JP2015522426A - Method and system for starting and stopping hot wire processing - Google Patents
Method and system for starting and stopping hot wire processing Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015522426A JP2015522426A JP2015522184A JP2015522184A JP2015522426A JP 2015522426 A JP2015522426 A JP 2015522426A JP 2015522184 A JP2015522184 A JP 2015522184A JP 2015522184 A JP2015522184 A JP 2015522184A JP 2015522426 A JP2015522426 A JP 2015522426A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wire
- workpiece
- arc
- current
- pool
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 132
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 65
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 59
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 52
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 51
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 22
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 18
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 6
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 3
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 abstract 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 14
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 9
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000005552 hardfacing Methods 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/10—Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
- B23K9/1093—Consumable electrode or filler wire preheat circuits
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
- B23K10/02—Plasma welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/1423—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the flow carrying an electric current
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
- B23K26/211—Bonding by welding with interposition of special material to facilitate connection of the parts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/346—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
- B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K28/00—Welding or cutting not covered by any of the preceding groups, e.g. electrolytic welding
- B23K28/02—Combined welding or cutting procedures or apparatus
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/10—Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
- B23K9/124—Circuits or methods for feeding welding wire
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
- B23K9/133—Means for feeding electrodes, e.g. drums, rolls, motors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
ホットワイヤ(140)処理を開始及び/又は停止させるための方法及びシステム(100)。ホットワイヤシステムは、フィラーワイヤ(140)を保持するための接触管(160)を含むフィラーワイヤ供給機(150)、ワイヤ供給機構、ワイヤに加熱電流を加えるための電源(130,170);及び、供給機構及び電源(130,170)に結合された制御部(180)を含む。制御部(180)は、ホットワイヤ処理(280,380)を始めるためにアークを使って溶融溜り(116,117)を形成するために、ワイヤ(140)への加熱電流を調整し、ワイヤをワークピース(115)に対して位置決めするように構成される。制御部はまた、ホットワイヤ処理を停止する場合に、安定した方法でワイヤを溶融溜りの外へ後退させるように、溶融溜りへのワイヤの供給を調節し、ワイヤへの電流を調節及び/又は脈動の一つを行うように構成されてもよい。A method and system (100) for starting and / or stopping hot wire (140) processing. A hot wire system includes a filler wire feeder (150) including a contact tube (160) for holding a filler wire (140), a wire feed mechanism, a power source (130, 170) for applying a heating current to the wire; and , Including a controller (180) coupled to the supply mechanism and the power source (130, 170). The controller (180) adjusts the heating current to the wire (140) to form the molten pool (116, 117) using an arc to initiate the hot wire process (280, 380) and Configured to position relative to the workpiece (115). The controller also adjusts the supply of wire to the melt pool, adjusts the current to the wire and / or adjusts the wire to retract out of the melt pool in a stable manner when hot wire processing is stopped. It may be configured to perform one of the pulsations.
Description
本出願は、2011年8月17日に出願された米国特許出願第13/212,025号への優先権の利益を主張する部分継続出願である。当該米国特許出願は、2009年1月13日に出願された米国特許出願第12/352,667号の部分継続出願である。これら米国特許出願のそれぞれは、その全体が参照により取り込まれる。 This application is a partial continuation application that claims the benefit of priority to US patent application Ser. No. 13 / 212,025, filed Aug. 17, 2011. This US patent application is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 12 / 352,667, filed Jan. 13, 2009. Each of these US patent applications is incorporated by reference in its entirety.
本発明は、請求項1によるホットワイヤ処理(process)開始の方法、請求項11乃至14によるホットワイヤシステム及び請求項15によるホットワイヤ停止の方法に関する。対象の発明は、概してホットワイヤ処理を開始及び/又は停止させるためのシステム及び方法に関する。そのホットワイヤ処理は、例えば、被覆(overlaying)用途、溶接(welding)用途及び/又はその他の接合(joining)用途において使用される。より具体的には、ある複数の実施形態は、被覆用途、接合用途及び溶接用途のうちのいずれか一つのために、制御されたフィラーワイヤ供給機及びエネルギー源を高強度エネルギー源と組み合わせて使用して、ホットワイヤ処理を開始及び/又は停止させるためのシステム及び方法に関する。
The invention relates to a hot wire process start method according to
ホットワイヤ処理又はフィラーワイヤ処理において、高強度エネルギー源、例えば、レーザー、非消耗タングステン電極又はその他の高エネルギーアーク又はプラズマ処理が、ワークピース(被加工材)を加熱及び融解させて溶融溜り(puddle)(若しくは溶融パドル)を形成するために使用される。フィラーワイヤは、ワークピース及び溶融溜りに向かって前進させられる。ワイヤは、ワイヤがその融点に接近又は到達し且つ溶融溜りに接触するように、別個のエネルギー源によって抵抗加熱される。加熱されたワイヤは、ホットワイヤ処理の実行のために溶融溜りの中に供給される。その結果、単純にフィラーワイヤを溶融溜りの中に融解させることにより、フィラーワイヤのワークピースへの移動が起こる。代替的に、フィラーワイヤは、ワイヤが溶融溜りに入るときに固体であってもよい。例えば、フィラーワイヤの30%は、ワイヤが溶融溜りに入るときに固体であり得る。フィラーワイヤはその融点で又はその融点の近くまで予め加熱されているので、溶融溜り内のその存在は、溜りを認め得るほどに冷却すること又は固化させることはなく、速やかに溶融溜りの中に吸収される。ホットワイヤ処理を始める又は停止させることに関連する一つの問題は、ワイヤを溶融溜りに導入又は溶融溜りから後退させるそれぞれの場合の、ワイヤスパッター(跳ね)の発生である。その完全な形成より前は、溶融溜りは不安定であり、ワイヤの溶融溜りの中への導入から生ずるワイヤスパッターに結果する。ワイヤ導入の時点の溜りの不安定性は、図7に示されたホットワイヤ処理の電圧、電流又は電力のトレースにおいて見られ得る。図7に示されるものは、既知のホットワイヤ処理の始まりでの、電圧/電流/電力のトレースにおける振動である。電圧のトレースにおける振動は、少なくとも部分的に、溶融溜りの不完全な形成によるワイヤとワークピースとの間での度重なるアーク事象による。ホットワイヤ処理の終わりで、ワイヤスパッターを防止するために、ワイヤは溶融溜り内に維持される。しかし、ワイヤを溜りから分離するために、ホットワイヤ処理は停止されなければならず、ワイヤは切断されなければならない。したがって、溶融溜りにワイヤを導入するか又は溶融溜りからワイヤを後退させる場合のワイヤスパッターを最小化する、ホットワイヤ処理を開始及び/又は停止に対する必要性が存在する。 In hot wire processing or filler wire processing, a high intensity energy source, such as a laser, a non-consumable tungsten electrode or other high energy arc or plasma treatment, heats and melts the workpiece (workpiece) and puddles. ) (Or melted paddle). The filler wire is advanced toward the workpiece and the molten pool. The wire is resistively heated by a separate energy source so that the wire approaches or reaches its melting point and contacts the molten pool. The heated wire is fed into the molten pool for hot wire processing. As a result, the filler wire moves to the workpiece by simply melting the filler wire into the melt pool. Alternatively, the filler wire may be solid when the wire enters the molten pool. For example, 30% of the filler wire can be solid when the wire enters the molten pool. Since the filler wire is preheated at or near its melting point, its presence in the melt pool does not cool or solidify appreciably, but quickly enters the melt pool. Absorbed. One problem associated with starting or stopping hot wire processing is the occurrence of wire spatter in each case where the wire is introduced into or retracted from the melt pool. Prior to its complete formation, the melt pool is unstable, resulting in wire sputtering resulting from the introduction of the wire into the melt pool. Pool instability at the time of wire introduction can be seen in the voltage, current or power traces of the hot wire process shown in FIG. Shown in FIG. 7 is the oscillation in the voltage / current / power trace at the beginning of a known hot wire process. The oscillations in the voltage trace are due, at least in part, to repeated arcing events between the wire and the workpiece due to incomplete formation of the melt pool. At the end of the hot wire process, the wire is maintained in the molten pool to prevent wire spattering. However, in order to separate the wire from the pool, the hot wire process must be stopped and the wire must be cut. Thus, there is a need for starting and / or stopping hot wire processing that minimizes wire spatter when introducing or retracting wires from the molten pool.
従来の、伝統的及び提案された複数のアプローチの更なる限界及び不都合は、本出願の残りの部分において図面を参照して説明されるように、そのようなアプローチと本発明の複数の実施形態との比較を通じて、当業者にとって明らかになるであろう。 Further limitations and disadvantages of conventional, traditional and proposed approaches are described in the remainder of this application with reference to the drawings, such approaches and embodiments of the invention. And will be apparent to those skilled in the art.
本発明の一つの目的は、これらの限界及び不都合を克服することである。 One object of the present invention is to overcome these limitations and disadvantages.
