溶接ユニットおよび少なくとも２つの別個の溶接プロセスを組合せた溶接方法
本発明は、チューブ群（２３，２８）により接続可能な溶接トーチユニット（２９）を持つ溶接装置（１）を備える溶接ユニット（２７）に関する。溶接装置（１）には、少なくとも１つの制御装置（４）と、溶接電源（２）と、任意であるワイヤ供給ユニット（３）とが配置される。溶接トーチユニット（２９）は、少なくとも２つの独立した別々の溶接プロセスを実行するように、少なくとも２つの別個の溶接バーナー（１０，３５）を備える。さらに本発明は、少なくとも別個の溶接プロセスが組み合わせ可能な溶接方法に関する。本発明によれば、こうした溶接ユニット（２７）および溶接方法は、ワークピース（１６）への追加の材料および、熱またはエネルギー供給の導入量が可能な限り互いに独立に調整可能であり、第１溶接バーナー（１０）は、ある溶接プロセスを実行するように構成され、少なくとも第２溶接バーナー（３５）は、溶接ロッド（３２）の前後移動を伴う冷間金属トランスファー溶接プロセスを実行するように構成され、少なくとも２つの溶接バーナー（１０，３５）を用いて実行される溶接プロセスは同期している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホースパック(hose pack)を介して接続可能な溶接トーチユニットを持つ溶接装置を含む溶接ユニットに関し、溶接装置には、少なくとも１つの制御装置と、溶接電流源と、任意であるワイヤ供給ユニットとが配置され、溶接トーチユニットは、少なくとも２つの独立した別々の溶接プロセスを実行するように、少なくとも２つの別個の溶接トーチで形成されている。
【０００２】
さらに本発明は、少なくとも２つの別個の溶接プロセスを組合せた溶接方法に関する。
用語「溶接トーチ」は、レーザトーチなどを含む従来の種々の溶接トーチを網羅するものである。
【背景技術】
【０００３】
知られた溶接方法では、溶接装置に設けられた入力装置及び／又は出力装置を経由して任意のパラメータが調整可能である。こうして適切な溶接プロセス、例えば、パルス溶接プロセス、溶射アーク(spray-arc)溶接プロセス、またはショートアーク(short-arc)溶接プロセス等、が個々のパラメータを調整しながら選択される。さらに、電気アークを点火するための適切な点火プロセスを選択することが頻繁に可能である。溶接手順を開始した後、調整した溶接プロセス、例えば、パルス溶接プロセスが、調整した点火プロセスによる電気アークの点火の際に実行される。溶接手順中は、種々のパラメータ、例えば、溶接電流、ワイヤ前進速度などが、個別に選択された溶接プロセスごとに変化することが可能である。しかしながら、他の溶接プロセス、例えば、溶射アーク溶接プロセスへの切換えは可能でない。そのため、実行中の溶接プロセス、例えば、パルス溶接プロセスは、他の溶接プロセス、例えば、溶射アーク(spray-arc)溶接プロセスを実施するために、中断しなければならず、溶接装置では適切で新しい選択および調整を伴う。
【０００４】
欧州公報１０８４７８９Ａ２では、保護ガスハイブリッド溶接のための方法および装置が記載され、レーザジェットおよび電気アークが保護ガスの下で少なくとも２つの電極によって発生する。これは、溶接プロセスに影響を与えるチャンスを増やし、特に、自動化のオプションの増加をもたらす。その理由は、溶接プロセスは、電極数の増加によってより影響を受け易くなり、選択的な熱入力を可能にするからである。
【０００５】
国際公開ＷＯ２００１／３８０３８Ａ２は、レーザ溶接プロセスと電気アーク溶接プロセスを組み合せたレーザハイブリッド溶接トーチに関するもので、溶接品質および溶接プロセスの安定性を改善している。そこでは、相互に個々のアセンブリの特別な配置が本質的なものであり、レーザジェットによって生成される溶融バス(melt bath)が、電気アーク溶接プロセスによって生成された溶融バスとともに接合した溶融バスに合体して、溶接プロセスの配置の安定性および侵入深さを増加させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ワークピースへの溶接金属の入力および、熱またはエネルギーの入力が、できる限り互いに独立して調整可能であるようにした、溶接ユニットおよび溶接方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る目的は、第１溶接トーチは、ある溶接プロセスを実行するように構成され、少なくとも第２溶接トーチは、溶接ワイヤの前後移動による冷間金属トランスファー(cold-metal transfer)溶接プロセスを実行するように構成され、少なくとも２つの溶接トーチによって実行される溶接プロセスを同期させるための装置が設けられた、上記の溶接ユニットにより達成される。冷間金属トランスファー溶接プロセスを用いることによって、ワークピースまたはシート金属へ導入される追加の熱がほとんど無くなるように、エネルギーおよび熱の入力を低減できる。さらに、ギャップ補完(bridging)能力が実質的に増強される。少なくとも２つの溶接プロセスの時間同期により、溶接プロセスは、相互に最適となるように調整可能となり、ワークピースへの熱またはエネルギーの入力の最適な調整が可能になる。さらに、異なる溶接ワイヤ材料および溶接ワイヤ直径が使用可能になるとともに、ワークピースへの材料入力の制御も可能になる。
【０００８】
さらに、有利な構成は、請求項２〜１３に記載されており、これらによる利点は、明細書および前述の請求項１から導出することができる。
【０００９】
本発明の目的は、少なくとも１つの溶接プロセスが冷間金属トランスファー溶接プロセスからなり、消費される溶接ワイヤが前後に移動し、少なくとも２つの溶接プロセスが時間で同期するようにした、上記の溶接方法により達成される。
【００１０】
更なる特徴は、請求項１５〜２２に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明について、添付図面を用いてより詳細に説明する。
【００１２】
図１は、種々のプロセスまたは方法、例えば、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接、ＷＩＧ／ＴＩＧ溶接、電気溶接法、ダブルワイヤ／タンデム溶接法、プラズマ法または半田法など、のための溶接装置１または溶接ユニットを示す。
【００１３】
溶接装置１は、パワーエレメント３を含む電源２と、制御装置４と、パワーエレメント３および制御装置４にそれぞれ関連したスイッチ部材５とを備える。
【００１４】
スイッチ部材５および制御装置４は、ガス８、特に、例えば、二酸化炭素、ヘリウムまたはアルゴンなどの保護ガスのための供給ライン７上で、ガス貯蔵器９と溶接トーチ１０やトーチの間に配置された制御バルブ６に接続されている。
【００１５】
さらに、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接で通常用いられるワイヤ供給器１１は、制御装置４によって制御可能であり、追加の材料または溶接ワイヤ１３は、供給ドラム１４またはワイヤコイルから供給ライン１２を介して溶接トーチ１０の領域に供給される。当然ながら、付属品装置として図１と同じものを設計するのではなく、先行技術から知られているように、ワイヤ供給器１１を溶接装置１、特に、その基本ハウジング内に一体化することも可能である。
【００１６】
ワイヤ供給器１１は、溶接ワイヤ１３や充填金属を溶接トーチ１０の外側にあるプロセス箇所へ供給することも可能であり、ＷＩＧ／ＴＩＧ溶接の場合は一般的であるように、その端部に非溶(non-consumable)電極を溶接トーチ１０の内部に配置することが好ましい。
【００１７】
電気アーク１５、特に、動作の電気アークを電極とワークピース１６との間に生成するために必要な電力は、電源２のパワーエレメント３から溶接ライン１７を経由して溶接トーチ１０、特に、電極へ供給される。溶接すべきワークピース１６は、幾つかの部品からなり、同様にして、溶接装置１、特に、電源２に更なる溶接ライン１８を介して接続されている。こうしてプロセス用の電力回路が、電気アーク１５やプラズマジェットを生成するのを可能にする。
【００１８】
溶接トーチ１０の冷却のために、溶接トーチ１０は、冷却回路１９により途中の流量コントロール２０を介して流体貯蔵器、特に、水貯蔵器２１に接続可能であり、これにより溶接トーチ１０が動作に入る際に、冷却回路１９、特に、水貯蔵器２１に貯まった流体用の流体ポンプが始動して、溶接トーチ１０の冷却を行う。
【００１９】
溶接装置１は、入力及び／又は出力装置２２をさらに備え、これにより溶接装置１についての最も異なる溶接パラメータ、動作モードまたは溶接プログラムがそれぞれ設定され呼び出される。こうして入力及び／又は出力装置２２を介して設定された溶接パラメータ、動作モードまたは溶接プログラムは、制御装置４へ送信され、続いて、溶接ユニットまたは溶接装置１の個々の構成部分を制御し、及び／又は制御用に個別に設定される数値を予め決定する。
【００２０】
