JPH0366473A - 短絡アーク溶接用装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気アーク溶接の技術に関し、さらに特に短絡
アーク溶接の装置の方法に関する。

〔従来の技術〕

短絡アーク型電気アーク溶接は、長い間用いられてきて
いる。しかしこの型の溶接は、その多くの利点とともに
、実質的な不利もめる。例えば、それは比較的遅い速度
の沈積に限られている。さらに短絡アーク溶接は、比較
的低いエネルギーレベルのみを用いることができるに過
ぎず、そして溶接後の操作を要する不均一な溶接ビーズ
を生成する。

さらに、短絡アーク溶接とともに用いられるシールド気
体はしばしば少くとも一部高価な不活性気体例えばアル
ゴンを必要とし、電気的ピンチ作用が、短絡アーク溶接
工程の短絡段階又は状態中溶融金属を移動溶接ワイヤか
ら溶融金属プールに移すために用いられる。

溶接ワイヤが短絡アーク溶接工程中に溶融プールに向っ
て供給されるので、工程は、アーク状態として知られて
いる状態（ワイヤがプラズマ又はアークによう離されて
いるギャップにより溶接プールから隔てられている）と
、短絡状態として知られている状態（溶接ワイヤが、溶
融金属を電極から溶接プールに移す目的で溶接プールと
接触する）との間を交替する。過去において、これらの
２種の状態は、定電圧電力供給を用いることにより、さ
らに予め選択された供給速度で浴接プールに向って溶接
電極を移動又は供給することにより生ずる自然の現象で
あった。アーク状態中、溶融金属のボールは、前進する
溶接ワイヤの末端に形成される。ボールが十分な大きさ
に生長したとぎ、それは溶接プールと接触し、短絡を生
じさせそして溶接工程の短絡状態を開始する。電力供給
の出力の特徴は、アーク及び短絡状態中電流をコントロ
ールすることにあった。そのため、前進する電極又はワ
イヤの末端の溶融金属ボールの大きさは、工程の連続す
るサイクル中変化する機械的、電磁気的及びアークのパ
ラメーターにより決定される。ワイヤの末端のボールの
大きさは、一定せずそして素材上の得られた溶接ビーズ
は均一ではなかった。その理由のため、短絡アーク溶接
に用いられるエネルギーは比較的低（、そのため遅い全
溶融速度が得られ、全溶接工程中に遅い沈積速度が生じ
た。

たとえ短絡アーク溶接に経験される種々の不利及び回磁
があっても、企業は生産性の高い溶接のためにこのシス
テムを開発したがっているが、しかし、これらの努力は
、短絡アーク溶接の顕著な不利益、即ち短絡状態の間を
交替する高エネルギーアークにともなう高いスパッター
により主としてさまたげられている。操作者は、工程に
おける操作上の制限ようもスパッターの問題に気を使っ
た。ビーズの外観は、不満足で６Ｄそして溶接チューブ
がスパッターされた金属によう詰まるようになった。こ
れらの明らかな制限は先例となうそれにより改良された
短絡アーク溶接装置及び方法を開発する最近の努力が主
としてスパッターを減少する考えに向けられているのは
、驚くにあたらない。スパッターの低下は、操作者によ
り経験されるように短絡アーク電気溶接の最も明らかな
不利益を少くさせるが、しかし、それは高速度で均一な
外観を有する所望の溶接ビーズを、より早い沈積速度及
び大きな溶接ワイヤをして生成させないか、又は短絡ア
ーク溶接を改善する従来の試みにおいてより基本的なし
かしより明らかでない制限に実際に答えられなかった。

〔発明の概要〕

本発明は、短絡アーク電気溶接を用いる従来の試みの不
利を克服する短絡アーク電気溶接の装置及び方法の改良
に関する。これらの改良は、高い沈積速度を与え、大き
な溶接ワイヤの使用ができ、工程に高いエネルギー人力
ができそして均−且好ましい外観を有する大きな溶接ビ
ーズを生成する。その上本発明によれば、溶融金属ボー
ルが素材上の溶融金属プールに向って移動しククあると
き溶接ワイヤの末端に形成された溶融金属ボールは、短
絡アーク溶接工程のそれぞれの連続したサイクル中実質
的に同一の大きさである。これらの利点及び特徴は、本
発明によう得られるが、一方スバッターのコントロール
を保持できる。

本発明によれば、溶融金属プールで素材に溶接ワイヤを
経て溶接電流を通すための単一の定電圧直流電力供給手
段、コントロールされた速度で素材に向って溶接ワイヤ
を供給しそれにより溶接ワイヤがアーク状態（その間ワ
イヤが素材のプールから離れているがプールに向ってい
る）と短絡状態（その間溶接ワイヤの末端上の溶融金属
が、溶融金属プールと接触し次にワイヤから溶融金属を
離して次のアーク状態でアークを開始するネッキング作
用によう素材に移る）との間を交替するためのワイヤ供
給手段よりなる短絡アーク溶接装置における改良を提供
する。本発明による改良＆も溶接ワイヤと素材との間に
、低レベルのアーク保持バックグラウンド電流を連続的
に流すための第一の高インダクタンス電流コントロール
回路、並にアーク状態中電流をコントロールするための
第二の電流コントロール回路を提供し、この第二の電流
コントロール回路は、開始されたアークをして予め選択
された時間Ｔ、の間バックグラウンド電流により決定さ
れる低い領域を有せしめるための時間遅延手段を含む。

この時間の間、溶接ワイヤ及びプールに残る溶融金属は
、それぞれワイヤ及びプールに表面張力により引張らへ
伝導断面を増大させてプラスマブーストがスパッターを
生じさせることなく適用されうる。プラスマプーストパ
ルスは、ワイヤの末端にあυしかもプールから離れてい
る金属の比較的一定の体積を溶融するために予め選択さ
れたＩ　（ｅ）領域又はエネルギーによりアークを経て
高い電流パルスを次に通すための第二の電流コントロー
ル回路手段によう生ずる。本発明にようプラスツブ−ス
ト中に生じたエネルギーは、溶接ワイヤの直径の２倍以
下の直径を有する球形の金属ボールを生ずるのに十分で
ある。高電流パルスは、アーク状態サイクルの第一の部
分にあって、アーク状態サイクルの第二の部分は、高イ
ンダクタンスの低バツクグラウンド電流レベルにあうそ
れにより前進する溶接ワイヤは、高電流又は高エネルギ
ーパルス又はプラスマブーストにより先ず溶融され、プ
ールは、次にボールがプールに供給される前に静止され
るようにされる。

予め選択された時間遅延後そしてアーク状態の最初の部
分の間、高エネルギーバースト又はブーストをもたらす
ことにより、溶接が、高エネルギーパルスによってのみ
そしてバックグラウンド電流によってではなく生ずる。

このやシ方で、同量のエネルギーが、各アーク状態中子
め選択された量のワイヤを溶融する目的でワイヤに導入
される。ワイヤの末端の溶融◆ちプラスマフ−スト状態
中に達成される。溶融ワイヤは、低いバックグラウンド
電流で、それが球（プールとワイヤとの間に接触の時間
に最も能率的な形をもたらす）に形成されるとき、プラ
スマブーストの停止まで、プラスゴブ−スト中アークの
高ジエットカ□より支持される。過去において、電流は
直ちに増大しそして全アーク状態中に比較的高く維持さ
れて溶融が連続的に生ずる。

溶融は、早く行われずそして短絡前に静止する。事実、
従来のシステムの成るものの溶融は、たとえ短絡状態中
でも続く０本発明を用いることによう、溶融は達成され
そしてボールは、低いバックグラウンド電流レベルで溶
融金属プールに下げられつつある前に形成される。バッ
クグラウンド電流は約２０７／ペア程度である。好まし
くはそれは約２０〜８０ア／ペアの範囲に６Ｄそしてア
ークを維持するのに必要なレベルの直上に主として選択
される。バックグラウンド電流回路で高インダクタンス
を用いることによう、電流レベルはさらに低下され、そ
してなおアーク状態の最後の部分中、さらに短絡状態を
停止するネッキング作用により生ずる中断に、アークの
維持を確実にする。この新しい概念を用いることにより
、溶融溶接プールのダイナミックスはコントロールさへ
一方従来のシステムは主としてスパッターコントロール
の概念に向けられている。溶融溶接プールのダイナミッ
クスをコントロールすることは、前述の不利益を克服し
、さらに？バッターをコントロールする。

