JP3202905U

JP3202905U - Ｃｏ２グロビュール移行

Info

Publication number: JP3202905U
Application number: JP2015600134U
Authority: JP
Inventors: ピーターズ，スティーブン，アール
Original assignee: リンカーングローバル，インコーポレイテッド
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2024-02-28
Also published as: WO2014132118A2; DE202014010606U1; CN106994544A; CN105026088A; KR20150119852A; US9662736B2; US20140076858A1; KR102153152B1; WO2014132118A3; CN105026088B

Abstract

【課題】溶接プロセスを制御するために負極性の溶接出力電流波形を生成することにより溶滴移行を促すガス金属溶接アークシステムを提供する。【解決手段】電気アーク溶接システムは、一部１０２０〜１０４０が負極性である電気溶接波形１０００を生成する。電気溶接波形１０００の周期は、電気溶接波形１０００のバックグラウンド電流段階１０１０、バックグラウンド電流段階１０１０の後の短絡解除ランプ段階１０２０、ピーク電流段階１０３０及びテールアウト電流段階１０４０を含む。ピーク電流段階１０３０では負のピーク電流レベルが提供され、テールアウト電流段階１０４０では正のバックグラウンド電流レベル１０１０の方に単調に増加されるテールアウト電流レベルが提供され、短絡解除ランプ段階１０２０では電気溶接波形１０００のための電流の正極性における電流レベルが減少する。【選択図】図１０

Description

本願は、「短絡アーク溶接プロセスの間に溶接部への入熱を増加する方法及びシステム」と題する２００８年６月２７日出願の米国特許出願第１２／１６３０４７号の優先権を主張する「短絡アーク溶接プロセスの間に溶接部への入熱を増加する方法及びシステム」と題する２０１２年７月２０日出願の米国特許出願第１３／５５４７４４号の一部継続出願である。それらの開示は参照により本願に全体的に組み込まれる。

２００８年６月２７日出願の米国特許出願第１２／１６３０４７号が参照により本願に全体的に組み込まれる。

本明細書で説明する考案は、ガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）短絡アークプロセスの間の電極とワークピースとの間でのグロビュール移行に関するシステムに一般的に関する。

溶接システムは、現代の産業化時代の中心に存在している。大規模な自動車の組み立て作業から自動化された製造環境に至るまで、これらのシステムはかつてないほどに複雑な製造作業における接合を促進する。そのような溶接システムの一例として電気アーク溶接システムが挙げられる。これには、消耗電極を、例えばワークピースの方に動かしながら、該電極及び該電極とワークピースとの間に発生するアークに電流を流すことを含み得る。例えば、ＣＯ_２グロビュール移行は、電極の遠位端に形成された溶融ボールのワークピースへの移行を促すために、シールドガスとしてＣＯ_２を用いるガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）プロセスである。グロビュール移行ＧＭＡＷプロセスは不安定になることがあり、他のアーク溶接プロセスに比べてワイヤのサイズが大きいことに多くの場合起因して他のアーク溶接プロセスよりも飛び散り（splatter）が多い。そのため、低ワイヤ送給速度範囲に起因して時間のかかる（slower）アーク溶接プロセスになる。

既に述べたように、ＧＭＡＷプロセスは不安定になり易く及び／又は溶接溜まりの飛び散りが起こり易いことから、グロビュール移行ＧＭＡＷプロセスを行うための改善された溶接技術が必要である。

米国特許第４９７２０６４号明細書米国特許第６０５１８１０号明細書米国特許第６４９８３２１号明細書米国特許出願第１１／８６１３７９号明細書

本考案によれば、アーク溶接プロセスで用いられる電流の負極性の１つ以上の部分を使用するための方法が提供される。当該方法は、電極とワークピースとの間に電気アークを維持するために波形の出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベルに調節する工程と、電極の遠位端に溶融金属ボールを生成する工程と、溶融金属ボールがワークピースに短絡して、電気アークを消弧したことに対応して、出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベルよりも下に下げて、溶融電極ボールをワークピース上の溶融溜まりに触れさせる工程と、電極の遠位端から溶融金属ボールが千切れるようにするために出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベルよりも下の負極性に自動的に下げる工程と、溶融金属ボールが電極の遠位端から千切れてワークピースに移るときに負極性内にある出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベルの方に上げて、電極とワークピースとの間に電気アークを再び確立する工程と、電気アークが再び確立されたことに対応して、負極性内にある出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベルから遠ざかる方にある波形の負のピーク電流レベルに下げる工程と、出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベルの方に上げて、電極の遠位端に次の溶融金属ボールを生成する工程とを含む。

本考案によれば、アーク溶接プロセスで用いられる電流の負極性の１つ以上の部分を使用するための方法が提供される。当該方法は、電極とワークピースとの間に電気アークを維持するために波形の出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベルに調節する工程と、電極の遠位端に溶融金属ボールを生成する工程と、溶融金属ボールがワークピースに短絡して、電気アークを消弧したことに対応して、出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベルよりも下の負極性に下げて、溶融電極ボールをワークピース上の溶融溜まりに触れさせる工程と、電気アークが再び確立されたことに対応して、負極性内にある出力電流レベルを負のピーク電流レベルに下げる工程と、出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベルの方に上げて、電極の遠位端に次の溶融金属ボールを生成する工程とを含む。

本考案によれば、送給される溶接電極と金属ワークピースとの間に電気溶接波形を生成するガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）システムが提供される。当該ガス金属アーク溶接システムは、前記電気溶接波形のバックグラウンド電流段階、ピーク電流段階及びテールアウト電流段階を生成する第１の構成の電子コンポーネントであって、前記バックグラウンド電流段階では正のバックグラウンド電流レベルが提供され、前記ピーク電流段階では負のピーク電流レベルが提供され、前記テールアウト電流段階では前記正のバックグラウンド電流レベルの方に単調増加されたテールアウト電流レベルが提供される、第１の構成の電子コンポーネントと、前記電気溶接波形のピンチ電流段階を生成する第２の構成の電子コンポーネントであって、前記ピンチ電流段階では、前記バックグラウンド電流段階の後に前記電気溶接波形のための電流の正極性における電流レベルが減少する、第２の構成の電子コンポーネントとを含む。本考案のさらなる実施形態は、負のパルスで溶滴を作り、正のパルスで溶滴が溶融溜まりに触れるのを促進させることに関する。

本考案の上記の及び他の実施形態、特徴及び目的は、図面、詳細な説明及び添付の請求項に照らして考えた場合に明らかになる。

本考案は、特定の部分及び部分の構成において物理的形態を取り得る。その好ましい実施形態を本明細書で詳述し、本願の一部を成す添付の図面に図示する。
図１Ａは、溶接部への入熱を増やすためにアーク溶接プロセスで用いられる電気溶接波形の周期の例示の実施形態を示す。図１Ｂは、図１Ａの電気溶接波形を用いた、図１Ａの周期の間のアーク溶接プロセスの様々なステージを示し、溶接電極と金属ワークピースとの関係を示す。図２は、図１の電気溶接波形を生成するためのシステムの第１の例示の実施形態の機能ブロック図を示す。図３Ａ〜図３Ｄは、図２のシステムの様々な機能により生成された変調波形の部分の例示の実施形態を示す。図４は、図１の電気溶接波形を生成するためのシステムの第２の例示の実施形態の機能ブロック図を示す。図５は、図１の電気溶接波形及び図２のシステム又は図４のシステムを用いてアーク溶接プロセスの間に溶接部への入熱を増やす方法の第１の例示の実施形態のフローチャートを示す。図６Ａ〜図６Ｂは、図４のシステムを用いてアーク溶接プロセスの間に溶接部への入熱を増やす方法の第２の例示の実施形態のフローチャート及び結果として得られた電気溶接波形を示す。図７は、図１の電気溶接波形又は図６の電気溶接波形及び図２のシステム又は図４のシステムを用いてアーク溶接プロセスの間に溶接部への入熱を増やす方法の第３の例示の実施形態のフローチャートを示す。図８は、溶接部への入熱を制御するためにアーク溶接プロセスで用いられる電気溶接波形の周期のさらなる例示の実施形態を示す。図９は、１つ以上の部分が電流の負極性にある電気溶接波形の生成を促する溶接システムを示すブロック図である。図１０は、アーク溶接プロセスで用いられる、１つ以上の部分が電流の負極性にある電気溶接波形の周期の一実施形態を示すブロック図である。図１１は、アーク溶接プロセスで用いられる、１つ以上の部分が電流の負極性にある電気溶接波形の周期の一実施形態を示すブロック図である。図１２は、アーク溶接プロセスを制御するために電流波形の負極性部分の利用を促進する１つ以上のコンポーネントを示すブロック図である。図１３は、溶接プロセスを制御する負極性溶接出力波形を生成するフロー図である。図１４は、溶接プロセスの一部を制御するアーク溶接電流波形の電流の負極性を利用するフロー図である。図１５は、溶接プロセスの一部を制御する負極性を持つアーク溶接電流波形を示すグラフである。

本考案の実施形態は、溶接プロセスを制御するために負極性（negative polarity）の溶接出力電流波形を生成することに一般的に関連する方法及びシステムに関する。電気アーク溶接システムは、一部が負極性の電気溶接波形を生成する。この電気溶接波形の周期は、電気溶接波形のバックグラウンド電流段階（background current phase）と、バックグラウンド電流段階の後の短絡除去ランプ段階（short clearing ramp phase）と、ピーク電流段階と、テールアウト電流段階（tail-out current phase）とを含み、ピーク電流段階では負のピーク電流レベルが提供され、テールアウト電流段階では、正のバックグラウンド電流レベルの方に単調増加されたテールアウト電流レベルが提供され、短絡除去ランプ段階では電気溶接波形のための電流の正極性において電流レベルが下げられる（decreasing current level）。

