特表2024-540475サブマージアーク溶接用の絶縁スリーブ及び非磁性エンベロープを有する延長部分を有する電極組立体
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-31
(54)【発明の名称】サブマージアーク溶接用の絶縁スリーブ及び非磁性エンベロープを有する延長部分を有する電極組立体
(51)【国際特許分類】
B23K 9/18 20060101AFI20241024BHJP
B23K 9/26 20060101ALI20241024BHJP
【ＦＩ】
B23K9/18 E
B23K9/26 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024529317
(86)(22)【出願日】2022-11-18
(85)【翻訳文提出日】2024-05-16
(86)【国際出願番号】 US2022050396
(87)【国際公開番号】W WO2023091665
(87)【国際公開日】2023-05-25
(31)【優先権主張番号】63/264,358
(32)【優先日】2021-11-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/370,430
(32)【優先日】2022-08-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】100229448
【弁理士】
【氏名又は名称】中槇 利明
(72)【発明者】
【氏名】ラヴェット，ロマン
(72)【発明者】
【氏名】レヴィレイン，ヤン
(72)【発明者】
【氏名】リヴェット，ヤン
(72)【発明者】
【氏名】ロンギノッティ，ローレン
(72)【発明者】
【氏名】フェアヴァルデ，ロイック
(72)【発明者】
【氏名】アゴスティーニョ，テルモ
(72)【発明者】
【氏名】オプト，ディルク
(72)【発明者】
【氏名】ヴォレ，クリストフ
(72)【発明者】
【氏名】カンテ，ジェローム
(72)【発明者】
【氏名】ジャニー，ミシェル
(72)【発明者】
【氏名】トゥム，クリストファー
(72)【発明者】
【氏名】ボルト，フランク
(72)【発明者】
【氏名】ポルマン，ローランド
(72)【発明者】
【氏名】オニール，ブライアン エム．
【テーマコード（参考）】
4E001
【Ｆターム（参考）】
4E001AA03
4E001BB05
4E001DC05
(57)【要約】
開示されている技術は、一般に、溶接技術に関し、且つ、更に詳しくは、例えば、サブマージアーク溶接などのアーク溶接用の電極組立体に関する。一態様において、サブマージアーク溶接用の電極組立体は、接触先端部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有する。溶接の際に、接触先端部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されている。延長部分は、中実絶縁材料が消耗電極を取り囲む状態において、溶接の際に消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）用の電極組立体であって、ヘッド部分と、連続に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、溶接の際に、前記ヘッド部分は、前記消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、前記延長部分は、前記消耗電極の前記アーキング先端に対して近位となるように配設されており、
前記延長部分は、ワイヤ供給方向において細長くなっており、且つ、絶縁スリーブが前記消耗電極を取り囲んだ状態において、溶接の際に前記消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成されており、
前記電極組立体は、自身を通じて挿入された前記消耗電極を伴う溶接の際に、前記ヘッド部分の端部において配設された接触先端部分と前記消耗電極の前記アーキング先端の間において計測される電気スティックアウト距離と前記消耗電極の直径の間の比率が３０を超過するように構成されている、電極組立体。
【請求項2】
前記延長部分は、前記絶縁スリーブを取り囲む実質的に非磁性材料から形成された外側表面を有する、請求項１に記載の電極組立体。
【請求項3】
前記絶縁スリーブは、前記延長部分の前記外側表面を形成する実質的に非磁性鋼に基づいたエンベロープによって封入されたセラミック材料から形成されている、請求項２に記載の電極組立体。
【請求項4】
前記絶縁スリーブ及び前記非磁性鋼に基づいたエンベロープは、接着剤層によって１つに保持されている、請求項３に記載の電極組立体。
【請求項5】
前記接着剤層は、金属性フィラー材料を有する蝋付けされた結合部を有する、請求項４に記載の電極組立体。
【請求項6】
前記延長部分は、１００ｍｍ超の長さを有する、請求項１に記載の電極組立体。
【請求項7】
前記電極組立体は、１２５ｍｍを超過する前記電気スティックアウト距離のために構成されている、請求項６に記載の電極組立体。
【請求項8】
前記電極組立体は、３ｍｍを超過する前記電極の前記直径のために構成されている、請求項７に記載の電極組立体。
【請求項9】
前記延長部分は、前記消耗電極の前記先端が前記三角形トレンチの頂点に接触するように４インチを超過する深さを有する且つ１６度未満である前記頂点の角度を有する三角形トレンチ内に十分に挿入された際に、前記延長部分のいずれの部分も前記三角形トレンチの側壁に接触しないように、細長い形状を有する、請求項７に記載の電極組立体。
【請求項10】
前記電極組立体は、溶接の際に０．０５ポンド／時間／Ａを超過する堆積レート／電流を実現するように構成されている、請求項７に記載の電極組立体。
【請求項11】
前記電極組立体は、溶接の際に９００Ａ未満の電流において３５ポンド／時間を超過する堆積レートを実現するように構成されている、請求項７に記載の電極組立体。
【請求項12】
前記電極組立体は、前記ヘッド部分と前記消耗電極の前記アーキング先端の間の距離に跨って合計電圧降下の少なくとも５％だけ降下するように構成されている、請求項７に記載の電極組立体。
【請求項13】
前記電極組立体は、最大で８００℃の温度に前記延長部分内のジュール加熱によって前記消耗電極を加熱するように構成されている、請求項７に記載の電極組立体。
【請求項14】
前記絶縁スリーブは、前記延長部分の外側表面が前記被加工物に接触した際に実質的に伝導することなしに少なくとも５Ｖの電圧差に耐えるように構成されるように、十分な抵抗値を有する、請求項１に記載の電極組立体。
【請求項15】
前記絶縁スリーブは、窒化ケイ素、マグネシア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、炭化ケイ素、酸化マグネシウム、アルミナ、又はジルコニア強化アルミナからなる群から選択されるセラミック材料から形成されている、請求項１４に記載の電極組立体。
【請求項16】
前記延長部分に固定状態において装着された且つフラックス供給システムが前記延長部分が挿入される能力を有する被加工物の溝の幅の下限を制限しないように構成されたフラックス供給システムを更に有する、請求項１に記載の電極組立体。
【請求項17】
サブマージアーク溶接用の電極組立体であって、ヘッド部分と、
ワイヤ供給方向において前記ヘッド部分と連続的に配置された延長部分であって、前記ヘッド部分及び前記延長部分は、自身を通じて消耗電極を供給するように構成されており、前記延長部分は、前記ヘッド部分との関係において前記消耗電極のアーキング先端に対して相対的に近接した状態において配設されるように構成されており、且つ、
非磁性材料から形成されたエンベロープ、及び、
前記エンベロープ内において配設された且つ前記消耗電極を取り囲むように構成された中実絶縁材料を有する絶縁スリーブ、
を有する、延長部分と、
を有する、電極組立体。
【請求項18】
前記延長部分は、前記ワイヤ供給方向において分離された反対側の第１及び第２端部を有し、前記ヘッド部分は、前記消耗電極に電圧を印加するように且つこれに対して電流を通過させるように構成された且つ前記延長部分の前記第１端部に対して近位となるように且つ前記延長部分の前記第２端部に対して遠位となるように構成された接触先端部分を有し、
前記消耗電極が前記電極組立体を通じて供給された際に、前記消耗電極のアーキング先端は、前記延長部分の前記第２端部に対して近位となるように且つ前記延長部分の前記第１端部に対して遠位となるように、構成されており、且つ、
前記延長部分は、前記アーキング先端と前記接触先端部分の間において配設されている、請求項１７に記載の電極組立体。
【請求項19】
前記電極組立体は、１２５ｍｍを超過する前記ヘッド部分の端部において配設された接触先端部分と前記消耗電極の前記アーキング先端の間において計測される電気スティックアウト距離のために構成されている、請求項１８に記載の電極組立体。
【請求項20】
前記電極組立体は、前記ヘッド部分の端部において配設された接触先端部分と前記消耗電極の前記アーキング先端の間において計測される電気スティックアウト距離と前記電極の直径の間の比率が３０を超過するように構成されている、請求項１９に記載の電極組立体。
【請求項21】
前記中実絶縁材料は、セラミック材料を有する、請求項１７に記載の電極組立体。
【請求項22】
前記絶縁スリーブは、接着剤層によって前記エンベロープに対して固定状態において接着されている、請求項１７に記載の電極組立体。
【請求項23】
接着剤層は、蝋付けされた金属性結合部を有する、請求項２２に記載の電極組立体。
【請求項24】
サブマージアーク溶接電極組立体のために構成された延長部分であって、非磁性材料から形成されたエンベロープと、
前記エンベロープ内において配設された且つ消耗電極を取り囲むように構成された中実絶縁材料を有する絶縁スリーブと、
を有し、
前記延長部分は、前記電極組立体のヘッド部分と連続的に配置されるように且つ前記ヘッド部分から前記消耗電極を受け取るように構成されている、延長部分。
【請求項25】
前記延長部分は、１００ｍｍ超の長さを有する、請求項２４に記載の延長部分。
【請求項26】
前記延長部分は、３ｍｍを超過する前記消耗電極の直径のために構成されている、請求項２４に記載の延長部分。
【請求項27】
前記延長部分は、自身を通じて挿入された前記消耗電極を有する溶接の際に、前記ヘッド部分の一端において配設された接触先端部分と前記消耗電極のアーキング先端の間において計測される電気スティックアウト距離と前記電極の前記直径の間の比率が３０を超過するように構成されている、請求項２６に記載の延長部分。
【請求項28】
前記絶縁スリーブは、セラミック材料から形成されている、請求項２４に記載の延長部分。
【請求項29】
前記エンベロープは、実質的に非磁性鋼に基づいた材料から形成されている、請求項２４に記載の延長部分。
【請求項30】
前記エンベロープは、ステンレス鋼から形成されている、請求項２９に記載の延長部分。
【請求項31】
前記絶縁スリーブ及び前記エンベロープは、接着剤層によって１つに保持されている、請求項２４に記載の延長部分。
【請求項32】
前記接着剤層は、金属性フィラー材料を有する蝋付けされた結合部を有する、請求項３１に記載の延長部分。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
任意の優先権出願に対する参照による包含
外国及び国内優先権請求項が本出願と共に出願されている出願データシートにおいて識別されている任意の且つすべての出願は、引用により、３７ＣＦＲ１．５７の下において本明細書に包含される。
外国及び国内優先権請求項が本出願と共に出願されている出願データシートにおいて識別されている任意の且つすべての出願は、引用により、３７ＣＦＲ１．５７の下において本明細書に包含される。
【0002】
本出願は、２０２１年１１月１９日付けで出願された「ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＦＯＲ ＡＲＣ ＷＥＬＤＩＮＧ」という名称の米国仮特許出願第６３／２６４３５８号及び２０２２年８月４日付けで出願された「ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＦＯＲ ＡＲＣ ＷＥＬＤＩＮＧ」という名称の米国仮特許出願第６３／３７０４３０号に対する米国特許法第１１９（ｅ）条の下における利益を主張する。これにより、上述の出願のそれぞれは、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
【0003】
開示されている技術は、一般に、溶接技術に関し、且つ、更に詳しくは、例えば、サブマージアーク溶接などのアーク溶接用の電極組立体に関する。
【背景技術】
【0004】
様々な溶接技術は、金属のソースとして機能する溶接ワイヤを利用している。例えば、金属アーク溶接においては、電圧が被加工物に向かって前進する１つの電極として機能する消耗溶接電極ワイヤと別の電極として機能する被加工物の間において印加された際に電気アークが生成される。アークは、金属ワイヤの先端を溶解させ、これにより、溶接物又は溶接ビードを形成するために被加工物上に堆積される溶融金属ワイヤの液滴を生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
溶接技術に対する技術的且つ経済的需要は、複雑さにおいて成長を継続している。例えば、高降伏強度、延性、及び破壊靱性を含む外観及び機械的プロパティの両方における相対的に高いビード品質に対するニーズが成長を継続している。同時に、相対的に高いビード品質は、しばしば、経済的実現可能性を維持する状態において要求されている。いくつかの溶接技術は、例えば、電極ワイヤの物理的設計及び／又は組成を改善ことによって消耗品を改善することにより、これらの競合する需要に対処することを狙いとしている。
【0006】
サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）は、いくつかの用途の場合に、非常に経済的な解決策を提供することができる。主には、サブマージアークによって実現される大きな堆積レートがプロセスによって実現される経済性の責任を担っている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
一態様において、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）用の電極組立体は、ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されている。延長部分は、ワイヤ供給方向において細長くなっており、且つ、絶縁スリーブが消耗電極を取り囲む状態において溶接の際に消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成されている。電極組立体は、自身を通じて挿入された消耗電極を伴うＳＡＷの際にヘッド部分の端部において配設された接触先端部分と消耗電極のアーキング先端の間において計測される電気スティックアウト距離と電極の直径の間の比率が３０を超過するように構成されている。
【0008】