本発明の他の面によれば、短絡アーク溶接工程の短絡状
態中電流をコントロールするための金属移動電流コント
ロール回路が提供され、金属移動電流コントロール回路
は、表面張力作用によυ溶接ワイヤの溶融金属が主とし
て素材の溶融金属プールに移動するまで低レベルのバッ
クグラウンド電流を維持するための調時手段、並に次に
ショートした溶融金属を経て高電流ピンチパルスを適用
するための手段を含む。検出手段は、ワイヤからの溶融
金属の差し迫った中断の予想に応じてピンチパルスを中
断して、工程のアーク状態を開始させる。

短絡アーク溶接工程において本発明の両方の面を提供す
ることにより、スパッターはコントロールされ、−万＃
融ボールは、溶融金属プールに移動されつつある前に予
め選択されしかも一定の体積を有する。溶融金属プール
のダイナミックスば、均−且大きな溶接ビーズが得られ
うるよ５なものである。

本発明の他の面によれば、短絡アーク溶接の方法は前述
の装置を用いることにより提供される。

前述の発明は、セベ／コ（Ｓａ嘗同ａｏ　）の米国特許
第３．４５９，９２０号には教示されていす、それは小
滴の形成に決して影響しないやシ方で、溶接の次の期間
製造中の加工物を予め加熱ししかも溶融する主張された
目的のためアーク状態中パルスを射出することに関する
。本発８Ａは、溶融プールに溶融金属ボールを供給する
ことに先立って溶融を完了するために周知のエネルギー
のプラスマプースト又はパルスを用いる概念に特に関し
て礫シ、溶接ワイヤと溶融金属プールとの間の溶融金属
のそう人及び移動は、溶融金属プールについて静止期間
の間である。米国特許第３，４５９．９２０号では、ワ
イヤは短絡状寒中溶融する。過去において、この特定の
従来技術の特許に示されるように、バックグラウンド電
流について本発明によ少予想されるように高誘導の使用
は、アーク（短絡前にワイヤの先端を予め加熱しそして
溶融する）の生成を生じた。これは、溶融金属プールに
対して本発明のダイナミックなコントロールの適用のな
い米国特許第′３．ｉｈ　５９．９２０号に示された主
張された概念により避げられた。

プールのダイナミックスをコントロールする一つの試み
は、ビジルス（Ｐイｊｌａ　）の米国特許第４．０２０
，３２０号に見いだされ、それは電流源及び電圧源電力
供給の両方を用いそしてアーク状態中にアークを消滅さ
せて短絡アーク浴接工程を不安定化させる概念を含む。

オガサワラの米国特許第４５４６．２３４号において、
短絡アークコントロールが説明され、それでは高エネル
ギーパルスがネックの破壊時に直ちに生じて工程のアー
ク状態を開始させる。この従来の概念を用いることによ
り１工程の最も不安定な部分の間即ちアーク又はプラズ
マの短いしかも早い再イオン化の破壊時に、高電流が工
程に適用される。さらに、この工程り本発明により予想
されるように表面張力に反対して電気的ピンチ作用によ
り金属を移動する目的で、高レベルの電流を用いる。

前述のように、本発明は、スパッターコントロールの概
念に工程コントロールを向ける代シに、溶融金属プール
ダイナミックスから短絡アーク＃！接工程のコントロー
ルを近づくことにより、前述の一つ以上の従来技術の特
許よりも実質的な改良を含む。本発明は、定電圧電力供
給の出力時に高インピーダンス電流コントロール回路に
よりもたらされたバックグラウンド電流を用いる。この
やｂ方で、米国特許第４．５４６，２３４号に正確に一
致しなげればならない定電流コントロールの特徴は、必
要とされない。本発明により、所望のプールダイナミッ
クス及びスパツターコントロールが、相互に異なるパラ
メーターのこのような正確す最適化なしに得られる。供
給速度は調節されて粘着を防止するか、又は高エネルギ
ー溶融パルスはエネルギーの見地から調節されて、従来
技術に示された理論的な概念に従ってシステムをコント
ロールする試みによう生じた複雑さなしに、周知の供給
速度によう所望の沈積速度を適応させる。

本発明の他の面によれば、溶融金属プールで素材に溶接
ワイヤを経て溶接電流を通すための単一の定電圧直流電
力供給よりなる短絡溶接装置が提供され、短絡及びアー
ク状態の両方中溶接ワイヤと素材との間に約２０〜８０
アンペアの範囲の低レベルのアーク保持バックグラウン
ド電流を連続的に向わせるための第一の高インダクタン
ス電流コントロール回路が含まれる。又アーク状態申訳
バンクグラウンド電流レベルより上に電流をコントロー
ルするための第二の低イノダクタンスコントロール回路
、並に短絡状態中バックグラウンド電流レベルより上に
電流をコントロールするための第三の低インダクタンス
電流コントロール回路を含む。単一の電力供給に対する
これらの別々のコントロール回路は、ニードハム（Ｎａ
ａｄｈａ惰）の米国特許第３，７９２．２２５号の別々
の電力供給の概念を採用することなく、スパッター及び
溶接プールダイナミックスの両方なコントロールするフ
レキシビリティをもたらす。

本発明の主な目的は、短絡アーク溶接の方法及び装置を
提供し、その方法及び装置は、溶融金属プール又はたま
シの乱れを低下し、低いエネルギーでアーク又はプラズ
マ電圧から短絡状態へ移シそして操作の均一性をもたら
す。

本発明の他の目的は、前記の方法及び装置を提供し、そ
の方法及び装置は、適切なコントロールを提供して、ア
ーク状態中前進するワイヤの末端のボールが実質的に同
一でありそして小さい均一なボール及び均一な好ましい
溶接ビーズの外観を保証する予め選択されたエネルギー
人力によう生ずることを保証する。

また本発明の他の目的は前記の方法及び装置を提供し、
その方法及び装置は、溶接金属が移される溶融金属プー
ルに大きな乱れを生ずることｋく、溶接ワイヤの直径よ
υ実質的に大きい溶接ビーズを提供するように、よう大
きな溶接ワイヤ及びコントロールされた増大したエネル
ギーをさせることにより、高い沈積速度を達成する。

本発明の他の目的は、前記の方法及び装置を提供し、そ
の方法及び装置は金属を電極又は溶接ワイヤからＳ融金
属プールに主として表面張力の作用によ）移す。

本発明の他の目的は、前記の方法及び装置を提供し、そ
の方法及び装置は二酸化炭素を含む榎々のシールド気体
によう用いられる。

本発明の他の目的は、前記の方法及び装置を提供し、そ
の方法及び装置は溶融金属をしてその自然な球状の形状
をとらしめ、次に小さたアーク電流が流れつつある間こ
のボールを溶接ビーズに移動させる。

本発明の他の目的は、前記の方法及び装置を提供し、そ
の方法及び装置は、金属が移される溶融金属プールの乱
れをコントロールするばかシか又低下したスパッターを
もたらす。

これらそして他の目的及び利点は、添付図面とともに下
記の記述から明らかになるだろう。

第１図は、本発明の好ましい態様による率−の電力供給
に用いられる電流コントロール回路を説明する概略図で
ある。

第２図は、本発明の好ましい態様に従ってコントロール
された溶接電流及び定電位電力供給からのアーク又はプ
ラズマ電圧を概略的に説明する上方及び下方のグラフで
ある。

第３図は、第２図に示したグラフと似ているが第３図の
下方のパラメーターで示されるように本発明の特定の実
施例からとられたアーク電圧及び溶接電流のグラフの組
合わせである。

第４Ａ及び４Ｂ図は、本発明により適用されるエネルギ
ーの成る面を説明するためのデイメンジョンを含みそし
て溶融金属プールに進む前の本発明によう溶融された溶
接ワイヤの末端の部分的図である。

第４Ｃ図は、第４Ａ、４Ｂ図に示されたデイメンジョン
の面に従うボールの大きさに関する許容度の分布を示す
分布曲線である。

第５Ａ〜５Ｆ図は、本発明の好ましい態様を用いたとき
溶接ワイヤが櫨々の状態を経て進むときの前進する溶接
ワイヤの概略図でちる。

第６図は、本発明の短絡状態中に用いられそして改変さ
れたパルス構造を有する高エネルギー電流パルスを示す
溶接電流のグラフである。

第７図は、第８図に示された高エネルギーパルスを生成
させるための第１図に示された本発明の好ましい態様の
一面の改変である。

第８図は、その一つが第７図に示された改変を用いるア
ーク状態コントロール回路の２種の改変とともに、本発
明による短絡状態及び次のアーク状態中に生じた電流パ
ルスの相対的関係を示す溶接電流のグラフである。