本願の出願時に出願人が知っていた本考案を実施するための最良の形態を説明する目的で、係る最良の形態を以下で説明する。実施例及び図面は例示に過ぎず、本考案を限定することを意図したものではない。本考案は請求項の範囲及び精神によって判断される。

図１Ａは、溶接部への入熱を増やすためにアーク溶接プロセスで用いられる電気溶接波形１００の周期１０１の例示の実施形態を示す。図１Ｂは、図１Ａの電気溶接波形を用いた、図１Ａの周期の間のアーク溶接プロセスの様々なステージ（Ａ〜Ｅ）を示し、溶接電極１９１と金属ワークピース１９９との関係を示す。アーク溶接プロセスの間、電気アークパルスを生成するために電気溶接波形１００の生成が可能な電気アーク溶接システムを用いて、送給される電極（advancing electrode）１９１と金属ワークピース１９９との間に一連の電気アークパルスが生成される。一般に、周期１０１は、溶接部を結果として得るためにアーク溶接プロセスの間に周期的に繰り返される。しかしながら、短絡状態が起こらない場合は、周期１０１は増熱パルス（heat increasing pulses）１５０が同じ数ではない状態で、また場合によってはピンチ電流段階１２０がない状態で繰り返され得る。

電気溶接波形１００の周期１０１は、バックグラウンド電流レベル１１１が提供されるバックグラウンド電流段階１１０と、単調増加ピンチ電流レベル（monotonically increasing pinch current level）１２１が提供されるピンチ電流段階１２０と、ピーク電流レベル１３１が提供されるピーク電流段階１３０と、単調減少テールアウト電流レベル（monotonically decreasing tail-out current level）１４１が提供されるテールアウト電流段階１４０とを含む。

バックグラウンド電流段階１１０の間、電極１９１とワークピース１９９との間で電気アーク１９５が維持されて、電極１９１の遠位端に溶融金属ボール１９２が生成される（図１ＢのステージＡ参照）。ステージＢでは、電極１９１にまだくっついた溶融金属ボール１９２がワークピース１９９に短絡する。短絡が起こると、アーク１９５が消弧され、波形１００の電流レベルがバックグラウンド電流レベル１１１以下に下げられて電流レベル１１２になり、溶融ボール１９２がワークピース１９９上の溶融溜まりに触れるように（wet into）する。

ピンチ電流段階１２０の間、波形１００の電流レベルがバックグラウンド電流レベル１１１より上に単調増加され（例えば、上昇され）、増加ピンチ電流レベル１２１が提供される。増加ピンチ電流レベル１２１は、図１ＢのステージＣで示すように、短絡した溶融金属ボール１９２が電極１９１の遠位端から千切れてワークピース１９９の溶接溜まり内に移るのを始めさせる。溶融金属ボール１９２が電極１９１から千切れる寸前に、波形１００の電流レベルがスパッタを防ぐためにバックグラウンド電流レベル１１１よりも下の電流レベル１１２に再び下げられ、電極１９１とワークピース１９９との間にアーク１９６が再び確立される。

アーク１９６が再び確立されると、波形１００はピーク電流段階１３０に入る。ピーク電流段階１３０の間、波形１００の電流レベルはピーク電流レベル１３１に上げられて、そのレベルで維持される。一実施形態によれば、ピーク電流レベル１３１は波形１００の最も高い電流レベルであり、電極１９１の遠位端で次の溶融金属ボール１９８の形成を始めるのに十分な強さのアーク１９７を電極１９１とワークピース１９９との間に確立する。

ピーク電流段階１３０の後、波形１００はテールアウト電流段階１４０に入る。テールアウト電流段階１４０の間、波形１００の電流レベルをバックグラウンド電流レベル１１１の方に単調（例えば指数関数的に）減少して、減少テールアウト電流レベル１４１を提供する。波形１００の電流は溶接部に入熱を行う。テールアウト電流段階１４０は、波形１００のための大まかな（coarse）熱制御段階としての役割を果たすのに対して、バックグラウンド電流段階１１０は、波形１００のための細かな熱制御段階としての役割を果たす。しかしながら、特定のアーク溶接用途では、追加の入熱制御を設けることが望ましい場合がある。

テールアウト電流段階１４０の後、再びバックグラウンド電流段階１１０に入って、バックグラウンド電流レベル１１１が提供され、実質的に均一な次の溶融金属ボール１９８が電極１９１の遠位端に生成される（ステージＡ）。バックグラウンド電流段階１１０の間、少なくとも１つの増熱電流パルス１５０が生成されて、バックグラウンド電流レベル１１１とピーク電流レベル１３１との間の中間電流レベル１５１が提供される。増熱電流パルス１５０は、溶融金属ボール１９８とワークピース１９９との間で次の短絡が起こるまでバックグラウンド電流段階１１０内で周期的に繰り返され得る。次の短絡が起きると、アーク１９５が消弧され、波形１００の電流レベルがバックグラウンド電流レベル１１１よりも下の電流レベル１１２に落とされて、次の溶融ボール１９８がワークピース１９９上の溶融溜まりに触れるようにする（ステージＢ）。増熱電流パルス１５０は溶融溜まり及びその周囲を再加熱して溶け込みを高める役割を果たす。増熱電流パルス１５０によってもたらされるそのような熱の増加は、例えば溶融溜まりの流動性を高めることなくより良好な溶け込みを提供するためにオープンルートジョイント（open root joint）の溶接において望ましい場合がある。増熱パルスはアークを越えて溶滴を移送するほど振幅が大きくなく、溶接システムに短絡アーク移行を越えてグロビュール移行を行わせるほどパルス幅が大きくない。繰り返しになるが、一般に、周期１０１は結果として溶接部を得るためにアーク溶接プロセスの間に周期的に繰り返される。しかしながら、短絡が起こらない場合は、周期１０１は増熱パルス１５０が同じ数ではない状態で、また場合によってはピンチ電流段階１２０がない状態で繰り返され得る。本明細書で使用の「電流レベル」という用語は、実質的に定常であるものの電気溶接波形の生成が幾分不正確であるという特質によってある程度変動し得る電流振幅を意味する。

一例として、本考案の一実施形態によれば、アーク溶接プロセスは、アルゴン及び二酸化炭素をシールドガスとして用いるガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）プロセスである。バックグラウンド電流レベル１１１は約７０アンペアであり、ピーク電流レベル１３１は約３３０アンペアであり、中間電流レベル１５１は約２１０アンペアである。１つの増熱パルス１５０のパルス幅は約１ミリ秒であり、バックグラウンド電流段階１１０の間に約３ミリ秒毎に最大で３〜６パルス繰り返され得る。

図２は、図１の電気溶接波形１００を生成するためのシステム２００の第１の例示の実施形態の機能ブロック図を示す。システム２００はパワー生成機能２１０と、変調波形１００’を生成するための変調波形生成／整形機能２２０を提供する。システム２００は、電極１９１とワークピース１９９との間で短絡状態が起きた場合にそれを検出し、溶融金属ボール（例えば１９２）が千切れてワークピース１９９上の溶融溜まり内に入るのに伴って短絡状態が終了間近となること（非短絡（de-short）状態）を予測する短絡検出／兆候検出（非短絡予測）機能２３０も提供する。

変調波形生成／整形機能２２０によって生成された変調波形１００’は、電極１９１及びワークピース１９９に電気溶接波形１００の形で電流を提供するパワー生成機能２１０を変調するのに用いられる。変調波形生成／整形機能２２０は、周期ベース波形生成機能２２１を含む。図３Ａ〜図３Ｄは、図２のシステム２００の様々な機能によって生成された変調波形１００’の一部の例示の実施形態を示す。図３Ａは、周期ベース波形生成機能２２１によって生成された周期ベース波形部３１０を示す。周期ベース波形生成機能２２１は、変調波形１００’のバックグラウンド電流段階１１０、ピーク電流段階１３０及びテールアウト電流段階１４０の生成を周期的に提供する。

変調波形生成／整形機能２２０は、ピンチ電流段階生成機能２２２も含む。図３Ｂは、図３Ａの周期ベース波形部３１０にピンチ電流段階１２０が加えられたものを示す。本考案の一実施形態によれば、ピンチ電流段階１２０は、変調波形生成／整形機能２２０の信号加算機能２２３を用いて周期ベース波形部３１０に加えられ得る。

変調波形生成／整形機能２２０は増熱パルス生成機能２２４をさらに含む。図３Ｃは、図３Ｂのピンチ電流段階１２０を有し、バックグラウンド電流段階１１０の間に切り替えられる増熱パルス１５０を有する図３Ａの周期ベース波形部３１０を示す。本考案の一実施形態によれば、増熱電流パルス１５０は、変調波形生成／整形機能２２０の信号切替機能２２５を用いてバックグラウンド電流段階１１０の間に切り替えられ得る。

変調波形生成／整形機能２２０はサブバックグラウンド電流レベル生成（減流）機能２２６も含む。図３Ｄは、図３Ｂのピンチ電流段階１２０、図３Ｃに示す増熱電流パルス１５０を有し、サブバックグラウンド電流部１１２’が加えられたバックグラウンド電流段階１１０を有する図３Ａの周期ベース波形部３１０を示す。本考案の一実施形態によれば、サブバックグラウンド電流部１１２’は、波形生成／整形機能２２０の信号加算機能２２３を用いて周期ベース波形部３１０及びピンチ電流段階１２０に加えられ得る。

図３Ｄの合成変調波形１００’は、パワー生成機能２１０を変調して、図１及び図２に示すような、電極１９１及びワークピース１９９に対する電気溶接波形１００の様々な部分の実際の電流レベル（１１１、１１２、１２１、１３１、１４１、１５１）を提供するために用いられる。

