。溶接パラメーターの変化としては、限定はしないが、溶接電流、溶接電圧、若しくはコンタクトチップ−ワーク間距離のうちの１または複数が挙げられる。適切なパラメーター調整の決定は、適切な計算、ルックアップテーブル、または任意の他の所望のアルゴリズムによって行うことができる。そのようなテーブルは、例えば、種々の仮付溶接すなわちギャップのパラメーター（例えば、サイズまたは距離）を発呼し、これらを特定の仮付溶接に適したワイヤ送給速度、溶接トーチおよび／またはワークの移動速度、電力、電極スピン等に関連付けることができる。例えば、このコンポーネントは、ギャップに必要とされる新たなスピン幾何形状はより大きい若しくはより小さいものであるかまたは異なる形状を有するべきと決定することができ、これによって、電極を動かす方法を変更することが必要となる。さらに、移動速度を以前と同じに保つことができることおよび／またはワイヤ送給速度は上昇／下降すべきであることを決定することができる。同時に、電極への電荷も同様に調整すべきであることを決定することができる。この点において、これらのパラメーターは決定に従って調整され、溶接トーチはギャップに向かってその進行を続ける。仮付溶接における変化に対応するようにパラメーターを調整すべきである場合、これらのパラメーターは概して、関与する適切なシステムコンポーネントによって管理されることに留意されたい。例えば、溶接電力の変更は、電源すなわち電力供給装置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によって行われる。移動速度の変更は、自動化される応用形態では、溶接トーチ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、溶接トーチ内で溶接電極を動かす機構によって実施される。当業者は、これらの装置が、変更されたパラメーターを溶接動作中に実施するように設計することができることを容易に理解するであろう。
【００６７】
ギャップを検出して必要に応じて溶接パラメーターを変更する機能が図２０に要約されている。図２０は、ワーク間のギャップ等の仮付溶接の変化に対処するようにシステムコンポーネントによって用いられる例示的な制御論理１４２を示す方法フロー図である。溶接トーチおよび電極が、ギャップに接近する場合、ステップ１４４に示されるように初期回転形状、移動速度、ワイヤ送給速度、および電極に印加される溶接電力を伴ってギャップに接近する。次いで、検出装置は、ステップ１４６に示されるように撮像を介して仮付溶接を検出および測定し、このとき、関連情報が、ステップ１４８に示されるようにパラメーターを変更すべきであるか否かを決定するのに用いられる。溶接ラインの経路が初期パラメーターに対する変更を許可しない場合、溶接トーチは、同じ幾何形状、移動速度、ワイヤ送給速度、および電極に印加される溶接電力を伴って溶接ラインに沿って動作および進行し続ける。この場合、検出装置は仮付溶接を単に検出し続けて、ステップ１４６に戻る。制御装置が初期パラメーターを変更すべきであることを決定する場合、制御論理は、ステップ１５０に示されるように、それらの変更を計算するかまたはルックアップテーブルによって数値を取得するように進む。ここで、スピン幾何形状、溶接トーチおよび／またはワークの移動速度、ワイヤ送給速度、および溶接電力等のパラメーターのうちの１つまたは任意の組合せは、ギャップを越えて複数のワークをともに十分に溶接するために調整することができる。決定が行われると、ステップ１５２に示されるように、計算／ルックアップテーブルに従って適切なパラメーターが調整され、ステップ１５４に示されるように、溶接トーチは溶接し続ける。溶接トーチがギャップを跨ぐように溶接を行うと、またはより一般的には、新たなパラメーターが実施されると、制御論理はステップ１４４に戻る。ステップ１４４において、制御論理は、仮付溶接をモニタリングして（ステップ１４６）溶接パラメーターを変更すべきか否かを決定する（ステップ１４８）プロセスを続ける。溶接中に仮付溶接が改善する場合、例えばギャップがその後閉鎖する場合、同じ論理によって、改善された仮付溶接を反映するように溶接システムのパラメーターの同様の変更が可能になることができることに留意されたい。
【００６８】
