JP4234105B2 - 短絡制御を有する電弧パルス溶接機 - Google Patents

Description

本発明は電弧溶接技術に関し、さらに詳しくは短絡制御を有する電弧パルス溶接機に関するものである。

パルス・スプレー溶接用に波形技術を用いるとき、各波形が電流上昇部、ピーク電流部、電流下降部および背景電流部を含む一連の波形が作られる。インバータや同等のチョッパのような高速切換電源を操作するため、所定長さのパルスを与えるパルス幅変調器によって一般に制御される一連の短い電流によって個々の波形が作られる。スプレー・パルス溶接プロセスを与えるため次々と作られる個々の波形は、出力制御信号をもつ波形発生器あるいは波成形器によって制御される。この信号は、デジタルであれアナログであれ、１８ｋ〜２０ｋＨｚよりも高い周波数で作動するパルス幅変調器からのパルスのデューティ・サイクルを決定する。この波形技術により、各パルスの波形が正確に制御される。こうして、溶接機によってなされる均一なパルス・スプレー溶接プロセスがなされ得る。このようなプロセスは、沖合の（油田等の）プラットフォーム用溶接にあげる重量構造板用のパイプ継手のような重量工作物間の溝の根部を満たすのに広く用いられる。過去に、そのようなプロセスは通常フラックス芯電極を用いていたが、溶接ビーズの品質制御において幾つかの難点を生じさせた。実際に、フラックス芯電極を用いて溶接すると、溶接金属内の過度に拡散する水素に対する防御の注意が予め必要になる、したがって、フラックス芯電極が成功したとしても、遠く離れた場所（ｏｕｔ−ｏｆ−Ｐｏｓｉｔｉｏｎ、たとえば沖合など）での溶接がなされ得るように熱を制御するため、根部を閉じるための低部ビーズがＳＴＴ溶接プロセスによって堆積されねばならなかった。パルス溶接の不利の一つは、短絡時の低熱入力であるため、パルス溶接は望むほどには強くなかったことがわかっている。短絡は、まず、その存在を検出し、次に短絡が破れるまで制御した速さで電流を増すことにより処理される。その後、溶接は続けられる。この断続的な電流の増加によって、単に短絡が止まり、溶接ビーズの品質が妨げられるだけだった。したがって、パルス・スプレー電弧溶接は、特に固体ワイヤ電極と使うときには、重量部溶接における開設根路の溶接を満足に行うことができなかった。

本発明は、上記従来のフラックス芯溶接法に比べて、一定のより低い水素溶接堆積物、より高い電極効率および改善された動作特性を有する溶接プロセスおよびそのための溶接機を提供するものである。

本発明の溶接機は、電極と工作物との間に電流を流す溶接プロセスを行うように制御された波形発生器、ここで前記溶接プロセスは溶接プロセスがそれぞれ開始時刻、第１経過時刻まで続く電流上昇部、ピーク電流を有し第２経過時刻まで続くピーク電流部、第３経過時刻まで続く電流下降部、および背景電流を有して、第４経過時刻まで続く背景電流部を有する一連の電流パルス波形をもつ、前記電極と工作物の間の短絡を検知するための電圧検知回路、および短絡を検知すると直ちに前記波形発生器を前記開始時刻にリセットするための回路を有する電弧溶接機である。

本発明のプロセスはガス・シールドを使って用いられ、好ましくは固体金属ワイヤを用いる。このワイヤは溶接堆積物中により少ない水素を含むが、従来法における選択のワイヤではなかった。本発明のパルス溶接プロセスは、ランダムに生じる短絡を処理するための改善された方法である。ガス・シールドを有する固体ワイヤが、従来のフラックス芯電極を用いる方法の欠点を克服するため、電弧パルス溶接に用いられ得る。本発明はパルス・スプレー溶接に関し、電極と工作物の間に不注意のためランダムに生じる短絡を除く新規な方法を用いる。本発明を用いれば、水素による割れ目の発生を抑えやすい金属堆積物中に水素が減る。本発明は単一固体ワイヤ電極用に述べられ、かつ、開発されたがインバータやチョッパのような高速切換電源によってそれぞれ駆動されるタンデム電極を用いるマルチ電弧方法用にも適切である。電源は、それぞれパルス波形発生器によって作られた一連のパルス波形を出力する。本発明は、−４０°Ｆで３５ｆｔ−ｌｂｓのシャルピー（ｃｈａｒｐｙ）衝撃値に合致あるいはそれを超えるように、スーパー・アークＬＡ−７５固体ワイヤ電極およびシールド・ガスの組合せを用いるときに最適化される。本発明によって開発された方法は、すべての溶接位置において有用で、頭文字ＧＭＡＷ−Ｐで表示される。本発明の方法は、非破壊試験に先立って、拡散し得る水素を低め、完全な溶接のための保持時間の必要性を減らし、あるいはなくす。

