JP2000288730A - 電気アーク溶接方法およびその装置 - Google Patents

電気アーク溶接方法およびその装置

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JP2000288730A JP2000079309A JP2000079309A JP2000288730A JP 2000288730 A JP2000288730 A JP 2000288730A JP 2000079309 A JP2000079309 A JP 2000079309A JP 2000079309 A JP2000079309 A JP 2000079309A JP 2000288730 A JP2000288730 A JP 2000288730A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 種々のスペースを有するギャップを確実に溶
接することのできる、電気アーク溶接方法およびその溶
接装置を提供する。 【解決手段】 2つの並列プレートの間の開ルート内に
接触ホルダーを介して溶接ワイヤを供給して、溶融金属
を堆積させる電気アーク溶接であって、パドルの間に電
極の突き出し長さを検知する回路と、検知された突き出
し長さの関数として、溶接電流を調整する制御部材と、
溶接ワイヤが出口からルートに向かって通るとき、溶接
電流をワイヤに導く切換電源とを備えたので、種々のス
ペースを有するギャップであっても確実に溶接すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電気アーク溶接技術
に関し、さらに詳しくは、特に開ルート接合におけるル
ートパスの間、パイプ溶接に用いられる電気アーク溶接
方法およびその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】短絡回路タイプの電気アーク溶接機はリ
ンカーン電気社(オハイオ州)製のSTT溶接機として
業界に知られ、米国特許第5,001,326号の背景
に一般に開示され、該米国特許は本明細書でSTT溶接
機の詳細と、本発明を実施する際に用いられる特徴を説
明するために引用されている。本発明は好ましくはイン
バータである高周波切換電源を用いる。インバータを用
いるさまざまな溶接機が使われ得るが、代表的なものは
米国特許第5,351,175号にインバータ溶接機と
して開示されている。
【0003】[従来技術とその課題]リンカーン電気社
製STT溶接機はパイプ溶接に使われてきている。パイ
プ溶接では、前進する溶接の他から溶融金属が、隣接パ
イプ部の2つの並列端の間にある開ルート接合の溶接パ
ドル内に堆積される。開ルート接合は環路内のパイプの
まわりに伸び、この環路は軸偏向によっていくらか変化
する。パイプ部間の接合は、互いに離れている一般に平
行な壁に終わる壁に収束して、開ルートとして知られる
分離ギャップを形成する。パイプ部の端、すなわちプレ
ート間のギャップは、長さが固定されていないので、溶
接機が開ルートのまわりに進むとき、さまざまなスペー
スをもつギャップと出合う。米国特許第5,001,3
26号に開示されているように、STT溶接機は接触ホ
ルダーをもち、それを通して溶接ワイヤが進むので、溶
接電流はホルダーを通ってワイヤまで導かれ、パイプ部
端間に形成された溶接パドル内に流れる。このパドルに
よってギャップが橋渡しされてパイプ溶接のルートビー
ドを形成する。STT溶接機は短絡回路波形を作るた
め、高周波切換電源を用いる。この周波数は電源の動作
周波数には関係するが、溶接プロセスの周波数には関係
しない。隣接パイプ部によって形成されたプレート端間
のギャップは変わるので、電気アーク溶接の第1パスに
よって形成されたパドルは姿を変える。この変化により
パイプ溶接における公知の問題が生じる。
【0004】米国特許第5,001,326号に開示さ
れているように、STT溶接機として知られた高周波切
換電源の目的は、ワイヤが溶接パドルに向かって進むと
き、電極端上の溶接金属ボールの体積を均一に保つこと
にある。この特許は、STTの制御システムがいかに該
溶融金属ボールを形成する実際のワット数を検出し測定
するかを開示している。このワット数は拡張のために定
められ、1つの溶接サイクルから次のサイクルまで保た
れる。電極からのワイヤが変化するので、溶接電流は溶
接の開始時に得られたプリセット基準ワット数に基づい
た一定ワット数を保つように調整される。こうして、一
定の大きさのボールが各溶接サイクルの間、作られる。
STT溶接機を使うと、電極延長すなわちワイヤ繰り出
しにおける変化を補償するために溶接電流が変わらない
なら、短絡周波数が変わる。この変化する周波数は電源
の切換周波数ではなく、溶接短絡周波数である。電極の
延長が減ると、ボールの溶融金属の体積がへり、アーク
長さがわずかに減る。これにより、短絡回路間の時間が
短くなる。これにより、単位時間毎の短絡回数で決めら
れる短絡周波数が増す。逆に、電極の延長が増すと、電
極の加熱が増す。電流の調整がないと、ワイヤ端上の溶
融金属の体積は増す。これによりアーク長さがわずかに
増し、短絡回路間の時間を長くして、溶接機の短絡周波
数を小さくする。この周波数変化は測定パラメータとし
ては使われてこなかった。
【0005】STTはパドル内に浸透させ加熱するマニ
ュアル制御をするためにパイプ溶接に使われるが、第1
ビードを用いた接合に置くとき、ギャップ幅の変化に伴
う問題を解決していない。米国特許第5,001,32
6号は与えられたボールの大きさを保つのに使われるS
TT溶接機を使用している間、電極の延長を測る手続き
を教示していない。電極が短絡している間、電極間の電
圧降下が測られ記録される。溶接電流の値はこの測定の
間、固定される。したがって、測定電圧はワイヤの延長
長さに直接比例する。この電圧は数サイクルを通して平
均化され、コンデンサのようなメモリに蓄えられる。上
記特許では、後続の溶接サイクルの間、この電圧値にピ
ーク電流値が積算される。その結果が各サイクルのワッ
ト数の測定になる。算出されたワット数はコンデンサの
ようなメモリに蓄えられ、「基準ワット数」と比較され
る。この基準ワット数は調整された電極延長に基づいて
溶接の開始時に得られる。その後、基準ワット数は瞬間
ワット数と比較するために用いられる。制御ソフト・プ
ログラムにより瞬間ワット数が基準ワット数に保持され
る。この統合制御は、上記特許にあるように、ワイヤ端
上の溶融金属の固定体積を維持するために使われる。溶
接プロセスの間、それを制御するために電極延長の長さ
を変えることは教示されていない。単一パスの間に発生
する熱を変化させることは教示されていない。ワイヤ溶
融部の間、一定ワット数を維持するために、ワイヤの延
長が用いられる。STT溶接機のような高周波切換電源
を使うことはよく知られている。しかし、第1パスの間
にルートビードを置くとき、電源はパイプ部間のギャッ
プにおける変化に対し自動的には補償できない。ギャッ
プが広いとき、パドルはギャップを通して落下する。ギ
ャップが狭いときは、パドルはギャップを貫かない。こ
うして、手動による干渉が結果として起こる変化に対し
要求される。開ルート接合における初期のビードの間、
溶接操作を制御する必要がある。
【0006】リンカーン電気社製のSTT溶接機は、米
国特許第5,001,326号の図4に示されているよ
うな電流カーブを作るため、高周波切換回路によって操
作される短絡回路アーク溶接機である。この溶接機は市
販品としては成功しているが、定電圧溶接機と同一の性
能を有しておらず、溶接パドル温度が電極延長長さを変
えることによってのみ制御され得るものではない。この
ことは、STT電流カーブを作ることに対し、溶接機の
制限である。したがって、パイプ溶接で重要なパドル温
度は、溶接電流をプリセットすることによってSTT溶
接機を使うときに調整される。この制限があってさえ、
STT溶接機は過剰なパドル熱を生じる定電流溶接より
も優れている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、パイプ溶接の
ようなプレート溶接の開ルート接合において第1ビード
を置くための装置と方法に関するものである。この方法
と装置は、好ましくはリンカーン電気社製のSTT溶接
機のような高周波切換電源を用いる。本発明は、このよ
うな溶接機とパイプ溶接におけるルートビードの使用を
参照して記述されるが、本発明はより広く、重いプレー
トの端とパイプ部の端の間の第1パスのような開ルート
パスに対して使われる他の電気アーク溶接機に対しても
使われ得る。本発明はまた、開ルート接合の後続のパス
の間にも使われ得る。
【0008】本発明によれば、電気アーク溶接機は自動
的にギャップの変化を補償する。米国特許第5,00
1,326号に記載されているように、この調整は一定
ワット数を維持しない。この特許はSTT溶接機として
販売されている高周波溶接機とこの溶接中の溶接ワイヤ
の突き出し(stich out)の測定用回路を開示
している。この電極突き出し長さを測る能力は市販のS
TTでは用いられないが、本発明の好ましい実施例には
それが用いられている。パイプ溶接で初期ルートビード
を置くときに生じるギャップの変化は瞬間の電極突き出
し長さによって決定され得る。幅の変わるギャップをも
つ開ルート接合を溶接するとき、ギャップが広ければ溶
融金属パドルにはギャップを通してたわむ。これによ
り、ワイヤ突き出し長さが増す。この突き出しは該特許
に示された回路によって検知される。もちろん、瞬間突
き出しを測るためさまざまな高周波電源をもついろいろ
な回路が使われ得る。ギャップが狭すぎると、最初のル
ートビードがギャップ内に浸透しない。突き出しが減
る。短絡回路法を用いるとき、該特許に示されているよ
うな回路によってこの減った突き出しが検知される。こ
うして本発明は溶接プロセスのプレート間のギャップを
決定するため、瞬間突き出しを測定するという概念であ
る。この突き出し測定はパドル熱に必要な変化を決定す
る。こうして、ギャップが狭いとき溶接電流は増え、ギ
ャップが広いとき減る。突き出し測定を使うことによ
り、本発明は溶接接合部で溶接の輪郭を描くために用い
られる。曲がりくねった溶接プロセスを用いると、ワイ
ヤが接合部から拡開する壁に近づくとき電極突き出し量
が変化する。こうして突き出しの測定は、溶接ヘッドが
開ルート内で横方向に電極を動かすとき、溶接ヘッドの
位置に関する情報を提供する。本発明のさらに一般的な
定義は、溶接プロセスのパラメータを制御するため溶接
プロセスの間測定された突き出しを使用することであ
る。制御されるパラメータは溶接電流または溶接ヘッド
方向の2つである。
【0009】本発明は特にパイプ溶接に用いることがで
き、突き出しの測定により開ルートのギャップの変化お
よび/またはルート接合部の中心線に関する電極の位置
についての情報が得られる。ルートの開きが増すと、溶
接パドルはギャップを通してパイプ内側へ落ちやすい。
本発明は電極突き出しの増加を検知することによりこの
現象の始まりを検出する。突き出しが増えると、溶接電
流を減らすことによって溶接パドルの熱を下げる。これ
は背景電流またはピーク電流、あるいは両電流を下げる
ことによってなされる。こうして、溶接パドル温度は下
