KR20150038016A

KR20150038016A - 핫 와이어 시스템을 시작 및 정지하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20150038016A
Application number: KR20157003299A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 알 피터스; 폴 에드워드 데니; 마이클 디 라테사
Original assignee: 링컨 글로벌, 인크.
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2015-04-08
Also published as: WO2014013322A2; JP2015522426A; CN104661781A; WO2014013322A3; DE112013003613T5; BR112015001243A2

Abstract

핫 와이어(140) 프로세스를 시작 및/또는 정지하기 위한 방법 및 시스템(100)이 제공된다. 핫 와이어 시스템은, 필러 와이어(140)를 홀딩하기 위한 접촉 튜브(160), 와이어 공급 매커니즘, 와이어에 가열 전류를 인가하기 위한 전원(130, 170)를 포함하는 필러 와이어 공급기(180), 및 공급 매커니즘과 전원(130, 170)에 커플링되는 제어기(180)를 포함한다. 제어기(180)는, 와이어(140)로의 가열 전류를 레귤레이팅하고, 핫 와이어 프로세스(280, 380)를 개시하기 위해 아크로 용융된 퍼들(116, 117)을 형성하도록 워크피스(115)에 대해 와이어(140)를 위치시키도록 구성된다. 제어기(180)는 또한, 핫 와이어 프로세스(280, 380)를 정지할 때 안정된 방식으로 용융된 퍼들(116, 117)로부터 와이어(140)를 철회하도록, 용융된 퍼들(116, 117)로의 와이어(140)의 공급을 레귤레이팅하고, 와이어(140)로의 전류를 레귤레이팅하는 것 및/또는 펄싱하는 것 중 하나를 수행하도록 구성될 수 있다.

Description

핫 와이어 시스템을 시작 및 정지하기 위한 시스템 및 방법{METHOD AND SYSTEM TO START AND STOP A HOT WIRE SYSTEM}

본 출원은 2009년 1월 13일 출원된 미국 특허 출원 번호 제12/352,667호의 부분계속 출원인, 2011년 8월 17일 출원된 미국 특허 출원 번호 제13/212,025호에 대한 우선권의 이익을 주장하는 부분계속 출원이며, 상기 출원들 각각은 그 전체가 인용에 의해 포함된다.

발명의 분야

본 출원은 제 1 항에 따른 핫 와이어 프로세스(hot wire process)를 시작하는 방법, 제 11 항 및 제 14 항에 따른 핫 와이어 시스템, 및 제 15 항에 따른 핫 와이어 프로세스를 정지하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 일반적으로 예를 들어, 오버레잉(overlaying), 용접 및/또는 다른 접합(joining) 애플리케이션들에서 이용되는 핫 와이어 프로세스를 시작 및/또는 정지하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 특정한 실시예들은 오버레잉, 접합 및 용접 애플리케이션들 중 임의의 하나를 위해 고강도 에너지 소스와 결합하여, 제어된 필러 와이어 공급기(controlled filler wire feeder) 및 에너지 소스 시스템을 이용하여 핫 와이어 프로세스를 시작 및/또는 정지하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.

핫 와이어 또는 필러 와이어 프로세스에서, 예를 들어, 레이저, 비-소모성 텅스텐 전극, 또는 다른 고에너지 아크 또는 플라즈마 프로세스와 같은 고강도 에너지 소스는 용융된 퍼들(molten puddle)을 형성하기 위해 워크피스를 가열 및 용융시키는데 이용된다. 필러 와이어(filler wire)는 워크피스 및 용융된 퍼들 쪽으로 전진된다. 와이어는 별개의 에너지 소스에 의해 저항-가열(resistance-heat)되어서, 와이어는 그의 용융점에 접근하거나 도달하고 용융 퍼들에 접촉하게 된다. 가열된 와이어는 핫 와이어 프로세스를 수행하기 위해 용융된 퍼들에 공급된다. 이에 따라, 워크피스로의 필러 와이어의 전달은 단순히 필러 와이어를 용융된 퍼들 내로 용융시킴으로써 발생한다. 대안적으로, 필러 와이어는 와이어가 용융된 퍼들에 진입할 때 고체일 수 있다. 예를 들어, 필러 와이어가 용융된 퍼들에 진입할 때 필러 와이어의 30%가 고체일 수 있다. 필러 와이어가 그의 용융 온도로 또는 그 근처로 예열되기 때문에, 용융된 퍼들 내의 그의 존재는 인지할 수 있을 정도로 퍼들을 냉각시키거나 고형화하지 않을 것이고, 용융된 퍼들 내로 빠르게 소모된다. 핫 와이어 프로세스를 개시 또는 정지하는 것과 관련된 하나의 문제는, 용융된 퍼들내로 와이어를 도입하거나 또는 이로부터 와이어를 철회(retract)할 때 각각, 와이어 스패터(wire spatter)의 발생이다. 용융된 퍼들의 완전한 형성 이전에, 용융된 퍼들은 안정적이지 않으며, 이는 용융된 퍼들 내로 와이어의 도입 시에 와이어 스패터를 초래한다. 와이어 도입 시에 퍼들의 불안정성은 도 7에서 예시된 핫 와이어 프로세스의 전압, 전류 또는 전력 트래이스(trace)에서 볼 수 있다. 도 7에서는, 알려진 핫 와이어 프로세스의 시작 시에, 전압/전류/전력 트래이스의 발진들이 도시되어 있다. 전압 트래이스의 발진들은 적어도 부분적으로는, 용융된 퍼들의 불완전한 형성으로 인해 와이어와 워크피스 간의 반복되는 아킹 이벤트들(arcing events)로 인한 것이다. 핫 와이어 프로세스의 종료 시에, 와이어는 와이어 스패터를 방지하기 위해 용융된 퍼들에서 유지되지만, 퍼들로부터 와이어를 분리하기 위해, 핫 와이어 프로세스는 정지되어야 하고 와이어는 절단된다. 이에 따라, 용융된 퍼들로 와이어를 도입하거나 용융된 퍼들로부터 와이어를 철회(retract)할 때 와이어 스패터를 최소화하는, 핫 와이어 프로세스를 시작 및/또는 정지하는 것에 대한 요구가 있다.

종래의, 전통적인 그리고 제안된 접근법들의 추가의 제한들 및 단점들은, 도면을 참조하여, 본 출원서의 잔여부에서 기술되는 바와 같은 본 발명의 실시예들과 이러한 접근법들의 비교를 통해 당업자에게 자명하게 될 것이다.

본 발명의 목적은 이들 제한들 및 단점들을 극복하는 것이다. 이 문제는 제 1 항에 따른 핫 와이어 프로세스를 시작하는 방법에 의해, 제 11 항 및 제 14 항에 따른 핫 와이어 시스템에 의해, 및 제 15 항에 따른 핫 와이어 프로세스를 정지하는 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들의 주제들이다. 본 발명의 실시예들은 결합 필러 와이어 공급기 및 에너지 소스 시스템을 시작 및 정지하기 위한 시스템 및 방법을 포함한다. 본 발명의 제 1 실시예는 필러 와이어(filler wire)와 워크피스 간의 핫 와이어 프로세스의 방법을 제공한다. 본 방법은, 워크피스에 용융된 퍼들을 형성하도록 와이어와 워크피스 간에 아크를 설정하는 단계; 와이어와 별개의 고강도 에너지 소스로 용융된 퍼들을 유지하는 단계; 아크 전압의 설정 시에 용융된 퍼들 내로 와이어를 전진시키는 단계; 및 아크를 종결시키고 와이어가 대략적으로 핫 와이어 프로세스에 대한 그의 용융점이 되게 하도록 와이어에 가열 전류를 인가하는 단계를 포함하는 개시 프로세스를 갖는다. 이 방법의 추가의 실시예에 따라, 감지 신호는 적어도 3볼트의 개방 회로 전압이다. 본 발명의 추가의 실시예에 따라, 고강도 에너지 소스는 아크 생성 소스이다. 문제는 또한 본 발명에 따라 워크피스에 대해 필러 와이어의 원위 단부를 전진 및 철회하기 위한 공급기를 포함하는 핫 와이어 시스템에 의해 해결된다. 시스템은 추가로 감지 신호, 아크 생성 신호, 및 가열 전류를 상기 와이어에 인가하기 위한 전원을 포함한다. 시스템은 추가로 핫 와이어 프로세스를 개시하기 위해 공급기와 전원에 커플링되는 제어기를 포함한다. 제어기는 상기 워크피스에 대해 와이어를 위치시키고 감지 신호 각각을 레귤레이팅한다. 아크 생성 신호 및 가열 전류는 워크피스 쪽으로 와이어의 원위 단부를 전진시키고 원위 단부가 상기 워크피스와 접촉하게 될 때를 결정하도록 감지 신호를 레귤레이팅하는 것을 포함한다. 시스템은 추가로 워크피스로부터 와이어의 원위 단부를 철회하고 용융된 퍼들을 형성하기 위해 원위 단부와 워크피스 간에 아크를 형성하도록 아크 생성 전류를 레귤레이팅하는 것을 포함한다. 시스템은 추가로 용융된 퍼들 내로 와이어를 전진시키고 와이어를 용융된 퍼들 내로 용융시키도록 가열 전류를 레귤레이팅하는 것을 포함한다. 시스템은 추가로 용융된 퍼들에 열을 제공하기 위한 고강도 에너지 소스를 포함한다. 시스템의 바람직한 실시예에 따라, 전원은 감지 신호를 인가하기 위한 제 1 전력 소스, 아크 생성 전류를 인가하기 위한 제 2 전력 소스, 및 가열 전류를 인가하기 위한 제 3 전력 소스를 포함한다.

