JP2015536829A - ダビングパルス溶接システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

パルス溶接方式がピーク段階（７２）を含み、この段階においてエネルギーが電極と溶接パドルとに加えられ、溶融した球が電極から離れ始め、その後ダビング段階（７４）が続き、この段階において電流が著しく低減されて追加エネルギーを僅かにしか用いずに或いは全く用いずに、ボールを溶接パドル内に置く。結果として短絡が解消され、システムはバックグラウンド段階（７０）へと進む。ダビング段階における電流はバックグラウンド段階の間の電流より低い。このプロセスは、特定の溶接ワイヤに対して特別に構成することができ、特にコアードワイヤを用いる用途に良好に適合することができる。ダビング段階は、エネルギーがそのようなワイヤの被覆に移行するのを低減することを可能にし、各パルスサイクルの後にアーク長をリセットする。

Description

本発明は、包括的には溶接機に関し、より詳細には、溶接ワイヤを溶接トーチから繰り出すときに、そのワイヤにパルス波形を印加する溶接動作を行うように構成される溶接機に関する。

［関連出願の相互参照］
本願は、あらゆる目的から、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす、2012年12月12日出願の「Dabbing Pulsed Welding System and Method」と題する米国仮特許出願第61/736393号の本出願である。

広範囲の溶接システムおよび溶接制御方式が様々な目的に対して実施されている。連続的な溶接動作においては、ＭＩＧ溶接法が、不活性ガスによってシールドされた溶接ワイヤを溶接トーチから供給することによって、連続した溶接ビーズの形成を可能にする。電力が溶接ワイヤに供給され、ワークを通じて回路が完成して、そのワイヤとワークとを溶かして所望の溶接を形成するアークを維持する。

進歩した形式のＭＩＧ溶接は、溶接電源においてパルス状の電力を発生させることに基づいている。すなわち、様々なパルス方式を実行することができ、それらの方式では、電流パルスおよび／または電圧パルスを電源制御回路部から指令して、これにより、溶接ワイヤからの金属溶滴の形成および堆積を調節する、溶融池の所望の加熱および冷却プロファイルを維持する、ワイヤと溶融池との間の短絡を制御する、等を行う。

こうしたパルス方式は、多くのアプリケーションにおいて非常に効果的である一方、欠点となりやすい場合がある。例えば、移行モードに基づいて、プロセスは進行速度を制限するか、過剰のスパッターを生成する（溶接されたワークの適時の浄化を必要とする）か、最適未満の貫通を提供するか、またはこれらおよび他の影響の任意の組合せが生じる場合がある。さらに、材料移行のスプレイモードにおいて動作するパルスプロセス等の、或る特定のパルスプロセスは、特定の用途に対して過度の高熱動作をする場合がある。短絡プロセス等の他のものではより低温で動作することができるが、ここでもまた、飛散物および他の好ましくない溶接の影響を及ぼす可能性がある。

さらに、或る特定の溶接場面、或いは、或る特定の溶接電極を用いる場合、その電極と工作物との間で周期的短絡を実施するパルス溶接プロセスは過度のエネルギーを溶接部に加えてしまうことがある。例えば、コアードワイヤ電極を用いる場合、特に溶接電流がワイヤの被覆を通って流れる傾向があるので、そのワイヤに与えられる過大な電流によって電極が加熱される場合があり、このことによって中実ワイヤの場合より溶解しやすくなる可能性がある。結果として、アークが赤熱化（flare）する（長い時間赤熱する）場合がある。一方、ギャップにかけわたすこと、溶け落ちを低減させることおよび移動速度を増加させることに対しては、アーク長を最小限に保持することが好ましい場合がある。残念なことに、このことによってワイヤと進行中の溶接パドルとの短絡が生じ、短絡を解消するための追加の電流を必要とする。これもまた、コアードワイヤ被覆の加熱につながり、アークの赤熱化を生じさせる。

したがって、溶接の品質およびフレキシビリティーを改良する一方でパルス波形方式における溶接を可能にする、改良された溶接方策が必要である。

本発明は、このような要望に対応する溶接システムを提供する。例示的な実施態様によれば、溶接システムは、ピーク段階を含み、その直後にダビング段階が続き、その後にバックグラウンド段階が続く制御波形を提供するように構成される処理回路部と、制御波形に基づいて溶接電力出力を提供するように構成される電力変換回路部とを備える。

