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特許5793560アーク溶接装置とレーザー光源を使用した溶接システムおよび方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5793560
(24)【登録日】2015年8月14日
(45)【発行日】2015年10月14日
(54)【発明の名称】アーク溶接装置とレーザー光源を使用した溶接システムおよび方法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/09 20060101AFI20150928BHJP
B23K 26/342 20140101ALI20150928BHJP
B23K 26/00 20140101ALI20150928BHJP
B23K 26/04 20140101ALI20150928BHJP
B23K 9/12 20060101ALI20150928BHJP
B23K 9/00 20060101ALI20150928BHJP
B23K 9/16 20060101ALI20150928BHJP
B23K 9/173 20060101ALI20150928BHJP
B23K 9/18 20060101ALI20150928BHJP
B23K 9/02 20060101ALN20150928BHJP
【ＦＩ】
B23K9/09
B23K26/342
B23K26/00 M
B23K26/00 N
B23K26/04
B23K9/12 305
B23K9/00 109
B23K9/16 K
B23K9/173 E
B23K9/18 A
!B23K9/02 S
【請求項の数】11
【全頁数】36
(21)【出願番号】特願2013-508571(P2013-508571)
(86)(22)【出願日】2011年5月6日
(65)【公表番号】特表2013-525120(P2013-525120A)
(43)【公表日】2013年6月20日
(86)【国際出願番号】IB2011000963
(87)【国際公開番号】WO2011138667
(87)【国際公開日】20111110
【審査請求日】2013年1月4日
(31)【優先権主張番号】12/775,919
(32)【優先日】2010年5月7日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】510202156
【氏名又は名称】リンカーン グローバル，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100091214
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 進介
(72)【発明者】
【氏名】ピーターズ，スティーヴン，アール
【審査官】
豊島 唯
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許出願公開第２００８／００１１７２７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
中国実用新案第２０１３８０３６４（ＣＮ，Ｙ）
【文献】
特開２００４−００９０６１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ２３Ｋ ９／００ − ９／３２
Ｂ２３Ｋ ２６／００ −２６／７０
Ｂ２３Ｋ １０／００ −１０／０２
Ｂ２３Ｋ ２８／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の作業部品と第２の作業部品との間に溶接を形成する溶接システムであって：
第１の溶接装置であり、
第１の溶接棒に接続された第１の電源を含み、
前記第１の電源は、該第１の電源の出力端子において第１の波形を持った第１の溶接電流を提供する第１の波形ジェネレーターを含み、
前記第１の波形ジェネレーターは、第１の波形を生成し、前記第１の電源の電流動作を決定するために前記第１の電源のパルス幅変調回路をコントロールし、
第１のワイヤー送り速度で、前記第１の溶接棒を溶接接合に向かって方向付ける第１のワイヤーフィーダーを含む、
第１の溶接装置と；
第２の溶接装置であり、
第２の溶接棒に接続された第２の電源を含み、
前記第２の電源は、該第２の電源の出力端子において第２の波形を持った第２の溶接電流を提供する第２の波形ジェネレーターを含み、
前記第２の波形ジェネレーターは、第２の波形を生成し、前記第２の電源の電流動作を決定するために前記第２の電源のパルス幅変調回路をコントロールし、
第２のワイヤー送り速度で、前記第２の溶接棒を溶接接合に向かって方向付ける第２のワイヤーフィーダーを含む、
第２の溶接装置と；
前記第１および第２の波形ジェネレーターの同期をとるために前記第１および第２の電源に動作可能に接続され、前記第１および第２の波形の間のコントロールされた波形位相角を提供する同期化コントローラーと；
溶接棒に近い作業部品の一部を熱するように適合され、溶接棒によって創出された溶接材料の溶け込みを促進する高エネルギー熱源と、
を含み、
前記高エネルギー熱源は前記同期化コントローラーに接続されたレーザーであり、
前記レーザーは電源を有し、
前記同期化コントローラーは、前記レーザーの電源に接続され、ワークポイント値に応じて前記レーザーのパワーレベルを選択的にコントロールするように適合され、
前記ワークポイント値はスティックアウト測定値を含み、
前記スティックアウト測定値の増加を検知することで前記レーザーのパワーを削減する、
ことを特徴とする溶接システム。
第１の溶接装置であり、
第１の溶接棒に接続された第１の電源を含み、
前記第１の電源は、該第１の電源の出力端子において第１の波形を持った第１の溶接電流を提供する第１の波形ジェネレーターを含み、
前記第１の波形ジェネレーターは、第１の波形を生成し、前記第１の電源の電流動作を決定するために前記第１の電源のパルス幅変調回路をコントロールし、
第１のワイヤー送り速度で、前記第１の溶接棒を溶接接合に向かって方向付ける第１のワイヤーフィーダーを含む、
第１の溶接装置と；
第２の溶接装置であり、
第２の溶接棒に接続された第２の電源を含み、
前記第２の電源は、該第２の電源の出力端子において第２の波形を持った第２の溶接電流を提供する第２の波形ジェネレーターを含み、
前記第２の波形ジェネレーターは、第２の波形を生成し、前記第２の電源の電流動作を決定するために前記第２の電源のパルス幅変調回路をコントロールし、
第２のワイヤー送り速度で、前記第２の溶接棒を溶接接合に向かって方向付ける第２のワイヤーフィーダーを含む、
第２の溶接装置と；
前記第１および第２の波形ジェネレーターの同期をとるために前記第１および第２の電源に動作可能に接続され、前記第１および第２の波形の間のコントロールされた波形位相角を提供する同期化コントローラーと；
溶接棒に近い作業部品の一部を熱するように適合され、溶接棒によって創出された溶接材料の溶け込みを促進する高エネルギー熱源と、
を含み、
前記高エネルギー熱源は前記同期化コントローラーに接続されたレーザーであり、
前記レーザーは電源を有し、
前記同期化コントローラーは、前記レーザーの電源に接続され、ワークポイント値に応じて前記レーザーのパワーレベルを選択的にコントロールするように適合され、
前記ワークポイント値はスティックアウト測定値を含み、
前記スティックアウト測定値の増加を検知することで前記レーザーのパワーを削減する、
ことを特徴とする溶接システム。
【請求項2】
前記コントローラーは、前記レーザーの出力と前記第１および第２の溶接装置の動作を同時にコントロールする、
請求項１に記載の溶接システム。
請求項１に記載の溶接システム。
【請求項3】
前記コントローラーは、少なくとも前記第１および第２の溶接装置の一つからスティックアウト測定値を受け取るように適合され、かつ
前記コントローラーは、前記スティックアウト測定値に基づいて前記レーザーのパワーレベルを調整するように適合されている、
請求項２に記載の溶接システム。
前記コントローラーは、前記スティックアウト測定値に基づいて前記レーザーのパワーレベルを調整するように適合されている、
請求項２に記載の溶接システム。
【請求項4】
前記レーザーは、コンスタント形状、または、パルス形状のうち少なくとも一つの形状でレーザービームを方向付けするように適合された、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の溶接システム。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の溶接システム。
【請求項5】
前記第１および第２の溶接装置は、第１および第２のワークポイント値に応じて、それぞれ動作され、
前記溶接システムは、さらに、
第１および第２の加工ワークポイント波形に応じて、前記第１および第２の加工ワークポイント波形間のコントロールされた加工ワークポイント位相角を提供するために、前記第１および第２加工ワークポイント値を変調するための手段を含み、前記加工ワークポイント値は、電源出力値、波形周波数、そしてワイヤー送り速度のうち少なくとも一つを含む、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の溶接システム。
前記溶接システムは、さらに、
第１および第２の加工ワークポイント波形に応じて、前記第１および第２の加工ワークポイント波形間のコントロールされた加工ワークポイント位相角を提供するために、前記第１および第２加工ワークポイント値を変調するための手段を含み、前記加工ワークポイント値は、電源出力値、波形周波数、そしてワイヤー送り速度のうち少なくとも一つを含む、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の溶接システム。
【請求項6】
前記第１および第２の加工ワークポイント値を変調するための手段は、前記第１および第２の溶接装置に動作可能に接続されたワークポイント割り当てシステムを含み、
前記ワークポイント割り当てシステムは、ユーザーが選択したシステムワークポイント値を受け取り、前記システムワークポイント値に対する複数のアーク溶接システムに係るトータルアウトプットを設定するために前記システムワークポイント値に基づいて、前記第１および第２の溶接装置に対して、それぞれ前記第１および第２の加工ワークポイント値を提供し、
前記システムワークポイント値は、デポジション率、スティックアウト、溶接サイズ、ワイヤー送り速度、溶接電流、溶接電圧、そして移動速度のうち少なくとも一つである、
請求項５に記載の溶接システム。
前記ワークポイント割り当てシステムは、ユーザーが選択したシステムワークポイント値を受け取り、前記システムワークポイント値に対する複数のアーク溶接システムに係るトータルアウトプットを設定するために前記システムワークポイント値に基づいて、前記第１および第２の溶接装置に対して、それぞれ前記第１および第２の加工ワークポイント値を提供し、
前記システムワークポイント値は、デポジション率、スティックアウト、溶接サイズ、ワイヤー送り速度、溶接電流、溶接電圧、そして移動速度のうち少なくとも一つである、
請求項５に記載の溶接システム。
【請求項7】
前記第１および第２の加工ワークポイント値を変調するための手段は、前記同期化コントローラーである、
請求項５または６に記載の溶接システム。
請求項５または６に記載の溶接システム。
【請求項8】
前記溶接システムは、さらに、前記第１および第２溶接装置に接続されたワークポイント割り当てシステムを含み、
前記ワークポイント割り当てシステムは、ユーザーが選択したシステムワークポイント値を受け取り、前記システムワークポイント値に対する複数のアーク溶接システムに係るトータルアウトプットを設定するために前記システムワークポイント値に基づいて、前記第１および第２の溶接装置に対して、それぞれ前記第１および第２の加工ワークポイント値を提供する、
請求項１乃至７いずれか一項に記載の溶接システム。
前記ワークポイント割り当てシステムは、ユーザーが選択したシステムワークポイント値を受け取り、前記システムワークポイント値に対する複数のアーク溶接システムに係るトータルアウトプットを設定するために前記システムワークポイント値に基づいて、前記第１および第２の溶接装置に対して、それぞれ前記第１および第２の加工ワークポイント値を提供する、
請求項１乃至７いずれか一項に記載の溶接システム。
【請求項9】
前記溶接システムは、さらに、
前記作業部品と前記溶接棒との間の空間的関係をコントロールする移動メカニズムと、
前記移動メカニズムの動作をコントロールする移動メカニズムコントローラーとを含み、
前記ワークポイント割り当てシステムは、前記システムワークポイント値に基づいて、少なくとも一つの移動コントロール値を引き出し、前記移動メカニズムコントローラーに対して前記移動コントロール値を提供する、
請求項８に記載の溶接システム。
前記作業部品と前記溶接棒との間の空間的関係をコントロールする移動メカニズムと、
前記移動メカニズムの動作をコントロールする移動メカニズムコントローラーとを含み、
前記ワークポイント割り当てシステムは、前記システムワークポイント値に基づいて、少なくとも一つの移動コントロール値を引き出し、前記移動メカニズムコントローラーに対して前記移動コントロール値を提供する、
請求項８に記載の溶接システム。
【請求項10】
第１の作業部品と第２の作業部品との間に溶接を形成する方法であって：