別の態様において、サブマージアーク溶接用の電極組立体は、ヘッド部分と、ヘッド部分と連続的に配置された延長部分と、を有し、この場合に、ヘッド部分及び延長部分は、自身を通じて消耗電極を供給するように構成されている。延長部分は、ヘッド部分との関係において消耗電極のアーキング先端に相対的に近接した状態で配設されるように構成されており、且つ、非磁性材料から形成されたエンベロープと、エンベロープ内において配設された且つ消耗電極を取り囲むように構成された中実絶縁材料を有する絶縁スリーブと、を有する。
【0009】
別の態様において、サブマージアーク溶接電極組立体のために構成された延長部分は、非磁性材料から形成されたエンベロープと、エンベロープ内において配設された且つ消耗電極を取り囲むように構成された中実絶縁材料を有する絶縁スリーブと、を有する。延長部分は、電極組立体のヘッド部分と連続的に配置されるように且つヘッド部分から消耗電極を受け取るように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本技術の実施形態によるサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）システムを概略的に示す。
【図2】ＳＡＷシステム用の従来の電極組立体を示す。
【図3A】浅い溝を有する被加工物上におけるＳＡＷシステム用の従来の電極組立体を示す。
【図3B】浅い溝を有する被加工物上におけるＳＡＷシステム用の長スティックアウト（ＬＳＯ）電極組立体を示す。
【図4A】深い溝を有する被加工物上におけるＳＡＷシステム用の従来の電極組立体を示す。
【図4B】深い溝を有する被加工物上におけるＳＡＷシステム用のＬＳＯ電極組立体を示す。
【図5】従来のＳＡＷ組立体とＬＳＯ－ＳＡＷ組立体の両方における堆積レート対電流の実験比較を示すグラフである。
【図6A-6C】本技術の実施形態による延長部分を有するＬＳＯ電極組立体の斜視図を描く。
【図7A】本技術の実施形態によるＬＳＯ延長部分の等角投影図である。
【図7C】本技術の実施形態によるＬＳＯ延長部分用のエンベロープ又はノズルボディの斜視図である。
【図7E】本技術の実施形態によるＬＳＯ延長部分用の絶縁スリーブの斜視図を描く。
【図8】本技術の実施形態によるＬＳＯ延長部分の断面図である。
【図9A-9B】本技術の実施形態によるマルチアークＬＳＯ－ＳＡＷ組立体を示す。
【発明を実施するための形態】
【0011】
消耗電極を使用するプロセスにおいて、電極又はワイヤは、２つの金属被加工物を結合する溶接継手を形成するためにギャップを充填する添加金属を提供するために溶解している。消耗電極を使用する溶接プロセスは、その他のものに加えて、被覆金属アーク溶接（ＳＭＡＷ）、ガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）又は金属不活性ガス（ＭＩＧ）溶接、フラックス入りアーク溶接（ＦＣＡＷ）、金属コアアーク溶接（ＭＣＡＷ）、及びサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）を含む。
【0012】
サブマージアーク溶接
図１は、フィラー又は溶接金属を被加工物１０２上に堆積させるためのサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）システム１００を概略的に示している。システム１００は、先端１０６を有する裸金属電極ワイヤ１０４と、電極１０４に結合された接触先端１１０と、接触先端１１０及び被加工物１０２に電気的に結合された電源１０８と、を含む。また、システム１００は、ＳＡＷプロセスにおいてフラックス１１４を被加工物１０２上に分注するように構成されたフラックス供給システム１１２を含む。電極１０４は、一般に、金属又は合金を有する一方で、フラックスは、粒状可融性材料を有する。ＳＡＷプロセスにおいては、熱がベア金属電極１０４と被加工物１０２の間のアーク１１６から導出されている。アークは、アーク１１６の前方の結合エリア上において配置されたフラックス１１４のブランケットによって遮蔽されている。フィラー金属は、主には、フラックス１１４のブランケットを通じてアーク１１６及び溶融フラックスのプール１２２内に継続的に供給される電極ワイヤ１０４から得られている。更なるフィラー金属は、コールドワイヤを溶接プール１２２に追加することにより、或いは、フラックス１１４内において含まれている金属パウダーから、得ることができる。従って、ＳＡＷにおいては、その他のフラックスを有するプロセスとは異なり、２つの消耗品（電極ワイヤ１０４及びフラックス１１４）が使用されており、且つ、これらの２つの消耗品は、別個に供給することができる。
図１は、フィラー又は溶接金属を被加工物１０２上に堆積させるためのサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）システム１００を概略的に示している。システム１００は、先端１０６を有する裸金属電極ワイヤ１０４と、電極１０４に結合された接触先端１１０と、接触先端１１０及び被加工物１０２に電気的に結合された電源１０８と、を含む。また、システム１００は、ＳＡＷプロセスにおいてフラックス１１４を被加工物１０２上に分注するように構成されたフラックス供給システム１１２を含む。電極１０４は、一般に、金属又は合金を有する一方で、フラックスは、粒状可融性材料を有する。ＳＡＷプロセスにおいては、熱がベア金属電極１０４と被加工物１０２の間のアーク１１６から導出されている。アークは、アーク１１６の前方の結合エリア上において配置されたフラックス１１４のブランケットによって遮蔽されている。フィラー金属は、主には、フラックス１１４のブランケットを通じてアーク１１６及び溶融フラックスのプール１２２内に継続的に供給される電極ワイヤ１０４から得られている。更なるフィラー金属は、コールドワイヤを溶接プール１２２に追加することにより、或いは、フラックス１１４内において含まれている金属パウダーから、得ることができる。従って、ＳＡＷにおいては、その他のフラックスを有するプロセスとは異なり、２つの消耗品（電極ワイヤ１０４及びフラックス１１４）が使用されており、且つ、これらの２つの消耗品は、別個に供給することができる。
【0013】
ＳＡＷの際立った特徴は、フラックス１１４であり、これは、溶接エリアをカバーしており、且つ、アーク放射、スパーク、スキャッタ、及び煙気の逃避を防止している。フラックス１１４は、高い堆積レート及び高品質の溶接堆積特性を実現することを許容している。視野からアーク１１６を遮蔽することに加えて、フラックス１１４は、冷却レートを低減するために且つ溶接輪郭の成形を支援するために、自身が冷却するのに伴って溶接金属１２０を保護し、溶接金属１２０を脱酸及び精製し、溶接を絶縁するスラグ１１８を提供している。
【0014】
ＳＡＷプロセスにおいて、アーク１１６の熱は、図１において示されているように、溶接プール１２２を形成するために、電極１０４の先端１０６と共にフラックス１１４の一部分を溶解させている。電極１０４の先端１０６及び溶接ゾーンは、常に、それ自体が溶解していないフラックス１１４の層によってカバーされている溶融フラックス１１４によって取り囲まれ且つ遮蔽されている。電極１０４は、アーク１１６が電極１０４と被加工物１０２の間において形成される状態において、被加工物１０２の上方の短い距離において保持されている。電極１０４が結合部に沿って前進するのに伴って、相対的に軽い溶融フラックス１１４は、スラグ１１８として、溶接プール１２２内において溶融金属の上方に浮かび上がる。相対的に高い融点（凝固点）を有する溶接プール１２２内の溶接金属は、その上方のスラグ１１８が依然として溶融状態にある状態において固化する。次いで、スラグ１１８は、新たに固化された溶接金属１２０上において凝固し、これにより、自身が非常に熱い際に金属１２０を汚染から保護することを継続し、且つ、雰囲気酸素及び窒素と反応することになろう。再使用のために任意の溶融していないフラックス１１４を冷却及び除去した後に、固化されたスラグ１１８は、溶接部から容易に除去することができる。
【0015】
電源１０８は、システム１００用の電圧及び電流を生成しており、且つ、電圧及び電流は、被加工物１０２及び電極１０４に印加されている。電流は、接触先端１１０を介して電極に印加されている。高電流をサブマージアーク溶接において使用することが可能であり、且つ、極めて大きな熱を生成することができる。電流がその先端１０６上方の短い距離において電極１０４に印加されていることから、相対的に大きなアンペア数を小直径の電極上において使用することができる。これは、電極の相対的に小さな断面上における極めて大きな電流密度を結果的にもたらす。６００アンペア超ほどに大きい又はこれを超過する電流が６４’’ほどに小さな電極上において搬送され、これにより、スティック電極上において搬送されるものの６～１０倍である１０００００アンペア／平方インチのレベルの密度を付与することができる。
【0016】
高電流密度に起因して、メルトオフレートが、スティック電極溶接に伴うものよりも所与の電極直径において格段に大きい。メルトオフレートは、電極材料、フラックス１１４、電流のタイプ、極性、並びに、ガン又はヘッド内の電気的接触の地点を超えたワイヤの長さの影響を受けている。
【0017】
サブマージアーク溶接は、ＤＣ又はＡＣパワーによって実行することができる。直流は、ビード形状、貫通、及び溶接速度の相対的に良好な制御を付与し、且つ、開始が相対的に容易である。ビード形状は、通常、ＤＣ電極正（ＤＣＥＰ又は逆極性）の場合に最良であり、これは、また、最大貫通をも提供している。最大堆積レート及び最小貫通は、ＤＣ電極負（ＤＣＥＮ）によって得ることができる。交流は、アークブローを極小化し、且つ、ＤＣＥＰとＤＣＥＮのものの間の貫通を付与している。
【0018】
アーク１１６の上方のフラックス１１４の絶縁ブランケットは、熱の迅速な逃避を防止し、且つ、これを溶接ゾーン内において濃縮している。電極１０４及び被加工物１０２のベース金属が迅速に溶解されるのみならず、溶融がベース金属内に深くなっている。深い貫通は、小さな溶接溝の使用を許容し、これにより、フィラーの量／結合部の面積を極小化し、且つ、高速溶接速度を許容している。そして、高速溶接は、組立体内への合計熱入力を極小化し、且つ、これにより、熱歪の問題を極小化している。相対的に厚い結合部さえ、サブマージアーク溶接により、ワンパスにおいて溶接することができる。
【0019】
フラックス１１４の保護層の下において実施される溶接は、良好な延性及び耐衝撃性、並びに、ビード外観における均一性を有する。ベース金属のものに少なくとも等しい機械的プロパティが一貫性を有する方式で得られている。単一パス溶接においては、溶融したベース材料は、使用されるフィラー金属の量との比較において大きい。従って、このような溶接においては、ベース金属が、溶接の化学的且つ機械的プロパティに対して相当に影響し得る。これを理由として、しばしば、低合金鋼の多くを溶接するためにベース金属と同一の組成の電極を使用する必要がない。但し、マルチパス溶接の化学的組成及びプロパティは、相対的にベース金属による影響が少なく、且つ、相対的に大きな程度に、電極の組成、フラックスの活動、及び溶接条件に依存している。
【0020】
電流、電圧、及び移動速度の調節を通じて、操作者は、ハイクラウン補強を伴う深く且つ狭いものから浅い貫通を伴う幅広のほぼフラットなビードまでの範囲を有する任意の深さを提供するために、貫通に対して厳密な制御を実施することができる。深い貫通を有するビードは、溶融したベース金属を７０％のレベルで含み得る一方で、浅いビードは、わずかに１０％のベース金属を含み得る。いくつかの例において、サブマージアーク溶接の深い貫通プロパティは、エッジ貫通の支出を除去又は低減するために使用することができる。
【0021】
フラックスは、サブマージアーク溶接においていくつかの機能を提供している。これらは、溶融溶接金属を雰囲気から保護するために溶融溶接金属をカバーすることと、酸化物及びその他の非金属性の異物を除去することにより、溶融堆積物を精製するスラグとして機能することと、を含む。フラックスに対する金属添加は、堆積物の合金含有量を増大させることが可能であり、且つ、これを脱酸することができる。
【0022】
溶融されたもの、接合されたもの、凝集されたもの、及び機械的に混合されたもの、というその製造の方法に基づいた４つのタイプのフラックスが存在している。
【0023】
また、フラックスは、アルカリ性、酸性、及び中性としても識別されている。アルカリ性フラックスは、容易に解離する金属の酸化物を含む一方で、酸性フラックは、わずかな程度にしか解離しない酸化物を含む。中性フラックスは、溶接堆積物の組成を増大又は減少させない。１超であるＳｉＯ２に対するＣａＯ又はＭｎＯの比率を有するフラックスは、アルカリ性と見なされており、１近傍のものは、中性と見なされており、且つ、１未満のものは、酸性である。
【0024】
機器の適切な選択により、サブマージアークは、産業の溶接要件に対して幅広に適用可能である。これは、すべてのタイプの結合部と共に使用することが可能であり、且つ、１６ゲージのシートから最も厚いプレートまで、炭素及び低合金鋼のフルレンジの溶接を許容している。また、これは、いくつかの高合金鋼、熱処理済み鋼、及びステンレス鋼に適用可能であり、且つ、再構築及び表面硬化のための好適なプロセスである。ハンドヘルド型の半自動ガンからブーム又はトラックによって搬送される且つフィクスチャヘルド型の複数溶接ヘッドまでの任意の程度の機械化を使用することができる。
【0025】
サブマージアーク溶接の高品質、高堆積レート、深い貫通、フル機械化に対するプロセスの適合可能性、及び快適な特性（グレアなし、スパークなし、スパッタなし、煙なし、又は過度な熱放射なし）は、サブマージアーク溶接を鋼製造における好適なプロセスとしている。これは、広範に、船舶及びはしけの建造、鉄道車両の製作、パイプの製造、並びに、長い溶接部が必要とされる構造的な梁、桁、及び柱の製造において使用されている。また、自動サブマージアーク設備は、反復的な短い溶接部によって結合された大量生産された組立体を製造するプラントの溶接エリアの主要な機能である。
【0026】
堆積レート以外のファクタが溶接費用の引き下げに参画している。６０～１０００ポンドの重量の範囲を取るコイルからの連続的な電極供給は、高い稼働率に寄与している。プロセスの深い貫通特性が結合部の準備の除去又は低減を許容している場合には、支出が低減される。溶接が実行された後に、保護フラックスによるスパッタの除去を理由として、クリーニング費用が極小化されている。
【0027】
サブマージアーク機器が適切に使用されている際には、溶接ビードは、スムーズ且つ均一であり、その結果、研磨又は機械加工がめったに必要とされない。プロセスの迅速な熱入力が歪を極小化していることから、特に慎重に計画された溶接シーケンスが実行された場合には、完成した組立体をまっすぐにする費用が低減されている。サブマージアーク溶接は、実際には、しばしば、部品の事前機械加工を許容しており、これにより、製造費用の節約を更に増大させている。
【0028】
ＳＡＷによって提供されるこれらの及びその他の利点に起因して、更に高い生産性及び溶接品質さえをも含む、ＳＡＷの様々な態様を更に改善するための所望及びニーズが存在している。例えば、ＳＡＷの技術的利点の１つが消耗電極の事前加熱から導出されていることから、改善された電極組立体設計を通じて事前加熱構成を更に改善するという所望及びニーズが存在している。
【0029】
サブマージアーク溶接用の長スティックアウト電極組立体