本発明は溶接方法も提供する。この溶接方法は、例えば１つの態様によれば、ピーク段階を含み、その直後にダビング段階が続き、その後にバックグラウンド段階が続く、溶接電力出力の波形を発生させ、入力される電力を制御波形に基づいて溶接電力に変換する。

本技法の態様による、パルス溶接動作を実行するためのワイヤ送給装置と結合された電源を説明する、例示のＭＩＧ溶接システムを表す図である。 図１に示すタイプの溶接電源に対する例示の制御回路部コンポーネントを表す図である。 本技法による、溶接電極から溶接パドルへ溶融した金属をダビングする例示の波形を表すグラフである。 実際に実施中の、一連のこうした波形の電圧および電流を表すグラフである。 こうした溶接方式を実施する際の或る特定の制御論理を示すフローチャートである。 本技法による、溶接電極から溶接パドルへ溶融した金属をダビングする別の例示の波形を表すグラフである。 図６の溶接方式を実施する際の或る特定の制御論理を示すフローチャートである。 本技法による、パワーオフ信号を発生させる或る特定の制御論理を示すフローチャートである。

ここで添付図面、特に図１を参照すると、例示の溶接システムが、導体または導管１４を介して互いに結合された電源１０とワイヤ送給装置１２とを備えるように示されている。図示する実施形態において、電源１０はワイヤ送給装置１２から分離されており、それによりワイヤ送給装置は、溶接ロケーションの近くの電源から或る距離に位置することができる。しかしながら、いくつかの実施態様では、ワイヤ送給装置は電源と統合することができることは理解されたい。このような場合、導管１４はシステムの内部に存在する。ワイヤ送給装置が電源から分離されている実施形態では、通常、端子は電源部およびワイヤ送給装置に設けられて導体または導管をシステムに結合することを可能にし、それにより、電力およびガスを電源からワイヤ送給装置に供給することを可能にし、データを２つの装置間で交換することを可能にする。

システムはワイヤ、電力およびシールドガスを溶接トーチ１６へ供給するように設計される。当業者であれば理解するように、溶接トーチは多くの様々なタイプのものとすることができ、通常は、溶接ワイヤおよびガスをワーク１８に隣接するロケーションに送給することを可能にし、そのロケーションで溶接部が形成されて２つ以上の金属部品をつなぐ。通常、第２の導体は溶接ワークにわたされ、それにより電源とワークとの間の電気的な回路が完結する。

システムは、特に電源上に設けられる作業者インターフェース２０を介して、作業者がデータ設定を選択することを可能にするように設計される。通常、作業者インターフェースは電源の面板内に組み込まれ、溶接部プロセス、使用されるワイヤのタイプ並びに電圧および電流の設定等の設定を選択することを可能にすることができる。特に、システムは、種々の鋼、アルミニウムまたはトーチを通じてチャネル化される他の溶接ワイヤを用いるＭＩＧ溶接を可能にするように設計される。これらの溶接設定は電源内の制御回路部２２に通信される。特に、システムは、コアード電極等の或る特定の電極タイプのために設計された溶接方式を実施するように構成することができる。

以下でより詳細に説明される制御回路部は、所望の溶接動作を実行するように、溶接ワイヤに印可される溶接電力出力の発生を制御するように動作する。例えば、本明細書で検討されている或る特定の実施形態において、制御回路部は、過大なエネルギーを溶接部または電極へ加えることなく、溶融した金属の進行中の溶接パドルへの短絡移行を「ダビングする」または促進するパルスＭＩＧ溶接方式を調節するように構成することができる。「短絡」モードにおいては、溶接アークによる加熱の影響下にある溶接ワイヤ上に溶融した材料の溶滴が形成され、ワイヤおよび溶滴と溶融池との間の接触または短絡によって、これらの溶滴が周期的に溶融池に移行される。「パルス溶接」または「パルスＭＩＧ溶接」は、例えば金属の溶滴の進行中の溶接パドルへの堆積を制御するようにパルス電力波形を発生させる技法を指す。本発明の特定の実施形態においては、特殊化されたパルス溶接方式を実施することができ、このパルス溶接方式においては、2012年10月18日付けでHutchison他によって出願された、“Hybrid Pulsed-Short Circuit Welding Regime”という名称の米国特許出願第13/655174号に記載されているような、「ハイブリッド」移行モードタイプにおける短絡溶接およびスプレイ溶接の双方の特性を有するパルスを発生させる。この特許出願は引用することにより本開示の一部をなす。