この課題は、請求項1によるホットワイヤ処理の開始の方法によって、請求項11乃至14によるホットワイヤシステムによって及び請求項15によるホットワイヤ処理の停止の方法によって解決される。本発明の好ましい複数の実施形態は、下位の請求項の対象である。本発明の複数の実施形態は、フィラーワイヤ供給機及びエネルギー源システムの組合せを開始及び停止させるためのシステム及び方法を含む。本発明の第一の実施形態は、フィラーワイヤとワークピースとの間のホットワイヤ処理の方法を提供する。対象の方法は、開始プロセスを有する。その開始プロセスは、ワークピースに溶融溜りを形成するように、フィラーワイヤとワークピースとの間にアークを確立させるステップ;ワイヤから離れた高強度エネルギー源によって、溶融溜りを維持するステップ;アーク電圧を確立させた時点でワイヤを溶融溜りの中に前進させるステップ、及びホットワイヤ処理のために、アークを終わらせ、ワイヤを大体その融点の状態に至らせるようにワイヤに加熱電流を加えるステップ、を含む。方法の更なる実施形態によれば、感知信号は3ボルトの開路電圧である。方法の更なる実施形態によれば、高強度エネルギー源は、アーク発生源である。本発明による課題は、フィラーワイヤの遠位側端をワークピースに対して前進及び後退させるための供給機を有するホットワイヤシステムによっても解決される。システムは、ワイヤ、感知信号、アーク発生電流及び加熱電流に適用するための電源を更に有する。システムは、ホットワイヤ処理を開始するために供給機及び電源に結合された制御部を更に有する。制御部は、ワイヤをワークピースに対して位置決めし、感知信号のそれぞれを制御する。アーク発生信号及び加熱電流は、ワイヤの遠位側端をワークピースに向かって前進させ、遠位側端がワークピースに接触しているときを決定するように、感知信号を調整することを含む。システムは、遠位側端とワークピースとの間にアークを形成して溶融溜りを形成するように、ワイヤの遠位側端をワークピースから後退させ、アーク発生電流を調整することを更に含む。システムは、ワイヤを溶融溜りの中に融解させるように、ワイヤを溶融溜りの中に前進させ、加熱電流を調整することを更に含む。システムは、溶融溜りに熱を与えるための高強度エネルギー源を更に含む。システムの一つの好ましい実施形態によれば、電源は、感知信号を加えるための第一の電力供給源、アーク発生電流を加えるための第二の電力供給源及び加熱電流を加えるための第三の電力供給源を含む複数の電力供給源を包含する。
This problem is solved by the method for starting hot wire processing according to
一つの他の実施形態は、加熱電流にフィラーワイヤをワークピースの溶融溜りの中に融解させるホットワイヤ処理を停止させる方法を提供する。停止方法は、ワイヤの溶融溜りの中への供給速度を低下させるステップ及び溶融溜りを高強度エネルギー源によって維持するステップを含む。一つの態様において、停止方法は、ワイヤへの加熱電流を停止させるステップ、及びワイヤの遠位側端が溶融溜りから取り除かれるように、複数の電流パルスをワイヤに加えるステップを更に含む。停止方法の一つの他の態様又は代替的な方法は、ワイヤを溶融溜りから後退させるステップ、ワイヤとワークピースとの間のアークの形成を感知するステップ、及びアークが形成される前にワイヤへの加熱電流を終了させるステップを含む。停止方法の一つの更に他の態様又は代替的な方法において、ワイヤは、ワイヤに加えられた加熱電流の少なくとも一部(some)によって、ワイヤエクステンションを溶融溜り内に残すようにワイヤが溶融溜りから離れ、分離するように、溶融溜りから後退させられる。高強度エネルギー源からのエネルギーは、エクステンションを溶融溜りの中に融解させるように、ワイヤエクステンションに加えられる。 One other embodiment provides a method for stopping a hot wire process that causes a heating current to melt a filler wire into a molten pool of workpieces. The stopping method includes reducing the feed rate of the wire into the molten pool and maintaining the molten pool with a high intensity energy source. In one aspect, the stopping method further includes stopping the heating current to the wire and applying a plurality of current pulses to the wire such that the distal end of the wire is removed from the molten pool. One other aspect or alternative method of stopping is to retract the wire from the melt pool, to sense the formation of an arc between the wire and the workpiece, and to the wire before the arc is formed. Ending the heating current. In yet another aspect or alternative of the stopping method, the wire is removed from the melt pool such that at least some of the heating current applied to the wire leaves the wire extension in the melt pool. Retracted from the pool to separate and separate. Energy from a high intensity energy source is applied to the wire extension so as to melt the extension into the molten pool.
特許請求される発明のこれら及び他の特徴、並びに、説明されるこれらの複数の実施形態の詳細は、以下の記述及び図面からより完全に理解されるであろう。 These and other features of the claimed invention, as well as the details of these described embodiments will be more fully understood from the following description and drawings.
本発明の上記及び/又はその他の複数の態様は、添付の図面を参照して本発明の例示的な複数の実施形態を詳細に記述することにより明らかになるであろう。
本発明の例示的な複数の実施形態が、これから添付の図面への参照により以下に記述される。記述される例示的な実施形態は、本発明の理解を助けることを意図しており、如何なる点においても本発明の範囲を限定するように意図されていない。同様の参照番号は、本明細書を通じて同様の要素を参照する。 Exemplary embodiments of the present invention will now be described below with reference to the accompanying drawings. The illustrative embodiments described are intended to aid in understanding the invention and are not intended to limit the scope of the invention in any way. Like reference numbers refer to like elements throughout the specification.
図1は、ホットワイヤ処理を実行するためのシステム100の一つの例示的な実施形態の模式的な機能ブロック図を示す。用語“ホットワイヤ処理”は、本明細書において広い意味で用いられ、被覆、溶接又は接合を含む如何なる用途であっても参照し得る。より具体的には、ホットワイヤ処理は、被覆、溶接及び/又は接合を実行するために、フィラーワイヤを(例えば抵抗加熱を使用して)加熱することを含む。被覆処理は、ろう付け(brazing)、クラッディング(cladding)、肉盛(building up)、充填(filling)及びhard-facing を含み得る。例えば、“ろう付け”用途において、フィラー金属は、毛細管現象によって、近接して適合している接合部の複数の表面の間に広げられる。一方で、“ブレイズ溶接”において、フィラー金属の塗布は隙間の中に流れさせられる。しかしながら、本明細書において使用される場合、両方の技術は、被覆用途として広く参照される。システム100は、ワークピース115と接触するための、少なくとも一本の加熱されたフィラーワイヤ140を供給することが可能なホットフィラーワイヤ供給機サブシステムを含む。もちろん、本明細書におけるワークピース115への参照により、ワークピースに形成された溶融溜り116はワークピース115の一部であると考えられ、それ故にワークピース115との接触への参照は、溜りが存在する限り、溜りとの接触を含むことが理解される。
FIG. 1 shows a schematic functional block diagram of one exemplary embodiment of a
ホットフィラーワイヤ供給機サブシステムは、フィラーワイヤ供給機150、接触管160及びホットワイヤ電源170を含む。ワイヤ140は、フィラーワイヤ供給機150から接触管160を通り、ワークピース115に向かって供給され、管160を超えて延びる。ホットワイヤ電源170は、パルス状直流(DC)電源であってもよい。とはいえ、交流(AC)電源又はその他の種類の電源も同様に可能である。それに応じて、電源170は、ワイヤ140に電圧信号又は電流信号のうちのいずれか一つを加えるように運転されてもよい。電源170は単一の電力供給源を含んでもよいが、又は、以下により詳細に記述されるように、様々な電流を加えるか又は様々な電圧を確立するために一つより多い電力供給源を含んでもよい。図面及び本明細書における解説は“ワイヤ”140を参照するが、この用語は広く消耗品を意味すると意図され、その消耗品は伝統的に円筒状に成形されたワイヤ(単線(solid)又は芯入りであってもよい)であるか、又はそれはまたクラッディング用にしばしば使用される種類のようなストリップ消耗品であってもよいことが、留意されるべきである。しかしながら、明りょうさのために、消耗品140は本明細書において“ワイヤ”として参照されることがある。
The hot filler wire feeder subsystem includes a
より詳細に以下に記述される、対象の開始工程の一つの態様において、電源170は、ワークピースへのワイヤの接近を決定するための感知信号をワイヤ140に加えるように運転される。対照の方法の一つの他の態様において、電源は、ワイヤとワークピースとの間のアークを確立する(establish)ために十分な電流をワイヤに加える。一つの更に他の態様において、フィラーワイヤ140は、ホットワイヤ電源170からの電流によって抵抗加熱される。ホットワイヤ電源170は、接触管160とワークピース115との間に動作的に接続される。
In one aspect of the subject initiation process, described in more detail below, the
例示的なシステム100は、制御サブシステム195を更に含む。制御サブシステム195は、ワークピース115とホットワイヤ140との間の電位差(すなわち、電圧V)及びワークピース115及びホットワイヤ140を通る電流(I)を測定することが可能である。少なくとも一つの例示的な実施形態において、制御サブシステム195は、状態に基づく電流感知制御部として具体化されてもよく、例えば出力電流、電圧及び/又は電力のような電源の機能を調整するように、ワークピース115、接触管160及びホットワイヤ電源170に動作的に接続される。制御サブシステム195は、より詳細に以下に記述されるように、システムの他の側面及び/又は例えばレーザーサブシステム、ワイヤ又は溜りのようなホットワイヤ処理を調整又は監視するための第二の制御部又は並列の制御部を含んでもよい。したがって、例示的な感知及び電流制御サブシステム195は更に、測定された電圧及び電流から、電圧、電流及び電力の積分及び導関数と共に、抵抗値(R=V/I)及び電力値(P=V*I)を計算することが可能であり得る。概して、ホットワイヤ140がワークピース115と接触する場合は、ホットワイヤ140とワークピース115との間の電位差は、ゼロボルトであるか又はゼロボルトに極めて近い。一つの結果として、感知及び電流制御サブシステム195は、抵抗性のフィラーワイヤ140がワークピース115と接触するときを感知することができる。そのうえに、対象の開始方法/停止方法の一つ又はそれ以上の態様と共により詳細に以下に記述されるように、制御部サブシステム195は、感知に応答して、そのホットワイヤ電源170への接続を用いて、抵抗性のフィラーワイヤ140を通る電流の流れを制御することが可能である。
The
図1に示される例示的な実施形態において、システム100は、レーザーサブシステムを更に含む。レーザーサブシステムは、例えば溶融溜りをワークピースに維持するために、ワークピース115上にレーザービーム110の焦点を合わせてワークピース115を加熱することが可能である。レーザーサブシステムは、互いに動作的に接続されたレーザー装置120及びレーザー電源130を含む。レーザー電源130は、レーザー装置120を動作させるための電力を供給する。制御部、例えば制御サブシステム195の一部としての又は制御サブシステム195から分離した、第二の、並列の、状態に基づく制御部は、レーザー電源130の機能を調整するために設けられてもよい。そのレーザー電源130の機能は、例えば、リアルタイムで個々に、又はホットワイヤ電源170と同期化された動作のために、電流、電圧又は電力の出力を含んでもよい。レーザーサブシステムは、二酸化炭素、Nd:YAG、Yb−ディスク、YB−ファイバー、ファイバー伝達又は直接の半導体レーザーシステムを含むがこれらに限定されない、如何なる種類の高絵ネルギーレーザー供給源であってもよい。レーザーサブシステムはまた、より広く高強度エネルギー源である。高強度エネルギー源はレーザービーム及び電源を有するレーザーサブシステムとして記述されているが、如何なる高強度エネルギー源であっても使用され得ることが理解されるべきである。例えば、高強度エネルギー源は、少なくとも500W/cm2を供給することができる。高強度エネルギー源の他の実施形態は、高強度エネルギー源として働く電子ビーム、プラズマアーク溶接サブシステム、ガスタングステンアーク溶接サブシステム、ガス金属アーク溶接サブシステム、フラックスコアードアーク溶接サブシステム及びサブマージアーク溶接サブシステムのうちの少なくとも一つを含んでもよい。
In the exemplary embodiment shown in FIG. 1,
溶接用途のために、レーザービーム110は十分にそのエネルギーの強度が高く、ワークピース115の母材(base metal)のいくらかを融解し且つ/或いはワイヤ140を融解してワークピース115の上に落とす。本明細書において記述される対象の方法のために、レーザービーム110はフィラーワイヤ140の状態と協調して溶融溜りを維持する。電源170は、ホットワイヤ処理の実行のためにフィラーワイヤ140を抵抗融解するのに必要とされるエネルギーの大部分を供給するように構成される。そのうえに、しかしながら、本明細書において特定の複数の実施形態に関して記述されるように、電源170及び供給機サブシステムは、ホットワイヤ処理を開始(initiate)するように、より具体的にはワークピース115における溶融溜りの形成を開始するように、制御及び運転される。加えて、電源70及び供給機サブシステムは、ホットワイヤ処理を終わらせて、溶融溜りからのワイヤの分離を準備するように構成される。
For welding applications, the
システム100は、運動制御サブシステムを更に含む。運動制御サブシステムは、レーザービーム110(エネルギー源)及び抵抗性フィラーワイヤ140を(少なくとも相対的な意味で)ワークピース115に沿って同一の方向125に動かし、レーザービーム110及び抵抗性フィラーワイヤ140が互いに固定された関係のままでいるようにすることが可能である。ワークピース115とレーザー/ワイヤの組合せとの間の相対的な運動は、ワークピース115を動かすこと又はレーザー装置120及びホットワイヤ供給機サブシステムを動かすことによって達成されることができる。例えば、図1に見られるように、運動制御サブシステムは、操作可能に(operatively)ロボット190に接続された運動制御部180を含む。運動制御部180は、ロボット190の運動を制御する。ロボット190は、ワークピース115に動作的に接続されて(例えば、機械的に固定されて)おり、レーザービーム110及びワイヤ140がワークピース115に沿って効果的に進むように、ワークピース115を方向125に動かす。本発明の一つの実施形態によれば、運動制御部180は更に、レーザー電源130及び/又は感知及び電流制御部195に動作的に接続されてもよい。この方法において、運動制御部180及びレーザー電源130は、互いに通信して、システム100の様々なサブシステムの間の活動を協調させてもよい。
図1(及び後述の図1A)は熱供給源(レーザー)を進行方向においてホットワイヤの上流に図示するが、本発明の複数の実施形態は、この関連で限定されないことが留意されるべきである。特に、ホットワイヤは、処理中に熱供給源の上流で溜りに入ってもよい。 Although FIG. 1 (and FIG. 1A below) illustrates a heat source (laser) upstream of the hot wire in the direction of travel, it should be noted that embodiments of the present invention are not limited in this regard. is there. In particular, the hot wire may enter the pool upstream of the heat source during processing.
