JP3199189U - ホットワイヤ溶接電源 - Google Patents

Abstract

【課題】溶け落ちやスパッタを防ぐ、ろう付け、クラッディング、築盛、充填、肉盛、溶接及び接合の用途で用いるシステム、及び、ホットワイヤ用途で用いる低電圧低インダクタンスの電源を提供する。【解決手段】少なくともフィラーワイヤ１４０の伸長部を抵抗加熱するためにフィラーワイヤ１４０を通して電流を供給する低電圧低インダクタスの電源１７０である。当該電源１７０は４０〜７０マイクロヘンリーの範囲の出力インダクタンス、２０〜５０アンペアの範囲の飽和電流及び１３ボルト以下の開路電圧を有するように構成されている。【選択図】図１

Description

本願は、２０１２年８月１０日出願の米国仮特許出願第６１／６８１９８３号の優先権を主張する。係る仮特許出願の全体が参照により本願に組み込まれる。

本考案は、ろう付け、クラッディング、築盛（building-up）、充填、肉盛（overlaying）、溶接及び接合の用途で用いる請求項１に記載のシステムと、請求項９に記載の低電圧低インダクタンスの電源に関する。特定の実施形態は、ろう付け、クラッディング、築盛、充填、表面硬化肉盛、溶接及び接合の用途で用いるホットフィラーワイヤ法（hot filler wire processes）で加熱電流を制御することに関する。より具体的には、特定の実施形態は、ろう付け、クラッディング、築盛、充填、表面硬化肉盛、接合及び溶接のうちのいずれか用途のためのシステムにおいてフィラーワイヤ内の加熱電流を制御するのに用いられる電源に関する。

従来のフィラーワイヤ溶接法（例えば、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）フィラーワイヤ法）は、従来のアーク溶接単独の場合よりも速い堆積速度及び速い溶接速度を提供できる。そのような溶接作業では、トーチにつながるフィラーワイヤを別の電源で抵抗加熱できる。ワイヤはコンタクトチップ１６０を通してワークピースの方に供給され、コンタクトチップを超えて伸びる。この伸長部は、フィラーワイヤの溶融を助けるために抵抗加熱される。ワークピースを加熱溶融して溶接溜まりを形成するのにタングステン電極が用いられ得る。電源は、フィラーワイヤを抵抗加熱するのに必要なエネルギーの大部分を提供する。

時として、ワイヤの供給がずれるか又は不安定になり（slip or falter）、ワイヤ内の電流によりワイヤの先端とワークピースとの間でアークが生じることがある。そのようなアークの余分な熱によって、溶接の品質に悪影響を及ぼす溶け落ちやスパッタが生じ得る。

従来のアプローチ、既存のアプローチ及び提案されているアプローチと、本願の残りの部分に記載の本考案の実施形態とを図面を参照しながら比較することにより、それらのアプローチのさらなる欠点やデメリットが当業者に明らかになる。

本考案は、上述の欠点やデメリットを解消すること、特に溶け落ちやスパッタを防ぐことを目的とする。この課題は、ろう付け、クラッディング、築盛、充填、肉盛、溶接及び接合の用途で用いる請求項１に記載のシステムと、請求項９に記載の低電圧低インダクタンスの電源によって解決される。本考案の好ましい実施形態は従属項の主題である。本考案の実施形態は、ろう付け、クラッディング、築盛、充填、表面硬化肉盛、溶接及び接合のいずれかの用途のためのシステムにおいてフィラーワイヤ内の加熱電流を制御するのに用いられる低電圧低インダクタンスの電源に関する。低電圧低インダクタンスの電源は、少なくともフィラーワイヤの伸長部を抵抗加熱するために、フィラーワイヤを通して電流を提供する。当該電源は、４０〜７０マイクロヘンリーの範囲の出力インダクタンス、２０〜５０アンペアの範囲の飽和電流及び１３ボルト以下の開路電圧を有するように構成されている。上記のシステムは、ワークピースを加熱して溶融溜まりを形成するように構成された高強度エネルギー源及び溶融溜まりにフィラーワイヤを供給するように構成されたワイヤフィーダーも含む。