第１のワイヤー送り速度で、第１の溶接棒を溶接接合の第１の側に向かって方向付けるステップと；
第１のフィレット溶接を形成するための第１の溶接アークを創出するために、前記第１の溶接棒に対して第１の波形を持った第１の溶接電流を供給するステップと；
第２のワイヤー送り速度で、第２の溶接棒を溶接接合の第２の側に向かって方向付けるステップと；
第２のフィレット溶接を形成するための第２の溶接アークを創出するために、前記第２の溶接棒に対して第２の波形を持った第２の溶接電流を供給し、
前記第２の溶接電流に係る前記第２の波形は、前記第１の溶接電流に係る前記第１の波形に対してコントロールされた波形位相角である、ステップと；
レーザービームを、少なくとも一つの前記作業部品に対して、前記溶接に隣接するポイントに方向付け、前記溶接を形成するために、前記第１および第２の溶接棒を前記第１および第２の側に沿って、それぞれ移動するステップと；
を含み、さらに：
第１の加工ワークポイント値に応じて前記第１のワイヤー送り速度と前記第１の波形をコントロールするステップと；
第２の加工ワークポイント値に応じて前記第２のワイヤー送り速度と前記第２の波形をコントロールするステップと；
前記第１および第２の加工ワークポイント値を同期化するステップと；
前記レーザービームの適用を前記第１および第２の加工ワークポイント値の少なくとも一つに応じてコントロールするステップと；を含み、
前記ワークポイント値はスティックアウトを含み、及び前記コントロールのステップはスティックアウトの増加を検知することで前記レーザーのパワーを削減することを含む、
ことを特徴とする方法。
第１のワイヤー送り速度で、第１の溶接棒を溶接接合の第１の側に向かって方向付けるステップと；
第１のフィレット溶接を形成するための第１の溶接アークを創出するために、前記第１の溶接棒に対して第１の波形を持った第１の溶接電流を供給するステップと；
第２のワイヤー送り速度で、第２の溶接棒を溶接接合の第２の側に向かって方向付けるステップと；
第２のフィレット溶接を形成するための第２の溶接アークを創出するために、前記第２の溶接棒に対して第２の波形を持った第２の溶接電流を供給し、
前記第２の溶接電流に係る前記第２の波形は、前記第１の溶接電流に係る前記第１の波形に対してコントロールされた波形位相角である、ステップと；
レーザービームを、少なくとも一つの前記作業部品に対して、前記溶接に隣接するポイントに方向付け、前記溶接を形成するために、前記第１および第２の溶接棒を前記第１および第２の側に沿って、それぞれ移動するステップと；
を含み、さらに：
第１の加工ワークポイント値に応じて前記第１のワイヤー送り速度と前記第１の波形をコントロールするステップと；
第２の加工ワークポイント値に応じて前記第２のワイヤー送り速度と前記第２の波形をコントロールするステップと；
前記第１および第２の加工ワークポイント値を同期化するステップと；
前記レーザービームの適用を前記第１および第２の加工ワークポイント値の少なくとも一つに応じてコントロールするステップと；を含み、
前記ワークポイント値はスティックアウトを含み、及び前記コントロールのステップはスティックアウトの増加を検知することで前記レーザーのパワーを削減することを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項11】
前記方法は、さらに、
前記レーザーを使用して、前記第１および第２の作業部品の少なくとも一つにキーホールを形成するステップを含む、
請求項１０に記載の方法。
前記レーザーを使用して、前記第１および第２の作業部品の少なくとも一つにキーホールを形成するステップを含む、
請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一般的にアーク溶接に関する。より詳細には、同期化された波形とモジュレートされたワークポイント（ｗｏｒｋ ｐｏｉｎｔ）を使用して溶接を行うためのシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
溶接工程において、「Ｔ」接合もしくはＴ継ぎ手（Ｔ−ｊｏｉｎｔ）は、二つの金属片を連結するために使用される最も一般的な溶接接合の一つである。スティフナー作業部品といった第１の金属部品がＴ字の脚部を形成し、第２の作業部品がＴ字の上部となっている。しばしば、Ｔ接合の両方のコーナー（ｃｏｒｎｅｒ）はフィレット溶接により溶接されており、こうした溶接接合は「デュアルフィレット（ｄｕａｌ ｆｉｌｌｅｔ）」として参照される。いくつかの適用例においては、接合部は長い直線であり、共通のフレームに固定されＴ接合の両方のコーナーに面している一対の溶接トーチを使って溶接工程を機械化することが可能であり、工程時間を削減するために両方の溶接は同時に実行される。デュアルフィレット溶接の一般的な例はグライダーの製作であり、二つの長い直線のフィレット溶接を使ってスティフナーがグライダーの羽板に接合されている。別の例としては、チューブやパイプに対するスティフナーの接合といった、丸い形成加工におけるＴ接合が含まれ、チューブは回転され、機械化された溶接取り付け治具がＴ字の両方のコーナーを同時に溶接する。この溶接技術のさらなる別の例としては、チューブをＴ字の上部として、平板をＴ字の脚部として使用する。これらすべての例においては、Ｔ接合の両方のコーナーのフィレット溶接が同時に行われる。適用例に応じて、製作者は、ＳＡＷ、ＦＣＡＷ−Ｓ、ＦＣＡＷ−Ｇ、ＭＣＡＷ、またはＧＭＡＷを含む多くの様々なアーク溶接プロセスを使用することができる。列挙された全てのプロセスについて、所望のレベルの溶接ビードおよび溶接深さを達成するためには、溶接工程（例えば、電流、電圧、移動速度、など）が厳重にコントロールされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
この米国特許出願は、２００６年７月１４日に出願された米国特許出願第１１／４５７６０９号の一部継続出願（ＣＩＰ）であり、ここにおいて参考として包含されている。【特許文献1】米国特許出願第１１／４５７６０９号明細書
【特許文献2】米国特許第５２７８３９０号明細書
【特許文献3】米国特許第６００２１０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、同時に溶接を行うことにより、接合部の一方の側におけるアークからの高熱および高磁場が、反対に他方の側におけるアークおよび溶接パドル（ｗｅｌｄ ｐｕｄｄｌｅ）にしばしば影響してしまう。典型的には、Ｔ接合の両方の側において行われる二つのアークに関連する問題を克服するために、製作者は溶接工程を削減することを強いられている。このように、同時にＴ接合の両方の側において品質の高い溶接が行えるような改善された溶接システムおよび溶接技術が必要とされている。
【0005】
別の同時溶接技術においても、複数のアークを使用する影響について、一つのアークが反対に他のアークに影響してしまうという同じ困難さがある。例えば、タンク溶接の適用例のように、作業部品が共通の基準軸に沿って接地されているところでは、タンクの終端を同時に溶接する二つのアークを使用すると、しばしば同一の逆方向影響の問題を示す。別の例は、二つのアークが共通のラインに沿って同じ溶接パドルにおいて動作しているものである。繰り返すと、複数のアークを同時に動作することは、しばしば玉方法影響の問題を引き起こすのである。
【0006】
こうした接合の溶接に関連する問題としては、良好な溶接深さを確保することが難しいということがある。しばしば、十分な溶接深さは達成されるが、適切な溶接深さを達成するために必要な使用材料量や時間とエネルギーの観点で、溶接をいくらか非効率的なものにしてしまう複数のパス（ｐａｓｓ）を必要とする。従って、Ｔ接合もしくは他の類似の接合において、より良い溶接深さを達成できるような改善された溶接システムおよび溶接技術が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、デュアルフィレット溶接とその改善された方法および装置に関する。以下は、本発明の基本的な理解を促進するための一つまたはそれ以上の本発明に係る実施例のまとめを示している。以下のまとめは、本発明の広範囲に渡る概観ではなく、本発明のあるエレメントを特定するように意図されたものでもなく、本発明の範囲の輪郭を描くものでもない。むしろ、本まとめの主要な目的は、これから述べられるより詳細な説明に先立って、簡素化された形式で本発明の概念を示すことにある。改善された溶接システムおよび方法が提供され、均一でコントロール可能な溶接深さ、溶接形状、そして溶接サイズを促進するために同期化された波形、及び／又はワークポイントを使って第１および第２の溶接が創出される。ここにおいて示された進歩により、堅実で高品質の溶接が創出される。本発明の別の実施例に従えば、溶接システムにおいて同期化された溶接棒と合わせてレーザーが使用される。溶接棒に近い作業部品の部位に対してレーザービ−ムをあてて、溶接部に近い作業部品の部位を加熱し、溶接深さを改善するためである。
【0008】
本発明に係るこれらの目的および他の目的は、図面、発明の詳細な説明、そして添付の特許請求の範囲に照らして明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【0009】
以下の記述および図面は、本発明に係る特定の実施例の詳細を明らかにするものであり、本発明の本質が実行されるいくつかの典型例を示している。本発明に係る他の目的、有利な点、および新規な特徴は、図面と合わせて考慮すれば、以下の本発明に係る詳細な記述から明らかであろう。
【0010】
【図7A】図７Ａは、図１Ａと図１Ｂに係るシステムにおける電源によって提供される第１および第２の同期化されたＤＣパルス溶接電流波形の典型的なプロットを示したグラフであり、実質的に互いに位相の合った溶接波形であって、波形位相角は約０度である。
【図7C】図７Ｃは、図１Ａと図１Ｂに係るシステムにおける同期化されたＤＣパルス溶接電流波形の典型的なプロットを示したグラフであり、実質的に位相がはずれた溶接波形であって、波形位相角は約１８０度である。
【図7D】図７Ｄは、図１Ａと図１Ｂに係るシステムにおける同期化された矩形波タイプの溶接装置ワイヤー送り速度と電源出力のワークポイント値波形の典型的なプロットを示したグラフであり、実質的に装置動作の位相がはずれており、ワークポイント位相角は約１８０度である。
【図7E】図７Ｅは、図１Ａと図１Ｂに係るシステムにおける同期化された丸められたワイヤー送り速度と電源出力のワークポイント値波形の典型的なプロットを示したグラフであり、ワークポイント位相角は約１８０度である。
【図7F】図７Ｆは、図１Ａと図１Ｂに係るシステムにおける同期化されたランプ型のワイヤー送り速度と電源出力のワークポイント値波形の典型的なプロットを示したグラフであり、ワークポイント位相角は約１８０度である。
【図7G】図７Ｇは、図１Ａと図１Ｂに係るシステムにおける同期化されたサイン波形のワイヤー送り速度と電源出力のワークポイント値波形の典型的なプロットを示したグラフであり、ワークポイント位相角は約１８０度である。
【図8】図８は、図１Ａと図１Ｂに係る溶接システムのさらなる詳細を説明するシステムレベルの模式的なダイグラムである。溶接装置と移動コントローラーは、ユーザーが選択したプロセスとシステムワークポイントに応じて共同作用的なやり方で同期化され、コントロール可能である。溶接トーチは、静止した作業部品に対して、移動メカニズムによってコントロール可能に移動できる。
【図9】図９は、一つの典型的なスイッチングタイプの溶接電源のさらなる詳細を説明する簡略化された模式的なダイグラムである。溶接電流は、プログラム可能な波形ジェネレーションシステムからのパルス幅変調されたスイッチング信号に応じて提供される。
【図11】図１１は、図１０におけるライン１１−１１に沿ってとられた断面についての部分的な正面図であり、サブマージアークデュアルフィレット溶接の際の溶融した溶接材料と粒子状のフラッフスの中に形成されているスラグを示している。
【図14D】図１４Ｄは、図１Ａと図１Ｂに係るシステムにおける同期化された矩形波タイプの溶接装置ワイヤー送り速度、電源出力、そして溶接周波数ワークポイント値波形の典型的なプロットを示したグラフであり、実質的に装置動作の位相がはずれており、ワークポイント位相角は約１８０度である。
【図16B】図１６Ｂは、本発明に係るコンセプトに従った溶接システムの模式図であり、タンク溶接のアプリケーションにおいて共通のグラウンド軸上に配置された二つの溶接接合を示しており、溶接棒に適用される典型的な溶接波形図を示している。
【図16C】図１６Ｃは、一つの溶接棒を使用して第１の溶接をし、共通の溶接たまりを共有する溶接棒である第２の溶接棒を使用した第２の溶接が後に続いて上盛りすることで突き合せ接合を溶接するために使用される本発明に係るコンセプトに従った溶接システムの模式図であり、それぞれの溶接棒に適用される典型的な溶接波形図を示している。
【発明を実施するための形態】
【0011】