図示した例示の実施形態において、溶接トーチ１０は、さらに、ホースパック２３を介して溶接装置１または溶接ユニットに接続される。ホースパック２３は、溶接装置１から溶接トーチ１０への個々のラインを収納している。ホースパック２３は、結合装置２４を介して溶接トーチ１０に接続され、一方、ホースパック２３内に配置された個々のラインは、接続ソケットまたはプラグイン接続を介して溶接装置１の個々の接続部に接続される。ホースパック２３の張力を適切に軽減するために、ホースパック２３は、張力軽減手段２５を介してハウジング２６、特に、溶接装置１の基本ハウジングに接続されている。当然ながら、溶接装置１への接続のために結合装置２４を使用することも可能である。
【００２１】
例えば、ＷＩＧ装置やＭＩＧ／ＭＡＧ装置、プラズマ装置などの種々の溶接方法または溶接装置１について、前述した構成部分の全部を使用し、採用する必要がないことは言うまでもない。例えば、溶接トーチ１０を空冷の溶接トーチ１０として構成することも可能である。
【００２２】
図２〜図１１は、ある溶接プロセスと冷間金属トランスファー溶接プロセスとの組合せを記載した例示の実施形態を示している。図２〜図５に係る例示的実施形態では、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接プロセスを、冷間金属トランスファー溶接プロセスと組み合わせている。図示した溶接ユニット２７は、溶接トーチユニット２９を持つ溶接装置１を含み、溶接トーチユニット２９は２つのホースパック２３，２８を介してこれに接続可能である。溶接トーチユニット２９は、少なくとも２つの独立した溶接トーチ１０，３５で構成され、これにより各溶接トーチ１０，３５は、個々のホースパック２３，２８を介して溶接装置１に接続され、溶接プロセスに必要な構成部分の全て、例えば、ガス８、エネルギー供給、冷却回路１９などを、溶接トーチユニット２９に提供することができる。図１を参照して記載したように、溶接装置１は、制御装置４と、溶接電流源２と、ワイヤ搬送装置３０とを収容しており、これらは図２において全てを図示していない。図示した例におけるワイヤ搬送装置３０は、溶接装置１内に一体化されており、そして溶接ワイヤ１３，３２のための２つの供給ドラム１４，３１を備える。溶接ワイヤ１３，３２は、個々の駆動ユニット３３，３４によって溶接トーチユニット２９の溶接トーチ１０，３５へ搬送される。
【００２３】
溶接トーチユニット２９の各溶接トーチ１０，３５は、駆動ユニット３６（破線で概略的に図示）をさらに備えてもよい。さらに、図示した例示的実施形態における溶接トーチユニット２９は、溶接トーチ１０，３５のための共通のガスノズル３７を備える。溶接装置１において、溶接トーチユニット２９へエネルギーを供給するために、ただ１つの電源２が設けられる。この電源２は、個別に動作する溶接トーチ１０，３５に交互に接続される。当然ながら、溶接装置１に配置された２つの別個に制御可能な電源２，３８を介して、溶接トーチユニット２９に配置された２つの溶接トーチ１０，３５を制御することも可能である。
【００２４】
例えば、ワイヤ搬送、電力供給、溶接トーチ構造、溶接装置の設定など、個々のアセンブリまたは構成部分の機能についての説明は、先行技術から既に知られているため、省略している。
【００２５】
基本的には、図示した種々の実施形態において、第１溶接トーチ１０は、任意の溶接プロセスを実施するように設計され、第２溶接トーチ３５は、冷間金属トランスファー溶接プロセスを実施するように設計されている点に留意すべきである。好ましい手法は、第１溶接トーチ１０は、図２〜図５に係る例示的実施形態でのＭＩＧ／ＭＡＧトーチで形成される。これらの場合、第１溶接トーチ１０は、溶接方向に沿って第２溶接トーチ３５よりも先行している。当然ながら、第２溶接トーチ３５を第１溶接トーチ１０の上流側に配置したり、あるいは溶接の長手方向において溶接トーチ１０，３５を互いに側方へずらしたりすることも可能である。
【００２６】
本構成の利点は、例えば、異なるワイヤ材料、異なるワイヤ直径を用いて、２つの異なる溶接プロセスが実施可能であることである。こうしてルート(root)溶接の際に、例えば、強化されたギャップ補完(bridging)能力が確保され、例えば、少なくとも２つの溶接ワイヤ１３を側方へずらすことによって得られる。
【００２７】
本発明に係る構成において、溶接トーチユニット２９は、２つの別々の溶接トーチ１０，３５、あるいは構造ユニットに配置された、溶接トーチ１０，３５についての電気的に別々の構成部分を備え、２つの独立して動作する溶接方法の使用を可能にしている。こうしてＭＡＧ溶接プロセスは、図３〜図５にパワー、電圧およびワイヤ移動のグラフを用いて示したように、例えば、冷間金属トランスファー溶接プロセスと組み合わせられる。本発明に係る組合せ溶接方法は、例えば、電気アーク１５の点火についてのリフトアーク(lift arc)原理を用いている（点火段階３９）。これは先行技術から知られた方法であるため、詳細には記載していない。溶接ワイヤ１３，３２がワークピース１６に接触するまで前方へ移動し、続いて溶接ワイヤの移動が反転して、ワークピース１６から所定の距離４０まで溶接ワイヤ１３，３２を後方へ搬送させて、そして再び溶接ワイヤ移動が反転するといった点を指摘するに留める。短絡の時から溶接ワイヤ１３，３２に所定の電流強度（電流強度は、溶接ワイヤ１３，３２の初期溶融や溶融開放を防止するように選択される）で電力供給することによって、溶接ワイヤ１３，３２の後方移動およびリフティングの際に、２つの溶接ワイヤ１３，３２について電気アーク１５の点火が互いに独立に発生するようになる。
【００２８】
グラフ４１，４２，４３は、ＭＡＧ溶接プロセスを図示し、グラフ４４，４５，４６は、冷間金属トランスファー溶接プロセスを図示している。
【００２９】
ＭＡＧ溶接プロセスにおいて、溶接電流Ｉは、点火段階３９の終了後、時間４７において、定められたように増加して、溶接ワイヤ１３は、ワークピース１６の方向に搬送される。連続して印加された溶接電流Ｉにより、溶接ワイヤの端部で溶滴(droplet)４８が形成され、これは、溶接電流Ｉの強度の関数として所定の期間後に溶接ワイヤ１３から切り離されるようになり、こうして溶滴連鎖４９を形成する。この手順は、周期的に繰り返される。そして、溶接ワイヤ１３は、ワークピース１６の方向（矢印５０）にのみ移動して、冷間金属トランスファー溶接プロセスにおいて、グラフ４６から判るように、溶接ワイヤ１３の前後移動が生ずる。
【００３０】
冷間金属トランスファー溶接プロセスは、グラフ４６での時間４７で示すように、スタート位置、即ち、ワークピース１６からの距離４０から、溶接ワイヤ３２がワークピース１６の方向（矢印５０）に移動を行うことを特徴としている。そして、溶接ワイヤ３２は、ワークピース１６に接触するまで（時間５１）、ワークピース１６に向けて搬送され、その後、短絡の形成となり、ワイヤ搬送が逆転して、溶接ワイヤ３２は、所定の距離４０、即ち、好ましくは、スタート位置に戻るまでワークピース１６から後方へと搬送される。溶滴の形成または溶接ワイヤ端部の初期溶融を確保するため、冷間金属トランスファー溶接プロセス中は、ワークピース１６の方向（矢印５０）への溶接ワイヤ３２の前方移動中での溶接電流Ｉが変化し、特に、グラフ４４，４５から判るように、溶接ワイヤ３２の初期溶融無しで電気アーク１５を維持するように規定されたベース電流５２に対して上昇する。よって、電流Ｉは、前方移動時に、溶接ワイヤ３２の初期溶融、即ち、溶滴４８が生ずるように制御される。溶接ワイヤ３２が溶融バス(bath)（不図示）に浸漬され、続いて後方へ移動することによって、溶滴４８または初期溶融した材料が溶接ワイヤ３２から離脱するようになる。これに関して、当然ながら、溶滴の離脱を促進するために、溶接電流Ｉの瞬間的な増加を行うことも可能である。さらに、例えば、冷間金属トランスファー溶接プロセスのより迅速な実施を確保するために、冷間金属トランスファー溶接プロセス中のワイヤ搬送速度を変化させ、特に、増加させることも可能である。
【００３１】
第１溶接トーチ１０のＭＩＧ／ＭＡＧ溶接プロセスにおいて、他の知られた溶接方法、例えば、パルス法、短絡法などを調整することも可能である。例えば、図４と図５に示したグラフは、冷間金属トランスファー溶接プロセスと組み合わせたパルス溶接プロセスを図示している。最初のグラフ５３は、パルス溶接プロセスの電流−時間グラフを示し、グラフ５４は、パルス溶接プロセスの電圧−時間グラフを示し、グラフ５５は、パルス溶接プロセスのワイヤ移動グラフを示し、グラフ５６は、冷間金属トランスファー溶接プロセスの電流−時間グラフを示し、グラフ５７は、冷間金属トランスファー溶接プロセスの電圧−時間グラフを示し、グラフ５８は、冷間金属トランスファー溶接プロセスのワイヤ移動グラフを示している。
【００３２】
パルス溶接プロセスについては、先行技術から既によく知られているため、詳細には説明していない。パルス溶接プロセスでは、点火段階３９の後、例えば、リフトアーク原理に従って再び実施された後、時間５９において電流パルスの印加により、溶滴４８が溶接ワイヤ１３に形成され（パルス電流段階６０）、そして時間６１で溶接ワイヤ端部から離脱する点を指摘するに留める。その後、電流Ｉは、所定のベース電流５２まで低下する（ベース電流段階６２）。パルス電流段階６０およびベース電流段階６２を周期的に適用することによって、溶滴４８はパルス電流段階６０ごとに溶接ワイヤ１３から離脱し、ワークピース１６への材料トランスファーを確保できる。
