融解性の金属材料から成る複数の部品を永久接続するための方法と装置
本発明は、ハイブリット溶接プロセスを実行するためのロボット制御の溶接ユニットを用いて、融解性の金属材料から成る複数の部品相互を永久的に接続するための方法に関わる。この方法に従えば、高性能マグ溶接プロセス（高性能ＭＡＧ）が、実行される。この高性能マグ溶接プロセスを実行する部品は、前記ハイブリット溶接プロセスを実行するために、前記ロボット制御の溶接ユニットによって運ばれ、前記ハイブリット溶接プロセスに貢献するマグ溶接を実行するユニットは、前記溶接ユニットによって引かれるようにして案内される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリット溶接プロセスを実行するためのロボット制御の溶接ユニットを用いて、融解性の金属材料から成る複数の部品を永久に接続するための方法に関わる。
また、本発明は、前述の方法を実行するための装置に関わる。
【背景技術】
【０００２】
上述のような形式の方法及び装置は、特に造船の分野で用いられるような、厚いプレートを相互接合する際に、産業的に利用される。
【０００３】
純粋なレーザーハイブリット溶接、即ち、例えば１５ｍｍの厚いプレートを用いたレーザー溶接とガスメタルアーク溶接（ＧＭＡ）との組み合わせが、一般に高温割れが原因の、いわゆる「ミドル・リブ欠陥」を引き起こすということが知られている。特に、例えば１５ｍｍ以上の厚いプレートの場合、高温割れが生じることによって、溶接シームを再び溶接しなければならない。このような追加の再溶接は、多くの場合、サブマージアーク溶接法である。
【０００４】
ハイブリットシームの再溶接、特に、サブマージアーク溶接法による再溶接は、ミドル・リブ欠陥が、前記ハイブリットシームの根の領域（root region）に変位する危険があるという欠点を有している。このことは、すでにサブマージアーク溶接法によって作り直された前記溶接シームの根の領域が、同様に再溶接されなければならないことを、意味し得る。このことは、更に、もう一度作業工程を必要とし、すなわち、すでに溶接されている部品の向きを変え、このシームを、今度は反対側で、もう一度溶接しなければならない。
【０００５】
再溶接のために用いられるサブマージアーク溶接法は、更に、厚いプレートへの熱の導入と、これによるゆがみとが生じ得るという欠点を有する。
さらに、前記サブマージアーク溶接法によって形成されるシームエレベーションは、特に造船の外皮領域において、見た目には効果が無いと見なされるということが、顕著である。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、厚いプレートのハイブリット溶接において、亀裂が発生する危険性、即ち、ミドル・リブ欠陥の発生を防ぐという問題に基づいている。
この問題は、請求項１の特徴による方法に従って解決される。本発明に係る方法の加療は、従属請求項２乃至５から明らかになる。
この装置に従えば、本発明の基礎となっているこの問題は、請求項６乃至８の特徴によって解決される。
【０００７】
融解性の金属材料から成る複数の部品相互を永久接続するための本発明に従った方法では、ロボット制御の溶接ユニットが、ハイブリット溶接プロセスを実行するために用いられている。本発明に従えば、高性能マグ溶接プロセス（ＨＰ−ＭＡＧ）が、予め規定された間隔で、前記ハイブリット溶接プロセスに続いて、実行される。
【０００８】
前記ハイブリット溶接プロセスの溶接シームが冷却し始めるとすぐに、本発明に係る次の更なるＨＰ−ＭＡＧプロセスがすぐに続き、これによって亀裂が除かれる。
ハイブリット溶接プロセスは、種々の溶接プロセスの、どのような組み合わせでもあり得る。
【０００９】
ハイブリット溶接プロセスを実行するために、サブマージアーク溶接プロセス(ＳＡＷ)が、レーザー溶接プロセスと組み合わせて実行されることが、特に好ましい。このようなレーザーハイブリット溶接プロセスは、更なる溶接継ぎ手の用意を省略することにつながる単一レーザー溶接が可能であるため、実際に経済効果をもたらす。プレートが比較的厚い場合は特に、具体的には、造船で頻繁に起きるように溶接継ぎ手の反対側に近づくことが出来ない部品において、単側溶接技術が、実施され得る。
【００１０】
前記ＨＰ−ＭＡＧ溶接プロセスを実行するトーチが、前記ハイブリット溶接プロセスを実行するために前記ロボット制御の溶接ユニットにより支持されて、一緒に移動される構造ユニットに設けられることが好ましい。したがって、ハイブリット溶接プロセスと、これに続くＨＰ−ＭＡＧ溶接プロセスとは、シームに沿って同じ溶接速度で実行される。このため、本発明に係る方法は、「タンデム溶接方法」とも称され得る。
【００１１】
