JP2015526295A - レーザと電気アーク溶接機との間に配置されたワイヤ送給装置を用いるハイブリッド溶接システム及び溶接方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図4及び図5に示すように、第1参考例は、溶接装置を使用して、2つの隣接部品70を接合することを含む。溶接装置は、ビーム32を有するレーザ30と消耗電極電気アーク溶接機43とを備える。この参考例では、消耗電気アーク溶接機43は、消耗電極45と消耗電極45を送給するための消耗電極送給装置47とを有するGMAWトーチである。溶接部品70は、せん断刃を有する1/8インチの厚さのステンレス鋼(SS304、化学組成は約8〜11%Ni、約17.5〜20%Cr、約2%Mn、残部のFe、Grainger Industrial Supply社(米国サウスキャロライナ州グリア)から市販)であった。溶接速度は、毎分80インチ(ipm)に設定された。レーザ30の出力は、4.0kWであった。GMAWトーチ43の設定は、230ipmであって、溶加材のステンレス鋼(SS308L、化学組成は約9〜11%Ni、約19.5〜22%Cr、約1.0〜2.5%Mn、残部のFe)と、0.889mm(0.035インチ)の直径を有するワイヤとを用いた。図5に示すように、上部溶接ビード96と底部溶接ビード98とを備える完全溶込み溶接部92が得られたが、溶接部92は、オーバーラップ99の欠陥を有していた。この欠陥は、不適切に選択されたアーク溶接パラメータによって引き起こされる。GMAWトーチ43の消耗電極45の230ipmの低いワイヤ送給速度は、安定したGMAWアークを提供せず、図6に示すように、スパッタリング88だけでなくオーバーラップ欠陥を生じる。
図7及び図8に示すように、第2参考例は、溶接装置を使用して、2つの隣接部品70を接合することを含む。溶接装置は、ビーム32を有するレーザ30、非消耗電極電気アーク溶接機40、及びワイヤ送給装置50を備える。ワイヤ送給装置50は、レーザ30の前にある。非消耗電極電気アーク溶接機40は、GTAWトーチ41である。ワイヤ送給装置50は、レーザ30及びGTAWトーチ41の前に、ワイヤ52を送給する。図7に示すように、ワイヤ送給装置50は、溶接方向90においてレーザ30の先頭を行く。この参考例では、溶接部品70は、せん断刃を有する1/8インチの厚さのステンレス鋼(SS304)であった。溶接速度は、80ipmに設定された。レーザ30の出力は、4kW(最大設定)に設定され、GTAWトーチ41の設定は218A/18V(最大設定)であった。ワイヤ送給装置50のワイヤ送給速度は、約0.889mm(0.035インチ)の直径を有する溶加材308Lのワイヤ50を用いて、230ipmであった。この例から得られた不完全な溶接は、図8に示されている。図示されるように、溶接が、部品70の第1面72から部品70の第2面74に延びていないので、得られた溶接ビード93は、完全溶込み溶接ではない。上部溶接ビード96のみが形成されている。この参考例における問題は、レーザがワイヤを溶融させねばならないために、レーザが溶込みのための出力を失ったことである。
図9及び図10に示すように、本開示の実施例が提供される。本開示は、ハイブリッド溶接装置20を使用して、2つの隣接部品70を接合する。本開示では、溶接部品70は、せん断刃を有する1/8インチの厚さのステンレス鋼(SS304)であった。ハイブリッド溶接装置20は、レーザ30及び非消耗電極電気アーク溶接機40と、レーザ30と非消耗電極40を有する電気アーク溶接機との間のワイヤ送給装置50とを備える。この実施形態では、非消耗電気アーク溶接機40は、GTAWトーチ41である。レーザ30の出力は、3.6kWであった。GTAWトーチは、200A/18Vに設定される。図9に示すように、レーザ30は、溶接方向90において先頭を行く。溶接速度は、80ipmであった。ワイヤ50の送り速度は、0.889mm(0.035インチ)の直径を有し、共通溶融池60(図2参照)を形成する共用溶融池80に向けられた溶加材SS308Lを用いて、230ipmであった。図10に示すように、上部溶接ビード96及び底部溶接ビード98を備える完全溶込み溶接部92は、溶接線92(図11参照)に沿ってスパッタリングなしに、得られた。さらに、図11に示すように、完全溶込み溶接部92は、溶接線に沿ってスパッタリング94なしに、両方のレーザ30及び非消耗電極電気アーク溶接機40(GTAW)の双方よりも少ない出力で、部品の第1面72と第2面74(図10参照)とを接合する。
Claims (20)
- ハイブリッド溶接システムであって、
レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機とを有するハイブリッド溶接装置であって、レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機とが、共用溶融池を形成するように2以上の部品に向かってエネルギーを送るように構成及び配置されているハイブリッド溶接装置と、
レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機との間に配置されたワイヤ送給装置であって、ワイヤ送給装置が、共用溶融池にワイヤを送給して共通溶融池を形成するように構成及び配置され、共通溶融池が、スパッタリングを起こさずに、高い一定溶接速度で2以上の隣接部品を接合させるように動作できる、ワイヤ送給装置と
を備えるハイブリッド溶接システム。 - レーザが、Nd:YAGレーザ、CO2レーザ、ファイバレーザ及びディスクレーザからなる群から選択される、請求項1記載のハイブリッド溶接システム。
- 非消耗電極をもつ電気アーク溶接機が、ガスタングステンアーク溶接機及びプラズマアーク溶接機からなる群から選択される、請求項1記載のハイブリッド溶接システム。
- 高い一定溶接速度が約760mm毎分〜約3050mm毎分である、請求項1記載のハイブリッド溶接システム。
- ワイヤが、コールドワイヤ又は予熱ホットワイヤである、請求項1記載のハイブリッド溶接システム。
- ワイヤが共用溶融池に送られる、請求項1記載のハイブリッド溶接システム。
- ワイヤが0.63mm〜1.58mm(約25ミル〜約62ミル)の直径を有する、請求項1記載のハイブリッド溶接システム。
- 溶接すべき2以上の隣接部品が、チタン、ニッケル、鉄、コバルト、クロム、鋼、それらの超合金、合金及び組合せからなる群から選択される材料を含む、請求項1記載のハイブリッド溶接システム。
- 非消耗電極をもつ電気アーク溶接機が低エネルギーレベルで作動される、請求項1記載のハイブリッド溶接システム。
- 非消耗電極をもつ電気アーク溶接機が安定アークを有する、請求項1記載のハイブリッド溶接システム。
- ワイヤ送給装置のワイヤが、非消耗電極をもつ電気アーク溶接機のアークとレーザのビームとの中間に配置される、請求項1記載のハイブリッド溶接システム。
- ワイヤ送給装置のワイヤが、レーザのビームよりも非消耗電極をもつ電気アーク溶接機のアークに近い、請求項1記載のハイブリッド溶接システム。
- 溶接時に、レーザが一番前を進み、レーザの後にワイヤが続き、ワイヤ送給装置のワイヤの後に非消耗電極をもつ電気アーク溶接機が続く、請求項1記載のハイブリッド溶接システム。
- 溶接時に、電気アーク溶接機が一番前を進み、非消耗電極をもつ電気アーク溶接機の後にワイヤが続き、ワイヤ送給装置のワイヤの後にレーザが続く請求項1記載のハイブリッド溶接システム。
- 2以上の隣接部品を溶接する方法であって、
レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機とを有するハイブリッド溶接装置であって、レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機とが、共用溶融池を形成するように2以上の部品に向かってエネルギーを送るように構成及び配置されているハイブリッド溶接装置を用意する工程と、
ハイブリッド溶接装置を用いて隣接部品の一方又は両方に向かってエネルギーを送り、共用溶融池を形成する工程と、
レーザと非消耗電極をもつ電気アーク溶接機との間に配置されたワイヤ送給装置であって、共用溶融池にワイヤを送給して共通溶融池を形成するように構成及び配置されたワイヤ送給装置を用意する工程と、
共用溶融池にワイヤを送給して共通溶融池を形成する工程であって、共通溶融池が、スパッタリングを起こさずに、高い一定溶接速度で2以上の隣接部品を接合させるように動作できる、工程と
を含む方法。 - レーザが、Nd:YAGレーザ、CO2レーザ、ファイバレーザ及びディスクレーザからなる群から選択される高出力密度レーザビームである、請求項15記載の方法。
- 非消耗電極をもつ電気アーク溶接機が、ガスタングステンアーク溶接機及びプラズマアーク溶接機からなる群から選択される、請求項16記載の方法。
- 非消耗電極をもつ電気アーク溶接機が低エネルギーレベルで作動される、請求項15記載の方法。
- 高い一定溶接速度が約760mm毎分〜約3050mm毎分である、請求項15記載の方法。
- ワイヤ送給装置のワイヤが、非消耗電極をもつ電気アーク溶接機のアークとレーザのビームとの中間に配置される、請求項15記載の方法。
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