さらに、前に記述されたように、図1及び図1Aにおいてレーザーシステムが示されているけれども、本発明の複数の実施形態は、レーザーシステムの使用に限定されない。特に、前に記述されたように、本発明の複数の実施形態はまた、非消耗タングステン電極又はその他の高エネルギーアークのいずれか一つを使用することもでき、又はプラズマ処理が使用されることができる。例えば、本発明の例示的な複数の実施形態において、レーザー電源130及びレーザー120は、溶融溜りを作り出すためにMIG又はGMAW処理が使用されるように、GMAW電源及びトーチに置き換えられてもよい。そのような実施形態において、MIG/GMAW処理は溶融溜りを作り出すことになり、ホットワイヤ処理は本明細書において開示及び説明されるように実施されることになる。効率性のために、後述の例示的な複数の実施形態は、レーザーサブシステムを参照する。しかしながら、これは例示を意図しており、本明細書において記述されるシステム100の制御、統合及び動作は、溶融溜りを作り出している高出力エネルギー源に関わらず類似する。
Further, as described previously, although a laser system is shown in FIGS. 1 and 1A, embodiments of the present invention are not limited to the use of a laser system. In particular, as previously described, embodiments of the present invention can also use any one of non-consumable tungsten electrodes or other high energy arcs, or that plasma treatment is used. Can do. For example, in exemplary embodiments of the present invention,
図1Aにおいて示されるものは、ワークピース115上の溶融溜り116の場所でのホットワイヤ処理の詳細な図である。より具体的には、示されるものは溶融溜り116を維持しているレーザービーム110と、溶融溜り116の中に位置付けられ、前進させられる加熱されたフィラーワイヤ140である。概して、ホットワイヤ処理を開始する方法の一つの実施形態は、フィラーワイヤ140をワークピース115の近傍の中に運び、それらの間に、ワークピースを融解して溶融溜り116を形成するために十分なアークを形成することに備える。安定した形成の溶融溜り116により、ワイヤへの電流は、ワイヤを融解させるか又はほぼ融解させるために十分であるが、ワイヤとワークピースとの間のアークをもたらすためには十分でないレベルまで低減される。代わりに、レーザーが溶融溜り形成を維持し、ホットワイヤ処理を完成させるためにワイヤが溶融溜りの中に前進させられる。したがって、対象の工程の一つの具体的な態様において、ワイヤ材料の溜り116への安定的な移行は、工程の中への直接的なワイヤ140の融解によって、より具体的には、ワイヤから溜りへの材料の液滴による移行によってではなく、起こる。
Shown in FIG. 1A is a detailed view of hot wire processing at the location of the
溶融溜り116の安定性は、間接的な方法によって決定されてもよい。その方法は、例えば、ワイヤ速度、電圧又は電流のフィードバックを含んでもよい。より具体的には、ホットワイヤ処理の開始時には、供給機150は、所望の且つ既知のワイヤ供給速度まで立ち上がる。そのワイヤ供給速度から、溜りの中に供給されたワイヤの量及び溶融溜り116の寸法が決定されることができる。溜りの中に供給されたワイヤの量及び溶融溜り116の寸法から、ホットワイヤ処理を開始するための、望ましい開始点を決定することができる。すなわち、所望の量のワイヤが溶融溜り116に加えられ、溜りの中に融解された全ワイヤに基づいて溜りの寸法が計算されることができる。所与の溜りの寸法のために、溜りは、安定的なホットワイヤ処理ができる状態になっている。それに加えて又は代替的に、電源からの実際の電圧及び/又は電流出力のフィードバックは、安定した溜り形成を示すことができる。さらに代替において、溜り形成に対する経過時間に関する過去のデータ(historic data)又は経験が、使用されてもよい。
The stability of the
より詳細に以下に記述されるように、対象のホットワイヤ処理は、溶融溜り117を形成するためのワイヤ140とワークピース116との間のアークによって開始される。したがって、一つの態様において、ホットワイヤ処理は、溜り形成のためのワイヤとワークピースとの間のショートアーク移転モード又は技術を用いることによって開始される。個別の短絡事象の安定性、又は複数の短絡事象の間の時間は、安定した溜り形成の指標となる。安定した溶融溜り116は、ワイヤ140とワークピース115との間のアークが溜りの外形(すなわち、幅、厚さ、体積等)に永続的な変化を引き起こすために十分に大きな場合に実現されることができる。
As described in more detail below, subject hot wire processing is initiated by an arc between
熱入力がピークに達し、微小なアークが始まるにときに、微小なアークの“フラッシュ”が、溜り内の波紋を生じさせ得る。溜りが十分に大きければ、その波紋は溜りの中で動きが止まる。一つの態様において、アーク強度及び/又は熱入力は、“止められた”材料を溜りの外へ吹き飛ばし得る程大きく、溜りは薄くなる。この個別的なアプローチは、ホットワイヤ開始工程を速度又はその他の状態から独立したものにする。 When the heat input reaches a peak and the minute arc begins, a “flash” of the minute arc can cause ripples in the reservoir. If the pool is large enough, the ripple stops moving in the pool. In one embodiment, the arc strength and / or heat input is so great that the “stopped” material can be blown out of the reservoir and the reservoir is thinned. This individual approach makes the hot wire initiation process independent of speed or other conditions.
一つの他の実施形態において、ホットワイヤ処理及び溜り形成は、適応制御を用いたパルス技術を使って開始されてもよい。適応制御は、例えば、The Lincoln Electric Companyのパルスガス金属アーク溶接(GMAW−P)において使用される。パルスガス金属アーク溶接は、"Process: Pulsed Spray Metal Transfer"と表題を付けられた、Lincoln electric Waveform Control Technology出版物,NX-2.70(2004年8月)において示され、記述されている。当該出版物は参照によりその全体が取り込まれる。ワイヤとワークピースとの間に用いられる適応制御の波形は、立ち上げられたピーク値電圧又は電圧が安定化したか若しくは所望の値に到達した時間を示す。さらに代替において、パルスの数の計数又は所望の電流値が決定されてもよく、それらは、ホットワイヤ処理を開始するための、ワイヤ供給速度及び溜りが安定化する時点を間接的に示し得る。 In one other embodiment, hot wire processing and puddle formation may be initiated using a pulse technique with adaptive control. Adaptive control is used, for example, in The Lincoln Electric Company's Pulsed Gas Metal Arc Welding (GMAW-P). Pulse gas metal arc welding is shown and described in the Lincoln electric Waveform Control Technology publication, NX-2.70 (August 2004), entitled "Process: Pulsed Spray Metal Transfer". The publication is incorporated in its entirety by reference. The adaptive control waveform used between the wire and the workpiece indicates the peak voltage or voltage that has been ramped up or the time that the voltage has stabilized or reached the desired value. In a further alternative, a count of the number of pulses or a desired current value may be determined, which may indirectly indicate the wire feed rate and the point at which the pool stabilizes for initiating hot wire processing.