げられる。これにより、ビード内の溶融金属が固化し、
金属がギャップから落ちることを防ぐ。ルートギャップ
が小さくなると、溶融金属がギャップを通り抜けなくな
るので検知された電極突き出しも減る。溶融パドルはギ
ャップの頂に溜まる。こうして突き出しの減少が検知さ
れると、電流が増えて接合部の溶融パドルの熱を増す。
より熱いパドルは狭いギャップ内を浸透して、ギャップ
の全深さに沿ってプレート端の適切な融合を生じる。ル
ートパスが置かれた後、本発明の他の面に従って突き出
しの測定が継ぎ目追跡に対して用いられる。検知された
突き出し情報は、溶接ヘッドを前後に動かす機構によっ
て使われる。溶接ヘッドの外側位置は電極突き出しの減
少として検出される。溶接ヘッドが接合部の外側位置に
動くと、突き出しは小さい。電極が接合部を横切って動
くと、接合部の外側で最短になるような長さ変化をす
る。電極が接合部の一方の側に達すると、反対側に向か
って逆向きに動く。電極突き出しは初め増え、次に減
る。突き出し情報を使うことにより、電極あるいは溶接
ヘッドの横方向の運動が停止し逆転するとき、信号によ
って溶接ヘッド機構を制御する。これにより、溶接操作
の間、溶接ヘッドの曲がりくねったパターンが発生し、
接合部追跡ができる。
【0010】突き出し情報を利用して、本発明の電気ア
ーク溶接機は望ましくないビード輪郭を引きおこすギャ
ップ内の変化を自動検知する。さらに、接合部の収束す
る側壁あるいは傾斜に関して横方向の電極の外側位置は
適切な位置で逆方向に対して検出される。これら2つの
刻々の機能は突き出しを測定するとすぐ働く。突き出し
測定は溶接プロセスが実行されることによって指示され
る回路によって達成される。米国特許第5,001,3
26号に示された短絡回路プロセスにおいて、適切な回
路が電極ホルダーと溶融金属の間の突き出しを測ること
に対して開示されている。
【0011】本発明は半自動および自動溶接操作の双方
に使われる。溶接電力あるいは熱は本発明を用いること
によって変えられる。接合部に沿って溶接ヘッドの進行
の間、電極突き出しを変えることにより、接合部の選択
された位置で熱が変えられ得る。たとえば、ロボット溶
接機によって接合部を溶接する間、その部分の幾何配置
がある位置でもっと多くの、あるいはもっと少ない熱が
必要とされるものなら、電極突き出しは変化したとき溶
接操作の熱を調整する。本発明をこのように用いること
は、溶接機の制御温度を変えることを必ずしも要しな
い。設定は一定のままであるが、所定の突き出し長さは
制御のために変えられる。本発明の他の面によれば、突
き出しは溶接パスの間、継ぎ目追跡のために使われるの
で、溶接ヘッドの運動は接合部のパスによって実際に制
御される。接合部に沿う1パスの溶接ヘッドによって横
切る通路は、メモリー内に蓄えられる。ロボット溶接設
備の後続の溶接パスは、第1パスの間に記憶された通路
をなぞる。こうして、後続パスは第1ビードの蓄えられ
た道路に従う。
【0012】本発明の主要な面は開ルート溶接操作にお
いて電極突き出しを測定することである。プラズマ部の
間、突き出し値が電流を制御する。STT溶接サイクル
のプラズマ部の間に使われる電流の積分によって制御さ
れる。STT溶接機において、突き出し測定も短絡周波
数によって検知される。この短絡周波数を測ることによ
り、突き出しを表す信号が発生する。このような本発明
の他の面は、短絡周波数を測り、溶接電流を変えてほと
んど一定の短絡周波数を維持することである。本発明に
よれば、前進するワイヤから2つの並列なプレート間の
開ルート内の溶接パドルに溶融する金属を堆積するため
の電気アーク溶接装置が提供される。これらのプレート
はパイプ部の端部であり、それは本発明の好ましい用例
である。接合部は溶接パスを区切り、収束する壁によっ
て形成される。溶接装置はワイヤ出口をもつ接触ホルダ
ーを含む。切換電源は第1ビードの間、ワイヤが出口か
ら開ルートに向かって動くとき、溶接電流をワイヤに導
く。本発明の実施例によれば、切換電源は米国特許第
5,001,326号に開示されているような波形をも
つSTT溶接機である。前進するワイヤは接触ホルダー
を溶接パドルの間で電極突き出しを区切る。本発明によ
れば、突き出し長さは検知され、溶接電流は該検知され
た突き出し長さの関数として調整される。好ましくは、
この関数は増加する突き出しと逆関係にあって、減少す
る電流、あるいはパドルへの熱に終わる。STT溶接機
を使うと、電源は短絡回路アーク溶接機で、異なる電流
レベルをもち、短絡状態とアーク状態すなわちプラズマ
状態の間で変わる。溶接の熱はアーク状態の間制御さ
れ、突き出しが短絡状態の間測定される。この好ましい
例が米国特許第5,001,326号に図示されてい
る。本発明の広範な面は突き出しの測定およびそれを溶
接パドルの熱の制御に用いることにある。本発明の代替
適用として、突き出しが溶接プロセスの他のパラメータ
を制御するために使われる。
【0013】本発明の実施例によれば、突き出しは瞬時
に測定され、検索表、ROM、RAM、PROM計算や
他のアルゴリズムから所定の電流波形を選定するため、
マイクロプロセッサ、ソフトウェア・プログラム内で使
われる。。ROM、RAM、PROM検索表あるいはソ
フトウェア・アルゴリズムの出力は、次にソフトウェア
誤差アンプ内で使われて実際の電流と比較し、検知され
た突き出しによって指令される所定レベルに溶接電流を
調整する。この電流調整により、ピーク電流、背景電流
などを変えることによるSTT波形が変化する。本発明
の他の面によれば、パイプ部の端すなわちフラットな大
きなプレートによって作られるタイプの2つの並列のプ
レートの間にある開ルート接合部で前進する溶接ワイヤ
から溶接パドルに溶融金属を堆積するための方法が提供
される。開ルートは溶接パス内に伸び、ギャップを区切
って離れた一般に平行な壁に終わる収束する壁によって
形成される。この方法は、ワイヤがギャップに向かって
進むとき、高周波切換電源によって溶接電流をワイヤに
導くことを含んでいる。この方法の好ましい実施は、突
き出しと電流が逆関係にある関数を含んでいる。突き出
しが増すとき、電流は減る。同様にして、突き出しが減
るとき、電流は増す。この概念は、パイプ溶接プロセス
の第1パスのような開ルート溶接プロセスの接合部に沿
うギャップの差を補償するために使われる。
【0014】本発明の他の面によれば、検出された突き
出しは、溶接ヘッドの運動を逆転するために使われる。
この概念はルートビードが置かれた後に使われる。これ
を使うと、突き出し長さは溶接ヘッドとして検知され
る。この突き出しがある与えられた減らされた値にある
とき、ワイヤの横断方向が逆転される。この逆転は接合
部の反対側でくり返されるので、電極は前後に動く。本
発明のこの特徴は、ギャップが増えたり減ったり、ある
いは接合部の道路が一定していないとき、きわめて有利
である。溶接ヘッドは接合部の実際の道路を追跡する。
このような接合部追跡は、溶接ヘッドの横断運動が固定
位置で自動的に逆転するときには得られないものであ
る。本発明のさらに別の面によれば、STT電流カーブ
を作る短絡回路溶接機は突き出しを測定するために変調
され、パドル温度を変化させるために溶接電流を調整す
る。これは重要な変化なので、低熱STT溶接機は単に
突き出しを変化させるだけでパドル温度を調整すること
により、同様の定電圧アーク溶接機を操作することがで
きる。
【0015】本発明の他の面によれば、溶接装置および
方法に用いられる溶接ワイヤはフラックス・コア電極で
ある。したがって、パイプ溶接操作の間、シールドガス
は要求されない。これはパイプ溶接が通常行われる遠隔
地域で有利である。本発明の主要な目的は、電極の突き
出しを検知し、溶接パドルの熱を変化させることに対し
電流を調整することにより、開ルートのパドルに導かれ
る熱を制御するための装置および方法を提供することに
ある。この目的は、接合部の開ルートにおけるギャップ
の変化によって表わされる問題を解決する。本発明の他
の目的は、特にパイプ溶接操作における第1ルートパス
を溶接するとき、開ルート接合部のギャップの変化を自
動的に補償する上記装置と方法を提供することにある。
【0016】さらに本発明の他の目的は、接合部の輪郭
または道路に関係なく、2つのプレート端部の間の開ル
ート接合部を追跡することを溶接ヘッドにさせる上記装
置と方法を提供することにある。さらに別の本発明の目
的は、第1ルートパスの後、溶接パスと同様に、異なる
側面と異なるギャップを補償するために容易に実施し得
る上記装置と方法を提供することにある。
【0017】さらに他の本発明の目的は、特に高周波切
換電源、格別、STT溶接機のパルス波形をもつ電源に
適用可能な上記装置および方法を提供することにある。
さらに別の本発明の目的は、短絡回路アーク溶接機が単
にワイヤ突き出しを変えるだけで、パドル温度を変えら
れる上記装置と方法を提供することにある。さらに他の
本発明の目的は、米国特許第5,001,326号に開
示されているような短絡回路溶接プロセスを用いる上記
装置と方法を提供することにある。これら、および他の
目的と利点は、添付図面とともに以下の説明により明ら
かになるであろう。
【0018】
【実施例】以下、図面を用いて説明するが、これは本発
明の実施例を説明するだけのためであり、これと同一の
ものに本発明を限定するためではない。図1(A)は高
周波ダウンチョッパ(DC)切換電源PSを示し、ワイ
ヤが電気コネクタすなわちホルダー14内に支持されて
いるとき、溶接電流を溶接ワイヤ10を通して工作物1
2に流す。適当なワイヤ・フィーダ16が、オペレータ
またはプログラマによって調整される電源の設定によっ
て決まるレートで、供給スプール18からワイヤを引っ
張り出す。ホルダー14はダウンチョッパ電源PSの端
子22につながれ、端子20と逆極性端子22の間で直
流パルスを受ける。直流電流パルス波形は、溶接サイク
ルの電流を調整するための出力32dをもつ電流制御3
2を有する適当な波形回路30によって決められる。
【0019】この電流調整は、最大電流、ピーク電流、
背景電流等の変化を含み得る。波形回路30は高周波切
換電源の制御においてよく知られている。ライン34の
出力電圧信号は、溶接サイクルの間変化して、電極すな
わちワイヤ10と工作物12の間を流れる電流の波形を
制御する。本発明は2つのプレートの間の接合部で用い
られるので、工作物12はその2つの離れたプレートの
間にある溶融金属パドルである。実際は、プレートは開
ルート接合部をもつパイプ部分であり、パドルすなわち
ビードが工作物12の上面を区切っている。ホルダー1
4と工作物12の間の距離は溶接プロセスに対するワイ
ヤ突き出しである。この突き出しすなわち電極延長は、
米国特許第5,001,326号に開示されている突き
出し測定回路で、本発明の実施例で使われるような短絡
回路溶接プロセスを用いて測定される。他の公知の回路
も、特に他のタイプの溶接サイクルを用いるときには、
ワイヤ突き出しを測定し得る。突き出し測定機構は図
2,5,6,7で説明している。もちろん、STT溶接
機に対してさえ、図23に示すような他の測定技術を使
い得る。上記米国特許はダウンチョッパー高周波電源に
特化しているので、本発明を説明するため図1でこの電
源を使用する。
【0020】他の高周波切換電源が、2つのプレート開
