JP2021053702A - デュアルワイヤ溶接又は付加製造システム、及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 デュアルワイヤ溶接又は付加製造システム、及び方法を提供する。【解決手段】 溶接又は付加製造のシステムは、第１の出口オリフィス及び第２の出口オリフィスを有するコンタクトチップアセンブリを含む。ワイヤ送給装置は、出口オリフィスを通して、第１のワイヤ電極及び第２のワイヤ電極を送達するように構成されている。アーク発生電源は、コンタクトチップアセンブリを通して、電流波形をワイヤ電極に同時に出力するように構成されている。電流波形は、ブリッジング電流部分と、ブリッジング電流部分よりも低い電流レベルを有するバックグラウンド電流部分と、を含む。ブリッジング電流部分は、堆積動作中にブリッジ溶滴が溶融パドルに移行される前に、ワイヤ電極間でブリッジ溶滴を形成するのに十分な電流レベルを有する。ワイヤ電極の固体部分は、堆積動作中、互いに接触しない。ブリッジ溶滴は、溶融パドルと、ワイヤ電極との間の短絡事象の間に、溶融パドルに移行される。【選択図】図１

Description

本発明と整合性があるデバイス、システム、及び方法は、デュアルワイヤ構成による材料堆積に関する。

溶接時には、溶接ビードの幅を広げるか、又は溶接パドルの長さを長くすることが望ましい場合が多い。これが望ましい理由としては、多種多様なことがあり得るが、それらは溶接産業界ではよく知られている。例えば、多孔性を低減するために溶接金属及びフィラー金属をより長時間にわたって溶融状態に保つには、溶接パドルを伸ばすことが望ましい場合がある。すなわち、溶接パドルが溶融状態である時間が延びれば、溶接ビードが固まるまでの、有害ガスが溶接ビードから抜ける時間がより長くなる。さらに、より幅広の溶接ギャップを覆うこと、又はワイヤ堆積率を上げることのためには、溶接ビードの幅を広げることが望ましい場合がある。いずれの場合も、電極の直径を広げることが一般的である。必要なのは溶接パドルの幅を広げることか、又は長さを伸ばすことであればよく、その両方ではない場合でも、直径を広げると、溶接パドルの長さが伸び、同時に幅が広がる。しかしながら、このことには不利な点がないわけではない。具体的には、より大きな電極が用いられるため、適正な溶接を容易にするためには、より大きなエネルギーが溶接アークに必要になる。このようにエネルギーが大きくなると、溶接への入熱が大きくなり、その結果、使用される電極の直径が大きくなるので、より大きなエネルギーが溶接動作で使用されることになる。さらに、それによって作り出される溶接ビードのプロファイル又は断面が、機械用途によっては理想的とはならない場合がある。電極の直径を大きくする代わりに、少なくとも２つの、より小さい電極を同時に使用することが望ましい場合がある。

以下の概要は、本明細書で説明するデバイス、システム、及び／又は方法のいくつかの態様についての基本的理解が得られるように、簡略化された要約を提示する。この概要は、本明細書で説明するデバイス、システム、及び／又は方法を包括的に概観したものではない。この概要は、クリティカルな要素を明らかにしたり、このようなデバイス、システム、及び／又は方法の範囲を明確化したりすることを意図するものではない。この概要の唯一の目的は、後で提示される、より詳細な説明の序文として、いくつかの概念を簡略化された形式で提示することである。

本発明の一態様によれば、溶接又は付加製造システムが提供される。システムは、第１の出口オリフィス及び第２の出口オリフィスを有するコンタクトチップアセンブリを含む。ワイヤ送給装置は、コンタクトチップアセンブリの第１の出口オリフィスを通して第１のワイヤ電極、及び、コンタクトチップアセンブリの第２の出口オリフィスを通して第２のワイヤ電極を同時に送達するように構成されている。アーク発生電源は、コンタクトチップアセンブリを通して、第１のワイヤ電極、及び第２のワイヤ電極に電流波形を同時に出力するように構成されている。電流波形は、ブリッジング電流部分と、ブリッジング電流部分よりも低い電流レベルを有するバックグラウンド電流部分と、を含む。ブリッジング電流部分は、堆積動作中にブリッジ溶滴が溶融パドルに移行される前に、第１のワイヤ電極と第２のワイヤ電極との間でブリッジ溶滴を形成するのに十分な電流レベルを有する。第１の出口オリフィスを通して送達される第１のワイヤ電極の固体部分は、堆積動作中に第２の出口オリフィスを通して送達される第２のワイヤ電極の固体部分と接触しない。ブリッジ溶滴は、溶融パドルと、第１のワイヤ電極及び第２のワイヤ電極との間の短絡事象の間に、溶融パドルに移行される。

本発明の別の態様によれば、溶接又は付加製造方法が提供される。方法は、第１の出口オリフィスと、第２の出口オリフィスと、を有するコンタクトチップアセンブリに、電流波形を供給するステップを含む。電流波形は、ブリッジング電流部分と、ブリッジング電流部分よりも低い電流レベルを有するバックグラウンド電流部分と、を含む。第１のワイヤ電極は、コンタクトチップアセンブリの第１の出口オリフィスを通して送給され、同時に、第２のワイヤ電極は、コンタクトチップアセンブリの第２の出口オリフィスを通して送給される。電流波形のブリッジング電流部分の間に、堆積動作中にブリッジ溶滴が溶融パドルに移行される前に、ブリッジ溶滴は第１のワイヤ電極を第２のワイヤ電極に結合させて形成される。第１の出口オリフィスを通して送達される第１のワイヤ電極の固体部分は、堆積動作中に第２の出口オリフィスを通して送達される第２のワイヤ電極の固体部分と接触しない。ブリッジ溶滴は、溶融パドルと、第１のワイヤ電極及び第２のワイヤ電極との間の短絡事象の間に、溶融パドルに移行される。

本発明の上述の態様及び他の態様は、添付の図面を参照しながら以下の説明を読めば、本発明が関連する技術分野の当業者に明らかになるであろう。

溶接システムを図示する。 コンタクトチップアセンブリを図示する。 溶接動作の図式的表現を図示する。 堆積動作における電流及び磁場の相互作用の図式的表現を図示する。 コンタクトチップアセンブリの代替的な実施形態である。 溶接トーチの一部を示す。 コンタクトチップ及びディフューザの斜視図である。 コンタクトチップの斜視図である。 コンタクトチップの斜視図である。 ディフューザの斜視図である。 ディフューザの斜視図である。 例示的な駆動ロールの斜視図である。 デュアルワイヤを送給する駆動ロールの断面を図示する。 例示的な溶接波形、及びワイヤ送給速度の図式的表現を図示する。 さらなる例示的な溶接波形、及びワイヤ送給速度の図式的表現を図示する。 例示的な堆積動作の流れ図である。

ここで、添付図面を参照しながら、本発明の例示的実施形態を以下に記載する。記載されている例示的実施形態は、本発明の理解を助けることを意図するものであって、いかなる形でも本発明の範囲を限定することを意図するものではない。全体を通して、類似した参照符号は、類似した要素を指す。

本明細書で使用される場合、「少なくとも１つの」、「１つ又は複数の」、及び「及び／又は」は、動作において接続的及び離接的の両方である幅広い解釈のできる表現である。例えば、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、又はＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの、１つ又は複数」、「Ａ、Ｂ、又はＣのうちの、１つ又は複数」、並びに「Ａ、Ｂ、及び／又はＣ」という各表現は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢとがともに、ＡとＣとがともに、ＢとＣとがともに、又は、ＡとＢとＣとがともに、を意味する。実施形態の説明であれ、特許請求の範囲であれ、又は図面であれ、２つ以上の代替的な用語を表す離接的な語又は句があれば、それらは、それらの用語のうちの１つ、それらの用語のいずれか、又はそれらの用語の両方を含む可能性を想定していると理解されるものとする。例えば、「Ａ又はＢ」という句は、「Ａ」若しくは「Ｂ」、又は「Ａ及びＢ」の可能性を含むと理解されるものとする。