다른 실시예는 와이어에 대한 가열 전류로 워크피스의 용융된 퍼들 내로 와이어를 용융시키는 핫 와이어 프로세스를 정지하는 방법을 제공한다. 정지 방법은 용융된 퍼들로의 와이어의 공급 레이트(feed rate)를 감소시키고 고강도 에너지 소스로 용융된 퍼들을 유지하는 단계를 포함한다. 정지 방법은 추가로, 일 양상에서, 가열 전류를 정지하고, 상기 와이어의 원위 단부가 용융된 퍼들로부터 제거되도록 와이어에 전류 펄스들을 인가하는 단계를 포함한다. 정지 방법의 다른 또는 대안적인 양상은, 용융된 퍼들로부터 와이어를 철회하고, 와이어와 워크피스 간의 아크의 형성을 감지하고, 상기 아크가 형성되기 이전에 와이어로의 가열 전류를 종결하는 단계를 포함한다. 정지 방법의 또 다른 또는 대안적인 양상에서, 와이어는, 상기 용융된 퍼들에 와이어 연장부를 남기기 위해 와이어가 용융된 퍼들로부터 떨어져 분리되게 되도록 와이어에 인가되는 상기 가열 전류 중 적어도 일부로 용융된 퍼들로부터 철회된다. 고강도 에너지 소스로부터의 에너지는 용융된 퍼들 내로 연장부를 용융시키도록 상기 와이어 연장부에 인가된다.

청구된 발명의 이들 및 다른 특징들은 물론 이들의 예시된 실시예들의 세부사항들은 이어지는 설명 및 도면으로부터 보다 완전히 이해될 것이다.

본 발명의 위의 및/또는 다른 양상들은 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 상세한 예시적인 실시예들을 설명함으로써 보다 자명하게 될 것이다.

도 1은 핫 와이어 시스템의 예시적인 실시예의 기능적 개략 블록도를 예시한다.
도 1a는 도 1의 시스템을 이용한 핫 와이어 프로세스의 상세한 원근도이다.
도 2는 도 1의 시스템을 이용한 핫 와이어 프로세스에 대한 시동 방법의 제 1 실시예의 흐름도를 예시한다.
도 3은 도 1의 시스템을 이용한 핫 와이어 프로세스에 대한 시동 방법의 제 2 실시예의 흐름도를 예시한다.
도 4는 도 1의 시스템을 이용한 핫 와이어 프로세스에 대한 정지 방법의 제 1 실시예의 흐름도를 예시한다.
도 5는 도 1의 시스템을 이용한 핫 와이어 프로세스에 대한 정지 방법의 제 2 실시예의 흐름도를 예시한다.
도 6은 도 1의 시스템을 이용한 핫 와이어 프로세스에 대한 정지 방법의 제 3 실시예의 흐름도를 예시한다.
도 7은 종래 기술의 핫 와이어 프로세스에서 전압, 전류 및 전력의 트래이스를 예시한다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 첨부된 도면들을 참조함으로써 이제 아래에서 설명될 것이다. 설명된 예시적인 실시예들은 본 발명의 이해를 돕도록 의도되며, 어떠한 방식으로도 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되진 않는다. 유사한 참조 번호들은 전체에 걸쳐서 유사한 엘리먼트들을 참조한다.

도 1은 핫 와이어 프로세스를 수행하기 위한 시스템(100)의 예시적인 실시예의 기능적 개략 블록도를 예시한다. "핫 와이어 프로세스(hot wire process)" 란 용어는 광의의 방식으로 본 명세서에서 이용되며, 오버레잉, 용접 또는 접합을 포함하는 임의의 애플리케이션들을 지칭할 수 있다. 보다 구체적으로, 핫 와이어 프로세스는 오버레잉, 용접 및/또는 접합 프로세스를 수행하도록 (예를 들어, 저항 가열을 이용하여) 필러 와이어를 가열하는 것을 포함한다. 오버레잉 프로세스들은, 브레이징(brazing), 클래딩(cladding), 빌드 업(building up), 충전 및 표면-경화(hard-facing)를 포함할 수 있다. 예를 들어, "브레이징" 애플리케이션에서, 필러 금속은 모세관 활동(capillary action)을 통해 접합부(joint)의 딱 맞는 표면들 간에 분배된다. 반면에, 필러 금속의 "브레이즈 용접" 애플리케이션은 갭 내로 유동되도록 이루어진다. 그러나 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 양자의 기법들은 오버레잉 애플리케이션들로서 광의로 지칭된다. 시스템(100)은 워크피스(115)와의 접촉을 형성하도록 적어도 하나의 가열된 필러 와이어(140)를 제공할 수 있는 핫 필러 와이어 공급기 서브시스템을 포함한다. 물론, 본 명세서에서 워크피스(115)를 참조함으로써, 워크피스에 형성되는 용융된 퍼들(116)은 워크피스(115)의 부분으로 간주된다는 것이 이해되고, 이에 따라 워크피스(115)와의 접촉에 대한 참조는 임의의 퍼들이 존재하는 정도까지 퍼들과의 접촉을 포함한다.

핫 필러 와이어 공급기 서브시스템은 필러 와이어 공급기(150), 접촉 튜브(160), 및 핫 와이어 전원(170)을 포함한다. 와이어(140)는 접촉 튜브(160)를 통해 필러 와이어 공급기(150)로부터 워크피스(115)로 공급되고, 튜브(160)를 넘어 연장한다. 핫 와이어 전원(170)은 펄스식 직류 전류(DC) 전원일 수 있지만, 교류 전류(AC) 또는 다른 타입들의 전원들이 또한 가능하다. 이에 따라, 전원(170)은 와이어(140)에 전압 또는 전류 신호 중 임의의 하나를 인가하도록 동작될 수 있다. 전원(170)은 단일 전력 소스 또는 아래에서 훨씬 상세히 설명되는 다양한 전류들을 인가하기 위해 또는 다양한 전압들을 설정하기 위해 1개 초과의 전력 소스를 포함할 수 있다. 본 명세서에서의 도면들 및 논의가 "와이어"(140)를 지칭하지만, 이는 일반적으로 종래의 원통 형상 와이어(고형화 또는 코어드될 수 있음)일 수 있거나, 또는 그것은 클래딩을 위해 종종 이용되는 타입과 같은 가늘고 긴 조각의 소모재(strip consumable)가 또한 될 수 있는 소모재를 의미하는 것으로 의도된다는 것이 주의되어야 한다. 그러나 명확성을 위해, 소모재(140)는 본 명세서에서 "와이어"로서 참조될 것이다.

아래에서 훨씬 상세히 설명되는 본 시작 프로세스의 일 양상에서, 전원(170)은 워크피스에 대한 와이어의 근접도를 결정하기 위해 와이어(140)에 감지 신호를 인가하도록 동작된다. 본 방법의 다른 양상에서, 전원은 와이어와 워크피스 간에 아크(arc)를 설정하기에 충분한 전류를 와이어에 인가한다. 또 다른 양상에서, 필러 와이어(140)는 접촉 튜브(160)와 워크피스(115) 간에 동작 가능하게 연결되는 핫 와이어 전원(170)으로부터의 전기 전류에 의해 저항-가열된다.

예시적인 시스템(100)은 추가로 워크피스(115)와 핫 와이어(140)를 통한 전류(I) 및 이들 간의 전위 차이(즉, 전압(V))를 측정할 수 있는 제어 서브시스템(195)을 포함한다. 적어도 하나의 예시적인 실시예에서, 상태 기반 전류 감지 제어기로서 실현될 수 있는 제어 서브시스템(195)은, 예를 들어, 출력 전류, 전압 및/또는 전력과 같은 전원의 기능들을 레귤레이팅(regulate)하도록 워크피스(115), 접촉 튜브(160) 및 핫 와이어 전원(170)에 동작 가능하게 연결된다. 제어 서브시스템(195)은 예를 들어, 아래에서 훨씬 상세히 설명되는 바와 같은 레이저 서브시스템, 와이어 또는 퍼들과 같이 핫 와이어 프로세스 및/또는 시스템의 다른 양상들을 레귤레이팅 또는 모니터링하기 위해 보조 또는 병렬 제어기들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 예시적인 감지 및 전류 제어 서브시스템(195)은 추가로 전압, 전류 및 전력의 적분들 및 미분들과 함께, 측정된 전압 및 전류로부터 저항 값(R=V/I) 및/또는 전력 값(P=V*I)을 계산할 수 있을 수 있다. 일반적으로, 핫 와이어(140)가 워크피스(115)와 접촉하게 될 때, 핫 와이어(140)와 워크피스(115) 간의 전위 차이는 0 볼트 또는 0볼트에 매우 근접하다. 그 결과, 감지 및 전류 제어 서브시스템(195)은, 저항 필러 와이어(140)가 워크피스(115)와 접촉할 때를 감지할 수 있다. 또한, 핫 와이어 전원(170)으로의 그의 연결을 통해 제어기 서브시스템(195)은, 본 시동/정지 방법들의 하나 이상의 양상들과 함께 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 감지에 응답하여 저항 필러 와이어(140)를 통한 전류의 흐름을 제어할 수 있다.