システム２００を用いる溶接プロセスの間、短絡検出／非短絡予測機能２３０は、電極１９１及びワークピース１９９における電流及び電圧を観察し、電極１９１とワークピース１９９との間で短絡状態が起きた場合にそれを検出し、短絡状態が終了間近となると（非短絡状態）それを予測する。短絡状態が起こると、サブバックグラウンド電流レベル機能２２６は、短絡状態が検出されたことに対応して、波形１００の電流レベルをバックグラウンド電流レベル１１１よりも下の電流レベル１１２に即座に下げて、前で説明したように溶融金属ボールをワークピース１９９上の溶接溜まりに接触させる。そして、ピンチ電流段階生成機能２２２は単調増加ピンチ電流レベル１２１を波形１００に適用する。

非短絡状態が予測されると（即ち、溶融金属ボールが電極の遠位端から千切れる間近）、サブバックグラウンド電流レベル機能２２６は、非短絡状態が予測されたことに対応して、飛び散りを防ぐために波形１００の電流レベルをバックグラウンド電流レベル１１１よりも下の電流レベル１１２に再び下げる。さらに、波形生成／整形機能２２０のタイミング機能２２７を動作させる。タイミング機能２２７は、波形１００がバックグラウンド電流段階１１０に達するまでピーク電流段階１３０及びテールアウト電流段階１４０によって占められた時間部分の間カウントダウンを行う。

本考案の一実施形態によれば、タイミング機能は非短絡状態とバックグラウンド電流段階１１０に入るときとの間で生じる時間が予めプログラムされている。タイミング機能２２７がカウントダウンを終えると（バックグラウンド電流段階１１０に入ったことを示す）、信号切替機能２２５が作動されて、増熱パルス生成機能２２４からの増熱パルス１５０が切り替えられる。増熱パルス１５０は、次の短絡状態が検出されるまでバックグラウンド電流段階１１０の間に波形１００に切り替えられる。

図２のシステム２００の様々な機能は、アナログ及び／又はデジタルの電子コンポーネントを含み得るある構成の電子コンポーネントを用いて実施してもよい。そのような構成の電子コンポーネントの構成の例としては、パルス発生器、タイマー、カウンター、整流器、トランジスタ、インバータ、発振器、スイッチ、トランス、波形整形回路、増幅器、状態機械、デジタル信号プロセッサ、マイクロプロセッサ及びマイクロコントローラが挙げられる。実施の上で柔軟性を提供するために、そのような構成の一部がプログラム可能であってもよい。そのような構成の電子コンポーネントの様々な例は特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４にある。それらの各文献は参照により本願に全体的に組み込まれる。

本考案の一実施形態によれば、システム２００は、電気溶接波形１００のバックグラウンド電流段階１１０、ピーク電流段階１３０及びテールアウト電流段階１４０を生成する第１の構成の電子コンポーネントを含む。システム２００は、電気溶接波形１００のピンチ電流段階１２０を生成する第２の構成の電子コンポーネントをさらに含む。システム２００は、バックグラウンド電流段階１１０の間に電気溶接波形１００の少なくとも１つの増熱電流パルス１５０を生成する第３の構成の電子コンポーネントも含む。

本考案の一実施形態によれば、システム２００は、電極がワークピースに短絡したことに対応して、バックグラウンド電流段階１１０の最後に電気溶接波形１００の電流レベルをバックグラウンド電流レベルよりも下に下げる第４の構成の電子コンポーネントも含む。システム２００は、電極がワークピースに短絡していないことを予測してピンチ電流段階１２０の最後に電気溶接波形１００の電流レベルをバックグラウンド電流レベルよりも下に下げる第５の構成の電子コンポーネントをさらに含む。

第１〜第５の構成の電子コンポーネントは互いに独立している必要ななく、特定の電子コンポーネントを共有してもよい。例えば、本考案の一実施形態によれば、第１の構成の電子コンポーネントの多くは第３の構成の電子コンポーネントの多くと同じであり得る。同様に、第４の構成の電子コンポーネントの多くは第５の構成の電子コンポーネントの多くと同じであり得る。本考案の様々な実施形態によれば他の共有コンポーネントも可能であり得る。

図２に示す機能実現は１つの例示の実施形態を示す。他の実施形態も可能である。例えば、他の実施形態によれば、ピンチ電流段階１２０は信号加算機能２２３によって加算される代わりに信号切替機能２２５によって変調波形１００’に切り替えられ得る。同様に、増熱パルス１５０は信号切替機能２２５によって切り替える代わりに信号加算機能２２３により変調波形１００’に加えられ得る。他の実施形態によれば、サブバックグラウンド電流レベル生成機能２２６が存在しないか又は任意であってもよく、電流レベル部１１２’を含まない変調波形の生成が可能になる。他の変形実施形態も可能であり、図１の電気溶接波形１００又はバックグラウンド電流段階の間に少なくとも１つの増熱電流パルスを有する同様の波形の生成が得られる。

図４は、図１の電気溶接波形１００を生成するためのシステム４００の第２の例示の実施形態の機能ブロック図を示す。システム４００は、本明細書で説明するように状態機械型のシステムである。リンカーンエレクトリック社のパワーウェーブ（登録商標）４５０システムは状態機械型の溶接システムの一例である。

システム４００は、状態ベースのファンクションジェネレータ４２０に搭載された溶接プログラム４１０を含む。本考案の一実施形態によれば、状態ベースのファンクションジェネレータ４２０はプログラマブルマイクロプロセッサ装置を含む。溶接プログラム４１０は、電気溶接波形を生成するためのソフトウェア命令を含む。システムは状態ベースのファンクションジェネレータ４２０に動作的に接続されたデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）４３０をさらに含む。システムは、ＤＳＰ４３０に動作的に接続された高速増幅器インバータ（amplifier inverter）４４０も含む。

ＤＳＰ４３０は状態ベースのファンクションジェネレータ４２０から命令を受けて、高速増幅器インバータ４４０を制御する。高速増幅器インバータ４４０は、ＤＳＰ４３０からの制御信号４３５に従って高電圧の入力４４１を低圧の溶接出力に変換する。例えば、本考案の一実施形態によれば、ＤＳＰ４３０は、高速増幅器インバータ４４０が電気溶接波形の様々な段階を生成する発射角度（切り替え作動のタイミング）を決定する制御信号４３５を提供する。

高速増幅器インバータ４４０の出力４４２及び４４３は、電極４５０とワークピース４６０との間に電気アークを形成する溶接電流を提供するために溶接電極４５０及びワークピース４６０にそれぞれ作動的につながっている。システム４００は、電極４５０とワークピース４６０との間の電圧を検知し、電極４５０、ワークピース４６０及び高速増幅器インバータ４４０により形成される溶接回路を流れる電流を検知する電圧電流フィードバック機能４７０も含む。検知した電流及び電圧は、電極４５０がワークピース４６０に短絡していること（即ち短絡状態）の検出及び溶融金属ボールが電極４５０から千切れる間近であること（即ち非短絡状態）の検出のために状態ベースのファンクションジェネレータ４２０により用いられる。

システム４００は減流装置（current reducer）４８０及びダイオード４９０をさらに含む。減流装置４８０及びダイオード４９０は、高速増幅器インバータ４４０の出力４４２及び４４３の間に動作的に接続されている。減流装置４８０はＤＳＰ４３０にも動作的に接続されている。電極４５０とワークピース４６０との間で短絡状態が起こると、ＤＳＰ４３０は制御信号４３６を通じて減流装置４８０に命令して、溶接回路を通じて電流レベルを所定のバックグラウンド電流レベルより下に下げる。同様に、非短絡状態が起こると（即ち、電極４５０の遠位端から溶融金属ボールが千切れる）、ＤＳＰ４３０は減流装置４８０に命令して、溶接回路を通じて電流レベルを所定のバックグラウンド電流レベルよりも下に下げる。本考案の一実施形態によれば、減流装置４８０はダーリントンスイッチ、レジスタ及びスナバを含む。

図５は、図１の電気溶接波形１００及び図２のシステム２００又は図４のシステム４００を用いて、アーク溶接プロセスの間に溶接部への入熱を増やす方法５００の第１の例示の実施形態のフローチャートを示す。ステップ５１０では、電極（例えば１９１又は４５０）とワークピース（例えば１９９又は４６０）との間で電気アーク１９５を維持するために、波形１００の出力電流レベルをバックグラウンド電流レベル１１１に調節して、電極（例えば１９１又は４５０）の遠位端に溶融金属ボール１９２を生成する。ステップ５２０で、溶融金属ボール１９２がワークピース（例えば１９９又は４６０）に短絡し、電気アーク１９５を消弧したことに対応して、出力電流レベルをバックグラウンド電流レベル１１１よりも下に下げて、溶融金属ボール１９２がワークピース（例えば１９９又は４６０）上の溶融溜まりに触れるようにする。ステップ５３０では、溶融金属ボール１９２が電極（例えば１９１又は４５０）の遠位端から千切れるようにするために出力電流レベルをバックグラウンド電流レベル１１１よりも上に自動的に上げる。

