JP5625118B2 - 溶接装置および溶接方法 - Google Patents

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Description

本発明は、請求項1の前文に記載の溶接装置、および請求項19の前文に記載の溶接方法に関する。具体的には、本発明は、少なくとも2つの消耗電極が単一の電源に接続される、ツインワイヤ溶接を実施するための溶接装置に関する。少なくとも2つの消耗電極は、該少なくとも2つの消耗電極に対して同じ電位を提供する出力に接続される。本発明はさらに、このようなツインワイヤ溶接装置のためのツインワイヤ溶接方法に関する。
溶接方法および溶接装置は、溶接品質を維持または向上させた状態でより高い溶着率を達成するために継続的に開発されている。溶着率を増加させる1つの方式は、単一の溶接パドル内で、単一の溶接工程で操作する電極を複数使用することである。単一の溶接パドル内で複数の溶接電極を使用するには、電極が相互に近接して位置することが必要である。しかしながら、電極を近接して配置すると、各電極によって生成される磁場の間の相互作用をまねくことになる。これは結果として溶接が歪む場合がある。
単一の溶接工程で複数の溶接電極を使用するために、タンデム溶接およびツイン溶接という2つの異なる手法が知られている。
タンデム溶接では、各電極は、個別の電源を介して駆動される。タンデム溶接は、各電極への電力供給の制御が促進されるので、多数の用途で有利な場合がある。タンデム溶接では、電極間の磁気の相互作用は、位相シフトした溶接電流を電極に供給することによって、緩和されてもよい。これは、従来のスコット結線電源によって、または例えば、高周波変換器等の複雑な電源の使用によって達成されてもよい。
タンデム溶接は2つの個別の電源の存在を要求するので、タンデム溶接装置は、高価かつ大型になる傾向がある。このため、制約された空間内での溶接等、いくつかの用途では、ツイン溶接が好ましい、または唯一可能な解決策である場合がある。
対照的に、ツイン溶接では、溶接電流を電極に送給するために単一の電源が使用される。
ツイン溶接方法の利点として、所与の量の電源入力に対して溶着率が増加する場合がある。ツイン溶接方法では、2つ以上の電極を使用することによって、電極の直径を削減することが可能になり、これによって、各電極の電流密度を増加させる。増加した電力密度によって、電極の予熱を増加することが可能になり、したがって、溶接パドルへより低い熱伝達で、より高い溶着率を維持することができる。
例えば、ドイツ特許第DE2107617号に開示されるような初期のツイン機において、ツイン溶接工程は、一方のアークに正で、もう一方に負の半波電流が供給されるように印加される給電整流回路を配置することによって可能であった。このような配置は、電極間に重大な相互作用を導いた。相互作用に関する問題を緩和するために、電極は相互に比較的長い距離に位置付けられなければならず、両方の電極を同じ溶接パドルで操作することを可能にすることが困難であった。各電極に対して溶接工程を分離することになるいと、溶接工程は劣化する。
電極のより近接した位置付けを可能にして、両方の電極を同じ溶接パドルで操作することができることを確実にするために、両方のワイヤが同じ電位を負うことを確実にする共通の導電性接触要素を通してツインワイヤを供給することが提案された。この種のツインワイヤ溶接配置の例は、米国特許第5155330号に開示される。
両方のワイヤが同じ電位を負うことを確実にするように消耗電極が共通の導電性接触要素を通して送給されるツイン溶接方法は、ガス金属アーク溶接方法およびサブマージアーク溶接の両方に有利であることが示されたが、溶接の品質を向上するため、ならびに溶接工程の溶着率を増加させるために、さらなる改善が所望される。
したがって、本発明の目的は、少なくとも2つの消耗電極が同じ電位を提供する単一の出力に接続されるツインワイヤ溶接装置を提供することであり、このツインワイヤ溶接装置が、溶接品質の向上および溶着率の増加を可能にする。この目的は、請求項1に記載のツインワイヤ溶接装置によって達成される。
本発明の別の目的は、少なくとも2つの消耗電極が同じ電位を提供する単一の出力に接続されるツインワイヤ溶接方法を提供することであり、このツインワイヤ溶接方法が、溶接品質の向上および溶着率の増加を可能にする。この目的は、請求項19に記載のツインワイヤ溶接方法によって達成される。
本発明のツインワイヤ溶接装置は、第1の消耗電極を溶接パドルに向けて誘導し、溶接電流を第1の消耗電極へ伝達するための第1のコンタクトチューブと、第2の消耗電極を該溶接パドルに向けて誘導し、溶接電流を第2の消耗電極へ伝達するための第2のコンタクトチューブとを含む。ツインワイヤ溶接装置は、3つ以上の消耗電極を用いてツイン溶接を可能にするための3つ以上のコンタクトチューブを含んでもよい。第1および第2のコンタクトチューブは、コンタクトチップの中の2つの並列先端貫通部として、単一のコンタクトチップの中に形成されてもよく、消耗電極は、電源と消耗電極との間の接触を可能にするように強制的に通される。好ましい並列コンタクトチューブの配置は、単一のコンタクトチップの中に配置されてもよく、または代替として、個別のコンタクトチップの中に配置されてもよい。単一のコンタクトチップの中に2つ以上のコンタクトチューブを含む配置は、近距離で消耗電極を並列に配置することを促進し、一方、コンタクトチューブを収納するために個別のコンタクトチップを使用することは、相互に斜めにコンタクトチューブを配置することを促進する。
個別のコンタクトチップを備える場合、コンタクトチップが全てのコンタクトチューブを包含する単一伝導構造として形成されないことを意図する。その代わりに、各々が単一のコンタクトチューブを収納する、複数の個別のコンタクトチップが提供される。個別のコンタクトチップが使用される場合、それらは、単一の電源に接続された場合、消耗電極全てに同じ電位がかかることを可能にするように電気的に接続される。電気接続は、コンタクトチップで、電源で、またはコンタクトチップと電源との間の任意の場所で提供することができる。