の接合部でワイヤ10と溶融金属パドルの間に溶接電流
を生じさせるために使われる。電源PSは約18KHz
以上、好ましくは約20K〜40KHzのレートで切り
換えられる。パルス幅変調器40は、ダウンチョッパー
やインバータのような変換器において急速な可変幅電流
パルスを生じさせるための標準である。制御ライン42
はオシレータ44を駆動して制御されるレートをもつ短
い電流パルスを有する出力電流パルスを形成する。した
がって、ライン42の電圧は18KHz以上のような高
周波数でスイッチ50を通り抜けさせる急速な電流パル
スの幅を示す。このようにして、ワイヤ10を通る溶接
電流は、上記米国特許に説明されている波形回路30か
ら出力ライン34の電圧によって制御される。ライン4
2のパルス幅制御電圧は、抵抗62によって適当にバイ
アスされる誤差アンプ60の出力に現れる直流電圧レベ
ルである。オーバーライドすなわち並列回路70は、ラ
イン42の電圧によってライン34を電圧ゼロに保つよ
うに働く。誤差アンプ60の入力は、回路30の出力に
現れる電圧で、STT溶接機に使われる複数のスイッチ
によって制御される。波形の制御は本発明の一部を構成
していない。
【0021】誤差アンプ60から流れる電流は、ライン
42によってパルス幅変調器40にかかる電圧を制御し
て、オシレータ44によって作られる電流パルスの大き
さを制御する。パルス幅変調器はFETスイッチ50を
開閉して、図6の上方のカーブに示されるような波形の
電流を導く。垂直線はSTT波形を構成する急速な電流
パルスを表す。STT溶接機はライン72の信号によっ
て差し迫った溶融に応じて動作するスパッタ制御回路7
0を用いる。この溶融信号はdv/dt予告回路74に
よって作られるので、出力ライン76の論理は与えられ
た溶接サイクルの短絡回路パルスの間、溶融する前に直
ちに電力スイッチ80を非導通にする。スイッチ80の
動作により、スイッチ80を通る一般に高レベルの電流
からスナッパ回路84を通る一般に低いレベルの電流ま
で、小さなインダクタンスのインダクタ82を通る溶接
電流が変化する。溶接サイクルの短絡回路状態が進行し
ているとき、測定されたdv/dtの値がある設定値を
越えて、差し迫った溶融を示す。ライン72の論理は直
ちに移る。したがって、スイッチ80からの溶接電流は
低いレベルに移って溶融によって解放されたエネルギー
を減らし、スパッタを減らす。この概念は本発明を構成
する改良の一部を形成しないが、本発明の実施例に用い
られるSTT溶接機の一部である。
【0022】本発明は突き出し長さaを検知し、電流回
路32を制御して、(a)ルートビードの間溶接プロセ
スによって発生する熱の量を制御するか、あるいは
(b)プレート間の接合部を埋める間、並列のプレート
の離れた壁の間を横切ってワイヤが動くとき、そのワイ
ヤ10の位置を検知する。本発明の第1の面はルートビ
ードをパイプ溶接内に置くことに主に適用され得る。本
発明の第2の面は、後続のパスがワイヤが曲がりくねっ
たパターンで動く接合部を埋める間、主に適用され得
る。STTは当初、図1のようなダウンチョッパ電源を
用いるために設計されたが、現在、図1(B)に示すよ
うな18KHz以上で動作するインバータ100を用い
る。電気アーク溶接用の代表的なインバータの構造は、
米国特許第5,351,175号に開示されている。い
ずれかのタイプの電源が波形回路30を用い、電流制御
32によって説明されるさまざまな電流レベルを調整す
るための配列を含んで図6のような波形を提供する。イ
ンバータ100は電動発電機であり得る適当な入力電源
をもつが、それは3相ライン電圧102として示されて
いる。このライン電圧はまず直流リンクに整流され、好
ましくは図6のようなSTT短絡回路波形である電流波
形を作るため、インバータ100は高周波数で切り換え
る。本発明への付加として、ワイヤ10は図1(C)に
示すようなフラックス・コア電極Bである。このような
電極は外鞘110と、フラックス成分および/または合
金粒子の詰まった中空コア112を有する。遠隔地でパ
イプ溶接をするためフラックス・コア電極を用いること
により、シールドガスを使う必要がくなる。これは世界
の遠隔地域で効果がある。
【0023】本発明は、(a)突き出し長さaを測定
し、(b)この測定効果を使ってパイプ溶接操作のルー
トパス内の熱を制御する概念に関するものである。後述
するように、突き出しaの測定も、側壁用のスペースを
溶融金属で埋めるとき、接合部の発散する側壁間で溶接
ヘッドを前後に動かすことに対して適用できる。図2
は、米国特許第5,001,326号の図2に似た回路
で、オペレータによる5.0秒間の操作開始の間に突き
出しaを測定し、その値に基づいて溶接機を調整(較
正)するためのソフトウェア・プログラムあるいは実際
に配線された回路である。この目的を達成するため、突
き出し測定回路120がライン122に電圧を発生する
ために用いられる。この電圧は直流溶接サイクルの間、
突き出しを表す。この実施例に使われるプロセスは図6
の電圧・電流で示されるSTTサイクルである。これら
のカーブは図1(B)のインバータを用いるSTT溶接
機によって発生される。アーク電圧Va は入力124で
モニターされ、図5〜6に示すような時刻T2 での破線
点電流の後直ちに、ソフトウェア・スイッチ128の動
作によって抵抗126を通してコンデンサ130を充電
するのに使われる。実際には、破断点後の遅れは約10
0μsである。スイッチ128は溶接サイクルの短絡回
路状態の間、時刻T3 とT4 の間、閉じられる。スイッ
チ128は500μsよりも短い時間、好ましくは約3
00μs閉じられる。このスイッチを閉じるとすぐ、コ
ンデンサ130が充電されてライン122に電圧を発生
する。この電圧は短い電圧スパイクの平均値を表す。こ
れらの電圧スパイクはワイヤ10が溶融金属パドル12
に短絡するときに生じる。したがって、コンデンサ13
0の電圧は、電流が同一の大きさであるサイクルからサ
イクルまでの間測られるので、突き出しに比例する。こ
うして、電圧VSOは突き出しaを表す。もちろん、他の
溶接サイクルが使われるなら、特定タイプの溶接操作が
行われるさまざまな回路によって突き出し電圧が測られ
得る。
【0024】図1(A)の電流制御回路32はライン1
22の電圧に直接反応し得るが、その電圧は突き出し長
さによってばかりでなく、ワイヤ直径、ワイヤ成分、ワ
イヤ抵抗およびシールドガスのような他のパラメータに
よってでも制御される。こうして、本適用における突き
出しは長さである。しかし、本発明でモニターされ、使
われる突き出しは他の制御パラメータも有している。あ
る溶接ワイヤを使う1つの溶接機に対するライン122
の電圧は、別の溶接操作における図1の突き出し長さに
対する電圧と異なり得る。突き出しは変数によって検知
でき、ある特定の溶接操作の間、代表的な突き出しと、
長さ成分をもつ変数を示す電圧を測定するという一般的
な概念として本発明に用いられる。これら必要な変数の
ため、図に示すような回路が時どき使われる。この回路
は、一般に長さを検知するライン122の電圧値を読み
出すばかりでなく、ライン132でプラズマ・ブースト
の間、実際のアーク電流Ia も読み取る。こうして、変
数は制御信号内に取り込まれる。ライン122と132
の電圧は乗算回路134の入力に導かれ、回路134は
実際は、溶接サイクルのある選ばれた時刻に測られた突
き出し電圧とアーク電流の積の平均である出力136を
もつソフトウェア乗算器である。こうして、ライン13
6の電圧は拡張ワット数であり、溶接プロセスの変数を
考慮している。
【0025】図2の回路は、電力ブースト・パルスの
間、ピーク電流IM を制御するのに使われる。ある特定
の溶接プロセスの間に使われる所定溶接電流の制御回路
32を教えるため、開始回路140が使われ、ここでソ
フトウェア・スイッチ142が溶接サイクルの開始時に
普通約5.0秒間だけ閉じられる。ライン136の拡張
ワット数電圧はその開始時に抵抗144を通してコンデ
ンサ150を充電し、制御回路32に全プロセスに対す
る所定突き出しを教える。回数140もソフトウェア・
スイッチ146を含み、これはプラズマ・ブースト・パ
ルスの間(T6 〜T7 )閉じている。回路140を使う
ことにより、コンデンサ150は溶接プロセスの開始時
に調整された突き出しに対するプラズマ・ブースト・ワ
ット数を示す電圧まで充電される。サンプル・ホールド
回路152は、誤差アンプ160の入力に導かれるライ
ン154のコンデンサ150に渡る電圧を保持する。誤
差アンプ160はライン154の基準ワット数とライン
136の実際のワット数に比例する誤差信号をライン1
60aに発生する。この誤差信号はスイッチ162によ
ってプラズマ・ブースト・パルスの間、ピーク電流IM
のみを制御するために使われる。開始の間、スイッチ1
62は開いている。その後、ライン160aの信号は、
プラズマ・ブースト・パルスの間、スイッチ162が閉
じているとき、制御回路32の入力32aである。ライ
ン160aの信号は入力32aに導かれるので、ライン
136の電圧変化は制御回路32の電流を調整して時間
6 〜T 7 の間、ワイヤ10とパドル12の間の電流を
変える。他の時刻へは、制御回路32は図6のSTTカ
ーブ用の設定に従う。回路140を用いることにより、
制御回路32は溶接操作の開始時に調整される。従っ
て、全積分電流、最大電流、ピーク電流あるいは背景電
流のうちいずれか一つ望まれるように、突き出しがモニ
ターされて溶接電流を調整する。
【0026】本発明によれば、ライン122の電圧は突
き出しを表す。この電圧は本発明において、突き出し電
圧VSOの大きさに基づく所定レベルに溶接電流を移させ
る。この概念を表す基本回路は図3に示され、これは図
1のライン32aの制御回路32に入力するためライン
122に電圧を作る図2の入力部分である。測られて突
き出しは、溶接電流、少なくともその一部を制御して、
開ルートパスの間、溶接パドルの熱を調整する。前述し
たように、ライン122の電圧は実施されている特定の
溶接プロセスにおいて変数の中に取り込まれないので、
本発明の1つの面によれば、ライン122の電圧はアー
ク電流を結合される。これは図2に示されている。実際
は、これらの値を統合するための回路は図4に示されて
いる。除算回路180はソフトウェア回路であるが、ハ
ード結線回路でもよい。図5に示すように、このアーク
電流は電圧が測定されているときに発生する瞬間アーク
電流である。
【0027】したがって、ライン182の電圧はSTT
波形のT3 〜T4 時間における短絡回路電流によって除
算される突き出し電圧を表している。ライン182の電
圧は突き出し抵抗で、このパラメータは溶接プロセスの
制御に対しより精度が高い。突き出し抵抗RSOは、突き
出し電圧VSOが使われたと同様にして、制御回路32に
よって使われる。両者において、ライン122またはラ
イン182の信号は突き出しaを表している。本明細書
を通して、突き出しは突き出し電圧あるいは突き出し抵
抗を意味している。これらの術語は、本発明の実施にお
いて交換可能に使われる。制御回路32は突き出し電圧
のための第1入力32aと突き出し抵抗のための第2入
力32bを有する。それを保証するため、ライン32b