図２は、電気スティックアウトを定義する且つ被加工物２０２上において位置決めされた電極組立体２００を示している。電極組立体２００は、消耗電極２０６を受け取るように構成されたヘッド部分２０４を含む。ヘッド部分２０４は、接触先端２１０、電極ガイドチューブ２１２、及び絶縁されたガイド２１４を含む。接触先端２１０は、電極２１０の周りにおいて半径方向において配設されており、且つ、電源（例えば、図１に示されている電源１０８）からの電流を電極２０６に転送するように構成されている。電極２０６は、ヘッド部分２０４を超えて延在するように構成された先端部分２０８を含む。端部部分２０８とヘッド部分２０４の端部の間において延在する電極２０６の部分は、可視スティックアウト２１８と呼称される一方で、先端部分２０８と接触先端２１０の間において延在する電極２０６の部分は、電気スティックアウト又は電気電極延長部２１６と呼称されている。そうではない旨が記述されていない限り、本明細書において使用されているスティックアウト長は、電気スティックアウト２１６の長さを意味しており、これは、電極組立体２００の電気応答に対して主に影響するパラメータである。電極組立体２００の動作の際に、先端部分２０８は、被加工物２０２に隣接した状態において位置決めされており、且つ、接触先端２１０と被加工物２０２の間の距離は、接触先端から被加工物までの距離（ＣＴＷＤ）２２０と呼称されている。
図２は、電気スティックアウトを定義する且つ被加工物２０２上において位置決めされた電極組立体２００を示している。電極組立体２００は、消耗電極２０６を受け取るように構成されたヘッド部分２０４を含む。ヘッド部分２０４は、接触先端２１０、電極ガイドチューブ２１２、及び絶縁されたガイド２１４を含む。接触先端２１０は、電極２１０の周りにおいて半径方向において配設されており、且つ、電源（例えば、図１に示されている電源１０８）からの電流を電極２０６に転送するように構成されている。電極２０６は、ヘッド部分２０４を超えて延在するように構成された先端部分２０８を含む。端部部分２０８とヘッド部分２０４の端部の間において延在する電極２０６の部分は、可視スティックアウト２１８と呼称される一方で、先端部分２０８と接触先端２１０の間において延在する電極２０６の部分は、電気スティックアウト又は電気電極延長部２１６と呼称されている。そうではない旨が記述されていない限り、本明細書において使用されているスティックアウト長は、電気スティックアウト２１６の長さを意味しており、これは、電極組立体２００の電気応答に対して主に影響するパラメータである。電極組立体２００の動作の際に、先端部分２０８は、被加工物２０２に隣接した状態において位置決めされており、且つ、接触先端２１０と被加工物２０２の間の距離は、接触先端から被加工物までの距離（ＣＴＷＤ）２２０と呼称されている。
【0030】
電極ワイヤ２０６の電気スティックアウト２１６は、ジュール加熱によって事前加熱されている。電気電極延長部２１６が十分に長くない場合には、電極ワイヤ２０６は、十分に事前加熱されない場合がある。その一方で、電気スティックアウト２１６の長さの増大は、回路の電気抵抗を増大させ、そして、これは、加熱と、従って、電極２０６の先端２０８の温度と、を増大させ、これにより、溶解及び堆積レートの増大をもたらす。そして、電気スティックアウト２１６の長さは、溶接ビードの寸法を制御しており、その理由は、フィラーワイヤ延長部の長さがバーンオフレートに影響するからである。更には、電気電極延長部２１６は、溶接電流に対するその効果を通じて貫通に対して影響を及ぼしている。電気電極延長部２１６の長さが増大するのに伴って、電極ワイヤ２０６の事前加熱及びこれに跨る電圧降下が増大する。相対的に大きな電圧降下は、ビード形状が相対的に凸状になることを結果的にもたらす可能性があり、これは、２～５ボルトだけ入力電圧を増大させることにより、克服することができる。電気スティックアウト２１６の距離の長さは、従来の鋼溶接プロセスの場合には、溶接される鋼のタイプに応じて電極２０６の直径の約３～１０倍になり得る。
【0031】
図３Ａは、溝３０３を有する被加工物３０２上において位置決めされた電極組立体３００Ａを描いている。図示の構成において、電極３０６Ａのスティックアウト部分３１６Ａは、接触先端３１０Ａを超えて従来の距離（例えば、電極の直径の３～１２倍）だけ延在している。電極組立体３００Ａは、ヘッド部分３０４Ａが溝３０３上において位置決めされるように且つ電極３０８Ａの先端３０８Ａが溝３０３内にあるように位置決めされている。更に詳しくは、ヘッド部分３０４Ａは、先端３０８Ａが、ヘッド部分３０４Ａが被加工物３０２に接触することなしに、溝３０３の底部に隣接するように、位置決めされている。図示の実施形態において、先端３０８Ａは、ＣＴＷＤ３２０Ａが約２５ｍｍとなるように、溝内において位置決めされている。先端３０８Ａを溝３０３の底部に緊密に隣接した状態において位置決めすることは、先端３０８Ａと被加工物３０２の間における相対的に良好な且つ相対的に一貫性を有するアーキングを許容し、これにより、溝３０３内へのフィラー金属の相対的に一貫性を有する堆積及び改善された溶接品質及び効率を結果的にもたらす。
【0032】
サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）技術を更に改善するために、Ｌｉｎｃｏｌｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社によって開発された長スティックアウト（ＬＳＯ）又は延長スティックアウト技術を利用することができる。長スティックアウトＳＡＷは、電極接触先端から突出したワイヤの長さ（「スティックアウト長」）、即ち、接触先端から被加工物までの長さ（ＣＴＷＤ）、が、例えば、約２５ｍｍより長いなどのように、従来のＳＡＷプロセスとの関係において増大しているＳＡＷプロセスを意味している。本明細書において使用されているＬＳＯは、電気スティックアウトが電極３０６Ａの直径の約１０倍を超過している電極構成を意味している。相対的に長いスティックアウト長は、電極先端における溶解の前に、電極の相対的に大きな長さが事前加熱されることを許容している。事前加熱は、事前加熱された電極ワイヤを所与の電流密度において溶解させることが相対的に容易であることから、メルトオフレートが結果的に増大することを許容している。ＬＳＯ－ＳＡＷプロセスは、生産性における大きな改善を提供することが可能であり、且つ、従来のＳＡＷプロセスとの比較においてサブマージアーク溶接の堆積レートにおける最大で１００％の増大を提供することができる。ＬＳＯ－ＳＡＷプロセスは、アーク開始特性の完全な適合を許容することにより、アークストライキング問題を低減又は除去することができる。また、ＬＳＯ－ＳＡＷは、溶接部内へのエネルギーの入力に対する改善された制御、相対的に小さな熱入力（相対的に小さな歪）、フラックス／ワイヤ比率の低減を提供することもできる。
【0033】
図３Ｂは、被加工物３０２内の溝３０３上において位置決めされた電極組立体３００Ｂを描いている。電極組立体３００Ｂは、電極スティックアウト３１６Ｂが実質的に接触先端３１０Ａを超えて延在しているスティックアウト３１６Ａ超だけ、接触先端３１０Ｂを超えて延在するように（図３Ａ）、ＬＳＯ技術を利用している。例えば、いくつかの実施形態において、スティックアウト３１６Ｂは、電極３０８Ｂの直径の１０～４０倍の長さを有することができる。いくつかの実施形態において、スティックアウト３１６Ｂは、電極３０８Ｂの直径の４０倍超の長さを有することができる。スティックアウト部分３１６Ｂの増大した長さは、電極３０６Ｂの相対的に大きな長さが電極先端の溶解の前に事前加熱されることを許容しており、これにより、上述のように、メルトオフ及び堆積レートの増大を許容している。
【0034】
また、ＬＳＯ－ＳＡＷシステムにおけるスティックアウト部分の長さの増大は、ＬＳＯシステムが、従来のＳＡＷシステムが充填する能力を有していない又は極めて正確な構成及び高い操作者スキルを使用してのみ充填し得る溝を容易に充填するために使用されることを許容している。具体的には、従来のＳＡＷシステムは、幅広の且つ／又は短い溝と共に使用され得る一方で、従来のＳＡＷシステムは、通常、相対的に深い且つ／又は相対的に狭い溝と共に容易に使用することができない。図４Ａ及び図４Ｂは、被加工物４０２上において位置決めされた電極組立体４００Ａ、４００Ｂを描いており、この場合に、電極組立体４００Ａは、図３Ａとの関連において以上において示されている組立体３００Ａに全般的に類似しており、且つ、電極組立体４００Ｂは、図３Ｂとの関連において以上において示されている組立体３００Ｂに全般的に類似している。被加工物４０２は、図３Ａ及び図３Ｂにおいて以上において示されている溝３０３よりも大幅に深く且つ狭い溝４０３を有する。従って、組立体４００Ａ及び４００Ｂが溝４０３上において配置された際に、ヘッド部分４０４Ａ、４０４Ｂは、溝の底部から離れた状態において位置決めされ、その結果、ＣＴＷＤ４２０が２５ｍｍよりも格段に長くなる。例えば、いくつかの実施形態において、ＣＴＷＤ又は電気スティックアウトは、１２５ｍｍ以上になり得る。電極組立体４００Ａが、先端４０８Ａが溝４０３内にあるように被加工物４０２上において位置決めされた際に、ヘッド部分４０４Ａのサイズ及び形状は、ヘッド部分４０４が、被加工物４０２と接触及び相互作用することなしに、溝４０３内において離れた状態において位置決めされることを妨げている。この結果、先端４０８Ａは、溝４０３の底部から過度に遠くに離隔し、これは、電極４０６Ａと被加工物４０２の間の乏しいアーキングを結果的にもたらし、これにより、乏しいフィラー金属堆積レート及び乏しい溶接品質を結果的にもたらすことになる。従って、電極組立体４００Ａの従来のスティックアウト長４１６Ａは、電極組立体４００Ａが深く且つ／又は狭い溝と共に高品質溶接部を形成することを妨げている。対照的に、電極組立体４００Ｂが、先端４０８Ｂが溝４０３内にあるように被加工物４０２Ｂ上において位置決めされた際には、組立体４００Ｂの増大したスティックアウト長は、先端４０８Ｂが溝の底部に隣接することを許容している。先端４０８Ｂと溝４０３の底部の間の低減された距離は、電極４０６Ｂと被加工物４０２の間における相対的に良好なアーキングを結果的にもたらす。従って、アーキングの前の電極の更なる事前加熱を許容することに起因した溶接品質及び堆積レートの改善に加えて、ＬＳＯ－ＳＡＷ技法は、従来のＳＡＷ技法よりも深く且つ狭い溝内へのフィラー金属の堆積をも許容している。
【0035】
様々な実施形態によれば、ＬＳＯ－ＳＡＷ電極組立体は、同一の電流の場合において、従来のＳＡＷ電極組立体との比較において格段に相対的に大きな堆積レートを実現する能力を有する。溶接プロセスにおいて、電流は、特定のアンペア数及び電圧において接触先端によって電極内に転送されている。電流が電極の先端に向かって電極を通じて流れるのに伴って、電圧は降下し、且つ、電極は加熱する。電極の先端において、電流は、被加工物に対してアーク放電する。ＬＳＯ－ＳＡＷ組立体の場合には、電極の増大した長さは、従来のＳＡＷ組立体におけるよりも、合計電圧降下の相対的に大きな割合が電極内において発生することを結果的にもたらしている。いくつかの実施形態において、ＬＳＯ－ＳＡＷ組立体は、接触先端と消耗電極の先端の間の電圧降下が、合計ＣＴＷＤに跨る合計電圧降下の少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも１５％、又は少なくとも２０％（或いは、これらの値の任意のものによって定義される範囲内の値）となるように構成することができる。その他の実施形態において、電極組立体は、接触先端と消耗電極の先端の間の電圧降下が、ＣＴＷＤに跨る合計電圧降下の少なくとも１／３０、ＣＴＷＤに跨る合計電圧降下の１／１５、ＣＴＷＤに跨る合計電圧降下の１／１０、ＣＴＷＤに跨る合計電圧降下の１／７、ＣＴＷＤに跨る合計電圧降下の１／５、又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の値を表すように、構成されている。例えば、ＣＴＷＤに沿った合計電圧降下が３０Ｖである従来のＳＡＷ電極組立体においては、合計電圧降下の約１Ｖのみが消耗電極内において発生し得る一方で、残りの部分（約２９Ｖ）は、アークの長さに跨って降下し得る。対照的に、３０Ｖの同一の合計電圧降下のＬＳＯ－ＳＡＷシステムの場合には、その降下の約４ＶがＣＴＷＤに跨って発生し得る一方で、残りの部分（約２６Ｖ）は、アークの長さに跨って降下し得る。相対的に長い電極を通じた増大した電圧降下は、電極が従来のＳＡＷ構成における電極よりも高い温度に加熱されることを結果的にもたらし、且つ、その結果、堆積レートが増大している。
【0036】
実験は、ＬＳＯ－ＳＡＷ組立体用の堆積レート／電流が、溶接の際に０．０５ポンド／時間／Ａ、０．０６ポンド／時間／Ａ、０．０７ポンド／時間／Ａ、０．０８ポンド／時間／Ａ、又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の値を超過し得ることを示している。図５は、従来のＳＡＷ組立体とＬＳＯ－ＳＡＷ組立体の両方における堆積レート対電流の実験比較を示しており、この場合に、破線は、従来のＳＡＷ組立体における堆積レートを表し、且つ、実線は、ＬＳＯ－ＳＡＷ組立体における堆積レートを表している。この実験において、従来のＳＡＷ組立体におけるＣＴＷＤは、１．２５’’であり、ＬＳＯ－ＳＡＷ組立体におけるＣＴＷＤは、５’’であり、且つ、電極の直径は、５／３２’’であった。正の一定のＤＣパワー、均衡した方形波ＡＣパワー、及び２５％の均衡した方形波ＡＣパワーという３つの異なるパワー供給方法が使用された。ＬＳＯ－ＳＡＷ組立体の場合には、約９００Ａ、８５０Ａ、８００Ａ、７５０Ａ、７００Ａ未満の電流により、或いは、例えば、約７００Ａ～７５０Ａにおけるなどのこれらの値の任意のものによって定義された範囲内において、３５ポンド／時間を超過する堆積レートを実現することができる。但し、従来のＳＡＷ電極組立体の場合には、類似の堆積レートは、約９００Ａ超の電流において実現されるものと推定されるに過ぎない。有利には、従来のＳＡＷ電極との比較における堆積レートにおける改善は、ジュール加熱（Ｉ２Ｒ）が電流の二乗として変化していることから、相対的に大きな電流において増大している。即ち、堆積レートにおける相対的な改善は、電流の増大に伴って増大するものと推定される。
【0037】