単一の電源は、該第1および第2のコンタクトチューブに接続される。これは、電源をコンタクトチューブと接続する、ケーブル等の適切な伝導体によって達成されてもよい。このため、溶接電流は、電源から、コンタクトチューブを介してそれぞれの消耗電極へ分配される。
本発明によると、ツインワイヤ溶接装置は、第1および第2の消耗電極によって作成されるアークによって形成される溶接パドル内にコールドワイヤを送給するための送給配置装置をさらに含む。
溶接パドル内へコールドワイヤを導入することによって、所望の温度で溶接パドルを維持するように、溶接パドルの冷却が可能になる。溶接パドル温度の減少によって、消耗電極からのアークによって直接影響を受ける領域内のより少ない範囲へ合金添加物が気化することになり得る。これは、溶接合金の組成の向上した制御になってもよく、これによって向上した溶接となってもよい。溶接パドルのピーク温度を減少し、ならびにコールドワイヤからの比較的高い溶着率を維持するという目的のためには、アークの近傍に、好ましくは消耗ワイヤのうちの少なくとも1つからのアークにコールドワイヤを導入することが好ましい。さらに、コールドワイヤを溶接パドル内へ送給することによって、20%を超える溶着率の増加が見込まれ、最適化された溶接パラメータを用いて、ほぼ50%の生産性の増加が見込まれる。本発明は、溶接速度を増加させることなく、より高い溶着率を可能にする。速やかに、本発明は、特にパイプミル等の大型加工品の溶接のために、既存の溶接システムを改良することを可能にする。
本発明によると、該コールドワイヤのための送給配置装置は、該溶接パドル内へ本質的に直角に該コールドワイヤを送給するように配置される。コールド電極の斜めの導入、すなわち、コールドワイヤが溶接パドルの表面法線に対して斜めに溶接パドル内へ送給されると、劣化した溶接結果を含む溶接工程の変動につながる可能性があることが発見された。加工品の高さの変動は、消耗電極の範囲に対してコールドワイヤが溶接パドルに入る場所に影響を有すると考えられる。このような変動は、溶接パドル内のコールドワイヤの溶解温度およびピーク温度にも影響を有する。溶接パドルに対して本質的に直角に導入されるようにコールドワイヤを配置することによって、より安定した溶接工程が達成される。溶接パドルに対して直角であることは、休止不かく乱状態にある溶接パドルの上面に対する垂線であることを意味する。溶接パドルは、溶接中に振動に暴露されるであろうことが認識される。しかしながら、休止不かく乱状態の溶接パドルの上面は、コールドワイヤを溶接パドルに導入する点で本質的に平面を形成し、その平面は、法線として、消耗電極のチップから溶接パドルの最近接点までのベクトルを有する。
アーク溶接において、アークは、電極のチップと加工品との間に存在する。アークの加工品での接点は、無作為の様式で移動する。しかしながら、通常、アークは、消耗電極のチップから加工品までの円錐内に存在すると想定される。円錐の開き角度は、溶接事例それぞれで変動してもよい。しかしながら、通常の開き角度は、約30°であってもよい。この理由のため、消耗電極のチップで測定される消耗電極からL*cos15°未満である軸距離で、そこに対して本質的に直角方向に溶接パドルに入るように、コールドワイヤを位置させることが好ましい。
コールドワイヤを2つの消耗ワイヤの間に配置することも好ましいであろう。消耗ワイヤは、好ましくは、溶接パドルの表面で測定されるアークの円錐直径未満である軸距離に設置されてもよい。この配置の場合、コールドワイヤは、両方の消耗電極の円錐によって画定されるアーク領域の外側部分に導入され、これは、溶接結果にとって利点であることが示された。
好ましい実施形態において、送給配置装置は、表面法線に対して好ましくは5°未満の角度、さらに好ましくは2°未満の角度で、該溶接パドル内へ該コールドワイヤを送給するように配置される。これは、好ましくは10°未満、さらに好ましくは4°未満の開き角度を有する円錐に対応する。
好ましい実施形態において、消耗電極ならびにコールドワイヤは並列に配置され、溶接パドルの表面に対して本質的に直角方向に、溶接パドルに向かって送給されるように配置される。
ツインワイヤ溶接配置は、接触デバイスと送給部分とを備える電気アーク溶接溶接ヘッドを有利に含んでもよく、接触デバイスは、電極アセンブリを包含し、電極アセンブリは、コンタクトチップに配置された少なくとも2つの連続的に送給される消耗ワイヤ電極を備える。コールドワイヤが接触デバイス内の電極アセンブリ内の消耗電極から電気的に絶縁されるように、コールドワイヤの電気的絶縁のために電気的に絶縁された導管が提供される。
電気絶縁導管は、ワイヤ送給およびワイヤ矯正ユニット内の絶縁部分、ならびに送給および矯正ユニット外側の誘導チューブを含む。導管は、ワイヤボビン等のワイヤ容器から、溶接される加工品に近接する接触デバイスまで、コールドワイヤに沿って多数の電気絶縁区画から構成することができる。好ましくは、電気アーク溶接ヘッドは、サブマージアーク溶接のために採用される。サブマージアーク溶接は、完全に機械式または自動化工程として動作することができ、任意選択的に半自動化にすることができる。典型的な溶接パラメータは、電流、アーク電圧、および移動速度であり、これら全てが、消耗電極およびコールドワイヤから溶着された溶接金属のビード形状、溶け込み深さ、化学的組成に影響を与えることができる。
溶接ヘッドはまた、ガスメタルアーク溶接のために使用されてもよい。この場合、ガスカップおよびガスカップへガスを送給するためのガス導管が、溶接ヘッドの中に含まれる。
好ましくは、溶接ヘッドは小型で、溶接ヘッドの電極アセンブリの中の消耗電極に比較して、少なくとも1つのコールドワイヤの独立操作を可能にする。電極ならびにコールドワイヤは、いわゆる「コラムおよびブーム」配置上の後部に設置されたワイヤボビンによって供給することができる。コラムおよびブームは、溶接ヘッドを運ぶレール移動マニプレータである。コラムおよびブームは、溶接開先へ溶接ヘッドを位置付けるために使用される。コラムおよびブームはまた、アーク溶接システムの分野で知られるように、電源、フラックス供給器、およびコイル等の溶接機器を運搬するために設計される可能性がある。好ましくは、コールドワイヤは、セラミックチューブ内部のばね調整接触デバイスを通して送給することができる。2つ以上の消耗電極およびコールドワイヤ電極は、個別のワイヤ送給器を有することができ、これを非共用設定にし、共用設定に比較するとはるかに広い溶接パラメータ枠を提供する。