本発明の好ましい態様のみを示す目的であってそれを制
限する目的ではないことを示している図面について、第
１図は一般的なタイプの短絡アーク溶接システムに用い
られる３個の別々の電流コントロール回路を示している
。短絡アーク溶接装置Ａは、電流コントロールネット７
−り中の複数の電流コントロールネットワーク２０を経
て出力端子３０．３２へ電流を流す定電位電力供給ＩＯ
を供給する変圧器１２を含む。本発明によれば、電流コ
ントロールネットワーク２０は、端子３０．３２間に高
誘導リアクタンスとともに比較的低いバックグラウンド
電流を連続的に流すタメの第一の高インダクタンスバッ
クグラウンド電流回路２２を含む。第二の電流コントロ
ール回路２４は、装置Ａにより行われるショート・アー
ク溶接工程のアーク状態中端子３０．３２間に追加の電
流を流す。この第二の電流コントロール回路は、予め選
択されたエネルギーレベルを有しそしてアーク状態の前
に近く位置するプラスマブースト又は電流パルスを生ず
る。第三の電流コントロール回路２６は、本発明による
装置Ａにより行われる短絡アーク工程の短絡状態中端子
３０．３２間で追加の電流をコントロールする。標準の
やシ方によれば、溶接ワイヤフィーダー４０ヲも溶融金
属が沈積されるべき素材６０に向って、延長部分５４を
経て一定のコントロールされた速度でスプール又は他の
ワイヤ供給５２から接触管４２を通って溶接ワイヤ５０
を動かす。好ましい態様では二酸化炭素である適切なシ
ールド気体５６は、標準のプラクティスに従って短絡ア
ーク溶接工程をシールドするためにワイヤ延長部分５４
の回υに管４２から流れる。素材６０はワイヤ５０と同
じく鋼であシセして電流コントロールネットワーク２０
の出力端子３２に接続されることによりアースされる。

もち論、ワイヤフィーダー４０は、当業者に周知であシ
そして本発明の部分を構成しｋい適切な回路とともに、
管４２を経てワイヤ５０の供給速度をコントロールする
ための配置を含む。

第２図について、ネットワーク２０の回路２２，２４及
び２６は、下方のグラフにより示されるように溶接電流
をコントロールするために操業される。上方のグラフは
、ネットクーク２０の回路が短絡アーク溶接工程をコン
トロールして下方のグラフに概略的に示される理論上の
電流の特性を得るとき、端子３０．３２間の理論上の電
圧を示す。

短絡アーク溶接は、短絡状態（ワイヤが溶融金属プール
と接触している）及びアーク状態（溶接ワイヤが溶融金
属プールから離れしかもプラズマ又はアークにより橋か
げされている）の間を交替する工程において、素材６０
上の溶融金属プールに、気体５６によりシールドされて
いる間に、延長部分５４を経て溶接ワイヤ５０を連続的
に供給することを含む。この工程におけるアーク状態Ｐ
Ｃ及び短絡状態ＳＣは第２図に示される。溶接ワイヤが
素材６０の溶融金属プールと接触すると直ぐに、アーク
電圧は位置）で垂直線９０に沿って急速に落下して第１
因に示されるネットクー２２００回路２６によりコント
ロールされる短絡状態ＳＣを開始する。位置−】と位置
（６）との間の時間Ｔ１では、溶融金属はダウン・ハン
ド（ｄｏ劃側ｈｃＬ％ｄ）の操作態様で重力の作用及び
表面張力の作用によう素材６０上の溶融金属プールにワ
イヤ５０の末端から移される。位動ｂ）において金属は
溶融金属プールに実質的に移されそしてネッキング作用
が始まる。そのとき、ピンチパルスＰＰが回路２６によ
ジ生じ、回路２２にようもたらされる一定に適用される
バックグラウンド電流に加えて端子３０．３２間に適用
される。このピンチパルスは、位置１０４（電圧レベル
１０５がネックの差し迫ったヒユーズを示す）に、ネッ
クの抵抗の変化により影響されるライ／１０２を経て垂
直線１００に沿って進む短絡電流レベルをとるようにな
る。電圧の変化は、　４＊／ｄｔのサインの変化によう
検出されて、パルスＰＰの急激なピンチ作用により生ず
る差し迫ったヒユーズ爆発時。レベル１０５への電圧は
、サインの変化がｄｖ／　ｄｔ検出器によう生じ端子３
０．３２から、回路２６からの電流を直ちに除く差し迫
ったヒユーズを示すまで、進む。その結果、ピンチパル
スＰＰは、＠融金属上の電気的ピンチ作用（ショート状
態Ｓ（２０）終シに溶接ワイヤ５０と素材６０との間に
短絡ブリッジを形成する）により生ずるヒユーズの分離
前に、ライン１０６に沿って急激に停止する。ライン１
０６に沿う電流の急激な落下は、ピンチ作用が短絡を中
断する直前に、ヒユーズ爆発時に高エネルギーの存在に
よう生ずるスパッターを防ぐ。位［６）におけるこの電
流の低下Ｇ±、アーク状態又はプラズマ状態ＰＣを開始
し、それは第２図に示されるように短絡状態Ｓ（２０）
直後でるる。

アーク状態は、溶接ワイヤと素材との間を流れる高イン
ダクタンスバックグラウンド電流ＩＢによってのみ開始
する。その結果、最初に形成されたアークは、非常に低
い電流を有しそして実質的に非常に小さいアーク領域を
有して、溶融金属プールのたまう効果は小さい。従って
、溶融金属はアーク状態の開始時に低レベルで電流によ
り実質的に抑えられる。回路２２の高インダクタンスは
、ヒユーズが爆発すると直ぐに、移動する溶接ワイヤと
固定した素材との間のギャップのアークの連続酸にイオ
ン化を確実にする。

溶融金属の二つの部分が、位置（ｅ）、　（ｄ）間の時
間遅延Ｔ、中にワイヤの先端と溶融プールとに向って表
面張力により引張られるとぎ、端子３０，３２間の電圧
はライン１１０に沿って上方のレベル１１２（連続的に
操作されるバラフグ２り／ド電流回路２２及び電力供給
１０により生ずる一定状態の平衡状態である）に進行す
る。位ｔｔｃ入（ｄ）間では溶接プールの溶融金属は静
止する。時間Ｔ、はアーク状態及びショート状態を含む
全工程サイクルの少くとも約５嘩である。実際には、こ
の時間は、約０．２０１％Ｉであうそれはワイヤの金属
及びプールの両方の安定化に十分である。安走化時間Ｔ
ｔが経過すると、プラズマブースト回路２４は端子３０
，３２間で高電流ブーストパルスＢＰを溶接操作に導く
。この回路は低インダクタンスを有するので、パルスは
、上方のレベル１２４とともに急な立上がシ縁１２０及
び急な立下がｂ縁１２２を有して溶接工程において金属
溶融エネルギーを生じ、そのエネルギーは高エネルギー
ブース）　ｔ＋ルスＢＰの領域１　（ｔ）にようコント
ロールサレル。

このエネルギーは急に適用され、そして溶接ワイヤの直
径の約２倍の直径よう小さい予め選択されたボールの大
きさを生ずる値を有する。端子３０，３２間の電圧は、
一定のポテンシャルの形の電力供給の標準の特徴に従っ
て、プラズマブーストパルスＥＰ中にレベル１３０に自
然に増大する。端子３０．３２間に適用されるブースト
パルスの直後に、溶接電流はバックグラウンドレベルＩ
Ｂにシフトバックされる。従って、ワイヤ５０の溶融は
それ以上生じない。

それは、ワイヤの金属を溶融するのに必要なＰＲが、溶
融状態の金属のボール及びアークを保持するのに役立つ
だけのバックグラウンド電流のみを有するアークでは得
ることができｋいからである。

本発明によれば、パルスＢＰは時間Ｔ、後溶融効果を生
ずる。従ってパルスＥＰによる溶接ワイヤの末端の溶融
は、ワイヤの末端で予め選択された体積の溶融金属を生
成し、次にアーク状態の残シの間溶融を停止する。パル
スＢＰが停止した後に、バックグラウンド電流のみが流
れて、表面張力が溶融ワイヤを球に形成させそして溶接
プールが静止することを確実にする。溶融金属ボールを
ワイヤフィーダー４０によ】溶接プールに低下さぜる。

ワイヤ５０の末端が溶融するとき、予め選択された量の
金属が溶融するまで、ブーストパルスＢＰのジェット力
はプールから溶融金属を排除する。次に電流が低下し溶
融金属をボールに形成させそしてプールが安定化され球
状のボールと静止したプールとの間に清らかな接触をす
るようにする。位動−）と次のショート位ｆｆｆｉｔｓ
）との間に、低電流が流れて、それがアーク状態ＰＳの
後の部分で溶融金属プールに向って進みつつあるとき、
プールとボールとの間に機械的及び電磁気的作用は存在
しない。