図面等に関しては、本発明に係るいくつかの実施例または実行例が、これ以降に図面に合わせて説明される。明細書を通じて同様なエレメントを参照するために同じ参照番号が使用されており、説明用の構成は必ずしも一定の比率で拡大、縮小したものではない。これ以降に被溶接作業部品の相対する側に配置された二つの溶接棒を使用するデュアルフィレット溶接のルートパス（ｒｏｏｔ ｐａｓｓ）に関して説明され、述べられているが、一つまたはそれ以上のパスを持ったデュアルフィレット溶接を行う際に相対する溶接棒の二つまたはそれ以上のペアが使用される他の実施も可能である。二つのフィレット溶接を同時に行っている最中にコントロールされた波形、及び／又はワークポイントの位相角を提供するように同期化された方法で操作されている相対する溶接装置によって使用される溶接棒、及び／又はワークポイントに加えられた波形を伴うものである。デュアルフィレット溶接を形成するためにいくつかのパスが使用できる、さらなる実施例も考えられる。時間的に同期化された溶接信号波形、及び／又はワークポイント波形を使用して、Ｔ継ぎ手の両方の側に溶接を形成するための信号が、コントロール可能なお互いの位相関係をもって提供される。本発明の他の実施例または実行は、一つの共通のパドル（ｐｕｄｄｌｅ）で複数の溶接棒を使って溶接を形成すること、または共通のグラウンド軸において複数のポイントを同時に溶接することを含んでいる。本発明に係る複数の溶接棒を使用した一つの実施例は、第１および第２の溶接棒を提供し、第１の溶接棒は溶接材料の第１のパスの層を形成し、第２の溶接棒が第１の溶接棒のすぐ後ろから、第１のパスの上に第２のパスの溶接材料を重ねるという突合せ溶接を行う。普通この工程を実行する際に、溶接棒は、お互いが干渉することを避けるために広く離れて配置されなければならない。本発明に係る溶接システムは、溶接信号波形、及び／又はワークポイント波形を同期化することによりこれを避け、同一の溶接パドルにおいて動作する際に溶接棒がお互いに干渉することを防いでいる。これにより溶接棒を、お互いにより近接して配置することができる。共通グラウンド軸溶接の一つの実施例はタンク溶接であり、作業部品はタンクの本体であって、同時に端部が溶接によって取り付けられる。共通のグラウンド軸は一般的には、タンク本体の中心軸に対応している。以前は、それぞれ端は別々に溶接する必要があった。それぞれの端を取り付けるための複数の溶接棒を使用した同時溶接は、グラウンド軸を共有するがために、お互いに干渉してしまうからである。本発明のコンセプトに従えば、タンクの端を取り付けるのに使用できる二つまたはそれ以上の溶接棒を備えた溶接システムが提供される。共通のグラウンド軸を共有する溶接棒間の干渉を防ぐために、溶接システムは溶接信号波形、及び／又はワークポイント波形を同期化し、タンクの両方の側に溶接を形成するのに使用される信号が、お互いの位相関係がコントロール可能なように提供される。本質的に、溶接システムコントローラーは、一つの溶接棒がオン状態にある間は、他の溶接棒をオフ状態にさせ、溶接棒からのアークがお互いに干渉しないようにしている。この点において、これ以降に図示され述べられる特定の実施例は、本発明を限定するためのものではなく、むしろ、本発明の種々の態様に係る一つまたはそれ以上の可能な望ましい実施に係る例を示したものである。
【0012】
図１Ａと図１Ｂは、同期化コントローラー４０を伴う第１および第２の溶接装置２０ａおよび２０ｂを含む典型的なデュアルフィレット溶接装置もしくはシステムを示している。それぞれ第１の作業部品ＷＰ１を第２の作業部品ＷＰに対して溶接するために、溶接棒Ｅ１とＥ２および溶接アークＡ１とＡ２を使用したデュアルフィレット溶接Ｗ１とＷ２の創出における、一方もしくは両方の溶接電流、及び／又は一つまたはそれ以上のの機械ワークポイントの位相関係をコントロールしている。図１Ｂに示されるように、フラックス有心溶接棒Ｅ１とＥ２を使用したＤＣパルスデュアルフィレット工程、中実な溶接棒Ｅ１とＥ２を使用したＡＣサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）工程、もしくは外部シールドガスＧＳ１、ＧＳ２を伴う、または伴わない中実または有心溶接棒を使用した他の好適なデュアルフィレット溶接工程を実行するための溶接システムコントローラー１０においては、同期化コントローラーが備えられる。選択された溶接工程が実行され、第１および第２のフィレット溶接Ｗ１とＷ２がＴ継ぎ手の相対する側それぞれに創出される。Ｔ継ぎ手は、スティフナーとしての、第１の作業部品の端部と、第２の作業部品ＷＰ２の平らな表面とで形成され、作業部品ＷＰおよび出来上がったＴ継ぎ手は平らであり得るが、カーブした曲面でもあり得る。
【0013】
典型的なシステム２における２台の溶接装置２０は、一般的にお互いに類似しているものであるが、他の実施例においては異なった装置も使用されることがある。第１の溶接装置２０ａは電源２４ａを含んでおり、出力端子２５ａは、コントロールされた溶接信号（溶接電圧、電流）波形を提供するために、対応する溶接棒Ｅ１に接続され、第１のデュアルフィレット溶接Ｗ１を創出する。後に図９において、より詳しく説明され、記載されるように、外部電源２４ａは、電源２４ａの中でパルス幅変調をコントロールする波形ジェネレーターによって生成された一つまたはそれ以上のパルス幅変調スイッチング信号に応じた溶接信号を提供する出力段階を含んでいる。システム２に係る典型的な外部電源２４は一般的には、上記に参考として包含されたブランケンシップ（Ｂｌａｎｋｅｎｓｈｉｐ）米国特許第５２７８３９０号およびハス（Ｈｓｕ）米国特許第６００２１０４号において示されているものであり、ＰＯＷＥＲ ＷＡＶＥという登録商標の下でリンカーン電気（Ｌｉｎｃｏｌｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ）によって販売されているものである。溶接装置２０ａは、さらにモーター付きのワイヤーフィーダー２６ａを含んでおり、一つまたはそれ以上のドライブロールを駆動するモーターＭ１を介して、コントロールされたワイヤーフィード速度において、溶接棒Ｅ１を第１の側の溶接に向かってフィードし、または方向付けるように動作可能である。溶接棒用線材Ｅ１は、スプールまたは他のサプライ２９ａから溶接Ｗ１に対して届けられる。第２の溶接装置２０ｂも同様に構成されている。第２の電源装置は、出力段階を有し、第２の溶接棒Ｅ２に接続されている第２の電源装置２０ｂを含んでいる。出力段階に係る電流動作を決定するためにパルス幅変調回路をコントロールしている波形ジェネレーターによって生成された第２の波形をもった第２の溶接電流信号を提供する。第２の溶接装置は、また、溶接棒Ｅ２を、第２のワイヤーフィード速度でサプライリール２９ｂから第２の側の溶接に向かって方向付けるようにロール２７ｂを駆動するモーターＭ２を持ったワイヤーフィーダー２６ａを含んでいる。
【0014】
電源出力端子２５ａと２５ｂは、あらゆる好適な電気的な接点または相互接続構造を使用して、直接的または間接的に、溶接棒Ｅ１とＥ２にそれぞれ接続されている。これらの接続は、説明を容易にするために図１に模式的に描かれている。溶接棒用線材Ｅは、サプライスプール２９から第１および第２の溶接トーチノズルＮ１とＮ２を通って供給される。ガスサプライＧＳ１とＧＳ２それぞれから、ノズルＮの中の好適なポートまたは通路を通じて外部シールドガスが提供され得る。しかし、シールドガスが使用されない別の実施例も可能である。図２Ａと図２Ｂについては、あらゆるタイプの溶接棒Ｅが使用され得る。例えば、中実な溶接棒（図２Ａ）はソリッドな溶接棒の材料であり、外側のコーティングがあっても無くてもよい。他の好適な溶接棒Ｅが図２Ｂに示されている。この場合には、有心タイプの溶接棒Ｅは内部コア５６を取り囲む外側の覆い５４を有しており、コア５６は粒子状の、及び／又はパウダー上のフラックス材料を含んでいる。デュアルフィレット溶接の最中の溶融した溶接プールを保護するために、シールドガスと保護スラグ（ｓｌａｇ）を提供するためであり、フィレット溶接材料に係る材料組成を設定するように材料を合金化するためでもある。図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、デュアルフィレット溶接工程は、スティフナー作業部品ＷＰ１を第２の作業部品ＷＰ２の平らな上面に対して溶接するために使用され、第１および第２の溶接装置２０ａと２０ｂによって、スティフナー作業部品ＷＰ１の相対する側において、二つの溶接アークＡ１とＡ２が提供される。
【0015】
図８および図８Ａに最もよく表されているように、デュアルフィレット溶接工程は、作業部品ＷＰ１とＷＰ２を連結するために両方の側から同時に実行される。移動メカニズム５２が溶接フィクスチャー３０を水平方向に移動するか（図８）、または代替的にキャリッジ３０ａ上にある作業部品ＷＰ１，ＷＰ２を固定された溶接トーチに対して相対的に移動するのである（図８Ａ）。溶接工程は、同一または類似の溶接サイズ（例えば、レッグ（ｌｅｇ）サイズ）の第１および第２の溶接Ｗ１とＷ２を創出するように作成され得る、しかしながら、本発明に係る方法およびシステムは、異なった第１および第２の溶接サイズ、形状、プロファイル、等をもったデュアルフィレット溶接の創出にも使用され得る。
【0016】
図１Ａおよび図１Ｂに示す実施例において、溶接装置２０は、データとコントロール信号、メッセージ、等を交換するために、同期化コントローラー４０とシステムコントローラー１０の作業部品割り当てシステム１２の動作可能に接続されている。一つの実施例においては、スタンドアロン溶接システムコントローラー１０は、電源２４ａと２４ｂに動作可能に接続された同期化コントローラー４０を含んでおり、第１および第２の溶接電流がお互いにコントロールされた位相角になるように、第１および第２の波形ジェネレーターを同期させるための同期化情報（例えば、信号、メッセージ、等）を電源２４に提供する。ワイヤーフィーダー２６もまた、同期化コントローラー４０、及び／又は直接的にそれぞれの電源２４もしくは他の中間的なコンポーネントからの好適な情報（データ、信号、等）によって、またはそれらに応じて、同期がとられる。電流溶接波形や特定の時点における他の工程条件に応じてデュアルフィレット溶接工程に対する溶接ワイヤーの支給量を調整するためである。同様に、シールドガスサプライＧＳ１，ＧＳ２も、同期化コントローラー４０からの同期化情報に応じて溶接装置２０のコントロール装置を使用して、同期をとるようにコントロールされ得る。さらに、典型的なシステムコントローラー１０は、動作可能なように溶接装置２０ａと２０ｂに接続されたワークポイント割り当てシステム１２を含んでおり、デュアルフィレット溶接システム２のトータル出力を設定するために、ユーザーが選択した設定ポイントもしくはワークポイントを受け取り、溶接装置２０に対してそれぞれの加工ワークポイント値を提供する。こうした共同コントロールによって、ユーザーは、例えば、デポジション（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）率、溶接サイズ、ワイヤーフィード速度、溶接電流、移動速度、等といった、溶接装置２０、及び／又は所望のシステムワイドなパフォーマンスを達成するためにローカルなワークポイントについて提供されたコンポーネント、に関する一つのシステムワークポイント値を簡単に設定することができるようになる。さらには、割り当てシステム１２、または同期化コントローラー、もしくは他のシステムコンポーネントは、ここ以降に説明されるように、ワークポイントの波形間においてコントロールされた加工ワークポイント位相角を提供するためのワークポイント波形に応じて、一つまたはそれ以上の加工ワークポイントに係る変調を提供し得る。他の実施例においては、同期化コントローラー４０とワークポイント割り当てシステム１２の一つもしくは両方は、別々に収納され得るし、例えば、溶接装置２０もしくは電源２４といった、一つまたはそれ以上のシステムコンポーネントに統合され得る。
【0017】
図３から図６、図１５Ａと図１５Ｂは、作業部品ＷＰ１とＷＰ２によるＴ継ぎ手についてデュアルフィレット溶接を創出することにおいては、デュアルフィレット溶接のサイズと統一性、溶接深さの量、そして形状（コンケーブ形、コンベックス形、等）がコントロール可能であり、繰り返し性があり、そして溶接の長手方向に沿って均一であることが望ましいことを示している。得られた溶接構造の品質を向上させるためである。加えて、デュアルフィレット溶接の両側における溶接量の相対的な類似性が、Ｔ継ぎ手溶接の品質に影響する。均一でない溶接深さ、及び／又は両側における溶接深さ量の相違は、劣悪な溶接強度、クラック、もしくは他の品質問題を引き起こし得る。さらには、同時溶接工程に係る同期化により、溶接時間および使用される溶接充填剤の量を節約する可能性を促進することができる。図３から図６に示すように、デュアルフィレット溶接工程は、作業部品ＷＰ１とＷＰ２に対する方向６０において移動する溶接棒Ｅ１とＥ２を使用して実行され、溶接棒Ｅ１とＥ２は、それぞれスティフナー作業部品ＷＰ１の相対する第１および第２の側に向かってコントロールされたワイヤー送り速度で供給される。溶接電流I１とI２をコントロールする同期化された波形を供給することで、溶接棒Ｅ１、Ｅ２と作業部品ＷＰ１、ＷＰ２もしくは部品上の溶接プールとの間に、それぞれ溶接アークＡ１とＡ２を創出し、維持する。溶接アークＡ１とＡ２は、今度は、溶解した溶接棒材料のデポジションを生じ、溶接棒Ｅが溶接方向６０に沿って与えられた場所を通過するにつれて、図４に示すように溶解した溶接Ｗ１とＷ２を形成するためにある量の作業部品材料を融解する。溶接材料Ｗ１とＷ２は、図５に最もよく表されるように、やがては冷め、そして固化し、デュアルフィレット溶接が完成する（または、複数パスのデュアルフィレット溶接の一つのパスが完成する）。図４に最もよく表されるように、溶接工程の最中に作業部品ＷＰ１とＷＰ２を局所的に熱することで、溶接材料の溶融を生じ、スティフナーＷＰ１を第１および第２の側面溶け込み深さ６２ａと６２ｂに、側面から溶け込ませる。側面溶け込み深さ６２は、同一量であり得るが、必ずしもそうである必要はない。溶接Ｗ１及び／又はＷ２は、また、第２の作業部品ＷＰ２の平らな上面を垂直下方向に深さ６３ａと６３ｂに、それぞれ側面から溶け込ませる。深さは、与えられた溶接工程により同一量であり得るが、必ずしもそうである必要はない。