本明細書で説明する本発明の実施形態は、ＧＭＡＷ型溶接との関連において説明されているが、本発明の他の実施形態は、それに限定されない。例えば、実施形態は、ＳＡＷ型及びＦＣＡＷ型溶接動作においてだけでなく、他の類似の型の溶接動作にもまた利用することが可能である。さらに、本明細書に記載の電極は固体電極であるが、ここでもまた、本発明の実施形態は、本発明の趣旨又は範囲から逸脱することなく、有芯電極（フラックスコアード又はメタルコアードのいずれか）を使用することもまた可能であるので、固体電極の使用に限定されない。さらに、本発明の実施形態は、手動式、半自動式、及びロボット式の溶接動作で使用することもまた可能である。このようなシステムはよく知られているため、本明細書では詳しく記載しない。

ここで図面を参照すると、図１は、本発明の一例示的実施形態による溶接システム１００の一例示的実施形態を描く。溶接システム１００は、溶接電源１０９などのアーク発生電源を包含し、電源は、ワイヤ送給装置１０５を介して溶接トーチ１１１に結合されている。電源１０９は、電流、並びにパルススプレー、ＳＴＴ及び／又はショートアーク型溶接波形などの溶接波形を送達することが可能な、任意の既知の型の溶接電源とすることができる。このような電力供給装置の構造、設計及び動作はよく知られているので、本明細書でそれらについて詳しく記載する必要はない。電源１０９は、デュアルワイヤ溶接動作中に、溶接トーチ１１１のコンタクトチップを介して溶接波形をワイヤ電極Ｅ１及びＥ２に同時に出力する。電源１０９は、ユーザが溶接動作の制御パラメータ又は溶接パラメータを入力することが可能なユーザインタフェースに結合された、コントローラ１２０を含むことができる。コントローラ１２０は、本明細書に記載の溶接プロセスの動作を制御するために使用されるプロセッサ、ＣＰＵ、メモリ等を有することができる。既知の手動式、半自動式、又はロボット式の溶接トーチと同様の構成とすることができるトーチ１１１は、任意の既知の、又は使用される溶接ガンに結合させるかことができ、直線型又は雁首型のものとすることができる。ワイヤ送給装置１０５は、電極Ｅ１及びＥ２をそれぞれ電極源１０１及び１０３から引き出すが、これらの電極源は、任意の既知の型のもの、例えば、リール、スプール、コンテナなどとすることができる。ワイヤ送給装置１０５は、既知の構造のものであり、駆動ロール１０７を用いて、電極Ｅ１及びＥ２を引き込み、電極をトーチ１１１に押し出す。本発明の一例示的実施形態では、駆動ロール１０７及びワイヤ送給装置１０５は、単一の電極動作のために構成されている。本発明の実施形態は、デュアルワイヤ構成を使用するが、単一のワイヤ送給動作のためだけに設計されたワイヤ送給装置１０５及び駆動ロール１０７とともに利用することができる。例えば、駆動ロール１０７は、単一の直径０．０４５インチの電極用に構成することができるが、ワイヤ送給装置１０５又は駆動ロール１０７を修正することなく、直径０．０３０インチの２つの電極を適切に駆動する。或いは、ワイヤ送給装置１０５は、電極Ｅ１／Ｅ２をそれぞれ送給するための別個のローラのセットを設けるように設計することができ、又は（例えば、２つの電極の収容が可能なローラの周りの台形状のワイヤ受け溝を介して）２つ以上の電極を同時に送給するために特別に構成された駆動ロールを有することができる。他の実施形態では、２つの別個のワイヤ送給装置を使用することもまた可能である。示されているように、ワイヤ送給装置（単数又は複数）１０５は、既知の構成の溶接動作と整合性がある電源１０９と通信している。

駆動ロール１０７によって駆動されると、電極Ｅ１及びＥ２は、ライナ（ｌｉｎｅｒ）１１３を通り抜けて、電極Ｅ１及びＥ２をトーチ１１１に送達する。ライナ１１３のサイズは、電極Ｅ１及びＥ２がトーチ１１１まで通り抜けられるように適切に決められている。例えば、２つの直径０．０３０インチの電極の場合は、標準的な直径０．０６２５インチのライナ１１３（これは通常、単一の直径０．０６２５インチの電極に使用される）を修正なしで使用することができる。

上記で言及した例は、同じ直径を有する２つの電極の使用について説明しているが、実施形態は異なる直径の電極を使用することができるので、本発明はこの点について限定されない。すなわち、本発明の実施形態は、第１の、大きい方の直径の電極と、第２の、小さい方の直径の電極と、を使用することができる。このような実施形態では、厚さが異なる２つのワークピースをより好都合に溶接することが可能である。例えば、大きい方の電極を大きい方のワークピースに向けることができ、一方、小さい方の電極を小さい方のワークピースに向けることができる。さらに、本発明の実施形態は、限定するものではないが、金属不活性ガス溶接、サブマージドアーク溶接、及びフラックスコアード溶接を含む多種多様な型の溶接動作に使用することができる。さらに、本発明の実施形態は、自動式、ロボット式、及び半自動式の溶接動作に使用することができる。加えて、本発明の実施形態は、種々の型の電極とともに利用可能である。例えば、有芯電極を非有芯電極と結合することが可能であると想定されている。さらに、組成が異なる電極を使用して、最終的な溶接ビードの所望の溶接特性及び組成を実現することができる。したがって、本発明の実施形態は、広範な溶接動作で利用することが可能である。

図２は、本発明の例示的なコンタクトチップアセンブリ２００を描く。コンタクトチップアセンブリ２００は、既知のコンタクトチップ材料から作ることができ、任意の既知の型の溶接ガンで使用することができる。この例示的実施形態で示されているように、コンタクトチップアセンブリは、コンタクトチップアセンブリ２００の長さ方向に延びる２つの別個のチャネル２０１及び２０３を有する。溶接時には、第１の電極Ｅ１が第１のチャネル２０１を通り抜け、第２の電極Ｅ２が第２のチャネル２０３を通り抜ける。チャネル２０１／２０３のサイズは、通常、チャネルを通り抜けることになるワイヤの直径に合わせて適切に決められている。例えば、電極が同じ直径を有するのであれば、チャネルは同じ直径を有することになる。しかしながら、異なる直径を使用するのであれば、チャネルのサイズは、電流が電極に適正に伝達されるように、適切に決められるものとする。加えて、示されている実施形態では、チャネル２０１／２０３は、電極Ｅ１／Ｅ２がコンタクトチップ２００の先端面から平行な関係で出るように構成されている。しかしながら、他の例示的実施形態では、チャネルは、電極Ｅ１／Ｅ２が、＋／−１５°の範囲の角度がそれぞれの電極の中心線間に存在するように、コンタクトチップの先端面から出るように構成することができる。角度調整は、溶接動作の所望の性能特性に基づいて決定することができる。いくつかの例示的実施形態では、コンタクトチップアセンブリは、示されているように、単一の、チャネルと一体化されたコンタクトチップとすることができ、一方、他の実施形態では、コンタクトチップアセンブリは、互いに近接して位置する２つのコンタクトチップサブアセンブリで構成することができ、電流はコンタクトチップサブアセンブリのそれぞれに向けられることに、さらに留意されたい。