本考案の実施形態は、ワークピースをろう付け、クラッディング、築盛、充填、肉盛、溶接及び接合する方法をさらに含む。当該方法は、ワークピースを加熱して溶融溜まりを形成する工程及び溶融溜まりにフィラーワイヤを供給する工程を含む。当該方法は、少なくともフィラーワイヤの伸長部を抵抗加熱するために、フィラーワイヤを通して電流を提供する工程も含む。抵抗加熱は、上述し、また下記でさらに説明する低電圧低インダクタンスの電源の使用を含む。上記の方法の実施形態は、低電圧低インダクタンスの電源を用いてフィラーワイヤを少なくとも抵抗加熱しながら高強度エネルギー源からワークピースにエネルギーを印加してワークピースを加熱する工程を含み得る。好ましい実施形態によれば、上記の方法はユーザー入力に基づいて所望の温度を設定する工程を含む。ユーザー入力がワイヤ供給速度及びフィラーワイヤの種類の少なくとも一方であることがさらに好ましい。高強度エネルギー源は、レーザー装置、プラズマアーク溶接（ＰＡＷ）装置、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）装置、ガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）装置、フラックスコアードアーク溶接（ＦＣＡＷ）装置及びサブマージアーク溶接（ＳＡＷ）装置のうちの少なくとも１つを含み得る。

請求項に記載の考案のこれらの特徴及び他の特徴に加えて、説明する実施形態の詳細は、下記の説明及び図面からより完全に理解できる。

本考案の上記の態様及び／又は他の態様は、添付の図面を参照しながら本考案の例示の実施形態を詳細に説明することでより明らかになる。
図１は、ろう付け、クラッディング、築盛、充填、表面硬化肉盛及び接合／溶接のうちのいずれかの用途のためのフィラーワイヤフィーダー及びエネルギー源を組み合わせたシステムの例示の実施形態の概略機能ブロック図を示す。 図２は、図１のシステムで使用可能なホットワイヤ電源の例示の実施形態を示す。 図３は、図１のシステムで使用可能なホットワイヤ電源の例示の実施形態を示す。 図４は、図３の電源で使用可能なＤＣ−ＤＣコンバータの例示の実施形態を示す。 図５は、ろう付け、クラッディング、築盛、充填、表面硬化肉盛及び接合／溶接のうちのいずれかの用途のためのフィラーワイヤフィーダー及びエネルギー源を組み合わせたシステムの例示の実施形態の概略機能ブロック図を示す。

添付の図面を参照しながら、本考案の例示の実施形態を以下で説明する。以下で説明する例示の実施形態は本考案の理解を助けることを意図したものであり、何ら本考案の範囲を限定することを意図したものではない。全体を通して、同様の参照符号は同様の要素を示す。

溶接／接合作業では、一般に複数のワークピースを溶接作業で互いに接合することが知られている。その際、金属フィーラーがワークピースの金属の少なくとも一部と結合して接合部を形成する。溶接作業において製造のスループットを高めたいという願望から、品質が標準以下の溶接物をもたらさないより迅速な溶接作業に対する絶え間ないニーズがある。これは、同様の技術を用いるクラッディング／表面加工作業についても言えることである。なお、下記の説明の大部分では「溶接」作業及びシステムに言及するが、本考案の実施形態は接合作業のみに限定されず、クラッディング、ろう付け、肉盛といった種類の作業にも同様に用いることができる。さらに、遠隔地の作業現場等の不利な環境条件下で素早く溶接を行うことができるシステムを提供する必要がある。下記で説明するように、本考案の例示の実施形態は既存の溶接技術に大きく勝る利点を提供する。そのような利点としては、限定されないが全熱入の減少によりワークピースの変形が少ないこと、溶接移動速度が非常に速いこと、スパッタの割合が非常に少ないこと、遮蔽なしで溶接できること、スパッタがほとんど又は全くない状態でめっきされた又は被覆された材料を高速に溶接できること及び複雑な材料を高速で溶接できることが挙げられる。