도 1에서 도시된 예시적인 실시예에서, 시스템(100)은 또한 예를 들어, 워크피스에서 용융된 퍼들을 유지하기 위해 워크피스(115)를 가열하도록 워크피스(115)로 레이저 빔(110)을 포커싱할 수 있는 레이저 서브시스템을 포함한다. 레이저 서브시스템은 서로 동작 가능하게 연결되는 레이저 디바이스(120) 및 레이저 전원(130)을 포함한다. 레이저 전원(130)은 레이저 디바이스(120)를 동작시키기 위한 전력을 제공한다. 제어 서브시스템(195)의 부분으로서 또는 제어 서브시스템(195)과 별개로서 예를 들어, 제 2 병렬 상태 기반 제어기와 같은 제어기는, 예를 들어, 핫 와이어 전원(170)과의 동기화된 동작을 위해 또는 개별적으로 실시간의 전류, 전압 또는 전력의 출력을 포함할 수 있는, 레이저 전원(130)의 기능들을 레귤레이팅하도록 제공될 수 있다. 레이저 서브시스템은 탄소 이산화물, Nd:YAG, Yb-disk, YB-fiber, 섬유 전달 또는 직접 다이오드 레이저 시스템들을 포함(그러나 이것으로 제한되지 않음)하는 임의의 타입의 고에너지 레이저 소스일 수 있다. 레이저 서브시스템은 또한 보다 일반적으로 고강도 에너지 소스이다. 고강도 에너지 소스가 레이저 빔 및 전원을 갖는 레이저 서브시스템으로서 설명되지만, 임의의 고강도 에너지 소스가 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 고강도 에너지 소스는 적어도 500 W/cm²를 제공할 수 있다. 고강도 에너지 소스의 다른 실시예들은 고강도 에너지 소스로서 역할하는 전자 빔, 플라즈마 아크 용접 서브시스템, 가스 텅스텐 아크 용접 서브시스템, 가스 금속 아크 용접 서브시스템, 플럭스 코어드 아크 용접 서브시스템(flux cored arc welding subsystem) 및 서브머저드 아크 용접 서브시스템(submerged arc welding subsystem) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

용접 애플리케이션들에서, 레이저 빔(110)은 워크피스(115)의 베이스 금속 중 일부를 용융시키도록 및/또는 와이어(140)를 워크피스(115) 내로 용융시키도록 그의 에너지 면에서 충분히 강하다. 본 명세서에서 설명되는 본 방법의 실시예들에 대해, 레이저 빔(110)은 필러 와이어(140)의 조건들에 협력하여 용융된 퍼들을 유지한다. 전원(170)은 핫 와이어 프로세스를 수행하기 위해 필러 와이어(140)를 저항-용융하는데 필요한 에너지의 대부분을 제공하도록 구성된다. 또한, 그러나 특정한 실시예들에 관하여 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 전원(170) 및 공급기 서브시스템은 핫 와이어 프로세스를 개시하도록, 보다 구체적으로 워크피스(115)에 용융된 퍼들의 형성을 개시하도록 제어되고 동작된다. 또한, 전원(170) 및 공급기 서브시스템은 용융된 퍼들로부터 와이어의 분리를 제공하기 위해 핫 와이어 프로세스를 종료하도록 구성된다.

시스템(100)은 추가로, 레이저 빔(110) 및 저항성 필러 와이어(140)가 서로에 대해 고정된 채로 유지되도록, 워크피스(115)를 따라 동일한 방향(125)으로 레이저 빔(110)(에너지 소스) 및 저항성 필러 와이어(140)를 (적어도 상대적인 견지에서) 이동시킬 수 있는 이동 제어 서브시스템을 포함한다. 워크피스(115)와 레이저/와이어 결합 간의 상대적 이동은 워크피스(115)를 이동시킴으로써 또는 레이저 디바이스(120) 및 핫 와이어 공급기 서브시스템을 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 이동 제어 서브시스템은 로봇(190)에 동작 가능하게 연결된 이동 제어기(180)를 포함한다. 이동 제어기(180)는 로봇(190)의 이동을 제어한다. 로봇(190)은, 방향(125)으로 워크피스(115)를 이동시키도록 워크피스(115)에 동작 가능하게 연결(예를 들어, 기계적으로 고정)되어서, 레이저 빔(110) 및 와이어(140)가 워크피스(115)를 따라 효과적으로 이동하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 이동 제어기(180)는 추가로 레이저 전원(130) 및/또는 감지 및 전류 제어기(195)에 동작 가능하게 연결될 수 있다. 이 방식으로, 이동 제어기(180) 및 레이저 전원(130)은 시스템(100)의 다양한 서브시스템들 간의 활동들을 조정하기 위해 서로 통신할 수 있다.

도 1(및 아래에서 논의되는 도 1a)이 핫 와이어의 열 소스(레이저) 업스트림 - 이동 방향 - 을 도시하지만, 본 발명의 실시예들은 이러한 것으로 제한되지 않는다는 것이 주의된다. 특히, 핫 와이어는 프로세스 동안 열 소스의 퍼들 업스트림에 진입할 수 있다.

또한, 이전에 설명된 바와 같이, 레이저 시스템은 도 1 및 도 1a에서 도시되었지만, 본 발명의 실시예들은 레이저 시스템의 이용으로 제한되진 않는다. 특히, 앞서 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 또한 비-소모성 텅스텐 전극 또는 다른 고 에너지 아크 중 임의의 하나를 이용할 수 있거나, 또는 플라즈마 프로세스가 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 예시적인 실시예들에서, 전원(130) 및 레이저(120)는 GMAW 전원 및 토치(torch)로 대체될 수 있어서, MIG 또는 GMAW 프로세스가 용융된 퍼들을 생성하는데 이용되게 된다. 이러한 실시예들에서, MIG/GMAW 프로세스는 용융된 퍼들을 생성할 것이고, 핫 와이어 프로세스는 본 명세서에서 개시되고 논의된 바와 같이 구현될 것이다. 효율의 목적을 위해, 아래에서 논의되는 예시적인 실시예들은 레이저 서브시스템을 참조할 수 있지만, 이는 본 명세서에서 설명된 시스템(100)의 제어, 통합 및 동작이 용융된 퍼들을 생성하는 고전력 에너지 소스와 무관하게 유사하기 때문에 예시적인 것으로 의도된다.

도 1a에서는 워크피스(115) 상의 용융된 퍼들(116)의 사이트(site)에서 핫 와이어 프로세스의 상세도가 도시된다. 보다 구체적으로, 가열된 필러 와이어(140)가 위치되어 용융된 퍼들(116) 내로 전진하며, 용융된 퍼들(116)을 유지하는 레이저 빔(110)이 도시된다. 일반적으로, 핫 와이어 프로세스를 시작하는 방법의 일 실시예는, 워크피스(115) 부근내로 필러 와이어(140)를 가져오고, 워크피스를 용융시키며 용융된 퍼들(116)을 형성하기에 충분한 아크를 그들 사이에 형성하는 것을 제공한다. 안정된 형성의 용융된 퍼들(116)에 있어서, 와이어로의 전류는 와이어를 용융시키거나 거의 용융시키기에 충분하지만, 와이어와 워크피스 간에 아크를 제공하기에 아직 충분하지 않은 레벨로 감소된다. 대신, 레이저가 용융된 퍼들 형성을 유지하고, 와이어는 핫 와이어 프로세스를 완료하도록 용융된 퍼들 내로 전진된다. 이에 따라, 본 프로세스의 하나의 특정한 양상에서, 퍼들(116)로 와이어 물질의 안정된 전달은, 프로세스 안으로 직접 와이어(140)의 용융에 의해 발생하는데, 보다 구체적으로 와이어로부터 퍼들로 물질의 액적(droplet)들에 의한 전달에 의해서 발생하는 것은 아니다.

용융된 퍼들(116)의 안정성은 예를 들어, 와이어 속도, 전압 또는 전류 피드백을 포함할 수 있는 간접적 방법들에 의해 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 핫 와이어 프로세스의 시작 시에, 공급기(150)는 원하는 그리고 알려진 와이어 공급 속도까지 증강되며, 이로부터 용융된 퍼들(116)의 크기 및 퍼들로 공급되는 와이어의 양이 결정될 수 있다. 용융된 퍼들(116) 내로 공급되는 와이어의 양 및 퍼들 크기로부터, 핫 와이어 프로세스를 개시할 원하는 시작 지점을 결정할 수 있다. 즉, 원하는 양의 와이어가 용융된 퍼들(116)에 부가되고, 퍼들 크기는 퍼들 내로 용융되는 모든 와이어에 기초하여 계산될 수 있다. 주어진 퍼들 크기에 대해, 퍼들은 안정된 핫 와이어 프로세스를 준비한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 전원으로부터의 출력된 실제 전압 및/또는 전류의 피드백은 안정된 퍼들 형성을 나타낼 수 있다. 또한, 대안적으로, 퍼들 형성까지 경과되는 시간에 대한 이력 데이터 또는 경험이 이용될 수 있다.

아래에서 훨씬 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 핫 와이어 프로세스는 용융된 퍼들(116)을 형성하기 위해 와이어(140)와 워크피스(115) 간의 아크와 함께 시작된다. 이에 따라, 일 양상에서, 핫 와이어 프로세스는 퍼들 형성을 위해 와이어와 워크피스 간의 쇼트 아크 전달 모드(short arc transfer mode) 또는 기법을 이용함으로써 개시된다. 특정한 쇼트 이벤트의 안정성 또는 쇼트 이벤트들 중간의 시간은 안정된 퍼들 형성의 표시를 제공할 수 있다. 안정된 용융된 퍼들(116)은 와이어(140)와 워크피스(115) 간의 아크가 퍼들(116)의 퍼들 프로파일(즉, 폭, 두께, 부피 등)의 영구적 변화를 야기하기에 충분히 큰 경우 실현될 수 있다.