図２に示されているように、それぞれの電極Ｅ１／Ｅ２は、電極同士の最も近い縁部間の距離である、距離Ｓだけ離間されている。本発明の例示的実施形態では、この距離は、２つの電極Ｅ１／Ｅ２のうちの大きい方の直径の０．２５倍〜４倍の範囲にあり、一方、他の例示的実施形態では、距離Ｓは、最大直径の２倍〜３倍の範囲にある。例えば、各電極の直径が１ｍｍであれば、距離Ｓは、２ｍｍ〜３ｍｍの範囲とすることができる。他の例示的実施形態では、距離Ｓは、２つのワイヤ電極のうちの一方、例えば、２つの電極のうちの大きい方の直径の０．２５倍〜２．２５倍の範囲にある。手動式又は半自動式の溶接動作では、距離Ｓは、最大電極直径の０．２５倍〜２．２５倍の範囲とすることができ、これに対して、ロボット式の溶接動作では、距離Ｓは、同じ範囲、又は別の範囲、例えば、最大電極直径の２．５倍〜３．５倍の範囲とすることができる。例示的実施形態では、距離Ｓは、０．２ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲にある。

ワイヤ電極Ｅ１／Ｅ２は、コンタクトチップ２００の端面の出口オリフィスから突出する。出口オリフィスの直径は、ワイヤ電極Ｅ１／Ｅ２の直径よりも若干大きい。例えば、０．０３５インチのワイヤの場合であれば、出口オリフィスの直径は、０．０４３インチ（１．０９ｍｍ）とすることができ、０．０４０インチのワイヤの場合であれば、出口オリフィスの直径は、０．０４６インチ（１．１７ｍｍ）とすることができ、０．０４５インチのワイヤの場合であれば、出口オリフィスの直径は、０．０５２インチ（１．３２ｍｍ）とすることができる。チャネル２０１、２０３、及び出口オリフィスは、堆積動作中に、ワイヤ電極Ｅ１／Ｅ２間での単一のブリッジ溶滴の形成を容易にするのに適切に離間されている。直径０．０４５インチ以下を有する電極向けのサイズの出口オリフィスの場合、出口オリフィス間の距離（距離Ｓとほぼ同じ、内周間距離）は、ブリッジ溶滴の形成を容易にするために、３ｍｍ未満とすることができる。しかしながら、ワイヤサイズ、磁力、チャネル２０１、２０３の向き（例えば、角度）等に応じて、出口オリフィス間の３ｍｍ以上の間隔が可能な場合もある。特定の実施形態では、出口オリフィス間の距離は、出口オリフィスの一方又は両方の直径の２０％〜２００％の範囲内にあり、これはまた、電極の直径の０．２５倍〜２．２５倍の範囲にあるワイヤ電極間の距離Ｓに対応することができる。

さらに下記で説明するように、距離Ｓは、堆積動作中に溶滴が溶融パドルに移行される前に、出口オリフィスを通して送達される電極Ｅ１／Ｅ２の固体部分が、ブリッジ溶滴を通して以外、互いに接触しないようにもしながら、単一のブリッジ溶滴が電極Ｅ１／Ｅ２間で確実に形成されるように、選択されるものとする。

図３Ａは、本発明の一例示的実施形態を描いており、同時に、それぞれの電極Ｅ１及びＥ２からの磁力の相互作用を示している。示されているように、電流が流れることに起因して、電極の周りに磁場が発生し、この磁場は、ワイヤ同士を互いの方へと引き寄せるピンチ力を生み出す傾向がある。この磁力は、２つの電極の間で溶滴ブリッジを作り出す傾向があり、これについて下記でより詳細に説明する。

図３Ｂは、２つの電極Ｅ１／Ｅ２の間で作り出されたブリッジ溶滴を示す。すなわち、各電極を通り抜ける電流が電極の端部を溶かすと、磁力は、電極Ｅ１／Ｅ２の端部で溶融溶滴同士を、互いにつながるまで、互いの方へと引き寄せる傾向がある。距離Ｓは、堆積動作中に電極の固体部分が互いに引き寄せられて接触することがないほど十分に遠いが、溶接アークによって作り出された溶接パドルに溶融液滴が移行される前に、ブリッジ溶滴が電極間で作り出されるほどには十分近い。図３Ｂでは、大きなブリッジ溶滴を電極Ｅ１／Ｅ２の間で形成し得ることが見て取れる。しかしながら、溶滴と電極との間の断面積は、比較的小さい。すなわち、電極は、溶滴の小さな断面積に沿ってブリッジ溶滴と接触する。特定の実施形態では、ブリッジ溶滴は、溶融パドルと、ワイヤ電極Ｅ１／Ｅ２との間の短絡事象の間に、溶融パドルに移行される。このプロセスは、ショートアーク型溶接として知られている。短絡事象は、図３Ｃに描かれている。電極Ｅ１／Ｅ２は、溶滴及び電極がワークピースＷ上の溶融パドルに短絡する前に、ブリッジ溶滴が切り離されること（例えば、電極からのピンチオフ）が決してないようにするのに十分なワイヤ送給速度（ＷＦＳ）で、ワイヤ送給装置によって、ワークピースＷに向かって駆動される。電極Ｅ１／Ｅ２を送給する力がアークの加熱に打ち勝ち、示されているようにブリッジ溶滴が溶融パドルに触れると、大きなブリッジ溶滴は、溶接プールの中に引き込まれ、表面張力がピンチ力とともに、溶滴を電極から溶接プールに移行させる。ブリッジ溶滴のサイズは、従来の単一の電極ショートアーク型溶接で形成された溶滴よりもかなり大きい。これにより、ショートアークの１サイクル当たりの堆積率が、従来のショートアーク型溶接を超え、さらに、電極と溶滴との間の断面積が相対的に小さくなり、こうした溶滴を移行させるのに要するピンチ力が小さくて済む。ブリッジ溶滴が溶融パドルに短絡した後、溶接電流によって抵抗加熱されながら、短時間の間、電極Ｅ１／Ｅ２を溶融パドル内へと駆動し続けることができる。電極Ｅ１／Ｅ２を溶かし、追加のフィラー金属として電極を溶接プール内に消費できるように、抵抗加熱と組み合わせて、十分な熱が溶融パドルに存在することになる。

図４Ａは、本発明の一実施形態における電流の流れの例示的な表現を描く。示されているように、溶接電流は、各電極をそれぞれ通って流れるように分割され、ブリッジ溶滴を形成する際に、ブリッジ溶滴に流れ込み、通り抜ける。次に、電流はブリッジ溶滴からパドルに、そしてワークピースに流れ込む。電極が同じ直径及びタイプのものである例示的実施形態では、電流は本質的に、電極を通して均等に分割されることになる。例えば、異なる直径及び／又は組成／構造に起因して、電極が異なる抵抗値を有する実施形態では、既知の方法と同様に、溶接電流はコンタクトチップに印加され、コンタクトチップは、電極とコンタクトチップのチャネルとの間の接点を介してそれぞれの電極に溶接電流を供給するため、それぞれの電流は、Ｖ＝Ｉ＊Ｒの関係に起因して配分されることになる。図４Ｂは、ブリッジ溶滴を作り出すのを助ける磁力を描く。示されているように、磁力は、電極のそれぞれの溶融部分を、それらが互いに接触するまで、互いの方へと引き寄せる傾向がある。

図５は、本発明の実施形態とともに使用可能なコンタクトチップ７００の代替的な例示的実施形態を描く。前述したように、いくつかの実施形態では、電極は、単一のワイヤガイド／ライナを介してトーチに向けることができる。当然ながら、他の実施形態では、別個のワイヤガイド／ライナを使用することができる。しかしながら、単一のワイヤガイド／ライナが使用される実施形態では、コンタクトチップは、電極がコンタクトチップ内で互いに隔てられるように設計することができる。図５に示されているように、この例示的なコンタクトチップ７００は、コンタクトチップ７００の上流端部に単一のオリフィスを有する単一の入口チャネル７１０を有する。各電極は、このオリフィスを介してコンタクトチップに入り、コンタクトチップの分離部分７２０に到達するまでチャネル７１０に沿って通過し、そこで分離部分は、一方の電極を第１の出口チャネル７１１の中に向け、第２の電極を第２の出口チャネル７１２の中に向け、これにより、電極が別個の出口オリフィス７０１及び７０２にそれぞれ向けられるようにしている。当然ながら、チャネル７１０、７１１及び７１２は、使用される電極のサイズに合わせて適切なサイズにしなければならず、分離部分７２０は、電極を傷つけたり引っ掻けたりしない形状にしなければならない。図５に示されているように、出口チャネル７１１及び７１２は、互いに対して角度が調整されるが、図２に示されているように、これらのチャネルは、互いに平行な向きとすることもまた可能である。