の電圧(RSO)は突き出し電圧の測定に用いられたと同
様の電流を用い、スイッチ128は図4(A)のコンデ
ンサ184を充電するために用いられる。回路180に
導かれる電圧と電流は、短絡回路状態で破断点の後直ち
に500μsよりも短い時間、好ましくは数300μs
の間に測られる。図4(B)は図4(A)の1変形で、
除算回路180aはアーク電圧Va をアーク電流Ia
よって除算し、T1〜T8 時間のアーク状態の間読み取
られる。これによりライン182aでコンデンサ184
aにかかる電圧として突き出し抵抗が得られる。
【0028】突き出し電圧の測定は、行われる溶接プロ
セスおよびVSOやVSOのような突き出しを表す信号を得
るためのパラメータによって示される。本発明の実施例
ではSTTアーク溶接機を用いるので、米国特許第5,
001,326号の突き出し測定回路が実施例に採用さ
れている。この回路は図5〜7を用いて説明される。S
TT溶接機に対する電流と電圧のカーブは図6が示さ
れ、溶接サイクルは時刻T0 とT9 の間に伸びている。
時刻T9 で溶接サイクルはくり返される。時刻T 0 で、
電圧Va は前進するワイヤの先端の溶融金属ボールと溶
接接合部にすでに置かれている溶融金属パドル12の間
の短絡回路を示す低い値に移る。時刻T1まで、電流は
低く保たれる。その後、電流はピンチパルス200で示
されるように制御され、その結果電圧パルス202のよ
うになる。時刻T2 で生じる破断点204で、電流は急
峻な上昇からより緩やかな傾きのピンチパルスの後半に
移る。破断点204の電流は一定値である。スイッチ1
28は時刻T3 とT4 の間で閉じる。時刻T3 は時刻T
2 よりも約100μs遅れている。これにより破断点2
04の近くで比較的狭い幅の電圧パルス210が生じ
る。こうして、電圧パルス210が生じるとき、溶接電
流は常に同一レベルにある。
【0029】不良回路74が溶融が差し迫っていること
を示すと、ピンチパルス200は時刻T5 で背景電流レ
ベルに移る。これは、図1(A)の波形回路30によっ
てプラズマ・ブーストパルス212が生じるとき、時刻
6 まで保たれる。このパルスは最大電流をもち、次い
で214部分のテール・アウト電流となる。垂直線はス
イッチ50からの高速パルスを表している。プラズマ・
ブーストパルス212のテール・アウトは時刻T8 に終
わる。その後、背景電流に保たれて、時刻T9で短絡回
路が生じるまで溶融金属ボールを液状に保つ。これは時
刻T0 で始まったサイクルと同じ短絡回路状態である。
次の溶接サイクルはこうして時刻T9 に始められる。溶
接操作で生じる熱は、時刻T6 とT9 の間の電流カーブ
を積分することによって決まる。この熱はブーストパル
ス212のピーク(最大)電流や、時刻T8 とT9 の間
の背景電流レベルを変えることによって制御し得る。最
大電流IM あるいは背景電流IB を調整することによ
り、パドル12の熱は変えられて溶融金属の粘度を調整
する。ピンチパルス200と202は、電圧スパイク2
10とともに図5に示されている。これらのスパイクを
集積することにより、突き出し電圧VSOが本発明で使わ
れるために作られる。前述したように、突き出し電圧V
SOはアーク電流Ia で割られて、突き出し抵抗RSOを生
じる。突き出し抵抗は図5でパルス220として示され
ている。パルス220は集積されて本発明で使われる瞬
時突き出し抵抗となる。突き出し電圧と突き出し抵抗は
ともに、溶接プロセスの間の突き出し長さを示す。これ
らは本発明で、特にルートパスの間、パドル内の熱を制
御するのに使われる。これらの値は2つの隣り合うプレ
ート間の接合部を埋める間、溶接ビードの振動を制御す
るために使われる。電流が時刻T3 とT4 の間で一定と
すると、これは一般にその通りであるが、電圧スパイク
210a,210b,210cは図7の例I,II,III
の異なる突き出し長さm,n,oをそれぞれ表す。図7
に対応する電圧スパイクは突き出しパラメータとして使
われる。
【0030】本発明によれば、ライン122の突き出し
電圧VSOは電流制御回路32の入力32aに導かれる。
この回路を図8に示す。ライン32aの突き出し電圧は
検索表、ROM、PROMあるいは他のメモリ・デバイ
ス250の入力に導かれる。このデバイスは入力の突き
出し電圧と相関する所定電流252を出力する。出力2
54は測られた突き出し電圧VSOに基づく所定電流を表
す。本発明の実施例にライン132のアーク電流はライ
ン32cの回路32に導かれる。回路32で、アーク電
流は時刻T0 とT9 の間積分器260のよって積分され
る。これにより溶接機の実際の交流が得られる。したが
って、ライン264の電圧は誤差アンプ270への一方
の入力である実際の電流を表す。もう一方の入力はライ
ン254の所定電流である。アンプ270の出力272
は回路32の出力32dである。ライン32dの電圧は
後続の溶接サイクルの間、実際の電流を制御する。こう
して、突き出しが増すとき、パドル12の熱は下がる。
この逆関係は検索表250内にプログラムされている。
波形回路30は所定電流レベルを使って図6に示す波形
を形成し、実際の積分電流を所定値に向かって移す。電
流調整回路272はその中にプログラムされた所定シス
テムに従って、最大電流IM 、背景電流IBあるいはこ
の双方を変える。実施例では、背景電流IB はパドル1
2内の所定熱を保つために調整される。
【0031】図9〜12は突き出し電圧VSOあるいは突
き出し抵抗RSOによって表されるような突き出し長さに
よって電気アーク溶接機を制御するための本発明の実施
例の変形例である。これらのソフトウェア図は概略的に
示され、さまざまなソフトウェア技術によって実行され
る。図9は関数発生器280がプログラムされた検索表
250の代りに用いられる電流制御回路30′を示す。
この関数発生器はアナログあるいはデジタルのデバイス
で、突き出し電圧VSOが突き出し抵抗RSOである入力を
もつ。その出力はステージ回路282の所定電流であ
る。そのレベルは出力286をもつステージ284によ
って示されるような溶接電流を制御する。この出力値は
図1(A)の波形回路30のようなアーク溶接機の制御
器に導かれる。同様に、図10は電流調整ステージ29
4を制御するためステージ292で所定電流を生じるよ
うにプログラムされた検索表290を使う制御回路3
0″を示す。出力ライン296の信号は溶接機の制御器
に導かれる。図9〜10はともに、突き出し電圧・抵抗
のいずれかが溶接機を直接制御するものとして使われ得
ることを示している。実際の電流をフィードバックする
ことはしない。これらの実施例は開ループ制御で、電流
は関数発生器280または検索表290の出力によって
決まる絶対値である。実際には図8の閉ループシステム
が用いられる。図8〜10のシステムはマイクロプスセ
ッサ内のソフトウェアによって実行されるが、アナログ
回路によっても実行され得る。
【0032】突き出し抵抗はさらに情報を含み、突き出
しを表すより高精度のパラメータである。したがって、
図11〜12の溶接機制御システムは突き出し抵抗RΩ
を突き出しの測定として用いる。図11で、回路300
はリアルタイムで変わる突き出し抵抗である入力182
をもつ検索表302を有する。この表は電極組成・大き
さ、シールドガスなどの変数のようなさまざまなパラメ
ータによって変更される。これらの変数によって表30
2を表記付加的なパラメータに対して調整する。プログ
ラムされた検索表からのこれらすべてのパラメータの出
力はステージ304での突き出しである。本発明によれ
ばステージ304からの突き出し信号はデジタルである
ことが好ましく、溶接機Wの制御器306に導かれる。
こうして、制御器に対する変数は突き出し抵抗である。
図12の回路310はライン182の突き出し抵抗値に
従う。この値はプログラムされた検索表に導かれ、この
表は図12のパラメータによってインデクスされ、ステ
ージ314で突き出し信号を発生する。この信号の大き
さは制御器316に導かれる。制御器316はまた電
流、電圧、時間、電極シールドガスおよびワイヤ供給速
度のような入力を含む。これらすべてのパラメータが溶
接機Wによって行われる溶接プロセスを制御するために
使われる。図12のように、回路310はワイヤ突き出
しを表すパラメータによって制御器316を調整する。
これら2つの例において、パラメータは突き出し抵抗R
SOである。もちろん、パラメータは突き出し電極VSO
もよい。
【0033】本発明は開ルートのパドル内の熱を調整す
るため溶接電流を制御するように突き出し電圧VSOある
いは突き出し抵抗RSOで表される突き出し長さを用い
る。本発明の効果は離れたプレートP1とP2の間にあ
る接合部Jを示す図13(A),13(B),14
(A),14(B)において示される。実際には、パイ
プ部分の隣接端部が接合部Jを形成する。接合部Jは、
その開ルートであるギャップgを区切る一般に垂直な壁
330,332に終わる急峻壁320,322を含む。
接合部はルートで第1パスで溶接されているので、ギャ
ップgの大きさの変化は自動溶接機によってルートビー
ドを置くことに影響する。
【0034】本発明はギャップgの大きさに従って溶融
パドルすなわちビード340内の熱を制御する。図13
(A),13(B)でギャップgは比較的狭い。したが
って、パドル340はギャップ内に浸透していない。こ
の問題を図13(A)に示す。こうして、パドルはギャ
ップ上部に集積して高さを増す。これにより、ホルダー
14の端とパドル340の頂との間の突き出しSOが減
る。したがって、壁320,322の間の接合は不十分
である。本発明によれば、突き出しSOは突き出し電圧
または抵抗として測られ、検索表、ROMや他の関数発
生器が逆関係に対応する信号を発生する。測られた突き
出しが短ければ短いほど、溶接電流は多くなり、その逆
も成り立つ。溶接電流を増やすことにより、パドル34
0はギャップg内に浸透し、図13(B)のように壁3
30,332間にあるプレートP1とP2を接合する。
こうして、ギャップが小さいとき、パドルの熱は増して
金属粘度を下げ、ルートパスの間、より浸透しやすくす
る。同様に、ギャップgが図14(A)のように広すぎ
るときには、溶融金属パドル340はギャップを通って
パイプ内側に落ちる。ギャップが増すと、突き出しも増
える。本発明によれば、突き出しとパドル内の熱との間
に逆関係が存在するので、溶接電流は減って図14
(B)のようなパドル形状を作る。図13,14に示し
たように、本発明はパドル12に適切な熱を発生させる
ため所定の溶接電流を保ち、プレート間の間隔の変化を
補償する。これは開ルート接合部のビードに対する溶接
プロセスとして極めて有利である。本発明は特に、ST
T溶接機を使って得られる短絡回路溶接プロセスを用い
るとき、このようにギャップの差異を補償する。もちろ
ん、本発明は他の電気アーク溶接機を用いても実施で
き、突き出しを測ってその値に基づいて電流が逆関係に
制御される。
【0035】本発明は特にルートビードを接合部J内に
置くことに適用できるが、元のールトパスの上で接合部
Jを埋める後続のパスに対しても適用できる。ルートパ
スの間、溶接ヘッド機構がギャップgの上の単一位置に
保たれる。後続のパスで、溶接ヘッドはホルダー14を
曲がりくねったパターンに前後に横切って動かす。この