図１は、ろう付け、クラッディング、築盛、充填、表面硬化肉盛及び接合／溶接のうちのいずれかを行うためのフィラーワイヤフィーダー及びエネルギー源を組み合わせたシステム１００の例示の実施形態の概略機能ブロック図を示す。システム１００は、ワークピース１１５に対してレーザービーム１１０をフォーカスさせてワークピース１１５を加熱し、溶融溜まり、即ち溶接溜まり１４５を形成することが可能なレーザーサブシステム１３０／１２０を含む。レーザーサブシステムはレーザー装置１２０及びレーザー電源１３０を含み、レーザー装置１２０及びレーザー電源１３０は互いに作動的に接続されている。レーザー電源１３０はレーザー装置１２０に電力を提供して作動させる。レーザーサブシステムは高強度エネルギー源である。レーザーサブシステムは任意の種類の高エネルギーレーザー源であってよく、限定されないが炭酸ガスレーザーシステム、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーシステム、Ｙｂディスクレーザーシステム、ＹＢファイバーレーザーシステム、ファイバー伝送レーザーシステム又はダイレクトダイオードレーザーシステムが挙げられる。また、白色光レーザー又は石英レーザー（quartz laser）型のシステムであっても、それらに十分なエネルギーがあれば使用可能である。上記のシステムの他の実施形態としては、高強度エネルギー源としての役割を果たす電子ビーム、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１つを含み得る。以下の説明ではレーザーシステム、レーザービーム及びレーザー電源に繰り返し言及するが、任意の高強度エネルギー源を使用してもよいため係る言及は例示に過ぎない。例えば、高強度エネルギー源は少なくとも５００Ｗ／ｃｍ^２を提供することができる。

なお、本明細書で説明するレーザー装置１２０等の高強度エネルギー源は、所望の溶接作業に必要なエネルギー密度を提供するのに十分なパワーを有する種類のものであるべきである。即ち、レーザー装置１２０は溶接プロセスの全体を通して安定した溶接溜まりを形成及び維持するのに十分で、所望の溶け込みに達するのに十分なパワーを有するべきである。例えば、一部の用途では、レーザーは溶接されるワークピースに「キーホール」を形成する能力を有するべきである。これは、レーザーがワークピースを完全に貫通しながらも、レーザーがワークピースに沿って移動する際にそのレベルの貫通を維持するのに十分なパワーを有するべきであることを意味する。例示のレーザーは１〜２０ｋＷの範囲のパワー能力を有するべきであり、５〜２０ｋＷの範囲のパワー能力を有し得る。よりハイパワーなレーザーも利用可能であるがコストが非常に高くなる。

システム１００は、少なくとも１つの耐性フィラーワイヤ１４０を提供してレーザービーム１１０の近傍で溶接溜まり１４５に接触させることが可能なホットフィラーワイヤフィーダーサブシステムも含む。ホットフィラーワイヤフィーダーサブシステムはフィラーワイヤフィーダー１５０、コンタクトチップ１６０及びホットワイヤ電源１７０を含む。ワイヤ１４０はフィラーワイヤフィーダー１５０からコンタクトチップ１６０を通してワークピース１１５の方に供給され、コンタクトチップ１６０を越えて伸びる。ワイヤ１４０は、コンタクトチップ１６０を越えて伸びた部分がワークピース１１５上の溶接溜まり１４５に接触する前に溶融点に近づくか又は溶融点に到達するように抵抗加熱される。レーザービーム１１０はワークピース１１５の原料の一部を溶融して溶接溜まり１４５を形成する役割を果たし、ワークピース１１５上でワイヤ１４０を溶融させるのを支援し得る。しかしながら、多くのフィラーワイヤ１４０は反射性（reflective）であり得る材料で構成されているため、反射性のものを用いる場合は、ワイヤ１４０の表面反射性を低下させて、ビーム１１０がワイヤ１４０の加熱／溶融に貢献できるようにワイヤ１４０を加熱すべきである。この構成の例示の実施形態では、ワイヤ１４０が溶接溜まり１４５に入る点でワイヤ１４０とビーム１１０とが交差する。本考案の他の特定の実施形態によれば、フィーダーサブシステムは１つ以上のワイヤを同時に提供することが可能であり得る。例えば、第１のワイヤがワークピースを表面硬化する及び／又はワークピースに耐腐食性を提供するのに用いられ、第２のワイヤがワークピースに骨組みを加えるのに用いられ得る。