上記で説明したように、マルチワイヤ堆積動作（例えば、溶接、付加製造、硬化肉盛等）で使用されるワイヤ電極は、ワイヤ電極間でのブリッジ溶滴の形成を容易にする距離Ｓだけ離間させることができる。ブリッジ溶滴のサイズは、ワイヤ電極間の間隔、及びコンタクトチップの出口オリフィス間の間隔によって決められる。ブリッジ溶滴のサイズは、堆積動作中に存在する電気アークの幅を決定し、出口オリフィス間、及びワイヤ電極間の間隔を減らすと、アーク幅は狭くなる。大きな溶接には大きなブリッジ溶滴が好適な場合があり、小さな溶接には小さなブリッジ溶滴が好適な場合がある。堆積率はアーク幅によって影響され、小さなゲージワイヤの堆積率は、出口オリフィス間、及びワイヤ電極間の間隔を（例えば、およそ２ｍｍ〜１ｍｍに）小さくすることによって、高めることができる。

電流波形（例えば、ピーク電流レベルでの）によって起こった磁力により、依然としてブリッジ溶滴の形成が可能であるときには、出口オリフィス間の最大間隔、及びワイヤ電極間の最大間隔に達しており、ブリッジがもはや可能でないときには、最大間隔を超えている。最小間隔は、ブリッジング点でワイヤの固体部分が分離されたままである間隔である。磁力は、ワイヤ電極を一緒に引っ張る傾向があるので、ワイヤは多少の可撓性を有する。このように、出口オリフィス間の最小間隔及びワイヤ電極間の最小間隔は、電極の剛性に依存し、電極の剛性は、例えば、ワイヤ直径、構築材料等のパラメータにより影響を受ける。

図６は、本発明による例示的な溶接トーチの端部を描く。溶接トーチの構造及び動作は一般に知られているため、そのような構造及び動作の詳細は、本明細書では詳しく説明しない。示されているように、トーチは、複数の構成要素を含み、溶接動作又は付加製造動作のための、少なくとも２つのワイヤ電極及びシールドガスをワークピースに送達するために使用される。トーチは、溶接動作のためのシールドガスを適正に方向付けし、分配するのを助けるディフューザ２０５を含む。ディフューザ２０５の下流端部に結合されているのは、コンタクトチップ２００であり、溶接時にコンタクトチップを同時に通り抜ける少なくとも２つのワイヤ電極の中に、溶接電流を通すのに使用される。コンタクトチップ２００は、コンタクトチップの穴又はチャネルを通して送達されるワイヤ電極間でのブリッジ溶滴の形成を容易にするように構成されている。ブリッジ溶滴は、上記で説明したように、堆積動作によって作り出された溶融パドルと接触する前に、第１のワイヤ電極を第２のワイヤ電極に結合する。

ディフューザ２０５の外側にねじ留めされているのは、絶縁体２０６である。絶縁体２０６は、トーチ内の電気が流れている構成要素からノズル２０４を電気的に絶縁する。ノズル２０４は、溶接中、ディフューザ２０５からトーチの先端部、及びワークピースにシールドガスを向ける。

従来のコンタクトチップは、コンタクトチップの上流端部又は基端部に、ディフューザの中に刻まれたねじ山を有する。コンタクトチップ及びディフューザは、コンタクトチップをディフューザの中にねじ込むことによって接続される。このような固定システムは、単一のワイヤを用いた溶接に上手く機能する。溶接ワイヤは、コンタクトチップに通すことができ、コンタクトチップをワイヤの周りで複数回回転させ、ディフューザの中にねじ込むことができる。しかしながら、コンタクトチップを同時に通り抜ける複数の溶接ワイヤを用いて溶接する場合、このような固定システムであれば、溶接ワイヤの望ましくない捻れが生じてしまう。例えば、２つの溶接ワイヤがコンタクトチップを通り抜ける場合に、次いで３６０°よりも大きな回転が必要な複数回の回転によってコンタクトチップをディフューザに通すと、溶接ワイヤが捻れ、コンタクトチップを通して送給することができなくなる。

図６のコンタクトチップ２００は、例えば、２７０°（４分の３回転）、１８０°（２分の１回転）、９０°（４分の１回転）、９０°未満等、３６０°未満のコンタクトチップの回転によってディフューザ２０５に取り付けられる。コンタクトチップをディフューザ２０５に取り付けるために必要なコンタクトチップ２００の回転は、所望に応じて、好ましくは３６０°未満の任意の角度とすることができ、その結果、コンタクトチップを通り抜ける複数のワイヤ電極が、コンタクトチップの設置中に過度に捻れないようになる。コンタクトチップの設置中に、溶接ワイヤが過度に捻れる場合には、ワイヤ送給問題が生じ、溶接ワイヤの「絡まり」が生じる可能性がある。

図６〜図１１を参照すると、コンタクトチップ２００は、ディフューザ内のコンタクトチップの時計回りの４分の１回転によってディフューザ２０５に取り付けられている。コンタクトチップ２００は、前方部分又は下流先端部分を有し、この前方部分又は下流先端部分は、テーパ形状を有するとともに、プライヤなどの工具による把持に適合する平坦部２１５を含む。コンタクトチップ２００は、後方部分又は上流基端部分２０８を有し、この後方部分又は上流基端部分は、概して円筒形であるが、ディフューザ２０５の内壁のスロット２１２に係合して、コンタクトチップをディフューザにしっかりと接続する半径方向に突出するタブ２１０を含む。コンタクトチップ２００の後方部分２０８は、コンタクトチップがディフューザに設置されたとき、ディフューザ２０５内に位置し、コンタクトチップのマウントシャンクとして作用する。コンタクトチップの後方部分２０８の直径は、隣接する下流部分よりも小さく、これにより、肩部２１１がコンタクトチップの円筒形の後方部分２０８から半径方向に突出していることが見て取れる。肩部２１１は、コンタクトチップ２００がディフューザに設置されたとき、ディフューザ２０５の終端面に当接してぴったりと収まる。

コンタクトチップ２００は、既知のコンタクトチップ材料から作ることができ、任意の既知のタイプの溶接ガンで使用することができる。コンタクトチップは、後方の基端部から前方の先端部に延在する、銅など、導電性の本体を備えることができる。この例示的実施形態に示されているように、コンタクトチップ２００は、コンタクトチップの長さ方向に延びる２つの別個のワイヤチャネル、又は、穴２１４及び２１６を有する。チャネル２１４／２１６は、マウントシャンク２０８の基端面上のワイヤ入口オリフィスと、コンタクトチップの先端面上のワイヤ出口オリフィスとの間に延在することが可能である。溶接時、第１のワイヤ電極は、第１のチャネル２１４を通して送達され、第２のワイヤ電極は、第２のチャネル２１６を通して送達される。チャネル２１４／２１６のサイズは通常、チャネルを通して送給されるワイヤの直径に合わせて適切に決められている。例えば、電極が同じ直径を有するのであれば、チャネルは同じ直径を有することになる。しかしながら、異なるワイヤサイズを一緒に使用するのであれば、チャネルのサイズは、電流を異なるサイズの電極に適正に伝達するように、適切に決められるものとする。加えて、示されている実施形態では、チャネル２１４／２１６は、電極がコンタクトチップ２００の先端面から平行な関係で出るように構成されている。しかしながら、他の例示的実施形態では、チャネルは、電極が、＋／−１５°の範囲の角度がそれぞれの電極の中心線間に存在するように、コンタクトチップの先端面から出るように構成することができる。角度調整は、溶接動作の所望の性能特性に基づいて決定することができる。本明細書で説明する例示的なコンタクトチップは、２つの電極穴を有して示されている。しかしながら、コンタクトチップが、例えば、３つ以上の穴など、２つを超える電極のための穴を有する場合もあり得ることを理解されたい。