動きを図15に示し、溶接ビード400は上部溶融金属
パドル402を含んでいる。溶接ヘッドは矢印410の
ように前後に動いて接合部Jに金属を置き、図15のよ
うにプレートP1とP2を接合する。ホルダー14が前
後に動くとき、突き出しSOは壁320,322の外端
で小さくなり、中心に向かって大きくなる。こうして、
突き出しは低い値から高い値へと移り、溶接ビードが接
合部Jを横切って動くとき、低い値にもどる。本発明は
突き出しを測ることによって溶接機を制御するので、溶
接ヘッドを前後に動かす機構の改良としても使用され
る。
【0036】図17に従来技術を示す。プレートP1と
P2は、固定溶接路内に正確に位置して固定ルートギャ
ップをもつ接合部Jを有すると仮定されている。ヘッド
は矢印420のように位置AとBの間を前後に振動す
る。接合部Jが正規の通路と整列しギャップが同一幅を
保つと仮定すると、手動の介入なしに適切な溶接が遂行
される。この従来技術の概念を図18にも示す。図18
の一番上の図は良好な結果を生む適正配置の接合部を示
している。ギャップが広がると、位置AとBの間の溶接
ヘッドの動きは良質の溶接を含まない。所定の接合を行
うため、手動の介入が必要である。図18の2番目、3
番目のように、ギャップが広がりすぎると、この問題は
重大である。本発明によれば、図15のように溶接ヘッ
ドが動くので、突き出しが測られ、図16のように溶接
ヘッドの駆動操作が変更される。ホルダー14として示
される溶接ヘッドはモータM回路440は突き出しが予
め選定された長さXに達したとき、モータMの交差方向
を逆転する。スイッチ442は突き出しを示す電圧を比
較器450の一方の入力に導く。他方の入力は所定の突
き出し長さXを表す電圧に調整されている。出力452
は突き出しが長さXに達したとき、論理を変える。これ
により逆転スイッチ454を入れ、ライン456に逆転
信号の指示を与える。モータMの方向が逆転し、溶接ヘ
ッドの動きが逆方向に変わる。ヘッドは接合部Jに沿っ
て動いて曲がりくねったパターンを作る。方向が変わっ
たとき、ライン460aの信号により方向制御462が
活性化してライン462aの論理を変える。こうして、
溶接ヘッドが方向を逆転すると、回路462はXに等し
い突き出し長さの新しい方向を待っている逆転スイッチ
454をリセットする。スイッチ442を閉じることに
より、溶接ヘッドは接合部Jに沿って前後に動く。もち
ろん、溶接ビードが後続の溶接パスによって成長すると
きXが変化するので、逆転点間により大きな距離が生じ
る。
【0037】溶接ヘッドが前後に動く間、該ヘッドの異
なる交差位置で熱量が増えたり減ったりすることが望ま
しい。接合部Jの外端でより大きな熱が、また接合部の
中心でより小さな熱が必要である。この目的を達成する
ため、図16の回路は2つの付加的な制御ブランチを含
む。ブランチ460において、スイッチ462は比較器
470によってライン464の信号と突き出し信号を比
較する。突き出し電圧がYで示すレベルよりも大きいと
き、比較器470の出力472に信号が現れる。これに
より、増加電流制御474を通して電流を徐々に減らす
ことにより入力熱の増加を押え始め、溶接プロセスの電
流を調整するため信号476を与える。同様に、ブラン
チ480はライン484の値と比較して比較器490を
制御するスイッチ482を閉じることにより活性化さ
れ、突き出しがZよりも小さいときライン492に出力
信号が生じる。こうして、溶接ヘッドが端により近く動
くとき、ライン496の信号電流を増す増加電流制御回
路494によって熱が増える。ブランチ460,480
を使うことにより、ルートパスの後のパスにおいて生じ
る熱は突き出しによって制御される。突き出しは溶接ヘ
ッドが端近くに動くとき減る。こうして、熱は増す。溶
接ヘッドが溶接部の中心に向かって動くとき、熱は下が
る。本発明のこの面により熱を制御するが、図1〜14
に示した開ルート溶接操作ルートパスを制御するために
用いられない。方向逆転回路440を使うことにより、
溶接ヘッドは、通路が図19のように曲がっているとき
でさえ道路Pを追って動く。そのとき、接合部Jの特定
の外側位置に達すると直ちに方向を逆転する。この逆転
は図17,18のような固定点では起こらない。こうし
て、本発明は開ルートがない所でさえ、継ぎ目追跡用に
使われ得る。プレートP1とP2の間の急峻側は逆転点
を区切るために使われる。
【0038】図20は本発明の動作特性を示す。カーブ
500は部分502まで、約2.0Vの突き出し電圧を
もつ。次いで突き出し電圧は約0.75Vに移る。この
カーブは本発明の動作を表す。溶接ヘッドは第1の高さ
をもつ溶接パドル500aに沿って動き、次に第2の高
さ、すなわち第1の高さよりも1/4インチ(0.63
5cm)高いパドル504aのあるエリア502aに達
する。パドル高さにおけるこの変化が起きると、突き出
しは大幅に減り、それに対応して突き出し電圧も減る。
この減った電圧はルートパスに使われて電圧が減るとき
電流を増す。この逆関数は線形であることが好ましい
が、所定の効果を得るため曲線であり得る。他のグラフ
を図21に示す。カーブ510は溶接ヘッドが接合部J
の壁320,322間と前後に動くとその突き出し電圧
を示している。突き出しが減ると、値Xで示す低い突き
出しに達する。これにより、点512で逆転が生じる。
接合部が溶融金属で十分に埋められていないとすると突
き出しは高レベル514に達する。カーブ510は本発
明の実施例を表し、突き出しは接合部Jの道路Pに沿っ
て進むとき、溶接ヘッドの方向を逆転するために使われ
る。本発明は後続のパスの間、接合部Jを追跡し埋める
ために使われる。
【0039】第3のグラフを図22に示す。カーブ52
0は図16の3つのスイッチ442,462,482が
すべて閉じたときに生じる。溶接ヘッドが接合部Jに沿
って前後に動くとき、突き出し電圧は方向逆転点Xまで
減る。突き出し電圧は図21のように徐々に増え、減
る。突き出し電圧が点522でレベルZに達すると、パ
ドル熱は溶接電流を増すことによって増え始める。これ
はカーブ520のエリア526に生じる。同様に、突き
出しは点530でレベルYに達する。突き出し電圧が点
530の辺で増す傾向にある限り、溶接電流は減って、
パドル熱を下げる。エリア534は突き出しが点532
でレベルY以下に減るまで続くアクションを表す。こう
して、パドル温度制御は後続の溶接パスの間、使われ
る。しかし、本発明の基本的な効果は図13,14に示
されて説明されている。
【0040】図6のサイクルをもつSTT溶接機の短絡
周波数は突き出しの関数であることが分かった。時刻T
0 で短絡を記録することにより、短絡周波数を測定する
ことによって、突き出しが決定され、本発明の実施が用
いられる。この概念を図23に示す。ライン600のパ
ルスは図6のSTTカーブの各短絡回路で作られるパル
スである。電圧変換器602への周波数はSTTの短絡
周波数に基づくライン604の電圧を生じる。突き出し
長さを表すこの電圧は、本明細書で用いられる突き出し
である。これは溶接電流を制御するために使われる。こ
の実施例で、実際の周波数fa は、ポテンショメータ6
12で調整されるライン610の参照周波数fr と比較
される。誤差アンプ620は電流630を制御するため
ライン622、誤差信号を発生して、ポテンショメータ
612で設定される所定レベルに電流を調整する。これ
は図13,14に示すように動作する。STT溶接機で
短絡周波数を使うことは本発明において用いるため、突
き出しの測定をするための他の回路の概念である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)は本発明を実施する際に用いられる
電源のブロック回路図であり、1(B)は高周波切換電
源がインバータである本発明の1実施例よりなるブロッ
ク図、1(C)は本発明の1実施例で用いられるフラッ
クス・コア電極の概略図である。
【図2】図2はパドル熱調整用信号を発生するための回
路図である。
【図3】図3は実際の電極突き出しを表す電圧信号を発
生するための回路図である。
【図4】図4(A)は図3の信号を突き出し抵抗を表す
電圧信号に変換するための回路図、4(B)は図4の1
変形である回路図である。
【図5】図5は図3,4の回路の動作を説明するための
一連の電流・電圧・抵抗波形図である。
【図6】図6は図1のダウンチョッパ(DC)電源によ
る1サイクルの電流・電圧波形図である。
【図7】図7は図3の回路で発生する電圧信号の差を示
す電圧波形図である。
【図8】図8はマイクロプロセッサに使われるソフトウ
ェア・プログラムを示すブロック回路図である。
【図9】図9は本発明の実施例1の1変形に使われるソ
フトウェア・プログラムを示すブロック回路図である。
【図10】図10はさらに別の変形を示すブロック回路
図である。
【図11】図11は図4の回路で作られる信号を用いる
ための回路とソフトウェア・プログラムを示すブロック
回路図である。
【図12】図12は図11のタイプの制御回路とソフト
ウェア・プログラムを示すブロック回路図である。
【図13】図13(A),13(B)は接合部のギャッ
プが比較的狭い場合の溶接動作を説明する図である。
【図14】図14(A),14(B)は接合部のギャッ
プが比較的広い場合の溶接動作を説明する図である。
【図15】図15は図3または図4の回路で作られた信
号が、図13,14の接合部で後続のビードを置くと
き、溶接ヘッドの側面運動を制御するために使われる本
発明の第2の面を説明するための図である。
【図16】図16は図15の本発明の第2の面を実施す
るための回路および/またはソフトウェア・プログラム
のブロック回路図である。
【図17】図17は従来技術の溶接ヘッド制御機構をも
つ開ルート接合部の断面図である。
【図18】図18は従来技術の問題点を説明するための
図17のような断面図である。
【図19】図19は曲った道路Pをもつ開ルート接合部
の部分上面図である。
【図20】図20は図3の回路で作られる信号の変化を
説明するための電圧波形図である。
【図21】図21は図15,16で説明される概念を用
いる本発明の動作を示す電圧波形図である。
【図22】図22は図16の回路をフルに用いる図21
と類似した電圧波形図である。
【図23】図23は図3と異なる構成を用いる、突き出
しを表す信号を処理するための回路図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリスファー フス アメリカ合衆国オハイオ州 44060 メン トア マンション ブールバード 8510 (72)発明者 ピーター ニコルソン アメリカ合衆国オハイオ州 44067 サガ モア キャニオンビュー ロード 935 アパートメント 20

Claims (150)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2つの並列プレートの間にあり、溶接パ
    ス内に伸び、ギャップを区切って離れた一般に平行な壁
    に終わる壁を収束させることによって形成される開ルー
    ト内の溶接パドルに前進する溶接ワイヤから溶融金属を
    堆積するための電気アーク溶接装置であって、該装置が
    ワイヤ出口をもつ接触ホルダー、該ワイヤが出口からル