【００３３】
この例示的実施形態において、パルス溶接プロセスは、冷間金属トランスファー溶接プロセスと組み合わせており、冷間金属トランスファー溶接プロセスについては、図２〜図５を参照しながら既に説明しているため、詳細には説明しない。本発明に係る組合せにより、例えば、１つだけの電源２の使用が可能になり、これは、個別に動作する溶接トーチ１０，３５に交互に接続される。当然ながら、２つの独立して動作する電源２，３８を使用することによって、溶接プロセスを制御することも可能である。こうして溶接プロセスは、相互に同期することが可能であり、例えば、一定時間間隔(isochronic)の溶滴の離脱が可能になる。
【００３４】
図４に示した例示的実施形態では、パルス溶接プロセスでの溶滴離脱が冷間金属トランスファー溶接プロセスでの溶滴離脱と同期して発生するように、制御を行うことが本質的である。溶滴４８がパルス溶接プロセスで離脱し、これと同時に、溶滴４８が冷間金属トランスファー溶接プロセスで離脱している（時間６１を参照）。もっとも、個々の溶接プロセスの溶滴離脱が同時に発生することは必ずしも必要でない。当然ながら、冷間金属トランスファー溶接プロセスの溶滴離脱は、パルス溶接プロセスに対して時間的にずれるように、特に、図５から判るように、パルス溶接プロセスのベース電流段階６２の期間に発生するように、制御することができる。
【００３５】
基本的には、パルス溶接プロセスと冷間金属トランスファー溶接プロセスの組合せについて図示した例示的実施形態では、第２溶接トーチ３５により実施される冷間金属トランスファー溶接プロセスは、溶接方向で眺めて第１溶接トーチ１０の後に続いている。実質的な利点は、冷間金属トランスファー溶接プロセス中はワークピース１６に導入される熱およびエネルギーが実質的により少ない点にあり、熱入力のわずかな増加で、より多くの溶接材料がＭＩＧ／ＭＡＧ溶接プロセスと冷間金属トランスファー溶接プロセスの組合せによって得られるようになる。ただ追加すべきことは、溶接トーチユニット２９に配置された溶接トーチ１０，３５へエネルギーを供給するために、２つの別々の制御可能な電流源を溶接装置１に配置する点である。このことは、溶接トーチ１０，３５が、個々に動作する溶接トーチ１０，３５と交互に接続される単一の電流源によって制御可能でもあるため、必ずしも必要ではない。
【００３６】
ワークピース１６への熱入力を制御、または低減できるようにするため、第１溶接トーチ１０も冷間金属トランスファー溶接プロセスを実施できるように構成することも可能である。ただ追加すべきことは、冷間金属トランスファー溶接プロセスの実施を可能にするため、図６に概略的に示しているように、各溶接トーチ１０，３５が、自分自身の駆動ユニット３６を備えている点である。さらに、２つの冷間金属トランスファー溶接プロセスは相互に同期しており、即ち、溶接ワイヤ１３からの溶滴離脱が、例えば、同時に発生したり（図７）、図８に概略的に示すように、溶滴離脱が時間的にずれていても構わない。
【００３７】
冷間金属トランスファー溶接プロセスについては、前述した図２〜図５で広範に説明しているため、詳細に説明していない。指摘できることは、図７と図８に概略的に示すように、冷間金属トランスファー溶接プロセスは、点火段階３９の後、例えば、リフトアーク原理に従って再び実施された後に開始する。ここで、グラフ６３は、第１の冷間金属トランスファー溶接プロセスについての電圧−時間グラフ、グラフ６４は電流−時間グラフ、グラフ６５は移動グラフであり、一方、グラフ６５，６６，６７は、同様に、第２の冷間金属トランスファー溶接プロセスについての電圧−時間グラフ、電流−時間グラフおよび移動グラフをそれぞれ示している。
【００３８】
時間６９において（点火段階３９の終わり）、溶接電流Ｉは、有限の範囲で増加し、即ち、電流パルスが印加され、図７に係る２つの溶接プロセスのグラフから判るように、パルス電流段階６０を形成している。一方、図８において、第２の冷間金属トランスファー溶接プロセスが時間的にずれるように開始しており、即ち、第１の冷間金属トランスファー溶接プロセスのパルス電流段階６０だけ遅延している。パルス電流段階６０の期間は、溶接ワイヤ１３，３２がワークピース１６の方向（矢印５０）に搬送され、印加される溶接電流の増加により、溶滴４８がワイヤ上に形成される。溶接ワイヤ１３，３２は、時間７０でワークピース１６と接触するまでワークピース１６の方向に搬送され、続いて短絡形成の後、スタート位置に戻るまで、即ち、距離４０だけ後方へ再び移動する。溶滴離脱は、溶融バス（不図示）への浸漬によって行われる。図８において、遅延した第２の冷間金属トランスファー溶接プロセスにおいて時間７０で溶接電流Ｉは増加し、これによりパルス電流段階６０を開始している。
【００３９】
時間７０において、溶滴の形成または溶接ワイヤ１３，３２の初期溶融を防止するため、溶接電流Ｉはベース電流５２まで低下する（ベース電流段階６２）。第２の冷間金属トランスファー溶接プロセスでのベース電流段階６２は、図８において遅延する方法で表したように、時間７１で見えるように時間的にずれるようにして再び開始する。
【００４０】
当然ながら、第１溶接トーチ１０をＷＩＧ溶接トーチとして設計することも想定され、図９に概略的に示すように、ＷＩＧ溶接プロセスは、冷間金属トランスファー溶接プロセスと組み合わされる。そして、ＷＩＧ溶接プロセスの追加のエネルギー源により、例えば、増加した加熱と、これによるワークピース１６の溶融を得ることが可能になり、一方、冷間金属トランスファー溶接プロセスによりほんの僅かの追加の熱入力が行われる。当然ながら、第１溶接トーチ１０によって冷間金属トランスファー溶接プロセスを実施し、ＷＩＧ溶接プロセスは第２溶接トーチ３５によって実施することも可能であり、これにより、例えば、ワークピース１６への侵入深さが減少するようになり、その結果、ＷＩＧ溶接プロセスは溶接部を滑らかにして、溶接部の品質が向上する。
【００４１】
この場合、非溶電極７２、例えば、タングステン電極が、溶接トーチユニット２９の第１溶接トーチ１０にガスノズル３７の領域に配置される。この例示的実施形態でのガスノズル３７は分離しており、即ち、２つの独立した別々の溶接プロセス、即ち、ＷＩＧ溶接プロセスと冷間金属トランスファー溶接プロセスのための２つの溶接トーチ１０，３５は、それぞれ自分自身のガスノズル３７を有している。ただ１つの熱的かつ電気的に分離したガスノズル３７が図示されている。このことは、例えば、別々の溶接ガス、別々のガス圧力を２つの独立した溶接プロセスについて使用できるという利点をもたらす。その結果、各溶接プロセスについて個々に最適な溶接ガスを用いるため、例えば、溶接部の品質が向上するようになる。溶接ワイヤ１３、即ち、ＷＩＧ溶接プロセスのための溶接金属が、溶接トーチ１０に供給され、チューブ７３を通って溶接トーチ１０の電気アーク１５へ搬送される。ＷＩＧ溶接プロセスは、先行技術から知られた溶接プロセスであるため、ここでは詳細には説明していない。既に説明したように、冷間金属トランスファー溶接プロセスは、ＷＩＧ溶接プロセスと組み合わせており、冷間金属トランスファー溶接プロセスについては、図２〜図５により既に説明しているため、詳細に説明していない。
【００４２】
図１０に係る例示的実施形態において、プラズマトーチにより形成される溶接プロセスが、冷間金属トランスファー溶接プロセスと組み合わせている。プラズマ溶接プロセスは、先行技術から周知であるため、プラズマ溶接プロセスについては詳細に説明していない。指摘できることは、プラズマ溶接プロセスでの電気アーク１５が、ＨＦ点火によってガスノズル７４中で点火されることである。電気アーク１５は、ガスノズル７４の内部で燃えており、高温でイオン化したプラズマジェット７５がガスノズル７４から出現している。点火段階３９（不図示）の後、点火段階３９と比べて減少した溶接電流が、電気アーク１５を維持するために印加される。プラズマジェット７５は、ワークピース１６を溶融させる。そして、プラズマジェット７５の中には、溶接ワイヤ１３、即ち、溶接金属が、溶接トーチユニット２９の溶接トーチ１０に配置されたチューブ７３を通って搬送される。これにより連続した溶滴の離脱が確保される。
【００４３】
当然ながら、プラズマ溶接プロセスと冷間金属トランスファー溶接プロセスの組合せにおいて、図９においてＷＩＧ溶接プロセスと冷間金属トランスファー溶接プロセスの組合せについて既に説明したように、ガスノズル３７を別々のガスノズル３７として構成することも可能である。この例示的実施形態において、冷間金属トランスファー溶接プロセスは、プラズマ溶接プロセスと組み合わせている。冷間金属トランスファー溶接プロセスについては、図２〜図５により既に説明しているため、詳細に説明していない。
【００４４】