制御回路２８は、接合部５８に溶接ビード７２を形成するように、トーチ２４の運動および／または電極４４の運動を制御することができる。上記で論じたように、制御回路２８は、仮付溶接状態を検出し、検出された状態に関わらず所望の溶接ビード７２の形成を可能にするように溶接システム１０を制御することができる。例えば、制御回路２８は、仮付溶接ギャップのばらつきおよび／または（例えば、開先接合部、突合せ接合部等の）ワークの高低状態に関わらず、溶接システム１０が略均一な溶接ビードを形成することを可能にすることができる。いくつかの実施形態において、制御回路２８は、電極の所望のパターンを調整することにより、接合部５８の仮付溶接のばらつき（例えば、高低状態、仮付溶接ギャップの変化）を補償することができる。例えば、制御回路２８は、所望のパターンの幾何形状（例えば、径方向形状、軸方向形状）、所望のパターンでの溶接電極の径方向運動速度、若しくは所望のパターンでの溶接電極の軸方向運動速度若しくは位置、またはこれらの任意の組合せを調整することができる。それに加えてまたはその代替として、制御回路は、移行法、溶接出力極性、溶接出力電力、トーチの移動速度、トーチ角度、若しくはトーチの移動角度、またはこれらの任意の組合せ等の溶接システムのパラメーターを調整することができる。
【００６９】
図３および図４に関して上述したように、運動制御アセンブリ６２の種々の機械的な機構を用いて、（振動の僅かな動きを考慮に入れて）電極４４の軸に略垂直な平面の２つの次元３０２、３０６における、電極４４の径方向振動を発生させることができる。上述した機械的な機構は単に例示であり限定を意図せず、これらの振動を発生させる任意の機械的な手段を使用することができる。例えば、いくつかの実施形態において、ワイヤ矯正器と類似の機械的機構を用いて、振動を発生することができる。図２１Ａは、ワイヤ矯正器アセンブリ３２４の側面図を示している。図示のように、通常、ワイヤ矯正器アセンブリ３２４は、入口ワイヤガイド３２６と、出口ワイヤガイド３２８と、２つの上部ローラー３３０と、１つの下部ローラー３３２と、圧力調整ノブ３３４とを備える。通常、溶接ワイヤ３３４は、入口ワイヤガイド３２６および出口ワイヤガイド３２８を通って、これらの２つのガイド３２６、３２８間を送給され、溶接ワイヤ３３４は矯正されて、そのため出口ワイヤガイド３２８を出ると略真っ直ぐな経路を進む。詳細には、ローラー３３０、３３２は、溶接ワイヤ３３４が出口ワイヤガイド３２８を出ると略真っ直ぐな経路を進むことを確実にするように溶接ワイヤ３３４に作用する。圧力調整ノブ３３６を用いて、溶接ワイヤ３３４にかかる圧力を調整することができる。
【００７０】
本発明に関して、図２１Ｂに示すように、ローラー３３０、３３２は、溶接ワイヤ３３４が略真っ直ぐに（例えば入口ワイヤガイド３２６および出口ワイヤガイド３２８の軸３３８に平行に）出口ワイヤガイド３２８を出ることを確実にする代わりに、溶接ワイヤ３３４が所与の湾曲に従って出口ワイヤガイド３２８を出る（すなわち、入口ワイヤガイド３２６および出口ワイヤガイド３２８の軸３３８に略平行に進むのではない）ように、自動圧力調整システム３４０によって（すなわち手動圧力調整ノブ３３６の代わりに）操作することができる。図２１Ｂでは、入口ワイヤガイド３２６および出口ワイヤガイド３２８の軸３３８に垂直な第１の次元３４２における、出口ワイヤガイド３２８を出る溶接ワイヤ３３４の湾曲を引き起こす機構を備えるように示されているが、同様の追加の機構を用いて、入口ワイヤガイド３２６および出口ワイヤガイド３２８の軸３３８に垂直な第２の次元３４４における、出口ワイヤガイド３２８を出る溶接ワイヤ３３４の湾曲を引き起こすことができることが理解される。出口ワイヤガイド３２８を出る溶接ワイヤ３３４の湾曲は、図３および図４に関して上述した径方向振動を発生させることが理解される。換言すれば、図２１Ｂのワイヤ矯正器アセンブリ３２４（２つの次元３４２、３４４における溶接ワイヤ３３４の湾曲を引き起こすように変更されている）は、上述した運動制御アセンブリ６２の少なくとも一部をなすことができる。
【００７１】
上述した実施形態は、消耗電極（例えば、メタルコアワイヤ、フラックスコアワイヤ、ソリッドワイヤ、または管状ワイヤ）を用いる溶接法を示しているが、非消耗電極（例えばタングステン電極）を用いるトーチも移動および／または回転することができる。消耗電極と同様に、移動パターンに従って非消耗電極を動かすことによってアークを動かすことができる。動くアークは、ワークに伝達される熱の量に影響を与える。いくつかの実施形態において、非消耗電極の径方向運動は、継手の側壁への溶接ビードの融合を高めることができる。理解され得るように、自動システムを用いて、非消耗電極を移動および／または回転しながら溶加材を接合部に供給することができる。
【００７２】
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】
【００７３】
１０    溶接システム
１２    溶接部
１４    ワーク
１４ａ    ワーク