したがって、制御回路部は電力変換回路部２４に結合される。この電力変換回路部は、最終的にトーチにおいて溶接ワイヤに印加されるパルス波形等の出力電力を生成するように構成される。チョッパー、ブースター回路部、バック回路部、インバーター、コンバーター等を含む様々な電力変換回路を使用することができる。そのような回路部の構成は、それ自体が当該技術分野において一般に知られているタイプのものとすることができる。電力変換回路部２４は、矢印２６によって示されるように電力源に結合される。電力変換回路部２４に印加される電力は送電網に由来することができるが、エンジン駆動発電機、電池、燃料電池、または他の代替ソースによって発生した電力等の他の電力源を用いることもできる。最後に、図１に示す電源は、制御回路部２２がワイヤ送給装置１２と信号を交換できるように設計されたインターフェース回路部２８を備える。

ワイヤ送給装置１２は、インターフェース回路部２８に結合された相補的なインターフェース回路部３０を備える。いくつかの実施形態において、多ピンインターフェースを双方のコンポーネント上に設けることができ、多重導体ケーブルがインターフェース回路部間にわたされ、ワイヤ送給速度、プロセス、選択された電流、電圧または電力レベル等のような情報が電源１０、ワイヤ送給装置１２またはその双方において設定されることを可能にする。

ワイヤ送給装置１２はインターフェース回路部３０に結合された制御回路部３２も備える。以下でより完全に説明するように、制御回路部３２はワイヤ送給速度が作業者の選択に従って制御されることを可能にし、これらの設定がインターフェース回路部を介して電源にフィードバックされることを可能にする。制御回路部３２は、１または複数の溶接パラメーター、特にワイヤ送給速度の選択を可能にするワイヤ送給装置上の作業者インターフェース３４に結合される。また、作業者インターフェースは、プロセス、利用されるワイヤのタイプ、電流、電圧または電力の設定等の溶接部パラメーターの選択も可能にすることができる。また、制御回路部３２は、トーチへのシールドガスの流れを調節するガス制御弁３６にも結合される。概して、そのようなガスは溶接時に供給され、溶接に先立って直前に、および溶接の後の短時間にわたってオンにすることができる。ガス制御弁３６に適用されるガスは、通常、参照符号３８によって表される加圧されたボトルの形態で供給される。

ワイヤ送給装置１２は、制御回路部３６の管理下で、溶接トーチにワイヤを送給し、それによって溶接アプリケーションに送給するコンポーネントを備える。例えば、溶接ワイヤ４０の１または複数のスプールはワイヤ送給装置内に収容される。溶接ワイヤ４２はスプールから巻き戻されてトーチに連続的に供給される。スプールは、ワイヤがトーチに供給されるとき、スプールから離れるクラッチ４４と関連付けることができる。また、クラッチは、最小の摩擦レベルを保持するように調節されて、スプールが自由に回転するのを回避することができる。送給ローラー４８と係合してワイヤをワイヤ送給装置からトーチに向かって押し出す送給モーター４６が準備される。実際には、ローラー４８のうちの１つはモーターに機械的に結合され、モーターによって回転してワイヤ送給装置からワイヤを駆動する一方、係合するローラーはワイヤに向かって偏位されて、２つのローラーとワイヤとの間の良好な接触を保持する。いくつかのシステムは、このタイプの複数のローラーを備えることができる。最後に、実際のワイヤ送給速度のインジケーションを提供するように、モーター４６、ローラー４８または関連付けられる任意の他のコンポーネントの速度を検出するタコメーター５０を設けることができる。タコメーターからの信号は、以下で説明するような較正等のために制御回路部３６にフィードバックされる。