本発明は、オハイオ州クリーブランドのリンカーン・エレクトリック社が製造販売している「パワー・ウェーブ４５５」のような標準電源を用いる。波形技術は、インバータやチョッパのような高速切換電源を用いる溶接プロセスに対して速記（ａ ｓｈｏｒｔｈａｎｄ）の役割、つまり、高速対応をなし得る。各波形は、電源制御器のパルス幅変調器の時間ベースに基づいて動作を制御する出力信号をもつ波形発生器のプログラムによって定まる形状を有する。パルス幅変調器は、１８ｋ〜２０ｋＨｚよりも高い周波数で作動する。固体金属ワイヤ（電極）を有するパルス・スプレー溶接方法を用いる能力が、本発明を用いることによって増進され、可能にされる。

本発明の好ましい実施態様によれば、波形発生器を有する電気溶接機が提供される。当該溶接機は、電極を工作物の間に流れる電流を含む溶接プロセスを生じる標準波形技術を用いる。

本発明の溶接プロセスは、パルス・スプレー法であり、ここで形成される各波形は電流上昇部、ピーク電流部、電流下降部および背景電流部を有する。傾斜部は、リンカーン電気によって開発された波形技術を用いて可能になる。他のパルス波形は、上昇部も下降部ももたない。溶接プロセスの熱は、傾斜部が使われようが使われまいが、ピーク電流および背景電流によって決められ、これらの各々によって熱が増される。溶接プロセスの熱を制御するため、ピーク電流および背景電流のそれぞれが調整され、あるいはピーク電流の時間と背景電流の時間の比が調整され得る。これらの特性はすべて、標準の従来技術を含み、連続する波形の形状は、通常ソフトウエア回路であるがアナログ回路も使い得るパルス幅変調器を用いて波形発生器によって制御される。パルス幅変調器は、高速切換インバータやチョッパを制御し、チョッパは波形技術溶接機においてインバータと等価と考え得る。上記のように、溶接機は標準的で、パルス・スプレー溶接の波形を制御するために波形発生器を用いる。本発明によれば、このタイプの溶接機は、電極と工作物の間の短絡を検知するための電圧検知回路、および短絡発生時に波形発生器を波形の始点に留めるための回路を有する。パルス溶接の間に短絡が検知されると、溶接機は次のパルス電流波形を開始する。本発明は、この改善点、すなわち、短絡発生時に傾斜部を伴ってあるいは伴わずに次の波形を開始し得る点で、従来のパルス・スプレー溶接法とは異なっている。当該次の電流パルスによって、短絡がクリアーされ、パルス・スプレー溶接プロセスが進められる。このプロセスによって、沖合等で強い溶接を行うために、ガス・シールドされた固体ワイヤあるいは金属芯ワイヤが用いられ得ることがわかっている。本発明のこの改善されたプロセスは、水素をより含まない溶接堆積物を生ずるため、水素によるクラッキング（割れ目）の発生しやすさを減らすので、従来のＦＣＡＷプロセスよりも優れている。本発明のプロセスは、拡散を得る水素の含有率を低め、沖合等で用いられたとき、平らなビーズを生じさせるため、アーク長さを制御する。パルス間に短絡が発生する時間は、溶接プロセスが加えられる熱の量を自動的に決める。

本発明の他の目的は、次のパルスが発生しピーク電流値まで達した後でも短絡が続いている場合に用いられる短絡除去プログラムあるいは回路の提供である。本発明を用いるべき短絡が発生し、電流上昇部の間に次のパルスの波形が短絡を除去しなければ、その短絡を確実に除去するために、ピーク電流を超えてさらに電流を増加させるルーチンが存在する。したがって、本発明の基本的側面は、短絡がより一層生じやすい電流下降部および背景電流部の間に用いられる。短絡が続くなら、標準的な電流増加ルーチンがその短絡を止めるために用いられる。

本発明の主な目的は、改善されたパルス・スプレー溶接方法を提供することにあり、当該方法は、好ましくは波形技術によってなし遂げられ、単に増加電流によってのみ短絡が除かれた従来技術によって生じる変化なしに、沖合等の離れた場所で溶接が強く、かつ、操作可能にするように、ガス・シールドを有する固体金属電極すなわちワイヤの使用を可能にする。本発明は、固体ワイヤの使用が困難あるいは不可能な場所で用いられる。しかし、芯付ワイヤが本発明の実施に用いられ得る。