本発明の好ましい実施形態によると、電気的に絶縁された導管は、接触デバイスの中の電気的に絶縁されたワイヤ導管を含むことができる。絶縁されたワイヤ導管は、接触デバイスの中に配置されるセラミックチューブにすることができる。セラミックチューブは、接触デバイスに挿入することができ、または接触デバイスの一部を、電気絶縁のために十分な厚さの酸化物を形成するように、例えば、酸化する等、処理することができる。
本発明の好ましい実施形態によると、電気的に絶縁された導管は、消耗電極およびコールドワイヤのうちの1つ以上を矯正するためのワイヤ矯正ユニットの中の電気的に絶縁された部分を含むことができる。消耗電極およびコールドワイヤは、同一のワイヤ矯正デバイス内で操作することができる。
本発明の好ましい実施形態によると、電極アセンブリの消耗電極のワイヤ矯正ユニットとは別に、コールドワイヤのための個別のワイヤ矯正ユニットを提供することができる。有利に、コールドワイヤは、消耗電極とは独立して操作することができる。
本発明の好ましい実施形態によると、電気的に絶縁された導管は、加工品に向かって消耗電極およびコールドワイヤを送給するためのワイヤ送給ユニットの中の電気的に絶縁された部分を含むことができる。消耗電極およびコールドワイヤは、同一のワイヤ送給デバイス内で操作することができる。
本発明の好ましい実施形態によると、電極アセンブリの消耗電極のワイヤ送給ユニットとは別に、コールドワイヤのための個別のワイヤ送給ユニットを提供することができる。有利に、コールドワイヤは、消耗電極とは独立して操作することができる。
本発明の好ましい実施形態によると、電極アセンブリの消耗電極の速度制御ユニットとは別に、コールドワイヤのための個別の速度制御ユニットを提供することができる。有利に、コールドワイヤは、消耗電極とは独立して操作することができる。
好ましくは、コールドワイヤは、接触デバイスの中で、消耗電極とは独立して送給することができる。これによって、溶接工程の無理のない制御を可能にする。コールドワイヤ電極は、接触デバイスの消耗電極とは独立して、異なる速度を用いて、特に変動速度を用いて、および/または異なる直径を用いて送給することができる。
本発明の好ましい実施形態によると、電気的に絶縁された導管内のコールドワイヤは、加工品上の溶接方向に対して、先端消耗電極と後尾消耗電極との間で順次に配置することができる。コールドワイヤの順序は、溶接溶着率を調節するために使用することができる。このような対称的な配置は、非常に高い溶着率を得ることができる。コールドワイヤの順序は、溶接要件に依存して選択することができる。
本発明の好ましい実施形態によると、電気的に絶縁された導管内のコールドワイヤは、加工品上の溶接方向に対して、電極アセンブリの消耗電極の上流に配置することができる。溶接要件に依存して、コールドワイヤの順序を選択することができる。最も外側の消耗電極は、他の電極に比較して所望の角度に傾斜することができる。非対称配置は、特に、そのような角度を簡単な様式で調節することを可能にする。
本発明の好ましい実施形態によると、電気的に絶縁された導管内のコールドワイヤは、加工品上の溶接方向に対して、電極アセンブリの他の電極の下流に配置することができる。コールドワイヤの順序は、溶接要件に依存して選択することができる。
本発明の好ましい実施形態によると、消耗電極のための送給ユニットおよび/または矯正ユニットは、送給ユニットを通じてコールドワイヤを誘導するための送給貫通部を提供することができる。好ましくは、コールドワイヤは、ワイヤ矯正ユニットまたはワイヤ送給ユニットを通じて、これらのユニットまたは消耗電極と相互作用することなく、送給貫通部の中を通過することができる。コールドワイヤは、同じ溶接ヘッドの同じ接触デバイス内の消耗電極とは独立して操作することができる。
本発明の別の態様に応じて、そのうちの少なくとも1つが接触デバイスと送給部分とを備える、少なくとも2つの電気式アーク溶接溶接ヘッドを備える溶接ヘッドアセンブリが提案され、接触デバイスは電極アセンブリを包含し、電極アセンブリは、接触デバイス内に配置される少なくとも2つの消耗連続送給ワイヤ電極を備える。コールドワイヤが電極アセンブリの消耗電極から電気的に絶縁されるように、少なくとも1つのコールドワイヤの電気絶縁のために、電気的に絶縁された導管が提供される。好ましくは、そのような溶接ヘッドアセンブリは、加工品上の熱の影響を削減して非常に高い溶着率のための強力なツールである。このため、溶接品質を向上することができる。
本発明の好ましい実施形態によると、第1の溶接ヘッドは、第2の溶接ヘッドの前に順次に配置することができるので、各溶接ヘッドの電極アセンブリは、溶接動作中に溶接方向に沿って順次に整合される。本発明に従う溶接ヘッドは、そのような溶接ヘッドアセンブリを設計する際にかなりの自由度を可能にする。
本発明の好ましい実施形態によると、各電極アセンブリ内のコールドワイヤの順序は、各電極アセンブリ内の消耗電極に対する各溶接ヘッドと同じにすることができる。本発明に従う溶接ヘッドは、そのような溶接ヘッドアセンブリを設計する際にかなりの自由度を可能にする。
本発明の好ましい実施形態によると、1つの電極アセンブリ内のコールドワイヤの順序は、溶接ヘッド配置の別の電極アセンブリ内のコールドワイヤの順序に対して逆にすることができる。本発明に従う溶接ヘッドは、そのような溶接ヘッドアセンブリを設計する際にかなりの自由度を可能にする。