当然、第１溶接トーチ１０をレーザユニット７６と置き換えることも可能であり、溶接トーチユニット２９でのレーザユニット７６は、冷間金属トランスファー溶接プロセスのための第２溶接トーチ３５と組み合わせている。こうした変形例は、図１１に図示している。当然ながら、レーザユニット７６は、溶接トーチユニット２９の外側に配置することも可能である。
【００４５】
この構成は、レーザ７７またはレーザ光学系を使用した場合、増加した溶接レートで、溶接部が実質的に減少するようになるという利点をもたらす。その理由は、レーザジェット７８が、ワークピース１６への所定の侵入深さを可能にし、後段に設けられる冷間金属トランスファー溶接プロセスが、用意された継ぎ目(seam)を充填するためである。従って、増強したギャップ補完能力が確保されるため、溶接部の低い精度の予備ワークが必要になるであろう。レーザユニット７６は、この例示的実施形態では溶接トーチを構成しており、冷間金属トランスファー溶接プロセスと再び組み合わされる。
【００４６】
説明した例示的実施形態に関して、ただ追加すべきことは、溶接トーチ１０，３５が、別々の溶接ワイヤおよび溶接ワイヤ直径を受け入れ可能なように、設計されている点である。従って、溶接ワイヤの変更の際、ワイヤ搬送のために、必要で構造的な構成部分の置き換えは不必要になり、これにより使用者による搬送操作を省略できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】溶接ユニットまたは溶接装置の概略図である。
【図２】本発明に係る溶接装置の概略図である。
【図３】溶射アーク溶接および冷間金属トランスファー溶接プロセスについてのパワー、電圧および移動のグラフをそれぞれ示している。
【図４】パルス溶接および冷間金属トランスファー溶接プロセスについてのパワー、電圧および移動のグラフをそれぞれ示している。
【図５】パルス溶接および冷間金属トランスファー溶接プロセスについてのパワー、電圧および移動のグラフをそれぞれ示している。
【図６】本発明に係る溶接装置の概略図である。
【図７】２つの冷間金属トランスファー溶接プロセスについてのパワー、電圧および移動のグラフを示している。
【図８】２つの時間オフセット冷間金属トランスファー溶接プロセスについてのパワー、電圧および移動のグラフを示している。
【図９】本発明に係る他の溶接装置の概略図である。
【図１０】本発明に係る他の溶接装置の概略図である。
【図１１】本発明に係る他の溶接装置の概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホースパック(hose pack)を介して接続可能な溶接トーチユニットを持つ溶接装置を含む溶接ユニットに関し、溶接装置には、少なくとも１つの制御装置と、溶接電流源と、任意であるワイヤ供給ユニットとが配置され、溶接トーチユニットは、少なくとも２つの独立した別々の溶接プロセスを実行するように、少なくとも２つの別個の溶接トーチで形成されている。
【０００２】
さらに本発明は、少なくとも２つの別個の溶接プロセスを組合せた溶接方法に関する。
用語「溶接トーチ」は、レーザトーチなどを含む従来の種々の溶接トーチを網羅するものである。
【背景技術】
【０００３】
知られた溶接方法では、溶接装置に設けられた入力装置及び／又は出力装置を経由して任意のパラメータが調整可能である。こうして適切な溶接プロセス、例えば、パルス溶接プロセス、溶射アーク(spray-arc)溶接プロセス、またはショートアーク(short-arc)溶接プロセス等、が個々のパラメータを調整しながら選択される。さらに、電気アークを点火するための適切な点火プロセスを選択することが頻繁に可能である。溶接手順を開始した後、調整した溶接プロセス、例えば、パルス溶接プロセスが、調整した点火プロセスによる電気アークの点火の際に実行される。溶接手順中は、種々のパラメータ、例えば、溶接電流、ワイヤ前進速度などが、個別に選択された溶接プロセスごとに変化することが可能である。しかしながら、他の溶接プロセス、例えば、溶射アーク溶接プロセスへの切換えは可能でない。そのため、実行中の溶接プロセス、例えば、パルス溶接プロセスは、他の溶接プロセス、例えば、溶射アーク(spray-arc)溶接プロセスを実施するために、中断しなければならず、溶接装置では適切で新しい選択および調整を伴う。
【０００４】
欧州公報１０８４７８９Ａ２では、保護ガスハイブリッド溶接のための方法および装置が記載され、レーザジェットおよび電気アークが保護ガスの下で少なくとも２つの電極によって発生する。これは、溶接プロセスに影響を与えるチャンスを増やし、特に、自動化のオプションの増加をもたらす。その理由は、溶接プロセスは、電極数の増加によってより影響を受け易くなり、選択的な熱入力を可能にするからである。
【０００５】
国際公開ＷＯ２００１／３８０３８Ａ２は、レーザ溶接プロセスと電気アーク溶接プロセスを組み合せたレーザハイブリッド溶接トーチに関するもので、溶接品質および溶接プロセスの安定性を改善している。そこでは、相互に個々のアセンブリの特別な配置が本質的なものであり、レーザジェットによって生成される溶融バス(melt bath)が、電気アーク溶接プロセスによって生成された溶融バスとともに接合した溶融バスに合体して、溶接プロセスの配置の安定性および侵入深さを増加させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、ワークピースへの溶接金属の入力および、熱またはエネルギーの入力が、できる限り互いに独立して調整可能であるようにした、溶接ユニットおよび溶接方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る目的は、第１溶接トーチは、ある溶接プロセスを実行するように構成され、少なくとも第２溶接トーチは、溶接ワイヤの前後移動による冷間金属トランスファー(cold-metal transfer)溶接プロセスを実行するように構成され、少なくとも２つの溶接トーチによって実行される溶接プロセスを同期させるための装置が設けられた、上記の溶接ユニットにより達成される。冷間金属トランスファー溶接プロセスを用いることによって、ワークピースまたはシート金属へ導入される追加の熱がほとんど無くなるように、エネルギーおよび熱の入力を低減できる。さらに、ギャップ補完(bridging)能力が実質的に増強される。少なくとも２つの溶接プロセスの時間同期により、溶接プロセスは、相互に最適となるように調整可能となり、ワークピースへの熱またはエネルギーの入力の最適な調整が可能になる。さらに、異なる溶接ワイヤ材料および溶接ワイヤ直径が使用可能になるとともに、ワークピースへの材料入力の制御も可能になる。
【０００８】
さらに、有利な構成は、請求項２〜１３に記載されており、これらによる利点は、明細書および前述の請求項１から導出することができる。
【０００９】
本発明の目的は、少なくとも１つの溶接プロセスが冷間金属トランスファー溶接プロセスからなり、消費される溶接ワイヤが前後に移動し、少なくとも２つの溶接プロセスが時間で同期するようにした、上記の溶接方法により達成される。
【００１０】
更なる特徴は、請求項１５〜２２に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明について、添付図面を用いてより詳細に説明する。
【００１２】
図１は、種々のプロセスまたは方法、例えば、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接、ＷＩＧ／ＴＩＧ溶接、電気溶接法、ダブルワイヤ／タンデム溶接法、プラズマ法または半田法など、のための溶接装置１または溶接ユニットを示す。
【００１３】
溶接装置１は、パワーエレメント３を含む電源２と、制御装置４と、パワーエレメント３および制御装置４にそれぞれ関連したスイッチ部材５とを備える。
【００１４】
スイッチ部材５および制御装置４は、ガス８、特に、例えば、二酸化炭素、ヘリウムまたはアルゴンなどの保護ガスのための供給ライン７上で、ガス貯蔵器９と溶接トーチ１０やトーチの間に配置された制御バルブ６に接続されている。
【００１５】
さらに、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接で通常用いられるワイヤ供給器１１は、制御装置４によって制御可能であり、追加の材料または溶接ワイヤ１３は、供給ドラム１４またはワイヤコイルから供給ライン１２を介して溶接トーチ１０の領域に供給される。当然ながら、付属品装置として図１と同じものを設計するのではなく、先行技術から知られているように、ワイヤ供給器１１を溶接装置１、特に、その基本ハウジング内に一体化することも可能である。
【００１６】
ワイヤ供給器１１は、溶接ワイヤ１３や充填金属を溶接トーチ１０の外側にあるプロセス箇所へ供給することも可能であり、ＷＩＧ／ＴＩＧ溶接の場合は一般的であるように、その端部に非溶(non-consumable)電極を溶接トーチ１０の内部に配置することが好ましい。
【００１７】