本発明の目的は、上記溶接方法を実施するため、改善された短絡制御手順を有するパルス・スプレー・モードで作動する改良された電気溶接機を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、溶接ビーズ中の拡散水素の量を減らす固体ワイヤを用い得る上記溶接機および溶接方法を提供することにある。本発明は、短絡発生と同時に、次のパルス波形を開始する。この新規な短絡処理ルーチンは、従来固体ワイヤが使用困難あるいは不可能であった応用分野で使われ得るので、固体ワイヤを使うことができる。固体ワイヤは、従来のフラックス芯ワイヤよりも水素含有率が低い。したがって、固体ワイヤを用いた溶接機は、拡散水素を少ししか含まない。

さらに他の本発明の目的は、シールド・ガスを用いてあるいは用いずに、固体金属ワイヤを使用可能にするが、芯付ワイヤにも適用可能な短絡処理ルーチンの使用にある。

これらおよび他の目的と効果は、添付図面を用いた以下の説明から明らかになるであろう。

本発明を用いることで改善されたパルス・スプレー溶接方法は、図１のＡで示されるような標準的な電弧溶接機Ａを用いる。ここで電源１０は、インバータやチョッパのような高速切換電源で、３相電気入力として図示されている入力線１２を用いている。もちろん、さまざまな電圧と周波数をもつ単相入力電源、あるいはモータやエンジン駆動の発電機さえも、電源１０に電力を導くのに使われ得る。出力線１４、１６は電極Ｅおよび工作物ＷＰに直列に接続され、これらＥとＷＰの間に電流を導くことにより溶接を行う。標準実務によれば、電極に連続ワイヤで、従来技術ではフラックス芯ワイヤであったが、本発明では固体ワイヤが使われ得る。これは従来、幾つかの沖合（油田等の）の適用においては、不可能である。固体ワイヤを使うことにより、溶接ビーズ中の含有水素の量が減るため、水素によるビーズ・クラッキングが減る。

本発明の好ましい実施態様によれば、固体ワイヤはアルゴン９５％、二酸化炭素５％からなるシールド・ガスを有する。標準実務によって、電極を工作物の間にシールド・ガスが提供される。従来パルス・スプレー溶接に必要であった芯付ワイヤに替えて、本発明によれば固体ワイヤを使用できる。ワイヤ２０はスプール２２から、標準技能によってモータ３０で回転している駆動ロール２４、２６の間に引っ張られている。溶接スリーブ４０は、電極と工作物の間でなされる溶接プロセスが出力線１４、１６間の電流波形からなるように、電流を電源１０から電極Ｅに導くために使われる。アーク電流を決めるため、分流器５０が電流帰還回路５４に導かれるライン５２に信号を発生するので、ライン５６上の出力信号はいかなる時にも生ずる真の出力電流のデジタルあるいはアナログ表示になる。同様に、電圧帰還回路６０は溶接の瞬間的なアーク電圧を検知するための入力６２、６４を有して出力６６に信号を生ずる。この電圧信号は瞬間的なアーク電圧のデジタルあるいはアナログ表示である。アーク電流・電圧は帰還ループで波形発生器７０に導かれ、波形発生器７０は制御ライン７２の信号に従って各々選択形状を有する一連の波形を生ずるように設定される。制御信号は所望のパルス波形を表わす。ライン７２の出力制御信号は、標準的な波形技術に従うデジタル指示のプログラム文か、アナログ命令信号かのいずれかである。電源の制御器の内部はパルス幅変調回路、通常はソフトウエア信号で、この回路は電極Ｅと工作物ＷＰの間の溶接プロセスにおける波形を制御する。これらがパルス・スプレー溶接プロセスを生ずるための波形である。発生器７０からライン７２の信号によって作られる標準波形を図４に示す。波形Ｂは、時刻Ｔ０における開始位置ａからの標準的プロフィールを有する。このプロフィールを作るため、電流上昇部ｂが経過時刻Ｔ１まで発生器７０によって作られる。その後で、波形Ｂは経過時刻Ｔ２まで続く電流ピーク部ｃに入る。次に波形Ｂは、経過時刻Ｔ３で終わる電流降下部ｄに入り、次いで背景電流部ｅに移る。これは、次の波形の開始時刻Ｔ０に一致する時刻Ｔ４で終わる。本発明は、好ましくは波形Ｂを有する波形技術溶接機において実施される。しかし、他の溶接機も本発明と波形Ｂを使い得るが、そのような溶接機は電流上昇部あるいは電流降下部を有さない。本発明は、固体ワイヤが実用的でなく、したがってＦＣＡＷが必要なとき、固体ワイヤの使用を可能にすべく有効に使われ得る。

