JP2005193299A - 電気アーク溶接システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1および第2の電極が、溶接経路に沿って同時に移動する際に、第1の電源により、第1の電極と被加工物との間に、第1の電流波形を有する第1の交流溶接アークを生成し、かつ第2の電源により、第2の電極と被加工物との間に、第2の電流波形を有する第2の交流溶接アークを生成する電気アーク溶接システムおよび方法であって、該第1および第2の電源が、それぞれ、各電流パルスの大きさを、波形整形器によって制御し、かつ該波形の極性を信号によって制御した状態で、少なくとも18kHzの周波数で発生する多数の電流パルスによる波形を生成する高速スイッチングインバータを備える。
【選択図】図19
Description
本発明は、大きなメタルブランクのシーム溶接に使用されるタイプの2つまたはそれ以上のタンデム電極を駆動するための高容量交流回路電源を用いた電気アーク溶接システムに注力する。本発明は、出力極性を変化させるスイッチを有するどのような標準的なAC電源とも共に使用することができるが、該電源は、該電源が、該スイッチが極性を反転させる前にアーク電流を低減させる2つの大きな出力極性スイッチを有するインバータである、特許文献1に開示されているスイッチング概念を用いることが好ましい。従って、「スイッチングポイント」という用語は、複雑な手順であり、それにより上記電源は、まずターンオフされて、予め選定された値、例えば100アンペアより小さい電流を待つ。該100アンペアのしきい値に達したとき、該電源の出力スイッチは、反転して極性を該インバータの直流出力リンクから反転させる。すなわち、「スイッチングポイント」は、上記出力極性を反転させるスイッチングコマンドに従う該電源インバータに対する、「キルコマンド」として知られるオフ出力コマンドである。該キル出力は、減少した電流レベルへの低下とすることができる。この手順は、各連続する極性反転で繰り返されるため、上記AC電源は、低電流でのみ極性を反転させる。このようにして、出力極性制御スイッチのための緩衝回路は、そのサイズが低減されまたはなくされる。このスイッチング概念は、本発明において用いられるようなスイッチングポイントを定義するのに好適であるので、特許文献1を本願明細書に援用する。タンデム電極に対するAC電流の概念は、当業者には公知である。特許文献2は、タンデム電極が、個別インバータ型電源によってそれぞれ電力を与えられるシステムを開示している。周波数は、隣接するタンデム電極における交流電流間の干渉を低減するために変化する。実際に、譲受人のこの従来の特許は、AC電極に従うDC電力電極かまたは2つまたはそれ以上のAC駆動電極を駆動するための単一の電源に関する。それぞれの場合において、個別インバータ型電源は、各電極のために使用され、交流電流高容量電源においては、特許文献1のスイッチングポイント概念が用いられている。上記タンデム電極の各々を、個別の高容量電源によって別々に駆動するこのシステムは、本発明に対する背景情報であり、そのような背景として本願明細書に援用する。同様に、特許文献3は、タンデム溶接操作において各電極が、単一の電極アークと平行に接続された2つまたはそれ以上の独立した電源によって駆動される別のアーク溶接システムを開示している。該システムは、特許文献1に従って操作される極性反転スイッチ網に対する入力を形成する、2つまたはそれ以上の正確にバランスがとられた電源を有するスイッチの単一の組を含む。該電源の各々は、単一のコマンド信号によって駆動され、そのため、該極性反転スイッチを介して結合されかつ指向された同一の電流値を共有する。このタイプのシステムは、該電極に対する全ての電流が、該スイッチの単一の組を介して流れるので、大きな極性反転スイッチを要する。特許文献3は、単一の電極に対する電源の主要なおよび従属的な組合せを示しており、また、本発明が注目する一般的な背景情報を開示している。そのため、この特許も本願明細書に援用する。制御されたスイッチングポイントによってタンデム電極を操作する改良は、特許文献4に開示されている。この特許は、本願明細書に援用する。
パイプ溶接などの溶接用途では、高電流を必要とし、タンデム電極によって生成されるいくつかのアークを用いる場合がある。このような溶接システムは、2つの隣接するタンデム電極間の磁気的相互作用によるアークの攪乱によって引き起こされる不可避の不整合を起こしやすい。隣接する交流駆動タンデム電極によって引き起こされる欠点を正すためのシステムは、特許文献2に開示されている。該従来の特許においては、交流駆動電極の各々は、電源に基づくそれ自体のインバータを有する。各電源の出力周波数は、隣接する電極間の干渉を防ぐように変化される。このシステムは、各電極に対して別々の電源を必要とする。与えられた電極に対する電流要求が、電源に基づくインバータの定格電流を超えるにつれて、新しい電源を設計し、処理し、製造しなければならない。