JP2000288730A

JP2000288730A - 電気アーク溶接方法およびその装置

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Publication number: JP2000288730A
Application number: JP2000079309A
Authority: JP
Inventors: Elliott K Stava; ケイスタバエリオット; Christopher Hsu; フスクリスファー; Peter Nicholson; ニコルソンピーター
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2000-10-17
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: EP1036627A3; RU2211752C2; CN1680064A; US6160241A; PL339028A1; EP1036627A2; AU743669B2; CN1266765A; JP3286292B2; EP1036627B1; US6274845B1; PL193886B1; CA2299569C; ATE337883T1; DE60030348D1; AU2228800A; SG92682A1; CN1224488C; DE60030348T2; CN1310731C

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（ｓｔｉｃｈｏｕｔ）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Ｖ_a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Ｖ_SO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Ｉ_a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Ｉ_M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Ｉ_M
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
Ｔ₆〜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Ｖ_SO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Ｒ_SOは、突き
出し電圧Ｖ_SO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（Ｒ_SO）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Ｖ_aをアーク電流Ｉ_aに
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Ｖ_SOやＶ_SO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Ｖ_a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
Ｔ₆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Ｉ_Mあるいは背景電流Ｉ_B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Ｖ_SO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Ｉ_aで割られて、突き出し抵抗Ｒ_SO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Ｖ_SO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Ｖ_SO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Ｉ_M、背景電流Ｉ_Bあるいはこ
の双方を変える。実施例では、背景電流Ｉ_B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Ｖ_SOあるいは突
き出し抵抗Ｒ_SO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Ｖ_SOが突き出し抵抗Ｒ_SO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Ｖ_SOで
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Ｖ_SOある
いは突き出し抵抗Ｒ_SO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ｆ_a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ｆ_r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

【特許請求の範囲】

【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。
【請求項２】前記関数が逆関数である請求項１の装
置。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【請求項３７】切換電源がインバータである請求項３
の装置。
【請求項３８】切換電源がインバータである請求項２
の装置。
【請求項３９】切換電源がインバータである請求項１
の装置。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【請求項４９】前記関数が逆関数である請求項４７の
方法。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【請求項１０７】切換電源がインバータである請求項
１０６の方法。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【請求項１１５】前記関数が逆関数である請求項１１
４の装置。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【請求項１２５】切換電源がインバータである請求項
１１５の装置。
【請求項１２６】切換電源がインバータである請求項
１１４の装置。
【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。
【請求項１２８】前記関数が逆関数である請求項１２
７の方法。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【請求項１４６】前記電源がインバータである請求項
１４４の装置。
【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。
【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。
【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。
【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。