他のシステム構成および入力スキームも実施することができることに留意されたい。例えば、溶接ワイヤは大容量貯蔵容器（例えば、ドラム）から、またはワイヤ送給装置の外側の１つ若しくは複数のスプールから送給することができる。同様に、溶接トーチ上または溶接トーチの近傍の、中にスプールが搭載された「スプールガン」からワイヤを送給することができる。本明細書において言及したように、ワイヤ送給速度設定は、ワイヤ送給装置上の作業者入力３４若しくは電源の作業者インターフェース２０、またはそれらの双方を介して入力することができる。溶接トーチ上にワイヤ送給速度調節を有するシステムにおいては、これを設定に用いる入力とすることができる。

従来の方法においては、通常は溶接ケーブル５２によって電源からの電力がワイヤに印加される。同様に、シールドガスはワイヤ送給装置および溶接ケーブル５２を通じて供給される。溶接動作の間、ワイヤは溶接ケーブル外被を通ってトーチ１６に向かって繰り出される。特にアルミ合金溶接ワイヤの場合、関連付けられる駆動ローラーとともにトーチ内に追加の引き込みモーター５４を設けることができる。モーター５４は、以下でより完全に説明するように、所望のワイヤ送給速度を提供するように調節される。トーチ上のトリガースイッチ５６は、ワイヤ送給装置にフィードバックされ、そこから電源にフィードバックされて、作業者によって溶接プロセスを開始および停止することを可能にする信号を提供する。すなわち、トリガースイッチを押下すると、ガスフローが開始され、ワイヤが繰り出され、電力が溶接ケーブル５２に、およびトーチを経由して進行している溶接ワイヤに印加される。これらのプロセスは、以下でもより詳細に説明される。最後に、動作中に溶接アークを保持するために、ワークケーブルおよびクランプ５８によって、電源から溶接トーチ、電極（ワイヤ）およびワークを通る電気的な回路を閉じることが可能になる。

本検討の全般を通して、ワイヤ送給速度は作業者によって「設定」することができる一方、制御回路部によって指令される実際の速度は、通常、様々な理由で溶接の間に変動することに留意されたい。例えば、「ならし運転期間（run-in）」（アークを開始するためのワイヤの初期の送給）のための自動化されたアルゴリズムは、設定されている速度値から取得した速度値を用いることができる。同様に、ワイヤ送給速度の様々な傾斜の増加および減少を溶接中に指令することができる。他の溶接プロセスは「クレーター生成」段階を要する場合があり、この段階において、ワイヤ送給速度が変更されて、溶接部に続くくぼみを満たす。さらにまた、パルス溶接方式において、ワイヤ送給速度は定期的にまたは周期的に変更することができる。

図２は、図１に示されているタイプのシステムにおいて機能するように設計された制御回路部２２のための例示の実施形態を示している。ここで参照符号６０によって示されている全体的な回路部は、上記で検討した作業者インターフェース２０と、ワイヤ送給装置、溶接トーチおよび様々なセンサーおよび／またはアクチュエーター等のダウンストリームコンポーネントとの間のパラメーター通信のためのインターフェース回路部２８とを備える。この回路部は、溶接方式の実行、溶接方式において実施される波形の計算等を行うように設計される、１または複数の用途特定または汎用のプロセッサを自身が備えることができる処理回路部６２を備える。処理回路部は、その処理回路部からの信号を電力変換回路部２４の電子電力スイッチに印加される駆動信号に変換する駆動回路部６４と関連付けられる。包括的に、駆動回路は処理回路部からのそのような制御信号に反応して、電力変換回路部が本開示において説明するタイプのパルス溶接方式のための制御された波形を発生させることを可能にする。また、処理回路部６２は、実施される溶接方式の提供、溶接パラメーターの記憶、溶接部設定の記憶、エラーログの記憶等を行う、１または複数のタイプの恒久的なストレージおよび一時的なストレージで構成することができるメモリ回路部６６と関連付けられる。

溶接のための或る特定の状態マシンのより完全な説明は、例えば、2001年9月19日にHolverson他に対して発行された「Welding-Type Power Supply With A State-Based Controller」という名称の米国特許第6,747,247号、2004年5月7日にHolverson他に対して発行された「Welding-Type Power Supply With A State-Based Controller」という名称の米国特許第7,002,103号、2006年2月3日にHolverson他に対して発行された「Welding-Type Power Supply With A State-Based Controller」という名称の米国特許第7,307,240号、2001年9月19日にDavidson他に対して発行された「Welding-Type System With Network And Multiple Level Messaging Between Components」という名称の米国特許第6,670,579号、において提供されており、これらの特許のすべてが引用することにより本開示の一部をなす。