本発明の好ましい実施形態によると、各コールドワイヤには、電極アセンブリの消耗電極のワイヤ矯正ユニットおよび/または送給ユニットとは別にワイヤ矯正ユニットおよび/またはワイヤ送給ユニットを提供することができる。コールドワイヤは、消耗電極とは独立して、かつ各溶接ヘッドとは独立して操作することができるので、溶接される加工品の材料および/または形状および/または周囲条件によって課される特定の溶接要件に対して溶接パラメータを適合する際にかなりの自由度を与える。
本発明の別の態様によると、電気式アーク溶接ヘッドおよび/または溶接ヘッドアセンブリのための電気式アーク溶接接触デバイスが提案され、デバイス本体と、接触デバイスを通じて電気的に絶縁された方式でコールドワイヤを誘導するための電気的に絶縁された部分と、デバイス本体と電気的に接触している少なくとも2つの消耗電極のための少なくとも2つの導管とを含む。好ましくは、1つ以上のコールドワイヤを2つ以上の消耗電極と共に採用することができる接触デバイスが提供される。2つ以上の消耗電極は、溶接中にアークで消耗されるために提供することができ、一方、コールドワイヤは、アークによって消耗されないが、溶接中に溶接プール内で溶解することが目的である。接触デバイス内の消耗電極とは独立して選択される多様な直径を備えたコールドワイヤを使用することができる。
本発明の好ましい実施形態によると、電気的に絶縁された部分は、電気絶縁チューブを含むことができる。電気絶縁チューブは、デバイス本体内へ容易に挿入することができる。速やかに、チューブは、優れた電気絶縁ならびに良好な熱抵抗を提供するセラミックから作製することができる。
本発明の好ましい実施形態によると、デバイス本体は、主部と、主部に付設することができる離脱可能部とから構成することができる。所望の順次において消耗電極およびコールドワイヤの配置を容易に達成、または変更することができる。
本発明の好ましい実施形態によると、コールドワイヤのための電気絶縁部分および他の電極のための導管を受容するための凹部を有するデバイス本体の一方の終端にチップを提供することができる。好ましくは、消耗電極および電気絶縁部分のための凹部は、定義された様式でチップの溝内に配置し、操作中安全に保持することができる。
本発明の好ましい実施形態によると、電気絶縁部分は、消耗電極のための導管の間に対称位置に配置することができる。好ましくは、コールドワイヤを誘導するための電気的に絶縁された部分は、消耗電極のための2つの導管の間に配置することができる。そのような対称配置は、溶接中に高い溶着率を提供する。
本発明の好ましい実施形態によると、電気絶縁部分は、デバイス本体内で、消耗電極のための導管に対して偏心位置に配置することができる。
本発明の別の態様に従い、加工品の中に溶接プールを生成するための電気アーク溶接システムが提供され、上記の特徴のうちのいずれか1つに従う少なくとも1つの溶接ヘッドまたは少なくとも1つの溶接ヘッドアセンブリを備える。溶接パラメータおよび条件の容易な調節を可能にする、非常に多用途なシステムを提供することができる。
本発明に従う溶接装置において、3つ以上の消耗電極および/または2つ以上のコールドワイヤが使用されてもよいことが明らかである。3つ以上の消耗電極および/または2つ以上のコールドワイヤを同じ溶接ヘッドに配置することができる。
コールドワイヤに関して、溶接パドルに送給される細長い金属構造が意図される。コールドワイヤは、卵形、円形、楕円形、矩形、四角形、三角形、または任意の他の適切な形状等の任意の断面を有してもよい。消耗電極は、卵形、円形、楕円形、矩形、四角形、三角形、または任意の他の適切な形状等の任意の断面を有してもよい。
本発明はまた、
溶接領域に向けて第1のコンタクトチューブを通して第1の消耗電極を誘導することと、
溶接領域に向けて第1のコンタクトチューブを通して第2の消耗電極を誘導することと、
溶接パドルの生成のためにそれぞれ第1および第2のアークを維持するために、前記第1および第2のコンタクトチューブを介して、第1および第2の消耗電極に接続された単一の電源から前記第1および第2の消耗電極へ溶接電流を伝達することとを含み、前記単一の電源が、前記第1および第2のコンタクトチューブで同じ電位を提供する、ツインワイヤ溶接方法にも関する。本発明によると、コールドワイヤは、該溶接パドル内に本質的に直角に送給される。
本発明の一実施形態において、本方法は、第1および第2の消耗電極に共通の溶接領域に向けて保護ガス流を方向付けることを含み、溶接パドルは、保護ガス流の下でそれぞれ該第1および第2のアークによって維持される。
本方法はまた、サブマージアーク溶接に適用されてもよい。
上記および他の目的および利点を備える本方法は、以下の実施形態の詳細な説明からもっともよく理解することができるが、以下に模式的に示される実施形態に制限されない。
本発明に従うツインワイヤ溶接装置である。 溶接パドル内にコールドワイヤを送給するための方向を示す調節システムを備える溶接パドルである。 サブマージアーク溶接のための本発明に従うアーク溶接溶接ヘッドの例示的な実施形態の第1の図である。 図1のアーク溶接溶接ヘッドが90°逆時計回りに回転した図である。 図1のアーク溶接ヘッドの斜視図である。 2つの消耗電極および1つのコールドワイヤのための接触デバイスの多様な図面で、断面図(図5a、5e)および側面図(図5b、5d)および前面図(図5c)である。 アーク溶接溶接ヘッドの例示的な実施形態の側面図である。 コールドワイヤおよび消耗電極の配置で、図7aは、2つの電極を備える第1の電極で、図7bは、2つの消耗電極を備える第2の電極アセンブリで、コールドワイヤが中央の電極であり、図7cは、2つの消耗電極を備える第3の電極アセンブリで、コールドワイヤが電極アセンブリの外側にある。 各々コールドワイヤと消耗電極とを備える2つのアーク溶接溶接ヘッドの配置を示し、図8aは、各溶接ヘッドに2つの電極を備える第1の電極アセンブリで、図8bは、各溶接ヘッド内に2つの消耗電極とコールドワイヤとを備える第2の電極アセンブリで、コールドワイヤが中央の電極であり、図8cは、各溶接ヘッドに2つの消耗電極とコールドワイヤとを備える第3の電極アセンブリで、コールドワイヤは電極アセンブリの外側にある。
好適な実施形態の詳細な説明