ステップ５４０では、溶融金属ボール１９２が電極（例えば１９１又は４５０）の遠位端から千切れてワークピース（例えば１９９又は４６０）上に移ったときに、出力電流レベルをバックグラウンド電流レベル１１１よりも下に下げて、電極（例えば１９１又は４５０）とワークピース（例えば１９９又は４６０）との間に電気アーク１９６を再び確立させる。ステップ５５０では、電気アーク１９６が再び確立したことに対応して、出力電流レベルを波形１００のピーク電流レベル１３１に上げる。ステップ５６０では、出力電流レベルをバックグラウンド電流レベル１１１の方に下げて、電極（例えば１９１又は４５０）の遠位端に次の溶融金属ボール１９８を生成する。ステップ５７０では、次の溶融金属ボール１９８とワークピース（例えば１９９又は４６０）との間に次の短絡が確立されるまで、バックグラウンド電流レベル１１１と（バックグラウンド電流レベル１１１とピーク電流レベル１３１との間の）中間電流レベル１５１との間で出力電流レベルを所定のパルス繰り返し数（pulse rate）でパルス化する。ステップ５８０では、アーク溶接プロセスが完了していない場合はステップ５２０に戻り、そうでなければ終了する。

図６Ａ〜図６Ｂは、図４のシステム４００を用いて、アーク溶接プロセスの間に溶接部への入熱を増やす方法６００の第２の例示の実施形態のフローチャート及び結果として得られる電気溶接波形６５０を示す。ステップ６０１では、電気溶接波形６５０の出力電流レベルがバックグラウンド電流レベル６０２に調節される。短絡状態が検出された場合、ステップ６０３では減流装置４８０を作動させることにより出力電流レベルをバックグラウンド電流レベル６０２よりも下のサブレベル６０４に下げる。ステップ６０５では、ピンチ電流ランプ６０６に従って出力電流レベルのランプを開始する。非短絡状態（千切れ）が検出された場合、ステップ６０７では減流装置４８０を作動させることにより出力電流レベルを再びサブレベル６０４に下げる。

ステップ６０８では、電極４５０とワークピース４６０との間にアークが再び確立したことに対応して出力電流レベルをピーク電流レベル６０９に調節する。ステップ６１０では、単調減少テールアウト電流ランプ６１１に従って出力電流レベルをピーク電流レベル６０９からバックグラウンド電流レベル６０２の方に下げる。ステップ６１２では、第１のパルス間隔６１４の間に出力電流レベルを増熱電流レベル６１３に調節して、増熱電流パルス６１５を形成する。

方法６００は、ステップ６０１及びステップ６１２を所定の回数又は次の短絡状態が検出されるまで交互に繰り返してもよい（即ち、出力電流を増熱電流レベル６１３とバックグラウンド電流レベル６０２との間で交互に切り替えて次の増熱電流パルスを形成する）。さらに、本考案の一実施形態によれば、溶接作業の詳細（例えば、溶接金属、シールドガス等）に応じて連続する増熱電流パルス６１５’のパルス幅及び振幅は第１の増熱電流パルス６１５のパルス幅及び振幅と同じであってもよいし異なっていてもよい。

図７は、図１の電気溶接波形１００又は図６Ｂの電気溶接波形６５０及び図２のシステム２００又は図４のシステム４００を用いたアーク溶接プロセスの間に溶接部への入熱を増やす方法７００の第３の例示の実施形態のフローチャートを示す。ステップ７１０では、バックグラウンド電流レベル（例えば１１１）が提供されるバックグラウンド電流段階（例えば１１０）と、ピーク電流レベル（例えば１３１）が提供されるピーク電流段階（例えば３１０）と、減少テールアウト電流レベル（例えば１４１）が提供されるテールアウト電流段階（例えば１４０）とを有する電気溶接波形（例えば１００）のベース周期（例えば１３１）を生成する。ステップ７２０では、バックグラウンド電流段階（例えば１１０）とピーク電流段階（例えば１３０）との間に電気溶接波形（例えば１００）のピンチ電流段階（例えば１２０）を生成して、増加ピンチ電流レベル（例えば１２１）を提供する。ステップ７３０では、バックグラウンド電流段階（例えば１１０）の間に電気溶接波形（例えば１００）の少なくとも１つの増熱電流パルス（例えば１５０）を生成して、バックグラウンド電流レベル（例えば１１１）とピーク電流レベル（例えば１３１）との間の中間電流レベル（例えば１５１）を提供する。

図８は、本考案のさらなる例示の実施形態を示す。本実施形態は、バックグラウンド電流１１１及び増熱電流パルス１５０の大部分が第１の極性を有する一方、周期１０１の残りは逆の極性を有するという点を除いて、図１Ａ〜図１Ｂに関連して図示説明したものと同様である。図８に示す実施形態では、増熱パルス１５０及びバックグラウンド電流１１１の大部分は正極性なのに対して、周期１０１の残りの部分は負極性である。波形のこれらの部分について逆の極性を用いることにより、溶接部への入熱をさらに制御することができる。図示の例示の実施形態では、比較的低温の溶接作業を実現できる。周期１０１の大部分を負極性にすることで、周期１０１の全体が正極性の場合よりも低い温度で溶接作業を行うことができる。これは一般的には電流の方向によるものであり、より具体的には、溶接アークの「熱」が溶接溜まりからワイヤの端部に変わるように溶接プロセスの陽極と負極とを逆にした結果によるものである。そのため、所定の大きさの液滴をつくるのに必要な電流が少なくてすむ（ピーク又はプラズマブーストの何れかにより）。これは、行われる溶接作業によっては非常に望ましい。しかしながら、溶接部への入熱を制御でき、増熱電流パルス１５０を利用して所望の又は必要な熱を溶接部に入熱させて溶接溜まり及び溶け込みを望み通りに制御できることが依然として望ましい。

この例示の実施形態では、溶接の間に短絡イベント８０１が起こると（図１ＢのステージＢ）、溶接電源は溶接電流を第１の極性（図８の正）から逆の極性（図８の負）に移行させる。溶接電源にとっては短絡中に極性を変える方のが一般的には簡単である。これは極性の変化後にアークを再び確立する必要がないためであり、アークを確立するのに必要な爆発的放出が解消される。そのような状況では、ワイヤは既に短絡されており、そのため電源は電流を減らすこと、極性を変更すること、電流を増やすことを必要に応じてより制御された形で行うことができる。電流の極性の変更後、ピンチ電流段階１２０、その後の低電流レベル１１２への低下、ピーク電流段階１３０及びテールアウト電流段階１４０は前で詳述したものと同様に実施される。テールアウト電流段階１４０がバックグラウンド電流レベル１１１’に近づくか又は到達すると（ポイント８０３）、電源は溶接信号の極性を再びバックグラウンドレベル１１１に切り替えて、前で一般的に説明したように増熱電流パルス１５０を実施する。

一部の例示の実施形態では、移行ポイント８０３は電流がバックグラウンドレベル１１１’に達した後で起こる。他の例示の実施形態では、移行ポイント８０３は電流がバックグラウンドレベル１１１’に近づいたときに起こり得る。本考案の例示の実施形態では、移行ポイント８０３は電流がバックグラウンドレベル１１１’の１０％以内のときに起こる。例えば、バックグラウンド電流レベル１１１’が５０アンペアに設定されている場合、電流が下がるため、移行ポイント８０３の範囲は５０〜５５アンペアになる。本考案のさらなる例示の実施形態では、移行ポイント８０３は、電流がピーク１３１の後で５０〜７５アンペアの範囲内にあるときに起こる。他の例示の実施形態では、最大電流移行レベルは、出力電流レベルが閾値以下にならない限り極性の変化が起きないように設定される。一部の例示の実施形態では、この閾値レベルは７５〜１００アンペアの範囲内にある。例えば、閾値レベルが８０アンペアに設定されている場合、出力電流が８０アンペア以下にならない限り波形の極性が変化しない。そのため、電源はこの閾値に達するまで電流のランプダウンを行わず、その後に極性の切り替えを始める。これは、一部の溶接作業の間にバックグラウンド電流レベルが上記の閾値よりも高い場合に該当し得る。そのような場合、電流は閾値に達するか又は下回るまで下げられ、その後に極性が切り替えられる。極性の切り替えの後、電流のレベルが所望のレベルになる。

また、例示の実施形態では、バックグラウンド電流１１１’及びバックグラウンド電流１１１は（極性が逆の）同じ絶対値を有することができる一方、他の実施形態では絶対値が異なり得る。本考案の例示の実施形態では、（増熱電流パルス１５０と共に用いられる）バックグラウンド電流１１１は５０〜７０アンペアの範囲内にあり、バックグラウンド電流１１１’とは極性が逆である。

そのため、溶接の間又は溶接の前のいずれかにおいて、本考案の電流波形を用いて溶接部への入熱を増やすか又は制御して溶接ジョイントの溶け込み又は濡れ性を高めることができる。前で説明したように、溶接部への入熱を増やすために増熱電流パルス１５０を様々な方法で変調するか又は実施することができる。即ち、パルス１５０の周波数、ピーク電流、パルス幅及び／又は量を変更して所望の量の入熱を提供することができる。それに加えて、任意の一連のパルスにおいてパルス１５０は同じパルス幅又はピーク電流の大きさを有している必要はない。一部の例示の実施形態では、所定の連続パルス（又は所定の周期１０１内）の後続のパルス１５０のピーク電流１５１及び／又はパルス幅は減少し得る。例えば、周期１０１で連続する４つのパルス１５０を用いる場合、各後続パルスは先行するパルスよりも電流ピーク１５１が小さい。他の実施形態では、電流及びパルス幅が増加し得る。

前で説明したように、パルス１５０は溶接電極から溶接溜まりに溶滴を移行させるのに用いられるのではなく、必要に応じて溶接部への入熱を増やすのに用いられる。本考案の例示の実施形態では、パルス１５０はバックグラウンドレベルよりも高いピーク電流レベル１５１を有し、一部の実施形態ではその範囲は５０〜２５０アンペアである。他の例示の実施形態では、パルス１５０のピーク電流レベル１５１は１００〜２５０アンペアの範囲内にある。単一のパルス１５０のパルス幅の範囲は０．５〜２ｍｓである。大半の実施形態では、単一のパルス１５０のパルス幅は溶滴移行機能／パルスのパルス幅よりも小さい。当然ながら、本考案の精神又は範囲から逸脱することなく他の値も利用できることから、本考案の実施形態は上記の範囲に限定されない。しかしながら、大半の例示の実施形態では、パルス１５０のピーク電流レベル１５１は波形のピーク電流（例えば１３１）及びバックグラウンドレベルよりも小さい。