図３は、溶接電極に印加される溶接部電流の制御された低減によって、溶接電極からの溶融した金属が溶接パドルへと「ダビングされる」溶接技法に対する例示の波形を概略的に示している。本明細書との関連において、用語「ダビングする」、または「ダビングされた」、または「ダビングしている」は、溶融した材料が電極から分離して溶接パドルへと移行するときに、比較的激しい短絡が回避され、非常に短時間の短絡が確立されることを意味するように意図される。したがって、より激しいまたはより長時間の短絡が利用される場合に必要とされ得る過大なエネルギーを加えることなく、金属が移行される。結果としての溶接プロセスのほとんどのサイクルにおいて、特定の短絡解消シーケンスは必要とされないが、より長いかまたはより激しい短絡が生じる場合に実施されるように、そのようなシーケンスをプログラムし、準備しておくことができる。「ダビング」によって金属が移行されると、アーク長が実効的にリセットされ、電極を「より強固にわたす」または溶接パドルにより近づけて、短いアークを保持することが可能になる。以下で説明するように、電圧ピークおよび／または電流ピークの後に溶融した材料（例えば、金属の球）が既に離れているので、短絡を解消するために追加される電流は少ないかまたは全くない。結果として、コアードワイヤが用いられるときの被覆の発熱が最小である非常に低電圧のアーク（すなわち、短いアーク長）および安定したアークとなる。

図３に示す波形は、その全体が参照符号６８によって示されており、バックグラウンド段階７０、ピーク段階７２およびダビング（短時間の短絡）段階７４を含むいくつかの段階を実施している。より激しい短絡が生じ、短絡を解消するのに追加の電流が必要とされる場合に備えて、短絡解消ルーチン７６を含めることができる。しかしながら、この波形の多くのサイクル、またはほとんどのサイクルにおいて、このルーチンを必要とせず、溶接部およびワイヤに加えられるエネルギーを更に低減することができる。

図３に示す波形６８は電流波形であるが、図４に関して以下で検討するように、電圧波形は同様のふるまいおよび段階を呈する。図３の例示の実施形態において、例えば、バックグラウンド段階の間およびピーク段階の間、閉ループ制御方式が実施され、この方式ではターゲット電圧は保持され、電流は変動して電圧を所望のレベルに保持する。中間の傾斜の間、閉ループ制御方式によって電流および電流傾斜を所望のレベルに保持することができる。したがって、システムは電流制御と電圧制御との間で周期的に遷移して所望の波形を実施することができる。

例として、図３に示す波形において、バックグラウンド段階７０の間、約２５アンペア〜約１２５アンペアの範囲の電流（例えば、図３に示すように約１１５アンペア）を保持することができるが、ここでもまた、この値は所望のバックグラウンド電圧レベルを満たすように変動することができる。次に、ピーク段階７２の間、約２５０アンペア〜約４５０アンペアの範囲の電流（例えば、図３に示すように約４００アンペア）を保持することができ、電圧が閉ループ制御される場合、ここでもまた変動する。ダビング段階７４の間の電流は約１５アンペア〜約２５アンペアの範囲内（例えば、図３に示すように約２５アンペア）とすることができる。また、波形のこれらの段階および他の段階の持続時間もプログラムすることによって、エネルギーの移行、電極上での溶融した球の形成、球の移行等を可能にすることができる。実施される特定の電圧、電流および持続時間は、用いられる電極タイプ、電極サイズ、ワイヤ送給速度およびワイヤ移動速度等の要因に依存する場合があることに留意されたい。

用語「ピーク」、「ダビング」、「バックグラウンド」を本明細書における検討において用いて、他のパルス溶接方式とは反対の、短い「ダビング」段階に基づく波形の段階の意味を伝えてきたことに気づくことができる。他のプログラム言語において、これらの段階は「球」、「バック」および「プリショート」に対応させることができるが、従来システムにおけるそれらの段階は、本技法によって考慮される低エネルギーダビングを実施するようにはプログラムされない。