作業の間、フィラーワイヤ１４０は、コンタクトチップ１６０及びワークピース１１５との間で作動的に接続された電源１７０からの電流によって抵抗加熱される。本考案の一実施形態では、電源１７０はパルス直流（ＤＣ）電源であるが、交流（ＡＣ）又は他の種類の電源も同様に可能である。一部の例示の実施形態では、電源１７０はワイヤ１４０を通して加熱電流の大部分を提供する。例示の実施形態では、電源１７０は低インダクタンスの電源、即ちフィラーワイヤ１４０に電流を出力するのに使用される電源１７０内の出力回路のインダクタンスが低い。従って、加熱電流の大部分は電源１７０によって供給されるが、電源１７０の出力インダクタンスは低いため、電源１７０はワイヤ１４０により加熱電流を調整する場合に制御信号に対応できる。即ち、出力電流は制御信号への反応が高く、そのため必要に応じて非常に素早く増加又は低下のいずれかに変化することができる。これらの調整は、例えば高エネルギー熱源の変動、ずれ又は不安定化によるフィラーワイヤの供給の障害、溶接環境の変化等の溶接プロセスにおける変化に基づいて必要となり得る。例示の実施形態では、電源１７０は４０〜７０マイクロヘンリーの範囲のインダクタンス及び２０〜５０アンペアの範囲の飽和電流を有し得る。当然のことながら、システムによって値が異なるが、本考案の精神及び範囲内で動作する。

本考案によれば、電源１７０は低電圧電源である。例示の実施形態では、電源１７０の最大開路電圧は１３ボルト未満である。一部の例示の実施形態では係る最大開路電圧が１０ボルト未満であるのに対して、他の例示の実施形態では最大開路電圧の範囲は４〜１０ボルトである。電源１７０の開路電圧は１０ボルト未満であるため、電源１７０はワイヤ１４０とワークピース１１５との間でアークを形成又は維持することができない。それに加えて、電源１７０のインダクタンスは低いため、もしアークが形成されても、アーク電流を長きにわたって維持するのに十分なエネルギーがインダクタンスに蓄積されてないためアークは素早く消滅する。そのため、本考案と一致する低電圧低インダクタンスの電源を用いることで、アーク（又は少なくとも持続可能なアーク）の形成のリスクなしにワイヤ１４０をその溶融温度に又はその溶融温度に近い温度に加熱することができる。電源１７０のインダクタンス及び出力電圧に対する制限から、電源１７０は、アークを形成及び維持するように設計されたアーク溶接電源とは異なる。上記の特性を有する本考案の電源１７０はアークを形成及び／又は維持することができない。そのため、電源１７０は、アークの生成を防ぐのに使用され得る広範な制御を必要とせずに、アーク生成レベルに非常に近い形で加熱電流をアグレッシブに駆動させることができる。

電源１７０からの電流はコンタクトチップ１６０（既知の任意の構成を有するもの）を通ってワイヤ１４０に、そしてワークピース１１５へと移動する。この抵抗加熱電流は、ワイヤ１４０が溶接溜まり１４５に入るときに、フィラーワイヤ１４０の温度を使用中のフィラーワイヤ１４０の溶融温度に又は溶融温度に近い温度に到達させる。例示の実施形態では、電源１７０は、ワイヤ１４０をその溶融点に又は溶融点に近い温度に加熱するのに必要な電力の５０％を超える電力を提供する。一部の実施形態では、電源１７０は、ワイヤ１４０をその溶融点に又はその溶融点に近い温度に加熱するのに必要な電力の７５〜９５％を提供し得る。当然のことながら、フィラーワイヤ１４０の溶融温度はワイヤ１４０の大きさや性質によって異なる。従って、溶接の間のフィラーワイヤ１４０の所望の温度は使用するワイヤの種類によって異なる。フィラーワイヤ１４０の所望の作業温度を溶接システムにデータ入力して、その所望のワイヤ温度が溶接の間に維持されるようにできる。いずれにせよ、ワイヤ１４０の温度は、溶接作業の間にワイヤ１４０が溶融溜まり１４５内に吸収されるような温度であるべきである。例示の実施形態では、フィラーワイヤ１４０が溶接溜まり１４５に入るときにワイヤ１４０の少なくとも一部が固体の状態である。例えば、フィラーワイヤ１４０が溶接溜まり１４５に入るときにフィラーワイヤ１４０の少なくとも３０％が固体の状態である。