すなわち、タンデム溶接電極を操作するためのそのようなシステムは、パイプ溶接に要求されるような高電流を得るために、高容量または高定格電源を必要とする。タンデム操作電極用の特別な高電流定格電源の必要性を減らすために、譲り受け人は、各交流電極が、並列に接続された2つまたはそれ以上のインバータ電源によって駆動される、特許文献3に開示されているシステムを開発した。それらの並列電源は、その出力電流を、極性スイッチング網の入力側で結合している。すなわち、与えられた電極に対してより高電流が要求される場合、2つまたはそれ以上の並列電源が使用される。このシステムにおいて、該電源の各々は、同時に作動され、同じ出力電流を共有する。すなわち、溶接条件の変化によって要求される電流は、単一のユニットの過定格電流によってのみ供給することができる。電流平衡システムは、いくつかのより小さな電源の組合せを可能にするが、該電源は、極性反転スイッチング網の入力側に並列に接続しなければならない。従って、大きなスイッチが各電極に対して必要であった。従って、そのようなシステムは、パイプ溶接に使用されるタイプのタンデム溶接操作における各電極に対して特別な電源を必要とするという欠点を克服したが、スイッチを非常に大きくしなければならず、電源に並列に接続された入力を、単一の電流コマンド信号で駆動することによって正確に整合しなければならないという欠点が依然として残る。特許文献3は、電流を各タンデム電極に向ける各溶接セルに対する信号を同期させるという概念を用いている。しかし、該システムは、なお、大きなスイッチを必要としていた。このタイプのシステムは、イーサネットネットワーク相互接続溶接セルでの操作に利用できた。イーサネット相互接続においては、タイミングを正確に制御することができなかった。記載された該システムにおいては、与えられた電極に対するスイッチタイミングは、時間を基準としてずらすことのみを必要とするが、特定の時間を正確に識別する必要はない。すなわち、電流と単一のスイッチ網とを平衡させることを要する該記載されたシステムは、イーサネットネットワークまたはインターネットおよびイーサネット制御システムを用いた場合に、タンデムアーク溶接操作での使用のための高容量電流を得るという手法であった。インターネットリンクを用いてまたは用いずに、イーサネットネットワークによって溶接機を制御する必要性がある。タイミングの制限により、これらのネットワークは、一般的な同期方法のみを用いるタイプのタンデム電極システムの使用を要した。
32 スレーブコントローラおよび電源
70 イーサネットまたはローカルエリアネットワーク
80 可変パルスジェネレータ
A 第1のマスター溶接機
B スレーブ溶接機
WS 溶接ステーション
E 電極
W 被加工物
Claims (26)
- 第1および第2の電極が、溶接経路に沿って同時に移動したときに、第1の電源により、第1の電極と被加工物との間に、第1の電流波形を有する第1の交流溶接アークを生成し、かつ、第2の電源により、第2の電極と被加工物との間に、第2の電流波形を有する第2の交流溶接アークを生成する電気アーク溶接システムにおいて、
前記第1および第2の電源が、それぞれ、
高速スイッチングインバータと、
前記波形間の反対の極性の持続維持のプッシュ時間を決定する第1のタイミング回路と、
前記プッシュ時間を、約5.0ms以内に制限する波形調整回路とからなり、
前記高速スイッチングインバータは、各電流パルスの大きさを、波形整形器によって制御し、かつ前記波形の極性が信号によって制御された状態で、少なくとも18kHzの周波数で発生する多数の電流パルスによって前記波形を生成する高速スイッチングインバータであり、
前記第1および第2の電流波形が、正の部分と負の部分とを有し、且つ約10〜20msの周期を有することを特徴とする電気アーク溶接システム。 - 前記電流波形は、サイン波であることを特徴とする請求項1に記載の電気アーク溶接システム。
- 前記波形間の同じ極性の持続維持のプル時間を決定する第2のタイミング回路と、前記プル時間を約5.0ms以内に制限する第2の波形調整回路とを含むことを特徴とする請求項1又は2記載の電気アーク溶接システム。
- 前記波形の一方は、方形交流波形であることを特徴とする請求項1又は3記載の電気アーク溶接システム。
- 前記波形の両方が、方形交流波形であることを特徴とする請求項1、3、4のいずれか一項に記載の電気アーク溶接システム。
- 前記波形の一方は、パルス交流波形であることを特徴とする請求項1、3〜5のいずれか一項に記載の電気アーク溶接システム。
- 第1および第2の電極が、溶接経路に沿って同時に移動したときに、第1の電源により、第1の電極と被加工物との間に、第1の電流波形を有する第1の交流溶接アークを生成し、かつ、第2の電源により、第2の電極と被加工物との間に、第2の電流波形を有する第2の交流溶接アークを生成する電気アーク溶接システムにおいて、
前記第1および第2の電源が、それぞれ、
高速スイッチングインバータと、
前記波形間の同じ極性の持続維持のプル時間を決定する第1のタイミング回路と、