열 입력 피크 및 마이크로 아크가 시작되면, 마이크로 아크의 "플래시(flash)"는, 퍼들 내의 리플(ripple)을 초래할 수 있고, 충분히 큰 경우, 리플이 퍼들 내로 동결(freeze)된다. 일 양상에서, 아크 강도 및/또는 열 입력은, 퍼들로부터 나온 "얼려진" 물질을 날릴수 있을 만큼(blow) 매우 크고, 퍼들은 얇아진다. 이 특화된 접근법은 속도 또는 다른 조건들에 독립적인 핫 와이어 시작 프로세스를 형성한다.

다른 실시예에서, 핫 와이어 프로세스 및 퍼들 형성은, 예를 들어, "Process: Pulsed Spray Metal Transfer"(2004년 8월)란 명칭의 Lincoln Electric Waveform Control Technology 공보, NX-2.70에서 도시되고 설명되는 Lincoln Electric Company의 펄스식 가스 금속 아크 용접(GMAW-P)에서 이용되는 것과 같은 적응형 제어를 이용하는 펄스식 기법으로 개시될 수 있다. 와이어와 워크피스 간에 이용되는 적응형 제어의 파형은, 증강 및 피크 값 전압, 또는 전압이 안정화되거나 원하는 값에 도달한 시간을 나타낸다. 또한, 대안적으로, 와이어 공급 속도 및 퍼들이 핫 와이어 프로세스를 개시하기 위해 안정되는 지점을 간접적으로 나타내는 펄스들의 수의 카운트 또는 원하는 전류 값이 결정될 수 있다.

도 2는 도 1의 시스템(100)에 의해 이용되는 시동 방법(200)의 일 실시예를 보다 구체적으로 예시한다. 단계(210)에서, 감지 전압이 전력 소스(170)에 의해 설정되고; 단계(220)에서, 적어도 하나의 필러 와이어(140)의 원위 단부가 와이어 공급기(150)에 의해 워크피스(115) 쪽으로 전진된다. 하나의 특정한 실시예에서, 감지 전압은, 제어 서브시스템(195)의 명령 하에서 와이어 전원(170)에 의해 와이어(140)에 인가되는 감지 신호로 인한 개방 회로 전압(open circuit voltage; OCV)이다. 예를 들어, 감지 및 전류 제어기(195)는 예를 들어, 24 내지 70볼트 범위의 개방 회로 감지 전압과 같은 감지 전압을 설정하도록 핫 와이어 전원(170)에 명령할 수 있다. 그러나 다른 예시적인 실시예들에서, 더 작은 감지 전압이 이용될 수 있다. 예를 들어, 감지 전압은 3 내지 15 볼트의 범위에 있을 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 감지 전압은 5 내지 15볼트의 범위, 또 다른 실시예에서, 5 내지 8 볼트이다.

일 특정한 양상 또는 실시예의 감지 전압은 와이어(140)의 타입의 함수일 수 있다. 예를 들어, 스테인리스 와이어들에 대한 감지 전압은 6 내지 9 볼트의 범위에서 세팅될 수 있다. 보다 상위의 니켈 와이어(더 높은 저항을 가짐)에서, 감지 전압은 약간 더 높은 전압에서 동작하거나 약간 더 높은 전압으로 세팅될 수 있고; 스틸은 약간 더 적다. 대안적으로, 5 내지 15 볼트 범위 밖의 적합한 감지 전압은, 예를 들어, 와이어(140)가 와이어 코어만큼 전도성이 아닌 외부 코팅을 갖는 더 큰 압출 와이어인 경우 이용될 수 있다. 이러한 예에서, 감지 전압은 20볼트 만큼 높게 될 수 있다. 이에 따라, 적절한 감지 전압은 문턱 전압을 정의하며, 이 문턱 전압 위에서, 와이어(140)와 워크피스(115) 간의 아크가 있고, 이 문턱 전압 아래에서, 전류는 "핫 와이어" 조건 또는 레벨로 되돌리기 위해 감소되거나 단절될 수 있다.

또한, 본 발명의 예시적인 실시예들에서, 인가된 감지 신호는 와이어(140)를 인지 가능하게 가열하기에 충분한 에너지를 제공하지 않는다. 감지 신호를 필러 와이어에 인가하는 전력 소스의 예시적인 실시예는, 그 전체가 인용에 의해 포함되는 미국 특허 공개 번호 제2010/0176109호에서 도시되고 설명된다. 물론, 다른 실시예들에서, 감지 신호/전압이 인가되는 동안 적어도 일부의 가열이 발생할 수 있다.

도 2를 재차 참조하면, 와이어가 워크피스(115)쪽으로 전진될 때, 감지 또는 전압 신호는, 와이어(140)와 워크피스(115) 간의 접촉이 이루어질 때의 전압 변화가 검출될 수 있도록 모니터링된다. 위에서 설명된 바와 같이, 워크피스(115)로부터 이격된 와이어(140)의 원위 단부를 갖는 몇몇 실시예들에서, 측정된 OCV는 3 볼트 초과일 것이다. 시동 방법의 제 1 결정 단계(230)에서, 와이어의 원위 단부가 워크피스(115)와 접촉하게 되었는지에 관한 결정이 내려진다. 이러한 감지는 필러 와이어(140)와 워크피스(115) 간의 전위 차이로서 OCV의 변화를 측정 또는 모니터링하는 감지 및 전류 제어기(195)에 의해 달성될 수 있다. 필러 와이어(140)의 원위 단부가 워크피스(115)와 쇼트될 때(즉, 워크피스와 접촉하게 됨), 전압은 0 전압 또는 그 근처로 강하할 것이다. 즉, 예를 들어, 감지된 전압은 와이어가 워크피스와 접촉하게 될 때 0 볼트 또는 그 근처로 강하할 수 있다. 몇몇 예시적인 실시예들에서, 와이어와 워크피스 간의 접촉이 설정될 때까지, 시동 방법은 와이어가 작업물(work)에 닿을 때까지 어떠한 전류도 흐르지 않도록 와이어에 감지 전압을 반복적으로 인가하는 것을 제공한다. 보다 구체적으로, 전원(170)은 감지 레벨에서 턴 온되고, 와이어(140)가 워크피스(115)쪽으로 전진될 때 와이어(140)와 워크피스(115) 간의 실제 전압이 모니터링된다. 감지 전압 또는 신호는, 전류가 흐르는 정도로 와이어가 접촉하게 될 때, 그것이 단지 감지 전류가 되도록 하는 레벨이다. 와이어(140)가 워크피스(115)에 닿으면, 어떠한 "개방" 회로 전압도 없으며, 이에 따라 모니터링되는 전압은 0이 된다. 추가의 예시적인 실시예들에서, 전압은 그것이 접촉 문턱 레벨 아래로 강하하는지를 결정하기 위해 모니터링된다. 예를 들어, 제어기(195)는 1 볼트의 접촉 검출 레벨을 가질 수 있어서, 전압이 이 문턱 레벨 아래로 강하할 때, 접촉이 이루어졌거나 임박했다고 결정되고, 이에 따라 아래에서 설명되는 추가의 이벤트들을 트리거링한다.

다른 간접 방법들이 와이어(140)와 워크피스(115) 간의 접촉을 결정하기 위해 단계(230)에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 다른 접촉 표시자들이 와이어에 대한 푸쉬 저항(pushing resistance)을 감지하는 것을 포함할 수 있다.

와이어(140)가 워크피스(115)와 접촉하게 되면, 제어기(195)는 이어서 감지 신호를 턴 오프하고 와이어가 철회 단계(240)에서 워크피스로부터 철회되게 한다. 따라서, 워크피스와의 접촉의 검출 시에, 와이어(140)는 철회되고 감지 신호는 턴 오프된다. 몇몇 실시예들에서, 와이어(140)의 철회는 미리 결정된 거리로 또는 미리 결정된 양의 시간 동안, 세팅된 속도로 이루어질 수 있다. 와이어 철회 동작이 시작할 때, 전류가 와이어에 제공된다. 이 전류는 아크 생성 전류 또는 아크 생성 전류 미만의 레벨의 전류일 수 있다. 아크 형성 단계(250)의 부분으로서, 와이어(140)는 철회를 시작하고, 와이어(140)와 워크피스(115) 간에 갭(gap)이 형성된다. 철회가 시작되면, 아크 생성 전류가 전원(170)에 의해 와이어(140)에 제공된다. (아크 생성 전류는 와이어의 철회가 개시되기 바로 전에, 그와 동시에, 또는 바로 후에 제공될 수 있다는 것에 주의함) 와이어(140)가 표면 반대쪽으로 철회될 때, 아크 생성 전류는 와이어(140)와 워크피스/퍼들 간에 아크를 생성한다.

본 발명의 일 양상에서, 아크 생성 전류는 와이어(140)와 워크피스(115) 간의 아크-형성 전압을 제공하도록 약 5 암페어 내지 약 30 암페어 범위에 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 전류는 10 내지 25 암페어 범위에 있다. 다른 양상에서, 아크 생성 전류는 제어기(195)와 전원(170) 간에 일정한 전류 제어 방법 하에서 제공된다. 이러한 실시예들에서, 아크 생성 전류 레벨은 미리 결정되고, 전원(170)은 아크가 와이어(140)와 워크피스(115) 간에 설정된 이러한 시간까지 그 전류 레벨을 유지한다. 제공된 아크 전류는 GMAW 쇼트 아크 또는 펄스식 타입 용접 프로세스들을 이용하여 제공될 수 있다.