本明細書で説明したように、本考案のこれらの実施形態は同様の溶接電源及び機器を用いて、また同様の制御方法を用いて実施することができるため、説明の繰り返しを省略する。当然ながら、利用する機器／電源は、図８に示すように極性間を素早く変化する溶接信号を生成可能なものでなければならない。例えば、リンカーンエレクトリック社（オハイオ州、クリーブランド）製造のパワーウェーブ（登録商標）等の電源はそのような溶接が可能である。

本考案のさらなる例示の実施形態では、図１Ａ及び図８に示す周期の組み合せからなる溶接波形１００を用いることができる。即ち、溶接波形１００は、周期全体で極性が同じである周期１０１と図８に関連して説明した周期１０１との組み合せを有し得る。そのような実施形態はさらなる入熱変調機能を提供する。例えば、図１Ａに示す周期１０１を複数の有し、続いて図８に示す周期を複数有する波形１００を用いることができる。本考案の実施形態では、入熱制御を最大限に高めるために波形１００の各周期の数を変更してもよい。即ち、各種類の周期１０１の数は同じである必要はない。

本考案のさらなる例示の実施形態では、波形１００の周期１０１は「極性転換（flip polarities）」が可能である。即ち、波形１００は、図８の周期１０１のように見える複数の周期１０１を含み、図８のものと左右対称の複数の周期１０１を含むことができ、その場合、パルス１５０及びバックグラウンド１１１は負極性であり、周期１０１の残りの部分は正極性である。

上記の柔軟性により、溶接部への入熱を正確に管理及び制御する溶接波形をつくることができる。さらに、本考案の実施形態は、ユーザーが汎用の溶接波形を用いて溶接部への入熱を慎重に制御及び管理できるようにする。さらに、図１Ａ及び図３Ａ〜図３Ｄで説明した実施形態と同様に、本考案の実施形態はそれらの図に示すものと同様のパルス１３０の使用に限定されず、波形においてバックグラウンド部を用いる様々な他の種類のパルス溶接波形を用いることができる。

要約すれば、アーク溶接プロセスの間に溶接部への入熱を増やし、制御し及び管理する方法及びシステムが開示される。電気アークパルスを生成するために電気溶接波形を生成することが可能な電気アーク溶接システムを用いて、送給される溶接電極と金属ワークピースとの間に一連の電気アークパルスが生成される。電気溶接波形の周期は、増加ピンチ電流レベルが提供されるピンチ電流段階と、ピーク電流レベルが提供されるピーク電流段階と、減少テールアウト電流レベルが提供されるテールアウト電流段階と、バックグラウンド電流レベルが提供されるバックグラウンド電流段階とを含む。周期の少なくとも１つの増熱電流パルスが生成されて、バックグラウンド電流段階の間にバックグラウンド電流レベルよりも上の増熱電流レベルが提供される。少なくとも１つの増熱電流パルスを有する電気溶接波形の周期は、アーク溶接プロセスが完了するまで繰り返され得る。増熱電流パルスは溶融溜まり及びその周囲を再加熱して溶け込みを高める役割を果たす。増熱電流パルスによってもたらされるそのような熱の増加は、例えば溶融溜まりの流動性を高めることなくより良好な溶け込みを提供するためにオープンルートジョイントの溶接において望ましい場合がある。増熱パルスはアークを越えて溶滴を移送するほど振幅が大きくなく、溶接システムに短絡アーク移行を越えてグロビュール移行を行わせるほどパルス幅が大きくない。さらなる例示の実施形態では、増熱パルスはピンチ電流、ピーク電流及びテールアウト電流の極性とは逆の極性を有する。

特定の実施形態を参照しながら本考案を説明してきたが、当業者であれば本考案の範囲から逸脱することなく様々な変更が加えられ、同等物が置換され得ることが分かる。それに加えて、本考案の範囲から逸脱することなく、本考案の教示に特定の状況又は材料を適合するために多くの変更が加えられ得る。従って、本考案は開示した特定の実施形態に限定されるのではなく、本考案は添付の請求項の範囲に含まれる全ての実施形態を含むことを意図する。

さらなる図面を参照して（図示のものは本考案の例示の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本考案を限定するためのものではない）、図９は、消耗溶接電極Ｅ及びワークピースＷに作動的に接続された溶接システム９００の概略ブロック図を示す。溶接システム９００は、溶接システム９００に電力を供給するスイッチ電源９１０を含む。供給される電力は、正極性の電流、負極性の電流、交流（ＡＣ）、直流（ＤＣ）又はそれらのうちの２つ以上を切り替えるものを含む。スイッチ電源９１０は、溶接電極Ｅ及びワークピースＷとの間に溶接出力を提供する電力変換回路９１２を含む。電力変換回路９１２はハーフブリッジ出力のトポロジを持つトランスベースのものであり得る。例えば、電力変換回路９１２は、例えば溶接トランスの一次側及び二次側によってそれぞれ線引きされた入力側及び出力側を含むインバータ型のものであり得る。例えば、ＤＣ出力トポロジを有するチョッパー型等の他の種類の電力変換回路も可能である。ワイヤ送給装置５は、ワークピースＷの方に消耗溶接電極Ｅを送給する。ワイヤ送給装置５、消耗溶接電極Ｅ及びワークピースＷは溶接システム９００の一部ではないが、溶接出力ケーブル（図示せず）により溶接システム１００に作動的に接続され得る。

溶接システム９００は、ＡＣコンポーネント９１４も含む。ＡＣコンポーネント９１４は溶接システム９００にＡＣ電流を提供する。ＡＣコンポーネント９１４は、例えば主ブリッジ回路及び副ブリッジ回路を有するハイブリッドブリッジ回路であり得る。主ブリッジ回路は電源変換回路９１２に作動的に接続され、溶接システム９００の溶接出力に作動的に接続された（電極Ｅ及びワークピースＷを含む）低インピーダンス溶接出力回路経路を通じて、コントローラ９３０の命令により出力電流の方向を切り替えるように構成されている。

溶接システム９００は波形発生器９２０及びコントローラ９３０をさらに含む。波形発生器９２０はコントローラ９３０の命令で溶接波形を生成する。波形発生器９２０によって生成された波形は、電極ＥとワークピースＷとの間の溶接出力電流を生成するために電力変換回路９１２の出力を変調する。

溶接システム９００は、電極ＥとワークピースＷとの間の溶接出力電圧及び電流を観察し、観察した電圧及び電流をコントローラ９３０に戻す電圧フィードバック回路９４０及び電流フィードバック回路９５０をさらに含み得る。フィードバック電圧及び電流は、例えば、波形発生器９２０により生成された溶接波形を変更することに関する決定を行うこと及び／又は溶接システム９００の安全動作に影響を与える他の決定を行うためにコントローラ９３０によって用いられ得る。

溶接システム９００は、波形発生器９２０により生成された溶接波形の一部を調整するために溶接プロセスの測定パラメータを用いることができるのが分かる。一実施形態では、測定パラメータは、溶接プロセスの間の経時的な溶接パラメータの導関数であり、限定されないが、とりわけ電流測定値の導関数、電圧測定値の導関数、抵抗測定値の導関数、電力の導関数が挙げられる。さらに、溶接パラメータの導関数はリアルタイムに検出することができる。一実施形態では、溶接パラメータの導関数は、とりわけ溶接プロセス、波形、波形の一部、その組み合わせの変化のトリガーとなり得る。

前で言及したように、溶接システム９００は、電極ＥとワークピースＷとの間で溶接出力電流を生成するために負極性の電流を実現する（波形により）。負極性を有する波形の部分を用いることで、溶接システム及び／又は溶接プロセスに様々なメリット及び利点がもたらされる。あるイベント（例えばピーク電流段階、ショート解除ランプ段階、テールアウト電流段階等）のために負極性で用いられる電流振幅は、そのようなイベントのために正極性で必要となる電流振幅よりも小さいため、波形の負極性はより低温のアーク溶接プロセスをもたらす。さらに、波形の負極性は、波形の正極性に比べて素早く溶融ボールを形成できるようにする。例えば、負極性は溶融溜まりではなく電極２６０を加熱するのに対して、正極性は一般に溶融溜まりを加熱する。さらに、ＧＭＡＷプロセス内で正極性を用いる場合と比較して、波形のマイナスの負極性がもたらす溶融溜まりの窪みが小さい。一実施形態では、表面張力移行（ＳＴＴ）は、波形を通じて負極性電流の一部を用いることができる。なお、波形の負極性部分を、限定されないが、とりわけ表面張力移行（ＳＴＴ）溶接プロセス、ＧＭＡＷプロセス、アーク溶接プロセス等の溶接プロセスと共に用いることができるのが分かる。

さらに、本イノベーションでは、負電流の増加（increase with a negative current）及び負電流の低下（decrease with a negative current）に言及する。（例えば負極性内の）負電流レベルの増加は負電流レベルがゼロ電流レベル又は正電流レベルに近づくことを意味し、（例えば負極性内の）負電流レベルの低下は、負電流レベルがゼロ電流レベル又は正の電流レベルから遠ざかることを意味する。例えば、本イノベーションのために、−５電流レベルから１単位増加すると−４電流レベルになり（例えば、負電流レベルがゼロ電流レベルに近づく）、−５電流レベルから１単位減少すると−６電流レベルになる（例えば、負電流レベルがゼロ電流レベルから遠ざかる）。