【0018】
図５に、さらに示すように、完成したフィレット溶接Ｗ１とＷ２は特定のプロフィールまたは形状をしており、露出した溶接の外部表面は、図示された実施例のようにコンベックス形状であり得るし、または代替的には一般的に平らであり、またはコーンケーブ形状であり、または曲線表面形状もしくはフィレットフェイスコンター（ｆｉｌｌｅｔ ｆａｃｅ ｃｏｎｔｏｕｒ）であり得る。溶接サイズは、垂直レグ（ｌｅｇ）寸法６４ａと６４ｂによって特徴付けられる。側面もしくは水平レグ寸法６５ａと６５ｂによっても同様に特徴付けられるが、垂直レグと側面レグの寸法は、必ずしもそうである必要はないが、与えられたフィレット溶接について同一寸法であり得るし、そして、これらのサイズ寸法は、必ずしもそうである必要はないが、第１および第２溶接Ｗ１とＷ２について同一であり得る。図６は、また、第１フィレット溶接Ｗ１の拡大図を示している。完成した溶接Ｗ１の垂直レグと水平レグの寸法は、それぞれ６４ａと６５ａであり、合わせて理論上ののど寸法７０を定めている。のど寸法は、元の第１の作業部品ＷＰ１の端部と元の第２の作業部品ＷＰ２の表面とのコーナーから、溶接Ｗ１のコーナー端の間にある線分Ｌ１に向かって延びる寸法であり、有効な溶接のど距離は、理論上ののど寸法７０とのど溶け込み距離７１を足したものである。さらに、図示されたコンベックス形状の例においては、コンベックス形状の程度は、理論上の線分７１から溶接Ｗ１の露出した面または表面の最も外側の延長部に向かって延びる寸法７２として数値化され得る。図１５Ａと図１５Ｂに簡単に述べると、垂直な第１の作業部品ＷＰ１は、第２の作業部品ＷＰ２と接する端において傾斜面２０２、２０４を有し得る。さらには図１５Ｂに示すように、中央位置２００において連結し、完全な溶け込み溶接を提供している。
【0019】
図７Ａから図７Ｇ、図８、そして図８Ａは、溶接電流波形、及び／又は溶接装置のワークポイント値の同期化されたコントロールを示している。これにより、上述した各寸法の一貫性に対するコントロールと、Ｔ継ぎ手の両側が同時に溶接されるデュアルフィレット溶接における第１および第２の溶接Ｗ１とＷ２の特徴の実行を促進する。この点について、第１および第２の電源２４ａと２４ｂに適用される溶接信号波形をコントロールされた波形位相角に調整することは、二つの相対する溶接Ｗ１とＷ２の溶け込みの程度が、第１および第２の作業部品ＷＰ１の両方の側において実質的に同一であることを保障するために有利に使用され得る。図４と図６に示されるように垂直溶け込み６３、側面溶け込み６２、そしてコーナー溶け込み７２に関する相対的な類似性を含んで、第１および第２溶接が同一の寸法であることが望まれる場合においてである。加えて、第１および第２の溶接電流波形をコントロールされた位相角において提供することは、第１および第２の溶接が異なるように設計されている状況において、こうした寸法のコントロール可能性に貢献するものと考えられている。代替的に、もしくは組み合わせによって、コントロール可能な相対的な加工ワークポイントの位相角において、電源出力レベル、波形周波数、ワイヤーフィード速度、等といった、一つまたはそれ以上の加工ワークポイント値のコントロールされた変調は、デュアルフィレット溶接の向上のために使用され得る。
【0020】
いかなる特定の理論にも拘束されることは望まないが、二つの工程の溶接パラメーターを時間的に調整することなく作業部品ＷＰ１の両側から同時に溶接することは、そうでなければ同一の溶接パラメーター設定であるとしても、溶接棒の移動方向に沿って、非対称な溶け込みと、溶け込み深さ、溶接形状、等について一貫性の欠如を生じ得るものであると考えられている。これらは、溶接棒Ｅを流れる電流と生じるアークＡによって作り出されるフィールドでの材料の電気磁気的な相互作用によるものであり、溶接接合のどちらかの側における同期化されていない同時溶接工程の温度による影響も同様である。こうした非対象性、及び／又は一貫性の無さは、今度は、クラック、及び／又は腐食、接合強度不足、等を生じる可能性を含んだ、最適以下の溶接特性、及び／又はパフォーマンスを招きかねない。さらに、二つの溶接において溶け込みの一貫性をコントロールできることは、また、溶接時間の削減（溶接速度の向上）およびデュアルフィレット溶接において使用される溶接充填材の量の最適化を促進し得る。この点において、コントロールされた、二つのフィレット溶接Ｗ１とＷ２の溶け込みの一貫性により、より小さなレグのサイズ寸法でも与えられた溶接強度の仕様を満たすことができる。溶接移動速度の増加、及び／又は溶接充填材（溶接棒の使用）の量の削減により、溶接コストを削減が達成され得る。
【0021】
図７Ａは、図１Ａおよび図１Ｂのシステムにおける電源２４によって提供される第１および第２の同期化されたＤＣパルスの典型的なプロット８１と８２をそれぞれ示したグラフである。それらは相互に実質的に同位相な、波形位相角Φがおよそ０度の溶接波形である。プロット８０において示されるように、典型的な溶接システム２は、電源２４ａと２４ｂを介して同期化された第１および第２の溶接波形８１と８２を、それぞれに提供するように動作可能である。波形の同期化は、同期化コントローラー４０または他のシステムコンポーネントといった、システム２におけるあらゆる好適な手段によって可能であり、ハードウェア、ソフトウェア、もしくはそれらの組み合わせであってもよい。一つの望ましい実施例においては、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ｂ、そして図３から図６において例示したように、システム２は、フラックス有心溶接棒Ｅ１とＥ２を使用したデュアルフィレットＤＣパルス溶接工程の実行に使用され、一時的に整列された図７のＤＣパルス波形８１と８２が、デュアルフィレット溶接を実行するために提供され得る。さらに、図７Ａのプロット８０に示されるように、ＤＣパルス波形８１と８２は実質的に同位相であり、波形位相角Φはゼロである。溶接溶け込みの一貫性と対象性に対するコントロールを促進するためである。この実施例においては、両方のＤＣパルス溶接波形８１、８２は、バックグラウンド電流レベルＩＢと高いパルス電流レベルＩＰを含んだ一連のパルスから構成されている。第１および第２の溶接電流Ｉ１とＩ２は、互いに約１０電気角以内といった、実質的に同位相であり、この場合における相対的な波形位相角Φは、約１０電気角またはそれ以下といった、ほぼ０である。図示された実施例においては、第１および第２の波形８１と８２は実質的に同一であるが、これは本発明が要求するものではない。この点において、このタイプの実施に係る可能な適用例では、第１および第２の溶接Ｗ１とＷ２が、スティフナー作業部品ＷＰ１の両方の側において、等しいか、類似の溶接レグ寸法６４と６５となることが望まれる。
【0022】
図７Ａから図７ＣにおけるＤＣパルス溶接の実施例の電流波形は、５０％以下のデューティーサイクル（パルス電流時間をバックグラウンド電流時間で割った割合）として図示されているが、与えられたデュアルフィレット溶接工程を実施するために、波形はあらゆる好適なデューティーサイクルであり得る。さらに、図７Ａに示す実施例においては、パルス電流値ＩＰ１とＩＰ２は実質的に等しく、同様にバックグラウンド電流レベルＩＢ１とＩＢ２も実質的に等しい。しかしながら、他の実施例においては波形の値は異なっていてもよく、ＩＰ１とＩＰ２は等しい必要は無く、及び／又はＩＢ１とＩＢ２は等しくない。例えば、溶接装置２０で直径が異なる溶接棒が使用される場合、及び／又は異なる第１および第２の溶接サイズが望ましい場合である。
【0023】
ある実施例においては、電源２４は、ハートビート（ｈｅａｒｔｂｅａｔ）信号、メッセージ、等といった、同期化情報を同期化コントローラー４０（図１）から備えており、電源２４の波形発生ジェネレーターは、コントロール可能な波形位相角Φを持った第１および第２溶接電流Ｉ１とＩ２を創出するように動作している。このように、図７Ａにおいては約ゼロ度の波形位相角Φを伴って、第１および第２の電流Ｉ１とＩ２に係るパルス電流レベルＩＰ１とＩＰ２は、時間において実質的にそろっており、同時にバックグラウンド電流レベルＩＢ１とＩＢ２も実質的に等しい。このようにして、結果として生じるフィレット溶接Ｗ１とＷ２が、同一のサイズの溶接であり一般的に対称形の溶け込みとなるようにコントロールすることができる。溶接の長手方向に沿って一貫性のある溶接溶け込みも同様に達成し得る。
【0024】
溶接サイズが異なることが望ましい他の実施例（例えば、異なる第１および第２のパルスレベルＩＰ１とＩＰ２、及び／又は異なるバックグラウンドレベルＩＢ１とＩＢ２を使用）においては、第１および第２の波形８１と８２の時間的な同期化によって、溶接Ｗ１とＷ２が異なる量の溶け込みを生じるような場合においても、溶接の長手方法に沿った溶接溶け込みの一貫性が促進される。別の可能な実施例においては、第１および第２の溶接波形８１と８２について、パルス、及び／又はバックグラウンドのレベルが異なってもよい。異なるワイヤー直径、異なる材料、等というように溶接棒Ｅ１とＥ２が同一でなく、溶接サイズ、プロフィール、等は同一であり、ワイヤー送り速度が、必ずしも必要ではないが、等しい場合である。こうした実施における溶接波形８１と８２の同期化は、また、スティフナーＷＰ１の二つの側において実質的に対称形の溶け込みを可能にすることに加えて、溶接の長手方向に沿った溶接溶け込みに係る一貫性のコントロールを有利に促進し得る。このように、波形同期化システム２は、種々の可能なデュアルフィレット溶接の適用において溶接の一貫性、溶接強度、そして溶接コストといった点で重要なアドバンテージを提供するために使用され得る。図７Ａのプロット８０やその変形例において例示されるように、実質的に位相がコントロールされた第１および第２の溶接電流波形の供給を通じて行われている。加えて、以降の図１４Ａから図１４Ｃにおいて説明されるＤＣパルス波形８１と８２およびＡＣ波形は一般的に矩形波のパルス波形である一方で、他の波形の形状も考えられるので、説明された実施は単なる例示にすぎないことに留意すべきである。
【0025】
本発明に係るこの態様は、また他のコントロールされた波形位相角値Φも提供する。図７Ｂは、波形位相角Φがゼロでない値にコントロールされた、典型的な第１および第２のＤＣパルス溶接電流波形８５と８６をそれぞれ示しており、図７Ｃは、約１８０度の波形位相角を伴い実質的に位相がはずれた溶接波形である第１および第２の溶接電流波形のプロット８８と８９を表したグラフ８７を示している。図７Ｃの場合には、二つのパルス溶接アークの磁気的効果により、実質的に位相がはずれて、１７５度から１８５度といった、約１８０度の波形位相角Φである。それにより、システム２におけるコントロールされた波形の同期化を通じて、デュアルフィレット溶接の均一性、溶け込み、形状、サイズ、等についてコントロールすることができる。
【0026】
図７Ｄから図７Ｇは、また、本発明のさらなる態様を示しており、加工ワークポイント波形間のコントロールされたワークポイント位相角を提供することで、溶接装置２０ａと２０ｂに関連した波形に応じてワークポイントの変調をコントロールすることを含んでいる。一つの実施例においては、加工ワークポイントは、加工ワークポイント割り当てシステム１２（図１Ｂ）によって提供され、変調される。ワークポイントは、矩形波、サイン波、ランプ、もしくは他のあらゆる波形の形状、といった波形を確立するために、様々な方法で、溶接装置２０に対して提供される。別の可能な実施例においては、加工ワークポイントは同期化コントローラー４０によってコントロールされる。他の実施も可能であり、ワークポイント割り当てシステム１２と同期化コントローラー４０との協同の相互作用によって、または、溶接システム２のあらゆる他の単一のエレメントもしくはシステムエレメントの組み合わせによって、または、有線か無線か、等にかかわらず、ネットワークを介して溶接システム２と通信できるように接続されたコンポーネントといった、溶接システム２に対して動作可能に接続された外部コンポーネントによって、ワークポイント変調が提供される。
【0027】