아크 생성 전류는 감지 신호가 아크 생성 신호로 즉시 변환되도록 감지 신호가 정지된 이후 바로 인가될 수 있다는 것이 주의되어야 한다. 다른 예시적인 실시예들에서, 아크 생성 신호와 감지 신호의 정지 간의 시간 갭이 존재할 수 있다. 아크 생성 전류가 인가되는 동안, 와이어(140)는 여전히, 아크가 생성되고 검출된 그러한 시간까지 철회된다. 본 발명의 예시적인 실시예들에서, 와이어(140)와 워크피스(115) 간의 전압이 모니터링되어서, 전압이 아크 생성 레벨에 도달할 때, 아크가 생성되었다고 제어기(195)가 결정하게 된다. 따라서, 이러한 아크 검출 전압 문턱값이 도달될 때, 아크가 생성되었다고 결정된다.

아크 검출 전압 문턱값이 도달되고 - 아크의 생성을 나타냄 - 와이어(140)의 철회가 정지되면, 용융된 퍼들이 형성하기 시작하고 와이어는 워크피스(115) 쪽으로 재-전진된다. 이어서, 와이어(140)는, 퍼들이 형성되고 안정화되기 시작할 때, 전진될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 아크의 검출과 재전진 간의 시간의 지속기간은 50 내지 500 밀리초의 범위에 있다. 이러한 전진 및 아크 제어는 GMAW 쇼트 아크 또는 펄스식 타입 용접 프로세스들에 대해 이용되는 전진 및 제어와 유사할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 그 후 아크가 유지되면서, 와이어(140)는, 충분한 크기 및 안전성의 용융된 퍼들을 설정하기에 충분한 양의 시간 동안 전진한다. 예를 들어, 몇몇 예시적인 실시예들에서, 아크 생성 전류는 아크가 설정된 이후 미리 결정된 시구간 동안 유지된다. 시간의 만료 이후에, 용융된 퍼들이 생성되었다고 여겨진다. 예시적인 실시예에서, 미리 결정된 시간은 300 밀리초(ms) 이하이며, 다른 예시적인 실시예들에서, 미리 결정된 시간은 100 ms 이하이다.

시동 방법의 다른 예시적인 실시예들에서, 용융된 퍼들(116)의 형성을 위해 워크피스(115)를 모니터링하는 제 2 결정 단계(260)가 활용될 수 있다. 이러한 단계에서, 워크피스(115)의 표면은, 용융된 퍼들이 생성되었는지 그리고 퍼들이 충분한 크기 또는 안정성 레벨에 도달하였는지를 결정하기 위해 모니터링된다. 예를 들어, 전자 셔터링(electronic shuttering)을 갖는 고속 카메라가 퍼들의 폭을 평가하기 위해 이용될 수 있다. 보다 구체적으로, 고속 비디오는 퍼들 안정성을 결정하기 위해 퍼들/증착 프로파일의 변화를 관찰하는데 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 용융된 퍼들 안정성은 간접 방법들에 의해 결정된다. 예를 들어, 전력 소스(130)는 아크 생성 시에 워크피스(115)와 와이어(140) 간의 전류 및/또는 전압을 모니터링한다. 전압 및 전류는 퍼들이 안정화될 때까지 등락하거나 발진한다. 이에 따라, 퍼들 안정성은 이러한 발진들의 실질적인 부재 또는 전류 및 전압의 안정화에 의해 나타날 수 있다. 이러한 실시예들에서, 퍼들은, 안정된 용융된 퍼들이 형성되었다고 만족스럽게 결정될 때까지 모니터링되며, 시동 방법(200)의 이 실시예는 와이어(140)와 워크피스(115) 간에 아크를 유지하는 것을 제공한다. 몇몇 예시적인 실시예들에서, 퍼들 모니터링 방법은 아크 생성 전압 레벨을 모니터링 대신 활용될 수 있어서, 방법은 용융된 퍼들이 충분히 생성되었을 때를 결정하기 위해 자체적으로 또는 함께 이용될 수 있게 된다.

안정된 용융된 퍼들이 워크피스(115) 상에 형성되었고 및/또는 아크가 생성된 이후 시구간이 만료되었다고 결정되면, 아크 생성 전류는 정지되고, 가열 전류 전력이, 와이어(140)가 용융된 퍼들(116) 내로 전진되는 동안 와이어(140)에 제공된다. 와이어가 원하는 와이어 공급 속도로 퍼들 내로 전진된다. 이는 단계(270)에서 발생한다. 보다 구체적으로, 와이어(140)와 워크피스(115) 간의 아크가 워크피스(115)에서 안정된 용융된 퍼들(116)을 형성하였다고 결정되면, 와이어(140)의 철회가 정지되고, 와이어는 재차 전진 단계(270a)에서 워크피스(115)쪽으로 그리고 용융된 퍼들(116)내로 전진된다. 동시에, 와이어 가열 단계(270b)에서, 가열 전류가 전력 소스(170)로부터 또는 별개의 핫 와이어 전력 소스로부터 와이어(140)에 연속적으로 인가된다. 가열 전류는, 일 실시예에서 아크 형성 문턱 레벨 미만이다. 특정한 실시예에서, 와이어 가열 전류는 예를 들어, 10-20볼트와 같은 아크 형성 문턱값 미만이다. 핫 와이어 프로세스 동안, 아크들이 생성될 수 있지만, 핫 와이어 전력 소스는, 이들이 핫 와이어 프로세스에서 탈안정화될 수 있기 이전에 아크들을 소멸시킨다. 그러나 아크 가열 전류는 그의 용융 온도로 또는 그 근처로 와이어(140)를 가열하기에 충분하다.

핫 와이어 프로세스 동안 용융된 퍼들의 안정성을 유지하기 위해, 고강도 열 소스(예를 들어, 레이저 빔(110) 또는 GMAW 아크)가 퍼들 유지 단계(270c)에서 용융된 퍼들에 인가된다. 다양한 예시적인 실시예들에서, 빔(110)(또는 다른 열 소스)은 시작 프로세스 동안 다양한 시간들에 퍼들로 제공될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 빔(110)은 시작 프로세스의 시작 시에 턴 온될 수 있거나, 또는 빔(110)은 접촉이 검출된 이후 턴 온될 수 있거나, 또는 빔(110)은 아크가 생성된 이후 턴 온될 수 있거나, 또는 빔(110)은 아크 생성 전류가 차단된 이후 턴 온될 수 있다. 용융된 퍼들(116)이 안정되고 와이어(140)가 와이어의 용융 온도 또는 그 근처에서 퍼들 내로 주기적으로 또는 연속적으로 공급되면, 시동 방법은 완료되고, 핫 와이어 프로세스(280)는, 예를 들어, 미국 특허 공개 번호 제2011/0297658호 또는 미국 특허 공개 번호 제2010/0176109호에서 설명되고 도시된 핫 와이어 프로세스와 같은 핫 와이어 프로세스(280)가 수행되며, 상기 미국 특허 각각은 그 전체가 인용에 의해 포함된다.

시동 방법(300)의 대안적인 실시예에서, 도 3에서 그려진 바와 같이, 제 2 결정 단계에서 용융된 퍼들의 형성을 결정하는 대신, 대안적인 방법은 필러 와이어(140)와 워크피스(115) 간의 설정된 아크가 문턱값을 초과하는지를 결정하는 것을 제공한다. 보다 구체적으로, 대안적인 시동 방법은 이전에 설명된 방식으로 감지 전압을 설정하는 초기 단계(310)를 제공한다. 전진 단계(320)에서, 저항성 필러 와이어(140)의 원위 단부가 워크피스(115) 쪽으로 전진되고, 제 1 결정 단계(330)에서, 와이어의 원위 단부가 워크피스(115)와 접촉하게 되는지에 관한 결정이 내려진다. 재차 와이어(140)의 원위 단부가 워크피스(115)와 쇼트(즉, 워크피스와 접촉을 형성함)될 때, 전압은 접촉 문턱 전압 레벨 아래로 강하할 것이다. 이에 따라, 측정된 전압 신호는 와이어가 워크피스와 접촉을 형성할 때 0 또는 약 0일 것이다. 와이어와 워크피스 간의 접촉이 결정될 때까지, 시동 방법(300)은, 와이어(140)가 워크피스(115) 쪽으로 전진되는 동안 전압(예를 들어, OCV)을 반복적으로 설정 또는 유지 및 모니터링하는 것을 제공한다.

이전에 설명된 시동 방법(200)과 마찬가지로, 와이어(140)가 워크피스(115)와 접촉하게 되면, 와이어는 철회 단계(340)에서 워크피스로부터 철회되고, 감지 전압 신호는 정지되고, 아크 생성 전류가 와이어(140)에 인가된다. 본 방법 하에서, 아크 형성 단계(350)에서, 와이어(140)가 워크피스(115)로부터 연속적으로 철회되고, 전류는, 용융된 퍼들의 형성을 위해 아크가 와이어(140)와 워크피스(115) 간에 설정될 때까지, 증가되고 및/또는 인가된다.