前記ハイブリット溶接プロセスの実行に係るＳＡＷトーチは、このトーチが溶接方向に引かれるようにして傾けられるように、前記溶接ユニットに整列して配置されている。
【００１２】
前記高性能マグ溶接プロセス（ＨＰ−ＭＡＧ）の実行に係るトーチは、前記溶接ユニットに穿孔するようにして（in a piercing manner）案内される。前記引かれるトーチとして案内される前側の前記ＳＡＷトーチと、これに続く穿孔する前記ＨＰ−ＭＡＧとをアラインメントすることによって、速い溶接速度で、最適の溶接結果を可能にする。
【００１３】
約１３乃至２２ｍｍの厚さのプレートを使用して、失敗のない、二層間の溶接が、本発明に係る方法によって、ロボット制御の溶接ユニットの単一の走行で実行され、この溶接ユニットは、更に第２のトーチを案内するように構造ユニットを運ぶ。厚さが１８乃至２０ｍｍのプレートで、溶接の速度に応じて、前記溶接ユニットと構造ユニットとの間の間隔が約１５０乃至４００ｍｍの範囲であることが、有効である。例えば１８ｍｍの厚さのプレートでは、上流のレーザーハイブリット方法によって、接続部の下側８ｍｍが充填され、また、下流ＨＧ−ＭＡＧプロセスが、接続部の残りを、直径１．６ｍｍの溶接ワイヤで充填する。比較的高速で前記ワイヤを融かし、十分な充填の程度を得るために、対応する高性能溶接装置が使われ得る。
【００１４】
この装置に従えば、融解性の、金属材料から成る複数の部品相互を接続するための方法は、ロボット制御の溶接ユニットによって実行され、この溶接ユニットは、ハイブリット溶接プロセス、即ち、サブマージアーク溶接プロセス（ＳＡＷ）とレーザー溶接プロセスとの組み合わせを実行する。この溶接ユニットは、前記ハイブリット溶接プロセスに続いて高性能マグ溶接プロセス（ＨＰ−ＭＡＧ）を実行するために、構造ユニットと接続されている。前記溶接ユニットが、溶接されるシームに沿って、相互に接続される厚いプレートの間を案内されると、ＨＰ−ＭＡＧトーチと接続されている構造ユニットが、予め規定された間隔で、前記溶接ユニットの後に続く。
【００１５】
ロボットによって案内される前記溶接ユニットには、前記ＨＰ−ＭＡＧ溶接トーチを支持する前記構造ユニットが容易に取り付けられることができるキャリアが、設けられ得る。逆も可能であり、前記構造ユニットは、前記溶接ユニットに取り付けられたキャリアを有し得る。
前記キャリアは、これに設けられる前記１つもしくはそれぞれのトーチが、溶接方向にこれらの間隔とのアラインメントとに関して調整され得るように構成されることが、好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この図は、溶接方法を実行するための装置の概略的な側面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
更なる発明の特徴が明らかになる本発明の実施形態が、前記図に表されている。
【００１８】
ここでは融解性の金属材料から成る造船のための厚いプレート１である部品を永久的に接続するための装置は、ロボット制御の溶接ユニット２を有している。このロボット制御の溶接ユニットが、矢印ＶＳに従って溶接方向に案内される時、この溶接ユニットは、同時に、この溶接ユニットに設けられたトーチ３も移動させ、これによって、サブマージアーク溶接プロセス（ＳＡＷ）が実行される。同時に、同じく前記溶接ユニットに位置されたレーザービームを案内する部品４も移動され、この結果、前記溶接ユニット２は、最終的に、前記厚いプレート１に沿った移動によって、予め規定された速度で、矢印ＶＳ方向にハイブリット溶接プロセスを実行する。六角形のヘッド５によってこの図では概略的に示されているように、ねじ接続によって、キャリア６が、前記溶接ユニット２に取り付けられている。このキャリアは、高性能マグ溶接プロセス（ＨＰ−ＭＡＧ）を実行するように、トーチ８が設けられている構造ユニット７を運ぶ。
【００１９】
前記ＳＡＷのトーチ３は、前記溶接方向ＶＳに対して、引かれるようにして、アラインメントされる。前記ＨＰ−ＭＡＧのトーチ８は、同じく前記溶接方向ＶＳに対して、穿孔するようにして、アラインメントされる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリット溶接プロセスを実行するためのロボット制御の溶接ユニットを用いて、融解性の金属材料から成る複数の部品を永久に接続するための方法に関わる。
また、本発明は、前述の方法を実行するための装置に関わる。
【背景技術】
【０００２】
上述のような形式の方法及び装置は、特に造船の分野で用いられるような、厚いプレートを相互接合する際に、産業的に利用される。
【０００３】