図７Ｄは一つの例を示している。グラフ９０は、典型的なプロット９０ａから９０ｄであり、システム２における同期化された矩形波タイプの溶接装置のワイヤー送り速度の波形と電源出力ワークポイント値の波形を示している。装置動作のワークポイント位相角βは、１７５度から１８５度といった、約１８０度であり、実質的には位相がずれている。あらゆる好適な相対的位相角βが使用され得るもので、本発明は、図７Ｄの例に示されるような実質的に位相がずれた動作に限定されるものではない。この実施例に示されるように、第１の加工ワークポイント値は、（例えば、一つの実施例においては、ワークポイント割り当てシステム１２によって）ワイヤー送り速度（ｗｉｒｅ ｆｅｅｄ ｓｐｅｅｄ：ＷＦＳ１）または電源出力値（Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ Ｏｕｔｐｕｔ１）のどちらかとして提供され、第１の溶接装置２０ａは一方から他の一方を得る。図示された実施例においては、第１の加工ワークポイント値は、ワークポイント割り当てシステム１２によって、矩形波形状で時間に関して変調されている。期間Ｔは、高い値ＷＦＳ１ａと低い値ＷＦＳ１ｂの間で交互に変わる第１のワイヤー送り速度値９０ａを伴う。第１の電源出力９０ｂは、この矩形の波形を高い出力値Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ Ｏｕｔｐｕｔ１ａと低い出力値Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ Ｏｕｔｐｕｔ１ｂをもって追いかけ、それぞれが高いＷＦＳ値と低いＷＦＳ値であるＷＦＳ１ａとＷＦＳ１ｂにそろっている。ワークポイント割り当てシステム１２は、また、第２の溶接装置２０ｂに対して第２の加工ワークポイントを提供する。ワイヤー送り速度（ＷＦＳ２）または電源出力値（Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ Ｏｕｔｐｕｔ２）といったものであり、第２のワイヤー送り速度加工ワークポイント値９０ａは、高い値ＷＦＳ２ａと低い値ＷＦＳ２ｂの間で交互に変わり、第２の電源出力９０ｄは、この同一の期間Ｔにおける矩形の波形を高い出力値Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ Ｏｕｔｐｕｔ２ａと低い出力値Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ Ｏｕｔｐｕｔ２ｂをもってそれぞれ追いかける。さらに、本発明のある態様に従えば、第１および第２の加工ワークポイント値は、第１および第２の加工ワークポイント波形間のコントロールされた加工ワークポイント位相角βを提供するために、第１および第２の加工ワークポイント波形に応じて変調される。位相角は、図示された実施例において実質的には位相がずれている相対する溶接工程の動作に対する約１８０度といったような、あらゆる値であり得る。
【0028】
ワークポイント位相角βをコントロールすることによって、割り当てシステム１２は、望ましい全般的なシステム出力を達成しながら、結果として生じるデュアルフィレット溶接に係るサイズ、均一性、一貫性、等をコントロールすることができる。この点において、ワークポイント割り当てシステム１２（図１Ｂ）は、ユーザーが選択したワークポイント値を受け取り、システムワークポイント値に対して複数のアーク溶接システム２の全体出力を設定するためのシステムワークポイント値に基づいて、それぞれの溶接装置２０について変調された第１および第２の加工ワークポイント値を提供する。システムワークポイント値は、システム２もしくはデュアルフィレット溶接工程に関連するあらゆる好適な値、パラメーター、手段、等であり得るし、これらに限定されるわけではないが、システムのデポジット率、溶接サイズ、ワイヤー送り速度、溶接電流、溶接電圧、移動速度、等を含んでいる。ユーザーが選択したシステムワークポイントに従った望ましいシステム全般のパフォーマンスの実施において、ワークポイント割り当てシステム１２は、溶接装置２０に対してあらゆる好適な形式の加工ワークポイントを提供することができ、これらに限定されるわけではないが、電源の出力値、波形周波数、そしてワイヤー送り速度を含んでいる。さらに、実際には、ワークポイント値変調波形は、あらゆる好適な期間Ｔ、および、一つの例として約０．１Ｈｚから１０Ｈｚといった、対応する周波数において変調される。一方、電源電流出力波形は一般的に、パルス溶接で約６０から３００ＨｚでＡＣ溶接で約２０Ｈｚから９０Ｈｚといった、もっと高い周波数であるが、こうした周波数の値は単なる例示に過ぎず、本発明に対する制限や要求を代表するものではない。加えて、溶接装置２０はそれ自身で共同作用的であることに留意すべきである。ワークポイント割り当てシステム１２（または他のシステムエレメント）は、それぞれの溶接装置２０に対して単一の加工ワークポイントを提供することができ、溶接装置２０は、そこから電源出力値、波形周波数、そしてワイヤー送り速度、等の二つまたはそれ以上のワークポイントを得る。代替的には、ワークポイント割り当てシステム１２は、一つまたは両方の溶接装置２０、もしくはコンポーネントに対して一つ以上のワークポイントを提供する（例えば、ワイヤーフィーダー２６に対するＷＦＳワークポイント、および電源２４に対する電源出力値、及び／又は周波数である）。提供された加工ワークポイント値は、本発明の種々の態様に応じて、有利なように変調され得る。
【0029】
図７Ｅは、他の可能なワークポイント変調波形を示しており、グラフ９１は、システム２における同期化され角が丸くされたワイヤー送り速度と電源出力ワークポイント値波形のプロット９１ａから９１ｄを示している。典型的なワークポイント位相角βは、再び約１８０度である。この場合において、第１および第２のワイヤー送り速度ワークポイント値９１ａと９１ｃは、高い値と低い値の間での、よりスムーズな移行を提供する。これにより機械的時定数はワイヤーフィード装置と連携することができ、電源出力ワークポイント波形９１ｂと９１ｄは、対応するワイヤー送り速度と共同して角の丸い波形の移行を備える。図７Ｆはグラフ９３を示しており、同期化されたランプ型のワイヤー送り速度と電源出力ワークポイント値波形のプロット９３ａから９３ｄが表されており、典型的な期間Ｔにおいて動作している全ての波形について約１８０度のワークポイント位相角βであるように描かれている。図７Ｇは、別の例としてグラフ９５を示しており、システム２における同期化されたサイン波のワイヤー送り速度と電源出力ワークポイント値波形９５ａから９５ｄを表している。波形９５は、それぞれ期間Ｔにあり、第１の溶接装置２０ａの波形は、第２の溶接装置２０ｂの波形からワークポイント位相βだけオフセットしており、それはこの例においても再び約１８０度である。
【0030】
図８は、デュアルフィレット溶接システム２の他の実施例を示しており、ロボットまたは機械駆動システムといった移動メカニズム５２と共に、動作可能に溶接システムコントローラー１０に接続された移動コントローラーコンポーネント５０を含んでいる。溶接棒Ｅ１とＥ２を溶接方向６０に沿ってガイドするためにフィクスチャー（ｆｉｘｔｕｒｅ）３０をコントロール可能なように移動させ、溶接Ｗ１とＷ２を同時に形成するデュアルフィレット溶接を実行する。移動メカニズム５２は、デュアルフィレット溶接工程を実施するために、作業部品ＷＰ１、ＷＰ２と溶接棒Ｅ１、Ｅ２との間の空間的な関係をコントロールするいかなるシステムであり得る。関連する移動コントローラー５０は、ハードウェア、ソフトウェア、等であり、一つまたはそれ以上のシステムコンポーネントと、分離して、または統合されて、もしくはその中に配置され、移動メカニズム５２の動作をコントロールする。この点において、図８Ａは、移動メカニズム５２の代替的な構成を示しており、移動可能なキャリッジ上の作業部品ＷＰ１とＷＰ２またはフィクスチャー３０ａを、方向６０において、固定されたフィクスチャー３０と静止した溶接トーチに対して移動するように動作する。
【0031】
図１Ｂと図８に最もよく示されるように、典型的なシステムコントローラー１０は、同期化コントローラー４０とワークポイント割り当てシステム１２を含んでおり、システムコントローラー１０は、デュアルフィレット溶接システム２の中のスタンドアロンなコンポーネントであるか、コントローラー１０の一つまたはそれ以上のコンポーネントが、一つまたはそれ以上の溶接装置２０もしくは他のシステムコンポーネントの中に統合され、または配置され得る。一つの可能な実施例においては、溶接装置２０ａと２０ｂは、それぞれ、例えば、電源２４の中にシステムコントローラーコンポーネントを含み得る。一つの装置２０がマスターとして動作するように設計され（例えば、プログラムされるか、構成される）、他の一方の装置はスレーブとして動作するように構成される。このタイプの実施例においては、マスター装置２０は、動作可能にスレーブ装置２０に接続され、ここにおいて説明されるように、システムコントロール機能を提供する。この点において、システムコントローラー１０は、ワークポイント割り当てシステム１２と同期化コントローラー４０と同様に、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、プログラム可能なロジック、等のあらゆる好適な形式で実施される。その機能は、単一のシステムコンポーネントにおいて実行されるか、溶接システム２の二つまたはそれ以上のコンポーネントに渡って配分される。ワークポイント割り当てシステム１２は、動作可能に第１および第２の溶接装置２０に接続され、ユーザーが選択したシステムワークポイント値１４を受け取る。例えば、ユーザーが利用可能なノブ１８、もしくは別の入力デバイスまたはシステム２の外部ソースからの信号またはメッセージである。ワークポイント割り当てシステム１２は、システムワークポイント値１４に基づいて、第１および第２の溶接加工ワークポイント値を、それぞれ溶接装置２０ａと２０ｂに対して提供する。さらに、提供された加工ワークポイント値を対応する波形に応じて変調するようにワークポイント割り当てシステム１２を構成することもできる。波形は、デュアルフィレット溶接工程の改善された動作のために、コントロールされたワークポイント波形位相角の関係を与えるものである。変調されているか、いないかにかかわらず、ワークポイント割り当てシステム１２は、システムワークポイント値１４に応じてデュアルフィレット溶接システム２のトータルアウトプットを効率的に設定するために加工ワークポイント値を提供する。このようにして、システム１２は、ユーザーが単一の共同作用の調整ができるようにして、溶接システム２におけるコンポーネントの種々の動作パラメーターが構成される。
【0032】
システムコントローラー１０は、ワークポイント割り当てや同期化機能に加えて、データ獲得、モニタリング、等といった、溶接システム２における他のコントロール機能を提供することができ、ユーザーとの対話のための種々のインターフェイス装置を提供できる（例えば、ノブ１８、スイッチ、等といった一つまたはそれ以上の値調節装置をもったユーザーインターフェイスや、画像または数値ディスプレイ、発声器、等といった、情報表示デバイスである）。コントローラーは、直接的に、または間接的に相互に接続され、もしくは供給されたシステムにおける他の装置と相互に接続され、これらに限定されるわけではないが、溶接装置２０またはシステム２の一部分を構成する他の溶接装置、及び／又はネットワーク接続を通じて、等といったように通信、及び／又は信号または値の交換のために動作可能に接続されている。有線ベースと無線の動作可能な結合を含み、信号、及び／又はメッセージの通信を交換するためである。図８において最もよく示されるように、システムコントローラー１０は、ユーザーが選択したシステムワークポイント値１４を受け取る。それらは、システムコントローラー１０のインターフェイス前面プレート上にあるユーザーが調整する一つまたはそれ以上のノブ１８によって得ることができ、もしくは、例えば、有線、無線、または他の形式（図示なし）にかかわらずネットワークまたは他の通信手段を通じてシステム２と接続されている階層的なコントローラーまたはユーザーインターフェイスから得ることもできる。システムコントローラー１０は、例えば、プロセスタイプ情報、溶接棒サイズ情報、プロセスレシピまたは手順、等のユーザーが選択したプロセス情報を保管し、及び／又は動作可能に受け取ることもできる。
【0033】
ワークポイント割り当てシステム１２は、システムワークポイント値１４に基づいて、個々の溶接装置２０について溶接装置ワークポイント値（例えば、図８におけるワイヤー送り速度値ＷＦＳ１とＷＦＳ２）を引き出す。生じた加工ワークポイントは、必ずしも必要ではないが、特定の望ましい、もしくは選択された溶接プロセスまたは動作に関するユーザーが選択した情報を考慮している。ユーザーが選択したプロセス情報１６は、例えば、与えられたプロセスが、上述の図１、図２Ｂ、そして図３から図７Ｃにおいて例示されたような、フラックス有心溶接棒Ｅを使用したデュアルフィレットＤＣパルスプロセスであるのか、後述の図１０から図１４において示されるＡＣソリッドワイヤーデュアルフィレットサブマージドアークプロセス（ＡＣ ｓｏｌｉｄ ｗｉｒｅ ｄｕａｌ ｆｉｌｌｅｔ ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ ａｒｃ ｐｒｏｃｅｓｓ）であるかを特定し得る。ワークポイント割り当て機能は、これら限定されるわけではないが、ユーザーが選択したシステムワークポイント値を加工ワークポイント値にマップするためのルックアップテーブルを含み、あらゆる好適な形式において実行され得る。溶接プロセスタイプおよびワイヤー直径、及び／又は他のプロセスパラメーター（例えば、情報１６）を考慮したものであり、ユーザーが選択したシステムワークポイント値１４に基づくアルゴリズムもしくは等式ベースの加工ワークポイントの計算についても同様である。図８に示された実施例においては、例えば、ワークポイント割り当てシステム１２は、デポジション率、溶接サイズ、ワイヤー送り速度、溶接電流、溶接電圧、移動速度、等といった、システムワークポイント値１４を受け取り、単一のシステムワークポイント値１４に応じて、ワイヤー送り速度、デポジション率、溶接電流、溶接電圧、移動コントローラー５０に対する移動速度設定、等といった、ニつまたはそれ以上の加工ワークポイント値を引き出す。このようにして、共同作用のワークポイント割り当てシステム１２は、システム設定１４を個別の溶接装置２０のための溶接装置ワークポイント値に分割もしくは割り当てる。システムワークポイント値１４と引き出された加工ワークポイント値は、必ずしもそうである必要はないが、同一のタイプである。例えば、ユーザーが選択した値１４は、加工ワークポイントのワイヤー送り速度または他の値を伴った、トータルシステムのデポジション率であり、１時間単位あたりのポンドで表される。この点に関して、一つの実施例においては、割り当てシステム１２は同一のサイズの対称な溶接Ｗ１とＷ２が望まれる実施について、溶接装置２０ａと２０ｂそれぞれに対して、ほとんど同等な第１および第２のワイヤー送り速度加工ワークポイント値ＷＦＳ１とＷＦＳ２を提供する。溶接装置２０またはそのコンポーネント（例えば、電源２４）は、単一の加工ワークポイント値からさらなるコンポーネント設定を引き出す。電源２４は、加工ワイヤー送り速度を受け取り、そこから単一の溶接パラメーター（例えば、電圧、電流、パルス幅、デューティーサイクル、等）をローカル化された共同作用の形式で引き出す。または、割り当てシステム１２が、それぞれの溶接装置２０に対して複数のワークポイントを提供することができる。さらに、図８の実施例で示されたワークポイント割り当てシステム１２は、また、システムワークポイント値１４に基づいて少なくとも一つの移動コントロール値（例えば、移動速度）を引き出し、移動コントローラー５０に対して移動コントロール値を提供する。