다른 예시적인 실시예에서, 제 2 결정 단계(360)에서, 필러 와이어(140)와 워크피스(115) 간의 아크 전압이 모니터링되고, 전압이, 예를 들어, 10 내지 20볼트와 같은 문턱값을 초과하는지, 또는 보다 구체적으로 15 볼트를 초과하는지에 관한 결정이 내려진다. 부가적으로 또는 대안적으로, 문턱 전압은 와이어 타입, 물질 전달 매커니즘, 예를 들어, 쇼트 아크 또는 펄스식 및/또는 이용되는 실드 가스(shielding gas)의 함수일 수 있다. 예를 들어, 쇼트 아크 GMAW 기법이 아크 전압을 설정하기 위해 이용되는 스틸 필러 와이어에 대해, 15 볼트가 문턱 전압을 정의할 수 있다. 아크를 설정하기 위해 GMAW-P를 이용하는 스틸 핫 와이어 프로세스에서, 18 내지 25볼트가 적절할 수 있다. 문턱 전압은 워크피스(115) 상의 안정된 용융된 퍼들(116)의 형성을 나타낸다. 예를 들어, 문턱 전압은 아크가 형성될 것으로 알려진 크기로 이루어질 수 있다. 문턱값 전압이 초과된다고 결정되면, 와이어의 철회가 정지되고, 와이어는 전진 단계(370a)에서 재차 워크피스(115) 쪽으로 전진된다. 와이어가 부가되면, 안정된 퍼들이 형성하기 시작하고, 전력 소스(170)는 아크를 차단하고 와이어가 용융된 퍼들(116)에 넣어지도록 허용한다. 동시에, 와이어 가열 단계(370b)에서, 가열 전류가 와이어(140)에 인가되어 와이어(140)를 그의 용융 온도 또는 그 근처로 가열한다. 퍼들 유지 단계(370c) 하에서, 용융된 퍼들(116)의 안정성은 용융된 퍼들(116)로의 레이저 빔(110)의 인가에 의해 유지된다. 재차, 다른 실시예들에서, 레이저 빔(110)은 상이한 시간들에 턴 온될 수 있다. 용융된 퍼들(116)이 안정되고 필러 와이어(140)가 와이어의 용융 온도에서 또는 그 근처에서 퍼들 내로 공급되면, 시동 방법은 완료되고, 핫 와이어 프로세스(280/380)는, 예를 들어, 예컨데, 미국 특허 공개 번호 제2011/0297658호 또는 미국 특허 공개 번호 제2010/0176109호에서 설명되고 도시된 핫 와이어 프로세스들 중 임의의 하나를 이용하여 수행된다.

따라서, 위에서 설명된 실시예들에서, 초기 아크의 열은 초기 용융된 퍼들을 생성하고 레이저(또는 아크) 핫-와이어 프로세스를 시작하는데 이용된다. 또한 핫 와이어 프로세스에 걸쳐서, 용융된 퍼들에서 필러 와이어의 융합(fusing)을 방지하고 및/또는 스패터(spatter)를 최소화하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 프로세스의 실시예들은, 예를 들어, 와이어와 워크피스 간의 아크의 형성 없이, 안정된 방식으로 와이어가 용융된 퍼들로부터 제거될 수 있도록 핫 와이어 프로세스를 정지하는 방법을 포함한다. 일반적으로, 핫 와이어 프로세스를 정지하는 실시예들 각각은, 와이어의 원위 단부가 용융된 퍼들과의 접촉으로부터 용융하거나 "버닝(burn)"하도록 용융된 퍼들을 유지하고 와이어를 가열하는 것을 제공한다.

도 4에서는 정지 방법(400)의 일 실시예가 도시된다. 진행중인 핫 와이어 프로세스를 시작하면, 전류 종결 단계(410)는 전원으로부터 와이어(170)로의 가열 전류를 종결하거나 턴 오프하는 것을 제공한다. 가열 전류는 수동으로 또는 대안적으로 감지 및 전류 제어 서브시스템(195)에 의해 자동으로 턴 오프될 수 있다. 도 4의 특정한 실시예에서, 가열 전류가 종결되면, 용융된 퍼들(116)로의 와이어 공급 레이트가 공급 레이트 감소 단계(420)에서 감소된다. 일 특정한 실시예에서, 와이어 공급 레이트가 정지될 수 있다. 가열 전류 및 공급 레이트(410, 420) 둘 다를 감소시키는 동안, 용융된 퍼들은 본 정지 프로세스의 적어도 하나의 실시예의 유지 단계(430)에서 유지되며, 여기서 그의 안정성을 유지하도록 용융된 퍼들에 레이저 빔(110)이 인가된다.

사이클의 종료시에, 빔(110)이 여전히 인가되는 동안, 본 방법의 펄싱 단계(440)는 퍼들로부터 나온 와이어(140)를 클리어(clear)하거나 번 백(burn back)하도록 와이어(140)에 복수의 전류 펄스들을 인가하는 것을 제공한다. 방법(400)의 예시적인 실시예에서, 감지 및 전류 제어 서브시스템은 필러 와이어에 전류 펄스를 인가하도록 전원(170)을 제어한다. 전류 펄스들은, 용융된 퍼들 내로 와이어 물질을 전달하고, 보다 구체적으로 용융된 퍼들로부터 나온 와이어의 길이를 클리어하기에 충분한 크기로 이루어진다. 이에 따라, 반복적 전류 펄스들은 용융된 퍼들로부터 나온 와이어의 원위 단부를 "번 백" 하기에 충분하다. 예시적인 실시예는, 전류 펄스가 와이어와 워크피스(115) 간에 아크를 개시하지 않는 전류 레벨로 이루어진다는 것을 제공한다. 예를 들어, 전압 및/또는 전류는, 전류가 아크 생성 레벨 미만으로 유지된다는 것을 보장하기 위해 펄스 동안 모니터링될 수 있다. 다수의 전류 펄스들에 대해 대안적으로, 단일 전류 펄스가 용융된 퍼들로부터 나온 와이어를 버닝(burn)하기에 적절한 상승 시간, 지속기간 및 전류를 갖는다면 단일 전류 소스가 이용될 수 있다.

예시적인 실시예들에서, 전류 펄스들은, 와이어(140)의 원위 단부가 용융된 퍼들로부터 나오고 퍼들(116)로부터 충분히 클리어될 때까지 인가된다. 이에 따라, 본 정지 방법(400)은 일 실시예에서, 와이어(140)의 원위 단부가 용융된 퍼들(116)로부터 나왔는지를 결정하기 위한 결정 단계(450)를 포함한다. 예를 들어, 와이어(140)의 원위 단부와 워크피스(115) 간의 전압은 펄싱 단계(440) 동안 연속적으로 모니터링될 수 있다. 모니터링된 전압이 용융된 퍼들로부터 와이어의 분리를 나타내는 값을 초과하면, 핫 와이어 전류는 종료 단계(460)에서 종결될 수 있다. 핫 와이어 프로세스의 종결은 전류 펄스를 와이어(140)에 제공하는 전원(170) 및/또는 레이저를 턴 오프하는 하는 것 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 프로세스는 미리 결정된 수의 전류 펄스들 이후, 또는 미리 결정된 양의 시간 동안 펄스들의 개시 이후에 종결될 수 있다. 와이어가 종결 펄스들(termination pulses)에 의해 퍼들로부터 클리어되고, 퍼들이 와이어의 마지막 액적으로부터 안정화될 수 있을 때까지 레이저는 온(on) 상태로 유지된다. 다른 양상에서, 레이저는 회수된 와이어에 의해 남겨진 "구멍(crater)" 또는 공극을 천천히 냉각하고 퍼들을 고형화하도록 감소(ramped down)된다.

핫 와이어 프로세스(500)를 정지하는 방법의 다른 실시예가 도 5에서 도시된다. 이 정지 방법에서, 필러 와이어 공급은 정지되거나, 대안적으로 용융된 퍼들로부터 대안적으로 철회되며, 철회 동안 가열 전류가 와이어(140)에 여전히 인가된다. 와이어에 대한 전류 및/또는 와이어와 워크피스 간의 전압은 와이어의 원위 단부와 워크피스 간의 아크 형성의 발생 동안 모니터링된다. 와이어에 대한 가열 전류는, 아크의 형성 및 핫 와이어 프로세스가 결론이 나기 바로 전에 종결된다.

보다 구체적으로, 도 5는 진행중인 핫 와이어 프로세스를 도시한다. 단계(510a)에서, 용융된 퍼들로의 와이어 공급이 수동으로 또는 와이어 공급기(150)의 자동 제어에 의해 정지된다. 대안적으로, 프로세스는, 와이어 공급기(150)가 용융된 퍼들(116)로부터 필러 와이어(140)를 철회하도록 동작되는 철회 단계(510b)를 포함할 수 있다. 어느 단계에서든, 가열 전류가 유지된다. 몇몇 예시적인 실시예들에서, 가열 전류는 유지되지만, 핫 와이어 프로세스 동안 가열 전류 미만의 레벨로 유지된다. 예를 들어, 회수(withdrawal) 가열 전류는 회수에 앞서 핫 와이어 프로세스의 90% 또는 그 미만이다. 유지 단계(520)에서, 용융된 퍼들은 예를 들어, 레이저 빔(110)과 같은 별개의 고강도 에너지 소스에 의해 안정된 상태로 유지된다.

와이어 공급이 정지되고 및/또는 와이어(140)가 용융된 퍼들(116)로부터 철회되면, 와이어로의 가열 전류가 모니터링 단계(530)에서 모니터링되고, 아크가 워크피스(115)와 와이어(140)의 원위 단부 간에 형성하려고 하는지를 결정하기 위한 결정 단계(540)가 수행된다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 모니터링 단계는 와이어(140)와 워크피스(115) 간의 전압의 모니터링을 포함할 수 있다. 하나의 특정한 실시예에서, 결정 단계는 시스템(100)의 예감 회로(premonition circuit)에 의해 수행될 수 있다. 이러한 예감 회로는, 모니터링된 전류들 및/또는 전압들의 평가에 의해 아크가 와이어(140)의 원위 단부와 워크피스/용융된 퍼들 간에 형성될지를 결정할 수 있다. 통상적으로 레이저의 열로부터 퍼들 내의 함몰부(depression)가 있다. 와이어가 아킹하면, 약간의 분리가 있다.