純粋なレーザーハイブリット溶接、即ち、例えば１５ｍｍの厚いプレートを用いたレーザー溶接とガスメタルアーク溶接（ＧＭＡ）との組み合わせが、一般に高温割れが原因の、いわゆる「ミドル・リブ欠陥」を引き起こすということが知られている。特に、例えば１５ｍｍ以上の厚いプレートの場合、高温割れが生じることによって、溶接シームを再び溶接しなければならない。このような追加の再溶接は、多くの場合、サブマージアーク溶接法である。
【０００４】
ハイブリットシームの再溶接、特に、サブマージアーク溶接法による再溶接は、ミドル・リブ欠陥が、前記ハイブリットシームの根の領域（root region）に変位する危険があるという欠点を有している。このことは、すでにサブマージアーク溶接法によって作り直された前記溶接シームの根の領域が、同様に再溶接されなければならないことを、意味し得る。このことは、更に、もう一度作業工程を必要とし、すなわち、すでに溶接されている部品の向きを変え、このシームを、今度は反対側で、もう一度溶接しなければならない。
【０００５】
再溶接のために用いられるサブマージアーク溶接法は、更に、厚いプレートへの熱の導入と、これによるゆがみとが生じ得るという欠点を有する。
さらに、前記サブマージアーク溶接法によって形成されるシームエレベーションは、特に造船の外皮領域において、見た目には効果が無いと見なされるということが、顕著である。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、厚いプレートのハイブリット溶接において、亀裂が発生する危険性、即ち、ミドル・リブ欠陥の発生を防ぐという問題に基づいている。
この問題は、請求項１の特徴による方法に従って解決される。本発明に係る方法の加療は、従属請求項２乃至５から明らかになる。
この装置に従えば、本発明の基礎となっているこの問題は、請求項６乃至８の特徴によって解決される。
【０００７】
融解性の金属材料から成る複数の部品相互を永久接続するための本発明に従った方法では、ロボット制御の溶接ユニットが、ハイブリット溶接プロセスを実行するために用いられている。本発明に従えば、高性能マグ溶接プロセス（ＨＰ−ＭＡＧ）が、予め規定された間隔で、前記ハイブリット溶接プロセスに続いて、実行される。
【０００８】
前記ハイブリット溶接プロセスの溶接シームが冷却し始めるとすぐに、本発明に係る次の更なるＨＰ−ＭＡＧプロセスがすぐに続き、これによって亀裂が除かれる。
ハイブリット溶接プロセスは、種々の溶接プロセスの、どのような組み合わせでもあり得る。
【０００９】
ハイブリット溶接プロセスを実行するために、サブマージアーク溶接プロセス(ＳＡＷ)が、レーザー溶接プロセスと組み合わせて実行されることが、特に好ましい。このようなレーザーハイブリット溶接プロセスは、更なる溶接継ぎ手の用意を省略することにつながる単一レーザー溶接が可能であるため、実際に経済効果をもたらす。プレートが比較的厚い場合は特に、具体的には、造船で頻繁に起きるように溶接継ぎ手の反対側に近づくことが出来ない部品において、単側溶接技術が、実施され得る。
【００１０】
前記ＨＰ−ＭＡＧ溶接プロセスを実行するトーチが、前記ハイブリット溶接プロセスを実行するために前記ロボット制御の溶接ユニットにより支持されて、一緒に移動される構造ユニットに設けられることが好ましい。したがって、ハイブリット溶接プロセスと、これに続くＨＰ−ＭＡＧ溶接プロセスとは、シームに沿って同じ溶接速度で実行される。このため、本発明に係る方法は、「タンデム溶接方法」とも称され得る。
【００１１】
前記ハイブリット溶接プロセスの実行に係るＳＡＷトーチは、このトーチが溶接方向に引かれるようにして傾けられるように、前記溶接ユニットに整列して配置されている。
【００１２】
前記高性能マグ溶接プロセス（ＨＰ−ＭＡＧ）の実行に係るトーチは、前記溶接ユニットに穿孔するようにして（in a piercing manner）案内される。前記引かれるトーチとして案内される前側の前記ＳＡＷトーチと、これに続く穿孔する前記ＨＰ−ＭＡＧとをアラインメントすることによって、速い溶接速度で、最適の溶接結果を可能にする。
【００１３】
約１３乃至２２ｍｍの厚さのプレートを使用して、失敗のない、二層間の溶接が、本発明に係る方法によって、ロボット制御の溶接ユニットの単一の走行で実行され、この溶接ユニットは、更に第２のトーチを案内するように構造ユニットを運ぶ。厚さが１８乃至２０ｍｍのプレートで、溶接の速度に応じて、前記溶接ユニットと構造ユニットとの間の間隔が約１５０乃至４００ｍｍの範囲であることが、有効である。例えば１８ｍｍの厚さのプレートでは、上流のレーザーハイブリット方法によって、接続部の下側８ｍｍが充填され、また、下流ＨＧ−ＭＡＧプロセスが、接続部の残りを、直径１．６ｍｍの溶接ワイヤで充填する。比較的高速で前記ワイヤを融かし、十分な充填の程度を得るために、対応する高性能溶接装置が使われ得る。
【００１４】