図2は、図1のシステム100によって使用される始動方法200の一つの実施形態を、より具体的に示す。ステップ210において、電源170によって感知電圧が確立される。そして、ステップ220において、少なくとも一本のフィラーワイヤ140の遠位側端が、ワイヤ供給機150によってワークピース115に向かって前進させられる。一つの特定の実施形態において、感知電圧は、制御サブシステム195の命令の下でワイヤ電源170によってワイヤ140に加えられる感知信号による開路電圧(OCV)である。例えば、感知及び電流制御部195は、感知電圧、例えば24Vから70Vの範囲の開路感知電圧を確立させるように、ホットワイヤ電源170に命令してもよい。しかしながら、他の例示的な実施形態において、より小さな感知電圧が使用されてもよい。例えば、感知電圧は3Vから15Vの範囲であってもよい。一つの他の例示的な実施形態において、感知電圧は5Vから15Vの範囲であり、一つの更に他の実施形態において、5Vから8Vである。
FIG. 2 illustrates more specifically one embodiment of a start-up
一つの特定の態様又は実施形態における感知電圧は、ワイヤ140の種類に関連して変化するものであってもよい。例えば、ステンレスワイヤに関する感知電圧は、6Vから9Vの範囲内に設定されてもよい。より高いニッケルワイヤ(より高い抵抗を有する)において、感知電圧は、わずかに高い電圧、すなわち鉄はわずかに低い電圧で設定又は操作されてもよい。代替的に、例えば、ワイヤ140が、ワイヤ芯と同じだけ伝導性ではない外側のコーティングを有する、より大きな押出しワイヤである場合に、5Vから15Vの範囲の外側の適切な感知電圧が用いられてもよい。そのような場合、感知電圧は、20Vに達してもよい。したがって、適切な感知電圧は、閾値電圧を規定してもよく、閾値電圧以上では、ワイヤ140とワークピース115との間のアークが存在し、閾値電圧以下では、電流が低減されるか又は切断され、“ホットワイヤ”の状態又はレベルに戻ってもよい。
The sensing voltage in one particular aspect or embodiment may vary with respect to the type of
さらに、本発明の例示的な複数の実施形態において、加えられた感知信号は、ワイヤ140を認め得るほどに加熱するために十分なエネルギーを供給しない。フィラーワイヤに感知信号を加える電源の一つの例示的な実施形態は、米国特許公開公報第2010/0176109号において示され、記述されている。当該公報は、参照によりその全体が取り込まれる。もちろん、他の実施形態において、感知信号/電圧が加えられている間に、少なくともいくらかの加熱が生じてもよい。
Further, in exemplary embodiments of the present invention, the applied sensing signal does not provide sufficient energy to appreciably heat the
再び図2を参照すると、ワイヤがワークピース115に向かって前進させられる間に、ワイヤ140とワークピース115との間の接触がなされた場合に電圧の変化が検出されることができるように、感知又は電圧信号が監視される。前述されたように、ワイヤ140の遠位側端がワークピース115から離間したいくつかの実施形態において、測定されたOCVは3ボルト以上になる。始動方法の第一の決定ステップ230において、ワイヤの遠位側端がワークピース115と接触したかどうかについて決定がなされる。そのような感知は、フィラーワイヤ140とワークピース115との間の電位差としてのOCVの変化を感知すること、及び電流制御部195がOCVの変化を測定又は監視するによって達成されてもよい。フィラーワイヤ140の遠位側端がワークピース115に対して短絡させられる(すなわち、ワークピースと接触する)場合、電圧は、ゼロボルト又はゼロボルト近くに落ちるものである。すなわち、例えば、感知される電圧は、ワイヤがワークピースと接触したときにゼロボルト又はゼロボルト近くに落ちることができる。いくつかの例示的な実施形態において、ワイヤとワークピースとの間の接触が確立されるまで、始動方法は、ワイヤがワークに触れるまでは流れる電流が存在しないようにワイヤに感知信号を繰り返し加えることに備える。より具体的には、電源170は感知レベルで起動され(turned on)、ワイヤ140がワークピース115に向かって前進させられる間、ワイヤ140とワークピース115との間の実際の電圧が監視される。感知電圧又は信号は、ワイヤが接触をするときに、電流が流れる範囲で感知電流のみであるようなレベルである。ひとたびワイヤ140がワークピース115に触れると、“開”路電圧は存在せず、従って、監視される電圧はゼロになる。更なる例示的な実施形態において、電圧は、それが接触閾値レベルより低く落ちるかどうかを決定するために監視される。例えば、制御部195は、1ボルトの接触検出レベルを有してもよく、電圧がこの閾値レベルより低く落ちる場合に、接触がなされたか又は差し迫っていることが決定され、それによって以下に記述される更なる事象をもたらす。
Referring again to FIG. 2, while the wire is advanced toward the
ステップ230において、ワイヤ140とワークピース115との間の接触を決定するために、他の間接的な方法が用いられてもよい。例えば、他の接触指標は、ワイヤに対する押圧抵抗の感知を含んでもよい。
In
ひとたびワイヤ140がワークピース115と接触をすれば、後退ステップ240において、制御部195は、その後に感知信号を切り、ワイヤをワークピースから後退させる。したがって、ワークピースとの接触の検出時に、ワイヤ140は、後退させられ、感知信号は切られる。いくつかの実施形態において、ワイヤ140の後退は、予め定められた距離まで、又は予め定められた時間の間、一定の速度であってもよい。ワイヤ後退動作が開始するときに、電流がワイヤに供給される。この電流はアーク生成電流であってもよく、又はアーク生成電流よりも低いレベルの電流であってもよい。アーク形成ステップ250の一部として、ワイヤ140は後退を始め、ワイヤ140とワークピース115との間に隙間が生じる。後退が始まるときに、電源170によってアーク生成電流がワイヤ140に供給される。(アーク生成電流は、ワイヤの後退が開始される少し前、同時又は少し後に供給されてもよいことが留意される。)ワイヤ140が表面から離れるように後退させられるにときに、アーク生成電流は、ワイヤ140とワークピース/溜りとの間にワークを作り出す。
Once the
対象の方法の一つの態様において、アーク生成電流は、ワイヤ140とワークピース115との間にアーク形成電圧を提供するために、約5アンペアから約30アンペアの範囲にわたる。一つの他の例示的な実施形態において、電流は、10アンペアから25アンペアの範囲にわたる。一つの他の態様において、アーク発生電流は、制御部195と電源170との間の定電流制御法の下で供給される。そのような実施形態において、アーク発生電流のレベルは予め定められており、電源170は、ワイヤ140とワークピース115との間にアークが確立されるような時間まで、その電流レベルを維持する。供給されるアーク電流は、GMAWショートアーク又はパルス型溶接工程を使用して供給されてもよい。
In one aspect of the subject method, the arc generating current ranges from about 5 amps to about 30 amps to provide an arc forming voltage between the
アーク発生電流は感知信号が停止された直後に加えられ、感知信号が即座にアーク発生電流に変換するようにしてもよいことが留意されるべきである。一つの他の例示的な実施形態において、感知信号の停止とアーク発生信号との間の時間差が存在してもよい。アーク発生電流が加えられている間、ワイヤ140はいまだ、アークが作り出され且つ検出される時間まで、後退させられている。本発明の一つの例示的な実施形態において、ワイヤ140とワークピース115との間の電圧は監視されており、電圧がアーク発生レベルに到達した場合に、制御部195はアークが作り出されたことを決定するようになっている。したがって、このアーク検出電圧閾値が到達された場合に、アークが作り出されたことが決定される。
It should be noted that the arcing current may be applied immediately after the sensing signal is stopped so that the sensing signal is immediately converted to an arcing current. In one other exemplary embodiment, there may be a time difference between the stop of the sensing signal and the arcing signal. While the arcing current is applied, the
ひとたびアーク検出電圧閾値が到達されてアークの生成が示されると、ワイヤ140の後退は停止され、溶融溜りが形成し始め、ワイヤはワークピース115に向かって再び前進させられる。その後、ワイヤ140は、溜りが形成し始め、安定化する間前進させられてもよい。いくつかの実施形態において、アークの検出と再前進との間の時間は、50ミリ秒から500ミリ秒の範囲内である。この前進及びアーク制御は、GMAWショートアーク又はパルス型溶接工程について使用される前進及び制御と同様であってもよい。複数の例示的な実施形態において、アークはその後、ワイヤ140が前進している間に、十分な寸法及び安定性の溶融溜りを確立するために十分な時間の間、維持される。例えば、いくつかの例示的な実施形態において、アーク発生電流は、アークが確立された後に予め定められた時間の間だけ維持される。時間の経過の後、溶融溜りが作り出されていることが推定される。一つの例示的な実施形態において、予め定められた時間は、300ミリ秒(ms)よりも長いことはなく、複数の他の例示的な実施形態において、予め定められた時間は、100msよりも長いことはない。
Once the arc detection voltage threshold is reached, indicating the generation of an arc, the retraction of the