ディフューザ２０５の内壁のスロット２１２は、軸部分２１８及び螺旋部分２２０を含む。スロット２１２の軸部分２１８は、ディフューザ２０５の下流終端面へと延在し、そこに当接してコンタクトチップ２００の肩部２１１がぴったりと収まる。溶接電極がコンタクトチップ２００を通して送給された後、マウントシャンク２０８上の半径方向に突出するタブ２１０は、スロット２１２の軸部分２１８の中に挿入され、コンタクトチップは、ディフューザ２０５の中に押し込まれる。タブ２１０がスロットの螺旋部分２２０に到達すると、コンタクトチップ２００は回転して、タブを螺旋部分の端部に移動させる。螺旋部分２２０は、コンタクトチップが回転するにつれて、コンタクトチップ２００を内側に引き込むわずかな上流ピッチを有することで、コンタクトチップの肩部２１１がディフューザ２０５の下流終端面に当接してぴったりと収まるようにしている。マウントシャンク２０８のタブ２１０は、２つの構成要素間の密着した接続を確実にするのに役立つように、ディフューザ２０５のスロット２１２のピッチに一致したテーパ状縁部２１７を有することができる。示されている例示的実施形態では、スロット２１２の螺旋部分２２０は、コンタクトチップ２００が４分の１回転して、コンタクトチップをディフューザ２０５に固定できるようにしている。しかしながら、他の回転角度も可能である（例えば、１／４回転、すなわち９０°を超えるか、又はそれ未満）ことを理解されたい。例えば、スロットの螺旋部分２２０は、ディフューザ２０５の内部チャンバの内周の周り３６０°未満に延在することができる。

図１２は、デュアルワイヤ溶接システムにおけるワイヤ送給装置で使用される例示的な駆動ロール１０７を図示する。駆動ロール１０７は中央の穴を有する。穴の内面は駆動機構、例えば、駆動ギアの突出部を受け入れるように輪郭付けされた、駆動トルクを駆動ロール１０７に伝達する凹部１３１を含むことができる。駆動ロール１０７は、１つ又は複数の環状又は円周方向のワイヤ受け溝１３３、１３５を含む。ワイヤ受け溝１３３、１３５は、駆動ロール１０７の円周に沿って軸方向に離間されている。ワイヤ受け溝１３３、１３５は、２つの溶接ワイヤを受け入れるように設計されている。駆動ロール１０７とともに使用するための例示的な標準的溶接ワイヤの直径には、０．０３０インチ、０．０３５インチ、０．０４０インチ、０．０４５インチ等が含まれる。ワイヤ受け溝１３３、１３５は、互いに同じ幅及び深さを有するか、又はデュアル溶接ワイヤの異なるサイズ、若しくは異なる組合せに対処するために、異なる幅及び深さを有することができる。ワイヤ受け溝１３３、１３５がそれぞれ、同じ幅及び深さを有する場合には、駆動ロール１０７は、一方の溝が摩耗したら、単に駆動ロールをひっくり返して、ワイヤ送給装置に設置し直すだけで再度使用することができる。ワイヤ受け溝１３３、１３５は、同じ直径を有する２つのワイヤ、又は異なる直径を有する２つのワイヤを同時に駆動するように構成することができる。ワイヤ受け溝１３３、１３５は、真っすぐな、斜めの、又は内側に先細りした側壁、及び側壁間に延在する平坦な底部を有する、概して台形の形状を有することができる。しかしながら、ワイヤ受け溝１３３、１３５は、台形の形状に加えて、例えば、湾曲した溝底部、凹んだ溝底部を有するなど、他の形状を有する場合もあり得る。特定の実施形態では、溝１３３、１３５は、ローレット切り又は他の摩擦表面処理を含んで、溶接ワイヤの把持をやり易くすることができる。

図１３は、堆積動作中に、デュアル溶接ワイヤを供給するためのワイヤ送給装置に取り付けた場合の、２つの駆動ロール１０７の部分断面図を示す。駆動ロール１０７は相互に付勢されて、第１の溶接ワイヤＥ１及び第２の溶接ワイヤＥ２に締め付け力を提供する。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、どちらも上側の駆動ロール１０７及び下側の駆動ロール１０７の環状溝の中に位置する。駆動ロール１０７に加えられた付勢力に起因して、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、環状溝の中で、溝を形成する上側の側壁１５０及び下側の側壁１５０と、近隣の溶接ワイヤとの間で締付固定される。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、環状溝の中で３つの接触点を介して安定して保持される。この締付固定システムによって、両方のワイヤを一貫したやり方でワイヤ送給装置を通して送給させることが可能になる。２つの溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、送給中に互いに支持し合い、摩擦を介して一緒に引かれていく。環状溝の側壁１５０が斜めになっているため、それらは、垂直方向及び水平方向の両方向の締め付け力を溶接ワイヤＥ１、Ｅ２に加える。水平方向の締め付け力は、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２をまとめて押し、溶接ワイヤを互いに接触させる。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、両方の凹んだ溝底部１５２から半径方向にずれるように、環状溝の中で締付固定されている。すなわち、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、互いの間で、及び溝の斜めの側壁１５０間で一定の場所に釘付けされることで、溶接ワイヤのそれぞれと、溝底部１５２との間にギャップが存在するようになっている。一例示的実施形態では、側壁１５０と駆動ロール１０７の外周との間の角度は約１５０°であるが、その他の角度も可能であり、健全な工学的判断で決定することができる。

駆動ロール１０７によって提供されるワイヤの締付固定は、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２の直径における（例えば、製造公差に起因する）ある程度のばらつきを考慮している。各溶接ワイヤＥ１、Ｅ２が駆動ロール１０７の中にそれぞれ専用の環状溝を有し、溶接ワイヤのうちの一方がもう一方よりも若干大きい場合であれば、小さい方の溶接ワイヤは、駆動ロール間で十分に締付固定されない可能性がある。このような状況になれば、大きい方の溶接ワイヤが駆動ロール１０７の互いの方へと向かう半径方向の変位を制限し、これにより、小さい方のワイヤの適切な締付固定が妨げられることになる。これは送給上の問題、及び、送給中の、小さい方の溶接ワイヤの、いわゆる「絡まり」に結び付きかねない。上記で説明した締付固定システムは種々のサイズのワイヤに対処することができる。その理由は締付固定システムが自動調節式であるからである。一方の溶接ワイヤＥ１がもう一方の溶接ワイヤＥ２よりも大きい場合、ワイヤ間の接触点は、環状溝内の中央の位置から小さい方のワイヤに向かって軸方向にずれる。各溶接ワイヤＥ１、Ｅ２上で、溝の側壁１５０及び近隣の溶接ワイヤによって、３点接触が保たれる。

図１４及び図１５は、上述したようなブリッジ溶滴を使用した、ショートアーク型溶接動作の例示的な電流波形３００及び電圧波形３２０を提供する。図１４及び図１５は、ショートアーク型溶接動作中のワイヤ送給速度（ＷＦＳ）３４０、３６０への例示的な変更、並びに、溶接動作中のワイヤ電極及びブリッジ溶滴の動きもまた示す。ブリッジ溶滴がその間に溶融溶接パドルに移行され、ワイヤ電極がワークピースに短絡する周期的な短絡事象が、「短絡」と「解消」との間の間隔として、図１４及び図１５に表示されている。短絡事象が解消された後、電極を溶接パドル及びワークピースから分離する間に、ワイヤ電極間で新たなブリッジ溶滴が形成される。電極及び新たに成長させたブリッジ溶滴は、ワイヤ送給装置によって溶接パドルの方へと駆動されて、別の短絡事象を介して別のブリッジ溶滴を溶接パドルに移行させる。このサイクルは、ショートアーク型堆積動作が継続する間、繰り返される。