本発明で好ましく使われる標準的波形技術は、パルス・スプレーに溶接プロセスを生じさせるため、発生器７０の制御の下、波形Ｂをくり返し出力する。波形発生器は、一連の指示および真／偽文に基づく波形を周期させるプロセッサである。波形発生器はライン５６の電流帰還信号からの指示を調整する。この信号が真であれば、発生器がライン６６の信号を処理するので、電流・電圧波形の双方が制御される。電流・電圧信号はライン５６、６６によって発生器７０に帰還され、電極Ｅと工作物ＷＰの間に所望の波形を生じさせるためライン７２の、出力制御信号を正しくさせる。このプロセスは、連続的なパルス波形を制御するため波形技術を用いる分野で周知のさまざまな方法によって行われる。この波形技術プロセスは、波形Ｂのプロフィールを決めるパラメータを適切に選ぶことによって最適化され得る。しかし、電極と工作物の間に不注意で予期せぬ短絡が生じると、波形Ｂによってなされる溶接の品質が悪影響される。電波による抵抗がきわめて減るので、溶接プロセスに導かれるエネルギーが少なくなる。したがって、溶接の品質達成に必要な最適化波形を再現させるため、直ちに短絡を除く必要がある。従来技術では、波形技術あるいは他のパルス・スプレー波形プロセスによって、パルスを形成していた。ある従来技術では、明瞭な電流上昇部・下降部がなかった。これらの電流部は、波形技術を用いれば得られる。本発明は他のパルス・スプレー溶接に等しく適用できる。ある従来技術のプロセスは図２・３に示すシステムおよびグラフによってなされた。図３に示すように、従来の電流波形Ｂ１・Ｂ２およびＢ３が電圧波形Ｃとともに発生している。これらの波形は図４のように最適化されるのだが、発生させるために図２のフローチャートに示すプログラム（ルーチン）Ｐが実行される。ブロック１００のように発生器７０が電流上昇部を生じさせる。この上昇部は時刻Ｔ１で終了し、ブロック１０２のようにピーク電流部を生じる。このピーク電流部は時刻Ｔ２まで続き、Ｔ２においてブロック１０４のように電流下降部が始まる。時刻Ｔ３でブロック１０６の背景電流部が始まり、時刻Ｔ４で終わる。ライン１１０ａで示すようにＴ４の後で発生器７０がリセットされ、図４の波形を実行するようにタイマを再始動させる。波形Ｂは図３に概略的に表示されているが、溶接プロセスは短絡が生じると突然変化する。これを図３の点１２０に示す。この時点で、検知電圧は標準技術による参照電圧よりも小さい。短絡が電流下降部の間に生じると、短絡が図２のライン１２２の信号を発生する。短絡が背景電流部の間に生じると、ライン１２４に信号が発生する。ライン１２２あるいは１２４の信号は短絡除去回路１３０を作動させ、電極と工作物の間の電流を増加させる。これにより、短絡が終了する。短絡が終了すると、溶接機によって検知された電圧が図２のプログラムＰに示され１５Ｖのレベルまで上がる。そうすると、戻りライン１３２が活性化されるので、短絡除去回路１３０が停止し、通常のパルス波形が再開する。これが標準的な技術であり、溶接プロセスにある不安定をもたらしている。すなわち、通常のパルス溶接の中断により、パイプ溶接（油田プラットフォームのような）や沖合構造物のような広大な溶接環境で使われるときには、特に、固体ワイヤがパルス・スプレー溶接に有効に変換されることが妨げられる。点１２０ａで増加電流によって短絡が除かれた後、図２のプログラムＰが再び実行される。熱が極めて増えて、沖合等の場所での溶接に支障をきたす。従来技術を開根部溶接に用いるとすると、短絡を除くべき大電流によって溶接金属が溶融されやすく、開根部を突き抜けてしまう恐れがある。したがって、図２のプログラムＰを用いて図１の溶接機Ａによってパルス溶接を行うと、図３のような波形となり、点１２０で短絡が生じる。従来のパルス・プログラム（波形技術等）を使うと、プロセスは低い電圧において安定しないので、根部通路に対して熱くなりすぎる。一方、本発明による新しいパルス波形は低い電圧において非常に強く、必要な熱入力において根部通路に流入できる。本発明は、過度の短絡発生を妨げるように溶接波形を許容させる短絡除去技術を改善するためのものである。電極が点１２０で短絡すると、本発明によれば、従来技術であり得た電極を過度に溶かす時間を与えることなく、短時間に素早く熱を供給するように応答する。