始動方法の複数の他の例示的な実施形態において、溶融溜り116の形成についてワークピース115を監視する、第二の決定ステップ260が利用される。そのようなステップにおいて、ワークピース115の表面は、溶融溜りが作り出されているかどうか、及びその溜りは十分な寸法又は安定性のレベルに到達しているかどうかを決定するために監視される。例えば、溜りの幅を評価するために、電子シャッターを備える高速度カメラが使用されてもよい。より具体的には、溜りの安定性を決定するために溜り/付着物(deposit)の外形の変化を観察するために高速度ビデオカメラが使用されることができる。一つの他の実施形態において、溶融溜りの安定性は、間接的な方法によって決定される。例えば、電源130は、アーク発生の際のワイヤ140とワークピース115との間の電流及び/又は電圧を監視する。電圧及び電流は、溜りが安定化するまで変動又は振動する。したがって、溜りの安定性は、電流及び電圧の安定化又は実質的に上記の振動が無いことによって示され得る。そのような実施形態において、溜りは、安定な溶融溜りが形成されたことが満足のいくように決定されるまで監視される。始動方法200の本実施形態は、ワイヤ140とワークピース115との間のアークを維持することを提供する。いくつかの例示的な実施形態において、溜り監視の手法は、アーク発生電圧レベルの監視の代わりに利用されることができる。いずれの手法も、溶融溜りが十分に作り出されたときを決定するために、それら自体(単独)で、又は一緒に使用されることができる。
In other exemplary embodiments of the start-up method, a
ひとたび安定した溶融溜りがワークピース115上に形成されたこと及び/又はアークが作り出された後に一定の時間が経過したことが決定されると、アーク発生電流は停止され、ワイヤ140が溶融溜り116の中に前進させられるにつれて、加熱電流の電力がワイヤ140に供給される。ワイヤは、所望のワイヤ供給速度で溜りの中に前進させられる。これは、ステップ270において起こる。より具体的には、ひとたびワイヤ140とワークピース115との間のアークが安定した溶融溜り116をワークピース115に形成したことが決定されると、ワイヤ140の後退は停止され、前進ステップ270aにおいて、ワイヤは、再びワークピース115に向かって、溶融溜り116の中に前進させられる。同時に、ワイヤ加熱ステップ270bにおいて、加熱電流が、電力供給源170又は別個のホットワイヤ電力供給源からワイヤ140に継続的に加えられる。一つの実施形態において、加熱電流は、アーク形成閾値レベルよりも低い。一つの特定の実施形態において、ワイヤ加熱電流は、アーク形成閾値よりも低く、例えば10−20ボルトよりも低い。ホットワイヤ処理の間、アークが発生する可能性があるが、ホットワイヤ電力供給源は、それらがホットワイヤ処理を不安定化させ得る前にアークを消滅させる。しかしながら、アーク加熱電流は、ワイヤ140をその融解温度又はその融解温度近くに加熱するために十分である。
Once it has been determined that a stable melt pool has formed on the
溜り維持ステップ270cにおいて、ホットワイヤ処理中の溶融溜りの安定性を維持するために、高強度の熱供給源(例えば、レーザービーム110又はGMAWアーク)は、溶融溜りに加えられる。様々な例示的な実施形態において、ビーム110(又はその他の熱供給源)は、開始工程の間に様々な時に溜りに提供されることができる。例えば、いくつかの実施形態において、ビーム110は、開始工程の始めに起動されることができ、又は、それは接触が検出された後に起動されることができ、又は、それはアークが作り出された後に起動されることができ、又は、それはアーク発生電流が切られた後に起動されることができる。溶融溜り116が安定であり且つフィラーワイヤ140が継続的又は周期的に溜りの中にワイヤの融解温度又は融解温度近くで供給されることによって、始動方法は完了され、ホットワイヤ処理280が実行されることができる。ホットワイヤ処理は、例えば、米国特許公開公報第2011/0297658号又は米国特許公開公報第2010/0176109号に示され、記述される。各公報は、参照により全体が取り込まれる。
In the pool maintenance step 270c, a high intensity heat source (eg,
図3に図式化されるような始動方法300の一つの代替的な実施形態において、第二の決定ステップにおける溶融溜りの形成の決定の代わりに、代替的な方法は、確立されたフィラーワイヤ140とワークピース115との間のアークが閾値を超えたかどうかを決定すること(ステップ)を提供する。より具体的には、代替的な始動方法は、最初のステップ310における、先に記述された方法での感知電圧の確立を提供する。前進ステップ320において、抵抗性のフィラーワイヤ140の遠位側端がワークピース115に向かって前進させられ、第一の決定ステップ330において、ワイヤの遠位側端がワークピース115と接触したかどうかについての決定がなされる。この場合も同様に、フィラーワイヤ140の遠位側端がワークピース115に短絡され(すなわち、ワークピースと接触し)、電圧は、接触閾値電圧よりも下に落ちるものである。したがって、測定される電圧信号は、ワイヤがワークピースに接触する場合に、ゼロ又は約ゼロとなるものである。ワイヤとワークピースとの間の接触が決定されるまで、始動方法300は、ワイヤ140がワークピース115に向かって前進させられている間、電圧(例えば、OCV)の繰り返しの確立若しくは維持及び監視を提供する。
In one alternative embodiment of the start-up
前に記述された始動方法200と同様に、ひとたびワイヤ140がワークピース115と接触すると、後退ステップ340においてワイヤはワークピースから後退させられ、感知電圧信号は停止され、アーク発生電流はワイヤ140に加えられる。対象の方法の下で、アーク形成ステップ350において、ワイヤ140はワークピース115から継続的に後退させられ、電流は、増大し且つ/或いはワイヤ140とワークピース115との間にアークが確立されるまで、溶融溜りの形成のために加えられる。
Similar to the previously described
一つの他の例示的な実施形態において、第二の決定ステップ360において、フィラーワイヤ140とワークピース115との間のアーク電圧が監視され、電圧が閾値、例えば10−20ボルトを超えているか、又はより具体的に15ボルトを超えているかどうかについての決定がなされる。追加的又は代替的に、閾値電圧はワイヤの種類、材料移送機構例えばショートアーク又はパルス、及び/又は使用されているシールドガスに関連して変化するものであってもよい。例えば、アーク電圧を確立するためにショートアークGMAW技術が使用される鋼鉄のフィラーワイヤに関しては、15ボルトが閾値電圧を規定してもよい。アークを確立するためにGMAW−Pを使用する鋼鉄のホットワイヤ処理においては、18−25ボルトが適切であり得る。閾値電圧は、ワークピース115上の安定した溶融溜り116の形成を示す。例えば、閾値電圧は、その下でアークが形成されることが知られている大きさのものであってもよい。ひとたび閾値電圧が超えられたことが決定されると、ワイヤの後退は停止され、前進ステップ370aにおいて、ワイヤは、再びワークピース115に向かって前進させられる。ワイヤが追加されると、安定した溜りが形成し始め、電力供給源170はアークを切り、ワイヤが溶融溜り116の中に浸ることを可能にする。同時に、ワイヤ加熱ステップ370bにおいて、加熱電流がワイヤ140に加えられ、ワイヤ140をその融解温度又はその融解温度近くで加熱する。溜り維持ステップ370cの下で、溶融溜り116の安定性は、溶融溜り116へのレーザービーム110の適用によって維持される。この場合も同様に、複数の他の実施形態において、レーザービーム110は様々な時に起動されることができる。溶融溜り116が安定であり且つフィラーワイヤ140が溜りの中にワイヤの融解温度又は融解温度近くで供給されることによって、始動方法は完了され、ホットワイヤ処理280/380が実行されることができる。ホットワイヤ処理280/380は、例えば、米国特許公開公報第2011/0297658号又は米国特許公開公報第2010/0176109号に示され、記述されるホットワイヤ処理を使用して実行される。
In one other exemplary embodiment, in a
このようにして、上に記述された複数の実施形態において、最初のアークの熱が、最初の溶融溜りを作り出し、レーザー(又はアーク)、ホットワイヤ処理を始めるために使用される。ホットワイヤ処理の間中ずっとスパッターを最小化させること及び/又は溶融溜り内のフィラーワイヤの融合を避けることもまた、望ましい。それに応じて、対象の工程の複数の実施形態は、安定した方法で、例えば、ワイヤとワークピースとの間のアークの形成をすることなくワイヤが溶融溜りから取り除かれることができる、ホットワイヤ処理を停止させる方法を含む。概して、ホットワイヤ処理の停止の複数の実施形態のそれぞれは、溶融溜りを維持すること(ステップ)、及びワイヤの遠位側端が融解するか又は“焼け”て溶融溜りとの接触が外れるように、ワイヤを加熱すること(ステップ)を提供する。 In this way, in the embodiments described above, the heat of the initial arc is used to create the initial melt pool and start the laser (or arc) hot wire process. It is also desirable to minimize spatter throughout the hot wire process and / or avoid coalescence of filler wires in the molten pool. Accordingly, embodiments of the subject process are hot wire processes where the wire can be removed from the melt pool in a stable manner, for example, without forming an arc between the wire and the workpiece. Including a method of stopping. In general, each of the embodiments of hot wire processing cessation is such that the molten pool is maintained (step) and that the distal end of the wire melts or “burns” out of contact with the molten pool. And heating the wire (step).