    ートに向かって通るとき、溶接電流をワイヤに導く切換
    電源、接触ホルダーと溶接パドルの間の電極突き出しの
    長さを検知する回路、および該検知された突き出し長さ
    の関数として溶接電流を調整するため制御部材をもつこ
    とを特徴とする上記電気アーク溶接装置。
  2. 【請求項2】 前記関数が逆関数である請求項1の装
    置。
  3. 【請求項3】 前記制御部材が実際の溶接電流を測定す
    るためのデバイス、検知された突き出し長さに基づいて
    所定の溶接電流を決めるための部材、および実際の溶接
    電流を所定の溶接電流に調整するための部材からなる請
    求項2の装置。
  4. 【請求項4】 前記制御部材が実際の溶接電流を測定す
    るためのデバイス、検知された突き出し長さに基づいて
    所定の溶接電流を決めるための部材、および実際の溶接
    電流を所定の溶接電流に調整するための部材からなる請
    求項1の装置。
  5. 【請求項5】 前記切換電源が連続する溶接サイクルに
    おいて溶接ワイヤを通り抜ける異なるレベルの溶接電流
    を発生させるための直流電源からなる短絡回路アーク溶
    接機であり、該溶接サイクルの各々が、エネルギーが印
    加されるパドルからワイヤ端上に溶融金属ボールを形成
    するワイヤへ間隔をあけられる間のアーク状態、および
    該溶融金属ボールがパドルに最初に接触し、次にネッキ
    ングによってワイヤからパドルへ溶滴移行し、次のアー
    ク状態を始めるためワイヤから溶融金属ボールを離す間
    の短絡状態を含む請求項4の装置。
  6. 【請求項6】 前記切換電源が連続する溶接サイクルに
    おいて溶接ワイヤを通り抜ける異なるレベルの溶接電流
    を発生させるための直流電源からなる短絡回路アーク溶
    接機であり、該溶接サイクルの各々が、エネルギーが印
    加されるパドルからワイヤ端上に溶融金属ボールを形成
    するワイヤへ間隔をあけられる間のアーク状態、および
    該溶融金属ボールがパドルに最初に接触し、次にネッキ
    ングによってワイヤからパドルへ溶滴移行し、次のアー
    ク状態を始めるためワイヤから溶融ボールを離す間の短
    絡状態を含む請求項2の装置。
  7. 【請求項7】 前記切換電源が連続する溶接サイクルに
    おいて溶接ワイヤを通り抜ける異なるレベルの溶接電流
    を発生させるための直流電源からなる短絡回路アーク溶
    接機であり、該溶接サイクルの各々が、エネルギーが印
    加されるパドルからワイヤ端上に溶融表面ボールを形成
    するワイヤへ間隔をあけられる間のアーク状態、および
    該溶融金属ボールがパドルに最初に接触し、次にネッキ
    ングによってワイヤからパドルへ溶滴移行し、次のアー
    ク状態を始めるためワイヤから溶融ボールを離す間の短
    絡状態を含む請求項1の装置。
  8. 【請求項8】 前記ワイヤがフラックス・コアワイヤで
    ある請求項7の装置。
  9. 【請求項9】 前記ワイヤがフラックス・コアワイヤで
    ある請求項2の装置。
  10. 【請求項10】 前記ワイヤがフラックス・コアワイヤ
    である請求項1の装置。
  11. 【請求項11】 前記突き出し長さ検知回路が、短絡回
    路条件の間、正確な時刻に、短時間ホルダーとパドルに
    かかる電圧レベルを測定するためのサンプリング部材、
    および該測定された電圧レベルを使って突き出し長さを
    表す突き出し信号を発生させる部材からなる請求項7の
    装置。
  12. 【請求項12】 前記突き出し信号を、突き出し長さに
    おけるワイヤの抵抗に比例する抵抗信号に変換する部材
    を含む請求項11の装置。
  13. 【請求項13】 前記抵抗信号によって切換電源を制御
    するための部材を有する請求項12の装置。
  14. 【請求項14】 前記突き出し信号によって切換電源を
    制御するための部材を有する請求項11の装置。
  15. 【請求項15】 前記突き出し長さ検知回路が、短絡回
    路条件の間、正確な時刻に、短時間ホルダーとパドルに
    かかる電圧レベルを測定するためのサンプリング部材、
    および該測定された電圧レベルを使って突き出し長さを
    表す突き出し信号を発生させる部材からなる請求項6の
    装置。
  16. 【請求項16】 前記突き出し信号を、突き出し長さに
    おけるワイヤの抵抗に比例する抵抗信号に変換する部材
    を含む請求項15の装置。
  17. 【請求項17】 抵抗信号によって切換電源を制御する
    ための部材を有する請求項16の装置。
  18. 【請求項18】 突き出し信号によって切換電源を制御
    するための部材を有する請求項15の装置。
  19. 【請求項19】 前記突き出し長さ検知回路が、短絡回
    路条件の間、正確な時刻に、短時間ホルダーとパドルに
    かかる電圧レベルを測定するためのサンプリング部材、
    および該測定された電圧レベルを使って突き出し長さを
    表す突き出し信号を発生させる部材からなる請求項5の
    装置。
  20. 【請求項20】 前記突き出し信号を、突き出し長さに
    おけるワイヤの抵抗に比例する抵抗信号に変換する部材
    を含む請求項19の装置。
  21. 【請求項21】 抵抗信号によって切換電源を制御する
    ための部材を有する請求項20の装置。
  22. 【請求項22】 突き出し信号によって切換電源を制御
    するための部材を有する請求項19の装置。
  23. 【請求項23】 短絡回路アーク溶接機がSTT溶接機
    である請求項5の装置。
  24. 【請求項24】 短絡回路アーク溶接機がSTT溶接機
    である請求項8の装置。
  25. 【請求項25】 短絡回路アーク溶接機がSTT溶接機
    である請求項7の装置。
  26. 【請求項26】 短絡回路アーク溶接機がSTT溶接機
    である請求項6の装置。
  27. 【請求項27】 プレートがパイプ部の円筒端である請
    求項2の装置。
  28. 【請求項28】 プレートがパイプ部の円筒端である請
    求項1の装置。
  29. 【請求項29】 ワイヤがフラックス・コアワイヤであ
    る請求項28の装置。
  30. 【請求項30】 ワイヤがフラックス・コアワイヤであ
    る請求項27の装置。
  31. 【請求項31】 短絡回路アーク溶接機がSTT溶接機
    である請求項27の装置。
  32. 【請求項32】 短絡回路アーク溶接機がSTT溶接機
    である請求項28の装置。
  33. 【請求項33】 短絡回路アーク溶接機がインバータで
    ある請求項5の装置。
  34. 【請求項34】 短絡回路アーク溶接機がインバータで
    ある請求項8の装置。
  35. 【請求項35】 短絡回路アーク溶接機がインバータで
    ある請求項7の装置。
  36. 【請求項36】 短絡回路アーク溶接機がインバータで
    ある請求項6の装置。
  37. 【請求項37】 切換電源がインバータである請求項3
    の装置。
  38. 【請求項38】 切換電源がインバータである請求項2
    の装置。
  39. 【請求項39】 切換電源がインバータである請求項1
    の装置。
  40. 【請求項40】 検知回路がソフトウェア・アルゴリズ
    ムである請求項39の装置。
  41. 【請求項41】 検知回路がソフトウェア・アルゴリズ
    ムである請求項28の装置。
  42. 【請求項42】 検知回路がソフトウェア・アルゴリズ
    ムである請求項10の装置。
  43. 【請求項43】 検知回路がソフトウェア・アルゴリズ
    ムである請求項7の装置。
  44. 【請求項44】 検知回路がソフトウェア・アルゴリズ
    ムである請求項4の装置。
  45. 【請求項45】 検知回路がソフトウェア・アルゴリズ
    ムである請求項2の装置。
  46. 【請求項46】 検知回路がソフトウェア・アルゴリズ
    ムである請求項1の装置。
  47. 【請求項47】 2つの並列プレートの間にあり、溶接
    パス内に伸び、ギャップを区切って離れた一般に平行な
    壁に終わる壁を収束させることによって形成される開ル
    ート内の溶接パドルに前進する溶接ワイヤから溶融金属
    を堆積するに際し、 (a)ワイヤがルートに向かって進むとき溶接電流をワ
    イヤに導き、 (b)該ワイヤの突き出し長さを検知し、 (c)該突き出し長さの関数として溶接電流を調整する
    ことを特徴とする方法。
  48. 【請求項48】 前記検知がソフトウェア・アルゴリズ
    ムによるものである請求項47の方法。
  49. 【請求項49】 前記関数が逆関数である請求項47の
    方法。
  50. 【請求項50】 前記電流調整が (d)実際の溶接電流を測定し、 (e)前記検知された突き出し長さに基づいて所定の溶
    接電流を決定し、および (f)該所定の溶接電流に対して実際の溶接電流を調整
    することからなる請求項49の方法。
  51. 【請求項51】 前記溶接電流を導く操作が、溶接サイ
    クルの各々が、エネルギーが印加されるパドルからワイ
    ヤ端上に溶融金属ボールを形成するワイヤへ間隔をあけ
    られる間のアーク状態、および該溶融金属ボールがパド
    ルに最初に接触し、次にネッキングによってワイヤから
    パドルへ移し、次のアーク状態を始めるためワイヤから
    溶融ボールを離す間の短絡状態を含む、連続する溶接サ
    イクルにおいて溶接ワイヤに印加される異なるレベルの
    溶接電流を発生させるための直流電源からなる短絡回路
    アーク溶接機によって達成される請求項47の方法。
  52. 【請求項52】 前記溶接電流を導くことが、溶接サイ
    クルの各々が、エネルギーが印加されるパドルからワイ
    ヤ端上に溶融金属ボールを形成するワイヤへ間隔をあけ
    られる間のアーク状態、および該溶融金属ボールがパド
    ルに最初に接触し、次にネッキングによってワイヤから
    パドルへ移し、次のアーク状態を始めるためワイヤから
    溶融ボールを離す間の短絡状態を含む、連続する溶接サ
    イクルにおいて溶接ワイヤを通り抜ける異なるレベルの
    溶接電流を発生させるための直流電源からなる短絡回路
    アーク溶接機によって達成される請求項49の方法。
  53. 【請求項53】 前記溶接電流を導くことが、溶接サイ
    クルの各々が、エネルギーが印加されるパドルからワイ
    ヤ端上に溶融金属ボールを形成するワイヤへ間隔をあけ
    られる間のアーク状態、および該溶融金属ボールがパド
    ルに最初に接触し、次にネッキングによってワイヤから
    パドルへ移し、次のアーク状態を始めるためワイヤから
    溶融金属ボールを離す間の短絡状態を含む、連続する溶
    接サイクルにおいて溶接ワイヤを通り抜ける異なるレベ
    ルの溶接電流を発生させるための直流電源からなる短絡
    回路アーク溶接機によって達成される請求項50の方