第４Ａ、４Ｂ図に関して、高エネルギー溶融パルスＢＰ
は第４Ａ図に示される棒５０の所定の部分２００を溶融
するように選択すれたコントロールされたエネルギーを
有する。アーク状態のプラズマブースト部分中のＩ”Ｒ
加熱は、ワイヤが、アーク状態中溶融金属プールに向っ
て移動しつつあるとぎ、ワイヤ５０の末端から選択され
た部分ａを溶融する。高電流が選択されて、アークの領
域における大きな増大により生ずる高い放熱とともにワ
イヤ５０の末端の１”Ｒ加熱は、ワイヤ５０の末端から
小さな部分２００のみを溶融するのに十分である。実際
では、溶融した末端又は部分２００は、ワイヤの約０．
６〜０．９Ｘ直径の長さを有する。それがパルスＢＰ後
表面張力の影響の下に安定した後に、これは一般に球形
である溶融金属ボール２０２を生成する。ボールはワイ
ヤ５０の直径の約１．５倍の直径を有する。同一のエネ
ルギーがワイヤの末端にそれぞれの時に適用されるので
、溶融末端部分２００が同一の電流及び同一の放射アー
ク（アーク状態のそれぞれのプラズマブースト中最終的
に同一の大きさのボール２０２を形成するための選択さ
れた体積を溶融するのに組合わす）により得られる。第
４Ｃ図は、ボール２０２の直径２が直径ｄに等しい下限
と一般に直径ｄの２倍に等しい上限との間にあることを
示す。それぞれの特別な調節において、ボールは第４Ｃ
図に分布曲線を有するサイクル毎に同一の大きさを有し
、その図は短絡アーク工程における直径譚の許容性の分
布な示す。ブーストパルスＢＰが除去されると直ちに、
バックグラウンド電流のみがワイヤ５０を通う、そして
アーク領域がアーク電流に依存するので、アークの領域
が大きく低下する。従って、アーク加熱とともに組合わ
せたＩ”Ｒ加熱はワイヤ５０の末端からより多く金属を
溶融するのに十分ではない。

ボール２０２は、ブーストパルスのみの間形成され、そ
して溶接ワイヤ５０をプールに供給することにより金属
プールに入れられる。この溶融作用は、アーク状態又は
プラズマ状態Ｐ（２０）ブースト部分で生じて、パルス
ＢＰの時間輸ｔ）は、十分に短くて、ワイヤの末端の溶
融金属についてパルスＢＰ後時間をかげて溶融プールか
ら離れた距離で球に形成され、球をプールと接触するこ
となく形成する。次に形成されたボールは、プールに低
下されてプラズマ状態ＰＣを停止する。この時間はアー
ク状態の時間の５０％より短くそして６０％のアーク状
態が終る前に停止して、ワイヤは高電流パルスにより溶
融しそしてプールは溶融ボール２０２がバックグラウン
ド電流７ａにより保持されている比較的小さなアーク領
域の影響下にある間プールに移動される前に、静止する
か又は静止に近付く。事実、ブーストパルスの時間軸長
は一般にアーク状態の５０蝿より短くそして好ましくは
約３０４よう短く、アーク状態は第３図に示される本発
明の実際的な適用又は例を考慮してさらに明らかである
。時間Ｔ、は、シート状態及びアーク状態のすべてに必
要な時間の少くとも５％である。実際には、この時間は
約０．２０ｍ５である。理解されるように、本発明によ
るワイヤ及びプールの溶融金属が平衡に達しそして時間
Ｔ、として示される位動６）と位ｆｆｆｉｄ）との間で
静止する。

次に、ワイヤ５０を経る大きな領域のプラズマアーク及
び高電流を生じさせる高エネルギーパルスは、電流の加
熱作用及びプラズマ又はアークの熱の組合わせによりワ
イヤの末端で選択された部分を溶融する。この溶融後、
位動−）と位置（ａＪとの間のかなシの時間は、溶融し
たワイヤをしてボール２０２を形成させ、そしてプール
が比較的低いアークの力にかげられている間、溶融金属
プールに移動される。

このやシ方で、ボールは各サイクルの間同じ大きさで１
、そしてボールがプールに接触するときボールを溶融金
属プールからはじき飛ばす大きなアーク電流によう生じ
させられる乱れがないため、ショートが確実になされる
。ワイヤ５０をｉｌｌする次のエネルギーがｋいので、
ワイヤは最終的には溶融した形成した金属ボール２０２
をプールに押しやシ位ｆｌＢａ）で短絡状態を生ずる。

短絡状態ＳＣ中、溶融した金属ボール２０２は溶融金属
プールと接触しそして表面張力によりプールに移される
。

この作用は、プールとワイヤ５０との間に延在する溶融
金属の最終のネッキングダウン基に次に第５Ｅ図に示さ
れるようにワイヤ５０からのボール２０２の破裂及び分
離を生じさせる。低いバックグラウンド電流が存在する
ので、この分離又は７ユーズは低いエネルギーを有しそ
しであるとしても殆んどスパッターを生じさせない。表
面張力が本発明の一面に従ってワイヤ５０からボール２
０２をネックしそして中断する異る時間を要するので、
位１１１ｂ１２（６）の間のピンチパルスＰＰが短絡状
態の終すに回路２６により適用される。とのピンチ作用
が電力供給及び回路２６のパラメーターによう自然に進
行され、それ故コ／トロール回路が活性化されると直ち
に、電流が２イン１００に沿って上方に移動する。次に
、ネックが電気的ピンチにより直径において急に縮小す
るとき、電流は、差し迫った７ユーズの検出が電圧レベ
ル１０５でｄｖ／　ｄｖにより得られるまで、さらに次
第に増大する。理解できるように、工程に導入されるエ
ネルギーは、電圧が僅かに上昇しそしてパルスＰＰが比
較的短時間であるため、比較的低い。このパルスは、表
面張力の移動が時間Ｔｌｌ中心ど完了した後、ボール２
０２の金属を切断することによう予定した時間で短絡状
態を停止する電気的ピンチ作用に関する。Ｔ１はショー
ト及びアークの組合わせた全サイクルの少くとも約１０
％で、１そして一般に１．５制以上である。これは約０
．２ｓａのＴ。

時間と比較される。相対的時間の差は、時間Ｔ１は比較
的長くて、より遅い表面張力の作用及び／又は重力（も
し適用できれば）によう溶融金属の主な移動を行わせる
ものである。時間Ｔ、は、ワイヤ上の溶融金属並にプー
ルの溶融金属をして、第５Ｆ図に一般に示されるように
７３−−ズの中断直後、停止して、ブーストパルスＢＰ
が、第５Ｅ図に示されるようにフユーズ爆発の瞬間に鍾
乳石／石笥形成に遊離の溶融金属とともに適用され々い
。これは、溶融金属をしてブースト電流を運びうる断面
を連成させる。′タイヤ５０の末端及びプール（金属が
移される）は、フユーズ（その表面張力の作用は遅延Ｔ
、によりなされる）後、非常に短い時間互に向って引き
合う。金属がギャップに延長されている間、高電流パル
スは、一般に短絡アーク溶接で無視されるスパッターの
源である。

再び第１図に関し、種々の電流回路が、前述のような本
発明を達成する目的で提供されるが、しかし本発明の示
された好ましい態様に従って電流回路ネットワーク２０
は３個の別々のしかも異る電流コントロール回路を含み
、そのそれぞれが電流コントロールの機能を果して、電
流を一定のポテンシャル電力供給１０の出力から出力端
子３０゜３２間で溶接操作に流す。これらの回路は、本
質的に電流付加であう、そして非常に大きな誘導子２１
０を有する一定に操作される高インダクタンスバツクグ
ラウ／ド電流コ／トロール回路２２を含み、高い誘導リ
アクタンスを有するが低いレベル例えば２０ア／ベア又
はややそれ以下の電流を維持する。示された態様におい
て、誘導子２１０は２．０ｍｋのインダクタンスを有す
る。バックグラウンド電流コントロール回路は、任意の
タイプの開始回路要素に応じて電力トランジスタ２１２
を作動させることにより操作され、そして回路２２′に
よりコントロールされて、電流の大きさは誘導子２１０
によりコントロールされそして電位差計２１４によう調
節される。回路２２は、電流をブロッキングダイオード
２１６を経てワイヤ及び素材に連続的に流す。このやシ
方で、バックグラウンド電流ＩＢは、連続的□流れそし
てすべてのアーク状態の間アークを保持する。