図4に示されるものは、停止方法400の一つの実施形態である。進行中のホットワイヤ処理と共に開始され、電流終止ステップ410は、ワイヤへの電源170からの加熱電流を終わらせること又は切ることを提供する。加熱電流は、手動で切られてもよく又は代替的に感知すること及び電流制御サブシステム195によって自動で切られてもよい。図4の特定の実施形態において、ひとたび加熱電流が終止されると、供給量低減ステップ420において、溶融溜り116へのワイヤ供給量は低減される。一つの特定の実施形態において、ワイヤ供給の速さは、停止であってもよい。加熱電流及びワイヤ供給速さの両方を低減すること(ステップ)410,420の間、対象の停止工程のうちの少なくとも一つの実施形態の維持ステップ430において、溶融溜りは維持される。維持ステップ430において、レーザービーム110が溶融溜りに適用され、その安定性を維持するようにする。
Shown in FIG. 4 is one embodiment of a stopping
周期の最後に、ビーム110がなおも適用されている間に、対象の方法のパルスステップ440は、ワイヤ140への複数の電流パルスの適用を提供し、ワイヤ140を溜りから焼き戻すか又は除去する。方法400の一つの例示的な実施形態において、感知及び電流制御サブシステムは、フィラーワイヤに電流パルスを加えるように電源170を制御する。電流パルスは、ワイヤ材料を溶融溜りの中に移転させる、より具体的には溶融溜りからワイヤの長さを除去するために、十分な大きさのものであってもよい。したがって、繰り返しの電流パルスは、ワイヤの遠位側端を溶融溜りの外に“焼き戻す”ために十分である。その例示的な実施形態は、電流パルスがワイヤとワークピース115との間のアークを開始しない電流レベルのものであることをもたらす。例えば、電圧及び/又は電流は、電流がアーク発生レベルよりも低いままであることを確かにするために、パルスの間監視されてもよい。複数の電流パルスに対して代替的に、単一の電流パルスがワイヤを溶融溜りから焼き出すために適切な立ち上がり時間、持続時間及び電流を有するならば、単一の電流パルスが使用されてもよい。
At the end of the cycle, while the
複数の例示的な実施形態において、電流パルスは、ワイヤ140の遠位側端が溶融溜りの外に出て、十分に溜り116から除去されるまで加えられる。したがって、一つの実施形態において、対象の停止方法400は、ワイヤ140の遠位側端が溶融溜りの外に出ているかどうかを決定するための決定ステップ450を含む。例えば、ワイヤ140の遠位側端とワークピース115との間の電圧は、パルスステップ440の間、継続的に監視されてもよい。ひとたび監視された電圧がワイヤの溶融溜りからの分離を示す値を超えると、ホットワイヤ電流は、終了ステップ460で終止されてもよい。ホットワイヤ処理の終止は、レーザー及び/又はワイヤ140に電流パルスを供給している電源170を切ることのうちの一つ又はそれ以上を含んでもよい。複数の他の実施形態において、その工程は、予め定められた数の電流パルスの後、又は予め定められた時間のパルスの開始の後に、終止されてもよい。一つの他の態様において、ワイヤはパルスの終止によって溜りから除去され、溜りがワイヤの最後の液滴から安定化することができるまで、レーザーは作動したままである。一つの他の態様において、レーザーは下降させられ、引き抜かれたワイヤによって残される“クレーター”又はくぼみを冷却すること及び溜りを凝固させることを遅くする。
In some exemplary embodiments, the current pulse is applied until the distal end of the
ホットワイヤ処理を停止するための方法の一つの他の実施形態は、図5に示されている。この停止方法において、フィラーワイヤ供給が停止され又は代替的に溶融溜りから後退させられ、加熱電流は後退の間ワイヤ140になおも加えられている。ワイヤへの電流及び/又はワイヤとワークピースとの間の電圧は、ワイヤの遠位側端とワークピースとの間のアーク形成の発生について監視される。ワイヤへの加熱電流はアークの形成の直前に終止され、ホットワイヤ処理は終結の状態とされる。
One other embodiment of a method for stopping hot wire processing is shown in FIG. In this stopping method, the filler wire supply is stopped or alternatively withdrawn from the molten pool and the heating current is still applied to the
より具体的には、図5は進行中のホットワイヤ処理を示す。ステップ510aで、溶融溜りへのワイヤ供給は、手動で又はワイヤ供給機150の自動制御によって停止される。代替的に、その工程は、後退ステップ510bを含んでもよい。後退ステップ510bにおいて、ワイヤ供給機150は、フィラーワイヤ140を溶融溜り116から後退させるように運転される。いずれのステップにおいても、加熱電流は維持される。いくつかの例示的な実施形態において、加熱電流は維持されるが、ホットワイヤ処理中の加熱電流レベルよりも低いレベルで維持される。例えば、引き下げられた加熱電流は、引き下げに先行するホットワイヤ処理の90%又は90%より小さい。維持ステップ520において、溶融溜りは、別個の高強度エネルギー源、例えばレーザービーム110によって安定した状態に維持される。
More specifically, FIG. 5 shows hot wire processing in progress. In
ワイヤ供給が停止され且つ/或いはワイヤ140が溶融溜り116から後退させられると共に、監視ステップ530においてワイヤへの加熱電流が監視され、ワイヤ140の遠位側端とワークピース115との間にアークがまさに形成しようとしているかどうかを決定するために、決定ステップ540が実行される。代替的に又は加えて、監視ステップは、ワイヤ140とワークピース115との間の電圧の監視を含んでもよい。一つの特定の実施形態において、決定ステップは、システム100の予知回路(premonition circuit)によって実行されてもよい。上記の予知回路は、監視された電流及び/又は電圧の評価によって、ワークピース/溶融溜りとワイヤ140の遠位側端との間にアークが形成しようとしているかどうかを決定することができる。
The wire supply is stopped and / or the
予知回路は、アーク溶接に関する技術分野においてよく知られており、システム100及び/又は制御部195及び/又は電源170内に実装されてもよい。例えば、システム100の予知回路の一つの例示的な実施形態は、感知及び電流制御部195内に構成されてもよく、フィラーワイヤ140とワークピース115との間の電位差(dv/dt)、フィラーワイヤ140及びワークピース115を通る電流(di/dt)、フィラーワイヤ140とワークピース115との間の抵抗(dr/dt)又はフィラーワイヤ140及びワークピース115を通る電力(dp/dt)のうちの一つの変化の速さの一つ又はそれ以上を測定してもよい。変化の速さが所定の値又は閾値を超えた場合、感知及び電流制御部195は、接触の喪失がまさに起ころうとしていることを、測定から予測又は解釈する。より具体的には、加熱によりワイヤ140の遠位側端が高度に融解した場合に、その遠位側端はワイヤ140からワークピース115の上へくびれ切れ始める可能性がある。ワイヤとワークピースとの間の接触が完全に失われた場合、認め得るほどにゼロボルトよりも大きな電位差(すなわち、電圧レベル)が、感知及び電流制御部195によって測定されうる。この電位差は、ワイヤ140の新たな遠位側端とワークピース115との間にアークを形成させ得る。したがって、ワイヤとワークピースとの間の電圧の変化の速さは、アークが形成することが知られている既知の閾値へのその接近について監視されてもよい。代替的に、電流レベル、ワイヤ内の抵抗レベル及び/又はワイヤへの電力レベルが、アーク形成の前の時点を決定するために監視されてもよい。例えば、分離電圧及び/又は電流レベルは、分離が起こったか又は起こるかどうかを決定するために利用されることができ、このレベルが到達されるか又は超えられた場合に、ワイヤ140が溜り116から分離したことが決定される。代替的に、このレベルは、差し迫ったアークの生成を、分離の検出として検出するアーク発生レベル(電圧、電流、電力等)であってもよい。
Prediction circuits are well known in the art relating to arc welding and may be implemented in
ひとたびワイヤ140とワークピース115との間にアークがまさに形成しつつあること及び/又はワイヤ140が溜り116から分離したことの決定がなされると、電流終止ステップ550において、ワイヤへの加熱電流は終止される。ひとたび監視された電圧がワイヤの溶融溜りからの分離を示す値を超えると、終了ステップ560で、ホットワイヤ処理は終止されてもよい。停止工程500はワイヤ140とワークピース115との間のアーク形成の直前の点に進行するため、加熱電流が終止されたときに、ワイヤの遠位側端は溶融溜り116の外側に位置付けられる。ホットワイヤ処理は、レーザー電源130が切られるステップ560で完全に終止される。
Once a determination is made that an arc is just forming between the
図6は、停止方法600の一つの他の実施形態である。進行中のホットワイヤ処理と共に開始され、運動停止ステップ610は、ワークピース115、レーザー120及び/又はワイヤ140の間の相対的な動きを停止すること(ステップ)を提供する。図6の特定の実施形態において、ひとたび相対的な運動が終止されると、供給速さ低減/停止ステップ620において、溶融溜り116へのワイヤ供給の速さは、低減及び/又は停止される。システムの複数の構成要素の間の相対的な運動及び供給速さの両方を低減/停止すること(ステップ)610,620の間、対象の停止工程のうちの少なくとも一つの実施形態の維持ステップ630において、溶融溜り116は維持される。維持ステップ630において、レーザービーム110が溶融溜りに適用され、その安定性を維持するようにする。
FIG. 6 is another embodiment of the stopping
周期の最後に、ビーム110がなおも適用されている間に、対象の方法のパルスステップ640は、ワイヤ140への加熱電流の適用を提供する。方法600の一つの例示的な実施形態において、制御サブシステム195は、フィラーワイヤ140に加熱電流を加えるように電源170を制御する。同時に又は続いて、後退ステップ650において、ワイヤは溶融溜り116から、ワイヤが溜りから離れる(breaks)点へ後退させられる。方法600の一つの特定の実施形態において、予知回路が用いられ、ワイヤは既知のポイントで加熱され(640)、後退させられ(650)、また、離されてもよい。ワイヤ140が離れると、ワイヤのエクステンションが溶融溜り116から延びたままになる可能性がある。レーザー120及びビーム110は、溶融溜り116から延びるエクステンションを焼く。ホットワイヤ処理の終止は、ステップ670においてレーザー及び/又は電源170を切ることのうちの一つ又はそれ以上を含んでもよい。
At the end of the cycle, while the
先に述べたように、本発明の複数の実施形態は、レーザーの代わりにGMAW/MIGシステムと共に利用されることができる。また、GTAW型システムも、本明細書において記述されたように、高強度の熱を供給するために使用されることができる。GMAW/MIG処理を利用する場合、開始工程及び停止工程は、概して本明細書において記述したようなものである。いくつかの例示的な実施形態において、上述したように、ホットワイヤ処理におけるアーク開始に先立ってGMAW/MIG/GTAWが開始される(アークが開始される)。そのような例示的な実施形態において、GMAW/MIG/GTAWアークが開始され、溶融溜りが形成されるようにアークが前進させられる。その後、ホットワイヤ開始工程が開始される。複数の他の実施形態において、GMAW/MIG/GTAWアークの開始の少し前にホットワイヤ処理を開始することが有益であり得る。しかしながら、遅延は、ひとたびGMAW/MIG/GTAWアーク生成が開始されればホットワイヤ処理が適切な時間に開始が可能であるように、長過ぎないようにすべきである。 As previously mentioned, embodiments of the present invention can be utilized with a GMAW / MIG system instead of a laser. A GTAW type system can also be used to provide high intensity heat, as described herein. When utilizing GMAW / MIG processing, the start and stop steps are generally as described herein. In some exemplary embodiments, as described above, a GMAW / MIG / GTAW is initiated (arc is initiated) prior to arc initiation in hot wire processing. In such an exemplary embodiment, a GMAW / MIG / GTAW arc is initiated and the arc is advanced so that a molten pool is formed. Thereafter, the hot wire start process is started. In other embodiments, it may be beneficial to start the hot wire process shortly before the start of the GMAW / MIG / GTAW arc. However, the delay should not be too long so that once the GMAW / MIG / GTAW arc generation has begun, hot wire processing can begin at the appropriate time.
システム100の図1及び以上の記述は、ホットワイヤ処理のための対象の複数の開始及び/又は停止方法のうちのいずれかを実行するためのシステムの大まかな構成要素の記述を提供する。米国特許出願公開第2011/0297658号、米国特許出願公開第2010/0176109号に記述されているものは、対象の開始及び/又は停止方法及び関連するホットワイヤ処理を実行するためのシステム100の、代替的又は追加的な複数の実施形態である。これらの出願のそれぞれは、参照によりその全体が取り込まれる。
1 and the above description of the
本発明は、ある複数の実施形態を参照して記述されたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされることができ、均等物が置換され得ることが、当業者によって理解されるであろう。加えて、特定の状況又は材料に適応するために、本発明の教示に対してその範囲から逸脱することなく、多くの改良がなされてもよい。したがって、本発明は開示された特定の複数の実施形態に限定されず、本発明は添付の特許請求の範囲内に含まれる全ての実施形態を含み得ることが、意図されている。 Although the invention has been described with reference to certain embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that various changes can be made and equivalents can be substituted without departing from the scope of the invention. Will be understood. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention without departing from the scope thereof. Accordingly, it is intended that the invention not be limited to the particular embodiments disclosed, but that the invention include all embodiments that fall within the scope of the appended claims.