電流波形３００は、ブリッジング電流部分３０２を含む。ブリッジング電流部分３０２は、波形の高電流部分であり、ワイヤ電極間でブリッジ溶滴を形成するのに十分である。ブリッジング電流部分３０２の例示的な電流範囲は、２００Ａ〜１０００Ａである。ブリッジング電流部分３０２の後、電流は、バックグラウンド電流部分３０４まで低下させることができる。バックグラウンド電流部分の例示的な電流レベルは、１００Ａ未満、５０Ａ未満、及び約２０Ａである。低電流のバックグラウンド電流部分３０４は、ブリッジ溶滴の周りの磁力を減らし、短絡事象が生じる前に（すなわち、ブリッジ溶滴が溶融パドルに短絡する前に）、ブリッジ溶滴が電極から切り離されないようにするのに役立つ。ブリッジング電流部分３０２及びバックグラウンド電流部分３０４の間、示されているように、ＷＦＳはプラスである（すなわち、ワイヤ電極は溶融パドルの方へと駆動される）。ワイヤ送給速度は、ブリッジング電流部分３０２及びバックグラウンド電流部分３０４の間に一定に保つことができ、又はＷＦＳは、溶接波形のこれらの部分の間に調節することができる。例えば、ＷＦＳは、ブリッジング電流部分３０２の間に高くして、次に、電流波形３００がバックグラウンド電流３０４へと遷移するにつれて下げることができる。短絡が生じると、ブリッジ溶滴が溶融パドルに短絡して、穏やかな、又は緩やかな接触になるので、ＷＦＳもまた、減速する（例えば、マイナス傾斜を有する）場合がある。電極及びブリッジ溶滴が溶融パドルの方へと駆動されている間に、ＷＦＳが一定に保たれているか、変更されたかに関係なく、ＷＦＳは、電極から切り離される前に、確実にブリッジ溶滴が溶融パドルの中に速やかに押し込まれるように、十分に速い速度であるものとする。

電流波形３００は、短絡ワイヤ加熱部分３０６を含むことができる。短絡ワイヤ加熱部分３０６は、バックグラウンド電流部分３０４よりも高い電流レベル、及びブリッジング電流部分３０２よりも低い電流レベルを有することができる。短絡ワイヤ加熱部分３０６の例示的な電流レベルは、約１００Ａであるが、これよりも高い、又はこれよりも低い電流レベルも可能である。例えば、短絡ワイヤ加熱部分３０６は、バックグラウンド電流部分３０４とほぼ同じレベルである場合もあり得る。短絡ワイヤ加熱部分３０６は、ブリッジ溶滴が溶融パドルに短絡した後、短絡事象の間に生じる。短絡ワイヤ加熱部分３０６は、アークが消滅している間、やはり溶融パドルに短絡されている電極を抵抗加熱する役割を果たす。抵抗加熱を溶融パドルに存在する熱と組み合わせることにより、電極がワイヤ送給装置によってパドルへと駆動されるときに、それらが溶融パドルのフィラーワイヤとして消費されることが可能になる。短絡の低電圧が原因で、短絡ワイヤ加熱部分３０６の全入熱は低い。ＷＦＳは、短絡ワイヤ加熱部分３０６の大半の間、プラス又は順方向にとどまることができるが、必要があれば、短絡ワイヤ加熱部分の間、減速、停止、又は逆転させることさえも可能である。電流波形３００の短絡ワイヤ加熱部分３０６は、短絡事象中の所定の時間の間、適用することができ、その後、電流レベルは、短絡が解消する前に、低レベル３０８まで下げて、スパッタを最小限に抑えることができる。短絡ワイヤ加熱部分３０６を所定の時間の間、適用するのではなく、この中間電流レベルであれば、短絡が今にも解消しようとしていることが明白になるまで維持することができ、溶接電源又はワイヤ送給装置によって決められた通りに、その時点で、電流レベルを低レベル３０８まで下げることができる。短絡ワイヤ加熱部分３０６は、電極を通して所望の量（例えば、ジュール）のエネルギーを供給するのに十分な時間の間、維持される加熱電力レベルとして調整することもまた可能である。電力レベルを積分して、短絡ワイヤ加熱部分３０６の間に供給されるエネルギーの合計量を決定することができる。所望の量の加熱エネルギーが供給されたら、電流レベルを低レベル３０８まで下げることができる。溶接電源若しくはワイヤ送給装置が、短絡が解消したと判定した後、又は低電流レベル３０８が、短絡が解消することが見込まれる時間の間、適用された後に、電源は、スパッタを最小限に抑える低電流レベル３０８から、ブリッジ溶滴を形成するブリッジング電流レベル３０２に切り替わる。

溶接電源及び／又はワイヤ送給装置は、堆積動作の電圧（例えば、溶接電圧）を監視することによって、短絡事象の発生を検出することができる。特定の実施形態では、溶接電源は、短絡事象が発生すると、溶接電流を低減させて、スパッタを減らすことができる。このような電流の低減は、図１４の電流グラフの線に破線によって示されている。溶接電源及び／又はワイヤ送給装置は、例えば、溶接電圧の変化率（ｄＶ／ｄｔ）を監視することなどによって、短絡が今にも解消されようとしているときを判定することもまた可能である。溶接電圧の変化率（ｄＶ／ｄｔ）に基づいて、解消しつつある短絡に応答して、ＷＦＳ、及び電極へのブリッジング電流レベル３０２の出力を調節することができる。

堆積動作のアーキング部分の間、ＷＦＳはプラスであり、電極から切り離される前に、ブリッジ溶滴を溶融パドルの中に押し込むために、比較的高速である。しかしながら、短絡事象の間に、ＷＦＳを減速させて、電流からのピンチ力が電極を溶融パドルから切り離し、電極からアークを再び確立できるようにすることが可能である。特定の実施形態では、短絡事象の間にＷＦＳがゼロに達している図１５に概略的に示されているように、ワイヤ送給は短絡事象の間に停止することができる。短絡事象の間にワイヤ送給装置の送給方向を逆転させて（図１４）、溶融パドルから電極を引っ張り出すこともまた可能である。その場合、ワイヤ送給装置は、短絡事象の間に、最初に電極を溶融パドルの中に駆動して、追加のフィラー金属を溶融パドルに加え、その後続いて、電極を溶融パドルから引き離して、アークを再び確立するのに役立てる。電極を減速、停止、及び／又は逆転させるためのタイミングは、短絡事象の発生の検出に基づくことができる。例えば、電源は、溶接電圧を監視し、ワイヤ送給装置を制御して、溶接電圧が短絡レベルに降下したときに、電極を減速／停止／逆転させるか、又は短絡が発生した後、所定の時間で電極を減速／停止／逆転させることができる。電極と溶融パドルとの間の溶接アークは、図１４及び図１５の最下部に示されているように、ワイヤ送給が減速若しくは停止される間に、又は送給方向が逆転される（溶融パドルから離隔させる）間に、再び確立することができる。次に、ワイヤ送給装置は、示されているように、短絡が解消し、アークが再び確立された後に、溶融パドルに向けての電極の送達を再開することができる。ＷＦＳ及び方向に対する変更は、堆積動作の短絡部分及びアーキング部分の間に、電流レベルに対する変更と一緒に調整することができる。

上記で説明した溶接波形の周波数は、高い堆積率を維持しながら、従来の溶接波形よりも低くすることができる。従来の溶接波形は、例えば、約１００Ｈｚの周波数を有することができるが、それに対し、本発明の波形は、１００Ｈｚ未満、例えば、２０Ｈｚ〜６０Ｈｚの間とすることができる。