１４ｂ    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
４２    ワークケーブル
４４    電極
４８    シース
５０    金属コア
５２    直径
５４    シース壁厚
５６    コア直径
５７    軸
５８    接合部
６０    コンタクト素子
６２    運動制御アセンブリ
６４    カム
６６    モーター
７２    溶接ビード
７４    溶接パッドル
７６    円形パターン
７８    パターン
８０    長軸
８２    短軸
８４    横断楕円形パターン
８６    ワーク
８８    ワーク
９０    溶接ビード
９６    アーク
１０２    トレース
１０４    トレース
１０６    点
１１０    時間線
１１２    溶接トーチノズル
１１４    溶接ビード
１１６    溶接ライン
１１８    ギャップ
１２０    初期スピン幾何形状
１２２    移動速度
１２４    ワイヤ送給速度
１２６    第２のスピン幾何形状
１２８    第２の移動速度
１３０    第２のワイヤ送給速度
１３２    溶接ロボット
１３４    検出装置
１３８    ギャップ検出コンポーネント
１４０    パラメーター計算コンポーネント
１４２    制御論理
１６０    パターン
１６２    第１の径方向位置
１６４    第２の径方向位置
１６６    第１の軸方向位置
１６８    第２の軸方向位置
１７０    第１の距離
１７２    第２の距離
２０２    径方向部分
２０４    接線方向
２０６    移動方向
２０８    前部
２１１    領域
２１３    距離
２１４    後部
２１５    中心
２１７    幅
２１９    幅
２２２    電流波形
２２４    周期
２２８    方向
２３０    軸
２３２    溶融球
２３４    方向
２３６    距離
２３９    表面
２４０    グラフ
２４２    電流波形
２４８    円形移動パターン
２５０    横断接合移動パターン
３００    第１のソレノイド
３０２    第１の軸
３０４    第２のソレノイド
３０６    第２の軸
３０８    ソレノイド制御装置
３１０    移動域
３１２    付勢部材
３１４    溶接部
３１６    継手
３１８    側壁
３１８ａ    鉛直壁
３１８ｂ    底壁
３２４    ワイヤ矯正器アセンブリ
３２６    ガイド
３２６    入口ワイヤガイド
３２８    出口ワイヤガイド
３３０    ローラー
３３０    上部ローラー
３３２    ローラー
３３２    下部ローラー
３３４    圧力調整ノブ
３３６    圧力調整ノブ
３３８    軸
３４０    自動圧力調整システム
３４６    主制御回路
３４８    ロボット制御装置
３５０    溶接プロセスセンサー
３５２    電流制御装置
３５４    径方向モーター制御装置
３５６    軸方向モーター制御装置
【図１】
2016530106.tif 000003
【図２】
2016530106.tif 000004
【図３】
2016530106.tif 000005
【図４】
2016530106.tif 000006
【図５】
2016530106.tif 000007
【図６】
2016530106.tif 000008
【図７】
2016530106.tif 000009
【図８】
2016530106.tif 000010
【図９】
2016530106.tif 000011
【図１０】
2016530106.tif 000012
【図１１】
2016530106.tif 000013
【図１２】
2016530106.tif 000014
【図１３】
2016530106.tif 000015
【図１４】
2016530106.tif 000016
【図１５】
2016530106.tif 000017
【図１６】
2016530106.tif 000018
【図１７】
2016530106.tif 000019
【図１８】
2016530106.tif 000020
【図１９】
2016530106.tif 000021
【図２０】
2016530106.tif 000022
【図２１Ａ】
2016530106.tif 000023
【図２１Ｂ】
2016530106.tif 000024
【図２２】
2016530106.tif 000025
【図２３】
2016530106.tif 000026
【国際調査報告】
2016530106.tif 000027
2016530106.tif 000028