図面中、同じまたは類似の要素は同じ参照番号によって参照される。図面は、本発明の特定のパラメータを図示することが目的ではなく、模式的表現に過ぎない。さらに、図面は、本発明の典型的な実施形態のみを表すことを目的とし、したがって、本発明の範囲を限定すると考えられてはならない。
図1は、本発明に従うツインワイヤ溶接装置1の模式図である。ツインワイヤ溶接装置は、第1の消耗電極4を溶接パドル6に向けて誘導するための第1のコンタクトチューブ2を含む。第1のコンタクトチューブ2は、従来の様式でコンタクトチップ8に配置される。コンタクトチューブ2で、溶接電流は第1の消耗電極4へ伝達される。さらに、第2のコンタクトチューブ10は、第2の消耗電極12を溶接パドル6に向けて誘導するために、ツインワイヤ溶接装置1の中に配置される。第2のコンタクトチューブ10は、従来の様式でコンタクトチップ14の中に配置される。第1および第2のコンタクトチップは、部品によって組み立てられてもよい単一の本体、または別々の本体に配置されてもよい。第2のコンタクトチューブ10で、溶接電流は第2の消耗電極12へ伝達される。
単一の電源16は、コンタクトチップ8、14を含み、第1および第2のコンタクトチューブ2、10を収納する接触デバイス18に接続される。接触デバイス18は、個別の接触デバイス18a、18b、または両方のコンタクトチップのための共通の接触デバイスを含んでもよい。単一の電源16は、第1および第2の消耗電極4、12へ同じ電位を提供する。電源は、溶接変換器、溶接変圧器、整流器、サイリスタ制御整流器、またはインバータ等、ツインワイヤ溶接のために動作可能な任意の従来の種類の電源であってもよい。
ツインワイヤ溶接装置1は、溶接パドル6内へコールドワイヤ22を送給するための送給配置装置20をさらに含む。送給配置装置は、第1および第2のコンタクトチップから電気的に絶縁されるチューブ22を含む。コールドワイヤは、チューブ22を介して送給される。溶接するとき、アークは、第1および第2の消耗電極4、12に存在するが、コールドワイヤ22には存在しない。コールドワイヤは、溶接パドル6内へコールドワイヤを導入することによって溶解する。好適には、コールドワイヤは、一切の電源に接続されず、したがって、概して接地電位になる。しかしながら、コールドワイヤを予熱するためにコールドワイヤを電源に接続することが可能であってもよい。しかしながら、コールドワイヤは、コールドワイヤと加工品との間にアークを生成する目的のために電源に接続されるのではない。チューブ22は、第1および第2のコンタクトチップから隔離される金属チューブ、または以下に記載のように本発明に従う溶接装置に適切である、溶接ヘッドの実施形態のようにセラミックチューブであってもよい。
該コールドワイヤのための送給配置装置20は、該溶接パドル内へ本質的に直角に該コールドワイヤ22を送給するように配置される。図1Aには、基準座標系26を含む溶接パドル6の模式図が示される。基準座標系26は、溶接シームが生成される加工品28に対して溶接ヘッドが移動する方向である、溶接方向xを示す。基準座標系26は、水平方向yをさらに含む。溶接方向および水平方向は、溶接パドルの上面30と同一平面上にある平面xyを形成する。溶接パドルは溶接中、いくらか撹拌される場合があることが知られている。コールドワイヤの導入点32での上面は、休止不かく乱状態にある導入点32での溶接パドルの上面30と見なされる。
休止不かく乱状態の溶接パドルのこの上面30は、溶接パドル内へのコールドワイヤの導入点32では平面xyを形成することになり、その平面xyは、消耗電極のチップ34から溶接パドルの最近接点36までのベクトル38に対して垂直である。基準座標系26は、平面xyに対して直角である、第3の方向zを含む。ここには、溶接パドル内へのコールドワイヤの導入の方向を表すベクトルcが示される。ベクトルcは、平面xyに対して本質的に直角でなければならない。方向zとの完全な共整合が好ましいが、しかしながら、導入の方向が方向zからいくらか偏位することが許容可能であってもよい。完全な整合からの偏位は、角度αによって示される。本発明の実施形態において、送給配置装置は、表面法線に対して15°未満、好ましくは5°未満、さらに好ましくは2°未満の角度で、該溶接パドル内へ該コールドワイヤを送給するように配置される。これは、30°未満、好ましくは10°未満、さらに好ましくは4°未満の開き角度を有する円錐に対応する。
アーク溶接において、アークは、電極のチップと加工品との間に存在する。図1には、アーク40が示される。アークの加工品での接触は、無作為の様式で移動する。しかしながら、通常、アークは、消耗電極34のチップから加工品までの円錐42内に存在すると想定される。円錐の42開口角度βは、溶接事例それぞれで変動してもよい。しかしながら、通常の開口角度βは、約30°である。この理由のため、コールドワイヤ22が、消耗電極のチップ34で測定される消耗電極からL*cotan(β/2)未満である軸距離Dで、そこに対して本質的に直角方向に溶接パドルに入るように、コールドワイヤ22を位置することが好ましい。式中、Lはアーク長、つまり、電極チップから溶接パドルの近接点36までの距離である。
コールドワイヤ22を2つの消耗ワイヤの間に配置することが好ましくてもよい。消耗ワイヤは、好ましくは、溶接パドル6の表面30で測定される円錐直径d未満である軸距離Aの位置に設置されてもよい。この配置を用いて、コールドワイヤは、両方の消耗電極の円錐42によって画定されるアーク領域の外側部分eに導入され、これは、溶接結果に利点であることが示された。
溶接装置は、該第1および第2のコンタクトチューブのそれぞれのチップの間の間隔を調整するためのコンタクトチューブ間隔調製機構を含んでもよい。溶接装置は、該第1および第2のコンタクトチューブのそれぞれの長さの軸の間の傾斜を調整するためのコンタクトチューブ傾斜機構をさらに含んでもよい。
図2〜4は、サブマージアーク溶接のための、本発明に従う電気式アーク溶接溶接ヘッド100の例示的な実施形態の異なる図面であり、これらの図面は組み合わせて説明する。