この装置に従えば、融解性の、金属材料から成る複数の部品相互を接続するための方法は、ロボット制御の溶接ユニットによって実行され、この溶接ユニットは、ハイブリット溶接プロセス、即ち、サブマージアーク溶接プロセス（ＳＡＷ）とレーザー溶接プロセスとの組み合わせを実行する。この溶接ユニットは、前記ハイブリット溶接プロセスに続いて高性能マグ溶接プロセス（ＨＰ−ＭＡＧ）を実行するために、構造ユニットと接続されている。前記溶接ユニットが、溶接されるシームに沿って、相互に接続される厚いプレートの間を案内されると、ＨＰ−ＭＡＧトーチと接続されている構造ユニットが、予め規定された間隔で、前記溶接ユニットの後に続く。
【００１５】
ロボットによって案内される前記溶接ユニットには、前記ＨＰ−ＭＡＧ溶接トーチを支持する前記構造ユニットが容易に取り付けられることができるキャリアが、設けられ得る。逆も可能であり、前記構造ユニットは、前記溶接ユニットに取り付けられたキャリアを有し得る。
前記キャリアは、これに設けられる前記１つもしくはそれぞれのトーチが、溶接方向にこれらの間隔とのアラインメントとに関して調整され得るように構成されることが、好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この図は、溶接方法を実行するための装置の概略的な側面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
更なる発明の特徴が明らかになる本発明の実施形態が、前記図に表されている。
【００１８】
ここでは融解性の金属材料から成る造船のための厚いプレート１である部品を永久的に接続するための装置は、ロボット制御の溶接ユニット２を有している。このロボット制御の溶接ユニットが、矢印ＶＳに従って溶接方向に案内される時、この溶接ユニットは、同時に、この溶接ユニットに設けられたトーチ３も移動させ、これによって、サブマージアーク溶接プロセス（ＳＡＷ）が実行される。同時に、同じく前記溶接ユニットに位置されたレーザービームを案内する部品４も移動され、この結果、前記溶接ユニット２は、最終的に、前記厚いプレート１に沿った移動によって、予め規定された速度で、矢印ＶＳ方向にハイブリット溶接プロセスを実行する。六角形のヘッド５によってこの図では概略的に示されているように、ねじ接続によって、キャリア６が、前記溶接ユニット２に取り付けられている。このキャリアは、高性能マグ溶接プロセス（ＨＰ−ＭＡＧ）を実行するように、トーチ８が設けられている構造ユニット７を運ぶ。
【００１９】
前記ＳＡＷのトーチ３は、前記溶接方向ＶＳに対して、引かれるようにして、アラインメントされる。前記ＨＰ−ＭＡＧのトーチ８は、同じく前記溶接方向ＶＳに対して、穿孔するようにして、アラインメントされる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリット溶接プロセスを実行するためのロボット制御の溶接ユニットを用いて、融解性の金属材料から成る複数の部品相互を永久的に接続するための方法において、
高性能マグ溶接プロセス（ＨＰ−ＭＡＧ）が、前記ハイブリット溶接プロセスの後に、予め規定された間隔で続くように、実行されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ＨＰ−ＭＡＧ溶接プロセスを実行する構造ユニット（７）が、前記ハイブリット溶接プロセスを実行するための前記ロボット制御の溶接ユニット（２）によって運ばれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ハイブリット溶接プロセスの実行に係るＳＡＷトーチ（３）が、前記溶接ユニット（２）によって引かれるようにしてアラインメントされるように案内されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記高性能マグ溶接プロセス（ＨＰ−ＭＡＧ）の実行に係るＨＰ−ＭＡＧトーチ（８）は、前記溶接ユニット（２）によって運ばれる前記構造ユニット（７）と共に、穿孔するように案内されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記溶接プロセスは、約０．６乃至１．５ｍ／ｍｉｎの溶接速度で実行されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
ハイブリット溶接プロセスを実行するためのロボット制御の溶接ユニットを用いて、融解性の金属材料から成る複数の部品相互を接続するための装置において、
構造ユニット（７）が、前記ハイブリット溶接プロセスに続いて高性能マグ溶接プロセス（ＨＰ−ＭＡＧ）を実行するように、前記溶接ユニット（２）に接続されていることを特徴とする装置。
【請求項７】