ＬＳＯ－ＳＡＷシステムにおいては、消耗電極（例えば、電極３０６Ｂ、４０６Ｂ）は、アーキング先端（例えば、先端３０８Ｂ、４０８Ｂ）が可視状態となるように、ヘッド部分（例えば、ヘッド部分３０４Ｂ、４０４Ｂ）の端部を超えて延在している。上述のように、接触先端部分を超えて延在している電極の部分は、電気スティックアウトと呼称されている。いくつかの実施形態において、電気スティックアウトは、電極の直径に基づいている。ＳＡＷにおける電気スティックアウトの長さは、例えば、溶接されている鋼が非鉄元素の約８重量％未満を含む低合金鋼であるのか又は非鉄元素の約８重量％超を含む高合金鋼であるのかなどの溶接されている鋼のタイプに依存し得る。低及び中間合金鋼を溶接するための従来のＳＡＷにおいては、電気スティックアウト長は、電極の直径の約７～１０倍であり得る。高合金鋼を溶接するための従来のＳＡＷにおいては、電気スティックアウト長は、電極の直径の約３～５倍であり得る。例えば、電極の直径が５／３２’’である実施形態においては、可視状態のスティックアウト長は、約１～１．５インチであり得る。対照的に、様々な実施形態によるＬＳＯ－ＳＡＷにおいては、スティックアウト対直径比率、又はヘッド部分の端部において配設された接触先端部分と消耗電極のアーキング先端の間において計測された電気スティックアウト距離と電極の直径の間の比率、は、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０を超過するか又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の値を有する。例えば、これらの比率は、１２５ｍｍ、１３０ｍｍ、１３５ｍｍ、１４０ｍｍ、１４５ｍｍ、１５０ｍｍ、１５５ｍｍ、１６０ｍｍ、１６５ｍｍ、又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の値を超過する電気スティックアウト距離と、２．５ｍｍ～５．０ｍｍの任意の値を有する電極の直径と、によって得ることができる。例えば、１５５ｍｍの電気スティックアウト長及び３．２ｍｍの電極直径の場合に、スティックアウト対直径比率は、約４８である一方で、１２５ｍｍの電気スティックアウト長及び４．０ｍｍの電極直径の場合には、スティックアウト対直径比率は、約３１である。
【0038】
増大したスティックアウト長は、有利には、相対的に大きな堆積レートなどの特定の利点を提供し得るが、従来の電極組立体が使用されている場合には、例えば、２５ｍｍを超過するスティックアウト長の場合には、様々な問題が生じ得る。例えば、加熱されたワイヤは、スティックアウト距離が増大するのに伴って、アライメント状態から外れるように運動する可能性があり、且つ、溶接溝内において逸脱する可能性がある。ＬＳＯ溶接電極組立体は、溝の底部に到達するには嵩張り過ぎる可能性があることから、これは、特に厚いセクションを結合する時間及び費用を極小化するために使用され得る深く且つ狭い溝を溶接する際に、問題を課す可能性がある。この及びその他の課題に対処するために、いくつかの電極組立体は、電極用の絶縁されたガイドとして機能する延長部分を含む。延長部分は、その他のものに加えて、電気的且つ熱的絶縁のみならず、加熱された電極に対して機械的剛性をも提供している。但し、いくつかの延長部は、例えば、４インチを超過する深さを有する且つ１６度以下である頂点の角度を有する三角形又はＵ字形状溝などの狭く且つ深い溝を充填するなどのためのいくつかの用途の場合に適さない場合がある。延長部分を含む電極組立体のいくつかの設計は、最適化された垂直方向及び横方向寸法、熱的且つ電気的絶縁、磁気材料によって生成されるアークの不安定性、及びコンパクトなフラックス供給のうちの１つ又は複数との関係において不十分なものになり得る。対照的に、本明細書において記述されているサブマージアーク溶接用の電極組立体の様々な実施形態は、これらの及びその他のニーズに対処している。
【0039】
カバーされた絶縁延長部分を有する長スティックアウト電極組立体
本明細書において開示されているのは、改善されたＬＳＯ－ＳＡＷ用の様々な電極組立体及びこれを製造及び使用する方法である。図６Ａ及び図６Ｂは、様々な実施形態による長スティックアウトサブマージアーク溶接のために構成された例示用の電極組立体６００を描いている。様々な実施形態による電極組立体６００は、ヘッド部分６０２と、延長部分６０４と、ブラケット６１２と、を有する。ヘッド部分６０２及び延長部分６０４は、連続的に配置されており、且つ、自身を通じて消耗電極６０６を供給するように構成されている。ブラケット６１２は、ヘッド部分６０２及び延長部分６０４に対して固定状態において装着され且つこれらから電気的に絶縁されており、且つ、延長部分６０４がヘッド部分６０２とアライメントされた状態において留まるように延長部分６０４を堅固に保持するように構成されている。電極６０６は、溶接プロセスの際に被加工物に対して隣接する状態において位置決めされるように構成された先端を含む。ヘッド部分６０２は、電極６０６との電気接触状態にある接触先端６１０を含み、且つ、溶接の際に電極６０６にパワーを提供するように構成されている。消耗電極６０６は、ワイヤガイドにより、ヘッド部分６０２を通じて供給されており、且つ、接触先端６１０において離脱している。その後に、消耗電極６０６は、ワイヤ供給方向において細長くなっている延長部分６０４を通じて供給されている。ＳＡＷの際に、ヘッド部分６０２は、電極の先端６０８に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分６０４は、先端６０８に対して近位となるように配設されている。
本明細書において開示されているのは、改善されたＬＳＯ－ＳＡＷ用の様々な電極組立体及びこれを製造及び使用する方法である。図６Ａ及び図６Ｂは、様々な実施形態による長スティックアウトサブマージアーク溶接のために構成された例示用の電極組立体６００を描いている。様々な実施形態による電極組立体６００は、ヘッド部分６０２と、延長部分６０４と、ブラケット６１２と、を有する。ヘッド部分６０２及び延長部分６０４は、連続的に配置されており、且つ、自身を通じて消耗電極６０６を供給するように構成されている。ブラケット６１２は、ヘッド部分６０２及び延長部分６０４に対して固定状態において装着され且つこれらから電気的に絶縁されており、且つ、延長部分６０４がヘッド部分６０２とアライメントされた状態において留まるように延長部分６０４を堅固に保持するように構成されている。電極６０６は、溶接プロセスの際に被加工物に対して隣接する状態において位置決めされるように構成された先端を含む。ヘッド部分６０２は、電極６０６との電気接触状態にある接触先端６１０を含み、且つ、溶接の際に電極６０６にパワーを提供するように構成されている。消耗電極６０６は、ワイヤガイドにより、ヘッド部分６０２を通じて供給されており、且つ、接触先端６１０において離脱している。その後に、消耗電極６０６は、ワイヤ供給方向において細長くなっている延長部分６０４を通じて供給されている。ＳＡＷの際に、ヘッド部分６０２は、電極の先端６０８に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分６０４は、先端６０８に対して近位となるように配設されている。
【0040】
図示の例においては、連続的に配置されたヘッド部分６０２及び延長部分６０４は、連続的に配置されており、且つ、垂直方向においてオーバーラップする部分を有してはいない。図示の構成において、ヘッド部分６０２及び延長部分６０４は、物理的に分離されており、且つ、その間において消耗電極６０６を露出させているが、実施形態は、このように限定されるものではない。その他の構成においては、接触先端部分と延長部分は、互いに接触していてもよい。また、図示の実施形態においては、ヘッド部分６０２及び延長部分６０４の連続的配置に起因して、接触先端６１０及び延長部分６０４は、延長部分６０４のいずれの部分も接触先端６１０とオーバーラップしないように、連続的に配置されていることを理解されたい。更には、延長部分６０４の外側表面は、露出された消耗電極６０６のアーキング先端に隣接した状態の電極組立体６００の最も外側の表面を形成している。
【0041】
また、いくつかの実施形態において、電極組立体６００は、フラックス供給システム６１４を含む。フラックス供給システム６１４は、ＳＡＷプロセスの際に被加工物上にフラックスを堆積させるように構成されている。有利には、フラックス供給システム６１４は、フラックス供給システム６１４が、延長部分６０４が内部に挿入される能力を有する被加工物の溝の寸法を制限しないように構成されている。図示の実施形態において、フラックス供給システム６１４は、ブラケット６１２により、延長部分６０４に対して固定状態において装着されている。但し、その他の実施形態においては、フラックス供給システム６１４は、なんらかのその他の方法で延長部分６０４に対して固定状態において装着することができる。更にその他の実施形態においては、フラックス供給システム６１４は、延長部分６０４に対して固定状態において装着されていなくてもよい。その代わりに、いくつかの実施形態においては、フラックス供給システム６１４は、電極組立体６００のなんらかのその他の部分に対して固定状態において装着されていてもよく又は電極組立体６００のいずれの部分にも装着されていなくてもよい。これに加えて、電極組立体６００は、ＳＡＷのために構成されていることから、電極組立体６００の実施形態は、シールドガスの使用を伴うことなしにＳＡＷシステム内において使用されるように構成されている。
【0042】
延長部分６０４は、消耗電極を取り囲む、例えば、セラミック材料などの中実絶縁材料から形成された絶縁スリーブにより、溶接の際に被加工物から消耗電極６０６を電気的に絶縁するように構成されている。いくつかの実装形態において、中実絶縁材料は、例えば、複合又は層化セラミックなどの複合又は層化絶縁体であってよい。溶接の際に、消耗溶接電極６０６は、消耗電極６０６のアーキング先端６０８において溶解される前に、ジュール加熱により、絶縁された延長部分６０４内において事前加熱されている。いくつかの実施形態においては、電極組立体６０８は、最大で６００℃、最大で７００℃、最大で８００℃、最大で９００℃の温度まで又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の温度まで延長部分内において消耗電極を加熱するように構成されている。
【0043】
図６Ｃは、被加工物６１８内において形成された溝６１６内において位置決めされた電極組立体６００を描いている。様々な実施形態において、延長部分６０４は、消耗電極６０６を被加工物６１８から電気的に絶縁するように構成されており、且つ、延長部分６０４が図６Ｃにおいて示されているように狭い溝６１６内に挿入される能力を有するように構成されるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。延長部分６０４の内側において消耗電極６０６を取り囲むセラミック材料などの中実絶縁材料から形成された絶縁スリーブは、延長部分６０４の横方向寸法が電極及び被加工物を短絡させる尤度を増大させることなしに大幅に低減されることを許容している。例えば、いくつかの実施形態においては、接触先端６１０は、最大で３０ｍｍ（即ち、約１．１８インチ）の幅を有することができる一方で、延長部分６０４は、約１６ｍｍ（即ち、約０．７９インチ）の幅を有することができる。これに加えて、いくつかの実施形態において、延長部分は、１１０ｍｍ（即ち、約４．３３インチ）の長さを有することができる。これらの実施形態において、ヘッド部分６０２は、溶接の際に、相対的に狭い延長部分６０４が溝内において配設される状態において、相対的に幅広のヘッド部分６０２が被加工物６１８内の溝６１６の外側において位置決めされ得るように、電極の先端６０８から十分に遠く離れるように離隔している。この結果、相対的に狭い延長部分６０４は、消耗電極６０６の先端６０８が頂点に接触する状態において、４インチ、５インチ、６インチ、７インチ、又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の値を超過する深さを有する且つ１６度、１２度、１０度、８度、６度、又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の値未満である頂点の角度６２０を有する三角形トレンチなどの狭い溝６１６の側壁に接触しないように構成されている。溝６１６が狭いほど、頂点角度６２０が相対的に狭くなり得ることを理解されたい。例えば、関係は、限定を伴うことなしに、表１において示されているものなどの例示用の依存性を踏襲し得る。溝又はトレンチは、断面において三角形形状を有していなくてもよいことを理解されたい。その代わりに、いくつかの溝は、例えば、矩形又はテーパー化された矩形形状を有することができる。これらの形状においては、「頂点」角度６２０又は受容角度は、トレンチの深さにおける幅のａｒｃｔａｎによって定義することができる。
【0044】
【表1】
【0045】
様々な実施形態において、延長部分は、消耗電極を取り囲む実質的に非磁性材料から形成された外側表面を有する状態において、溶接の際に被加工物から消耗電極を電気的に絶縁するように構成されている。図７Ａは、延長部分７００を描いており、且つ、図７Ｂは、延長部分７００の分解図を描いている。延長部分７００は、反対側の第１及び第２端部７０２Ａ、７０２Ｂと、第１端部７０２Ａと第２端部７０２Ｂの間において延在する開口部７０４と、を有する。延長部分７００は、エンベロープ又はノズルボディ７０６、ノズルボディ７０６内において配設された絶縁スリーブ７０８、ｃ－クランプ７１０、及びナット７１２を更に含む。本出願のどこか別の場所において更に詳細に記述されているように、絶縁スリーブ７０８は、開口部７０４を定義するほぼ円筒形の形状を有することができる。延長部分７００は、第２端部７０２Ｂが接触先端に対して遠位となる状態において、第１端部７０２Ａがヘッド部分内の接触先端（例えば、接触先端６１０）に対して近位となるように、電極組立体のヘッド部分（例えば、図６Ａ～図６Ｃに示されている電極組立体６００のヘッド部分６０２）に対して固定状態において装着されるように構成されている。ＳＡＷプロセスの際に、延長部分７００は、ヘッド部分から消耗電極（例えば、図６～図６Ｃの電極６０６）を受け取っており、且つ、電極は、延長部分７００の第１及び第２端部７０２Ａ、７０２Ｂの間において延在するように開口部７０４内において配設されている。絶縁スリーブ７０８は、空気以外の介在構造又は特徴を伴うことなしに消耗電極を直接的に取り囲むように構成されている。
【0046】
いくつかの実施形態において、延長部分７００は、ブラケット（例えば、図６Ｂのブラケット６１２）により、ヘッド部分に対して固定状態において装着されており、且つ、ｃ－クランプ７１０及びナット７１２は、延長部分７００をブラケットに対して固定状態において装着するように使用することができる。但し、これは、延長部分７００をヘッド部分に対して固定状態において装着する１つの可能な方法であるに過ぎず、且つ、その代わりに、その他の適切な装着メカニズム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、延長部分７００は、ノズルボディ７０６をブラケットに溶接することにより、ブラケットに対して固定状態において装着することができる。これらの実施形態においては、延長部分７００は、ｃ－クランプ７１０及びナット７１２を含んでいなくてもよい。
【0047】
図７Ｃは、エンベロープ又はノズルボディ７０６の斜視図であり、且つ、図７Ｄは、ラインＡ－Ａに沿って取得されたエンベロープ又はノズルボディ７０６の断面図である。エンベロープ又はノズルボディ７０６は、第１及び第２端部７１４Ａ、７１４Ｂと、第１及び第２端部７１４Ａ、７１４Ｂの間において延在する且つその内部において絶縁スリーブ７０８を受け入れ且つ収容するように構成された空洞又は開口部７１６と、を含む。様々な実施形態において、エンベロープ又はノズルボディ７０６は、内向きに第２端部７１４Ｂに向かってテーパー化された少なくとも一部分を有するほぼ円筒形の形状を有することができる。本出願のどこか別の場所において更に詳しく記述されているように、テーパー化された第２端部７１４は、有利には、マルチアーク構成において使用される際に、複数の電極組立体が互いに相対的に近接した隣接状態において位置決めされることを許容している。