本考案の例示の実施形態では、電源１７０はフィラーワイヤ１４０の少なくとも一部をその溶融温度で又はその溶融温度の７５％よりも高い温度で維持する電流を供給する。例えば、軟鋼のフィラーワイヤを使用する場合、溶融溜まりに入る前のワイヤの温度は約華氏１６００度であり得る。他方でワイヤの溶融温度は約華氏２０００度である。当然のことながら、それぞれの溶融温度及び所望の作業温度は、少なくともフィラーワイヤの合金、組成、直径及び供給速度によって異なることが分かる。他の例示の実施形態では、電源１７０はフィラーワイヤの一部をその溶融温度で又はその溶融温度の９０％よりも高い温度で維持する。さらなる例示の実施形態では、ワイヤの一部がその溶融温度で又はその溶融温度の９５％よりも高い温度で維持される。例示の実施形態では、ワイヤ１４０は、ワイヤ１４０及び溶接溜まり１４５に加熱電流が付与される点から温度勾配を有し、溶接溜まり１４５における温度は加熱電流が入力される点における温度よりも高い。ワイヤ１４０の効率的な溶融を促すために、ワイヤ１４０が溶接溜まり１４５に入る点又はその点の近くでワイヤ１４０の温度が最も高くなることが望ましい。そのため、上述の温度のパーセントは、ワイヤが溶接溜まり１４０に入る時点又はその時点の近くでワイヤに対して測定される。フィラーワイヤ１４０をその溶融温度で又はその溶融温度の近くの温度で維持することにより、熱源／レーザー１２０により形成される溶融溜まり１４５内にワイヤ１４０が容易に溶融するか又は吸収される。即ち、ワイヤ１４０は、ワイヤ１４０が溶接溜まり１４５に接触するときに溶接溜まり１４５を著しく急冷させない温度を有する。ワイヤ１４０の温度が高いため、ワイヤ１４０は溶接溜まり１４５と接触すると素早く溶融する。ワイヤ１４０が溶接池の底に達さない、即ち溶接池の非溶融部と接触しないようなワイヤ温度を有することが好ましい。そのような接触は溶接の質に悪影響を及ぼし得る。

一部の例示の実施形態では、電源１７０は図２に示すように２段電源（two-stage power supply）であり得る。図示の２段電源は当該技術で公知であり、簡略化のために大まかな概要のみを述べる。整流器２００に三相線のＡＣ電圧が入力され、整流器２００は係るＡＣ電圧をＤＣ電圧に整流する。係るＤＣ電圧は線２０２及び２０４上に出力される。国にもよるが、入力線ＡＣ電圧は５０又は６０Ｈｚで１００ボルト〜５７５ボルトであるのが一般的である。当然のことながら、整流器２００は、三相整流器の代わりに単相整流器でもあってもよく及び／又は入力ＡＣ電圧は商用電源からのものではなく独立型の発電機によって提供されてもよい。整流された後、バス２０２／２０４上のＤＣ電圧が昇圧回路２１０に入力される。昇圧回路２１０は入力されたＤＣ電圧を所望の値に、例えば８００ボルトに昇圧する。入力ＡＣ電圧に変動があったとしても、昇圧回路２１０はバス２１２／２１４上の電圧を所望の値で安定化させる。当然のことながら、入力されるＡＣ線間電圧及びバス２１２／２１４上での所望のＤＣ電圧に応じて、回路２１０は単なる昇圧回路ではなく降圧回路又は昇降圧回路であってもよい。それに加えて、必要に応じて回路２１０を力率補正を提供するように構成することもできる。バス２１２／２１４上の安定化ＤＣ電圧はその後インバータ２２０によって高周波ＡＣに変換される。インバータ２２０からのＡＣはトランス２３０によってフィラーワイヤ１４０を加熱するのに適した電圧に変換される。ダイオード２４２及び２４４、インダクタ（チョーク）２４６、コンデンサ２４８を含む出力回路２４０は、必要に応じてワイヤ１４０を加熱するためのＤＣ出力を提供することができる。出力電圧が１３ボルト以下になるように出力トランス２３０が構成され、インバータ２２０が制御される。例示の実施形態では、出力電圧は１０ボルト未満であり得る。一部の例示の実施形態では、出力電圧の範囲は４〜１０ボルトである。インダクタ２４６を含む２段電源の出力インダクタンスは、係るインダクタンスの範囲が４０〜７０マイクロヘンリーになり、２段電源の飽和電流の範囲が２０〜５０アンペアになるように構成される。