電気アーク１５、特に、動作の電気アークを電極とワークピース１６との間に生成するために必要な電力は、電源２のパワーエレメント３から溶接ライン１７を経由して溶接トーチ１０、特に、電極へ供給される。溶接すべきワークピース１６は、幾つかの部品からなり、同様にして、溶接装置１、特に、電源２に更なる溶接ライン１８を介して接続されている。こうしてプロセス用の電力回路が、電気アーク１５やプラズマジェットを生成するのを可能にする。
【００１８】
溶接トーチ１０の冷却のために、溶接トーチ１０は、冷却回路１９により途中の流量コントロール２０を介して流体貯蔵器、特に、水貯蔵器２１に接続可能であり、これにより溶接トーチ１０が動作に入る際に、冷却回路１９、特に、水貯蔵器２１に貯まった流体用の流体ポンプが始動して、溶接トーチ１０の冷却を行う。
【００１９】
溶接装置１は、入力及び／又は出力装置２２をさらに備え、これにより溶接装置１についての最も異なる溶接パラメータ、動作モードまたは溶接プログラムがそれぞれ設定され呼び出される。こうして入力及び／又は出力装置２２を介して設定された溶接パラメータ、動作モードまたは溶接プログラムは、制御装置４へ送信され、続いて、溶接ユニットまたは溶接装置１の個々の構成部分を制御し、及び／又は制御用に個別に設定される数値を予め決定する。
【００２０】
図示した例示の実施形態において、溶接トーチ１０は、さらに、ホースパック２３を介して溶接装置１または溶接ユニットに接続される。ホースパック２３は、溶接装置１から溶接トーチ１０への個々のラインを収納している。ホースパック２３は、結合装置２４を介して溶接トーチ１０に接続され、一方、ホースパック２３内に配置された個々のラインは、接続ソケットまたはプラグイン接続を介して溶接装置１の個々の接続部に接続される。ホースパック２３の張力を適切に軽減するために、ホースパック２３は、張力軽減手段２５を介してハウジング２６、特に、溶接装置１の基本ハウジングに接続されている。当然ながら、溶接装置１への接続のために結合装置２４を使用することも可能である。
【００２１】
例えば、ＷＩＧ装置やＭＩＧ／ＭＡＧ装置、プラズマ装置などの種々の溶接方法または溶接装置１について、前述した構成部分の全部を使用し、採用する必要がないことは言うまでもない。例えば、溶接トーチ１０を空冷の溶接トーチ１０として構成することも可能である。
【００２２】
図２〜図１１は、ある溶接プロセスと冷間金属トランスファー溶接プロセスとの組合せを記載した例示の実施形態を示している。図２〜図５に係る例示的実施形態では、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接プロセスを、冷間金属トランスファー溶接プロセスと組み合わせている。図示した溶接ユニット２７は、溶接トーチユニット２９を持つ溶接装置１を含み、溶接トーチユニット２９は２つのホースパック２３，２８を介してこれに接続可能である。溶接トーチユニット２９は、少なくとも２つの独立した溶接トーチ１０，３５で構成され、これにより各溶接トーチ１０，３５は、個々のホースパック２３，２８を介して溶接装置１に接続され、溶接プロセスに必要な構成部分の全て、例えば、ガス８、エネルギー供給、冷却回路１９などを、溶接トーチユニット２９に提供することができる。図１を参照して記載したように、溶接装置１は、制御装置４と、溶接電流源２と、ワイヤ搬送装置３０とを収容しており、これらは図２において全てを図示していない。図示した例におけるワイヤ搬送装置３０は、溶接装置１内に一体化されており、そして溶接ワイヤ１３，３２のための２つの供給ドラム１４，３１を備える。溶接ワイヤ１３，３２は、個々の駆動ユニット３３，３４によって溶接トーチユニット２９の溶接トーチ１０，３５へ搬送される。
【００２３】
溶接トーチユニット２９の各溶接トーチ１０，３５は、駆動ユニット３６（破線で概略的に図示）をさらに備えてもよい。さらに、図示した例示的実施形態における溶接トーチユニット２９は、溶接トーチ１０，３５のための共通のガスノズル３７を備える。溶接装置１において、溶接トーチユニット２９へエネルギーを供給するために、ただ１つの電源２が設けられる。この電源２は、個別に動作する溶接トーチ１０，３５に交互に接続される。当然ながら、溶接装置１に配置された２つの別個に制御可能な電源２，３８を介して、溶接トーチユニット２９に配置された２つの溶接トーチ１０，３５を制御することも可能である。
【００２４】
例えば、ワイヤ搬送、電力供給、溶接トーチ構造、溶接装置の設定など、個々のアセンブリまたは構成部分の機能についての説明は、先行技術から既に知られているため、省略している。
【００２５】
基本的には、図示した種々の実施形態において、第１溶接トーチ１０は、任意の溶接プロセスを実施するように設計され、第２溶接トーチ３５は、冷間金属トランスファー溶接プロセスを実施するように設計されている点に留意すべきである。好ましい手法は、第１溶接トーチ１０は、図２〜図５に係る例示的実施形態でのＭＩＧ／ＭＡＧトーチで形成される。これらの場合、第１溶接トーチ１０は、溶接方向に沿って第２溶接トーチ３５よりも先行している。当然ながら、第２溶接トーチ３５を第１溶接トーチ１０の上流側に配置したり、あるいは溶接の長手方向において溶接トーチ１０，３５を互いに側方へずらしたりすることも可能である。
【００２６】
本構成の利点は、例えば、異なるワイヤ材料、異なるワイヤ直径を用いて、２つの異なる溶接プロセスが実施可能であることである。こうしてルート(root)溶接の際に、例えば、強化されたギャップ補完(bridging)能力が確保され、例えば、少なくとも２つの溶接ワイヤ１３を側方へずらすことによって得られる。
【００２７】
本発明に係る構成において、溶接トーチユニット２９は、２つの別々の溶接トーチ１０，３５、あるいは構造ユニットに配置された、溶接トーチ１０，３５についての電気的に別々の構成部分を備え、２つの独立して動作する溶接方法の使用を可能にしている。こうしてＭＡＧ溶接プロセスは、図３〜図５にパワー、電圧およびワイヤ移動のグラフを用いて示したように、例えば、冷間金属トランスファー溶接プロセスと組み合わせられる。本発明に係る組合せ溶接方法は、例えば、電気アーク１５の点火についてのリフトアーク(lift arc)原理を用いている（点火段階３９）。これは先行技術から知られた方法であるため、詳細には記載していない。溶接ワイヤ１３，３２がワークピース１６に接触するまで前方へ移動し、続いて溶接ワイヤの移動が反転して、ワークピース１６から所定の距離４０まで溶接ワイヤ１３，３２を後方へ搬送させて、そして再び溶接ワイヤ移動が反転するといった点を指摘するに留める。短絡の時から溶接ワイヤ１３，３２に所定の電流強度（電流強度は、溶接ワイヤ１３，３２の初期溶融や溶融開放を防止するように選択される）で電力供給することによって、溶接ワイヤ１３，３２の後方移動およびリフティングの際に、２つの溶接ワイヤ１３，３２について電気アーク１５の点火が互いに独立に発生するようになる。
【００２８】
グラフ４１，４２，４３は、ＭＡＧ溶接プロセスを図示し、グラフ４４，４５，４６は、冷間金属トランスファー溶接プロセスを図示している。
【００２９】
ＭＡＧ溶接プロセスにおいて、溶接電流Ｉは、点火段階３９の終了後、時間４７において、定められたように増加して、溶接ワイヤ１３は、ワークピース１６の方向に搬送される。連続して印加された溶接電流Ｉにより、溶接ワイヤの端部で溶滴(droplet)４８が形成され、これは、溶接電流Ｉの強度の関数として所定の期間後に溶接ワイヤ１３から切り離されるようになり、こうして溶滴連鎖４９を形成する。この手順は、周期的に繰り返される。そして、溶接ワイヤ１３は、ワークピース１６の方向（矢印５０）にのみ移動して、冷間金属トランスファー溶接プロセスにおいて、グラフ４６から判るように、溶接ワイヤ１３の前後移動が生ずる。
【００３０】
冷間金属トランスファー溶接プロセスは、グラフ４６での時間４７で示すように、スタート位置、即ち、ワークピース１６からの距離４０から、溶接ワイヤ３２がワークピース１６の方向（矢印５０）に移動を行うことを特徴としている。そして、溶接ワイヤ３２は、ワークピース１６に接触するまで（時間５１）、ワークピース１６に向けて搬送され、その後、短絡の形成となり、ワイヤ搬送が逆転して、溶接ワイヤ３２は、所定の距離４０、即ち、好ましくは、スタート位置に戻るまでワークピース１６から後方へと搬送される。溶滴の形成または溶接ワイヤ端部の初期溶融を確保するため、冷間金属トランスファー溶接プロセス中は、ワークピース１６の方向（矢印５０）への溶接ワイヤ３２の前方移動中での溶接電流Ｉが変化し、特に、グラフ４４，４５から判るように、溶接ワイヤ３２の初期溶融無しで電気アーク１５を維持するように規定されたベース電流５２に対して上昇する。よって、電流Ｉは、前方移動時に、溶接ワイヤ３２の初期溶融、即ち、溶滴４８が生ずるように制御される。溶接ワイヤ３２が溶融バス(bath)（不図示）に浸漬され、続いて後方へ移動することによって、溶滴４８または初期溶融した材料が溶接ワイヤ３２から離脱するようになる。これに関して、当然ながら、溶滴の離脱を促進するために、溶接電流Ｉの瞬間的な増加を行うことも可能である。さらに、例えば、冷間金属トランスファー溶接プロセスのより迅速な実施を確保するために、冷間金属トランスファー溶接プロセス中のワイヤ搬送速度を変化させ、特に、増加させることも可能である。