前記プル時間を、約5.0ms以内に制限する波形調整回路とからなり、
前記高速スイッチングインバータは、各電流パルスの大きさを、波形整形器によって制御し、かつ前記波形の極性が信号によって制御された状態で、少なくとも18kHzの周波数で発生する多数の電流パルスによって前記波形を生成する高速スイッチングインバータであり、
前記第1および第2の電流波形が、正の部分と負の部分とを有し、且つ約10〜20msの周期を有することを特徴とする電気アーク溶接システム。 - 前記電流波形は、サイン波であることを特徴とする請求項7に記載の電気アーク溶接システム。
- 前記波形の一方は、方形交流波形であることを特徴とする請求項7記載の電気アーク溶接システム。
- 前記波形の両方は、方形交流波形であることを特徴とする請求項7記載の電気アーク溶接システム。
- 前記波形の一方は、パルス交流波形であることを特徴とする請求項9又は10記載の電気アーク溶接システム。
- 第1および第2の電極が、溶接経路に沿って同時に移動したときに、第1の電源により、第1の電極と被加工物との間に、第1の電流波形を有する第1の交流溶接アークを生成し、かつ、第2の電源により、第2の電極と被加工物との間に、第2の電流波形を有する第2の交流溶接アークを生成する電気アーク溶接方法であって、
前記第1および第2の電源が、それぞれ、
各電流パルスの大きさを、波形整形器によって制御し、かつ前記波形の極性が信号によって制御された状態で、少なくとも18kHzの周波数で発生する多数の電流パルスによって前記波形を生成する高速スイッチングインバータを具備し、
前記第1および第2の電流波形が、正の部分と負の部分とを有し、且つ約10〜20msの周期を有する電気アーク溶接方法において、
前記方法が、
(a)前記波形間の反対の極性の持続維持のプッシュ時間を決定する工程と、
(b)前記プッシュ時間を約5.0ms以内に制限するように調整する工程と、
からなることを特徴とする電気アーク溶接方法。 - 前記電流波形は、サイン波であることを特徴とする請求項12に記載の電気アーク溶接方法。
- (c)前記波形間の同じ極性の持続維持のプル時間を決定する工程と、
(d)前記プル時間を約5.0ms以内に制限する工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項12又は13記載の電気アーク溶接方法。 - 前記波形間の同じ極性の持続維持のプル時間を決定する第2のタイミング回路と、
前記プル時間を約5.0ms以内に制限する第2の波形調整回路とを含むことを特徴とする請求項12〜14の何れかに記載の電気アーク溶接方法。 - 前記波形の一方は、方形交流波形であることを特徴とする請求項12、14、15のいずれか一項に記載の電気アーク溶接方法。
- 前記波形の両方は、方形交流波形であることを特徴とする請求項12、14〜16のいずれか一項に記載の電気アーク溶接方法。
- 前記波形の一方は、パルス交流波形であることを特徴とする請求項12、14〜17のいずれか一項に記載の電気アーク溶接方法。
- 第1および第2の電極が、溶接経路に沿って同時に移動したときに、第1の電源により、第1の電極と被加工物との間に、第1の電流波形を有する第1の交流溶接アークを生成し、かつ、第2の電源により、第2の電極と被加工物との間に、第2の電流波形を有する第2の交流溶接アークを生成する電気アーク溶接方法であって、
前記第1および第2の電源が、それぞれ、
各電流パルスの大きさを、波形整形器によって制御し、かつ前記波形の極性が信号によって制御された状態で、少なくとも18kHzの周波数で発生する多数の電流パルスによって前記波形を生成する高速スイッチングインバータを具備し、
前記第1および第2の電流波形が、正の部分と負の部分とを有し、且つ約10〜20msの周期を有する電気アーク溶接方法において、
前記方法が、
(a)前記波形間の同じ極性の持続維持のプル時間を決定する工程と、
(b)前記プル時間を約5.0ms以内に制限するように調整する工程と、
からなることを特徴とする電気アーク溶接方法。 - 前記電流波形は、サイン波であることを特徴とする請求項19に記載の電気アーク溶接方法。
- 前記波形の一方は、方形交流波形であることを特徴とする請求項19に記載の電気アーク溶接方法。
- 前記波形の両方は、方形交流波形であることを特徴とする請求項19又は21記載の電気アーク溶接方法。
- 前記波形の一方は、パルス交流波形であることを特徴とする請求項19又は21記載の電気アーク溶接方法。
- 前記波形の一方は、パルス交流波形であることを特徴とする請求項12に記載の電気アーク溶接システム。
- 溶接プロセスは、サブマージドアークであることを特徴とする請求項1〜11、24の何れかに記載の電気アークシステム。
- 溶接プロセスは、サブマージドアークであることを特徴とする請求項12〜23の何れかに記載の電気アーク溶接方法。
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