    法。
  54. 【請求項54】 前記ワイヤがフラックス・コアワイヤ
    である請求項47の方法。
  55. 【請求項55】 前記ワイヤがフラックス・コアワイヤ
    である請求項49の方法。
  56. 【請求項56】 前記ワイヤがフラックス・コアワイヤ
    である請求項50の方法。
  57. 【請求項57】 前記突き出し長さ検出操作が、短絡回
    路条件の間、正確な時刻に、短時間ホルダーとパドルに
    かかる電圧レベルを測定するためのサンプリング、およ
    び突き出し長さを表す突き出し信号を発生させるため該
    測定された電圧レベルを使用することを含む請求項51
    の方法。
  58. 【請求項58】 突き出し信号を、突き出し長さにおけ
    るワイヤの抵抗に比例する抵抗信号に変換することを含
    む請求項57の方法。
  59. 【請求項59】 検知がソフトウェア・アルゴリズムに
    よるものである請求項49の方法。
  60. 【請求項60】 検知がソフトウェア・アルゴリズムに
    よるものである請求項51の方法。
  61. 【請求項61】 検知がソフトウェア・アルゴリズムに
    よるものである請求項54の方法。
  62. 【請求項62】 2つの並列のプレートの間にあり、溶
    接パス内に伸び、収束する壁によって形成された接合部
    内の溶接パドルに進む溶接ワイヤから溶融金属を堆積す
    るための電気アーク溶接装置であって、ワイヤ出口をも
    つ接触ホルダー、ワイヤが該出口から接合部に向かって
    進むとき、該ワイヤに溶接電流を導く切換電源、接触ホ
    ルダーと溶接パドル間の電極突き出しの長さを検知する
    ための回路、および該検知された突き出し長さがある与
    えられた値を超えるとき溶接電流を減らすための部材か
    らなることを特徴とする上記装置。
  63. 【請求項63】 前記切換電源がインバータである請求
    項62の装置。
  64. 【請求項64】 検知回路がソフトウェア・アルゴリズ
    ムである請求項63の装置。
  65. 【請求項65】 検知回路がソフトウェア・アルゴリズ
    ムである請求項62の装置。
  66. 【請求項66】 2つの並列のプレートの間にあり、溶
    接パス内に伸び、収束する壁によって形成された接合部
    内の溶接パドルに進む溶接ワイヤから溶融金属を堆積す
    るための電気アーク溶接装置であって、ワイヤ出口をも
    つ接触ホルダー、ワイヤが該出口から接合部に向かって
    進むとき、該ワイヤに溶接電流を導く切換電源、接触ホ
    ルダーと溶接パドル間の電極突き出しの長さを検知する
    ための回路、および該検知された突き出し長さがある与
    えられた値を超えるとき溶接電流を増やすための部材か
    らなることを特徴とする上記装置。
  67. 【請求項67】 切換電源がインバータである請求項6
    6の装置。
  68. 【請求項68】 2つの並列のプレートの間にあり、溶
    接パス内に伸び、収束する壁によって形成された接合部
    内の溶接パドルに進む溶接ワイヤから溶融金属を堆積す
    るための電気アーク溶接装置であって、ワイヤ出口をも
    つ接触ホルダー、ワイヤが該出口から接合部に向かって
    進むとき、該ワイヤに溶接電流を導く切換電源、接触ホ
    ルダーと溶接パドル間の電極突き出しの長さを検知する
    ための回路、接合部を横切るある方向にワイヤを動かす
    ための溶接ヘッド、検知された突き出し長さが接合部の
    端である与えられた値まで減らされるとき溶接ヘッドお
    よび該ワイヤの方向を逆転させるための部材、および該
    動かしステップを交互に逆方向にくり返す部材からなり
    それにより曲がりくねったパターンでワイヤが溶接パス
    を追う葉にしたことを特徴とする上記方法。
  69. 【請求項69】 切換電源がインバータである請求項6
    8の装置。
  70. 【請求項70】 2つの並列プレートの間にあり、溶接
    パス内に伸び、ギャップを区切って離れた一般に平行な
    壁に終わる壁を収束させることによって形成される開ル
    ート内の溶接パドルに前進する溶接ワイヤから溶融金属
    を堆積するための方法において、 (a)ワイヤが出口から接合部に向かって進むとき溶接
    電流を該ワイヤに導き、 (b)該ワイヤの突き出し長さを検知し、および (c)該検知された突き出し長さがある与えられた値を
    超えるとき、溶接電流を減らすことからなることを特徴
    とする上記方法。
  71. 【請求項71】 前記導くことが切換電源によって行わ
    れる請求項70の方法。
  72. 【請求項72】 2つの並列プレートの間にあり、溶接
    パス内に伸び、ギャップを区切って離れた一般に平行な
    壁に終わる壁を収束させることによって形成される開ル
    ート内の溶接パドルに前進する溶接ワイヤから溶融金属
    を堆積するための方法において、 (a)ワイヤが出口から接合部に向かって進むとき溶接
    電流を該ワイヤに導き、 (b)該ワイヤの突き出し長さを検知し、および (c)該検知された突き出し長さがある与えられた値よ
    りも小さいとき、溶接電流を増やすことからなることを
    特徴とする上記方法。
  73. 【請求項73】 前記導くことが切換電源によって行わ
    れる請求項72の方法。
  74. 【請求項74】 2つの並列プレートの間にあり、溶接
    パス内に伸び、ギャップを区切って離れた一般に平行な
    壁に終わる壁を収束させることによって形成される開ル
    ート内の溶接パドルに前進する溶接ワイヤから溶融金属
    を堆積するための方法において、 (a)ワイヤが出口から接合部に向かって進むとき溶接
    電流を該ワイヤに導き、 (b)該ワイヤの突き出し長さを検知し、 (c)該ワイヤを接合部を横切るある与えられた方向に
    動かし、 (d)検知された突き出し長さが接合部の端である与え
    られた値に減らされるとき、ワイヤの方向を逆転し、お
    よび、 (e)該動かしを交互に逆方向にくり返すことにより、
    曲がりくねったパターンでワイヤが溶接パスを追うこと
    からなることを特徴とする上記方法。
  75. 【請求項75】 前記導くことが切換電源によって行わ
    れる請求項74の方法。
  76. 【請求項76】 2つの並列プレートの間にあり、溶接
    パス内に伸び、ギャップを区切って離れた一般に平行な
    壁に終わる壁を収束させることによって形成される開ル
    ート内の溶接パドルに前進する溶接ワイヤから溶融金属
    を堆積するための電気アーク溶接装置であって、ワイヤ
    出口をもつ接触ホルダー、該接触ホルダーと溶接パドル
    の間でワイヤが電極突き出しを区切り、一連の溶接サイ
    クルにおいて溶接ワイヤを通り抜ける溶接電流を異なる
    レベルで発生するための短絡回路アーク溶接機、 該溶接サイクルの各々が、エネルギーが印加されるパド
    ルからワイヤ端上に溶融金属ボールを形成するワイヤへ
    間隔をあけられる間のアーク状態、および該溶融金属ボ
    ールがパドルに最初に接触し、次にネッキングによって
    ワイヤからパドルへ移し、次のアーク状態を始めるため
    ワイヤから溶融ボールを離す間の短絡状態を含み、該溶
    接サイクルの周波数を検知するための部材、および該検
    知された周波数をある与えられた値近くに維持するた
    め、溶接電流を調整するための手段からなるなることを
    特徴とする上記方法。
  77. 【請求項77】 前記ワイヤがフラックス・コアワイヤ
    である請求項76の装置。
  78. 【請求項78】 短絡回路アーク溶接機がSTT溶接機
    である請求項77の装置。
  79. 【請求項79】 溶接機が約18KHzよりも大きな周
    波数で操作される請求項78の装置。
  80. 【請求項80】 短絡回路アーク溶接機がSTT溶接機
    である請求項76の装置。
  81. 【請求項81】 溶接機が約18KHzよりも大きな周
    波数で操作される請求項80の装置。
  82. 【請求項82】 短絡回路アーク溶接機がインバータで
    ある請求項80の装置。
  83. 【請求項83】 溶接機が約18KHzよりも大きな周
    波数で操作される請求項82の装置。
  84. 【請求項84】 短絡回路アーク溶接機がインバータで
    ある請求項76の装置。
  85. 【請求項85】 溶接機が約18KHzよりも大きな周
    波数で操作される請求項84の装置。
  86. 【請求項86】 溶接機が約18KHzよりも大きな周
    波数で操作される請求項76の装置。
  87. 【請求項87】 2つの並列なプレートの間にあり、ギ
    ャップを区切って離れた一般に平行な壁に終わる壁を収
    束させることによって形成される開ルート内の溶接パド
    ルに前進する溶接ワイヤから溶融金属を堆積するための
    電気アーク溶接装置であって、ワイヤの突き出し長さに
    比例する突き出し信号を発生するための回路、および該
    突き出し信号に対し逆の関係でパドル内の熱を調整する
    デバイスを含むことを特徴とする上記装置。
  88. 【請求項88】 突き出し信号が突き出し長さに比例す
    る電圧である請求項87の装置。
  89. 【請求項89】 突き出し信号が突き出し抵抗に比例す
    る電圧である請求項87の装置。
  90. 【請求項90】 ワイヤがフラックス・コアワイヤであ
    る請求項87の装置。
  91. 【請求項91】 ワイヤが接合部に向かって進むとき、
    該ワイヤを溶かすための切換電源を含み、該切換電源が
    約18KHzよりも大きな周波数で操作される請求項8
    7の装置。
  92. 【請求項92】 2つの並列なプレートの間にあり、収
    束する側壁によって形成された接合部内の溶接パドルに
    ワイヤから溶融金属を堆積するための電気アーク溶接装
    置であって、各側壁で逆転する方向をもつ一般に曲がり
    くねったパターンでワイヤを接合部を横切るように動か
    すための部材、ワイヤの突き出しに比例する突き出し信
    号を発生させるための測定回路、および該検知された突
    き出しがある与えられた低い値に達したときワイヤの方
    向を逆転させるためのデバイスを含むことを特徴とする
    上記装置。
  93. 【請求項93】 前記検知された突き出しがある与えら
    れた高い値よりも大きいとき、ワイヤを通る溶接電流を
    減らすための部材を含む請求項92の装置。
  94. 【請求項94】 検知された突き出しがある与えられた
    値よりも小さいとき、ワイヤを通る溶接電流を増やす部
    材を含む請求項92の装置。
  95. 【請求項95】 突き出し信号が突き出し長さに比例す
    る電圧である請求項92の装置。
  96. 【請求項96】 ワイヤの突き出し長さに比例する突き
    出し信号を発生させるための制御回路、および突き出し