【0048】
実施形態によれば、エンベロープ又はノズルボディ７０６は、延長部分７００のための外側エンベロープとして機能しており、且つ、非磁性材料から形成することができる。エンベロープ７０６が磁性材料から形成されている際には、これが、その近傍の磁界に影響を及ぼすか又はこれを変更し、これにより、アークプラズマを劣化させる、変更する、又は吹き飛ばす可能性がある。更には、磁性材料は、時間に伴って磁化された又は消磁された状態になり、これにより、アーク特性のドリフトを結果的にもたらす可能性もある。これらの及びその他の懸念に対処するために、いくつかの実施形態においては、エンベロープ７０６は、非磁性鋼などの非性材料から形成されている。本明細書において記述されているように、非磁性鋼は、例えば、約８未満のフェライト番号（ＦＮ）を有する鋼などのように、低フェライト含有量及び高オーステナイト含有量を有する鋼を意味している。例えば、非磁性鋼は、ステンレス鋼などの高Ｃｒ含有鋼であり得る。非磁性材料からノズルボディ７０６を形成することは、有利には、消耗電極の周りの磁界の一貫性を改善し且つアーク不安定性及び溶接欠陥を低減している。また、非磁性材料は、時間に伴う延長部分７０６の磁化によってもたらされ得る溶接パラメータのなんらかの不安定性をも低減している。
【0049】
図７Ｅは、絶縁スリーブ７０８の斜視図であり、且つ、図７Ｆは、ラインＢ－Ｂに沿って取得された絶縁スリーブ７０８の断面図である。絶縁スリーブ７０８は、第１及び第２端部７１８Ａ、７１８Ｂを含み、且つ、消耗電極が通過する開口部７０４を形成するほぼ円筒形の形状を有する。代表的な実施形態において、絶縁スリーブ７０８は、延長部分７００を通過するのに伴って電極を熱的且つ電気的に絶縁する絶縁材料から形成されている。有利には、絶縁材料から絶縁スリーブ７０８を形成することは、溶接プロセスの際の消耗電極の事前加熱の増大を許容しており、その理由は、絶縁材料が事前加熱電極によって生成された熱の周囲への散逸を低減しているからである。その代わりに、絶縁スリーブ７０８は、延長部分７００内においてトラップされた状態において留まる熱の相対的な量を増大させ、これにより、電極の事前加熱の効率を増大させ、これにより、その結果、相対的に大きな堆積及びメルトオフレート及び相対的に大きな生産性がもたらされている。
【0050】
更には、絶縁スリープ７０８は、延長部分７００が電極と被加工物の間の電気的短絡のリスクを伴うことなしに被加工物の溝側壁に接触することを許容している。電極が溶接の際に上述の温度に加熱された際に、絶縁材料は、その抵抗率の一部分を喪失し得る。このような接触によって生成される電圧降下が相対的に小さな状態において留まることを保証するために、中実絶縁材料は、絶縁材料から形成されており、且つ、延長部分７００の外側表面が被加工物に接触した際に実質的に伝導することなしに少なくとも５Ｖ、１０Ｖ、１５Ｖ、２０Ｖ、２５Ｖ、又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の値の電圧差に耐えるように構成されている。
【0051】
いくつかの実施形態において、絶縁スリーブ７０８は、絶縁セラミック材料から形成されている。例えば、いくつかの実施形態において、絶縁スリーブ７０８は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）から形成されている。但し、その他の実施形態においては、その他の絶縁材料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、絶縁スリーブ７０８は、窒化ケイ素、マグネシア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、酸化マグネシウム、又はジルコニア強化アルミナを有する。セラミック絶縁スリーブ７０８は、パウダー加圧、冷間静水圧加圧、高温加圧、射出成形、及び鋳込み成形などの様々な方法を使用して製造することができる。これに加えて、いくつかの実施形態において、セラミック絶縁スリーブ７０８は、機械加工されてはいない。
【0052】
様々な実施形態において、延長部分７００は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成されており、且つ、接触先端部分（例えば、図６Ａ～図６Ｃに示されている接触先端６１０）と消耗電極（例えば、図６Ａ～図６Ｃに示されている電極６０６）の先端の間の電気スティックアウト長が従来のＳＡＷ電極組立体におけるものよりも格段に長くなるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。例えば、いくつかの実施形態において、延長部分７００は、本明細書において記述されている電気スティックアウト長を支持するための適切な長さを有する。例えば、上述のように、電気スティックアウトは、１２５ｍｍ以上であり得る。従って、延長部分７００は、最大で約１１０ｍｍであり得る長さを有する。延長部分７００を超えて延在する消耗電極の部分に対応する可視スティックアウトは、これら２つの値の間の差である長さを有することができる。この構成によれば、延長部分７００内の電極の部分及び可視スティックアウトを含む電気スティックアウトの長さは、可視スティックアウト長と延長部分７００の長さの合計と少なくとも同じほどに大きくなり得る。従って、溶接の際に、延長部分７００は、電気スティックアウトが、例えば、１５０～１６０ｍｍなどのように、１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍ、１７５ｍｍ、又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の長さを超過するようにすることができる。例えば、いくつかの実施形態において、電極組立体は、約１５５ｍｍの電気スティックアウトを有することができる。有利には、相対的に長い電気スティックアウトは、延長部分７００によって提供される相対的に長いジュール加熱領域に起因して、所与の電流密度における堆積レートを格段に改善している。
【0053】
これに加えて、絶縁スリーブ７０８は、その他のものに加えて、延長部分７００の形状及び幅が、本明細書において記述されているように狭い溝内に延長部分７００を挿入するために最適化されることをも可能にしている。様々な実施形態によれば、その上部のテーパー化されていない部分における延長部分７００の最大幅は、２０ｍｍ、１８ｍｍ、１６ｍｍ、１４ｍｍ、１２ｍｍ、又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の値未満であり得る。これに加えて、いくつかの実施形態において、延長部分７００は、第２端部７１４Ｂにおける延長部分７００の幅が延長部分７００の最大幅未満となるように、第２端部７１４Ｂに向かって内向きにテーパー化された少なくとも一部分を有するほぼ円筒形の形状を有することができる。図示の構成において、延長部分７００は、その下部部分においてテーパー化されている一方で、延長部分７００の上部部分は、実質的にまっすぐである。但し、実施形態は、このように限定されるものではなく、且つ、その他の構成においては、延長部分７００は、その全体長の全体を通じて実質的にテーパー化させることができる。例えば、いくつかの実施形態において、延長部分７００は、第２端部７１４Ｂにおける１０．８ｍｍの幅にまでテーパー化される１６ｍｍの最大幅を有することができる。但し、その他の実施形態においては、テーパー化された第２端部７１４Ｂは、異なる幅を有することができる。例えば、いくつかの実施形態において、第２端部７１４Ｂにおける延長部分７００の幅は、１２ｍｍ、１１ｍｍ、１０ｍｍ、９ｍｍ、８ｍｍ、８ｍｍ未満、又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の値であり得る。いくつかの実施形態において、延長部分７００は、２°、３°、４°、５°、６°、７°、８°、８°超、又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の値の角度において第２端部７１４Ｂにおいて内向きにテーパー化させることができる。例示を目的としてのみ、図示の延長部分７００の長さのほぼ３分の１がテーパー化されている。但し、例えば、２０％、４０％、６０％、又は８０％、１００％、又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の値超などの全体長さを実質的に含む長さの任意の適切な割合がテーパー化され得ることを理解されたい。テーパー化された側壁は、まっすぐでなくてもよく、且つ、テーパー化の程度は、長さに伴って変化し得ることを更に理解されたい。例えば、テーパー化の程度は、例えば、テーパー化された部分の全体を通じて連続的に又は不連続的に変化し得る。このように構成されることにより、延長部分７００は、本出願のどこか別の場所において記述されているように、ほぼ三角形のトレンチなどの狭い溝の側壁に接触しないように構成することができる。テーパー化された部分の任意の部分は、外部側壁の接線が１６度、１２度、１０度、８度、６度、又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の値未満である頂点の角度を有する三角形又はコーンを形成するように構成することができる。有利には、記述されている延長部分７００の形状及び寸法は、その側壁への接触を伴わない狭い溝内へのその挿入を可能にすることができる。これに加えて、本出願のどこか別の場所において更に詳細に記述されているように、テーパー化された第２端部７１４Ｂは、有利には、複数の電極組立体が、マルチアーク構成において使用される際に、互いに相対的に近接した隣接状態において位置決めされることをも許容している。
【0054】
電極組立体７００の別の利益は、フラックス対ワイヤ消費量比率が従来のＳＡＷ組立体よりも小さいという点にあり、その理由は、電極堆積レートが増大している一方で、フラックス消費量が一定に留まっているからである。
【0055】
上述のように、絶縁スリーブ７０８は、エンベロープ又はノズルボディ７０６内において配設されている。いくつかの実施形態において、絶縁スリーブ７０８は、ノズルボディ７０６の内側表面と絶縁スリーブ７０８の外側表面の間に存在し得る任意のギャップが空気によって充填されるように且つ絶縁スリーブ７０８がエンベロープ又はノズルボディ７０６との関係において運動又は回転し得るように、接着剤又はその他の材料を伴うことなしにノズルボディ７０６内において配置されている。但し、その他の実施形態においては、絶縁スリーブ７０８は、介在する材料により、ノズルボディ７０６に対して堅固に装着することができる。例えば、いくつかの実施形態において、絶縁スリーブ６０８は、適切なシーラント又は接着剤と共にノズルボディ７０６内において配設されている。これらの実施形態においては、適切なシーラントは、絶縁ノズル７０８がノズルボディ７０６との関係において不動化されるように、シーラントがノズルボディ７０６の内側表面と絶縁スリーブの外側表面の間に存在し得る任意のギャップを充填するように、ノズルボディ６０６と絶縁スリーブ７０８の間において配設することができる。これらの実施形態においては、適切なシーラントは、相対的にソフトな材料であってもよく、且つ、機械又は熱応力下における絶縁スリーブ７０８の亀裂が抑制又は防止されるように、絶縁スリーブ７０８とノズルボディ７０６の間の衝撃吸収層として機能することができる。その他の実施形態においては、ノズルボディ７０６内において絶縁スリーブ７０８を堅固に装着するために、異なる材料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は、絶縁スリーブ７０８及びエンベロープ又はノズルボディ７０６は、蝋付けされた金属性結合部を使用して装着することができる。その他の実施形態においては、絶縁スリーブ７０８及びエンベロープ又はノズルボディ７０６は、ポリマー接着剤材料又はエポキシなどの非金属性シーラント又は接着剤を使用して装着することができる。
【0056】
図８は、延長部分８００の平面断面図である。延長部分８００は、消耗電極が摺動自在に通過するように構成された開口部８０２と、エンベロープ又はノズルボディ８０４と、エンベロープ又はノズルボディ８０４内において配設される絶縁スリーブ８０６と、を含む。図示の実施形態において、絶縁スリーブ８０６は、シーラント層８０８を使用してエンベロープ８０４に装着されている。シーラント層８０８は、相対的にソフトな材料であり得る適切なシーラントから形成されており、且つ、機械又は熱応力下における絶縁スリーブ８０６の亀裂が抑制又は防止されるように、絶縁スリーブ８０６とエンベロープ又はノズルボディ８０４の間の衝撃吸収層として機能することができる。更には、絶縁スリーブ８０６に亀裂が生じた際にも、適切なシーラントは、遊離断片が外れ且つ被加工物上に落下することを事実上防止することができる。いくつかの実装形態においては、絶縁スリーブ８０６は、エンベロープ又はノズルボディ８０４内に蝋付けされており、且つ、適切なシーラントは、適切な蝋付け材料を有する。適切な蝋付け材料は、エンベロープ又はノズルボディ８０４の溶解温度よりも格段に低い溶解温度を有する。限定を伴うことなしに、適切な蝋付け金属は、Ｃｕ／Ｓｕ合金などの銅に基づいた合金を含む。いくつかのその他の実装形態において、適切なシーラントは、金属性シースの溶解温度よりも格段に低いガラス遷移温度を有する適切なガラスシーラントを有する。限定を伴うことなしに、適切なシーラントは、例えば、ドープアルミノシリケートガラス又はヘビードープナトリウムシリケートガラスなどのドープシリカを含む。例えば、絶縁スリーブの外側温度に耐え得る高温エポキシなどのその他のシーラントが可能であり得る。有利には、適切なシーラントを使用して絶縁スリーブ８０６をエンベロープ８０４に固定することは、延長部分８００の耐久性、信頼性、及び寿命を改善している。
【0057】
本明細書において記述されているように相対的に狭い延長部分を利用する１つの更なる利点は、マルチアークセットアップにおいて複数の電極組立体を使用することを促進しているという点にある。金属の大きな断片を１つに溶接する際には、フィラー金属の堆積レートを更に増大させるために同時に複数の電極組立体を使用することがしばしば望ましい。マルチアーク溶接の際には、複数の電極の先端は、電極先端のそれぞれが同一の溶接プール内において配設されるように互いに密接に隣接した状態において位置決めされることを要する。但し、マルチアークセットアップにおいて従来のＳＡＷ電極組立体を使用することは、しばしば、困難である。その理由は、従来の電極組立体のヘッド部分（例えば、ヘッド部分２０４（図２）、３０４Ａ（図３Ａ）、３０４Ｂ（図３Ｂ））の大きな直径が、複数の電極組立体がマルチアーク溶接を促進するように互いに十分に近接した状態において配置されることを困難にしているからである。これに加えて、従来のＳＡＷ組立体において使用されている電極スティックアウト部分（例えば、スティックアウト部分３１６Ａ、４１６Ａ）の短い長さは、溶接トーチが、個々の電極のアーキング先端が同一の溶接プール内において位置決めされるように互いに十分に近接することを許容するために、互いとの関係において大きな角度において配置されることを必要とし得る。従って、マルチアークセットアップにおいて従来のＳＡＷ電極組立体を使用することは困難であり、その理由は、ヘッド部分の大きなサイズ及び短いスティックアウト長が、溝内において溶接するように試みた際のトーチの位置決めをも困難にしつつ、マルチアークセットアップにおいて使用され得る電極組立体の数を制限しているからである。これらの及びその他の問題は、本明細書において記述されているように、相対的に狭い延長部分を有する実施形態による延長部分によって軽減することができる。