【００３１】
第１溶接トーチ１０のＭＩＧ／ＭＡＧ溶接プロセスにおいて、他の知られた溶接方法、例えば、パルス法、短絡法などを調整することも可能である。例えば、図４と図５に示したグラフは、冷間金属トランスファー溶接プロセスと組み合わせたパルス溶接プロセスを図示している。最初のグラフ５３は、パルス溶接プロセスの電流−時間グラフを示し、グラフ５４は、パルス溶接プロセスの電圧−時間グラフを示し、グラフ５５は、パルス溶接プロセスのワイヤ移動グラフを示し、グラフ５６は、冷間金属トランスファー溶接プロセスの電流−時間グラフを示し、グラフ５７は、冷間金属トランスファー溶接プロセスの電圧−時間グラフを示し、グラフ５８は、冷間金属トランスファー溶接プロセスのワイヤ移動グラフを示している。
【００３２】
パルス溶接プロセスについては、先行技術から既によく知られているため、詳細には説明していない。パルス溶接プロセスでは、点火段階３９の後、例えば、リフトアーク原理に従って再び実施された後、時間５９において電流パルスの印加により、溶滴４８が溶接ワイヤ１３に形成され（パルス電流段階６０）、そして時間６１で溶接ワイヤ端部から離脱する点を指摘するに留める。その後、電流Ｉは、所定のベース電流５２まで低下する（ベース電流段階６２）。パルス電流段階６０およびベース電流段階６２を周期的に適用することによって、溶滴４８はパルス電流段階６０ごとに溶接ワイヤ１３から離脱し、ワークピース１６への材料トランスファーを確保できる。
【００３３】
この例示的実施形態において、パルス溶接プロセスは、冷間金属トランスファー溶接プロセスと組み合わせており、冷間金属トランスファー溶接プロセスについては、図２〜図５を参照しながら既に説明しているため、詳細には説明しない。本発明に係る組合せにより、例えば、１つだけの電源２の使用が可能になり、これは、個別に動作する溶接トーチ１０，３５に交互に接続される。当然ながら、２つの独立して動作する電源２，３８を使用することによって、溶接プロセスを制御することも可能である。こうして溶接プロセスは、相互に同期することが可能であり、例えば、一定時間間隔(isochronic)の溶滴の離脱が可能になる。
【００３４】
図４に示した例示的実施形態では、パルス溶接プロセスでの溶滴離脱が冷間金属トランスファー溶接プロセスでの溶滴離脱と同期して発生するように、制御を行うことが本質的である。溶滴４８がパルス溶接プロセスで離脱し、これと同時に、溶滴４８が冷間金属トランスファー溶接プロセスで離脱している（時間６１を参照）。もっとも、個々の溶接プロセスの溶滴離脱が同時に発生することは必ずしも必要でない。当然ながら、冷間金属トランスファー溶接プロセスの溶滴離脱は、パルス溶接プロセスに対して時間的にずれるように、特に、図５から判るように、パルス溶接プロセスのベース電流段階６２の期間に発生するように、制御することができる。
【００３５】
基本的には、パルス溶接プロセスと冷間金属トランスファー溶接プロセスの組合せについて図示した例示的実施形態では、第２溶接トーチ３５により実施される冷間金属トランスファー溶接プロセスは、溶接方向で眺めて第１溶接トーチ１０の後に続いている。実質的な利点は、冷間金属トランスファー溶接プロセス中はワークピース１６に導入される熱およびエネルギーが実質的により少ない点にあり、熱入力のわずかな増加で、より多くの溶接材料がＭＩＧ／ＭＡＧ溶接プロセスと冷間金属トランスファー溶接プロセスの組合せによって得られるようになる。ただ追加すべきことは、溶接トーチユニット２９に配置された溶接トーチ１０，３５へエネルギーを供給するために、２つの別々の制御可能な電流源を溶接装置１に配置する点である。このことは、溶接トーチ１０，３５が、個々に動作する溶接トーチ１０，３５と交互に接続される単一の電流源によって制御可能でもあるため、必ずしも必要ではない。
【００３６】
ワークピース１６への熱入力を制御、または低減できるようにするため、第１溶接トーチ１０も冷間金属トランスファー溶接プロセスを実施できるように構成することも可能である。ただ追加すべきことは、冷間金属トランスファー溶接プロセスの実施を可能にするため、図６に概略的に示しているように、各溶接トーチ１０，３５が、自分自身の駆動ユニット３６を備えている点である。さらに、２つの冷間金属トランスファー溶接プロセスは相互に同期しており、即ち、溶接ワイヤ１３からの溶滴離脱が、例えば、同時に発生したり（図７）、図８に概略的に示すように、溶滴離脱が時間的にずれていても構わない。
【００３７】
冷間金属トランスファー溶接プロセスについては、前述した図２〜図５で広範に説明しているため、詳細に説明していない。指摘できることは、図７と図８に概略的に示すように、冷間金属トランスファー溶接プロセスは、点火段階３９の後、例えば、リフトアーク原理に従って再び実施された後に開始する。ここで、グラフ６３は、第１の冷間金属トランスファー溶接プロセスについての電圧−時間グラフ、グラフ６４は電流−時間グラフ、グラフ６５は移動グラフであり、一方、グラフ６５，６６，６７は、同様に、第２の冷間金属トランスファー溶接プロセスについての電圧−時間グラフ、電流−時間グラフおよび移動グラフをそれぞれ示している。
【００３８】
時間６９において（点火段階３９の終わり）、溶接電流Ｉは、有限の範囲で増加し、即ち、電流パルスが印加され、図７に係る２つの溶接プロセスのグラフから判るように、パルス電流段階６０を形成している。一方、図８において、第２の冷間金属トランスファー溶接プロセスが時間的にずれるように開始しており、即ち、第１の冷間金属トランスファー溶接プロセスのパルス電流段階６０だけ遅延している。パルス電流段階６０の期間は、溶接ワイヤ１３，３２がワークピース１６の方向（矢印５０）に搬送され、印加される溶接電流の増加により、溶滴４８がワイヤ上に形成される。溶接ワイヤ１３，３２は、時間７０でワークピース１６と接触するまでワークピース１６の方向に搬送され、続いて短絡形成の後、スタート位置に戻るまで、即ち、距離４０だけ後方へ再び移動する。溶滴離脱は、溶融バス（不図示）への浸漬によって行われる。図８において、遅延した第２の冷間金属トランスファー溶接プロセスにおいて時間７０で溶接電流Ｉは増加し、これによりパルス電流段階６０を開始している。
【００３９】
時間７０において、溶滴の形成または溶接ワイヤ１３，３２の初期溶融を防止するため、溶接電流Ｉはベース電流５２まで低下する（ベース電流段階６２）。第２の冷間金属トランスファー溶接プロセスでのベース電流段階６２は、図８において遅延する方法で表したように、時間７１で見えるように時間的にずれるようにして再び開始する。
【００４０】
当然ながら、第１溶接トーチ１０をＷＩＧ溶接トーチとして設計することも想定され、図９に概略的に示すように、ＷＩＧ溶接プロセスは、冷間金属トランスファー溶接プロセスと組み合わされる。そして、ＷＩＧ溶接プロセスの追加のエネルギー源により、例えば、増加した加熱と、これによるワークピース１６の溶融を得ることが可能になり、一方、冷間金属トランスファー溶接プロセスによりほんの僅かの追加の熱入力が行われる。当然ながら、第１溶接トーチ１０によって冷間金属トランスファー溶接プロセスを実施し、ＷＩＧ溶接プロセスは第２溶接トーチ３５によって実施することも可能であり、これにより、例えば、ワークピース１６への侵入深さが減少するようになり、その結果、ＷＩＧ溶接プロセスは溶接部を滑らかにして、溶接部の品質が向上する。
【００４１】
この場合、非溶電極７２、例えば、タングステン電極が、溶接トーチユニット２９の第１溶接トーチ１０にガスノズル３７の領域に配置される。この例示的実施形態でのガスノズル３７は分離しており、即ち、２つの独立した別々の溶接プロセス、即ち、ＷＩＧ溶接プロセスと冷間金属トランスファー溶接プロセスのための２つの溶接トーチ１０，３５は、それぞれ自分自身のガスノズル３７を有している。ただ１つの熱的かつ電気的に分離したガスノズル３７が図示されている。このことは、例えば、別々の溶接ガス、別々のガス圧力を２つの独立した溶接プロセスについて使用できるという利点をもたらす。その結果、各溶接プロセスについて個々に最適な溶接ガスを用いるため、例えば、溶接部の品質が向上するようになる。溶接ワイヤ１３、即ち、ＷＩＧ溶接プロセスのための溶接金属が、溶接トーチ１０に供給され、チューブ７３を通って溶接トーチ１０の電気アーク１５へ搬送される。ＷＩＧ溶接プロセスは、先行技術から知られた溶接プロセスであるため、ここでは詳細には説明していない。既に説明したように、冷間金属トランスファー溶接プロセスは、ＷＩＧ溶接プロセスと組み合わせており、冷間金属トランスファー溶接プロセスについては、図２〜図５により既に説明しているため、詳細に説明していない。
【００４２】