その縦方向範囲に沿って、電気式アーク溶接溶接ヘッド100は、溶接中、溶接される加工品に対して近接である、その下部終端に接触デバイス160を備える。接触デバイス160は、溶接ヘッド100の電極アセンブリ170の電極172、176およびコールドワイヤ174(図3、4)を固定する。電極172、176およびコールドワイヤ174は、溶接動作中に加工品に面する、接触デバイス160の下部終端にある出口162を通って接触デバイス160を出る。電極172、176およびコールドワイヤ174は、アーク溶接ヘッド100に向かって、コイル(図示せず)等のそれぞれの容器から送給されてもよい。
電極アセンブリ170は、例として、接触デバイス160に配置された、2つの可溶性の連続して送給される消耗ワイヤ電極172、176と、コールドワイヤ174とを備える。接触デバイス160は、コールドワイヤ174のための電気絶縁部分166を備える。溶接ヘッド範囲に沿って、コールドワイヤ174だけが示される。接触デバイス160には、消耗電極172、176だけが示される。消耗電極172、176は、いわゆるツインワイヤのように配置され、好ましくは、ダブルワイヤ電極配置のように並列に送給される。電気絶縁部分166は、例えば、セラミック等の熱抵抗材料から作製される、余分に絶縁されたワイヤ導管であることが好ましい。
接触デバイス160の上方に、接触デバイス160に向かって電極およびコールドワイヤを送給する、送給デバイス150が配置される。典型的に、送給ユニット150は、接触デバイス160に向かってワイヤ電極172、176(明確性の理由のためこの部分には図示せず)を移動させる溝付きホイールを備える。送給デバイス150は、コールドワイヤ174を通して送給するための電気絶縁部分156を備える。電気絶縁部分156は、電気的に絶縁されたコールドワイヤ174のために余分に絶縁された溝を備える送給ホイールからなることができる。電気的に絶縁されたコールドワイヤ174は、ワイヤ送給器ユニット150を自由に通過することができる。送給ホイールは、例えば、電気モータ等の駆動ユニット152によって駆動される。
ワイヤ送給ユニット150以外に、サブマージアーク溶接のために、ノズル(図示せず)を介して、接触デバイス160に粒状のフラックスを送給する、フラックスホッパ114が配置される。駆動ユニット152以外に、ワイヤ送給ユニット150は、駆動軸を含むギアを備える。ギアの駆動軸上に、別のホイール(図示せず)によって加圧され得る、送給ホイール154(図6)が配置される。送給ホイール154は、電極を接触デバイス160の方向に前進させる。
ワイヤ送給ユニット150の上方に、消耗電極172、176を矯正するためのワイヤ矯正ユニット140が配置される。ワイヤ矯正ユニット140の最も手前の位置に示される2つのローラ(参照番号を使用して参照されない)は、ワイヤ矯正デバイスの後部に、一方が他方の上に垂直に配置される3つの固定されたホイールに圧力をかけるために使用される。ローラがホイールの上にかける圧力は、ワイヤ矯正ユニット140の外側にあるノブを介して調節可能である。3つのホイール上のローラの圧力がワイヤを矯正する。ワイヤ矯正ユニット140は、ワイヤ矯正ユニット140を自由に通過することができるコールドワイヤ174が通過する電気絶縁部分146を備える。
ワイヤ矯正ユニット140の上方に、接触デバイス160に向かってコールドワイヤ174を送給するための別のワイヤ送給ユニット130が配置される。ワイヤ送給ユニット130上には、ワイヤ送給ユニット130の送給ホイールを駆動する、例えば、電気モータ等の駆動ユニット132が配置される。駆動ユニット132以外に、ワイヤ送給ユニット130は、駆動軸を含むギアを備える。ギアの駆動軸上に、別のホイール(図示せず)によって加圧され得る、送給ホイール134(図6)が配置される。送給ホイール134は、接触デバイス160の方向にコールドワイヤを前進させる。
ワイヤ送給ユニット130の上方に、コールドワイヤ174を矯正するための別のワイヤ矯正ユニット120が配置される。このため、溶接ヘッド100の縦方向範囲に沿って、ワイヤボビン(図示せず)等のワイヤ容器から接触ノズルへ、コールドワイヤ174を誘導するために、電気絶縁導管180が提供される。送給ユニット150と130との間、かつワイヤ矯正ユニット120の上方に、コールドワイヤ174を受容する、電気的に絶縁されたワイヤ導管を配置することができる。
具体的に、電気絶縁導管180は、ワイヤ矯正ユニット140の電気絶縁部分146、消耗電極172、176のためのワイヤ送給ユニット150の電気絶縁部分156、および接触デバイス160の電気的に絶縁された部分166、ならびにユニット130、140、150、160の間かつコールドワイヤ174のためのワイヤ矯正ユニット120の上方の電気的に絶縁されたワイヤ導管からなる。
図5a〜図5eは、接触デバイス160の多様な図面を示し、組み合わせて説明する。接触デバイス160は、消耗電極およびコールドワイヤ(図示せず)を受容するための導管を備えるデバイス本体161を包含し、電気的に絶縁された部分166は導管のうちの1つである。
例として、デバイス本体161は、縦方向に分離する2つの部品161a、161bから作製され、取り外し可能部161bは、主部161aに付設される。主部161aは、円筒形状の上部部分と、中間部を通る切断面に対してやや凹形状である下部部分を有する(図5a、5e)。取り外し可能部分161bは、ねじによって、主部分161aの凹部部分に付設される。
代替として、デバイス本体161は、いくつかの部品の代わりに、消耗電極およびコールドワイヤの経路のために、1つ以上の貫通した穴を備える単一金属本体にすることができる。
取り外し可能部161bと主部161bとの間には、部品161aおよび161bが相互に付設されると、小さい自由な距離が残る。この距離は、接触デバイス160で消耗電極のために多様なワイヤ直径を使用することを可能にする。コールドワイヤが電気的に絶縁された部分166で個別に誘導されると、コールドワイヤの直径は、デバイス本体161の他の電極の直径とは独立して選択することができる。