【0058】
図９Ａは、第１及び第２電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂを有するマルチアークＳＡＷシステム９００Ａを描いている。第１電極組立体９０２Ａは、接触先端９０６Ａを有するヘッド部分９０４Ａと、先端９１０Ａを有する電極９０８Ａと、延長部分９１２Ａと、フラックス供給システム９１４Ａと、を含む。同様に、電極組立体９０２Ｂも、接触先端９０６Ｂを有するヘッド部分９０４Ｂと、先端９１０Ｂを有する電極９０８Ｂと、延長部分９１２Ｂと、フラックス供給システム９１４Ｂと、を含む。電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂは、図６Ａ～図６Ｃとの関連において上述した電極組立体６００にほぼ類似しており、且つ、延長部分９１２Ａ、９１２Ｂも、図７Ａ～図７Ｆ及び図８との関連において上述した延長部分７００及び８００にほぼ類似し得る。上述のように、接触先端９０６Ａ、９０６Ｂは、最大で３０ｍｍ（即ち、約１．１８インチ）の幅を有することができる一方で、延長部分９１２Ａ、９１２Ｂは、約１６ｍｍ（即ち、約０．７９インチ）の幅及び約１１０ｍｍ（即ち、約４．３３インチ）の長さを有することが可能であり、これは、電極組立体９０２Ａ、９０４Ａがそれぞれ１２５ｍｍ（即ち、約４．９２インチ）超の電気スティックアウトを有することを許容している。
【0059】
この構成によれば、第１及び第２電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂは、電極９０８Ａ、９０８Ｂの先端９１０Ａ、９１０Ｂの間の距離９１６が効率的なマルチアーク溶接を許容するために十分に小さくなるように位置決めすることができる。具体的には、本明細書において記述されている延長部分９１２Ａ、９１２Ｂの形状、長さ、及び幅は、先端９１０Ａ、９１０Ｂが延長部分が溝の側壁に接触することなしにＳＡＷプロセスの際に同一の溶接プール内において配設されるように、延長部分９１２Ａ、９１２Ｂが狭い且つ深い溝内において同時に位置決めされることを許容している。例えば、いくつかの実施形態において、第１及び第２電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂは、溶接の際に、先端９１０Ａ、９１０Ｂの間の距離９１６が１５ｍｍである一方で、電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂの間の角度９２０が２０度になるように、位置決めすることができる。但し、これは、一例であるに過ぎない。その他の実施形態においては、電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂは、マルチアーク溶接動作の際に、先端９１０Ａ、９１０Ｂの間の距離９１６が３０ｍｍ、２５ｍｍ、２０ｍｍ、１５ｍｍ、又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の値未満となるように、位置決めすることが可能であり、且つ、電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂは、電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂの間の角度９２０が４０度、３５度、３０度、２５度、２０度、１５度、１０度、５度、又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の値未満となるように、方向付けられている。
【0060】
図９Ｂは、３つの電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂ、及び９０２Ｃを有する別のマルチアークＳＡＷシステム９００Ｂを描いており、この場合に、電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂ、及び９０２Ｃのそれぞれは、図９Ａとの関連において上述したように構成されている。本明細書において記述されている電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂ、９０２Ｃ用の延長部分９１２Ａ、９１２Ｂ、９１２Ｃのサイズ、形状、及び幅は、電極先端９１０Ａ、９１０Ｂ、９１０Ｃがいずれも延長部分が溝の側壁に接触することなしにＳＡＷの際に同一の溶接プール内において配設されるように、延長部分９１２Ａ、９１２Ｂ、９１２Ｃが狭い且つ深い溝内において同時に位置決めされることを許容している。例えば、図示の実施形態において、電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂ、９０２Ｃは、第１及び第２先端９１０Ａ、９１０Ｂの間の距離９１６が２６ｍｍとなるように、第２及び第３先端９１０Ｂ、９１０Ｃの間の距離９１８が１５ｍｍだけ互いから離隔されるように、第１及び第２電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂの間の角度９２０が５度になるように、且つ、第２及び第３電極組立体９０２Ｂ、９０２Ｃの間の角度９２２が２０度となるように、位置決めされている。但し、これは、一例であるに過ぎない。その他の実施形態においては、電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂ、９０２Ｃは、マルチアーク溶接動作の際に、隣接する先端９１０Ａ、９１０Ｂ、９１０Ｃの間の距離９１６、９１８が３０ｍｍ、２５ｍｍ、２０ｍｍ、１５ｍｍ、又はこれらの値の任意のものによって定義される範囲内の値未満となるように、位置決めすることが可能であり、且つ、電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂ、９０２Ｃは、隣接する電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂ、９０２Ｃの間の角度９２０、９２２が４０度、３５度、３０度、２５度、２０度、１５度、１０度、５度、又はこれらの値の任意のものによって定義された範囲内の値未満となるように方向付けられている。
【0061】
図９Ａ及び図９Ｂを更に参照すれば、実施形態によれば、第１、第２（並びに、第３）電極組立体９０２Ａ、９０２Ｂ（並びに、９０２Ｃ）のそれぞれは、複数の電極のそれぞれが専用の電源（例えば、図１に示されている電源１０８）から独立的にパワーを受け取るように構成されている。この構成によれば、電極組立体のそれぞれは、制御されたパワーを独立的に受け取ることが可能であり、これは、フィラー材料の相対的に一貫性を有する且つ効率的な堆積を許容している。これに加えて、それぞれの電極組立体に提供される電流は、個々の電極組立体が異なる電流を受け取り得るように、それぞれの電極組立体ごとに変更することができる。但し、その他の実施形態においては、マルチアークセットアップにおいて使用される電極組立体のそれぞれは、電極組立体のそれぞれが同一の電流を共有するように並列において１つに結合することができる。
【0062】
更なる例
１．サブマージアーク溶接用の電極組立体であって、
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、溶接の際に、中実絶縁材料が消耗電極を取り囲む状態において、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成されている。
１．サブマージアーク溶接用の電極組立体であって、
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、溶接の際に、中実絶縁材料が消耗電極を取り囲む状態において、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成されている。
【0063】
２．サブマージアーク溶接用の電極組立体であって、
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成されており、且つ、消耗電極の先端が頂点に接触しつつ、延長部分が、４インチを超過する深さを有する且つ１６度未満である頂点の角度を有する三角形トレンチの側壁に接触しない能力を有するように構成されるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成されており、且つ、消耗電極の先端が頂点に接触しつつ、延長部分が、４インチを超過する深さを有する且つ１６度未満である頂点の角度を有する三角形トレンチの側壁に接触しない能力を有するように構成されるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
【0064】
３．サブマージアーク溶接用の電極組立体であって、
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、消耗電極を取り囲む実質的に非磁性材料から形成された外側表面を有する状態において、溶接の際に消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成されている。
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、消耗電極を取り囲む実質的に非磁性材料から形成された外側表面を有する状態において、溶接の際に消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成されている。
【0065】
４．サブマージアーク溶接用の電極組立体であって、
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、溶接の際のヘッド部分と消耗電極の先端の間の接触先端から被加工物までの距離（ＣＴＷＤ）が１２５ｍｍを超過するような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、溶接の際のヘッド部分と消耗電極の先端の間の接触先端から被加工物までの距離（ＣＴＷＤ）が１２５ｍｍを超過するような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
【0066】
５．サブマージアーク溶接用の電極組立体であって、
ヘッド部分及び連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分であって、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
延長部分は、溶接の際に消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成されている、ヘッド部分及び延長部分と、
延長部分に固定状態において装着された且つフラックス供給システムが延長部分がその内部に挿入される能力を有する被加工物の溝の寸法を制限しないように構成されたフラックス供給システムと、
を有する。
ヘッド部分及び連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分であって、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
延長部分は、溶接の際に消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成されている、ヘッド部分及び延長部分と、
延長部分に固定状態において装着された且つフラックス供給システムが延長部分がその内部に挿入される能力を有する被加工物の溝の寸法を制限しないように構成されたフラックス供給システムと、
を有する。
【0067】
６．サブマージアーク溶接用の電極組立体であって、
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、電極組立体が溶接の際に０．０５ポンド／時間／Ａを超過する堆積レート／電流を実現するように構成されている。
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、電極組立体が溶接の際に０．０５ポンド／時間／Ａを超過する堆積レート／電流を実現するように構成されている。
【0068】
７．サブマージアーク溶接用の電極組立体であって、
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、電極組立体が溶接の際に９００Ａ未満の電流において３５ポンド／時間を超過する堆積レートを実現するように構成されるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、電極組立体が溶接の際に９００Ａ未満の電流において３５ポンド／時間を超過する堆積レートを実現するように構成されるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
【0069】
８．サブマージアーク溶接用の電極組立体であって、
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、電極組立体が、ヘッド部分と消耗電極の先端の間の接触先端から被加工物までの距離（ＣＴＷＤ）に跨って合計電圧降下の少なくとも５％を降下させるように構成されるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、電極組立体が、ヘッド部分と消耗電極の先端の間の接触先端から被加工物までの距離（ＣＴＷＤ）に跨って合計電圧降下の少なくとも５％を降下させるように構成されるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
【0070】
９．サブマージアーク溶接用の電極組立体であって、
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、電極組立体が、ヘッド部分と消耗電極の先端の間の接触先端から被加工物までの距離（ＣＴＷＤ）に跨って合計電圧降下の２Ｖを超過する割合を降下させるように構成されるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、電極組立体が、ヘッド部分と消耗電極の先端の間の接触先端から被加工物までの距離（ＣＴＷＤ）に跨って合計電圧降下の２Ｖを超過する割合を降下させるように構成されるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
【0071】
１０．サブマージアーク溶接用の電極組立体であって、