100 システム 330 決定ステップ
110 レーザービーム 340 後退ステップ
115 ワークピース 350 形成ステップ
116 溜り(puddle) 360 決定ステップ
117 溜り(puddle) 370a 前進ステップ
120 レーザー装置 370b 加熱ステップ
125 方向 370c 維持ステップ
130 電源 380 工程
140 フィラーワイヤ 400 停止方法
150 ワイヤフィーダ 410 終止ステップ
160 接触管 420 低減ステップ
170 電源 430 維持ステップ
180 制御部 440 パルスステップ
190 ロボット 450 決定ステップ
195 制御サブシステム 460 終了ステップ
200 始動(start-up)方法 500 停止工程
210 ステップ 510b 後退ステップ
220 ステップ 520 維持ステップ
230 決定ステップ 530 監視ステップ
240 後退ステップ 540 決定ステップ
250 形成ステップ 550 終止ステップ
260 決定ステップ 560 終了ステップ
270 ステップ 600 停止方法
270a 前進ステップ 610 運動停止ステップ
270b 加熱ステップ 630 維持ステップ
270c 維持ステップ 620 低減/停止ステップ
280 工程 640 (パルス)ステップ
300 始動方法 650 後退ステップ
310 開始ステップ 670 終止ステップ
320 前進ステップ
100
140
Claims (15)
ワークピースに溶融溜りを形成するように、フィラーワイヤと前記ワークピースとの間にアークを確立させるステップ、
前記アークとは異なる高強度エネルギー源によって、前記溶融溜りに熱を加えるステップ、
前記アークを確立させた後に、前記ワイヤを前記溶融溜りの中に前進させるステップ、及び
前記アークを終わらせ、前記ワイヤを前記溶融溜りの中に融解させるように、前記ワイヤに加熱電流を加えるステップ、
を含む、方法。 A method of initiating hot wire processing, the method comprising:
Establishing an arc between the filler wire and the workpiece so as to form a molten pool in the workpiece;
Applying heat to the molten pool by a high intensity energy source different from the arc;
Advancing the wire into the melt pool after establishing the arc; and applying a heating current to the wire to terminate the arc and melt the wire into the melt pool ,
Including a method.
前記ワイヤを前記ワークピースに向かって前進させるサブステップ、及び
前記ワイヤと前記ワークピースとの接触を決定するために、前記ワイヤに感知信号を加えるサブステップ、
を含む、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。 Sensing the contact comprises:
A sub-step of advancing the wire toward the workpiece; and a sub-step of applying a sensing signal to the wire to determine contact between the wire and the workpiece;
including,
The method according to claim 1.
前記アークは、前記フィラーワイヤが前記ワークピースと接触するときに、前記フィラーワイヤ内の前記感知信号が閾値より低く低下した後に確立される、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。 Establishing the arc includes substeps of retracting the wire from the workpiece and substep of applying an arcing current to the wire during retraction to establish the arc; or The arc is established after the sensing signal in the filler wire drops below a threshold when the filler wire contacts the workpiece.
5. A method according to any one of claims 1 to 4.
前記アーク発生電流は、前記アークがワークピースに溶融溜りを形成するために十分な強度であるために十分なエネルギーを有する、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。 Establishing the arc includes a sub-step of applying an arc-generating current and a sub-step of providing a gap between the workpiece and the wire;
The arc generating current has sufficient energy for the arc to be strong enough to form a molten pool in the workpiece;
The method according to any one of claims 1 to 5.
前記ワイヤへの加熱電流を停止させるサブステップ、
前記ワイヤを前記ワークピースの前記溶融溜りの中への前進の供給速度を低下させるサブステップ、
前記溶融溜りを前記高強度エネルギー源によって維持するサブステップ、
前記ワイヤの遠位側端が前記溶融溜りから取り除かれるように、複数の電流パルスを前記ワイヤに加えるサブステップ、
を含む、且つ/或いは、
前記ホットワイヤ処理を停止させるステップを更に含み、当該ステップは、
前記ワイヤの前記ワークピースの前記溶融溜りの中への前進を停止させるサブステップ、
前記ワイヤを前記溶融溜りから後退させるサブステップ、
前記溶融溜りを前記高強度エネルギー源によって維持するサブステップ、
前記ワイヤと前記ワークピースとの間のアークの形成を感知するサブステップ、及び
前記アークが形成される前に前記ワイヤへの加熱電流を終了させるサブステップ、
を含む、且つ/或いは、
前記ホットワイヤ処理を停止させるステップを更に含み、当該ステップは、
前記ワイヤの前記溶融溜りの中への前進を停止させるサブステップ、
前記ワイヤに加えられた加熱電流の少なくともいくらかによって、前記ワイヤが前記溶融溜りから離れ、分離して、ワイヤエクステンションを前記溶融溜り内に残すように、前記ワイヤを前記溶融溜りから後退させるサブステップ、及び
前記エクステンションを前記溶融溜りの中に融解させるように、前記高強度エネルギー源からエネルギーを加えるサブステップ、
を含む、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。 Further comprising the step of stopping the hot wire process, the step comprising:
A sub-step of stopping the heating current to the wire;
A sub-step of reducing the feed rate of advance of the wire into the melt pool of the workpiece;
Maintaining the molten pool by the high intensity energy source;
Applying a plurality of current pulses to the wire such that a distal end of the wire is removed from the melt pool;
And / or
Further comprising the step of stopping the hot wire process, the step comprising:
A sub-step of stopping advancement of the wire into the melt pool of the workpiece;
A sub-step of retracting the wire from the melt pool;
Maintaining the molten pool by the high intensity energy source;
A sub-step of sensing the formation of an arc between the wire and the workpiece; and a sub-step of terminating a heating current to the wire before the arc is formed;
And / or
Further comprising the step of stopping the hot wire process, the step comprising:
A sub-step of stopping the advance of the wire into the molten pool;
Substeps of retracting the wire from the melt pool such that at least some of the heating current applied to the wire causes the wire to leave and separate from the melt pool and leave a wire extension in the melt pool; And sub-steps of applying energy from the high intensity energy source so as to melt the extension into the melt pool;
including,
The method according to claim 1.
フィラーワイヤの遠位側端をワークピースに対して前進及び後退させるための供給機、
前記ワイヤに感知信号、アーク発生電流及び加熱電流を加えるための電源、
ホットワイヤ処理を開始するために前記供給機及び前記電源に結合した制御部であり、当該制御部は、前記ワイヤを前記ワークピースに対して位置決めし、前記感知信号、前記アーク発生信号及び前記加熱電流のそれぞれを制御し、当該制御は、
前記遠位側端が前記ワークピースに接触しているときを決定するように、前記ワイヤの前記遠位側端を前記ワークピースに向かって前進させ、前記感知信号を調整すること、
前記遠位側端と前記ワークピースとの間にアークを形成して溶融溜りを形成するように、前記ワイヤの前記遠位側端を前記ワークピースから後退させ、前記アーク発生電流を調整すること、及び
前記ワイヤを前記溶融溜りの中に融解させるように、前記ワイヤを前記溶融溜りの中に前進させ、加熱電流を調整すること、
を含む、制御部、及び
前記溶融溜りに熱を与えるための高強度エネルギー源、
を有する、ホットワイヤシステム。 A hot wire system,
A feeder for advancing and retracting the distal end of the filler wire relative to the workpiece;
A power source for applying a sensing signal, arcing current and heating current to the wire;
A controller coupled to the feeder and the power source for initiating hot wire processing, wherein the controller positions the wire relative to the workpiece, the sensing signal, the arc generation signal, and the heating; Each of the currents is controlled,
Advancing the distal end of the wire toward the workpiece and adjusting the sensing signal to determine when the distal end is in contact with the workpiece;
Retreating the distal end of the wire from the workpiece and adjusting the arcing current so that an arc is formed between the distal end and the workpiece to form a molten pool. Advancing the wire into the melt pool and adjusting the heating current so as to melt the wire into the melt pool;
A control unit, and a high-intensity energy source for applying heat to the molten pool,
Having a hot wire system.
前記高強度エネルギー源はアーク発生装置であり、前記制御部は、前記アーク発生装置の動作を前記電源と連係させるために、操作可能に前記アーク発生装置に接続されている、
請求項11又は請求項12記載のホットワイヤシステム。 The high intensity energy source is a laser and the controller is operably connected to the laser to coordinate the operation of the laser with the power source; or
The high-intensity energy source is an arc generator, and the controller is operably connected to the arc generator to link the operation of the arc generator with the power source.
The hot wire system according to claim 11 or 12.
フィラーワイヤの遠位側端をワークピースの溶融溜りに対して前進及び後退させるための供給機、
前記ワイヤに電流を加えるための電源、
前記溶融溜りに熱を与えるための高強度エネルギー源、及び
ホットワイヤ処理を停止させるために前記供給機及び前記電源に結合した制御部であり、当該制御部は、前記ワイヤを前記ワークピースに対して位置決めし、前記電流を制御し、当該電流制御は、
(i)前記ワイヤの前記溶融溜りの中への前進を停止させ、前記ワイヤを前記溜りから焼き出すように前記ワイヤへの電流を脈動させること、
(ii)前記ワイヤを前記溶融溜りから後退させ、前記ワイヤと前記ワークピースとの間のアークを防止するように電流を調整すること、及び
(iii)前記ワイヤを前記溶融溜りから後退させ、前記ワイヤと前記ワークピースとの間のアークを起こさずに前記ワイヤが前記溶融溜りから離れ、前記高強度エネルギー源からの熱が前記溜りから延びる前記ワイヤの一部分を融解することができるように、前記ワイヤへの電流を調整すること、
のうちの少なくとも一つを含む、制御部、
を有する、ホットワイヤシステム。 A hot wire system,
A feeder for advancing and retracting the distal end of the filler wire relative to the melt pool of the workpiece;
A power source for applying current to the wire;
A high intensity energy source for applying heat to the molten pool, and a control unit coupled to the feeder and the power source to stop hot wire processing, the control unit connecting the wire to the workpiece Positioning and controlling the current, the current control is
(I) stopping the advance of the wire into the melt pool and pulsing the current to the wire to bake out the wire from the pool;
(Ii) retracting the wire from the melt pool and adjusting the current to prevent arcing between the wire and the workpiece; and (iii) retracting the wire from the melt pool; The wire can leave the melt pool without causing an arc between the wire and the workpiece, and heat from the high intensity energy source can melt a portion of the wire extending from the pool. Adjusting the current to the wire,
A control unit including at least one of
Having a hot wire system.