ピンチ回路２６のピンチコントロール回路２６′は、短
絡状寒中操作可能でアシ、そして抵抗器２２０を含み、
トランジスタ２２６を経て適用される電流の電流レベル
を変化するように調節され５る調節可能なポットである
。時間Ｔ、は回路２６′によりコントロールされる。コ
ンデンサ２２２は、この特定の回路についてトランジス
タ１２の誘導リアクタンスをバランスする。抵抗器２２
４は、抵抗器２２８を経て電流を流す電力トランジスタ
２２６からの電流に関するフィルタとして働く。このや
シ方で、トランジスタ２２６は、時間Ｔ、後作動してシ
ョート状態Ｓ（２０）終シでピンチ電流を流す。ピンチ
コントロール回路は、適切な電圧感知又は検出装置によ
り作動し、その装置は溶接電圧がプラズマレベルからシ
ョート回路レベルに落ち込む瞬間を示す。これは、ライ
／２６７によう示される検出器２４０により又は他の適
切な電圧感知回路によう連成される。時間Ｔｌ後、電力
スイッチ又はトランジスタ２２６は、コントロール２６
′により閉じられて、回路２６を作動して電流制限抵抗
器２２８を経て電流を流す。ダーク／トン接続トランジ
スタスイッチ２３０は、ライン２６７の信号に応じてラ
イン２４２のロジックにようコントロール２６′によっ
て閉じられ、そしてブロッキングダイオード２３６を経
てピンチパルスＰＰを通す目的で抵抗器２３２及び平行
コンデンサ２３４を通る。検出器２４０は、スイッチが
時間Ｔｉ後ピンチコントロール回路２６により閉じられ
た後にスイッチ２３０を開けるために、ｄｖ／ｄｔセ／
すを有する。このやシ方で、ピンチコントロール回路２
６′は、時間Ｔｉ後スイッチ２２６を開始しそしてスイ
ッチ２３０は抵抗器２２８と直列に抵抗器２３２を置い
てピンチパルスを停止する。次にこの回路は、次のショ
ートがプラズマ電圧の急な落下によう検出されるまで不
活性となる。

プラズマブースト電流コントロール回路２４′はピンチ
コントロール回路２６′と同様でろシ、電流レベルをコ
ントロールするための調節可能な電位差計２５０を有す
る。

時間Ｔ　＊はコントロール２４′でセットされる。コン
デンサ２５２は、電力供給のインダクタンスをバラ／ス
し、回路に示されたエネルギーパルスＢＰを発生する目
的でフィルタ抵抗器２５４と組合わされる。電力スイッ
チ又はトランジスタ２５６がプラズマブーストコントロ
ール回路により閉じられたとき、パルスの立上がシ縁が
形成される。この高エネルギーブーストパルスＢＰは抵
抗器２５８を通る。

ダーリントン接続電力スイッチ２６０は電導的でパルス
ＥＰを通す。スイッチ２６０は、抵抗器２６２及びコン
デンサ２６４と並列であってライン２６５を通る信号を
受は取ると高エネルギーブーストパルスを停止してパル
スの立下が＃）縁を形成する。ブロッキングダイオード
２６６は、端子３０．３２間に回路２４から電流を流す
。Ｍ局、時間Ｔｉ後、トランジスタスイッチ２５６がタ
ーンオンされる。

これはブーストパルスＢＰの立上がシ縁を形成する。同
時に、スイッチ２６０がオンしてダイオード２６０を経
てブーストパルスを通す。ブーストパルスを停止するた
めに、ライン２６５の信号はスイッチ２６０を不活性化
して５０オームの抵抗を有する抵抗器２６２を出力回路
にそう人する。これは直ちにパルスを停止しそしてプラ
ズマブースト又はブーストパルスＢＰの立下がシ縁を生
ずる。このやｂ方で、パルスは第２図の下方にそして概
略的に第８図のダッシュ・ラインで示されるように比較
的方形の形を有する。

短絡アーク溶接にｆ溶接回路を通して３橿の別々の電流
を導入する背景として、ニードハム（Ｎａｇｄｋａｍ）
の米国特許第３．７９２，２２７号を引例として引用す
る。この時許は、別々の電力供給を用い、そして本発明
の要旨であるピンチパルス及びブーストパルスを有しな
い。

〔実施例〕

第３図に関し、本発明を用いる短絡アーク工程の特別な
例が示され、種々の段階における溶接電流及び得られた
電圧レベルを示している。電圧が正常の安定化されたプ
ラズマレベル１１２にある時間Ｔ、後、パルスＢＰが生
ずる。

これはライン３００に沿って電流を約４００アンペアに
増大し、そのときワイヤ５０の末端が溶融を開始し、第
２図のスイッチ２６０が開くまでライン３０２に沿って
電流を落下させる。ブースターエネルギーパルスｊ９ｐ
は、次にブーストパルスの後方縁３０６により示される
ように、急に停止する。これは電流をＩＢのバックグラ
ウンドレベルに低下させる。そのとき、電圧は実質的な
インダクタンスを有するバックグラウンド電流によりコ
ントロールされ、そのためプラズマレベル１１２は時間
Ｔ、により示されるラインに沿ってたれ下る。この時間
は溶融パルスのＭＤの後のアーク状態の残シである。こ
の時間中、回路２２からのバックグラウンド電流は電力
供給によりコントロールされて、はとんどアーク領域が
なく、その上この領域はアークを保持するのがやつとで
あって、アーク状態の後の部分の間プールは物理的に安
定する。ワイヤの末端に形成される溶融金属ボールが溶
融プールと接触するや否や、電圧はライン３０６に沿っ
て直ちに落下しショート回路を生ずる。

電流はバックグラウンドレベルに維持されそしてこのレ
ベルに実質的な時間例えば約１．５〜２．０ｍｓ維持さ
れる。次に、回路２６のトランジスタ２２６が閉じ、一
方スイッチ２３０も又閉じられる。これは、ライン３１
０に沿って溶接電流を増大することによう、ピンチパル
スＰＰを導入する。電流がライン３１０の上端に達する
とぎ、電圧は、減少するネックの抵抗がピンチ中に増大
しつつあるので、さらに次第に変化を始める。これは、
電気的ピンチがフユーズを爆発する直前に、位置１０４
に向って電流をよう次第にシフトさせる。７ユーズ前に
、電流３１４はバックグラウンド電流レベルに落下して
フユーズ爆発のエネルギーを低下させる。これは、第１
図に示される検出器２４０によ多スィッチ２３０を開げ
ることにより行われる。それが生ずるとき、電圧がライ
ン１１０に沿ってレベル１１２に安定化しそれが時間Ｔ
！の間アーク状態中維持される。次に、電流ブーストパ
ルスが繰返される。この特定通例のパラメーターは第３
図の下方に示される。

第５Ａ〜５Ｆ図に関し、本発明の操作特性が概略的に示
されて、本発明の使用がいかにスパッターをコントロー
ルしそして増大した沈積速度で大きな溶接ビーズを生成
するかを示している。アーク状態が電気的ピンチパルス
により生じたフユーズの分離により生じたとき、バック
グラウンド電流のみが短時間Ｔ、流れる。次にブースト
パルスが適用されそしてワイヤ５０が溶融しそして第５
Ａ図に示されるようにプールＰからはね返される。この
パルスは前進する溶接ワイヤ５０の末端を容易に溶融し
て一般にドーナツ形をした溶融金属の塊２０２Ｇを生成
し、それは第５Ａ図で数本の矢ｆにより示されるジェッ
ト力の使用によう距離ＴでプールＰからはね返される。

これらの力はプールＰから塊２０２を押しのけて、金属
２０２Ｇの溶融した塊は、距離Ｓ、でプールＰから離れ
ているワイヤ５０のまだ溶融していない末端の回シに集
まる。ワイヤとプールとの間の高エネルギー電気的プラ
ズマは、ジェットカｆなして塊２０２ａと同じくプール
に働いて、プラズマブーストが適用される間プールから
塊を離す。アルゴンが用いられるとき、第５Ｂ図に示さ
れるように、塊は、末端３５０（プールＰに向って延在
してプールの自然のレベル３６０以下のレベルに達して
いる）を有する一般に円錐形の塊２０２６に変化する。