図１０に係る例示的実施形態において、プラズマトーチにより形成される溶接プロセスが、冷間金属トランスファー溶接プロセスと組み合わせている。プラズマ溶接プロセスは、先行技術から周知であるため、プラズマ溶接プロセスについては詳細に説明していない。指摘できることは、プラズマ溶接プロセスでの電気アーク１５が、ＨＦ点火によってガスノズル７４中で点火されることである。電気アーク１５は、ガスノズル７４の内部で燃えており、高温でイオン化したプラズマジェット７５がガスノズル７４から出現している。点火段階３９（不図示）の後、点火段階３９と比べて減少した溶接電流が、電気アーク１５を維持するために印加される。プラズマジェット７５は、ワークピース１６を溶融させる。そして、プラズマジェット７５の中には、溶接ワイヤ１３、即ち、溶接金属が、溶接トーチユニット２９の溶接トーチ１０に配置されたチューブ７３を通って搬送される。これにより連続した溶滴の離脱が確保される。
【００４３】
当然ながら、プラズマ溶接プロセスと冷間金属トランスファー溶接プロセスの組合せにおいて、図９においてＷＩＧ溶接プロセスと冷間金属トランスファー溶接プロセスの組合せについて既に説明したように、ガスノズル３７を別々のガスノズル３７として構成することも可能である。この例示的実施形態において、冷間金属トランスファー溶接プロセスは、プラズマ溶接プロセスと組み合わせている。冷間金属トランスファー溶接プロセスについては、図２〜図５により既に説明しているため、詳細に説明していない。
【００４４】
当然、第１溶接トーチ１０をレーザユニット７６と置き換えることも可能であり、溶接トーチユニット２９でのレーザユニット７６は、冷間金属トランスファー溶接プロセスのための第２溶接トーチ３５と組み合わせている。こうした変形例は、図１１に図示している。当然ながら、レーザユニット７６は、溶接トーチユニット２９の外側に配置することも可能である。
【００４５】
この構成は、レーザ７７またはレーザ光学系を使用した場合、増加した溶接レートで、溶接部が実質的に減少するようになるという利点をもたらす。その理由は、レーザジェット７８が、ワークピース１６への所定の侵入深さを可能にし、後段に設けられる冷間金属トランスファー溶接プロセスが、用意された継ぎ目(seam)を充填するためである。従って、増強したギャップ補完能力が確保されるため、溶接部の低い精度の予備ワークが必要になるであろう。レーザユニット７６は、この例示的実施形態では溶接トーチを構成しており、冷間金属トランスファー溶接プロセスと再び組み合わされる。
【００４６】
説明した例示的実施形態に関して、ただ追加すべきことは、溶接トーチ１０，３５が、別々の溶接ワイヤおよび溶接ワイヤ直径を受け入れ可能なように、設計されている点である。従って、溶接ワイヤの変更の際、ワイヤ搬送のために、必要で構造的な構成部分の置き換えは不必要になり、これにより使用者による搬送操作を省略できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】溶接ユニットまたは溶接装置の概略図である。
【図２】本発明に係る溶接装置の概略図である。
【図３】溶射アーク溶接および冷間金属トランスファー溶接プロセスについてのパワー、電圧および移動のグラフをそれぞれ示している。
【図４】パルス溶接および冷間金属トランスファー溶接プロセスについてのパワー、電圧および移動のグラフをそれぞれ示している。
【図５】パルス溶接および冷間金属トランスファー溶接プロセスについてのパワー、電圧および移動のグラフをそれぞれ示している。
【図６】本発明に係る溶接装置の概略図である。
【図７】２つの冷間金属トランスファー溶接プロセスについてのパワー、電圧および移動のグラフを示している。
【図８】２つの時間オフセット冷間金属トランスファー溶接プロセスについてのパワー、電圧および移動のグラフを示している。
【図９】本発明に係る他の溶接装置の概略図である。
【図１０】本発明に係る他の溶接装置の概略図である。
【図１１】本発明に係る他の溶接装置の概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホースパック（２３，２８）を介して接続可能な溶接トーチユニット（２９）を持つ溶接装置（１）を備え、
溶接装置（１）には、少なくとも１つの制御装置（４）と、溶接電流源（２）と、任意であるワイヤ供給ユニット（３）とが配置され、
溶接トーチユニット（２９）は、少なくとも２つの独立した別々の溶接プロセスを実行するように、少なくとも２つの別個の溶接トーチ（１０，３５）で形成され、
第１溶接トーチ（１０）は、ある溶接プロセスを実行するように構成され、
少なくとも第２溶接トーチ（３５）は、溶接ワイヤ（３２）の前後移動による冷間金属トランスファー溶接プロセスを実行するように構成され、
少なくとも２つの溶接トーチ（１０，３５）によって実行される溶接プロセスを同期させるための装置が設けられたことを特徴とする溶接ユニット（２７）。
【請求項２】
第１溶接トーチ（１０）は、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチで構成されることを特徴とする請求項１記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項３】
第１溶接トーチ（１０）は、ＷＩＧ溶接トーチで構成されることを特徴とする請求項１記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項４】
第１溶接トーチ（１０）は、プラズマバーナーで構成されることを特徴とする請求項１記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項５】
第１溶接トーチ（１０）は、冷間金属トランスファー溶接プロセスを実行するように設計されていることを特徴とする請求項１記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項６】
第１溶接トーチ（１０）は、レーザユニット（７６）で構成され、溶接トーチユニット（２９）において、冷間金属トランスファー溶接プロセスのための第２溶接トーチ（３５）と組み合わされていることを特徴とする請求項１記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項７】
第１溶接トーチ（１０）は、溶接方向に沿って第２溶接トーチ（３５）より先行してい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ユニット（２７）。
【請求項８】
溶接トーチユニット（２９）にエネルギーを供給するために、２つの別個に制御可能な電流源（２，３８）が溶接装置（１）に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項９】
溶接トーチユニット（２９）にエネルギーを供給するために、ただ１つの電流源（２）が溶接装置（１）に配置され、該電流源は、個々に動作する溶接トーチ（１０，３５）と交互に接続されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項１０】
少なくとも２つの溶接トーチ（１０，３５）は、共通のガスノズル（３７）を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項１１】
溶接トーチユニット（２９）の少なくとも２つの溶接トーチ（１０，３５）は、溶接部の長手方向、即ち、溶接方向において互いに側方にずれていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項１２】
少なくとも２つの溶接トーチ（１０，３５）の溶接ワイヤ（１３，３２）は、異なる材料で構成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ユニット（２７）。
【請求項１３】
少なくとも２つの溶接トーチ（１０，３５）の溶接ワイヤ（１３，３２）は、異なる直径を有す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ユニット（２７）。
【請求項１４】
少なくとも２つの別個の溶接プロセスを組み合せる溶接方法であって、
少なくとも１つの溶接プロセスは、冷間金属トランスファー溶接プロセスであり、
消費される溶接ワイヤが前後に移動して、少なくとも２つの溶接プロセスが時間で同期していることを特徴とする溶接方法。
【請求項１５】
溶接プロセスは、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接プロセスで構成されることを特徴とする請求項１４記載の溶接方法。
【請求項１６】
溶接プロセスは、ＷＩＧ溶接プロセスで構成されることを特徴とする請求項１４記載の溶接方法。
【請求項１７】
溶接プロセスは、プラズマ溶接プロセスで構成されることを特徴とする請求項１４記載の溶接方法。
【請求項１８】
少なくとも２つの溶接プロセスは、冷間金属トランスファー溶接プロセスで構成されることを特徴とする請求項１４記載の溶接方法。
【請求項１９】
溶接プロセスは、レーザ溶接プロセスで構成されることを特徴とする請求項１４記載の溶接方法。
【請求項２０】
冷間金属トランスファー溶接プロセスは、溶接方向において他の溶接プロセスに続いていることを特徴とする請求項１４〜１９のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項２１】