本発明を図５、６に示し、その波形を図７に示す。制御回路（ネットワーク）２００は、電流帰還設定アンプ２０２および電圧帰還設定アンプ２０４を有している。これらのアンプはライン５６、６６の信号をそれぞれ出力ライン２１０、２１２の信号と比較する。このレベルの信号により、前に説明したように電圧あるいは電流を制御する。パルス波形はそれを最もよく表している図７の電流波形Ｂ１〜Ｂ３で、図３と同様に電圧波形とともに示す。選択回路２２０は溶接機Ａによって用いられる所定のパルス波形Ｂを選択する。タイマ２２２は図４に示した経過時実行信号を発生する。タイマ２２２の出力２２２ａは加算接合点２４０に導かれて、リセット信号をライン２４２に発生する。この信号により図２のタイマ１１０がリセットされる。短絡検出器（検知回路）２３０が短絡の存在を認知する。この回路２３０は、従来技術とは異なった仕方で本発明では使われる。すなわち、通常デジタル比較器である回路２３０によって短絡が検知されると、ライン２３４に信号を発生する。この信号が接合点２４０に導かれ、ライン２４２にリセット信号を発生する。したがって、本発明を用いると、図７の点１２０で短絡が生じると、タイマがリセットされ直ちに新しい波形を開始させる。図７で波形Ｂ１の次に波形Ｂ２が生じる。波形Ｂ２の背景電流部の間に、点１２０で短絡が生じる。これにより直ちにライン２３４に信号を発生させ、新しい波形Ｂ３を開始させる。これにより図７の点１２０ａで短絡を除去し、溶接を続けさせる。これにより直ちに短絡が止まり、自動的に熱を調整する。図６のプログラム（ルーチン）２５０により本発明が実施される。ブロック１００、１０２、１０４、１０６は図２の従来技術のプログラムＰの各ブロックと本質的に同様である。しかし、本発明では、電流下降部あるいは背景電流部の間の短絡により信号がライン２５２あるいは２５４に生じる。また、上記短絡により図５のライン２３４に信号を生じる。この信号によりタイマ１１０がリセットされ、発生器７０の一部として図５に示す回路２６０を作動させて次のパルスを直ちに開始させる。これにより溶接の強さが増し、その一部を図１０に示すためにすべての位置における溶接と同様に開根部の溶接に対しパルス溶接プロセスの使用を可能にする。本発明を用いると、短絡検出器２３０は波形Ｂの下降部あるいは背景部の間でのみ作動する。波形Ｂのすべての間で使用し得るけれども、本発明で想定しているタイプの短絡は、電極端上の金属の相当量を溶かしてしまった間に通常生じる短絡である。溶融金属は工作物に向かうスプレーあるいは粒状の変換を待っている。これは通常波形の開始時やピーク電流部Ｃの間には生じない。本発明は、波形技術および明瞭な傾斜部を持たないパレスを用いない溶接機を使って実施され得る。

本発明の他の側面を図８、９に示す。これは図６のプログラム２５０を用いて実施されるもので、図８のプログラム２５０ａと結合して用いられる。ブロック１００の電流上昇部の間、タイマ２２２は経過時刻Ｔ１を決めるために作動している。この時間が経過し、電圧が図５のライン２３２の参照電圧である１８Ｖよりもまだ小さいと、図８のプログラム２５０ａのライン２７０に信号が生じる。これにより、従来技術では短絡除去用に使われていた標準的回路２８０を用いて制御された速度で電流を増加させる。この電流が図９の電流２８０ａに示すように、波形Ｂの通常形状を超えて増加すると、上記回路２８０は、図５の短絡検知回路２３０からの信号が上記参照電圧１８Ｖを超えて２２Ｖであることを示すのを待つ。この増加電圧は、電流２８０ａによって短絡が破れたことを示している。こうして短絡が除かれるとすぐに、ライン２８２の信号によってピーク電流部をブロック１０２で制御して損失させることにより、プログラム２５０ａをその通常動作に戻す。図８のオプショナル・プログラム２５０ａを使うことにより、次のパルスＢ３が直ちに開始される。これを図７の点１２０に示す。選択したパルス波形が時間満了し、しかも短絡が続いているなら、図９に示す増加電流２８０ａが発生している。ブロック１０２に示すピーク電流部の間に上記と同じ状況になれば、同様のプロセスが生じる。このブーリーン現象（Ｂｏｏｌｅａｎ ｅｖｅｎｔ）によって図８のライン２７２に信号が生じ、回路２８０からの増加電流を接続させる。したがって、本発明の好ましい実施態様は、波形の下降部あるいは背景部の間に短絡によってタイマを直ちにリセットすることを含んでいる。波形に傾斜部がなければ、上記リセットは背景部のみで生じる。ピーク電流部において、回路２８０によって短絡が除かれる。これは、波形技術能力をもつ溶接機を使い、かつ、波形の傾斜部を使う好ましい実施態様の一つの代替（ａｎ ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ）である。波形の上層部およびピーク部の間、短絡を除くための標準的技術に従って短絡によって電流が増加する。実際には、プログラム２５０および２５０ａの双方が使われた。アルゴン主体のシールド・ガスを含んだ固体ワイヤが開根部溶接にうまく使われ、かつ、大きな工作物の充填溶接にも、うまく使われた。こうして、本発明はＧＭＡＷ−Ｐ溶接用固体ワイヤの使用を可能にする。