この形は電気的ピンチにより生じそしてプラズマブース
トの後の部分の間に形成する。この状態では、プールＰ
は第５Ｂ図に概略的□示されるアーク力により外万に押
される。ワイヤ５０の未溶融の末端がプールＰに向って
進みそしてより短い距離Ｓ、にある。ブーストパルスが
中断したとき、表面張力は、第５Ｃ図に示されるように
塊２０２ｂを球状のボールに形成する。ＣＯ３が用いら
れるとき、実質的な電気的ピンチがなく、そのため高プ
ラズマブースト電流が停止したとき、溶融した塊は第５
Ａ図に示す塊２０２ａからボール２０２に進む。距離Ｓ
、は、プールが静止又は一般に平らになったとき、プー
ルの金属が高エネルギーパルス中高ジェット力により生
ずる凹状のくぼみに戻るに従って、それが溶融金属ボー
ル２０２と接触しないようなものである。バックグラウ
ンド電流によってのみ生ずるこれらの低いアーク力は、
溶融した金属をもはやプールから離れて維持できず、そ
してワイヤ５０が下方に低下するとき明らかなショート
作用が生じて、ボール２０２がプールＰと接触する。こ
れは低いジェット力が存在する間に行われて、はねる傾
向はなくそしてプラズマギャップのエネルギーはショー
ト作用中にプールの撹拌を生じさせるには不十分である
。プラズマブースト又はパルスＢＰと短絡との間の時間
Ｔ、は、アーク状態中であシ、そしてボールを形成させ
さらに高電流の撹拌からプールを静止させるには十分に
長い。ショートが生ずるとき、ボール２０２の金属は、
第５Ｄ図において溶融した塊２０２ａの形状によう示さ
れるように、表面張力によりプールに移される。これは
、電気的ピンチパルスＰＰが開始する位ｆｆ１６）でる
る。表面張力がワイヤ５０の末端から溶融金属を引張る
に従って、塊２０２６が小さな直径のネック４００を形
成しつつある。理解できるように、静止したプールＰに
より、金属は外方に動きワイヤ５０の直径の３倍より大
きいビーズを生成する。その結果、大きな溶接ビーズが
生じ、それはスパッター又は溶接ビーズの不規則性を生
じさせることｋく増大したワイヤの大きさ及びエネルギ
ーを助長する。溶融金属２０２ａは、表面張力によりプ
ールに移され次に電気的ピンチ作用が生ずる。ピンチ作
用がネック４００を破裂する前に、溶接電流はバックグ
ラウンドレベルに低下する。ネックが第５Ｅ図に示され
るように破裂するとき、この低電流が小さな直径Ａ１を
有するアークを生成する。

ネック４００のネッキング作用が正に破裂し、そのため
ワイヤ５０の末端からプールＰに向って延在する金属４
０２がある。同様なやシ方で、ネックのプール部分は溶
融金属４０２を生ずる。フユーズ爆発の時点で高インダ
クタンスを有する低バツクグラウンド電流を用いること
により１アークを再発火するのに用いられるエネルギー
は低くてスパッターを防ぐ。さらに、ブースト電流が適
用されず、金属部分４０２，４０４は表面張力により第
５Ｆ図に進行しているのが示されるようにそれぞれのベ
ースに進む。第５Ｆ図に示される時間Ｔ中、ワイヤ５０
の先端の溶融金属４０２及びプールＰの金属４０４が表
面張力によりそれぞれワイヤ及びプールに伸ばされる。

これが達成されるとき、高エネルギープラズマブースト
が適用され、それは第５Ｆ図において増大する直径Ａ２
により示されるようにプラズマ又はアークの領域を増大
する。ブーストが適用されると直ぐに、第５Ａ〜５Ｆ図
に示される段階が繰返される。理解できるように、ボー
ルの大きさはアーク状態の開始時に電流ブースト中エネ
ルギーにより決定される。次に？！融が生せずそして溶
接プールが静止する。金属の移動は、ネックな゛　明確
にしかも短時間に中断する急な電気的ピンチのためのシ
ョート状態の終シの少い助げだげで徐々の表面張力によ
る。

本発明の好ましい態様は、第１〜５図に関して記述され
ている。しかし成る改変は、本発明の目的とする要旨及
び範囲から離れることＡく、なされる。例えば第６図に
関して、ピンチパルスＰＰが、ピンチコントロール回路
２６においてパラメーターの適切な選択即ち抵抗により
、一般に平らな上方の最大レベ１Ｔ１５００によ多形成
される。このやシ方で、一定の電流が短絡状態の終シで
適用されて最終の電気的ピンチを行う。この電流が予告
回路例えばｄｖ／ｄｉ検出器２４０によりバツクグラウ
ンド電流レベルに急に落下する。

第７図に関し、プラズマブーストコントロール回路２４
は、出力誘導子５１０及びフリーウィールダイオード５
１２をそう人することにより改変されて、ブーストパル
スを第８図に示されるダッシュラインのプロフィルから
実線プロフィルに転換する。フリーウィールダイオード
にようコントロールされる高い時定数立上がシ縁５２０
及び漸次減衰立下が夛縁５２２が、パルスＢＰのエネル
ギーによりパルスＢＰＩを形成する。誘導子５１０は、
調節可能なポットを有する二次コイルを用いることによ
り調節可能であυ、立上がシ緑５２０のプロフィルをコ
ントロールできる。ブーストパルスの倒れかで、プロフ
ィルの拡大によう決められる全エネルギーは、パルス中
ワイヤ５０の選択された部分を溶融するようなものでる
る。前述したようなそして第５Ｃ図に示されるような溶
融は、２種の加熱源からＩ２Ｒ加熱によう生ずるエネル
ギー及び放射アーク加熱により生ずるエネルギーを生ず
る。電流レベルが選択されて１Ｒ加熱は電気的ブースト
パルスをともなう高エネルギーなしにワイヤの末端を溶
融することなく、溶融がアークにさらされたワイヤ５０
の末端のみに生ずる。これらの熱源は合わされて選択さ
れた量の溶融を生じさせる。パルスが停止すると直ちに
、溶融がほとんど停止する。エネルギーを選択するため
に、電流ブーストパルス曲線の領域は、約１８．０００
力ロリー１モルＸボール２０２の体積が溶融作用を行う
全エネルギーをもたらすようなものである。このエネル
ギーの値は、高エネルギー溶融パルスが停止した後の溶
融金属ボール２０２の金属の量をほぼ決定する。このエ
ネルギーは、第７図に示される改変の使用により得られ
るブーストパルスＢＰ’と同じく、本発明の好ましい態
様におけるブーストパルスＢＰと同じである。

本発明の他の改変によれば、ブーストパルスは第８図に
おいて点線でパルスＢＰ“として示されるプロフィルを
取る。このパルスは、上方の電流レベル５３２を有する
第二のパルス及び実質的に低下された時間軸長と組合わ
されたレベル５３０を有する一般に平らなプロフィルパ
ルスによう生ずる。これら二つのサブパルスをブースト
パルスＢＰ’に組合わすことにより、溶融が電流５３０
の加熱効果によう開始される。加熱は次に高レベル電流
５３２により加速される。電流が高いレベル５３０にシ
フトされるときある溶融が生ずる。次に溶融が完了しそ
して溶接電流がアーク状態の残シについてバックグラウ
ンドレベルに落下して、第５Ｄ図に示されるようにボー
ル２０２を溶融金属プールＰに入れる。

本発明を用いることにより、溶融金属の移動は電気的ピ
ンチに依存せず、それ故１００％の二酸化炭素がシール
ド気体として用いられる。遅延Ｔｌを用いることにより
、それは従来の遅延よりも実質的に大キ＜、ボール２０
２とプールＰとの間に実質的な接触があるまで高電流を
開始する傾向かたい。事実、この接触は、表面張力によ
りネツク４００が開始する所に進む。

ワイヤ５０の大きさの３倍のビーズが本発明を用いるこ
とにより達成される。ブースト電流又はパルスが生ずる
とき、ジェットカｆはプールＰから金属２０２ａをはら
いのけ、それは溶融作用中プールから溶融金属の塊を離
す傾向を有して、ショートを生じさせる金属の接触がブ
ースト電流が除去されそしてボール２０２が形成する実
質的に後まで生じ々いことを確実にする。アークの長さ
は、ブーストが適用されてプールから離れて金属を溶融
し同時にプールが溶接ワイヤ５０の直下の領域から離さ
れるとき、電極の直径の半分以上でなげればならない。

さもなげれば電気的引き抜きが生ずる。ブーストパルス
が、予定された量の金属を溶融させる予め選択された時
間残存する。このやシ方で、ブーストが除かれそして溶
融した金属が表面張力により球２０２を形成するとき、
ボール２０２は、それがワイヤフィダー４０によりコン
トロールされるワイヤ供給速度でプールに低下されるま
でプールの上に残る。