一部の他の実施形態では、電源１７０は図３に示すように３段電源（three-stage power supply）であり得る。図示の３段電源は、２００４年７月１３日出願の米国特許出願第１０／８８９８６６号に詳細に記載されている。係る特許出願は参照により全体が本願に組み込まれる。簡潔化のために、大まかな概要のみを述べる。前で説明した２段電源と同様に、入力ＡＣ電圧が整流器３００によって整流され、整流された電圧が昇圧回路３１０によって所望の安定化ＤＣ電圧に昇圧される。前で説明した実施形態と同様に、回路３１０は、入力ＡＣ電圧及び／又は所望の安定化ＤＣ電圧に応じて降圧回路又は昇降圧回路であってもよい。安定化ＤＣ電圧は非安定化ＤＣ−ＤＣコンバータ３５０に入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ３５０は、図４に示すようにＤＣ−ＤＣ変換を行うためにインバータ、絶縁トランス及び整流器を含み得る。これらの構成要素の動作は当業者に公知である。当然のことながら、３段電源で他のＤＣ−ＤＣ構成を用いてもよい。ＤＣ−ＤＣコンバータ３５０からの出力ＤＣ電圧は出力回路３２０に送られる。出力回路３２０の例示の実施形態は、インバータ２２０、トランス２３０及び前で説明した出力回路２４０を含み得る。所望の構成に応じてＡＣ又はＤＣとなり得る３段電源の出力は、ワイヤ１４０用の加熱電流を提供する。２段設計の場合と同様に、３段電源は出力電圧が１３ボルト以下になるように（例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ３５０及び出力回路３２０により）構成／制御することができる。例示の実施形態では、出力電圧は１０ボルト未満であり得る。一部の例示の実施形態では、出力電圧の範囲は４〜１０ボルトである。３段電源の出力インダクタンスは、係るインダクタンスの範囲が４０〜７０マイクロヘンリーになり、３段電源の飽和電流の範囲が２０〜５０アンペアになるように構成される。

当然のことながら、電源１７０の上記の実施形態は限定されず、フィラーワイヤ１４０を所望の温度で維持するのに必要な加熱電流を電源１７０が提供できる限り、電源１７０は他の構成を有することができる。

前で説明した例示の実施形態では、低電圧低インダクタンスの電源１７０はアークを維持することができない。従って、システムにはアークを制御又は消去するために複雑なセンス回路や制御回路を必要としない場合がある。例えば、アークがいつ生じるかを予測し、その後アークを防止（又は消去）するため加熱電流を制御するために、回路は電源１７０からの出力電圧及び電流を監視する。しかしながら、本考案では、アークが形成される可能性をさらに抑えること及び／又は溶接作業の間に形成され得るアークの持続時間をさらに抑えることのためにそれらのセンス回路や制御回路を含むことができる。従って、図１に示すように、システム１００は検出制御ユニット（sensing and control unit）１９５をさらに含み得る。検出制御ユニット１５０はワークピース１１５及びコンタクトチップ１６０に作動的に連結され（即ち、電源１７０の出力に有効に連結されている）、電源１７０の出力とワークピース１１５、即ち電圧Ｖとフィラーワイヤ１４０を通ってワークピース１１５に向かう電源１７０によって提供される電流（即ち電流Ｉ）との電位差を測定することができる。参照により全体が本願に組み込まれる「溶接のためにフィラーワイヤフィード及び高強度エネルギー源の組み合わせを開始及び使用する方法及びシステム」と題する米国特許出願第１３／２１２０２５号（２０１１年８月１７日出願）は、検出制御ユニット１９５に組み込まれ得る起動及び起動後の制御方法を提供する。