図４は、図３に示すタイプのプログラミングに基づくダビングのパルス波形のいくつかのサイクルを示している。図４において、電圧波形は参照符号７８によって示されている一方、電流波形は参照符号８０によって示されている。電圧波形において見て取ることができるように、各サイクルは電圧バックグラウンド８２を含み、この間、アークが継続し、エネルギーが電極および溶接パドル（並びに取り囲むワーク）に加えられる。このバックグラウンドの後にピーク８４が続き、この間、バックグラウンド段階の間に生成された溶融した金属が溶接パドルへと移行される。本実施態様において、バックグラウンド段階およびピーク段階の双方は閉ループ電圧制御され、結果として、以下で検討するように、対応する段階内で電流が変動する。参照符号８６によって示される急激な電圧の降下は、溶融した金属が溶接パドルへ移行されるのにともなう、短時間の短絡を示すものである。この段階は概して敏速であり、この時間の間低減させた電流ターゲットを用いることにより「激しい短絡」を回避することができる。

対応する電流波形８０において、バックグラウンド段階が参照符号８８によって示され、ピーク段階は参照符号９０によって示されている。システムがターゲット電圧またはプログラムされている電圧を保持しようとするので、これらの段階の間、電流が変動することに気づくことができる。次に、既述したように低減されたダビング電流ターゲットを用いて、参照符号９２によって示されるように低減されたエネルギー入力にて溶融した球を溶接パドル内に堆積させる。或る特定のサイクルにおいて、「ウェット」段階９４が実施され、短絡の解消を援助する。さらに、参照符号９６によって示されるように、短絡が容易に解消しないサイクルにおいて更に上昇された電流を用いて短絡の解消を強制することができる。

図３、４に示されている波形において、結果としての「ダビング」方式は従来の短絡溶接波形と異なることに留意されたい。特に、従来の溶接方式においては、ピーク段階は「ニー（knee）」が後に続き、ニーでは電流が後続のバックグラウンドの上方の或るレベルに保持される。ニーは、所望の場合、短絡を回避するのを助けることができる。所望ではない場合、ニーは持続時間内で低減することができ、波形はより迅速にバックグラウンドレベルに戻ることができる。

一方、本技法においては、バックグラウンド電流レベルより低い電流がピーク段階の直後のターゲットとなる。例えば、バックグラウンド電流レベルは約２５アンペア〜１２５アンペアとすることができる一方で、ダビング電流は約２５アンペアより小さく、例えば、約１５アンペア〜２５アンペアとすることができる。ダビングの持続時間は、約１ｍｓ〜５ｍｓ等の非常に短い時間とすることができる。この低減された電流によって、非常に少ないエネルギーの付加で、したがって電極の過熱を回避する、溶融した球の短絡移行が可能になる。したがって、アーク長はリセットされ、アークの過剰なはみ出し（stickout）および赤熱化が回避される。

図５は、ダビング方式を実施するための例示の制御論理を示している。この論理は、包括的に参照符号９８によって示されており、循環するものであるが、参照符号１００によって示されるように、バックグラウンド段階を保持すること（進行中の実施態様内の定電圧）から開始するとみなすことができる。この段階の間、アークが確立され、エネルギーが電極および溶接パドルに加えられる。次に、参照符号１０２によって示されるように、ピーク段階が実施される（ここでもまた、進行中の実施態様内の定電圧）。この段階は溶融した金属の引き離し（すなわち、高い電流によって発生したアークの力に起因して、溶融した球がワイヤの端部から押し出される）の大部分を行う。しかし、球は概してこの段階の間には離れない（立下りテール（trailing tail）までは付いた状態を保つ）。球は、ダビング段階に続く短絡の間に離れる。しかし、球は電極の端部から既に伸長しているので、短絡を取り除くのに追加のエネルギーを僅かにしか必要としないか、または全く必要としない。ステップ１０４において、電流が、非常に僅かの追加のエネルギーを用いて溶融した球を溶接パドルへとダビングする、最小のターゲットまで低減される。短絡が残存し、ダビング電流の後に解消できなかったことを電流レベルおよび電圧レベルが示すときのように、必要な場合に、参照符号１０６によって示されるように、短絡ルーチンを実施することができる。次に、ステップ１０８において、制御はバックグラウンドレベルへ戻り、サイクルを繰り返すことができる。