溶接ユニット（２）と構造ユニット（７）との間の間隔は、約１５０乃至４００ｍｍに等しいことを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記溶接ユニット（２）は、前記構造ユニット（７）が取り付けられているキャリア（６）を有することを特徴とする、請求項６または７に記載の装置。
【請求項１】
ハイブリット溶接プロセスを実行するためのロボット制御の溶接ユニットを用いて、融解性の金属材料から成る複数の部品相互を永久的に接続するための方法において、
高性能マグ溶接プロセス（ＨＰ−ＭＡＧ）が、前記ハイブリット溶接プロセスの後に、予め規定された間隔で続くように、実行されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ＨＰ−ＭＡＧ溶接プロセスを実行する構造ユニット（７）が、前記ハイブリット溶接プロセスを実行するための前記ロボット制御の溶接ユニット（２）によって運ばれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ハイブリット溶接プロセスの実行に係るＳＡＷトーチ（３）が、前記溶接ユニット（２）によって引かれるようにしてアラインメントされるように案内されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記高性能マグ溶接プロセス（ＨＰ−ＭＡＧ）の実行に係るＨＰ−ＭＡＧトーチ（８）は、前記溶接ユニット（２）によって運ばれる前記構造ユニット（７）と共に、穿孔するように案内されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記溶接プロセスは、約０．６乃至１．５ｍ／ｍｉｎの溶接速度で実行されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
ハイブリット溶接プロセスを実行するためのロボット制御の溶接ユニットを用いて、融解性の金属材料から成る複数の部品相互を接続するための装置において、
構造ユニット（７）が、前記ハイブリット溶接プロセスに続いて高性能マグ溶接プロセス（ＨＰ−ＭＡＧ）を実行するように、前記溶接ユニット（２）に接続されていることを特徴とする装置。
【請求項７】
溶接ユニット（２）と構造ユニット（７）との間の間隔は、約１５０乃至４００ｍｍに等しいことを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記溶接ユニット（２）は、前記構造ユニット（７）が取り付けられているキャリア（６）を有することを特徴とする、請求項６または７に記載の装置。
【図１】
【公表番号】特表２０１０−５２６６６９（Ｐ２０１０−５２６６６９Ａ）
【公表日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５０７７８７（Ｐ２０１０−５０７７８７）
【出願日】平成２０年５月６日（２００８．５．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００８／０００７６２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１３８３０４
【国際公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（５０９３１６６８２）メイアー・ベルフト・ゲーエムベーハー (1)
【氏名又は名称原語表記】ＭＥＹＥＲ ＷＥＲＦＴ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｇｅｂｉｅｔ Ｓｕｅｄ， ２６８７１ Ｐａｐｅｎｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月６日（２００８．５．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００８／０００７６２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１３８３０４
【国際公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（５０９３１６６８２）メイアー・ベルフト・ゲーエムベーハー (1)
【氏名又は名称原語表記】ＭＥＹＥＲ ＷＥＲＦＴ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｇｅｂｉｅｔ Ｓｕｅｄ， ２６８７１ Ｐａｐｅｎｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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