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、電極組立体が、最大で８００℃の温度まで延長部分内のジュール加熱によって消耗電極を加熱するように構成されるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、電極組立体が、最大で８００℃の温度まで延長部分内のジュール加熱によって消耗電極を加熱するように構成されるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
【0072】
１１．サブマージアーク溶接用の電極組立体であって、
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、溶接の際に中実絶縁材料によって消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、この場合に、中実絶縁材料は、延長部分の外側表面が被加工物に接触した際に実質的に伝導することなしに少なくとも５Ｖの電圧差に耐えるように構成されるような十分な抵抗を有する。
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、溶接の際に中実絶縁材料によって消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、この場合に、中実絶縁材料は、延長部分の外側表面が被加工物に接触した際に実質的に伝導することなしに少なくとも５Ｖの電圧差に耐えるように構成されるような十分な抵抗を有する。
【0073】
１２．サブマージアーク溶接用の電極組立体であって、
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、消耗電極を取り囲むことにより、溶接の際に消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成された中実絶縁材料から形成された絶縁先端部分を有する。
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、消耗電極を取り囲むことにより、溶接の際に消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成された中実絶縁材料から形成された絶縁先端部分を有する。
【0074】
１３．上述の例のいずれか１項に記載の電極組立体であって、この場合に、中実絶縁材料は、セラミック材料を有する。
【0075】
１４．上述の例のいずれか１項に記載の電極組立体であって、この場合に、中実絶縁材料は、自身を通じて消耗電極を通過させるように構成された絶縁スリーブを有する。
【0076】
１５．上述の例のいずれか１項の電極組立体であって、この場合に、延長部分は、窒化ケイ素、マグネシア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、炭化ケイ素、酸化マグネシウム、アルミナ、又はジルコニア強化アルミナからなる群から選択された材料から形成されている。
【0077】
１６．上述の例のいずれか１項の電極組立体であって、この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、消耗電極の先端が頂点に接触した状態において、延長部分が、４インチを超過する深さを有する且つ１６度未満である頂点の角度を有する三角形トレンチの側壁に接触しない能力を有するように構成されるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
【0078】
１７．上述の例のいずれか１項の電極組立体であって、この場合に、延長部分は、消耗電極を取り囲む実質的に非磁性材料から形成された外側表面を有する状態において、溶接の際に消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成されている。
【0079】
１８．上述の例のいずれか１項の電極組立体であって、この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、溶接の際の接触先端部分と消耗電極の先端の間の接触先端から被加工物までの距離（ＣＴＷＤ）が１２５ｍｍを超過するような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
【0080】
１９．上述の例のいずれか１項の電極組立体であって、延長部分に固定状態において装着された且つフラックス供給システムが延長部分が内部に挿入される能力を有する被加工物の溝の寸法を制限しないように構成されたフラックス供給システムを更に有する。
【0081】
２０．上述の例のいずれか１項の電極組立体であって、この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、電極組立体が、溶接の際に０．０５ポンド／時間／Ａを超過する堆積レート／電流を実現するように構成されるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
【0082】
２１．上述の例のいずれか１項の電極組立体であって、この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、電極組立体が、溶接の際に９００Ａ未満の電流において３５ポンド／時間を超過する堆積レートを実現するように構成されるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
【0083】
２２．上述の例のいずれか１項の電極組立体であって、この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、消耗電極が、接触先端部分と消耗電極の先端の間の接触先端から被加工物までの距離（ＣＴＷＤ）に跨って合計電圧降下の少なくとも５％を降下させるような形状、長さ、及び横方向距離を有する。
【0084】
２３．上述の例のいずれか１項の電極組立体であって、この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、消耗電極のスティックアウト部分が、接触先端部分と消耗電極の先端の間の接触先端から被加工物までの距離（ＣＴＷＤ）に跨って合計電圧降下の少なくとも２Ｖを降下させるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
【0085】
２４．上述の例のいずれか１項の電極組立体であって、この場合に、延長部分は、消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、且つ、電極組立体が、最大で８００℃の温度に延長部分内のジュール加熱によって消耗電極を加熱するように構成されるような形状、長さ、及び横方向寸法を有する。
【0086】
２５．上述の例のいずれか１項の電極組立体であって、この場合に、延長部分は、中実絶縁スリーブにより、溶接の際に消耗電極を被加工物から電気的に絶縁するように構成され、この場合に、中実絶縁スリーブは、延長部分の外側表面が被加工物に接触した際に実質的に伝導することなしに少なくとも５Ｖの電圧差に耐えるように構成されるような十分な抵抗を有する。
【0087】
２６．サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）用の電極組立体であって、
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、ワイヤ供給方向において細長くなっており、且つ、絶縁スリーブが消耗電極を取り囲む状態において、溶接の際に被加工物から消耗電極を電気的に絶縁するように構成されており、且つ、
この場合に、電極組立体は、自身を通じて挿入された消耗電極を有する溶接の際に、ヘッド部分の端部において配設された接触先端部分と消耗電極のアーキング先端の間において計測される電気スティックアウト距離と電極の直径の間の比率が３０を超過するように、構成されている。
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、この場合に、溶接の際に、ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設されており、
この場合に、延長部分は、ワイヤ供給方向において細長くなっており、且つ、絶縁スリーブが消耗電極を取り囲む状態において、溶接の際に被加工物から消耗電極を電気的に絶縁するように構成されており、且つ、
この場合に、電極組立体は、自身を通じて挿入された消耗電極を有する溶接の際に、ヘッド部分の端部において配設された接触先端部分と消耗電極のアーキング先端の間において計測される電気スティックアウト距離と電極の直径の間の比率が３０を超過するように、構成されている。
【0088】
２７．例２６の電極組立体であって、この場合に、延長部分は、絶縁スリーブを取り囲む実質的に非磁性材料から形成された外側表面を有する。
【0089】
２８．例２７の電極組立体であって、この場合に、絶縁スリーブは、延長部分の外側表面を形成する実質的に非磁性鋼に基づいたエンベロープによって封入されたセラミック材料から形成されている。
【0090】
２９．例２８の電極組立体であって、この場合に、絶縁スリーブ及び非磁性鋼に基づいたエンベロープは、接着剤層によって１つに保持されている。
【0091】
３０．例２９の電極組立体であって、この場合に、接着剤層は、金属性フィラー材料を有する蝋付けされた結合部を有する。
【0092】
３１．例２６の電極組立体であって、この場合に、延長部分は、１００ｍｍ超の長さを有する。
【0093】
３２．例３１の電極組立体であって、この場合に、電極組立体は、１２５ｍｍを超過する電気スティックアウト距離のために構成されている。
【0094】
３３．例３２の電極組立体であって、この場合に、電極組立体は、３ｍｍを超過する電極の直径のために構成されている。
【0095】
３４．例３２の電極組立体であって、この場合に、延長部分は、消耗電極の先端が三角形トレンチの頂点と接触するように４インチ超の深さを有する且つ１６度未満の頂点の角度を有する三角形トレンチ内に十分に挿入された際に、延長部分のいずれの部分も三角形トレンチの側壁と接触しないように、細長い形状を有する。
【0096】
３５．例３２の電極組立体であって、この場合に、電極組立体は、溶接の際に０．０５ポンド／時間／Ａを超過する堆積レート／電流を実現するように構成されている。
【0097】
３６．例３２の電極組立体であって、この場合に、電極組立体は、溶接の際に９００Ａ未満の電流において３５ポンド／時間を超過する堆積レートを実現するように構成されている。
【0098】
３７．例３２の電極組立体であって、この場合に、電極組立体は、ヘッド部分と消耗電極のアーキング先端の間の距離に跨って合計電圧降下の少なくとも５％だけ降下するように構成されている。
【0099】
３８．例３２の電極組立体であって、この場合に、電極組立体は、最大で８００℃の温度まで延長部分内のジュール加熱によって消耗電極を加熱するように構成されている。
【0100】
３９．例２６の電極組立体であって、この場合に、絶縁スリーブは、延長部分の外側表面が被加工物に接触した際に実質的に伝導することなしに少なくとも５Ｖの電圧差に耐えるように構成されるように十分な抵抗値を有する。
【0101】
４０．例３９の電極組立体であって、この場合に、絶縁スリーブは、窒化ケイ素、マグネシア安定化ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、炭化ケイ素、酸化マグネシウム、アルミナ、又はジルコニア強化アルミナから構成された群から選択されたセラミック材料から形成されている。
【0102】
４１．例２６の電極組立体であって、延長部分に装着された且つフラックス供給システムが延長部分が挿入される能力を有する被加工物の溝の幅の下限を制限しないように構成されたフラックス供給システムを更に有する。
【0103】
４２．サブマージアーク溶接用の電極組立体であって、
ヘッド部分と、
ワイヤ供給方向においてヘッド部分と連続的に配置された延長部分と、を有し、この場合に、ヘッド部分及び延長部分は、自身を通じて消耗電極を供給するように構成され、この場合に、延長部分は、ヘッド部分との関係において消耗電極のアーキング先端に対して相対的に近接した状態において配設されるように構成されており、且つ、
非磁性材料から形成されたエンベロープと、
エンベロープ内において配設された且つ消耗電極を取り囲むように構成された中実絶縁材料を有する絶縁スリーブと、
を有する。
ヘッド部分と、
ワイヤ供給方向においてヘッド部分と連続的に配置された延長部分と、を有し、この場合に、ヘッド部分及び延長部分は、自身を通じて消耗電極を供給するように構成され、この場合に、延長部分は、ヘッド部分との関係において消耗電極のアーキング先端に対して相対的に近接した状態において配設されるように構成されており、且つ、
非磁性材料から形成されたエンベロープと、
エンベロープ内において配設された且つ消耗電極を取り囲むように構成された中実絶縁材料を有する絶縁スリーブと、
を有する。
【0104】
４３．例４２の電極組立体であって、この場合に、
延長部分は、ワイヤ供給方向において分離された反対側の第１及び第２端部を有し、
ヘッド部分は、消耗電極に電圧を印加するように且つこれに電流を通過させるように構成された且つ延長部分の第１端部に対して近位となるように且つ延長部分の第２端部に対して遠位となるように構成された接触先端部分を有し、
消耗電極が電極組立体を通じて供給された際に、消耗電極のアーキング先端は、延長部分の第２端部に対して近位となるように且つ延長部分の第１端部に対して遠位となるように構成されており、且つ、
延長部分は、アーキング先端と接触先端部分の間において配設されている。
延長部分は、ワイヤ供給方向において分離された反対側の第１及び第２端部を有し、
ヘッド部分は、消耗電極に電圧を印加するように且つこれに電流を通過させるように構成された且つ延長部分の第１端部に対して近位となるように且つ延長部分の第２端部に対して遠位となるように構成された接触先端部分を有し、
消耗電極が電極組立体を通じて供給された際に、消耗電極のアーキング先端は、延長部分の第２端部に対して近位となるように且つ延長部分の第１端部に対して遠位となるように構成されており、且つ、
延長部分は、アーキング先端と接触先端部分の間において配設されている。
【0105】
４４．例４３の電極組立体であって、この場合に、電極組立体は、１２５ｍｍを超過するヘッド部分の端部において配設された接触先端部分と消耗電極のアーキング先端の間において計測される電気スティックアウト距離のために構成されている。
【0106】
４５．例４４の電極組立体であって、この場合に、電極組立体は、ヘッド部分の端部において配設された接触先端部分と消耗電極のアーキング先端の間において計測される電気スティックアウト距離と電極の直径の間の比率が３０を超過するように構成されている。
【0107】
４６．例４２の電極組立体であって、この場合に、中実絶縁材料は、セラミック材料を有する。
【0108】
４７．例４２の電極組立体であって、この場合に、絶縁スリーブは、接着剤層により、エンベロープに対して固定状態において装着されている。
【0109】
４８．例４７の電極組立体であって、この場合に、接着剤層は、蝋付けされた金属性結合部を有する。
【0110】
４９．サブマージアーク溶接電極組立体のために構成された延長部分であって、
非磁性材料から形成されたエンベロープと、
エンベロープ内において配設された且つ消耗電極を取り囲むように構成された中実絶縁材料を有する絶縁スリーブと、