いくつかの実施形態において、ピーク段階に続く低電流ターゲットによる方法以外の様々な方法でダビングを実行することができることに留意されたい。例えば、スイッチを介して、電極およびワークおよび溶接パドルの間の電流を素早く低減する出力短絡を生成することができる。同様に、アークを消すかまたは少なくとも少しのエネルギーを加えるか若しくは全くエネルギーを加えないために、ピーク段階の後に続く短い持続時間出力電力をオフに切り替えることができる。

図３、４について上述したように、本明細書において説明される或る特定の実施形態は、ピーク段階直後の（バックグラウンド電流レベルより高い電流レベルの）ニー段階を回避することができるという点において従来のパルス溶接波形とは異なる。一方、これもまた上述したように、或る特定の実施形態において１または複数のニー段階を用いることができる。例えば、図６は、図３に示す波形と同様であるがピーク段階７２の直後で、ダビング段階７４の前に、１または複数のニー段階１１２を含む例示の波形１１０を概略的に示している。したがって、ピーク段階７２の後ろには１または複数のニー段階１１２が続き、次に、ダビング段階７４を用いて短絡を強制することができ、ダビング段階７４の後に１または複数のバックグラウンド段階７０が続く。図６において、単一のニー段階１１２と単一のバックグラウンド段階７０とを有するように示されているが、或る特定の実施形態において、２つ以上のニー段階１１２および／または２つ以上のバックグラウンド段階７０を利用することができることが理解されるであろう。包括的に、１または複数のニー段階１１２は１または複数のバックグラウンド段階７０より高いがピーク段階７２よりは低い電流レベルを有する。例えば、図６に示すニー段階１１２は約１２５アンペアの電流レベルである一方、バックグラウンド段階７０は約１１５アンペアの電流レベルであり、ピーク段階７２は約４００アンペアの電流レベルである。他の実施形態において、電流レベルが１または複数のバックグラウンド段階７０の電流レベルを上回ったままである限り、１または複数のニー段階１１２は約１２５アンペア〜約２５０アンペアの範囲の電流レベルを有することができる。

図７は、図６のダビング方式を実施するための例示の制御論理を示している。論理は包括的に参照符号１１４で示され、図５において示されている論理９８と同様であるが、ピーク段階７２とダビング段階７４との間に１または複数のニー段階１１２を有する追加のステップ１１６をともなう。或る特定の実施形態において、ピーク段階７２、ニー段階１１２またはダビング段階７４は電源オフ信号と置き換えることができる。特に、電流コマンドをゼロ（または、約１アンペア〜約２アンペア若しくは更に１アンペア未満等の低いコマンドレベル）に下げることによって、電源１０を駆動するエンジンをディスエーブルにすることによって、または電源１０の電力源ゲート信号をオフにすることによって、電源１０をオフにすることができる。図７に示す論理１１４のステップのうちの任意のもの、すなわち、ピーク段階７２に関連するステップ（例えば、ステップ１０２）か、１つ若しくは複数のニー段階１１２に関連するステップ（例えば、ステップ１１６）か、またはダビング段階７４に関連するステップ（例えば、ステップ１０４）は、電源１０をディスエーブルにすることによってアークを消すステップと置き換えることができる。例えば、図８は、これらのステップのうちの任意の１つをバイパスして代わりに電力オフ信号を電源１０に送信するための例示の制御論理１１８を示している。或る特定の実施形態において、アークが消されると、比較的小さい電流（例えば、約１アンペア〜約２アンペア、または更に１アンペア未満）を印加して、電源１０を再び有効化し、アークを再点火することができる。その後、１または複数のバックグラウンド段階７０が続く（例えば、論理１１８のステップ１０８に戻る）。或る特定の実施形態において、アークの消去を開始すると、電圧を短時間モニターすることができ（アークは、容量とインダクタンスとに起因して数ミリ秒の間保持することができるので）、アークが消失したとき比較的小さい電流（例えば、約１アンペア〜約２アンペア、または更に１アンペア未満）を印加して、電源１０を再び有効化し、アークを再点火することができる。

本明細書において、本発明の或る特定の特徴だけが図示および説明されてきたが、当業者には多くの変更および変形が思い浮かぶであろう。それゆえ、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨に入る全ての変更および変形を包含することを意図していることを理解されたい。