    信号に従って溶接機の出力を制御するための部材を含
    む、前進するワイヤから溶接パドルに溶融金属を堆積さ
    せるための電気アーク溶接機。
  97. 【請求項97】 前記制御回路がソフトウェア・アルゴ
    リズムである請求項96の溶接機。
  98. 【請求項98】 突き出し信号が突き出し長さに比例し
    た電圧である請求項96の溶接機。
  99. 【請求項99】 突き出し信号が突き出し抵抗に比例し
    た電圧である請求項96の溶接機。
  100. 【請求項100】 プレートが2つのパイプ部の端部で
    ある請求項92の装置。
  101. 【請求項101】 プレートが2つのパイプ部の端部で
    ある請求項87の装置。
  102. 【請求項102】 2つの並列なプレートの間にあり、
    ギャップを区切って離れた一般に平行な壁に終わる収束
    する壁によって形成された開ルート接合部内の溶接パド
    ルに前進するワイヤから溶融金属を堆積するための方法
    において、 (a)ワイヤの突き出し長さに比例した突き出し信号を
    発生させ、そして(b)該突き出し信号に逆比例して熱
    を調整することからなる上記方法。
  103. 【請求項103】 突き出し信号が突き出し長さに比例
    した電圧である請求項102の方法。
  104. 【請求項104】 突き出し信号が突き出し抵抗に比例
    した電圧である請求項102の方法。
  105. 【請求項105】 ワイヤがフラックス・コアワイヤで
    ある請求項102の方法。
  106. 【請求項106】 ワイヤが約18KHzよりも大きな
    周波数で操作される切換電源からの電流によって溶かさ
    れる請求項102の方法。
  107. 【請求項107】 切換電源がインバータである請求項
    106の方法。
  108. 【請求項108】 2つの並列なプレートの間にあり、
    収束する側壁によって形成された接合部内の溶接パドル
    に前進するワイヤから溶融金属を堆積するための方法に
    おいて、 (a)各側壁で逆転する方向をもつ一般に曲がりくねっ
    たパターンで接合部を横切るように前進するワイヤを動
    かし、 (b)該ワイヤの突き出しに比例した突き出し信号を発
    生させ、および (c)検知された突き出しがある与えられた低い値に達
    したとき、該ワイヤの方向を逆転することからなる上記
    方法。
  109. 【請求項109】 検知された突き出しがある与えられ
    た高い値よりも大きいとき、ワイヤを通る溶接電流を減
    らすことを含む請求項108の方法。
  110. 【請求項110】 検知された突き出しがある与えられ
    た値よりも小さいとき、ワイヤを通る溶接電流を増やす
    ことを含む請求項109の方法。
  111. 【請求項111】 検知された突き出し信号がある与え
    られた値よりも小さいとき、ワイヤを通る溶接電流を増
    やすことを含む請求項108の方法。
  112. 【請求項112】 (a)切換電源によってワイヤを溶
    かし、 (b)該ワイヤの突き出し長さに比例した突き出し信号
    を発生させ、および (c)該突き出し信号に従って電源の出力を制御するこ
    とからなる、 前進するワイヤから溶接パドルに溶融金属を堆積するた
    めの方法。
  113. 【請求項113】 突き出し信号が突き出し抵抗に比例
    した電圧である請求項112の方法。
  114. 【請求項114】 2つの並列なプレートの間にあり、
    溶接パス内に伸び、収束する壁によって形成された溶接
    部内の溶接パドルに前進するワイヤから溶融金属を堆積
    するための電気アーク溶接装置であって、ワイヤ出口を
    もつ接触ホルダー、出口から接合部に向かってワイヤが
    通るとき、該ワイヤに溶接電流を導く切換電源、接触ホ
    ルダーと溶融パドルの間で前進するワイヤが電極突き出
    しを区切り、該突き出し長さを検知するための回路、お
    よび該検知された突き出し長さの関数として溶接電流を
    調整するための制御部材からなる上記方法。
  115. 【請求項115】 前記関数が逆関数である請求項11
    4の装置。
  116. 【請求項116】 制御部材が実際の溶接電流を測定す
    るためのデバイス、検知された突き出し長さに基づいて
    所定の溶接電流を決めるための部材と、および実際の溶
    接電流を所定の溶接電流に調整するための部材とからな
    る請求項114の装置。
  117. 【請求項117】 前記切換電源が連続する溶接サイク
    ルにおいて溶接ワイヤを通り抜ける異なるレベルの溶接
    電流を発生させるための直流電源からなる短絡回路アー
    ク溶接機であり、該溶接サイクルの各々が、エネルギー
    が印加されるパドルからワイヤ端上に溶融金属ボールを
    形成するワイヤへ間隔をあけられる間のアーク状態、お
    よび該溶融金属ボールがパドルに最初に接触し、次にネ
    ッキングによってワイヤからパドルへ溶滴移行し、次の
    アーク状態を始めるためワイヤから溶融金属ボールを離
    す間の短絡状態を含む請求項114の装置。
  118. 【請求項118】 ワイヤがフラックス・コアワイヤで
    ある請求項114の装置。
  119. 【請求項119】 前記突き出し長さ検知回路が、短絡
    回路条件の間、正確な時刻に、短時間ホルダーとパドル
    にかかる電圧レベルを測定するためのサンプリング部
    材、および該測定された電圧レベルを使って突き出し長
    さを表す突き出し信号を発生させる部材からなる請求項
    116の装置。
  120. 【請求項120】 前記突き出し信号を、突き出し長さ
    におけるワイヤの抵抗に比例する抵抗信号に変換する部
    材を含む請求項119の装置。
  121. 【請求項121】 前記抵抗信号によって切換電源を制
    御するための部材を有する請求項120の装置。
  122. 【請求項122】 前記突き出し信号によって切換電源
    を制御するための部材を有する請求項119の装置。
  123. 【請求項123】 短絡回路アーク溶接機がSTT溶接
    機である請求項118の装置。
  124. 【請求項124】 短絡回路アーク溶接機がインバータ
    である請求項118の装置。
  125. 【請求項125】 切換電源がインバータである請求項
    115の装置。
  126. 【請求項126】 切換電源がインバータである請求項
    114の装置。
  127. 【請求項127】 2つの並列プレートの間にあり、溶
    接パス内に伸び、収束する壁によって形成された接合部
    内の溶接パドルに前進する溶接ワイヤから溶融金属を堆
    積するための方法において、 (a)ワイヤが接合部に向かって進むとき溶接電流をワ
    イヤに導き、 (b)該ワイヤの突き出し長さを検知し、 (c)該突き出し長さの関数として溶接電流を調整する
    ことからなる上記方法。
  128. 【請求項128】 前記関数が逆関数である請求項12
    7の方法。
  129. 【請求項129】 溶接パドルに前進する溶接ワイヤか
    らの溶融金属を堆積させるための電気アーク溶接装置で
    あって、ワイヤ出口をもつ接触ホルダー、該接触ホルダ
    ーと溶接パドルの間でワイヤが電極突き出しを区切り、
    一連の溶接サイクルにおいて溶接ワイヤを通り抜ける溶
    接電流を異なるレベルで発生するための短絡回路アーク
    溶接機、 該溶接サイクルの各々が、エネルギーが印加されるパド
    ルからワイヤ端上に溶融金属ボールを形成するワイヤへ
    間隔をあけられる間のアーク状態、および該溶融金属ボ
    ールがパドルに最初に接触し、次にネッキングによって
    ワイヤからパドルへ移し、次のアーク状態を始めるため
    ワイヤから溶融金属ボールを離す間の短絡状態を含み、
    該溶接サイクルの短絡回路状態の間、突き出しを変化さ
    せるための部材、およびパドルの熱を制御するため検知
    された突き出しに応じて溶接電流を調整するための部材
    からなることを特徴とする電気アーク溶接装置。
  130. 【請求項130】 前記ワイヤがフラックス・コアワイ
    ヤである請求項129の装置。
  131. 【請求項131】 短絡回路アーク溶接機がSTT溶接
    機である請求項130の装置。
  132. 【請求項132】 溶接機が約18KHzよりも大きな
    周波数で操作される請求項129の装置。
  133. 【請求項133】 短絡回路アーク溶接機がSTT溶接
    機である請求項129の装置。
  134. 【請求項134】 溶接機が約18KHzよりも大きな
    周波数で操作される請求項133の装置。
  135. 【請求項135】 短絡回路アーク溶接機がインバータ
    である請求項133の装置。
  136. 【請求項136】 溶接機が約18KHzよりも大きな
    周波数で操作される請求項135の装置。
  137. 【請求項137】 短絡回路アーク溶接機がインバータ
    である請求項129の装置。
  138. 【請求項138】 溶接機が約18KHzよりも大きな
    周波数で操作される請求項137の装置。
  139. 【請求項139】 溶接機が約18KHzよりも大きな
    周波数で操作される請求項129の装置。
  140. 【請求項140】 ワイヤの突き出し長さに比例する突
    き出し信号を発生するための回路、および該突き出し信
    号に関連してパドル内の熱を調整するデバイスを含む、 溶接パドルに前進する溶接ワイヤから溶融金属を堆積さ
    せるための電気アーク溶接装置。
  141. 【請求項141】 前記回路がソフトウェア・アルゴリ
    ズムである請求項140の装置。
  142. 【請求項142】 突き出し信号が突き出し長さに比例
    する電圧である請求項140の装置。
  143. 【請求項143】 突き出し信号が突き出し抵抗に比例
    する電圧である請求項140の装置。
  144. 【請求項144】 ワイヤが接合部に向かって進むと
    き、該ワイヤを溶かすための切換電源を含み、該切換電
    源が約18KHzよりも大きな周波数で操作される請求
    項140の装置。
  145. 【請求項145】 STT溶接電流を発生させる電源を
    含む請求項140の装置。
  146. 【請求項146】 前記電源がインバータである請求項
    144の装置。
  147. 【請求項147】 回路がソフトウェア・アルゴリズム
    である請求項142の装置。
  148. 【請求項148】 回路がソフトウェア・アルゴリズム
    である請求項143の装置。
  149. 【請求項149】 回路がソフトウェア・アルゴリズム
    である請求項144の装置。
  150. 【請求項150】 回路がソフトウェア・アルゴリズム
    である請求項145の装置。
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