デバイス本体161の部品161a、161bは、2つの部品163a、163bからなるチップ163を包囲し、部品163aは、主部161aに付設され、部品163bは、デバイス本体161の取り外し可能部161bに付設される。チップ163の部品163a、163bは、主部161aおよび取り外し可能部161bに提供されるそれぞれの穿孔164a、164bに挿入されるねじによって、それぞれ、主部161aおよび取り外し可能部161bに付設することができる。
チップ163は、大部分は円筒形状を有してもよい、デバイス本体161の残り部分よりも小さい直径を有してもよい。電気絶縁部分166は、接触デバイス166の縦方向範囲全体に延在し、接触デバイス160のチップ163の出口162にコールドワイヤ(図示せず)のための出口169を提供する。
図5aおよび5eに示される切開図でわかるように、デバイス本体161は、中央位置に配置された電気絶縁部分166を含む内部区画167を有し、コールドワイヤ(図示せず)のための電気絶縁部分を提供する。電気絶縁部分166は、セラミックチューブ等の絶縁チューブであることが好ましい。中央の電気絶縁部分166の両側上には、溶接中にアークによって消耗されることが目的である消耗電極(図示せず)のためのチューブ168a、168bが提供される。チューブ168a、168bは、チップ163a、163bに対応する溝部分を備える。溝部分は、取り外し可能部161bがデバイス本体161の主部161aに付設されると、消耗電極のための筐体を形成する。
デバイス本体161の外側には、例えば、円板ばね等のばね要素によってデバイス本体の部品161a、161bを一体に保持する、ボルト165が配置され、消耗電極の実際の直径とほぼ独立して、部品161a、161bの接触圧を提供する。
電気接点は、デバイス本体161の主部161aに配置される接触部分164c内の接触デバイス160に付設することができる。電源に接続されるワイヤは、電圧および電流を接触デバイス160に伝達するために、接触部分164cに接続することができるので、デバイス本体161への電気接点に近接する消耗電極で、アークを生じることができる。
電気絶縁部分166内で、コールドワイヤは、他の電極(図示せず)に接触することなく、接触デバイス160を通過することができる。
図6は、図2〜4に示されるレイアウトとほぼ同じレイアウトのアーク溶接溶接ヘッド100の例示的実施形態の側面図である。不要な反復を避けるため、同様な要素の詳細説明はこれらの図面を参照されたい。ワイヤ矯正ユニット140の上方に、ツイン電極のために2つのガイドチューブ142、144が提供される。ガイドチューブ142、144は、溶接ヘッド100の縦方向範囲に対して交差して配置される。コールドワイヤ電極(図示せず)のワイヤ送給ユニット130と消耗電極(図示せず)のワイヤ矯正ユニット140との間に、コールドワイヤ(図示せず)のためのガイドチューブ182が配置される。駆動ユニット132、152は、電極の制御速度のために、パルスセンサを装備することができる。接触デバイス160に近接して、フラックスホッパ114(図2〜4)のためのノズル116が配置され、ノズル116は、接触デバイス160の縦軸に平行に配置されたロッド116に固定される。
図7a〜7cは、溶接方向20に対する電極アセンブリ170内の電極の配置を示す。
図7aは、電気的に絶縁されたコールドワイヤ174および絶縁されていない消耗電極を含む電極アセンブリ170の第1の変形を示す。この溶接ヘッドは、本発明によって提案されるように少なくとも2つの消耗電極を含むように、さらなる溶接ヘッドと組み合わされなければならない。電極アセンブリ170の第2の変形は図7bに示され、2つの消耗電極172、176とコールドワイヤとを備え、コールドワイヤ174は中央に位置する。2つの消耗電極172、176とコールドワイヤとを備え、コールドワイヤ174が電極アセンブリの外側にある電極アセンブリ170の第3の変形は、図7cに示される。
図8a〜8cは、2つのアーク溶接溶接ヘッド100a、100bを備える溶接ヘッドアセンブリ200の配置を示す。各溶接ヘッド100a、100bは、コールドワイヤ174a、174bおよび1つ以上の消耗電極172a、172bを含む電極アセンブリ170a、170bを備える。図8aに示される溶接ヘッドアセンブリ200の第1の変形では、各溶接ヘッド100a、100bは、各溶接ヘッド100a、100b内に、2つの電極172a、172bと、2つのコールドワイヤ174a、174bとを備える。コールドワイヤ174a、174bは、溶接ヘッドアセンブリ200の最も外側の電極である。
第2の変形は図8bに示され、各溶接ヘッド100a、100bは、3つの電極172a、176a、172b、176b、および2つのコールドワイヤ174a、174bを含む電極アセンブリ170a、170bを備え、コールドワイヤ174a、174bは、各溶接ヘッド100a、100bの中央の電極として、2つの消耗電極172a、176a、172b、176bの間の中間に配置される。
図8cは、各溶接ヘッド100a、100b内に2つの消耗電極172a、176a、172b、176bおよび2つのコールドワイヤ174a、174bを含む第3の変形を示し、コールドワイヤ174a、174bは、溶接ヘッドアセンブリ200の外側にある。

Claims (19)

  1. 第1の消耗電極(4)を溶接パドル(6)に向けて誘導し、前記第1の消耗電極(4)へ溶接電流を伝達するための第1のコンタクトチューブ(2)と、第2の消耗電極(12)を前記溶接パドル(6)に向けて誘導し、前記第2の消耗電極(12)へ溶接電流を伝達するための第2のコンタクトチューブ(10)と、前記2つの消耗電極(4、12)へ同じ電位を提供するために前記第1および第2のコンタクトチューブ(2、10)へ接続される単一の電源(16)とを含むツインワイヤ溶接装置(1)であって、前記溶接パドル(6)内へ本質的に直角コールドワイヤ(22)を送給するように配置される、前記溶接パドル内へコールドワイヤ(22)を送給するための送給配置装置(20)をさらに含み、