消費される溶接ワイヤを用いた少なくとも２つの溶接プロセスは、少なくとも２つの溶接プロセスの溶接ワイヤからの溶滴の離脱が同時に発生するように、時間で同期していることを特徴とする請求項１４〜２０のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項２２】
溶融する溶接ワイヤを用いた少なくとも２つの溶接プロセスは、一方の溶接プロセスの溶接ワイヤからの溶滴の離脱が他方の溶接プロセスの溶接ワイヤからの溶滴の離脱に対して時間的にずれるように、時間で同期していることを特徴とする請求項１４〜２０のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項１】
ホースパック（２３，２８）を介して接続可能な溶接トーチユニット（２９）を持つ溶接装置（１）を備え、
溶接装置（１）には、少なくとも１つの制御装置（４）と、溶接電流源（２）と、任意であるワイヤ供給ユニット（３）とが配置され、
溶接トーチユニット（２９）は、少なくとも２つの独立した別々の溶接プロセスを実行するように、少なくとも２つの別個の溶接トーチ（１０，３５）で形成され、
第１溶接トーチ（１０）は、ある溶接プロセスを実行するように構成され、
少なくとも第２溶接トーチ（３５）は、溶接ワイヤ（３２）の前後移動による冷間金属トランスファー溶接プロセスを実行するように構成され、
少なくとも２つの溶接トーチ（１０，３５）によって実行される溶接プロセスを同期させるための装置が設けられたことを特徴とする溶接ユニット（２７）。
【請求項２】
第１溶接トーチ（１０）は、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接トーチで構成されることを特徴とする請求項１記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項３】
第１溶接トーチ（１０）は、ＷＩＧ溶接トーチで構成されることを特徴とする請求項１記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項４】
第１溶接トーチ（１０）は、プラズマバーナーで構成されることを特徴とする請求項１記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項５】
第１溶接トーチ（１０）は、冷間金属トランスファー溶接プロセスを実行するように設計されていることを特徴とする請求項１記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項６】
第１溶接トーチ（１０）は、レーザユニット（７６）で構成され、溶接トーチユニット（２９）において、冷間金属トランスファー溶接プロセスのための第２溶接トーチ（３５）と組み合わされていることを特徴とする請求項１記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項７】
第１溶接トーチ（１０）は、溶接方向に沿って第２溶接トーチ（３５）より先行してい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ユニット（２７）。
【請求項８】
溶接トーチユニット（２９）にエネルギーを供給するために、２つの別個に制御可能な電流源（２，３８）が溶接装置（１）に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項９】
溶接トーチユニット（２９）にエネルギーを供給するために、ただ１つの電流源（２）が溶接装置（１）に配置され、該電流源は、個々に動作する溶接トーチ（１０，３５）と交互に接続されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項１０】
少なくとも２つの溶接トーチ（１０，３５）は、共通のガスノズル（３７）を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項１１】
溶接トーチユニット（２９）の少なくとも２つの溶接トーチ（１０，３５）は、溶接部の長手方向、即ち、溶接方向において互いに側方にずれていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の溶接ユニット（２７）。
【請求項１２】
少なくとも２つの溶接トーチ（１０，３５）の溶接ワイヤ（１３，３２）は、異なる材料で構成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ユニット（２７）。
【請求項１３】
少なくとも２つの溶接トーチ（１０，３５）の溶接ワイヤ（１３，３２）は、異なる直径を有す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ユニット（２７）。
【請求項１４】
少なくとも２つの別個の溶接プロセスを組み合せる溶接方法であって、
少なくとも１つの溶接プロセスは、冷間金属トランスファー溶接プロセスであり、
消費される溶接ワイヤが前後に移動して、少なくとも２つの溶接プロセスが時間で同期していることを特徴とする溶接方法。
【請求項１５】
溶接プロセスは、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接プロセスで構成されることを特徴とする請求項１４記載の溶接方法。
【請求項１６】
溶接プロセスは、ＷＩＧ溶接プロセスで構成されることを特徴とする請求項１４記載の溶接方法。
【請求項１７】
溶接プロセスは、プラズマ溶接プロセスで構成されることを特徴とする請求項１４記載の溶接方法。
【請求項１８】
少なくとも２つの溶接プロセスは、冷間金属トランスファー溶接プロセスで構成されることを特徴とする請求項１４記載の溶接方法。
【請求項１９】
溶接プロセスは、レーザ溶接プロセスで構成されることを特徴とする請求項１４記載の溶接方法。
【請求項２０】
冷間金属トランスファー溶接プロセスは、溶接方向において他の溶接プロセスに続いていることを特徴とする請求項１４〜１９のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項２１】
消費される溶接ワイヤを用いた少なくとも２つの溶接プロセスは、少なくとも２つの溶接プロセスの溶接ワイヤからの溶滴の離脱が同時に発生するように、時間で同期していることを特徴とする請求項１４〜２０のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項２２】
溶融する溶接ワイヤを用いた少なくとも２つの溶接プロセスは、一方の溶接プロセスの溶接ワイヤからの溶滴の離脱が他方の溶接プロセスの溶接ワイヤからの溶滴の離脱に対して時間的にずれるように、時間で同期していることを特徴とする請求項１４〜２０のいずれかに記載の溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公表番号】特表２００７−５１３７７９（Ｐ２００７−５１３７７９Ａ）
【公表日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４４１６４（Ｐ２００６−５４４１６４）
【出願日】平成１６年１２月１４日（２００４．１２．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＴ２００４／０００４３９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０５６２２８
【国際公開日】平成１７年６月２３日（２００５．６．２３）
【出願人】（５０４３８０６１１）フロニウス・インテルナツィオナール・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング (65)
【氏名又は名称原語表記】ＦＲＯＮＩＵＳ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＧＭＢＨ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１４日（２００４．１２．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＴ２００４／０００４３９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０５６２２８
【国際公開日】平成１７年６月２３日（２００５．６．２３）
【出願人】（５０４３８０６１１）フロニウス・インテルナツィオナール・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング (65)
【氏名又は名称原語表記】ＦＲＯＮＩＵＳ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＧＭＢＨ
【Ｆターム（参考）】
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