예감 회로들은 아크 용접에 대한 분야에 잘 알려져 있고, 시스템(100) 및/또는 제어기(195) 및/또는 전원(170)에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)의 예감 회로의 예시적인 실시예는, 필러 와이어(140)와 워크피스(115) 간의 전위 차이(dv/dt), 이들을 통한 전류(di/dt), 이들 간의 저항(dr/dt), 또는 이들을 통한 전력(dp/dt) 중 하나의 변화 레이트의 하나 이상을 측정하기 위해 감지 및 전류 제어기(195) 내에서 구성될 수 있다. 변화 레이트가 미리 정의된 또는 문턱 값을 초과할 때, 감지 및 전류 제어기(195)는 측정으로부터, 접촉의 손실이 발생하려고 한다고 예측하거나 해석한다. 보다 구체적으로, 와이어(140)의 원위 단부가 가열로 인해 고도로 용융될 때, 원위 단부는 와이어(140)로부터 워크피스(115)로 핀치 오프(pinch off)하기 시작할 수 있다. 와이어와 워크피스 간의 접촉이 완전히 손실되는 경우, 0 볼트보다 인지 가능하게 더 큰 전위 차이(즉, 전압 레벨)가 감지 및 전류 제어기(195)에 의해 측정될 수 있다. 이 전위 차이는 와이어(140)의 새로운 원위 단부와 워크피스(115) 간에 아크가 형성되게 한다. 이에 따라, 와이어와 워크피스 간의 전압의 변화 레이트는, 알려진 문턱값(이 문턱값에서 아크가 형성하는 것으로 알려짐)으로의 이 변화 레이트의 접근에 대해 모니터링될 수 있다. 대안적으로, 전류 레벨들, 와이어의 저항 레벨 및/또는 와이어에 대한 전력 레벨이 아크 형성 이전의 순간을 결정하기 위해 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 분리가 발생했거나 발생할 것인지를 결정하기 위해 분리 전압 및/또는 전류 레벨이 활용될 수 있고, 이 레벨이 도달되었거나 초과되면 와이어(140)가 퍼들(116)로부터 분리되었다고 결정된다. 대안적으로, 이 레벨은 분리의 검출로서 아크의 임박한 생성을 검출하는 아크 생성 레벨(전압, 전류, 전력 등)일 수 있다.

와이어(140)와 워크피스(115) 간에 아크가 형성되려고 한다고 및/또는 와이어(140)가 퍼들(116)로부터 분리되었다는 결정이 내려지면, 와이어로의 가열 전류는 전류 종결 단계(550)에서 종결된다. 모니터링된 전압이 용융된 퍼들로부터 와이어의 분리를 나타내는 값을 초과하면, 핫 와이어 프로세스는 종료 단계(560)에서 종결될 수 있다. 정지 프로세스(500)가 와이어(140)와 워크피스(115) 간의 아크의 형성 바로 이전의 지점으로 진행하기 때문에, 와이어의 원위 단부는 가열 전류가 종결될 때 용융된 퍼들(116) 외부에 위치된다. 핫 와이어 프로세스는 레이저 전원(130)이 턴 오프되는 단계(560)에서 완전히 종결된다.

도 6은 정지 방법(600)의 다른 실시예이다. 진행중인 핫 와이어 프로세스에서 시작하여, 움직임 정지 단계(610)는 워크피스(115), 레이저(120) 및/또는 와이어(140) 간의 상대적 이동을 정지시키는 것을 제공한다. 도 6의 특정한 실시예에서, 상대적 움직임이 종결되면, 용융된 퍼들(116)로의 와이어 공급 레이트는 공급 레이트 감소/정지 단계(620)에서 감소되고 및/또는 정지된다. 시스템 컴포넌트들과 공급 레이트 간의 상대적 움직임의 감소/정지(610, 620) 둘 다 동안, 용융된 퍼들(116)은 본 정지 프로세스의 적어도 하나의 실시예의 유지 단계(630)에서 유지되며, 여기서 레이저 빔(110)은 그의 안정성을 유지하도록 용융된 퍼들에 인가된다.

사이클의 종료 시에, 빔(110)이 여전히 인가되는 동안, 본 방법의 펄싱 단계(640)는 와이어(140)에 가열 전류를 인가하는 것을 제공한다. 방법(600)의 예시적인 실시예에서, 제어 서브시스템(195)은 가열 전류를 필러 와이어(140)에 인가하도록 전원(170)을 제어한다. 와이어는 철회 단계(650)에서 와이어가 퍼들로부터 떨어지는(break) 시점과 동시에 또는 나중에 용융된 퍼들(116)로부터 철회된다. 방법(600)의 일 특정한 실시예에서, 와이어가 가열(640)되고 철회(650)되고 알려진 지점에서 떨어질 수 있도록, 예감 회로가 이용된다. 와이어(140)가 떨어지면, 와이어의 연장부가 용융된 퍼들(116)로부터 연장한 채로 남을 수 있다. 레이저(120) 및 빔(110)은 용융된 퍼들(116)로부터 연장부를 버닝한다. 핫 와이어 프로세스의 종결은 종결 단계(670)에서 전원(170) 및/또는 레이저의 하나 이상의 턴오프를 포함할 수 있다.

앞서 언급된 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 레이저 대신 GMAW/MIG 시스템과 함께 활용될 수 있다. 또한 GTAW 타입 시스템은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 고강도 열을 제공하는데 이용될 수 있다. GMAW/MIG 프로세스를 활용할 때, 시작 및 정지 프로세스는 일반적으로 본 명세서에서 설명된 바와 같다. 몇몇 예시적인 실시예들에서, 위에서 설명된 바와 같이 핫 와이어 프로세스에서 시작 아크의 개시 이전에 GMAW/MIG/GTAW가 시작(아크가 개시됨)된다. 이러한 예시적인 실시예에서, GMAW/MIG/GTAW 아크가 개시되고 아크는 용융된 퍼들이 형성되도록 전진된다. 이어서 핫 와이어 시작 프로세스가 개시된다. 다른 실시예들에서, GMAW/MIG/GTAW 아크의 개시 바로 이전에 핫 와이어 프로세스를 시작하는 것이 유리할 수 있다. 그러나 GMAW/MIG/GTAW가 퍼들을 생성하면 핫 와이어 프로세스가 적절한 시간에 시작하게 허용하도록 지연이 너무 오래 되어선 안 된다.

도 1 그리고 시스템(100)의 상기 설명은 핫 와이어 프로세스에 대한 본 시작 및/또는 정지 방법들 중 임의의 하나를 수행하기 위한 시스템의 일반적인 컴포넌트 설명을 제공한다. 미국 특허 출원 공개 번호 제2011/0297658호, 미국 특허 출원 공개 번호 제2010/0176109호(이 특허들 각각은 그 전체가 인용에 의해 포함됨)에서 본 시작 및/또는 정지 방법들 및 연관된 핫 와이어 프로세스를 수행하기 위한 시스템(100)의 대안적인 또는 부가적인 실시예들이 설명된다.

본 발명의 특정한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 다양한 변화들이 이루어지고 등가물들이 대체될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 다수의 변형들은 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 본 발명의 교시내용들로 특정한 상황 또는 물질을 적응시키도록 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 개시된 특정한 실시예들로 제한되는 것이 아니라, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위 내에 있는 모든 실시예들을 포함할 것이라고 의도된다.

100 시스템 330 결정 단계
110 레이저 빔 340 철회 단계
115 워크피스 350 형성 단계
116 퍼들 360 결정 단계
117 퍼들 370a 전진 단계
120 레이저 디바이스 370b 가열 단계
125 방향 370c 유지 단계
130 전원 380 프로세스
140 필러 와이어 400 정지 방법
150 와이어 공급기 410 종결 단계
160 접촉 튜브 420 감소 단계
170 전원 430 유지 단계
180 제어기 440 펄싱 단계
190 로봇 450 결정 단계
195 제어 서브시스템 460 종료 단계
200 시동 방법 500 정지 프로세스
210 단계 510b 철회 단계
220 단계 520 유지 단계
230 결정 단계 530 모니터링 단계
240 철회 단계 540 결정 단계
250 형성 단계 550 종결 단계
260 결정 단계 560 종료 단계
270 단계 600 정지 방법
270a 전진 단계 610 움직임 정지 단계
270b 가열 단계 630 유지 단계
270c 유지 단계 620 감소/정지 단계
280 프로세스 640 (펄싱) 단계
300 시동 방법 650 철회 단계
310 초기 단계 670 종결 단계
320 전진 단계