前記ワイヤの前記溶融溜りの中への供給速度を低下させるステップ、
前記溶融溜りを高強度エネルギー源によって維持するステップ、及び
(i)前記ワイヤへの加熱電流を停止させるステップ、及び前記ワイヤの遠位側端が前記溶融溜りから取り除かれるように、複数の電流パルスを前記ワイヤに加えるステップ、
(ii)前記ワイヤを前記溶融溜りから後退させるステップ、前記ワイヤと前記ワークピースとの間のアークの形成を感知するステップ、及びアークが形成される前に前記ワイヤへの加熱電流を終了させるステップ、
(iii)前記ワイヤに加えられた加熱電流の少なくとも一部によって、ワイヤエクステンションを前記溶融溜り内に残すように前記ワイヤが前記溶融溜りから離れ、分離するように、前記ワイヤを前記溶融溜りから後退させるステップ、及び前記エクステンションを前記溶融溜りの中に融解させるように、前記高強度エネルギー源から前記ワイヤエクステンションにエネルギーを加えるステップ、
のうちの少なくとも一つ、
を含む、方法。 A method of stopping a hot wire process in which a filler wire is melted in a molten pool of a workpiece by heating current,
Reducing the feed rate of the wire into the melt pool;
Maintaining the molten pool with a high intensity energy source; and (i) stopping the heating current to the wire; and a plurality of current pulses such that the distal end of the wire is removed from the molten pool Adding to the wire;
(Ii) retracting the wire from the melt pool, sensing the formation of an arc between the wire and the workpiece, and terminating a heating current to the wire before the arc is formed. ,
(Iii) The wire is retracted from the melt pool such that at least a portion of the heating current applied to the wire leaves and separates the wire from the melt pool to leave a wire extension in the melt pool. Applying energy from the high intensity energy source to the wire extension so as to melt the extension into the melt pool;
At least one of the
Including a method.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13/554,255 | 2012-07-20 | ||
US13/554,255 US20130020289A1 (en) | 2009-01-13 | 2012-07-20 | Method and system to start and stop a hot wire system |
PCT/IB2013/001568 WO2014013322A2 (en) | 2012-07-20 | 2013-07-19 | Method and system to start and stop a hot wire system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015522426A true JP2015522426A (en) | 2015-08-06 |
Family
ID=49237513
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015522184A Pending JP2015522426A (en) | 2012-07-20 | 2013-07-19 | Method and system for starting and stopping hot wire processing |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015522426A (en) |
KR (1) | KR20150038016A (en) |
CN (1) | CN104661781A (en) |
BR (1) | BR112015001243A2 (en) |
DE (1) | DE112013003613T5 (en) |
WO (1) | WO2014013322A2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017510463A (en) * | 2014-04-04 | 2017-04-13 | リンカーン グローバル, インコーポレイテッドLincoln Global, Inc. | System and method for welding using AC welding waveform and enhanced consumable material for improving welding of galvanized workpieces |
JP7503004B2 (en) | 2021-01-19 | 2024-06-19 | 株式会社ダイヘン | Complex Welding Equipment |
JP7558409B2 (en) | 2021-04-19 | 2024-09-30 | フロニウス・インテルナツィオナール・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | Method for adjusting or controlling the transport speed of a wire made of consumable material in a laser soldering or laser welding method, and laser soldering or laser welding device for carrying out said method |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10086461B2 (en) | 2009-01-13 | 2018-10-02 | Lincoln Global, Inc. | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding |
US9085041B2 (en) | 2009-01-13 | 2015-07-21 | Lincoln Global, Inc. | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding |
US10464168B2 (en) | 2014-01-24 | 2019-11-05 | Lincoln Global, Inc. | Method and system for additive manufacturing using high energy source and hot-wire |
WO2015124999A1 (en) * | 2014-02-24 | 2015-08-27 | Lincoln Global, Inc. | Method and system to use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding with controlled arcing frequency |
WO2015125008A1 (en) * | 2014-02-24 | 2015-08-27 | Lincoln Global, Inc. | Method and system to use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding with controlled arcing frequency |
CN104625411B (en) * | 2014-12-15 | 2016-07-06 | 哈尔滨工业大学 | A kind of Ti2The method of AlNb base intermetallic compound and xenogenesis titanium alloy welding |
CN109803783A (en) | 2016-10-18 | 2019-05-24 | 株式会社达谊恒 | Wire feed unit and arc-welding apparatus |
CA3066650C (en) * | 2017-06-09 | 2022-09-13 | Illinois Tool Works Inc. | Coaxial laser hotwire head |
TWI647047B (en) * | 2017-06-19 | 2019-01-11 | 廣泰金屬工業股份有限公司 | Laser wire feeding system |
US11027362B2 (en) | 2017-12-19 | 2021-06-08 | Lincoln Global, Inc. | Systems and methods providing location feedback for additive manufacturing |
JP7039301B2 (en) * | 2018-01-24 | 2022-03-22 | 株式会社ダイヘン | Wire feeding device, arc welding device and wire feeding method |
US20190366466A1 (en) * | 2018-05-31 | 2019-12-05 | Illinois Tool Works Inc. | Systems and methods for additive manufacturing in a controlled short circuit welding system |
US20200130094A1 (en) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | Illinois Tool Works Inc. | Systems and methods to start arc welding |
US20200246899A1 (en) * | 2019-02-05 | 2020-08-06 | Illinois Tool Works Inc. | Systems and methods for hybrid laser and arc welding additive manufacturing |
CN110625260B (en) * | 2019-09-25 | 2020-07-24 | 西南交通大学 | Welding method of laser-low current welding wire spontaneous induction electric arc hybrid welding system |
CN110883431B (en) * | 2019-12-03 | 2021-06-08 | 中国航空制造技术研究院 | Laser-arc hybrid welding method for annular welding seam |
CA3134722A1 (en) * | 2020-11-06 | 2022-05-06 | Illinois Tool Works Inc. | Asynchronous preheating system, method, and apparatus |
US20220143733A1 (en) * | 2020-11-06 | 2022-05-12 | Illinois Tool Works Inc. | Reciprocating Preheating System, Method, And Apparatus |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8952291B2 (en) * | 2005-09-15 | 2015-02-10 | Lincoln Global, Inc. | System and method for controlling a hybrid welding process |
US10086461B2 (en) * | 2009-01-13 | 2018-10-02 | Lincoln Global, Inc. | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding |
US8653417B2 (en) | 2009-01-13 | 2014-02-18 | Lincoln Global, Inc. | Method and system to start and use a combination filler wire feed and high intensity energy source |
JP2012030262A (en) * | 2010-08-02 | 2012-02-16 | Panasonic Corp | Laser welding method and laser welding equipment |
JP2012066288A (en) * | 2010-09-24 | 2012-04-05 | Fanuc Ltd | Arc welding method reducing occurrence of spatter at time of arc start |
-
2013
- 2013-07-19 KR KR20157003299A patent/KR20150038016A/en not_active Application Discontinuation
- 2013-07-19 JP JP2015522184A patent/JP2015522426A/en active Pending
- 2013-07-19 WO PCT/IB2013/001568 patent/WO2014013322A2/en active Application Filing
- 2013-07-19 BR BR112015001243A patent/BR112015001243A2/en not_active IP Right Cessation
- 2013-07-19 CN CN201380049254.6A patent/CN104661781A/en active Pending
- 2013-07-19 DE DE112013003613.4T patent/DE112013003613T5/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017510463A (en) * | 2014-04-04 | 2017-04-13 | リンカーン グローバル, インコーポレイテッドLincoln Global, Inc. | System and method for welding using AC welding waveform and enhanced consumable material for improving welding of galvanized workpieces |
JP7503004B2 (en) | 2021-01-19 | 2024-06-19 | 株式会社ダイヘン | Complex Welding Equipment |
JP7558409B2 (en) | 2021-04-19 | 2024-09-30 | フロニウス・インテルナツィオナール・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | Method for adjusting or controlling the transport speed of a wire made of consumable material in a laser soldering or laser welding method, and laser soldering or laser welding device for carrying out said method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE112013003613T5 (en) | 2015-05-28 |
CN104661781A (en) | 2015-05-27 |
KR20150038016A (en) | 2015-04-08 |
WO2014013322A3 (en) | 2014-07-03 |
WO2014013322A2 (en) | 2014-01-23 |
BR112015001243A2 (en) | 2017-07-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2015522426A (en) | Method and system for starting and stopping hot wire processing | |
US20130020289A1 (en) | Method and system to start and stop a hot wire system | |
JP5460863B2 (en) | How to change the welding process during a welding operation | |
EP3386671B1 (en) | Systems to preheat welding wire | |
US10427236B2 (en) | Burner for a welding apparatus | |
JP3198223U (en) | Method and system for overheating a consumable during a hot wire process | |
CA2740615C (en) | Method and system to start and use a combination filler wire feed and high intensity energy source | |
US20150028011A1 (en) | System and method of controlling heat input in tandem hot-wire applications | |
US20150028010A1 (en) | System and method of controlling heat input in tandem hot-wire applications | |
US20150151375A1 (en) | Method and system to use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding with controlled arcing frequency | |
US20150028012A1 (en) | System and method of controlling heat input in tandem hot-wire applications | |
US20150158105A1 (en) | Method and system to use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding with controlled arcing frequency | |
US20150158108A1 (en) | Method and system to use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding with controlled arcing frequency | |
US20170334011A1 (en) | Method and system to use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding and arc suppression of a variable polarity hot-wire | |
JP6945290B2 (en) | Welding system for AC welding with reduced spatter | |
CN113369643A (en) | Dual wire welding or additive manufacturing system and method | |
WO2015125008A1 (en) | Method and system to use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding with controlled arcing frequency | |
EP3774151B1 (en) | Systems, methods, and apparatus to preheat welding wire | |
JP6959941B2 (en) | Arc welding method and arc welding equipment | |
JP7303383B2 (en) | Method and apparatus for welding weld seams | |
KR102493386B1 (en) | A method for controlling a welding process with a consumable electrode and a welding device having a controller of this type | |
WO2015124996A2 (en) | Method and system to use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding | |
WO2015125006A1 (en) | Method and system to use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding with controlled arcing frequency | |
WO2015125003A1 (en) | Method and system to use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding with controlled arcing frequency | |
CN111468802A (en) | System and method for controlled short circuit welding process with integrated switch |