図１０は、下降溶接における３Ｇ位置として示した。一つの位置に対する本発明の使用を説明するための平面図（上面図）である。本発明のプロセスは他のすべての位置において同様に適用でき、かつ、有用である。工作物３００は約１．２５インチの厚みｘを有する。工作物３０２は約２．０インチの幅ｙを有する。ギャップｚは約０．２０インチで、溝切り角ｒは約３７．５°である。本発明は、１インチＣＴＷＤをもつアルゴン９５％、二酸化炭素５％、シールド・ガス下で操作される０．０５２インチのＥＲ８０Ｓ−Ｎｉｌ電極を使って、溶接（ビーズ）３１０を作るために使われた。開根部の第１通路は、１５０インチ／分のワイヤ供給速度で供給される変調Ｊウィーブ（編み）を用いて垂直下方に溶接される。残りの充填通路は１５０インチ／分の供給速度で垂直上方に溶接される。ギャップ通路は２００インチ／分の供給速度で溶接される。このプロセスは、本発明を用いて満足できる溶接ビーズを生じる。

本発明の方法はよく反応する。短絡が検出されると、プログラムの論理は電流波形の残りをスキップして、溶接機によるパルス・プロセスに関係なく次のパルス周期を開始する。下降部あるいは背景部の間に短絡が検知されると、あるいは背景部の間に傾斜部がなければ、制御プログラムの論理は残りの電流パルス周期をスキップして次のパルス周期を始める。一般に、波形の次の突然のセグメントによって短絡が除かれる。理論的には、パルス波形は２つの部分と考えられ得る。高熱部はピーク電流部を含み、低熱部は背景電流部を含む。短絡が生じると、低熱部はスキップされ、高熱部が重複する。したがって、さらに熱分溶接プロセスに注入される。さらに短絡が生じると、本発明の改善された方法によって、さらに熱が注入される。短絡が除かれる時間により、いかに多くの熱が付加されたかがわかる。短絡が背景部の初期に生じると、その後期に生じた場合よりも多くの熱増加を要する。本発明の改善された方法によれば、短絡が生じる時刻に依存する熱増加の量を調整する。また、発生する短絡の回数に直接関係して熱を増す過度の短絡を抑えるように作用する。図８のプログラム２５０ａのような本発明の強化版を用いると、除くのが難しい短絡がさらに電流増加を受ける。実際には、リセット・タイマ１１０がプログラム２５０あるいは２５０ａによってリセットされた後、短絡がなお上昇部の端に残っているか、あるいはピーク電流部で検出されると、電流応答がなされる。

以上、本発明を電流パルスを用いて説明してきたが、波形Ｂは、溶接機の電力、電圧あるいは他の出力の関数であってもよい。電流パルスは一般的な定義として用いられ、パルス溶接で用いられる上記他のパルスを含んでいる。

一連の波形を制御するための波形技術を用いる電弧溶接機のブロック図。 図１の溶接機の動作を説明するためのフローチャート。 図２のプログラムによってなされるパルス・スプレー溶接の電流・電圧波形のグラフ。 図１の溶接機によるパルス・スプレー溶接に用いられる標準波形のグラフ。 本発明の好ましい実施態様を実施するための制御機構のブロック図。 本発明の好ましい実施態様を実施するためのフローチャート。 図６のプログラムにおいてなされる電流・電圧波形のグラフ。 短絡を除くために用いられる本発明のパルス・スプレー溶接のフローチャート。 図８のフローチャートで開示された付加特性を用いてなされる電流波形のグラフ。 本発明の好ましい実施態様を用いて作られる溶接ビーズの断面図。