図５は本考案のさらに他の例示の実施形態を図示する。図５は、図１に示す実施形態と同様の実施形態を示す。図５は、ワイヤ１４０の温度を監視するのに熱センサ１４１０を用いるシステム１４００を図示する。熱センサ１４１０はワイヤ１４０の温度を検出可能な任意の既知の種類のものでよい。係るセンサは、ワイヤ１４０の温度を先端で検出するためにワイヤ１４０と接触可能であるか又はコンタクトチップ１６０の先端に連結可能である。本考案のさらなる例示の実施形態では、センサ１４１０は、フィラーワイヤの直径等の小さな物体の温度をワイヤ１４０に接触することなく検出可能なレーザービーム又は赤外線ビームを用いる種類のものである。センサ１４１０は、コンタクトチップ１６０の先端の端部と溶接溜まり１４５との間のどこかの点でワイヤ１４０の温度を検出することができるように配置できる。センサ１４１０は、センサが溶接溜まり１４５の温度を検出しないように配置すべきでもある。

センサ１４１０は、温度フィードバック情報に基づいて、電源１７０及び／又はレーザー電源１３０の制御を最適化できるように検出制御ユニット１９５に連結されている。例えば、電源１７０の電圧、電力又は電流出力を、少なくともセンサ１４１０からのフィードバックに基づいて調整することができる。即ち、本考案の一実施形態では、ユーザーが（所定の接合部及び／又はワイヤ１４０のための）所望の温度設定を入力するか又は検出制御ユニットが他のユーザー入力データ（ワイヤ供給速度、電極の種類、フィラーワイヤの種類等）に基づいて所望の温度を設定し、次いで検出制御ユニット１９５が電源１７０を制御してコンタクトチップ１６０の先端で所望の温度を維持し得る。

上記の実施形態では、ワイヤ１４０が溶接溜まり１４５に入る前にワイヤ１４０がレーザービーム１１０の影響を与えることで起こり得るワイヤ１４０の加熱も考えられる。本考案の一部の実施形態では、ワイヤ１４０の温度は電源１７０からの出力電流又は電力を調整することによってのみ制御できる。しかしながら、他の実施形態では、ワイヤ１４０の加熱の少なくとも一部は、レーザービーム１１０がワイヤ１４０の少なくとも一部に衝突することに起因し得る。そのため、電源１７０からの電流又は電力のみがワイヤ１４０の温度を代表するものでない場合がある。従って、センサ１４１０の利用は、電源１７０及び／又はレーザー電源１３０の制御によってワイヤ１４０の温度を調整するのに役立つ。

さらなる例示の実施形態（図５にも図示）では、温度センサ１４２０は溶接溜まり１４５の温度を検出するように構成されている。この実施形態では、溶接溜まり１４５の温度も検出制御ユニット１９５に連結されている。したがって、本考案の一部の実施形態では、制御ユニット１９５が１つ以上の温度センサ１４１０及び１４２０からのフィードバックを用いて電源１７０に必要な調整を行って、コンタクトチップ１６０の先端における温度を所望の温度で維持し得る。なお、当然のことながら、加熱には通常の突出（stick-out）よりも大きい突出があるため（フィラーワイヤ１４０の端部からの距離により）、この距離に起因する温度の低下があればそれを補償するために電流のレベルを調整する必要があり得る。一部の例示の実施形態では、コンタクトチップ１６０の先端における望ましい温度はフィラーワイヤ１４０の溶融点又はその溶融点に近い温度である。

本考案の他の例示の実施形態では、検出制御ユニット１９５を、ワイヤ供給機構（図示していないが図１の１５０を参照）に連結された供給力検出ユニット（図示せず）に連結することができる。供給力検出ユニットは既知であり、ワイヤ１４０がワークピース１１５に供給されるときにワイヤ１４０に加えられる供給力を検出する。例えば、そのような検出ユニットは、ワイヤフィーダー１５０内のワイヤ供給モーターによって加えられるトルクを監視することができる。ワイヤ１４０が完全に溶融してない状態で溶融溶接溜まりを通過すると、ワイヤ１４０がワークピースの固体部分と接触する。そのような接触が起こった場合、モーターは設定された供給速度を維持しようと試みるために供給力が増加する。この力／トルクの増加を検出して制御ユニット１９５に送ることができる。制御ユニット１９５はこの情報を用いて少なくとも電源１７０からワイヤ１４０への電圧、電流及び／又は電力を調整して、溶接溜まり１４５内でワイヤ１４０が適切に溶融するのを確実にする。