図１６は、例示的な堆積動作の流れ図を描く。例示的な堆積動作は、溶接、付加製造等とすることができる。電流波形が第１の出口オリフィス及び第２の出口オリフィスを有するコンタクトチップアセンブリに供給される。電流波形は、少なくともブリッジング電流部分と、ブリッジング電流部分よりも低い電流レベルを有するバックグラウンド電流部分と、を含む。第１のワイヤ電極がコンタクトチップアセンブリの第１の出口オリフィスを通して送給され、同時に第２のワイヤ電極がコンタクトチップアセンブリの第２の出口オリフィスを通して送給される。電極は、１つ又は複数のワイヤ送給装置によって送給され、送給速度は種々様々とすることができる。電流波形のブリッジング電流部分の間に、堆積動作中にブリッジ溶滴が溶融パドルに移行される前にブリッジ溶滴が形成される。ブリッジ溶滴は、第１のワイヤ電極を第２のワイヤ電極に結合し、第１の出口オリフィスを通して送達される第１のワイヤ電極の固体部分は、第２の出口オリフィスを通して送達される第２のワイヤ電極の固体部分と接触しない。溶融パドルと、第１のワイヤ電極及び第２のワイヤ電極との間の短絡事象の間に、ブリッジ溶滴が溶融パドルに移行される。短絡事象の間に、第１のワイヤ電極及び第２のワイヤ電極の送給速度が減速され、且つ／又は、送給方向が逆転される。特定の実施形態では、短絡事象の間に、第１のワイヤ電極及び第２のワイヤ電極は、最初に溶融パドルの中に駆動され、続いて、溶融パドルから引き離される。短絡事象の間に、第１のワイヤ電極及び第２のワイヤ電極の送給を停止させること、及び短絡が解消したときに再開させることもまた可能である。堆積動作の電圧の変化率（ｄＶ／ｄｔ）を監視して、電圧の変化率（ｄＶ／ｄｔ）から、短絡事象の解消を判定することができる。アークが、溶融パドルと、第１のワイヤ電極及び第２のワイヤ電極との間で再び確立される。アークは、電極の送給を減速、若しくは停止する間に、又は、電極の送給方向を逆転させる（すなわち、溶融パドルから離隔させる）間に、再び確立することができる。

本明細書に記載の実施形態を使用すると、既知の溶接動作よりも安定性、溶接構造及び性能を著しく向上させることができる。しかしながら、溶接動作に加えて、実施形態は、付加製造動作でも使用することが可能である。実際、上述したシステム１００は、溶接動作においてだけでなく、付加製造動作においてもまた使用可能である。例示的実施形態では、上述したデュアルワイヤショートアーク型技術を使用して、付加製造動作における堆積率の向上が実現可能である。付加製造プロセス及びシステムは既知であるため、そのようなプロセス及びシステムの詳細は、本明細書では説明する必要はない。

例示的実施形態は、他の溶接型の波形を本発明の実施形態とともに使用することができるので、上記で説明した波形、及び本明細書に記載の波形の使用法に限定されないことに留意されたい。例えば、他の実施形態は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、可変極性又はＡＣ波形等を使用することができる。例えば、可変極性の実施形態では、溶接波形のブリッジング電流部分は、溶接パドルへの全入熱を減らしながらブリッジ溶滴が作り出されるように、負の極性で完了することができる。

本発明の実施形態は、フラックスコアード消耗材を含む、種々のタイプ及び組合せの消耗材とともに使用することができる。実際、本発明の実施形態は、フラックスコアード電極を使用すると、より安定した溶接動作を提供することができる。具体的には、ブリッジング溶滴を使用すると、単一のワイヤ溶接動作では不安定になりがちなフラックスコア溶滴の安定化を助ける場合がある。さらに、本発明の実施形態により、より高い堆積率、例えば、１０ポンド／時間を超える堆積率で溶接及びアークの安定性を高めることが可能になる。

加えて、上記で示したように、消耗材は、所与の溶接動作を最適化し得る、異なるタイプ及び／又は組成のものとすることができる。すなわち、２つの、異なる、しかし両立可能な消耗材の使用を組み合わせて、所望の溶接継手を作り出すことができる。例えば、硬化肉盛ワイヤ、ステンレスワイヤ、ニッケル合金及び異なる組成の鋼ワイヤを含む両立可能な消耗材を組み合わせることができる。一具体例として、軟鋼ワイヤを過剰合金化ワイヤと組み合わせて、３０９ステンレス鋼組成を作ることができる。これは、所望のタイプの単一の消耗材に望ましい溶接特性がないときに有利な場合がある。例えば、特殊溶接用のいくつかの消耗材は、所望の溶接の化学的性質を提供するが、使用が極めて難しく、満足のいく溶接を提供することが困難である。しかしながら、本発明の実施形態により、溶接がより容易な２つの消耗材を使用して、所望の溶接の化学的性質を作り出すように組み合わせることが可能になる。本発明の実施形態を使用して、他の方法では商業的に利用可能でないか、又は他の方法では製造するのに非常に費用がかかる合金／堆積の化学的性質を作り出すことができる。したがって、２つの異なる消耗材を使用して、費用がかかるか、又は利用不可能な消耗材の必要をなくすことができる。さらに、実施形態を使用して、希釈合金を作り出すことができる。例えば、第１の溶接ワイヤが一般的で安価な合金であり、第２の溶接ワイヤが特殊ワイヤである場合もあり得る。所望の堆積は、高価な特殊ワイヤよりも低い２つのワイヤの平均コストで、ブリッジ化溶滴の形成の際によく混合された、２つのワイヤの平均になる。さらに、いくつかの用途では、所望の堆積は、適切な消耗材の化学的性質がないことに起因して得られない場合があるが、ブリッジ化溶滴内で混合され、単一の溶滴として堆積される、２つの標準的な合金ワイヤを混合することによって入手が可能になる場合もある。さらに、耐摩耗性金属の用途など、いくつかの用途では、所望の堆積は、一方のワイヤからの炭化タングステン粒子と、もう一方のワイヤからの炭化クロム粒子との組合せとすることができる。さらに別の用途では、内部に大きい粒子を収容している大きい方のワイヤを、少ない粒子、又は小さい粒子を含んでいる小さい方のワイヤと混合して、２つのワイヤの混合物を堆積する。ここでは、各ワイヤからの予想される寄与は、ワイヤ送給速度が同じであるとすると、ワイヤのサイズに比例する。さらに別の例では、ワイヤのワイヤ送給速度は、生成される合金を所望の堆積に基づいて変更できるように異なっているが、ワイヤの混合は、ワイヤ間で作り出されたブリッジ溶滴によって、まだ生成されている。

本開示は例としてのものであり、本開示に含まれる教示の公正な範囲から逸脱することなく、細部を追加、修正、又は排除することによって、様々な変更を行い得ることが、明らかである。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲が必然的にそのように限定されている範囲を除いて、本開示の特定の詳細に限定されない。

１００ 溶接システム
１０１ 電極源
１０３ 電極源
１０５ ワイヤ送給装置
１０７ 駆動ロール
１０９ 溶接電源
１１１ 溶接トーチ
１１３ ライナ
１２０ コントローラ
１３１ 凹部
１３３、１３５ ワイヤ受け溝
１５０ 側壁
１５２ 溝底部
２００ コンタクトチップアセンブリ
２０１ 第１のチャネル
２０３ 第２のチャネル
２０４ ノズル
２０５ ディフューザ
２０６ 絶縁体
２０８ マウントシャンク
２１０ タブ
２１１ 肩部
２１２ スロット
２１４ 第１のチャネル
２１５ 平坦部
２１６ 第２のチャネル
２１７ テーパ状縁部
２１８ 軸部分
２２０ 螺旋部分
３００ 電流波形
３０２ ブリッジング電流部分
３０４ バックグラウンド電流部分
３０６ 短絡ワイヤ加熱部分
３０８ 低電流レベル
３２０ 電圧波形
３４０、３６０ ワイヤ送給速度
７００ コンタクトチップ
７０１ 出口オリフィス
７０２ 出口オリフィス
７１０ 入口チャネル
７１１ 第１の出口チャネル
７１２ 第２の出口チャネル
７２０ 分離部分
Ｅ１ 第１のワイヤ電極
Ｅ２ 第２のワイヤ電極
Ｓ 距離
Ｗ ワークピース