符号の説明

Ａ 溶接機
１０ 電源
２０ ワイヤ
６０ 電流帰還回路
７０ 波形発生器
Ｅ 電極
ＷＰ 工作物
Ｐ プログラム（ルーチン）
１１０ リセットタイマ
１３０ 短絡除去回路
Ｂ Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３ 電波パルス波形
Ｃ 電圧パルス波形
ａ 開始位置
ｂ 電流上昇部
ｃ ピーク電流部
ｄ 電流下降部
ｅ 背景電流部
２００ 制御回路（ネットワーク）
２２０ 選択回路
２２２ 周期タイマ
２３０ 短絡検出器（検知回路）
２４０ 加算接合点
２６０ 回路
２５０ プログラム（ルーチン）
２５０ａ （オプショナル）プログラム
２８０ 回路
２８０ａ 増加電流
３００、３０２ 工作物
３１０ 溶接ビーズ
ｘ 厚み
ｙ 幅
ｚ ギャップ
ｒ 溝切り角

Claims (33)

1. 電極と工作物との間に電流を流す溶接プロセスを行なうように制御された波形発生器を具備する電弧溶接機において、
   前記溶接プロセスが、一連の電流パルス波形からなり、
   前記電流パルス波形のそれぞれが、
   開始時刻と、第１経過時刻まで続く電流上昇部と、ピーク電流が第２経過時刻まで続くピーク電流部と、第３経過時刻まで続く電流下降部と、および背景電流が第４経過時刻まで続く背景電流部とからなり、更に
   前記電極と工作物の間の短絡を検出するための電圧検出回路と、
   前記電圧検出回路が短絡を検出すると直ちに前記波形発生器を前記開始時刻にリセットするための回路と、
   からなることを特徴とする電弧溶接機。
2. 前記電圧検出回路が前記第２経過時刻の後にのみ作動することを特徴とする請求項１記載の電弧溶接機。
3. 前記電圧検出回路が前記背景電流部の間でのみ作動することを特徴とする請求項１記載の電弧溶接機。
4. 前記第２経過時刻の前に短絡を検出すると直ちに前記電流パルス波形の範囲外に前記電流を増加させるための短絡除去回路を有することを特徴とする請求項１記載の電弧溶接機。
5. 前記電極が外側にシールド・ガスを有する固体ワイヤであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電弧溶接機。
6. 電極と工作物との間に電流を流す溶接プロセスを行なうように制御された波形発生器を具備する電弧溶接機において、
   前記溶接プロセスが、一連の電流パルス波形からなり、
   前記電流パルス波形のそれぞれが、電流上昇部、ピーク電流部、電流下降部および背景電流部からなり、更に
   前記電極と工作物の間の短絡を検出するための電圧検出回路、および
   前記電圧検出回路が短絡を検出すると直ちに前記電流パルス波形を再開させるために前記波形発生器をリセットするための回路を有することを特徴とする電弧溶接機。
7. 前記電圧検出回路が前記ピーク電流部の後にのみ作動することを特徴とする請求項６記載の電弧溶接機。
8. 前記電圧検出回路が前記背景電流部の間でのみ作動することを特徴とする請求項６記載の電弧溶接機。
9. 前記電流上昇部の後で、かつ、前記電流下降部の前に短絡を検出すると直ちに前記電流パルス波形の範囲外に前記電流を増加させるための短絡除去回路を有することを特徴とする請求項６記載の電弧溶接機。
10. 前記電極が外側にシールド・ガスを有する固体ワイヤであることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の電弧溶接機。
11. 電極と工作物との間に電流を流す溶接プロセスを行なうように制御された波形発生器を具備し、前記溶接プロセスが、一連の電流パルス波形からなり、
    前記電流パルス波形のそれぞれが、電流上昇部と、ピーク電流部と、電流下降部と、背景電流部とからなる電弧溶接方法において、
    （ａ）前記電極と前記工作物の間の短絡を検出する工程と、
    （ｂ）短絡を検出すると直ちに次の波形を開始するために前記波形発生器をリセットする工程と、
    からなることを特徴とする電弧溶接方法。
12. 前記リセット動作が前記ピーク電流部の後にのみ可能であることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 前記リセット動作が前記背景電流部の間でのみ可能であることを特徴とする請求項１１記載の方法。
14. さらに、（ｃ）前記電流上昇部の後で、かつ、前記電流下降部の前に短絡を検出すると直ちに前記電流パルス波形の範囲外に前記電流を増加させることにより短絡を除去する工程を更に含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