    前記第1および第2の消耗電極のための送給ユニット(150)および/または矯正ユニット(140)が、前記送給ユニット(150)を通って前記コールドワイヤを誘導するための送給貫通部を提供することを特徴とする、ツインワイヤ溶接装置。
  2. 前記送給配置装置(20)が、表面法線に対して5°未満の角度で前記溶接パドル内へ前記コールドワイヤ(22)を送給するように配置されることを特徴とする、請求項1に記載の溶接装置。
  3. 前記第1および第2のコンタクトチューブ(2、10)が個別のコンタクトチップ(8、14)内に形成されることを特徴とする、請求項1に記載の溶接装置。
  4. 前記第1および第2のコンタクトチューブ(2、10)が、前記第1および第2のコンタクトチューブ(2、10)のために分離している、第1および第2の接触デバイス(18a、18b)を介して前記単一の電源(16)に接続されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の溶接装置。
  5. 前記溶接装置が、前記第1および第2のコンタクトチューブのそれぞれのチップの間の間隔を調整するためのコンタクトチューブ間隔調整機構をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の溶接装置。
  6. 前記溶接装置が、前記第1および第2のコンタクトチューブのそれぞれの長さの軸の間の傾斜を調整するためのコンタクトチューブ傾斜機構をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の溶接装置。
  7. 電気的に絶縁された導管(180)が、前記第1および第2のコンタクトチューブおよび前記電気的に絶縁された導管を収納する電極アセンブリにおいて、前記第1および第2のコンタクトチューブ(168a、168b)から電気的に絶縁されるように、前記コールドワイヤ(174)の電気絶縁のために提供されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の溶接装置。
  8. 前記絶縁されたワイヤ導管(180)がセラミックチューブであることを特徴とする、請求項7に記載の溶接装置。
  9. 前記電気的に絶縁された導管(180)が、前記消耗電極および前記コールドワイヤ(172、174、176)のうちの1つ以上を矯正するためのワイヤ矯正ユニット(120、140)内に電気的に絶縁された部分(146)を備えることを特徴とする、請求項7または8に記載の溶接装置。
  10. 個別のワイヤ矯正ユニット(120)が、前記電極アセンブリ(170)の前記第1および第2の消耗電極(172、176)のワイヤ矯正ユニット(140)とは別に、コールドワイヤ(174)のために提供されることを特徴とする、請求項7〜9のいずれかに記載の溶接装置。
  11. 前記電気的に絶縁された導管(180)が、1つ以上の電極(172、176)およびコールドワイヤ(174)を加工品(10)に向けて送給するためのワイヤ送給ユニット(130、150)内に、電気的に絶縁された部分(156)を備えることを特徴とする、請求項7〜10のいずれかに記載の溶接装置。
  12. 個別のワイヤ送給ユニット(130)が、前記第1および第2の消耗電極(172、176)のワイヤ送給ユニット(150)とは別に、コールドワイヤ(174)のために提供されることを特徴とする、請求項7〜11のいずれかに記載の溶接装置。
  13. 個別の速度制御ユニット(132)が、前記第1および第2の消耗電極(172、176)の速度制御ユニット(152)とは別に、前記コールドワイヤ(174)のために提供されることを特徴とする、請求項1〜12のいずれかに記載の溶接装置。
  14. 前記電気的に絶縁された導管(180)内の前記コールドワイヤ(174)が、加工品(10)上の溶接方向(20)に対して、前記第1の消耗電極と前記第2の消耗電極との間に順次配置されることを特徴とする、請求項1〜13のいずれかに記載の溶接装置。
  15. 前記コールドワイヤ(174)が、加工品(10)上の溶接方向(20)に対して、前記第1および第2の消耗電極の上流に配置されることを特徴とする、請求項1〜11のいずれかに記載の溶接装置。
  16. 前記コールドワイヤ(174)が、加工品(10)上の溶接方向(20)に対して、前記電極アセンブリ(170)の前記消耗電極(172、176)の下流に配置されることを特徴とする、請求項1〜11のいずれかに記載の溶接装置。
  17. 前記溶接装置が、前記第1および第2の電極に共通の溶接領域に向けて保護ガス流を方向付けるためのガスカップを含むガスメタルアーク溶接装置である、請求項1〜1のいずれかに記載の溶接装置(1)。
  18. ツインワイヤ溶接方法であって、
    溶接領域に向けて第1のコンタクトチューブを通って第1の消耗電極を誘導することと、
    前記溶接領域に向けて第1のコンタクトチューブを通って第2の消耗電極を誘導することと、
    溶接パドルの生成のためにそれぞれ第1および第2のアークを維持するために、前記第1および第2のコンタクトチューブを介して、第1および第2の消耗電極に接続された単一の電源から、前記第1および第2の消耗電極へ溶接電流を伝達することとを含み、前記単一の電源が、前記第1および第2のコンタクトチューブで同じ電位を提供し、コールドワイヤが、前記溶接パドル内へ本 質的に直角に送給され
    前記第1および第2の消耗電極のための送給ユニットおよび/または矯正ユニットが、前記送給ユニットを通って前記コールドワイヤを誘導するための送給貫通部を提供することを特徴とする、溶接方法。
  19. 前記第1および第2の電極に共通の前記溶接領域に向けて保護ガス流を方向付けることをさらに含み、溶接パドルが、前記保護ガス流の下でそれぞれ前記第1および第2のアークによって維持される、請求項18に記載の溶接方法。
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