プラズマブーストエネルギーは、第４Ｂ図に示されるの
に等しいワイヤの体積を溶融するだけで十分である。も
し過剰の量のワイヤがブーストパルスのエネルギーｅ’
ｃｕｔｌ溶融するならば、ポールの移動はスパッターな
しにはさらに難しい。その理由のため、ブーストパルス
のエネルギーはコントロールされて第４Ｂ図に示される
パラメーターを得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好ましい態様による単一の電力供給
に用いられる電流コントロール回路を説明する概略図で
ある。 第２図は、本発明の好ましい態様に従ってコントロール
された溶接電流及び定電位電力供給からのアーク又はプ
ラズマ電圧を概略的に説明する上方及び下方のグラフで
ある。 第３図り第２図に示したグラフと似ているが第３図の下
方のパラメーターで示されるように本発明の特定の実施
例からとられたアーク電圧及び溶接電流のグラフの組合
わせである。 第４Ａ及び４Ｂ図は、本発明により適用されるエネルギ
ーの成る面を説明するためのデイメンジョンを含みそし
て溶融金属プールに進む前の本発明により溶融された溶
接ワイヤの末端の部分的図である。 第４Ｃ図は、第４Ａ、４Ｂ図に示されたデイメンジョン
の面に従うボールの大きさに関する許容度の分布を示す
分布曲線である。 第５Ａ〜５Ｆ図は、本発明の好ましい態様を用いたとき
溶接ワイヤが櫨々の状態を経て進むときの前進する溶接
ワイヤの概略図である。 第６図は、本発明の短絡状態中に用いられそして改変さ
れたパルス構造を有する高エネルギー電流パルスを示す
溶接電流のグラフである。 第７図は、第８図に示された高エネルギーパルスを生成
させるための第１図に示された本発明の好ましい態様の
一面の改変である。 第８図は、その一つが第７図に示された改変を用いるア
ーク状態コントロール回路の２種の改変とともに、本発
明による短絡状態及び次のアーク状態中に生じた電流パ
ルスの相対的関係を示す溶接電流のグラフである。 Ａ・・・短絡アーク溶接装置　　ｌＯ・・・定電位電力
供給１２・・・変圧器　　２０・・・電流コントロール
ネットワーク２２・・・バックグラウンド電流回路 ２４・・・電流コントロール回路 ２６・・・電流コントロール回路 ３０・・・端子　　　　　　３２・・・端子４０・・・
溶接ワイヤフィダー　　　　４２・・・接触管５０・・
・溶接ワイヤ（Ｉｌｌ）　　　　　５２・・・スプール
５４・・・延長部分　　　　　５６・・・シールド気体
６０・・・素材 ｐｃ・・・アーク状態 ９０・・・垂直線 １００・・・垂直線 １０４・・・位置 １０６・・・ライン １１２・・・レベル ＢＰ・・・ブーストパルス １２４・・・レベル ２００・・・溶融末端部分 ２０２Ｇ・・・溶融金属の塊 ２０２ｃ・・・溶融した塊 ２１２・・・電力トランジスタ ＳＣ・・・短絡状態 ｐｐ・・・ピンチパルス １０２・・・ライン １０５・・・レベル １１０・・・ライン １２０・・・立上がシ縁 １２２・・・立下がシ緑 ＩＢ・・・バックグラウンドレベル ２０２・・・溶融金属ボール ２０２ｂ・・・円錐形の塊 ２１０・・・誘導子 ２１４・・・電位差計 ２１６・・・ブロッキングダイオード ２６′・・・ピンテコ／トロール回路　　２２０・・・
抵抗器２２２・・・コンデンサ　　　　　２２４・・・
トランジスタ２２８・・・抵抗器　　　　　　　２２６
・・・電力トランジスタ２４０・・・検出器　　　　２
３０・・・トランジスタスイッチ２６７・・・ライン　
　　　　　　　２４２・・・ライン２３６・・・ブロッ
キングダイオード　　２３２・・・抵抗器ＰＰ・・・ピ
ンチパルス　　　　　２３４・・・平行コンデンサ２４
′・・・プラズマブースト電流フントロール回路２５０
・・・電位差計　　　　　　２５２・・・コンデンサ２
５４・・・抵抗器　　　　　　　２５６・・・トランジ
スタ２５８・・・抵抗器　　　　　　　２６０・・・電
力スイッチ２６２・・・抵抗器　　　　　　　２６４・
・・コンデンサ２６５・・・ライン　　　　２６６・・
・ブロッキングダイオード３０２・・・ライン　　　　
　　　３０６・・・ライン３１０・・・ライン Ｐ・・・プール ３５０・・・末端 ４００・・・ネック ４０４・・・金属部分 ５１０・・・誘導子 ５２０・・・立上がｂ縁 ＢＰ’＝・・ノｆルス ５３０・・・電流レベル 響許出願人 ３１４・・・電流 ｆ・・・矢 ３６０・・・レベル ４０２・・・金属部分 ５００・・・最大レベル ５１２・・・フリーウィールダイオード５２２・・・立
下がシ縁 ＨＰ＃・・・ノ寸ルス ５３２・・・電流レベル ザ　リンカーン カンノ（ニー エレクトリック Ｔ２　＝　２００ｗ５　（０，２ｍ５）Ｔ１冨２．Ｏｍ
ｓ ＦＩＧ、　４Ｇ 軸）ｄ、　ｘ（２ｄ） ０４ ＦＩＧ、　８ 手 続 補 正 書 平成１年２月１日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）溶融金属プールで素材に溶接ワイヤを経て溶接電
   流を通過させるための単一定電圧直流電力供給手段；コ
   ントロールされた速度で該素材に向つて該溶接ワイヤを
   供給して、それにより該溶接ワイヤがアーク状態（その
   間該ワイヤは該素材の該プールから離れているが該プー
   ルに向つている）と短絡状態（その間該溶融ワイヤの末
   端の溶融金属が、該溶融金属プールと接触し、次に該ワ
   イヤから該溶融金属を離して次のアーク状態でアークを
   開始させるネツキング作用により、該素材に移る）との
   間を交替するためのワイヤー供給手段よりなる短絡アー
   ク溶接装置において；該溶接ワイヤーと該素材との間に
   低いレベルのアークを保持するバックグラウンド電流を
   連続的に流す第一の高インダクタンス電流コントロール
   回路、並に該アーク状態中に電流をコントロールする第
   二の電流コントロール回路よりなり、前記の第二の電流
   コントロール回路が、溶接ワイヤ及び溶融金属プールの
   溶融金属が実質的に静止する間、前記の開始されたアー
   クをして予め選択された時間Ｔ＿２の間前記のバックグ
   ラウンド電流により主として規定された領域を有せしめ
   る時間遅延手段、並に該ワイヤの末端にありしかも該プ
   ールから離れている金属の比較的一定の体積を溶融する
   ための予め選択されたＩ（ｔ）領域又はエネルギーによ
   り該ワイヤーとプールとの間に該アークを経て高い電流
   パルスを次に通すための手段を含み、前記の高い電流パ
   ルスは、該アーク状態の約６０％が発生する前に停止し
   、それにより該ワイヤが前記の高い電流パルスにより溶
   融し、さらに該ワイヤが、該プールに供給される前に該
   プールが再び実質的に静止し、それにより前記のバック
   グラウンド電流のみが、該短絡状態が該電極を該プール
   に押し込むことにより開始するとき、アークを経て流れ
   ることよりなる改良装置。 （２）該電流パルスの時間軸長が、該アーク状態の３０
   ％より小さい請求項１記載の装置（３）時間Ｔ＿２は、
   該ショート状態及び該アーク状態の両方に必要な時間の
   少くとも５％である請求項１記載の装置。 （４）前記の第二の電流コントロール回路が、該アーク
   状態中電流を該バックグラウンド電流に加える手段、及
   び前記の加えられた電流の振幅に逆比例して前記の高い
   電流パルスの前記の予め選択された領域を低下させる手
   段を含む請求項１記載の装置 （５）前記の第二の電流コントロール回路が、前記の高
   い電流パルスを高い時定数立上がり縁及び漸次減衰立下
   がり縁を有するパルスに成形する手段を含む請求項１記
   載の装置（６）該短絡状態中電流をコントロールするた
   めの第三の電流コントロール回路を含み、前記の第三の
   電流コントロール回路は、該溶接ワイヤの該溶融金属が
   表面張力により該溶融プールに主として移されるまで、
   該バックグラウン電流のみを流すための調時手段、並に
   前記のショートした溶融金属を通して高い電流ピンチパ
   ルスを次に適用するための手段、並に該アーク状態を開
   始するために該ワイヤからの該溶融金属の差し迫つた中
   断の予想に応じて該ピンチパルスを中断するための検出
   器手段を含む請求項１記載の装置 （７）該検出器手段が、前記のショートした溶融金属を
   通るｄｖ／ｄｔを検出するための手段、並にｄｖ／ｄｔ
   が短絡状態の終りのみでサインを変えるとき、該ピンチ