【0034】
図９は、また、典型的な波形コントロールの第１の電源２４ａに係るさらなる詳細を示しており、第２の電源２４ｂも溶接システム２の特定の実施例において同様に構成され得る。一般的に、システム２は、一つまたはそれ以上のスイッチング信号に応じて電気的な溶接信号を提供するあらゆるタイプの溶接電源２４を使用し得る。典型的な電源２４ａは、単一または複数位相のＡＣ入力パワーを受け取り、スイッチングインバーター１５２に対してＤＣバス出力を提供する。インバーター１５２は、出力チョッパー１５４を駆動し、チョッパー１５４とインバーター１５２はパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチングコントロールシステム１６８からのスイッチング信号に応じて駆動され、端子２５ａにおいて、フィレット溶接工程またはオペレーションの適用のために好適な溶接出力信号を提供する。実際には、一方または両方の出力端子２５ａは、電源ケーブルを通じてワイヤーフィーダーに接続されている。トーチにケーブル（図示なし）を通じて溶接オペレーションに対して最高の溶接信号を供給するためである。溶接電流と電圧のセンサー１７２と１７４が電源２４の中に備えられ、適用する溶接信号波形８１のクローズドループコントロールのためにフィードバック信号を創出する。電源２４ａは、また、出力チョッパー１５４と任意的にインバーター１５２に対してスイッチング信号を提供する波形ジェネレーションシステム１６０を含んでいる。システム１６０は、選択された望ましい波形１６４、一つの例においてはファイルとして保管されている、に応じてコンパレーター１６８の入力として望ましい波形コントロール信号を提供する波形ジェネレーター１６２を含んでいる。望ましい波形は、フィードバックコンポーネント１７０からの一つまたはそれ以上の実際の溶接プロセス条件と比較され、比較の結果は、ＰＷＭスイッチイングシステム１６８をコントロールして、それにより望ましい波形に応じて溶接信号を調整する（例えば、図７の溶接電流信号波形８１）。
【0035】
図９の実施例における波形ジェネレーションシステム１６０とそのコンポーネントは、望ましくはハードウェアプラットフォームベースのマイクロプロセッサーの中で実行されるソフトウェアもしくはハードウェアとして実施される。しかしながら、あらゆる好適なプログラム可能なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ロジック等、もしくはそれらの組み合わせが使用され得る。それによって、一つまたはそれ以上のスイッチング信号が、望ましい波形もしくは波形ファイル１６４に応じて創出され（フィードバックありでも、無しでも）、スイッチングタイプの電源２４ａは、スイッチング信号に応じて溶接信号を提供する。一つの好適な電源はブランケンシップ（Ｂｌａｎｋｅｎｓｈｉｐ）米国特許第５２７８３９０号公報に示されている。電源２４ａは、状態テーブルベースのスイッチング電源であり、シーケンスコントローラー、溶接システムコントローラー１０、等といった、他のシステムコンポーネントからの一つまたはそれ以上の出力を、入力として受け取ることができる。波形ジェネレーションシステムコンポーネント１６２，１６６，１７０は、ＰＷＭシステム１６８を介してインバーター１５２、及び／又はチョッパー１５４に対してコントロール信号を提供することによって電源の出力波形を定義し、調整するマイクロプロセッサー（図示なし）上で動作し、もしくは実行され、波形コントロールプログラムとして実施され得る。出力波形は、第２の電源２４に関して実質的に位相の合った動作となるように同期化される、パルスタイプのあらゆる波形もしくは形状であり、以降の図１０から図１４のサブマージ（ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ）アーク溶接の実施例において示されるように、ＤＣまたは代替的な電流極性（ＡＣ）を備えている。
【0036】
図１０から図１４Ｄは、溶接システムに係る他の可能な実施例が示されている。波形位相角の関係がコントロールされているか、ワークポイント値変調が同期化されている、同期化されたＡＣパルス溶接波形を伴うデュアルフィレットサブマージアーク溶接プロセスにおいて、ソリッドワイヤー溶接棒Ｅ１とＥ２（上記の図２Ａ）が使用される。図１４Ａは、典型的な第１および第２のパルス溶接電流波形１８１と１８２を表したプロット１８０を示しており、それぞれが、正の電流レベルＩＰと負の電流レベルＩＮを含んだ一連のパルスから成っている。第１および第２の溶接電流は実質的に互いに位相が合っており、波形位相角βは約０＋／−０．５度にコントロールされている。図１４Ｂのグラフ１９０は、別の実施例を示しており、第１および第２の電流波形１９１と１９２は同一の周波数で動作しているが、それらの波形の波形位相角Φはゼロではなく時間的にオフセットしている。図１４Ｃのグラフ１９５は、さらに別の実施例を示しており、電源出力電流波形１９６と１９７は実質的に位相がずれており相対的な波形位相角Φは約１８０度（例えば、一つの実施例においては１７５度から１８５度）である。装置電源２４によって出力される種々のＡＣ電流、及び／又は電圧波形は、あらゆる形もしくは形状であり得るし、同一である必要はなく、数字は単なる例示であって本発明の要件でも限定するものでもないことが正しく理解されるべきである。さらに、上記のＤＣパルスの実施例については、位相がコントロールされたＡＣ波形１８１と１８２が使用される。同時デュアルフィレット溶接の際に相対する溶接棒Ｅ１とＥ２の溶接溶け込みの一貫性と対称性をコントロールするためである。図示された図１０から図１３の実施例では、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）プロセスにおいて、ＡＣ波形コントロールが、比較的大きな直径の中実な溶接棒Ｅ（図２Ａ）と粒状フラックスＦ（図１０と図１１）と組み合わされて使用される。波形１８１と１８２は、それぞれ、正の部分（ＩＰ１とＩＰ２）および負の部分（ＩＮ１とＩＮ２）を持った一連のパルスを含んでおり、図１４Ａから図１４Ｃにおいて電流Ｉ１およびＩ２として示されている。第１および第２の溶接電流Ｉ１とＩ２に係るパルスは、同期化コントローラー４０によって同期化されており、位相角がΦ（例えば、一つの実施例においては目標位相角に対して約＋／−０．５度の電気角）にコントロールされた、もしくは調整された波形を提供する。
【0037】
さらに、一つの望ましい実施例においては、プロット１８０に示すように、本発明の要件ではないものの、第１および第２の波形１８１と１８２は実質的に同一である。加えて、典型的な波形１８１と１８２は約５０パーセントのデューティーサイクルであるが、他の実施例ではあらゆる好適なデューティーサイクルを使用することができる。さらに加えて、図示された波形は、ゼロ電流の軸に関してＩＰ１の大きさは実質的にＩＮ１の大きさと同等であり、ＩＰ２の大きさは実質的にＩＮ２の大きさと同等であるが、他の実施例においては、この点において非対称な波形を使用することが可能である。さらには、図１０から図１４Ｃに係る望ましい実施例においては、実質的に同一な第１および第２の波形１８１と１８２が使用されるが、これは本発明の要件ではない。上記のデュアルフィレットＤＣパルス溶接の実施例と同様に、図１０から図１４において、さらに、電源２４は、同期化コントローラー４０（図１、図８、そして図９）からの同期化情報（例えば、ハートビート信号、メッセージ、等）を使用してＡＣサブマージアーク溶接信号波形１８１と１８２を生成する。結果として生じるフィレット溶接Ｗ１とＷ２の改善したコントロールを促進するように、お互いに関して位相角の関係がコントロールされた溶接電流Ｉ１とＩ２を提供するためである。図１０から図１３に最もよく示されるように、デュアルフィレットＳＡＷプロセスは、スティフナー作業部品ＷＰ１とベース作業部品ＷＰ２の間のＴ継ぎ手の両側に沿って二つのパイル（ｐｉｌｅ）になるように形成された粒子状のフラックスＦ（図１０と図１１）を使用し、エネルギー化された溶接棒Ｅ１とＥ２（図２Ａ）はフラックスパイルＦを貫いて進められる。溶接棒Ｅ１とＥ２に適用される電流信号波形１８１と１８２は、溶接アークＡ１とＡ２を粒子状のフラックスＦの中に溶接アークＡ１とＡ２を確立し、維持し、図１１において最もよく表されるように、フラックスＦを溶かして、溶融した溶接Ｗ１とＷ２に上にスラグ（ｓｌａｇ）Ｓ（図１０と図１２）を形成する。ＡＣ溶接波形は、ゼロ電圧軸に関してバランスがとれていることが望ましく、５０パーセントのデューティーサイクルであることが望ましい。これらの望ましい条件は、溶接溶け込みやビード形状のコントロールに貢献するが、こうした条件は本発明の厳格な要件ではない。デュアルフィレット溶接プロセスは、作業部品材料を部分的に消費して溶接Ｗ１、Ｗ２の中に包含することを通じて、溶接材料Ｗ１、及び／又はＷ２が、作業部品ＷＰ１とＷＰ２の一方、もしくは両方を貫くようにさせ、結果として側面溶け込み寸法９２ａと９２ｂ、及び／又は第１および第２の下向き溶け込み深さ９４ａと９４ｂを生じる。溶接棒Ｅが溶接方向６０に沿って移動されると（例えば、図８の移動メカニズム５２を介して）、図１２において示されるように、溶接材料Ｗ１，Ｗ２はスラグＳの下で固化し、スラグＳもまた固化する。次に、スラグＳは除去され；図１３において示されるように、完成したフィレット溶接Ｗ１とＷ２が残される。図示された実施例におけるのと実質的に同一である。本発明は、このようにデュアルフィレット溶接適用のためのデュアルフィレット溶接システムおよび方法を提供する。デュアルフィレット溶接システムのパフォーマンスと完成した溶接の品質に対するコントロールを促進するように、溶接信号のコントロールされた位相角動作のために、溶接信号は同期化される。
【0038】
図１４Ｄは、上述のように、位相関係がコントロールされた溶接装置ワークポイント変調を備える本発明のさらなる態様を示しており、ＡＣデュアルフィレット溶接の適用に関しても実用性がある。図１０から図１２、図１４におけるサブマージアーク溶接の実施例に係るグラフ１９８は、典型的な同期化された矩形波タイプの溶接装置ワイヤー送り速度波形１９８ａと１９８ｄ、電源出力波形１９８ｂと１９８ｅ、および典型的なデュアルフィレット溶接システム２における溶接周波数ワークポイント値波形１９８ｃと１９８ｆを示している。第１の溶接装置２０ａに係るワークポイント波形１９８ａから１９８ｃは、期間Ｔにおいて変調されており、第２の加工ワークポイントに係る変調されたワークポイント波形１９８ｄから１９８ｆに関してワークポイント位相角がβであるようにコントロールされ、全てのワークポイント変調波形が期間Ｔにおいて動作している。さらに、この実施例においては、第１および第２のワークポイントは、実質的に位相がはずれたように変調され、ワークポイント位相角ベータは約１８０度であるが、あらゆる好適なコントロールされた位相角βが使用され得る。この実施例においては、電源の動作周波数（例えば電源出力電流／電圧波形の周波数）もまた、ワークポイント変調技術で変調されることに留意すべきである。この実施例においては、ＡＣ溶接波形周波数は振幅と共同して変化する。上記のパルス溶接の実施例と同様に、ＡＣ適用におけるワークポイントの変調は、あらゆる好適な変調波形形状、形、等に応じたものになり得る。図１４Ｄにおいて示される矩形波のワークポイント変調波形１９８ａから１９８ｆは単なる例示に過ぎない。さらには、与えられた溶接装置に係る変調された波形は、示されるように類似の形状、形、等であり得るし、もしくは違ったものでもよい。さらに変調された加工ワークポイント波形は一つのグループとしてそれぞれの溶接装置に提供されるか、ワークポイント割り当てシステム１２（または他のシステムコンポーネント）が溶接装置２０に対して単一の変調されたワークポイントを提供し、続いて溶接装置２０が種々の装置コンポーネントのために残りのワークポイントを引き出す。図１４Ｄの実施例においては、さらに、それぞれの装置の電源波形出力周波数は、対応するワイヤー送りしく度と出力振幅が増加するときに増加し、その逆もまた同様である。