Claims

핫 와이어 프로세스(hot wire process)를 시작하는 방법에 있어서,
워크피스(workpiece)에 용융된 퍼들(melten puddle)을 형성하도록, 필러 와이어(filler wire)와 상기 워크피스 간에 아크(arc)를 설정(establish)하는 단계;
상기 아크와 상이한 고강도 에너지 소스로 상기 용융된 퍼들에 열을 부가하는 단계;
상기 아크를 설정한 이후에, 상기 용융된 퍼들 내로 상기 와이어를 전진시키는 단계; 및
상기 아크를 종결시키고 상기 와이어를 상기 용융된 퍼들 내로 용융시키도록, 상기 와이어에 가열 전류를 인가하는 단계를 포함하는, 핫 와이어 프로세스를 시작하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 고강도 에너지 소스는 레이저인 것인, 핫 와이어 프로세스를 시작하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 아크를 설정하기 이전에 상기 와이어와 상기 워크피스 간의 접촉(contact)을 감지하는 단계를 더 포함하는, 핫 와이어 프로세스를 시작하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접촉을 감지하는 단계는, 상기 워크피스쪽으로 상기 와이어를 전진시키는 단계, 및 상기 와이어와 상기 워크피스 간의 접촉을 결정하도록 상기 와이어에 감지 신호를 인가하는 단계를 포함하는 것인, 핫 와이어 프로세스를 시작하는 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 아크를 설정하는 단계는, 상기 워크피스로부터 상기 와이어를 철회(retract)하는 단계, 및 상기 아크를 설정하도록 철회 동안 상기 와이어에 아크 생성 전류를 인가하는 단계를 포함하거나, 또는,
상기 아크는, 상기 필러 와이어가 상기 워크피스와 접촉하게 될 때 상기 필러 와이어 내의 상기 감지 신호가 문턱값 아래로 강하한 이후 설정되는 것인, 핫 와이어 프로세스를 시작하는 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 아크를 설정하는 단계는, 아크 생성 전류를 인가하는 단계, 및 상기 워크피스와 상기 와이어 간에 갭을 제공하는 단계를 포함하고,
상기 아크 생성 전류는, 상기 아크가 상기 워크피스에 용융된 퍼들을 생성하기에 충분한 강도를 갖도록 충분한 에너지를 갖는 것인, 핫 와이어 프로세스를 시작하는 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 와이어로의 상기 가열 전류를 정지하는 단계와,
상기 워크피스 내의 상기 용융된 퍼들 내로 상기 전진하는 와이어의 공급 레이트(feed rate)를 감소시키는 단계와,
상기 고강도 에너지 소스로 상기 용융된 퍼들을 유지하는 단계와,
상기 와이어의 상기 원위 단부(distal end)가 상기 용융된 퍼들로부터 제거되도록 복수의 전류 펄스들을 상기 와이어에 인가하는 단계
를 포함하는, 상기 핫 와이어 프로세스를 정지하는 단계를 더 포함하고, 그리고/또는,
상기 워크피스 내의 상기 용융된 퍼들로의 상기 와이어의 전진을 정지하는 단계와,
상기 용융된 퍼들로부터 상기 와이어를 철회하는 단계와,
상기 고강도 에너지 소스로 상기 용융된 퍼들을 유지하는 단계와,
상기 와이어와 상기 워크피스 간의 아크의 형성을 감지하는 단계와,
상기 아크가 형성되기 이전에 상기 와이어로의 가열 전류를 종결하는 단계
를 포함하는, 상기 핫 와이어 프로세스를 정지하는 단계를 더 포함하고, 그리고/또는,
상기 용융된 퍼들로의 상기 와이어의 전진을 정지하는 단계와,
상기 와이어가 상기 용융된 퍼들로부터 떨어져 분리되도록 그리고 상기 용융된 퍼들에 와이어 연장부를 남기도록 상기 와이어에 인가된 상기 가열 전류 중 적어도 일부로 상기 용융된 퍼들로부터 상기 와이어를 철회하는 단계와,
상기 용융된 퍼들로 상기 연장부를 용융시키도록 상기 고강도 에너지 소스로부터 에너지를 인가하는 단계
를 포함하는, 상기 핫 와이어 프로세스를 정지하는 단계를 더 포함하는, 핫 와이어 프로세스를 시작하는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 와이어와 상기 워크피스 간에 상기 아크를 설정하는 단계는, 쇼트 아크 전달 용접(short arc transfer welding) 또는 펄스식 용접 프로세스(pulsed welding process) 중 하나를 이용하여 상기 와이어에 전류를 인가하는 단계를 포함하는 것인, 핫 와이어 프로세스를 시작하는 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 아크로 상기 용융된 퍼들을 안정화시키는 단계를 더 포함하는, 핫 와이어 프로세스를 시작하는 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 퍼들의 안정성을 결정하도록 상기 아크를 모니터링하는 단계를 더 포함하는, 핫 와이어 프로세스를 시작하는 방법.
핫 와이어 시스템에 있어서,
워크피스(115)에 대해 필러 와이어(140)의 원위 단부를 전진 및 철회하기 위한 공급기(150);
감지 신호, 아크 생성 전류, 및 가열 전류를 상기 와이어에 인가하기 위한 전원(170);
핫 와이어 프로세스를 개시하기 위해 상기 공급기(150)와 상기 전원(170)에 커플링되는 제어기(180)로서, 상기 제어기(180)는 상기 워크피스(115)에 대하여 상기 와이어(140)를 위치시키고, 상기 감지 신호, 상기 아크 생성 신호 및 상기 가열 전류 각각을 레귤레이팅(regulating)하며, 이 레귤레이팅은,
상기 와이어(140)의 상기 원위 단부를 상기 워크피스(115) 쪽으로 전진시키고, 상기 원위 단부가 상기 워크피스(115)와 접촉하게 되는 때를 결정하도록 상기 감지 신호를 레귤레이팅하는 것과,
상기 워크피스(115)로부터 상기 와이어(140)의 상기 원위 단부를 철회하고, 용융된 퍼들(116, 117)을 형성하기 위해 상기 원위 단부와 상기 워크피스(115) 간에 아크를 형성하도록 상기 아크 생성 전류를 레귤레이팅하는 것과,
상기 용융된 퍼들(116, 117)로 상기 와이어(140)를 전진시키고, 상기 용융된 퍼들(116, 117) 내로 상기 와이어(140)를 용융시키도록 상기 가열 전류를 레귤레이팅하는 것
을 포함하는 것인, 상기 제어기(180); 및
상기 용융된 퍼들(116, 117)에 열을 제공하기 위한 고강도 에너지 소스를 포함하는 것인, 핫 와이어 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 제어기(180)는 상기 와이어(140)와 상기 워크피스(115)간의 아크의 형성 이전의 순간을 결정하기 위한 예감(premonition) 회로를 포함하는 것인, 핫 와이어 시스템.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 고강도 에너지 소스는 레이저(120, 130)이고, 상기 제어기(180)는 상기 전원(130, 170)으로 상기 레이저(120, 130)의 동작을 조정하기 위해 상기 레이저(120/130)에 동작 가능하게 연결되거나, 또는
상기 고강도 에너지 소스는 아크 생성 디바이스이고, 상기 제어기(180)는 상기 전원(170)으로 상기 아크 생성의 동작을 조정하기 위해 상기 아크 생성 디바이스에 동작 가능하게 연결되는 것인, 핫 와이어 시스템.
핫 와이어 시스템(100)에 있어서,
워크피스(115)의 용융된 퍼들(116, 117)에 대해 필러 와이어(140)의 원위 단부를 전진 및 철회하기 위한 공급기(150);
상기 와이어(115)에 전류를 인가하기 위한 전원(170);
상기 용융된 퍼들(116, 117)에 열을 제공하기 위한 고강도 에너지 소스; 및
상기 핫 와이어 프로세스를 정지하기 위해 상기 공급기(150) 및 상기 전원(170)에 커플링되는 제어기(160)를 포함하고,
상기 제어기(180)는 상기 워크피스(115)에 대해 상기 와이어(140)를 위치시키고, 상기 전류를 레귤레이팅하며, 상기 레귤레이팅은,
(i) 상기 퍼들(116, 117) 내로의 상기 와이어(140)의 전진을 정지시키고, 상기 퍼들(116, 117)로부터 나온 상기 와이어(140)를 버닝(burn)하도록 상기 와이어(140)에 상기 전류를 펄싱(pulsing)하는 것과;
(ii) 상기 용융된 퍼들(116, 117)로부터 상기 와이어(140)를 철회하고, 상기 와이어(140)와 상기 워크피스(115) 간의 아크를 방지하도록 상기 전류를 레귤레이팅하는 것과;
(iii) 상기 용융된 퍼들(116, 117)로부터 상기 와이어(140)를 철회하고, 상기 고강도 소스가 상기 퍼들(116, 117)로부터 연장하는 상기 와이어(140)의 일부를 용융할 수 있도록, 상기 와이어(140)와 상기 워크피스(115) 간의 아크 없이, 상기 와이어(140)가 상기 용융된 퍼들(116, 117)로부터 떨어지게 하기 위해 상기 와이어(140)로의 상기 전류를 레귤레이팅하는 것
중 적어도 하나를 포함하는 것인, 핫 와이어 시스템.
가열 전류로 워크피스의 용융된 퍼들 내로 필러 와이어를 용융시키는 핫 와이어 프로세스를 정지시키는 방법에 있어서,
상기 용융된 퍼들 내로의 상기 와이어의 공급 레이트를 감소시키는 단계;
고강도 에너지 소스로 상기 용융된 퍼들을 유지하는 단계; 및
(i) 상기 와이어로의 상기 가열 전류를 정지하고, 상기 와이어의 원위 단부가 상기 용융된 퍼들로부터 제거되도록 상기 와이어에 복수의 전류 펄스들을 인가하는 단계와,
(ii) 상기 용융된 퍼들로부터 상기 와이어를 철회하고, 상기 와이어와 상기 워크피스 간의 아크의 형성을 감지하고, 상기 아크가 형성되기 이전에 상기 와이어로의 가열 전류를 종결하는 단계와,
(iii) 상기 용융된 퍼들에 와이어 연장부를 남기도록 상기 와이어가 상기 용융된 퍼들로부터 떨어져 분리되게 하기 위해 상기 와이어에 인가되는 상기 가열 전류 중 적어도 일부로 상기 용융된 퍼들로부터 상기 와이어를 철회하고, 상기 용융된 퍼들 내로 상기 연장부를 용융시키도록 상기 고강도 에너지 소스로부터 상기 와이어 연장부로 에너지를 인가하는 단계
중 적어도 하나의 단계를 포함하는, 핫 와이어 프로세스를 정지시키는 방법.