図１０は、溶接出力電流波形１０００を示す。波形１０００はバックグラウンド電流段階１０１０、短絡解除ランプ段階１０２０、ピーク電流段階１０３０及びテールアウト電流段階１０４０を含む。バックグラウンド電流段階１０１０の間、波形１０００の出力電流レベルは正極性のバックグラウンド電流レベルに調節される。短絡解除ランプ段階１０２０の間、波形１０００の出力電流レベルは、出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベル及びゼロ（０）よりも下に下げる負極性に下げられる（例えば落とされる）。ピーク電流段階１０３０の間、出力電流レベルは、正極性のバックグラウンド電流レベルから遠ざかって負極性内の負のピーク電流レベルにさらに下げられる。負のピーク電流レベルは波形１０００で最も負の電流レベルである。テールアウト電流段階１０４０の間、出力電流は正極性のバックグラウンド電流レベルの方に上げられる。

波形１０００を用いる溶接作業の間、図１０に示すステージＡ（即ち、バックグラウンド電流段階１０１０の間）では、溶融金属ボール１０５０が消耗溶接電極１０６０の端部に生成される。図１０に示すステージＢの間（即ち、短絡解除ランプ段階１０２０の間）溶融金属ボール１０６０がワークピース１０７０に短絡し、電流がゼロ及びゼロよりも下の電流の負極性の方に下げられ、溶融金属ボール１０５０をワークピース１０７０上の溶融溜まりに触れさせる。図１０に示すステージＣの間（即ち、短絡解除ランプ段階１０２０の間）、（例えば負の傾斜の）ランプ電流を短絡に適用して、電極１０６０の端部から溶融金属ボール１０５０が千切れてワークピース１０７０上の溶融溜まりに移り易くする。図１０に示すステージＤの間（即ち、ピーク電流段階１０３０の間）、電流が（より負の方にあり、正極性のバックグラウンド電流レベルから遠ざかる）負のピーク電流レベルに下げられて、電極１０６０から溶融金属ボール１０５０が千切られた後に電極１０６０とワークピース１０７０との間に溶接アーク１０８０が再び確立し易くして短絡を解除する。図１０に示すステージＥの間（即ち、テールアウト電流段階１０４０の間）、電流が（正極性のバックグラウンド電流レベルの方に）上げられて、電極１０６０の遠位端に次の溶融金属ボールを生成する。テールアウト電流段階１０４０の間、生成された熱は、ピーク電流レベルからバックグラウンド電流レベルに電流が移行する速度を制御することにより制御される。溶接部を形成するために、波形は溶接プロセスの間繰り返され得る。

テールアウト電流段階１０４０の後、バックグラウンド電流段階１０１０に再び入り、バックグラウンド電流レベルが提供され、電極１０６０の遠位端に実質的に均一な次の溶融金属ボール１０９８が生成される（ステージＡ）。バックグラウンド電流段階１０１０の後（例えば、波形１０００の第１の周期の後及びテールアウト電流段階１０４０の後）、少なくとも１つの増熱電流パルス１０５０が生成され、正のバックグラウンド電流レベルより大きく負のピーク電流レベルの絶対値よりも小さい中間電流レベル１０５１が提供される。増熱電流パルス１０５０は、溶融金属ボール１０９８とワークピース１０７０との間で次の短絡が起こるまでバックグラウンド電流段階１０１０内で周期的に繰り返され得る。次の短絡が起こると、アーク１０９５が消弧され、波形１０００の電流レベルがバックグラウンド電流レベルより下の負極性内（例えばゼロ（０）より低い）に下げられ、次の溶融ボール１０９８をワークピース１０７０上の溶融溜まりに触れさせる（ステージＢ）。

増熱電流パルス１０５０は溶融溜まり及びその周囲を再加熱して溶け込みを高める役割を果たす。増熱電流パルス１０５０によってもたらされるそのような熱の増加は、例えば溶融溜まりの流動性を高めることなくより良好な溶け込みを提供するためにオープンルートジョイントの溶接において望ましい場合がある。増熱パルスはアークを越えて溶滴を移送するほど振幅が大きくなく、溶接システムに短絡アーク移行を越えてグロビュール移行を行わせるほどパルス幅が大きくない。繰り返しになるが、一般に、周期１００１は結果として溶接部を得るためにアーク溶接プロセスの間に周期的に繰り返される。しかしながら、短絡が起こらない場合は、周期１０１は増熱パルス１５０が同じ数ではない状態で、また場合によっては短絡解除電流ランプ段階１０２０がない状態で繰り返され得る。本明細書で使用の「電流レベル」という用語は、実質的に定常であるものの電気溶接波形の生成が幾分不正確であるという特質によってある程度変動し得る電流振幅を意味する。電流パルス１０５０を正極性で示しているが、電流パルス１０５０の極性は正の部分、負の部分又は正の部分及び負の部分の切り替えを含むことができるのが分かる。それに加えて、電流パルス１０５０は、設定（例えば、とりわけ、動的に調整される設定、ユーザーが規定した設定、予め規定された設定、その組み合わせ）に基づいて調整可能な幅（例えば長さ）を含むことができるのが分かる。一実施形態では、各電流パルス１０５０の幅（例えばパルスの長さ）はワイヤ送給速度に基づいて変えることができる。例えば、ワイヤ送給速度が速くなるにつれて、電流パルス１０５０の幅（例えば時間の長さ）を大きくすることができる。

図１１は溶接出力電流波形１１００を示す。波形１１００は、表面張力移行（ＳＴＴ）プロセスとして知られる短絡移行溶接プロセスで用いるために設計されたものである。図１１は、アーク溶接プロセスで用いる電気溶接波形１１００の周期１１０１を示す。図１１はさらに、電気溶接波形１１００を用いた、周期１１０１の間のアーク溶接プロセスの様々なステージ（Ａ〜Ｅ）をさらに示し、溶接電極１１９１と金属ワークピース１１９９との関係を示す。アーク溶接プロセスの間、電気アークパルスを生成するために電気溶接波形１１００の生成が可能な電気アーク溶接システムを用いて、送給される電極１１９１と金属ワークピース１１９９との間に一連の電気アークパルスが生成される。一般に、周期１１０１は、結果として得られる溶接部を生成するためにアーク溶接プロセスの間周期的に繰り返される。しかしながら、短絡状態が起こらない場合は、周期１１０１は増熱パルス１１５０が同じ数ではない状態で、また場合によってはピンチ電流段階１１２０がない状態で繰り返され得る。

電気溶接波形１１００の周期１１０１は、正極性のバックグラウンド電流レベル１１１１が提供されるバックグラウンド電流段階１１１０と、（正極性のバックグラウンド電流レベルから遠ざかる方に）単調減少されたピンチ電流レベル１１２１が提供されるピンチ電流段階１１２０と、負のピーク電流レベル１１３１が提供されるピーク電流段階１１３０と、（正極性のバックグラウンド電流レベルの方に）単調増加されたテールアウト電流レベル１１４１が提供されるテールアウト電流段階１１４０とを含む。

バックグラウンド電流段階１１１０の間、電極１１９１とワークピース１１９９との間で電気アーク１１９５が維持されて、電極１１９１の遠位端に溶融金属ボール１１９２が生成される（ステージＡ参照）。ステージＢでは、電極１１９１にまだくっついた溶融金属ボール１１９２がワークピース１１９９に短絡する。短絡が起こると、アーク１１９５が消弧され、波形１１００の電流レベルが正極性のバックグラウンド電流レベル１１１１よりも下の電流レベル１１１２に下げられ、溶融ボール１１９２がワークピース１１９９上の溶融溜まりに触れるようにする。

ピンチ電流段階１１２０の間、波形１１００の電流レベルが正極性のバックグラウンド電流レベル１１１１より下の負極性に単調減少され（例えば、負の傾斜でランプされる）、負のピンチ電流レベル１１２１が提供される。負のピンチ電流レベル１１２１は、ステージＣで示すように、短絡した溶融金属ボール１１９２が電極１１９１の遠位端から千切られてワークピース１１９９の溶接溜まり内に移るようにする。溶融金属ボール１１９２が電極１１９１から千切れる寸前に、スパッタを防ぐために波形１１００の電流レベルが電流レベル１１１２になるよう正極性のバックグラウンド電流レベル１１１１の方へと上げられ、電極１１９１とワークピース１１９９との間にアーク１１９６が再び確立される。

アーク１１９６が再び確立されると、波形１１００はピーク電流段階１１３０に入る。ピーク電流段階１１３０の間、波形１１００の電流レベルは負のピーク電流レベル１１３１に下げられ（正極性のバックグラウンド電流レベル１１１１から遠ざかる方に）、そのレベルで維持される。一実施形態によれば、負のピーク電流レベル１１３１の絶対値は波形１１００の最も高い電流レベルであり、電極１１９１の遠位端で次の溶融金属ボール１１９８の形成を始めるのに十分な強さのアーク１１９７を電極１１９１とワークピース１１９９との間に確立する。

ピーク電流段階１１３０の後、波形１１００はテールアウト電流段階１１４０に入る。テールアウト電流段階１１４０の間、波形１１００の電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベル１１１１の方に単調（例えば指数関数的に）増加して、増加テールアウト電流レベル１１４１を提供する。波形１１００の電流は溶接部に入熱を行う。テールアウト電流段階１１４０は、波形１１００のための大まかな熱制御段階として機能を果たすのに対して、バックグラウンド電流段階１１１０は、波形１１００のための細かな熱制御段階としての役割を果たす。しかしながら、特定のアーク溶接用途では、追加の入熱制御を設けることが望ましい場合がある。