を有し、
この場合に、延長部分は、電極組立体のヘッド部分と連続的に配置されるように且つヘッド部分から消耗電極を受け取るように構成されている。
非磁性材料から形成されたエンベロープと、
エンベロープ内において配設された且つ消耗電極を取り囲むように構成された中実絶縁材料を有する絶縁スリーブと、
を有し、
この場合に、延長部分は、電極組立体のヘッド部分と連続的に配置されるように且つヘッド部分から消耗電極を受け取るように構成されている。
【0111】
５０．例４９の延長部分であって、この場合に、延長部分は、１００ｍｍ超の長さを有する。
【0112】
５１．例４９の延長部分であって、この場合に、延長部分は、３ｍｍを超過する消耗電極の直径のために構成されている。
【0113】
５２．例５１の延長部分であって、この場合に、延長部分は、自身を通じて挿入された消耗電極を有する溶接の際に、ヘッド部分の一端において配設された接触先端部分と消耗電極のアーキング先端の間において計測される電気スティックアウト距離と電極の直径の間の比率が３０を超過するように構成されている。
【0114】
５３．例４９の延長部分であって、この場合に、絶縁スリーブは、セラミック材料から形成されている。
【0115】
５４．例４９の延長部分であって、この場合に、エンベロープは、実質的に非磁性鋼に基づいた材料から形成されている。
【0116】
５５．例５４の延長部分であって、この場合に、エンベロープは、ステンレス鋼から形成されている。
【0117】
５６．例４９の延長部分であって、この場合に、絶縁スリーブ及びエンベロープは、接着剤によって１つに保持されている。
【0118】
５７．例５６の延長部分であって、この場合に、接着剤層は、金属性フィラー材料を有する蝋付けされた結合部を有する。
【0119】
５８．被加工物を溶接する方法であって、
サブマージアーク溶接電極組立体を提供するステップであって、電極組立体は、
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、
ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設され、
延長部分は、中実絶縁材料が消耗電極を取り囲む状態において、溶接の際に被加工物から消耗電極を電気的に絶縁するように構成されている、ステップと、
アーキング先端が被加工物に隣接するように被加工物上において電極組立体を位置決めするステップと、
溶接の際のヘッド部分と消耗電極のアーキング先端の間の距離が１２５ｍｍを超過するように電極組立体を調節するステップと、
電流を電極組立体に提供するステップと、
を有する。
サブマージアーク溶接電極組立体を提供するステップであって、電極組立体は、
ヘッド部分と、連続的に配置された且つ自身を通じて消耗電極を供給するように構成された延長部分と、を有し、
ヘッド部分は、消耗電極のアーキング先端に対して遠位となるように配設され、且つ、延長部分は、消耗電極のアーキング先端に対して近位となるように配設され、
延長部分は、中実絶縁材料が消耗電極を取り囲む状態において、溶接の際に被加工物から消耗電極を電気的に絶縁するように構成されている、ステップと、
アーキング先端が被加工物に隣接するように被加工物上において電極組立体を位置決めするステップと、
溶接の際のヘッド部分と消耗電極のアーキング先端の間の距離が１２５ｍｍを超過するように電極組立体を調節するステップと、
電流を電極組立体に提供するステップと、
を有する。
【0120】
５９．例５８の方法であって、この場合に、延長部分は、１００ｍｍ超の長さを有する。
【0121】
６０．例５８の方法であって、この場合に、
被加工物は、４インチ超の深さを有する且つ１６度未満である頂点の角度を有する三角形トレンチを有し、
被加工物上において電極組立体を位置決めするステップは、延長部分が溝内に位置するように且つアーキング先端が頂点に接触するように電極組立体を位置決めするステップを有する。
被加工物は、４インチ超の深さを有する且つ１６度未満である頂点の角度を有する三角形トレンチを有し、
被加工物上において電極組立体を位置決めするステップは、延長部分が溝内に位置するように且つアーキング先端が頂点に接触するように電極組立体を位置決めするステップを有する。
【0122】
６１．例６０の方法であって、
アーキング先端が頂点に接触する状態において、延長部分が三角形トレンチの側壁に接触することなしに溝を通じて電極組立体を運動させるステップを更に有する。
アーキング先端が頂点に接触する状態において、延長部分が三角形トレンチの側壁に接触することなしに溝を通じて電極組立体を運動させるステップを更に有する。
【0123】
６２．例５８の方法であって、この場合に、電極組立体は、０．０５ポンド／時間／Ａを超過する堆積レート／電流を実現するように構成されている。
【0124】
６３．例５８の方法であって、この場合に、電極組立体は、９００Ａ未満の電流において３５ポンド／時間を超過する堆積レートを実現するように構成されている。
【0125】
６４．例５８の方法であって、この場合に、電極組立体は、ヘッド部分と消耗電極のアーキング先端の間の距離に跨って合計電圧降下の少なくとも５％だけ降下するように構成されている。
【0126】
６５．例５８の方法であって、この場合に、電極組立体は、溶接の際に最大で８００℃の温度に延長部分内のジュール加熱によって消耗電極を加熱するように構成されている。
【0127】
６６．被加工物上の溝内におけるサブマージアーク溶接用のマルチアーク溶接システムであって、この場合に、溝は、４インチを超過する深さと、１６度未満である頂点の角度と、を有する、システムにおいて、
第１電極組立体であって、
第１ヘッド部分、及び、
第１ヘッド部分と連続的に配置された第１延長部分であって、第１ヘッド部分及び第１延長部分は、自身を通じて第１消耗電極を供給するように構成されており、この場合に、第１延長部分は、非磁性材料から形成された第１ノズルボディと、ノズルボディ内において配設された且つ第１消耗電極を取り囲むように構成された中実絶縁材料を有する第１絶縁スリーブと、を有する、第１延長部分、
を有する第１電極組立体と、
第２電極組立体であって、
第２ヘッド部分、及び、
第２ヘッド部分と連続的に配置された第２延長部分であって、第２ヘッド部分及び第２延長部分は、自身を通じて第２消耗電極を供給するように構成されており、この場合に、第２延長部分は、非磁性材料から形成された第２ノズルボディと、第２ノズルボディ内において配設された第２絶縁スリーブと、を有し、この場合に、第２絶縁スリーブは、第２消耗電極を取り囲むように構成された中実絶縁材料を有する、第２延長部分、
を有する第２電極組立体と、
を有し、
この場合に、溶接の際に、第１及び第２電極組立体は、第１及び第２消耗電極の先端が、第１及び第２延長部分が溝の側壁に接触することなしに、溝の頂点に対して近接した状態において隣接するように、且つ、互いに近接した状態において隣接するように、溝内において位置決めされるように、構成されている。
第１電極組立体であって、
第１ヘッド部分、及び、
第１ヘッド部分と連続的に配置された第１延長部分であって、第１ヘッド部分及び第１延長部分は、自身を通じて第１消耗電極を供給するように構成されており、この場合に、第１延長部分は、非磁性材料から形成された第１ノズルボディと、ノズルボディ内において配設された且つ第１消耗電極を取り囲むように構成された中実絶縁材料を有する第１絶縁スリーブと、を有する、第１延長部分、
を有する第１電極組立体と、
第２電極組立体であって、
第２ヘッド部分、及び、
第２ヘッド部分と連続的に配置された第２延長部分であって、第２ヘッド部分及び第２延長部分は、自身を通じて第２消耗電極を供給するように構成されており、この場合に、第２延長部分は、非磁性材料から形成された第２ノズルボディと、第２ノズルボディ内において配設された第２絶縁スリーブと、を有し、この場合に、第２絶縁スリーブは、第２消耗電極を取り囲むように構成された中実絶縁材料を有する、第２延長部分、
を有する第２電極組立体と、
を有し、
この場合に、溶接の際に、第１及び第２電極組立体は、第１及び第２消耗電極の先端が、第１及び第２延長部分が溝の側壁に接触することなしに、溝の頂点に対して近接した状態において隣接するように、且つ、互いに近接した状態において隣接するように、溝内において位置決めされるように、構成されている。
【0128】
６７．例６６のシステムであって、この場合に、溶接の際に、第１及び第２電極組立体は、第１及び第２消耗電極の先端が３０ｍｍ未満となるように且つ第１及び第２電極組立体の間の角度が４０度未満となるように、溝内において位置決めされるように構成されている。
【0129】
６８．例６６のシステムであって、
第３電極組立体であって、
第３ヘッド部分、及び、
第３ヘッド部分と連続的に配置された第３延長部分、
を有する、第３電極組立体、
を更に有し、
この場合に、第３ヘッド部分及び第３延長部分は、自身を通じて第３消耗電極を供給するように構成されており、
この場合に、第３延長部分は、非磁性材料から形成された第３ノズルボディと、第２ノズルボディ内において配設された第３絶縁スリーブと、を有し、
この場合に、第３絶縁スリーブは、第３消耗電極を取り囲むように構成された中実絶縁材料を有し、且つ、
この場合に、溶接の際に、第３電極組立体は、第３消耗電極の先端が、第３延長部分が溝の側壁に接触することなしに、第１及び第２消耗電極の先端に近接状態において隣接するように、溝内において位置決めされるように構成されている。
第３電極組立体であって、
第３ヘッド部分、及び、
第３ヘッド部分と連続的に配置された第３延長部分、
を有する、第３電極組立体、
を更に有し、
この場合に、第３ヘッド部分及び第３延長部分は、自身を通じて第３消耗電極を供給するように構成されており、
この場合に、第３延長部分は、非磁性材料から形成された第３ノズルボディと、第２ノズルボディ内において配設された第３絶縁スリーブと、を有し、
この場合に、第３絶縁スリーブは、第３消耗電極を取り囲むように構成された中実絶縁材料を有し、且つ、
この場合に、溶接の際に、第３電極組立体は、第３消耗電極の先端が、第３延長部分が溝の側壁に接触することなしに、第１及び第２消耗電極の先端に近接状態において隣接するように、溝内において位置決めされるように構成されている。
【0130】
６９．例６６のシステムであって、この場合に、
第１電極組立体は、第１ヘッド部分に堅固に装着された第１フラックス供給システムを有し、
第２電極組立体は、第２ヘッド部分に堅固に装着された第２フラックス供給システムを有し、
第１及び第２フラックス供給システムは、フラックスを溝内に堆積させるように構成されており、且つ、
溶接の際に、第１及び第２フラックス供給システムは、溝の側壁に接触してはいない。
第１電極組立体は、第１ヘッド部分に堅固に装着された第１フラックス供給システムを有し、
第２電極組立体は、第２ヘッド部分に堅固に装着された第２フラックス供給システムを有し、
第１及び第２フラックス供給システムは、フラックスを溝内に堆積させるように構成されており、且つ、
溶接の際に、第１及び第２フラックス供給システムは、溝の側壁に接触してはいない。
【0131】
７０．例６６のシステムであって、この場合に、第１及び第２延長部分は、それぞれ、１００ｍｍ超の長さを有する。
【0132】
文脈がそうではないことを明瞭に必要としない限り、説明及び請求項の全体を通じて、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語及びこれらに類似したものは、排他的ではなく包括的な意味において又は網羅的意味において、即ち、「限定を伴うことなしに含む」の意味において、解釈することを要する。本明細書において一般的に使用されている「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語は、直接的に接続され得る又は１つ又は複数の中間要素を介して接続され得る２つ以上の要素を意味している。同様に、本明細書において一般的に使用されている「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」という用語も、直接的に接続され得る又は１つ又は複数の中間要素を介して接続され得る２つ以上の要素を意味している。これに加えて、「本明細書において（ｈｅｒｅｉｎ）」、「以上の（ａｂｏｖｅ）」、「以下の（ｂｅｌｏｗ）」という用語、並びに、類似の取り込みの用語は、本出願において使用された際に、本出願の任意の特定の一部分ではなく、全体として本出願を意味することになる。また、文脈が許容している場合に、単数又は複数を使用する上述の「詳細な説明」における用語は、それぞれ、複数又は単数を含み得る。２つ以上の項目のリストを参照する「又は（ｏｒ）」という用語は、リスト内の項目の任意のもの、リスト内の項目のすべて、及びリスト内の項目の任意の組合せという用語の解釈のすべてをカバーしている。
【0133】
更には、その他のものに加えて、「できる（ｃａｎ）」、「できるであろう（ｃｏｕｌｄ）」、「であってもよいであろう（ｍｉｇｈｔ）」、「であってもよい（ｍａｙ）」、「例えば（ｅ．ｇ．）」、「例えば（ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ）」、「などの（ｓｕｃｈ ａｓ）」、及びこれらに類似したものなどの本明細書において使用されている条件付き言語は、そうではない旨が具体的に主張されていない限り、或いは、使用されている文脈内においてそうではない方式で理解されない限り、その他の実施形態が包含しない状態において、特定の実施形態が特定の特徴、要素、及び／又は状態を含むことを伝達することを一般的に意図している。従って、このような条件付き言語は、一般的に、特徴、要素、及び／又は状態が任意の方式で１つ又は複数の実施形態のために必要とされていること、或いは、これらの特徴、要素、及び／又は状態が含まれるかどうか又は任意の特定の実施形態において実行されることを要するかどうか、を意味することを意図してはいない。
【0134】
特定の実施形態が記述されているが、これらの実施形態は、例示を目的としてのみ提示されており、且つ、本開示の範囲を限定することを意図したものではない。実際に、本明細書において記述されている新規の装置、方法、及びシステムは、様々なその他の形態において実施されてもよく、更には、本開示の精神を逸脱することなしに、本明細書において記述されている方法及びシステムの形態における様々な省略、置換、及び変更を実施することができる。例えば、ブロックは、所与の構成において提示されているが、代替実施形態は、異なるコンポーネント及び／又は回路トポロジーを伴って類似の機能を実行することができると共に、いくつかのブロックの削除、移動、追加、サブ分割、組合せ、及び／又は変更を実行することができる。これらのブロックのそれぞれは、様々な異なる方法によって実装することができる。更なる実施形態を提供するために、上述の様々な実施形態の要素及び行為の任意の適切な組合せを組み合わせることができる。上述の様々な特徴及びプロセスは、互いに独立的に実装されてもよく、或いは、様々な方法で組み合わせられてもよい。本開示の特徴のすべての可能な組合せ及びサブ組合せは、本開示の範囲に含まれるものと解釈されたい。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【国際調査報告】