15. 前記電極が外側にシールド・ガスを有する固体ワイヤであることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 電極と工作物との間に電流を流す溶接プロセスを行うように制御された波形発生器を具備する電弧溶接機において、
    前記溶接プロセスが、一連の電流パルス波形からなり、
    前記電流パルス波形のそれぞれが、電流上昇部、ピーク電流部、電流下降部および背景電流部からなり、更に
    前記電極と工作物の間の短絡を検出するための電圧検出回路、および
    前記電圧検出回路が短絡を検出すると直ちに前記波形発生器をリセットするためのリセット回路を有することを特徴とする電弧溶接機。
17. 前記リセット回路が前記ピーク電流部の後にのみ動作することを特徴とする請求項１６記載の電弧溶接機。
18. 前記ピーク電流部の間に前記電流パルス波形の範囲外に前記電流を増加させることにより短絡を除去するための短絡除去回路を有することを特徴とする請求項１６記載の電弧溶接機。
19. 前記電極が外側にシールド・ガスを有する固体ワイヤであることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれかに記載の電弧溶接機。
20. 電極と工作物との間に電流を流す溶接プロセスを行なうように制御された波形発生器を具備する電弧溶接方法であって、
    前記溶接プロセスが、一連の電流パルス波形からなり、
    前記電流パルス波形のそれぞれが、電流上昇部、ピーク電流部、電流下降部および背景電流部からなる電弧溶接方法において、
    （ａ）前記電極と前記工作物の間の短絡を検出し、そして
    （ｂ）短絡を検出すると直ちに新しい次の電流パルス波形を開始させるために前記波形発生器をリセットすることを特徴とする電弧溶接方法。
21. 前記リセット動作が前記ピーク電流部の後にのみ可能であることを特徴とする請求項２０記載の方法。
22. さらに、(ｃ）新しい次の電流パルス波形の開始時に短絡が持続していれば、前記新しい次の電流パルス波形のピーク電流部の間に波形の範囲外に電流を増加させることを特徴とする請求項２０記載の方法。
23. 前記電極が外側にシールド・ガスを有する固体ワイヤであることを特徴とする請求項２０〜２２のいずれかに記載の方法。
24. 電極と工作物との間に電流を流す溶接プロセスを生成するプログラムを具備する電弧溶接機において、
    前記溶接プロセスが、一連の電流パルス波形からなり、
    前記電流パルス波形のそれぞれが、
    開始時刻と、電流上昇部と、ピーク電流部と、背景電流部とからなり、更に
    前記電極と工作物の間の短絡を検出するための電圧検出回路と、
    前記電圧検出回路が短絡を検出すると直ちに前記プログラムを次の電流パルス波形の前記開始時刻にリセットするための回路と、
    からなることを特徴とする電弧溶接機。
25. 前記電圧検出回路が前記背景電流部の間でのみ動作することを特徴とする請求項２４記載の電弧溶接機。
26. 前記電流上昇部の後で、かつ、前記電流下降部の前に短絡を検出すると直ちに前記電流パルス波形の範囲外に電流を増加させるための短絡除去回路を有することを特徴とする請求項２４記載の電弧溶接機。
27. 前記電極が外側にシールド・ガスを有する固定ワイヤであることを特徴とする請求項２４〜２６のいずれかに記載の電弧溶接機。
28. 前記固体ワイヤが金属芯ワイヤであることを特徴とする請求項２７記載の電弧溶接機。
29. 電極と工作物との間に電流を流す溶接プロセスを生成するプログラムを具備する電弧溶接機において、
    前記溶接プロセスが、一連の電流パルス波形からなり、
    前記電流パルス波形のそれぞれが、電流上昇部と、ピーク電流部と、電流下降部と、背景電流部とからなり、更に
    前記電極と前記工作物の間の短絡を検出するための電圧検出回路、および
    前記電圧検出回路が短絡を検出すると直ちに前記電流パルス波形を再開するために波形をリセットするための回路を有することを特徴とする電弧溶接機。
30. 前記電圧検出回路が前記ピーク電流部の後にのみ動作することを特徴とする請求項２９記載の電弧溶接機。
31. 前記電圧検出回路が前記背景電流部の間でのみ動作することを特徴とする請求項２９記載の電弧溶接機。
32. 前記電流上昇部の後で、かつ、前記電流下降部の前に短絡を検出すると直ちに前記電流パルス波形の範囲外に電流を増加させるための短絡除去回路を有することを特徴とする請求項２９記載の電弧溶接機。
33. 前記電極が外側にシールド・ガスを有する固体ワイヤであることを特徴とする請求項２９〜３２のいずれかに記載の電弧溶接機。

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