テールアウト電流段階１１４０の後、再びバックグラウンド電流段階１１１０に入って、正極性のバックグラウンド電流レベル１１１１が提供され、実質的に均一な次の溶融金属ボール１１９８が電極１１９１の遠位端に生成される（第２のステージＡ）。バックグラウンド電流段階１１１０の間、少なくとも１つの増熱電流パルス１１５０が生成されて、正極性のバックグラウンド電流レベル１１１１より大きく負のピーク電流レベル１１３１の絶対値よりも小さい中間電流レベル１１５１が提供される。増熱電流パルス１１５０は、溶融金属ボール１１９８とワークピース１１９９との間で次の短絡が起こるまでバックグラウンド電流段階１１１０内で周期的に繰り返され得る。次の短絡が起きると、アーク１１９５が消弧され、波形１１００の電流レベルが正極性のバックグラウンド電流レベル１１１１よりも下の電流レベル１１１２に落とされて、次の溶融ボール１１９８がワークピース１１９９上の溶融溜まりに触れるようにする（ステージＢ）。

増熱電流パルス１１５０は溶融溜まり及びその周囲を再加熱して溶け込みを高める役割を果たす。増熱電流パルス１１５０によってもたらされるそのような熱の増加は、例えば溶融溜まりの流動性を高めることなくより良好な溶け込みを提供するためにオープンルートジョイントの溶接において望ましい場合がある。増熱パルスはアークを越えて溶滴を移送するほど振幅が大きくなく、溶接システムに短絡アーク移行を越えてグロビュール移行を行わせるほどパルス幅が大きくない。繰り返しになるが、一般に、周期１１０１は結果として溶接部を得るためにアーク溶接プロセスの間に周期的に繰り返される。しかしながら、短絡が起こらない場合は、周期１１０１は増熱パルス１１５１が同じ数ではない状態で、また場合によってはピンチ電流段階１１２０がない状態で繰り返され得る。本明細書で使用の「電流レベル」という用語は、実質的に定常であるものの電気溶接波形の生成が幾分不正確であるという特質によってある程度変動し得る電流振幅を意味する。電流パルス１１５０を正極性で示しているが、電流パルス１１５０の極性は正の部分、負の部分又は正の部分及び負の部分の切り替えを含むことができるのが分かる。それに加えて、電流パルス１１５０は、設定（例えば、とりわけ、動的に調整される設定、ユーザーが規定した設定、予め規定された設定、その組み合わせ）に基づいて調整可能な幅（例えば長さ、時間の長さ）を含むことができるのが分かる。一実施形態では、各電流パルス１１５０の幅（例えば長さ）はワイヤ送給速度に基づいて変えることができる。例えば、ワイヤ送給速度が速くなるにつれて、電流パルス１１５０の幅（例えば時間の長さ）を大きくすることができる。

図１２は、（図１０の）波形１０００又は（図１１の）波形１１００の少なくとも一方に従って波形を発生するように構成されたシステム１２００を示す。図１０の波形１０００及び／又は図１１の波形１１００を利用する図１２のシステム１２００の様々な機能は、アナログ及び／又はデジタルの電子コンポーネントを含み得るある構成の電子コンポーネントを用いて実施してもよい。電子コンポーネントは、限定されないが、ソフトウェアの一部、ハードウェアの一部又はその組み合わせであり得る。システム１２００は少なくとも１つのコンポーネント１２１０を含み、コンポーネント１２１０はメモリ１２３０に連結されたプロセッサ１２２０を含む。メモリ１２３０は、プロセッサ１２２０によって実行可能な少なくとも１つの命令を記憶する。そのような構成の電子コンポーネントの例としては、パルス発生器、タイマー、カウンター、整流器、トランジスタ、インバータ、発振器、スイッチ、トランス、波形整形回路、増幅器、状態機械、デジタル信号プロセッサ、マイクロプロセッサ及びマイクロコントローラが挙げられる。実施の上で柔軟性を提供するために、そのような構成の一部がプログラム可能であってもよい。

本考案の一実施形態によれば、システム１２００は、限定されないが、構成_１の電子コンポーネント〜構成_Ｎの電子コンポーネント（但しＮは正の整数）等の好適な数の構成の電子コンポーネントを含む。一実施形態では、システムは、電気溶接波形のバックグラウンド電流段階、ピーク電流段階及びテールアウト電流段階を生成する第１の構成の電子コンポーネントを含み、バックグラウンド電流段階では正のバックグラウンド電流レベルが提供され、ピーク電流段階では負のピーク電流レベルが提供され、テールアウト電流段階では正のバックグラウンド電流レベルの方に単調増加されたテールアウト電流レベルが提供される。一実施形態では、システム１２００は、電気溶接波形の短絡解除ランプ段階を生成する第２の構成の電子コンポーネントを含み、短絡解除ランプ段階では、電気溶接波形のための電流の正極性において電流レベルがさげられる。

一実施形態では、システム１２００は、バックグラウンド電流段階の間に電気溶接波形の少なくとも１つの増熱電流パルスを生成する第３の構成の電子コンポーネントを含み、少なくとも１つの増熱電流パルスは、正のバックグラウンド電流レベルよりも大きく負のピーク電流レベルの絶対値よりも小さい中間電流レベルにある。一実施形態では、システム１２００は、電極がワークピースに短絡したことに対応して、バックグラウンド電流段階の最後に電気溶接波形の電流レベルを正のバックグラウンド電流レベルの方に上げる第４の構成の電子コンポーネントを含む。一実施形態では、システム１２００は、電極がワークピースに短絡していないことを予測して短絡解除ランプ段階の最後に電気溶接波形の電流レベルを正のバックグラウンド電流レベルの方に上げる第５の構成の電子コンポーネントを含む。一実施形態では、システム１２００は、バックグラウンド電流段階が少なくとも１つの増熱電流パルスを含むようにバックグラウンド電流段階、短絡解除ランプ段階、ピーク電流段階及びテールアウト電流段階を連続して定期的に再生成する第６の構成の電子コンポーネントを含む。

一実施形態では、コンポーネント１２１０は、本明細書で説明した方法１３００及び１４００を含む開示した方法及びプロセスを実行するように動作可能なコンピュータである。本考案の様々な態様のために追加の文脈を提供するために、下記の説明は、本考案の様々な態様を実施し得る好適なコンピュータ環境を簡潔且つ一般的に説明することを意図したものである。上記では、１つ以上のコンピュータ上で動作し得るコンピュータ実行可能命令の一般的な文脈で本考案を説明してきたが、当業者であれば本考案は他のプログラムモジュールとの組み合わせで及び／又はハードウェア及び／又はソフトウェアの組み合せとして実施できることが分かる。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを行うか又は特定の抽象データ型を実施するルーチン、プログラム、コンポーネント、データ構造等を含む。

さらに、当業者であれば、本考案に係る方法は他のコンピュータシステムの構成でも実施し得ることが分かる。他のコンピュータシステムの構成としては、シングルプロセッサ又はマルチプロセッサコンピュータシステム、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータに加えて、パーソナルコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、マイクロプロセッサベースの又はプログラマブルな家庭用電化製品等が挙げられ、それぞれが１つ以上の関連装置に作動的に連結され得る。本考案の説明した態様は、通信ネットワークによってつながった遠隔処理装置により特定のタスクが行われる分散コンピューティング環境でも実施され得る。分散コンピュータ環境では、プログラムモジュールはローカル及びリモート双方のメモリ記憶装置に位置し得る。例えば、リモートデータベース、ローカルデータベース、クラウドコンピューティングプラットフォーム、クラウドデータベース又はその組み合わせをコンポーネント１２１０と共に用いることができる。

コンポーネント１２１０は、コンピュータを含む、本考案の様々な態様を実施するための例示の環境を用いることができ、コンピュータは、処理装置、システムメモリ及びシステムバスを含む。システムバスはシステムコンポーネントを連結し、例えば限定されないがシステムメモリを処理装置に連結する。処理装置は様々な市販のプロセッサの任意のものでよい。デュアルマイクロプロセッサ及び他のマルチプロセッサアーキテクチャも処理装置として用いることができる。

システムバスは、様々な市販のバスアーキテクチャの任意のものを用いたメモリバス又はメモリコントローラ、周辺バス及びローカルバスを含む幾つかの種類のバス構造の任意のものであり得る。システムメモリは、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含み得る。起動の間等、コンポーネント１２１０内の要素の間で情報を移動させるのに役立つ基本ルーチンを含むベーシックインプット／アウトプットシステム（ＢＩＯＳ）がＲＯＭ内に記憶されている。

コンポーネント１２１０はハードディスクドライブ、例えば、リムーバブルディスクから読み出しを行うか又はリムーバブルディスクに書き込みを行うための磁気ディスクドライブ、例えば、ＣＤ−ＲＯＭディスクを読み出すか又は他の光学媒体から読み出しを行うか若しくは他の光学媒体に書き込みを行うための光学ディスクドライブをさらに含むことができる。コンポーネント１２１０は少なくともある形態のコンピュータ可読媒体を含むことができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータによりアクセス可能な任意の既存の媒体であり得る。限定ではなく一例として、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体を含み得る。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータ等の情報の記憶のために任意の方法又は技術で実施される揮発性及び非揮発性のリムーバブル及び非リムーバブルな媒体を含む。コンピュータ記憶媒体の例としては、限定されないがＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ又は他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ又は他の磁気記憶装置又は所望の情報を記憶するのに用いることができ且つコンポーネント１２１０がアクセス可能な任意の他の媒体が挙げられる。