Claims (20)

1. 溶接又は付加製造システムであって、
   第１の出口オリフィス及び第２の出口オリフィスを有するコンタクトチップアセンブリと、
   前記コンタクトチップアセンブリの前記第１の出口オリフィスを通して第１のワイヤ電極、及び、前記コンタクトチップアセンブリの前記第２の出口オリフィスを通して第２のワイヤ電極を同時に送達するように構成されたワイヤ送給装置と、
   前記コンタクトチップアセンブリを通して同時に、電流波形を前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極に出力するように構成されたアーク発生電源と、
   を備え、
   前記電流波形がブリッジング電流部分と、前記ブリッジング電流部分よりも低い電流レベルを有するバックグラウンド電流部分と、を含み、
   前記ブリッジング電流部分が、堆積動作中に、ブリッジ溶滴が溶融パドルに移行される前に、前記第１のワイヤ電極と前記第２のワイヤ電極との間で前記ブリッジ溶滴を形成するのに十分な電流レベルを有し、前記第１の出口オリフィスを通して送達される前記第１のワイヤ電極の固体部分が、前記堆積動作中に、前記第２の出口オリフィスを通して送達される前記第２のワイヤ電極の固体部分と接触せず、且つ、
   前記ブリッジ溶滴が、前記溶融パドルと、前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極との間の短絡事象の間に、前記溶融パドルに移行される、溶接又は付加製造システム。
2. 前記電流波形が、前記短絡事象の間に生じる短絡ワイヤ加熱部分を含み、前記短絡ワイヤ加熱部分が、前記バックグラウンド電流部分よりも高い電流レベル及び前記ブリッジング電流部分よりも低い電流レベルを有する、請求項１に記載の溶接又は付加製造システム。
3. 前記短絡事象の間に、前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極が、最初に前記溶融パドルの中に駆動され、続いて、前記短絡事象の間に、前記ワイヤ送給装置によって前記溶融パドルから引き離されるように、前記ワイヤ送給装置の送給方向が逆転される、請求項１に記載の溶接又は付加製造システム。
4. 前記送給方向が前記溶融パドルから離隔する間に、前記溶融パドルと、前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極との間でアークが再び確立される、請求項３に記載の溶接又は付加製造システム。
5. 前記短絡事象の間に、前記ワイヤ送給装置のワイヤ送給速度が減速される、請求項１に記載の溶接又は付加製造システム。
6. 前記短絡事象の間に、前記ワイヤ送給装置が、前記溶融パドルに向けての前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極の送給を停止し、前記短絡事象が解消されると、前記溶融パドルに向けての前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極の送給を再開する、請求項５に記載の溶接又は付加製造システム。
7. 前記ワイヤ送給装置及び前記アーク発生電源のうちの一方、又は両方が、前記堆積動作の電圧の変化率（ｄＶ／ｄｔ）を監視し、前記電圧の変化率（ｄＶ／ｄｔ）から、前記短絡事象の解消を判定するように構成されている、請求項５に記載の溶接又は付加製造システム。
8. 前記アーク発生電源が、前記短絡事象の前記解消に基づいて前記溶接波形の前記ブリッジング電流部分を出力するように構成されている、請求項７に記載の溶接又は付加製造システム。
9. 前記ワイヤ送給装置が、前記電流波形の前記ブリッジング電流部分の間に、第１のワイヤ送給速度で、前記溶融パドルに向けて前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極を送達し、前記電流波形の前記バックグラウンド電流部分の間に、第２のワイヤ送給速度で、前記溶融パドルに向けて前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極を送達し、前記第２のワイヤ送給速度が前記第１のワイヤ送給速度未満である、請求項１に記載の溶接又は付加製造システム。
10. 前記第１の出口オリフィス及び前記第２の出口オリフィスが、前記第１のワイヤ電極と、前記第２のワイヤ電極との間での前記ブリッジ溶滴の形成を容易にするように構成された距離によって互いに隔てられている、請求項１に記載の溶接又は付加製造システム。
11. 溶接又は付加製造方法であって、
    第１の出口オリフィス及び第２の出口オリフィスを有するコンタクトチップアセンブリに電流波形であって、ブリッジング電流部分と、前記ブリッジング電流部分よりも低い電流レベルを有するバックグラウンド電流部分と、を含む前記電流波形を供給するステップと、
    前記コンタクトチップアセンブリの前記第１の出口オリフィスを通して第１のワイヤ電極を送給し、同時に、前記コンタクトチップアセンブリの前記第２の出口オリフィスを通して第２のワイヤ電極を送給するステップと、
    前記電流波形の前記ブリッジング電流部分の間に、ブリッジ溶滴であって、堆積動作中に溶融パドルに移行される前に、前記第１のワイヤ電極を前記第２のワイヤ電極に結合する前記ブリッジ溶滴を形成し、前記堆積動作中に、前記第１の出口オリフィスを通して送達される前記第１のワイヤ電極の固体部分が、前記第２の出口オリフィスを通して送達される前記第２のワイヤ電極の固体部分と接触しないステップと、
    前記溶融パドルと、前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極との間の短絡事象の間に、前記ブリッジ溶滴を前記溶融パドルに移行させるステップと、
    を含む溶接又は付加製造方法。
12. 前記電流波形が、前記短絡事象の間に生じる短絡ワイヤ加熱部分を含み、前記短絡ワイヤ加熱部分が、前記バックグラウンド電流部分よりも高い電流レベル、及び前記ブリッジング電流部分よりも低い電流レベルを有する、請求項１１に記載の溶接又は付加製造方法。
13. 前記短絡事象の間に、前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極が、最初に前記溶融パドルの中に駆動され、続いて、前記短絡事象の間に、前記溶融パドルから引き離されるように、前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極の送給方向を逆転させるステップをさらに含む、請求項１１に記載の溶接又は付加製造方法。
14. 前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極の前記送給方向が前記溶融パドルから離隔する間に、前記溶融パドルと、前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極との間でアークを再び確立するステップをさらに含む、請求項１３に記載の溶接又は付加製造方法。
15. 前記短絡事象の間に、前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極のワイヤ送給速度を減速するステップをさらに含む、請求項１１に記載の溶接又は付加製造方法。
16. 前記短絡事象の間に、前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極の送給を停止するステップと、前記短絡事象が解消されると、前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極の前記送給を再開するステップと、をさらに含む、請求項１５に記載の溶接又は付加製造方法。
17. 前記堆積動作の電圧の変化率（ｄＶ／ｄｔ）を監視し、前記電圧の変化率（ｄＶ／ｄｔ）から、前記短絡事象の解消を判定するステップをさらに含む、請求項１５に記載の溶接又は付加製造方法。
18. 前記溶接波形の前記ブリッジング電流部分のタイミングが、前記短絡事象の前記解消を判定することに基づく、請求項１７に記載の溶接又は付加製造方法。
19. 前記送給するステップが、前記電流波形の前記ブリッジング電流部分の間に、第１のワイヤ送給速度で、前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極を前記溶融パドルに向けて送給することと、前記電流波形の前記バックグラウンド電流部分の間に、第２のワイヤ送給速度で、前記第１のワイヤ電極及び前記第２のワイヤ電極を前記溶融パドルに向けて送給することと、を含み、前記第２のワイヤ送給速度が前記第１のワイヤ送給速度未満である、請求項１１に記載の溶接又は付加製造方法。
20. 前記第１の出口オリフィス及び前記第２の出口オリフィスが、前記第１のワイヤ電極と、前記第２のワイヤ電極との間での前記ブリッジ溶滴の形成を容易にするように構成された距離によって互いに隔てられている、請求項１１に記載の溶接又は付加製造方法。

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