【0039】
図１５Ａと図１５Ｂでは、パルス溶接、ＡＣ溶接、または他のデュアルフィレット溶接タイプのプロセスのために、溶接装置２０ａと２０ｂの溶接電流とワイヤー送り速度がコントロールされ、上記の図５と図６に示したようにコントロールされたＴ継ぎ手の部分的な溶接溶け込み、もしくは図１５Ａと１５Ｂに示すように本質的に完全な溶け込みを提供する。上述の溶接波形の同期化、及び／又はワークポイントの同期化は、与えられたデュアルフィレット溶接の適用のための、あらゆる望ましい量や形状の溶接溶け込みの供給を促進する。図１５Ａは、先端が面取りされた第１の作業部品ＷＰ１ａを示しており、斜めの下方表面２０２と２０４を含むデュアルフィレット溶接されたＴ継ぎ手を形成するのに使用される。斜めの表面は、単独でも、本発明に係る波形もしくははワークポイントの同期化態様の一つ又は両方と組み合わせても使用することができる。図１５Ｂにおいて示されるように、第１の作業部品ＷＰ１ａの下で第１および第２のフィレット溶接Ｗ１とＷ２が結合するオーバーラップ領域２００を提供するように、実質的に完全な溶け込みのあるデュアルフィレット溶接を達成するためである。
【0040】
図１６Ａから図１６Ｃは本発明の代替的な実施例を示しており、溶接棒間の干渉が予測されるようなアプリケーションにおいて材料をデポジットするために二つまたはそれ以上の溶接棒Ｅが使用される。例えば、図１６Ａは相対する溶接棒を使用するデュアルフィレット溶接を示している。図で示されるように、本発明のコンセプトに従って、波形の同期化、及び／又はワークポイントの同期化が使用され、添付のチャートに示されるような互いに位相がずれた波形を適用することで、溶接棒が互いに干渉しないように溶接棒上のアークをコントロールする。同様な同期化が、例えば、図１６Ｂで示されるタンク溶接への適用といった、溶接棒が共通のグラウンド軸を共有する適用例においても使用される。そこでは、溶接棒は離れた溶接上で動作しているものの、共有されたグラウンド軸は溶接棒間の干渉を生じやすく、溶接の品質に影響を与える。添付のチャートに示されるように、上述の波形の同期化、及び／又はワークポイントの同期化技術は、溶接棒間の干渉を最小化、及び／又は除去するために使用され得る。このタイプの干渉が見られる別の適用例は、両方の溶接棒が同一の溶接パドル（ｐｕｄｄｌｅ）もしくはプール（ｐｏｏｌ）上で動作する場合である。例えば、図１６Ｃに示すように、二つの溶接棒が同一の溶接バドルにおいて動作し、連続したやり方で突合せ継ぎ手に対して溶接棒材料の層を充当する。すなわち、第１の溶接棒が材料のベース層を敷き、第２の溶接棒がすぐ後を追って、ベース層の上に材料の第２の層をおく。これらの溶接棒は同一のパドルにおいて動作するので、溶接棒間で干渉が生じるのは当たり前である。図１６Ｃにおける添付のチャートに示されるように、上述の波形の同期化、及び／又はワークポイントの同期化技術がこの干渉を最小化、及び／又は除去するために使用され、このタイプの適用においてより均一で一貫性のある溶接を提供している。例えば、第１および第２のアークがお互いに１８０度位相がずれているように、波形を生成することができる。図１７に示すように、波形は、一つのアークの電流がゼロに近づくと他のアークがエネルギー化されるといったもので、交互に入れ替わるやり方で効果的にアークが適用される。
【0041】
図１８から図２０は、一般的に３００で示される代替的な溶接システムである。以前の実施例において述べたように、一般的に溶接システム３００は、システムコントローラー１０と共に第１および第２の溶接装置を含んでおり、一方または両方の溶接電流波形と、及び／又は一つまたはそれ以上の加工ワークポイントとの間の位相関係をコントロールして、溶接棒Ｅ１とＥ２および溶接アークＡ１とＡ２を使用して溶接Ｗ１とＷ２をそれぞれ創出し、第１の作業部品ＷＰ１を第２の作業部品ＷＰ２に対して溶接する。溶接システム３００は、さらに、一般的に３１０で示される、レーザーといった、局所的に強烈な加熱を行うことができる高エネルギー熱源を含んでおり、以降により詳細に述べるように、溶接溶け込みを改善するために溶接装置２０と協同して使用される。溶接システム３００は、以前の実施例に係る溶接装置２０とコントローラー１０を組み入れることができ、アーク溶接コンポーネントについて同様なやり方で構成され得る。その限りにおいて、溶接システム３００には、コントローラー１０、同期化コントローラー４０、そしてワークポイント割り当てシステム１２を含む以前の実施例に係るアーク溶接コンポーネントやコントローラーの詳細が参考として取り込まれており、同様なコンポーネントを参照するのに同様な数字が使用されている。両方の実施例に共通なコンポーネントであり、ここにおいて詳細が記載されていない限りにおいて、以前の実施例を参照すべきである。
【0042】
図１８から図２０に示されるように、本実施例は第１の作業部品ＷＰ１を第２の作業部品ＷＰ２に溶接するためのデュアルフィレット溶接に関して使用される。溶接システム３００は、また、以前の実施例に関して述べたアーク間の干渉が問題となる別のアプリケーションにおいても使用される。デュアルフィレット溶接の実施例においては、溶接棒Ｅ１、Ｅ２は作業部品ＷＰ１の相対する側に配置されており、一般的にお互いに向かい合った関係にある。溶接棒Ｅ１，Ｅ２はお互いに一直線上に配列されていることを要せず、必要に応じて作業部品ＷＰ１の両側において複数の溶接棒が使用され得る。以前の実施例において詳細に述べたように、溶接棒Ｅ１とＥ２は、電気的にシステムコントローラー１０と接続されている。システムコントローラー１０は、以前の実施例において詳細に述べたワークポイントの割り当てや同期化の機能に加えて、データ獲得、モニター、等といった、他の機能を溶接システム３００において提供し得る。さらに、以下により詳しく述べるように、レーザー３１０がシステムコントローラー１０に接続され得る。
【0043】
本実施例のコンセプトに従って、溶接システム３００は、溶接接合を形成するために溶接棒Ｅ１，Ｅ２と協同して動作するレーザー３１０を含んでいる。溶接システム３００の溶接棒Ｅとレーザー３１０は、溶接動作を実行するために、溶接ロボット、マニピュレーター、もしくは他の移動装置に取り付けられ得る。代替的には、溶接システム３００は固定されており、図１９に示すように、作業部品が溶接システム３００に対して移動することもできる。作業部品ＷＰと溶接システム３００との間の相対的な動作に関しては、レーザー３１０は溶接棒Ｅ１，Ｅ２の上流に配置され、レーザー３１０からのビーム３１２が第１の作業部品ＷＰ１のある部分に方向付けられる（図２０Ａ）。例えば、レーザービーム３１２は、第１の作業部品ＷＰ１のコーナー、第１の作業部品ＷＰ１の前縁、または第１の作業部品ＷＰ１のノーズに対して方向付けることができる（図に示すように）。一般的に、レーザービーム３１２は、溶接接合の境界面に近い、作業部品ＷＰ１またはＷＰ２いずれかの表面に方向付けられる。レーザー３１０は浅い角度で向けられ、レーザー３１０からのビーム３１２が、水平に近い角度θで第１の作業部品ＷＰ１に当たるようにする（図２０Ａ）。図２０Ａに示されるように、浅い角度を使用することで、デュアルフィレット溶接のアプリケーションにおいて、レーザーのエネルギーをより直接的に第１の作業部品ＷＰ１に向けることができる。望むのであれば、この同じアプリケーションにおいて、第２の作業部品ＷＰ２に向かってより大きなエネルギーを向けるために、より大きな角度を使用することもできる。また、レーザー３１０は、より広い領域閾値発生回路を取り囲み、レーザー溶け込みの幅を増すために、接合上に渡り、ストリーブされ、発振させられる。このことは、レーザービームに係るアプリケーションをより寛大なものにすることによって、溶接プロセスを促進している。図示されたレーザービームの方向３１２は、例示である。アプリケーションやレーザーエネルギーが適用される望ましい領域に応じて、あらゆる角度θを含む他の方向が使用され得ることが正しく理解されるべきである。図２０Ａに図示された実施例においては、水平から０度と約５度の間にある角度θが使用されている。
【0044】
レーザー３１０は、溶接プロセスの全ての期間、または溶接プロセスの選択された部分についてビーム３１２を発生し、第１の作業部品ＷＰ１の一部が溶融、もしくは蒸発するように、第１の作業部品ＷＰ１に対して熱を加える。第１の作業部品ＷＰ１の一部の溶融／蒸発は、作業部品ＷＰ１とＷＰ２との間での溶融材料流れを促進し、溶接の完全な溶け込みができる。溶接の溶け込みに加えて、レーザー３１０は、図２０Ｂに図示されるキーホール（ｋｅｙｈｏｌｅ）Ｋを、レーザー３１０が最初に当てられた作業部品を蒸発させることによって、形成することができる。このボイド（ｖｏｉｄ）は、溶接材料を溶接棒Ｅ１，Ｅ２からキーホールＫの中に流れ込むようにし、レーザー３１０によって創出された溶融した作業部品材料と混合して、溶接の完全な溶け込みを促進する（図２０Ｃ）。
【0045】
溶接棒Ｅ１とＥ２は、以前の実施例に従ってコントロールされ、レーザーが第１の作業部品ＷＰ１に入力されると同時に、もしくは近い時間にアーク溶接を実行する。以前の実施例において述べたように、溶接棒Ｅ１とＥ２はお互いに関して位相付けられ、交互に入れ替わるやり方で（図１７）作業部品ＷＰ１に対してアークＡ１，Ａ２を適用する。このようにして、以前の実施例において述べたのと同じやり方で、溶接棒材料が接合部に適用され、一つまたはそれ以上の作業部品に対してレーザーエネルギーを適用することにより改善した溶接溶け込みが提供される。
【0046】
図示されたレーザー３１０は、溶接棒Ｅ１，Ｅ２に対して上流側に配置されているが、同一の効果を達成するように、レーザー３１０は、溶接棒Ｅ１，Ｅ２に対してあらゆる場所に配置することができる。例えば、図１９に示すように、溶接棒Ｅ１，Ｅ２と一直線上に整列され得るし、もしくは溶接棒Ｅ１，Ｅ２の上流側または下流側に配置することもできる。レーザーが一直線上に整列された位置または下流側の位置から適用されたときは、レーザーは一つまたはそれ以上の溶接棒Ｅと作業部品ＷＰによって生じた溶接材料に対して熱を適用する能力を、同じ効果をなすように有しており、これは溶接棒Ｅによって溶接材料が適用される前に作業部品のみに対してレーザーが適用されるときと同様であること、が正しく理解されるべきである。一般的に、レーザー３１０はビーム３１２を溶接棒Ｅ１，Ｅ２近くの作業部品のある部分に当てるように方向付けられ、作業部品を局所的に熱し、レーザービーム３１２が通過するところの溶接材料を溶かし、溶接の溶け込みを改善する。レーザービーム３１２は、溶接棒Ｅ１，Ｅ２からの溶接材料が適用される地点か、それに近い点に向けられることが正しく理解されるべきである。
【0047】
本発明に従って、一つまたはそれ以上のレーザー３１０が使用され得る。単一のレーザーが作業部品上の単一の地点に対してエネルギーを適用するために使用され、複数のレーザーが作業部品ＷＰ上の複数の地点に対してエネルギーを適用するために使用される。図１８に示すように、単一のレーザー３１０とビームスプリッター３１４が、第１の作業部品ＷＰ１上の相対する地点に対してレーザー３１０からのエネルギーを適用するために使用され得る。光ファイバールーメン（ｌｕｍｅｎ）３１５、もしくは、鏡などといった、他の光搬送機器が、レーザービーム３１２を作業部品３１２または溶接に方向付けるために使用され得る。
【0048】
図１８から図２０における実施例において、溶接装置２０とレーザー３１０は、システムコントローラー１０の同期化コントローラー４０とワークポイント割り当てシステム１２に動作可能に接続されており、データ、コントロール信号、メッセージ、等の交換を行っている。一つの実施例においては、スタンドアロンの溶接システムコントローラー１０は、溶接装置２０の電源２４ａと２４ｂおよびレーザー３１０の光源３１６に動作可能に接続された同期化コントローラー４０を含んでいる。コントローラー１０は、電源２４に対して第１および第２の波形ジェネレーターを同期させるための同期化信号（例えば、信号、メッセージ、等）を提供し、第１および第２の溶接電流はお互いに関してコントロールされた位相角となる。ワイヤーフィーダーもまた、同期化コントローラー４０からの、及び／又は直接的にそれぞれの電源２４もしくは他の中間的なコントローラーからの好適な情報（データ、信号、等）によって、またはそれに応じて、同期化され、ある特定の時点において電流溶接波形と他のプロセス条件に従って、溶接プロセスに対する溶接ワイヤーの供給を調整する。加えて、溶接システムコントローラー１０を通じた溶接装置２０からの情報は、レーザー３１０の向きをコントロールするために使用され得る。例えば、「スティックアウト（ｓｔｉｃｋ ｏｕｔ）」に関する情報が溶接システムコントローラー１０に対して伝達されると、光源３１６もしくはレーザー３１０出力をコントロールしている他のコンポーネントに対して、溶接システムコントローラー１０からの通信信号によってレーザー３１０出力の調整がなされる。コントローラー１０は、レーザー３１０出力を調整するために溶接装置２０からのスティックアウトフィードバックを使用することができる。例えば、もはやスティックアウトは、溶接パドルがより大きな溶接またはより広いギャップの中に沈んでいることを意味するものではない。より広いギャップでは、より少ないエネルギーで完全な溶け込み溶接を得ることができ、このように、コントローラー１０は、レーザー３１０の電源駆動を減少させ、または、そうでなければ、レーザー出力を調整することによって、レーザー３１０に適用されるエネルギーを削減し得る。このようにして、コントローラー１０は、溶接装置２０のパラメーターを同時に調整することができ、結果としてシステム全体の溶接条件に対してリアルタイムに対応している。