   パルスを中断するための手段を含む請求項７記載の装置 （８）前記の第三の電流コントロール回路が、低インダ
   クタンス電流出力を含む請求項７記載の装置。 （９）前記の第三の電流コントロール回路が、低インダ
   クタンス電流出力を含む請求項６記載の装置 （１０）該電流パルスの時間軸長が、該アーク状態の３
   ０％より小さい請求項６記載の装置。 （１１）時間Ｔ＿２が、該ショート状態及び該アーク状
   態の両方に必要な時間の少くとも５％である請求項６記
   載の装置。 （１２）前記の第二の回路コントロール回路が、低イン
   ダクタンス電流出力を含む請求項９記載の装置 （１３）前記の第二の回路コントロール回路が、低イン
   ダクタンス電流出力を含む請求項１記載の装置。 （１４）該ワイヤが所定の直径を有し、そして該体積が
   該ワイヤの直径の２倍以下の直径を有する球を形成する
   のに十分である請求項１記載の装置。 （１５）コントロールされた一定の速度で供給されつつ
   ある溶接ワイヤと、該ワイヤが供給されつつある素材の
   溶融金属のプールとの間に、溶接電流を供給するための
   直流電力供給による短絡アーク溶接法において、 （ａ）該短絡状態及び該アーク状態の両方の間、該ワイ
   ヤ及びプールを経てバックグラウンド電流を供給し、該
   バックグラウンド電流が、高いインダクタンス成分を有
   し、さらに該ワイヤ及びプールが離れたときアークを保
   持するのに必要なレベルの直上の低いレベルを有する工
   程： （ｂ）該アーク状態の開始時に、該溶融プールを静止す
   るのに十分な予め選択された時間Ｔ＿２の間、前記の低
   いバックグラウンド電流を流す工程； （ｃ）該プールが静止した後に、該ワイヤの末端にあつ
   てしかも該プールから離れている金属の比較的一定の体
   積を溶融するために、予め選択されたＩ（ｔ）領域によ
   り該プールと該ワイヤとの間に該アークを経て高い電流
   パルスを通す工程； （ｄ）該アーク状態の残りに、前記の低いバックグラウ
   ンド電流を前記の高い電流パルスの後に流す工程； 及び（ｅ）次に該ワイヤをその末端の前記の体積の溶融
   金属とともに前記の溶融金属プールに供給して、前記の
   低いバックグラウンド電流のみにより保持されるアーク
   により短絡状態を開始する工程 よりなり、アーク状態により分離される短絡状態の連続
   を含む方法。 （１６）短絡状態の終りを検出する工程、及び該検出工
   程に応じて該時間Ｔ＿２を開始する工程を含む請求項１
   ５記載の方法。 （１７）常に該バックグラウンド電流を維持する工程を
   含む請求項１５記載の方法。 （１８）溶融金属が、該溶接ワイヤから電気的にピンチ
   されて、該短絡状態を停止しそして該アーク状態を開始
   するまで、高い電流ピンチパルスを該短絡状態の終りの
   みに適用する工程を含む請求項１７記載の方法。 （１９）溶融金属が、該溶接ワイヤから電気的にピンチ
   されて、該短絡状態を停止しそして該アーク状態を開始
   するまで、高い電流ピンチパルスを該短絡状態の終りの
   みに適用する工程を含む請求項１５記載の方法。 （２０）溶融金属が、該溶接ワイヤから電気的にピンチ
   されて、該短絡状態を停止しそして該アーク状態を開始
   するまで、高い電流ピンチパルスを該短絡状態の終りの
   みに適用する工程を含む請求項１６記載の方法。 （２１）常に該バックグラウンド電流を維持する工程を
   含む請求項１６記載の方法。 （２２）該短絡状態の終りで該溶接ワイヤから該溶融金
   属の分離を予報する工程、及び該予報工程の直前に前記
   の高い電流ピンチパルスを停止する工程を含む請求項１
   ５記載の方法。 （２３）溶接電流を溶接ワイヤを経て溶融金属プールで
   素材に通すための単一の定電圧直流電力供給手段、コン
   トロール　、された速度で該溶接ワイヤを該素材に向つ
   て供給し、それにより該溶接ワイヤがアーク状態（その
   間該ワイヤが、該素材の該プールから離れているが該プ
   ールに向つている）及び短絡状態（その間該溶接ワイヤ
   の末端の溶融金属が、該溶融金属プールと接触し、次に
   該ワイヤから該溶融金属を離して次のアーク状態でアー
   クを開始させるネツキング作用により、該素材に移る）
   の間を交替するためのワイヤ供給手段よりなる短絡アー
   ク溶接装置において、該溶接ワイヤと該素材との間に、
   低レベルのアーク保持バックグラウンド電流を連続的に
   流すための第一の高インダクタンス電流コントロール回
   路、並に該短絡状態中に電流をコントロールするための
   金属移動電流コントロール回路よりなり、該金属移動電
   流コントロール回路は、該溶接ワイヤの該溶融金属が表
   面張力により該溶融プールに主として移動するまで該バ
   ックグラウンド電流のみを流すための調時手段、並に前
   記のショートした溶融金属を経て次に高電流ピンチパル
   スを適用するための手段、並に該アーク状態を開始する
   ために該ワイヤからの該溶融金属の差し迫つた中断の予
   想に応じて該ピンチパルスを中断するための検出手段を
   含む装置。 （２４）該検出手段が、前記のショートした溶融金属を
   通るｄｖ／ｄｔを検出するための手段、並にｄｖ／ｄｔ
   が短絡状態の終りのみで選択された速度で増大するとき
   、該ピンチパルスを中断するための手段を含む請求項２
   ３記載の装置。 （２５）該金属移動電流コントロールが、低インダクタ
   ンス電流出力を含む請求項２３記載の装置。 （２６）溶融金属プールの素材に溶接ワイヤを経て溶接
   電流を流れさせるための単一の定電圧直流電力供給手段
   、該素材に向つてコントロールされた速度で該溶接ワイ
   ヤを供給しそれにより該溶接ワイヤがアーク状態（その
   間該ワイヤが該素材の該プールから離れているが、該プ
   ールに向つている）及び短絡状態（その間該溶接ワイヤ
   の末端の溶融金属が、該溶融金属プールと接触し、次に
   該ワイヤから該溶融金属を離して次のアーク状態でアー
   クを開始するネツキング作用により該素材に移る）の間
   を交替するためのワイヤ供給手段よりなる短絡アーク溶
   接装置において、前記の短絡及びアーク状態の両方の間
   、該溶接ワイヤと該素材との間に約２０〜８０アンペア
   の範囲で低レベルのアーク保持バックグラウンド電流を
   連続的に流すための第一の高インダクタンス電流コント
   ロール回路；該アーク状態中該バックグラウンド電流レ
   ベルより高く電流をコントロールするための第二の低イ
   ンダクタンス電流コントロール回路、並に該短絡状態中
   該バックグラウンド電流レベルより高く電流をコントロ
   ールするための第三の低インダクタンス電流コントロー
   ル回路よりなる装置。 （２７）溶融金属プールで素材に所定の直径の溶接ワイ
   ヤを経て溶接電流を通させるための単一の定電圧直流電
   力供給手段、コントロールされた速度で該素材に向つて
   該溶接ワイヤを供給しそれにより該溶接ワイヤがアーク
   状態（その間該ワイヤが該素材の該プールから離れてい
   るが該プールに向つている）及び短絡状態（その間該溶
   接ワイヤの末端の溶融金属が、該溶融金属プールと接触
   し、次に該ワイヤから該溶融金属を離して次のアーク状
   態でアークを開始するネツキング作用により該素材に移
   る）の間を交替するためのワイヤ供給手段よりなる短絡
   アーク溶接装置において、該溶接ワイヤと該素材との間
   に、低レベルのアーク保持バックグラウンド電流を連続
   的に流すための第一の高インダクタンス電流コントロー
   ル回路、並に該アーク状態中電流をコントロールするた
   めの第二の電流コントロール回路よりなり、前記の第二
   のコントロール回路が、前記の開始されたアークをして
   予め選択された時間Ｔ＿２（その間溶接ワイヤ及び溶融
   金属プールの溶融金属が実質的に静止する）の間該バッ
   クグラウンド電流により主として決定される断面を有さ
   せるための時間遅延手段、並に次に該ワイヤの末端にあ
   りしかも該プールから離れた金属の比較的一定の体積を
   溶融するための予め選択されたＩ（ｔ）領域又はエネル
   ギーにより該プールと該ワイヤとの間に該アークを経て
   高い電流パルスを通ししかも該体積が該ワイヤの直径の
   ２倍以下の直径を有する球を形成するのに十分であるた
   めの手段を含む装置。