図１及び図５では、明瞭にするためにレーザー電源１３０、ホットワイヤ電源１７０及び検出制御ユニット１９５を別々に示した。しかしながら、本考案の実施形態では、これらの構成要素を単一の溶接システムに統合することができる。本考案の態様は、個別に上述した構成要素が別個の物理装置又は独立構造で維持されることを要件としない。

特定の実施形態を参照して本考案を説明してきたが、当業者であれば本考案の範囲から逸脱することなく様々な変更が加えられ、同等物で置き換えられ得ることが分かる。それに加えて、本考案の範囲から逸脱することなく、本考案の教示に特定の状況又は材料を適合するために多くの変更が加えられ得る。従って、本考案は開示した特定の実施形態に限定されるのではなく、本考案は添付の請求項の範囲に含まれる実施形態の全てを含むことを意図する。

１００ （エネルギー源）システム
１１０ レーザービーム
１１５ ワークピース
１２０ レーザー装置
１３０ レーザー電源
１４０ フィラーワイヤ
１４５ 溶接溜まり
１５０ ワイヤフィーダー
１６０ コンタクトチップ
１７０ （ワイヤ）電源
１９５ 制御ユニット
２００ 整流器
２０２ 線
２０４ 線
２１０ 回路
２１２ バス
２１４ バス
２２０ インバータ
２３０ トランス
２４０ 回路
２４２ ダイオード
２４４ ダイオード
２４６ インダクタ（チョーク）
２４８ コンデンサ
３００ 整流器
３１０ 昇圧回路
３２０ 出力回路
３５０ コンバータ
１４００ システム
１４１０ （温度）センサ
１４２０ （温度）センサ

Claims (10)

1. ろう付け、クラッディング、築盛、充填、肉盛、溶接及び接合の用途で用いるシステムであって：
   少なくとも１つのワークピースを加熱して溶融溜まりを形成する高強度エネルギー源；
   前記溶融溜まりにフィラーワイヤを供給するワイヤフィーダー；及び
   少なくとも前記フィラーワイヤの伸長部を抵抗加熱するために、前記フィラーワイヤを通して電流を提供する電源；
   を含み、
   前記電源は４０〜７０マイクロヘンリーの範囲の出力インダクタンス、２０〜５０アンペアの範囲の飽和電流及び１３ボルト以下の開路電圧を有する、システム。
2. 前記電源は、少なくとも前記フィラーワイヤの前記伸長部を前記フィラーワイヤの溶融温度に又は該溶融温度に近い温度に抵抗加熱する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記電源は、少なくとも前記フィラーワイヤの前記伸長部を前記フィラーワイヤの溶融温度に又は該溶融温度の７５％よりも高い温度に抵抗加熱する、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記開路電圧は１０ボルト未満である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記開路電圧の範囲は４〜１０ボルトである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記フィラーワイヤの前記伸長部の温度及び前記溶融溜まりの温度の少なくとも一方を検出する制御ユニットをさらに含み、
   前記制御ユニットは、前記検出及び所望の温度に基づいて、前記高強度エネルギー源、前記ワイヤフィーダー及び前記電源のうちの少なくとも１つの出力を調整する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記制御ユニットはユーザー入力に基づいて前記所望の温度を設定する、請求項６に記載のシステム。
8. 前記ユーザー入力はワイヤ供給速度及びフィラーワイヤの種類の少なくとも一方である、請求項７に記載のシステム。
9. ホットワイヤ用途で用いる低電圧低インダクタンスの電源であって、
   当該電源は電流を供給する出力回路を含み、
   当該電源は４０〜７０マイクロヘンリーの範囲の出力インダクタンス、２０〜５０アンペアの範囲の飽和電流及び１３ボルト以下の開路電圧を有する、電源。
10. 前記開路電圧は１０ボルト未満であるか又は前記開路電圧の範囲は４〜１０ボルトである、請求項９に記載の電源。

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