【0049】
同様にして、以前の実施例において述べたように、同期化コントローラー４０からの同期化情報に応じて溶接装置２０の溶接システムコントローラー１０を使用して、でシールドガス（ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｇａｓ）の供給を同期化されたやり方でコントロールすることができる。溶接システムコントローラー１０は、さらに、溶接装置２０ａと２０ｂに動作可能に接続されたワークポイント割り当てシステム１２を含むことができ、ユーザーが選択したシステム設定ポイント値を受け取って、溶接システム３００のトータルアウトプットを設定するために、溶接装置２０に対してそれぞれの加工ワークポイント値を提供する。このコントロールは、システム全体の望ましいパフォーマンスを達成するためのローカルなワークポイントが用意されているところで、溶接装置２０、及び／又はそのコンポーネントに対して、例えば、デポジション率、溶接サイズ、ワイヤー送り速度、溶接電流、溶接電圧、等の一つのシステムワークポイント値を、ユーザーが設定できるようにしている。さらに、同期化コントローラー４０または他のシステムコンポーネントのための割り当てシステム１２は、以前の実施例において述べたように、ワークポイント波形間のコントロールされた加工ワークポイント位相角を提供するためにワークポイント波形に応じて一つまたはそれ以上のワークポイントの変調を行う。ワークポイント割り当てに基づいて、システムコントローラー１０は、アーク溶接プロセスを促進するためにレーザー３１０のパワーレベルを変化させることもできる。この限りにおいて、システムコントローラー１０は、レーザー３１０（図１８）の電源３１６に接続され、事前にプログラムされたインストラクションに応じて、または溶接システムからのフィードバックに基づいて、電源３１６によってレーザー３１０に対して供給されるパワーの量を変化させるように動作可能である。
【0050】
溶接の創出においては、溶接のサイズと均一性、溶け込み量、そして形状がコントロール可能であり、繰り返し可能であり、そして溶接の長手方向に沿って均一であることが望ましい。結果として生じる溶接構造物の品質向上のためである。同一の溶接パドルにおいて、もしくは溶接棒が共通のグラウンド軸を共有しているアプリケーションにおいて、複数の溶接棒をお互いに非常に近接させて使用することは、しばしば、溶接アークの干渉を招き、結果として、不均整な溶接のサイズ、均一性、溶け込み、そして形状を生じてしまう。特に、アーク間の干渉は、電磁気力および圧力を創出し、溶接材料のデポジションをアークによって生成される圧力ポイントから離れてそらしてしまう。本発明の溶接システムは、上述のように、溶接棒Ｅ１とＥ２の同期化およびワークポイント割り当てを通じて、この干渉を最小化する。さらには、同時に起こるローカルなプロセスを同期化させることによって、溶接時間や使用材料量を節約する能力を促進し得る。レーザー３１０の使用は、さらに、溶接接合の完全な溶け込みを提供すること、および溶接接合への材料流れを改善することにより、こうした節約を増進し、完全な溶け込みや充填を達成するのに複数のパスが必要ではなくなる。
【0051】
溶接部に関しては、波形が同期化されコントロールされた溶接電流Ｉ１とＩ２を溶接棒Ｅ１とＥ２に対して提供することは、作業部品ＷＰ１における溶接棒Ｅ１とＥ２と、ＷＰ２または溶接プール／パドルの間の溶接アークＡ１とＡ２を創出し、維持する。溶接アークＡ１とＡ２は、次に、溶接棒Ｅが溶接方向６０（図１９）に沿って与えられた場所を通過する際に、溶融した溶接材料のデポジションと作業具品材料の特定量の可能な溶解を生じ、図２０Ｃに示すように、溶融した溶接Ｗを形成する。上述のように、レーザー３１０は、作業部品ＷＰ１とＷＰ２の一つまたはそれ以上を局所的に熱し、特定量の作業部品材料を溶かし、及び蒸発させ、溶接棒Ｅからの溶融した溶接材料が、作業部品ＷＰ１とＷＰ２の間の接合に完全に溶け込むようにしている。作業部品ＷＰの一部を蒸発させることで、レーザー３１０は、溶接接合の溶け込みを改善するキーホールＫを生成する。例えば、作業部品ＷＰからの溶融した材料や溶接棒Ｅによって適用された充填材料である溶接材料は、図２０Ｃに最もよく示されるように、ついには冷め、固化し完全な溶け込みを持った溶接が完成する。
【0052】
図２０Ｃに示すように、完成した溶接は特定のプロフィールまたは形状をしており、外側に露出された溶接表面は、図示された実施例においてはコーンケーブ形状であるが、または一般的には、平面上、コンベックス形状、曲線からなる表面形状、もしくはフィレットフェイスコンター（ｆｉｌｌｅｔ ｆａｃｅ ｃｏｎｔｏｕｒ）であり得る。溶接サイズは、垂直方向のレグ寸法によって特徴付けられ、水平方向または両方のレグ寸法についても同様である。こうした寸法に関しては以前の実施例において十分に述べられている。
【0053】
以前に述べたように、溶接プロセスの際には、作業部品または溶接材料の選択された部分に対してレーザービーム３１２を適用するために、一つまたはそれ以上のレーザー３１０が直接的に、もしくはビームスプリッター３１４と併せて使用される。示されたデュアルフィレット溶接の実施例においては、第１の作業部品ＷＰ１の両方の側に対してレーザービーム３１２を適用することで、溶接棒Ｅ１とＥ２によって適用された溶融した材料の溶け込みを促進する。溶接電流波形のコントロール、及び／又は溶接装置ワークポイント値のコントロールの同期化は、レーザー３１０からのエネルギーの適用と併せて、Ｔ継ぎ手の両側が同時に溶接されるデュアルフィレット溶接における溶接Ｗの寸法の一貫性とパフォーマンス特性についてのコントロールを促進する。加えて、作業部品ＷＰまたは溶接接合に対して、レーザーエネルギーの適用と併せて、位相角がコントロールされた第１および第２の溶接電流を提供することは、溶接棒Ｅ１，Ｅ２が適用される第１および第２の溶接が異なるように設計されているような状況において、こうした寸法のコントロールに貢献するものと考えられている。代替的に、もしくは組み合わせにおいて、電源出力レベル、波形周波数、ワイヤー送り速度、レーザーパワー、等といった、一つまたはそれ以上のコントロールされた加工ワークポイント値の変調が、こうした寸法のコントロール性を改善するために使用され得るし、そうでなくとも、結果として生じる溶接の品質を改善する。
【0054】
上記の実施例は、本発明の種々の態様に係るいくつかの可能な実施例を説明したに過ぎないものであり、当業者であれば、本明細書および添付の図面の記載に基づいて、均等な代替、及び／又は変更をなし得る。特に、上述のコンポーネント（アセンブリー、装置、システム、回路、といったもの）によって実行される種々の機能に関しては、そのようなコンポーネントについて述べるために使用された用語（「手段（ｍｅａｎｓ）」を参照するものを含む）は、他に意図がなければ、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせ、といった記載のコンポーネント（例えば、機能的に均等なもの）に係る特定の機能を実行するあらゆるコンポーネントに対応するものである。本発明の図示された実施例において、その機能を実行するための開示された構造と構成的に均等なものではないにしてもである。加えて、本発明の特定の特徴がいくつかの実施例のうちのたった一つに関して開示されていたとしても、そういった特徴は、あらゆる与えられた、もしくは特定のアプリケーションにとって望ましく、そして有利なように、他の実施例に係る一つまたはそれ以上の他の特徴と組み合わされ得る。また、用語「含む（“ｉｎｃｌｄｉｎｇ”、“ｉｎｃｌｕｄｅｓ”、“ｈａｖｉｎｇ”、“ｈａｓ”、“ｗｉｔｈ”）」またはその変形が、発明の詳細な説明、及び／又は特許請求の範囲の中で使用されている限りにおいては、それらの用語は、用語「含む（ｃｏｍｒｉｓｉｎｇ）」と類似の方法において、包括的であることを意図している。
【0055】
さらなる実施例において、本発明は第１および第２の作業部品の間に溶接を創出する溶接システムを提供する。その装置は、以下を含む。
【0056】
第１の溶接装置であり、第１の溶接棒に接続された出力端子を有する第１の電源を含み、
該第１の電源は、該第１の電源の出力端子において第１の波形を持った第１の溶接電流を提供する第１の波形ジェネレーターを含み、
前記第１の波形ジェネレーターは、第１の波形を生成し、前記第１の電源の電流動作を決定するために前記第１の電源のパルス幅変調回路をコントロールし、
第１のワイヤー送り速度で、前記第１の溶接棒を溶接接合に向かって方向付ける第１のワイヤーフィーダー、
を含む第１の溶接装置と；
第２の溶接装置であり、
第２の溶接棒に接続された出力端子を有する第２の電源を含み、
該第２の電源は、該第２の電源の出力端子において第２の波形を持った第２の溶接電流を提供する第２の波形ジェネレーターを含み、
前記第２の波形ジェネレーターは、第２の波形を生成し、前記第２の電源の電流動作を決定するために前記第２の電源のパルス幅変調回路をコントロールし、
第２のワイヤー送り速度で、前記第２の溶接棒を溶接接合に向かって方向付ける第２のワイヤーフィーダー、
を含む第２の溶接装置と；
前記第１および第２の波形ジェネレーターの同期をとるために前記第１および第２の電源に動作可能に接続され、コントロールされた前記第１および第２の波形の間の波形位相角を提供する同期化コントローラーと；
前記溶接棒の近くの少なくとも一つの作業部品の一部分を熱するように適合された高エネルギー熱源を含む、
ことを特徴とする溶接システムである。
【0057】
望ましくは、請求項２から１２の一つの特徴を含んでいる。
【符号の説明】
【0058】
２ 溶接システム１０ コントローラー
１２ ワークポイント割り当てシステム
１４ システムワークポイント値
１６ プロセス情報
１８ ノブ
２０ 溶接装置
２０ａ 第１の溶接装置
２０ｂ 第２の溶接装置
２４ 電源
２４ａ 電源
２４ｂ 電源
２５ａ 出力端子
２５ｂ 出力端子
２６ ワイヤーフィーダー
２６ａ ワイヤーフィーダー
２７ａ ドライブロール
２７ｂ ドライブロール
２９ 供給スプール
２９ｂ 供給リール
３０ 溶接フィクスチャー
３０ａ キャリッジ
４０ 同期化コントローラー
５０ 移動コントローラー
５１ 外部コーティング
５２ 中実な溶接棒材料
５４ 金属外部覆い
５６ 内部コア
６０ 水平方向
６２ 側面溶け込み深さ
６２ａ 第１の側面溶け込み深さ
６２ｂ 第２の側面溶け込み深さ
６３ 垂直溶け込み
６３ａ 深さ
６３ｂ 深さ
６４ 寸法
６４ａ 垂直レグ寸法
６４ｂ 垂直レグ寸法
６５ 寸法
６５ａ 水平レグ寸法
６５ｂ 水平レグ寸法
７０ 理論上ののど寸法
７１ のど溶け込み距離
７２ 寸法
８０ プロット
８１ プロット
８２ プロット
８４ グラフ
８５ 第１の電流波形
８６ 第２の電流波形
８７ グラフ
８８ 第１の電流波形
８９ 第２の電流波形
９０ グラフ
９０ａ プロット
９０ｂ プロット
９０ｃ プロット
９０ｄ プロット
９１ グラフ
９１ａ プロット
９１ｂ プロット
９１ｃ プロット
９１ｄ プロット
９２ａ 側面溶け込み寸法
９２ｂ 側面溶け込み寸法
９３ グラフ
９３ａ プロット
９３ｂ プロット
９３ｃ プロット
９３ｄ プロット
９４ａ 第１の下向き溶け込み深さ
９４ｂ 第２の下向き溶け込み深さ
９５ グラフ
９５ａ 値波形
９５ｂ 値波形
９５ｃ 値波形
９５ｄ 値波形
１５０ 整流器
１５２ スイッチングインバーター
１５４ 出力チョッパー
１６０ 波形ジェネレーションシステム
１６２ 波形ジェネレーター
１６４ 望ましい波形
１６６ ジェネレーションシステムコンポーネント
１６８ コンパレーター
１７０ フィードバックコンポーネント
１８０ プロット
１８１ 電流波形
１８２ 電流波形
１９０ グラフ
１９１ 第１の電流波形
１９２ 第２の電流波形
１９５ グラフ
１９６ 出力電流波形
１９７ 出力の電流波形
１９８ グラフ
１９８ａ 第１のワイヤー送り速度波形
１９８ｂ 電源出力波形
１９８ｃ ワークポイント値波形
１９８ｄ 第２のワイヤー送り速度波形
１９８ｅ 電源出力波形
１９８ｆ ワークポイント値波形
２００ 中央位置
２０２ 表面
２０４ 表面
３００ 溶接システム
３１０ レーザー
３１２ ビーム
３１４ ビームスプリッター
３１５ 光ファイバールーメン
３１６ 光源
Ａ アーク
Ａ１ 溶接アーク
Ａ２ 溶接アーク
Ｅ 溶接棒
Ｅ１ 溶接棒
Ｅ２ 溶接棒
Ｆ 粒子状のフラックス
ＧＳ１ 外部シールドガス
ＧＳ２ 外部シールドガス
Ｉ１ 溶接電流
Ｉ２ 溶接電流
ＩＢ１ バックグラウンド電流レベル
ＩＢ２ バックグラウンド電流レベル
ＩＮ１ 負の部分
ＩＮ２ 負の部分
ＩＰ１ パルス電流レベル
ＩＰ２ パルス電流レベル
Ｋ キーホール
Ｌ１ 線分
Ｍ１ モーター
Ｍ２ モーター
Ｎ ノズル
Ｎ１ 第１の溶接トーチノズル
Ｎ２ 第２の溶接トーチノズル
Ｓ スラグ形成
Ｔ 好適な期間
Ｗ 溶解した溶接
Ｗ１ 第１のフィレット溶接
Ｗ２ 第２のフィレット溶接
ＷＦＳ１ ワイヤー送り速度
ＷＦＳ１ａ 高い値
ＷＦＳ１ｂ 低い値
ＷＦＳ２ａ 高い値
ＷＦＳ２ｂ 低い値
ＷＰ 作業部品
ＷＰ１ 第１の作業部品
ＷＰ１ａ 第１の作業部品
ＷＰ２ 第２の作業部品
θ 角度
Φ 角度
β ワークポイント位相角