１０ 電源
１２ ワイヤ送給装置
１４ 導管
１６ 溶接トーチ
１８ ワーク
２０ 作業者インターフェース
２２ 制御回路部
２４ 電力変換回路部
２６ 矢印
２８ インターフェース回路部
３０ インターフェース回路部
３２ 制御回路部
３４ 作業者インターフェース
３６ ガス制御弁
３８ 加圧されたボトル
４０ 溶接ワイヤ
４２ 溶接ワイヤ
４４ クラッチ
４６ 送給モーター
４８ 送給ローラー
５０ タコメーター
５２ 溶接ケーブル
５４ モーター
５６ トリガースイッチ
５８ クランプ
６０ 回路全体
６２ 処理回路部
６４ 駆動回路部
６６ メモリ回路部
６８ 波形
７０ バックグラウンド段階
７２ ピーク段階
７４ ダビング（簡潔短絡）段階
７４ ダビング段階
７６ 短絡解消ルーチン
８０ 電流波形
８２ 電圧バックグラウンド
８４ ピーク

Claims (20)

1. 溶接システムであって、
   ピーク段階を含み、その直後にダビング段階が続き、その後にバックグラウンド段階が続く制御波形を提供するように構成される処理回路部と、
   前記制御波形に基づいて溶接電力出力を提供するように構成される電力変換回路部とを備える溶接システム。
2. 前記バックグラウンド段階の間、前記溶接電力出力は約２５アンペアと約１２５アンペアとの間の電流レベルを有する請求項１に記載のシステム。
3. 前記ダビング段階の間、前記溶接電力出力は約２５アンペア未満の電流レベルを有する請求項２に記載のシステム。
4. 前記ダビング段階は約１ミリ秒と約５ミリ秒との間の持続時間を有する請求項３に記載のシステム。
5. 前記ピーク段階の間に、溶融した金属の球は溶接電極から離れることを開始し、前記ダビング段階の間に短絡が前記球とワークとの間で確立される請求項１に記載のシステム。
6. 前記ダビング段階の間に前記短絡が切断される請求項５に記載のシステム。
7. 前記ダビング段階の間に解消されない短絡を解消する短絡解消シーケンスを含む請求項１に記載のシステム。
8. 前記短絡解消シーケンスは、短絡が前記ダビング段階の間に解消されない場合のみ実施される請求項７に記載のシステム。
9. 前記ダビング段階は、溶接電極の端部と溶融した金属の球が堆積される溶接パドルとの間のアーク長をリセットする請求項１に記載のシステム。
10. 前記ピーク段階および前記バックグラウンド段階の間、前記溶接出力電力は閉ループ制御されてターゲット電圧を保持する請求項１に記載のシステム。
11. 溶接方法であって、
    溶接電力出力の波形を発生させることであって、該波形はピーク段階を含み、その直後にダビング段階が続き、その後にバックグラウンド段階が続くことと、
    入力される電力を、前記制御波形に基づいて溶接電力に変換することとを含む溶接方法。
12. 前記バックグラウンド段階の間、前記溶接電力出力は約２５アンペアと約１２５アンペアとの間の電流レベルを有する請求項１１に記載の方法。
13. 前記ダビング段階の間、前記溶接電力出力は約２５アンペア未満の電流レベルを有する請求項１２に記載の方法。
14. 前記ダビング段階は約１ミリ秒と約５ミリ秒との間の持続時間を有する請求項１３に記載の方法。
15. 前記ピーク段階の間に、溶融した金属の球は溶接電極から離れることを開始し、前記ダビング段階の間に短絡が前記球とワークとの間で確立される請求項１１に記載の方法。
16. 前記ダビング段階の間に、前記短絡は切断される請求項１５に記載の方法。
17. 前記ダビング段階の間に解消されない短絡を解消する短絡解消シーケンスを含む請求項１１に記載の方法。
18. 前記短絡解消シーケンスは、短絡が前記ダビング段階の間に解消されない場合のみ実施される請求項１７に記載の方法。
19. 前記ダビング段階は、溶接電極の端部と溶融した金属の球が堆積される溶接パドルとの間のアーク長をリセットする請求項１１に記載の方法。
20. 前記ピーク段階および前記バックグラウンド段階の間、前記溶接出力電力は閉ループ制御されてターゲット電圧を保持する請求項１１に記載の方法。

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