通信媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール又は搬送波等の変調データ信号若しくは他の搬送機構における他のデータを一般的に具現化し、任意の情報搬送媒体を含む。「変調データ信号」という用語は、信号内の情報が符号化されるようにその特徴の１つ以上が設定又は変更された信号を意味する。限定ではなく一例として、通信媒体は、有線ネットワーク若しくは直接有線接続等の有線媒体及び音響、ラジオ周波数（ＲＦ）、近距離無線通信（ＮＦＣ）、無線自動識別（ＲＦＩＤ）、赤外線及び／又は他の無線媒体等の無線媒体を含む。上記のものの任意の組み合せもコンピュータ可読媒体の範囲に含まれるべきである。

オペレーティングシステム、１つ以上のアプリケーションプログラム、他のプログラムモジュール及びプログラムデータを含む複数のプログラムモジュールがドライブ及びＲＡＭに記憶され得る。コンポーネント１２１０におけるオペレーティングシステムは、数ある市販のオペレーティングシステムのうちの任意のものでよい。

コンピュータは、リモートコンピュータ等の１つ以上のリモートコンピュータへの論理及び／又は物理接続を用いてネットワーク環境で動作できる。リモートコンピュータは、ワークステーション、サーバーコンピュータ、ルーター、パソコン、マイクロプロセッサベースのエンターテイメント機器、ピアデバイス又は他の共通ネットワークノードでよく、コンピュータに関連して説明した要素の多く又は全てを通常含む。図示の論理接続はローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）及びワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含む。そのようなネットワーク環境はオフィス、企業規模コンピュータネットワーク、イントラネット及びインターネットでは一般的である。

ＬＡＮネットワーク環境で用いる場合、コンピュータはネットワークインターフェース又はアダプタを通じてローカルネットワークに接続される。ＷＡＮネットワーク環境で用いる場合、コンピュータは通常モデムを含むか、ＬＡＮ上の通信サーバに接続されるか又はインターネット等のＷＡＮを通じた通信を確立するための他の手段を有する。ネットワーク環境では、コンピュータに関連して図示したプログラムモジュール又はその一部はリモートメモリ記憶装置に格納されていてもよい。本明細書で説明するネットワーク接続は一例であり、コンピュータ間で通信リンクを確立するための他の手段を用いてもよいことが分かる。

あるいは又はそれに加えて、ローカル又はクラウド（例えば、とりわけローカル、クラウド、リモート）コンピューティングプラットフォームを、データの集約、処理及び配送に利用することができる。この目的のために、クラウドコンピューティングプラットフォームは特定の遠隔場所に複数のプロセッサ、メモリ及びサーバを含むことができる。サービス型ソフトウェア（ＳａａＳ）パラダイムの下では、クラウド内に存在するデータにアクセスするために１つのアプリケーションが複数のユーザーにより用いられる。このように、データ処理が通常クラウドで行われるため、ローカルレベルでの処理要件が緩和され、それによりユーザーネットワークリソースが軽減される。サービス型ソフトウェアアプリケーションによって、ユーザーは、クラウド内に存在するプログラムの全てをホストするウェブベースサービスに（例えば、ウェブブラウザを用いて）ログインすることができる。

一例では、複数のユーザーが、タブレット、パッド、ラップトップ、セルラー電話、コンピュータ又は他のコンポーネント等のコンピュータデバイス上のウェブベースアプリケーションを通じてローカル又はクラウドデータベース（例えば、とりわけローカルデータベース、クラウドデータベース、リモートデータベース）コンピューティングプラットフォームにアクセスできる。ウェブベースアプリケーションにより、ユーザーは、実質的にどのような形式のデータも定量化する特定のレポートを、パフォーマンスベンチマーク等の任意の数の基準と比較して構成することができる。さらに、各ユーザーが最新且つ最高の技術を使用していることが確実になるように、ソフトウェアアプリケーションを世界的に更新及び配布できる。

上述した例示の装置及び要素に鑑みて、開示の主題に従って実施され得る方法は、図１３〜図１４のフローチャート及び／又は方法を参照することでより良く理解される。方法及び／又はフロー図を一連のブロックとして図示説明するが、本願の主題は係るブロックの順番に限定されない。何故なら、一部のブロックは、図示説明するブロックとは異なる順番で起きるか又は他のブロックと同時に起こり得るからである。さらに、以下で説明する方法及び／又はフロー図を実施するのに図示のブロックの全てが必要な訳ではない。

図１３の決定木のフロー図１３００に示すように、次のことが連続して起こる。図１３は、例えばＧＭＡＷプロセス等の溶接プロセスを制御する負極性の溶接出力電流波形を生成するフロー図１３００である。電極とワークピースとの間で電気アークを維持するために、波形の出力電流レベルが正極性のバックグラウンド電流レベルに調節されて、電極の遠位端に溶融金属ボールが生成される（参照ブロック１３１０）。溶融金属ボールがワークピースに短絡し、電気アークを消弧したことに対応して、出力電流レベルが正極性のバックグラウンド電流レベルよりも下に下げられて、溶融金属ボールをワークピース上の溶融溜まりに触れさせる（参照ブロック１３２０）。溶融金属ボールが電極の遠位端から千切れるようにするために、出力電流レベルが正極性のバックグラウンドレベルより下の負極性に自動的に下げられる（参照ブロック１３３０）。電極の遠位端から溶融ボールが千切れてワークピース上に移ったとき、出力電流レベルが負極性内で正極性のバックグラウンド電流レベルの方に上げられて、電極とワークピースの間で電気アークを再び確立する（参照ブロック１３４０）。電気アークが再び確立されたことに対応して、出力電流レベルを負極性内で正極性のバックグラウンド電流レベルから遠ざかる方に下げて波形の負のピーク電流レベルに下げる（参照ブロック１３５０）。出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベルの方に上げて、電極の遠位端に次の溶融金属ボールを生成する（参照ブロック１３６０）。

一実施形態では、方法１３００は、アルゴン及びＣＯ_２をシールドガスとして用いるガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）プロセスであるアーク溶接プロセスに関する。一実施形態では、方法１３００は、出力電流レベルが負極性内にある状態で溶融溜まりよりも電極を加熱することを含む。一実施形態では、方法１３００は、波形の負のピーク電流レベルを利用して、電極の遠位端に次の溶融金属ボールを生成することを含む。一実施形態では、方法１３００は、正極性のバックグラウンド電流レベルと、正極性のバックグラウンド電流レベルより大きく負のピーク電流レベルの絶対値よりも小さい中間正電流レベルとの間で出力電流レベルをパルス化することを含む。一実施形態では、方法１３００は、正極性のバックグラウンド電流レベルと、正極性のバックグラウンド電流レベルより小さく負のピーク電流レベルの絶対値よりも小さい中間負電流レベルとの間で出力電流レベルをパルス化することを含む。一実施形態では、方法１３００は、次の溶融金属ボールとワークピースとの間で次の短絡が確立されるまで出力電流レベルを所定のパルス繰り返し数でパルス化することを含む。

図１４は、溶接プロセスの一部を制御するために、アーク溶接電流波形の電流の負極性を利用することに関する。電極とワークピースとの間で電気アークを維持するために波形の出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベルに調節して、電極の遠位端に溶融金属ボールを生成する（参照ブロック１４１０）。溶融金属ボールがワークピースに短絡し、電気アークを消弧したことに対応して、出力電流レベルが正極性のバックグラウンド電流レベルよりも下の負極性内に下げられて、溶融金属ボールをワークピース上の溶融溜まりに触れさせる（参照ブロック１４２０）。電気アークが再び確立されたことに対応して、出力電流レベルを負極性内の負のピーク電流レベルに下げる（参照ブロック１４３０）。出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベルの方に上げて、電極の遠位端に次の溶融金属ボールを生成する（参照ブロック１４４０）。

一実施形態では、方法１４００は、アルゴン及びＣＯ_２をシールドガスとして用いるガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）プロセスであるアーク溶接プロセスを用いる。一実施形態では、方法１４００は、出力電流レベルが負極性内にある状態で溶融溜まりよりも電極を加熱することを含む。一実施形態では、方法１４００は、負極性内の出力電流レベルを用いて電極の遠位端から溶融金属ボールが千切れることに起因する溶融溜まりの凹みを緩和することを含む。一実施形態では、方法１４００は、正極性のバックグラウンド電流レベルと、正極性のバックグラウンド電流レベルより大きく負のピーク電流レベルの絶対値よりも小さい中間正電流レベルとの間で出力電流レベルをパルス化することを含む。一実施形態では、方法１４００は、正極性のバックグラウンド電流レベルと、正極性のバックグラウンド電流レベルより小さく負のピーク電流レベルの絶対値よりも小さい中間負電流レベルとの間で出力電流レベルをパルス化することを含む。一実施形態では、方法１４００は、次の溶融金属ボールとワークピースとの間で次の短絡が確立されるまで出力電流レベルを所定のパルス繰り返し数でパルス化することを含む。

一実施形態では、溶滴移行を促す溶接システムは、電極の遠位端に溶融金属ボールを生成するために電極とワークピースとの間で電気アークを維持するため、波形の出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベルに調節すること、溶接システムにおける短絡イベントを検出すること、短絡イベントに基づいて電極の遠位端から溶滴が千切れるのを高めるために正極性のバックグラウンド電流からある電流レベルに変更すること、溶滴が千切れた後でアークを再び形成すること、ある電流レベルから正極性のバックグラウンド電流への移行を制御すること及び／又は電極の遠位端にある溶滴が溶融溜まりに触れ易くするために正極性のバックグラウンド電流をパルス化することを含むことができる。さらに、本実施形態は、電流レベルとして負極性を用いることを含むことができる。一実施形態では、システムは、電極とワークピースとの間で電気アークを維持するため波形の出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベルに調節して、電極の遠位端に溶滴を生成すること、溶滴がワークピースに短絡し、アークを消弧したことに対応して、出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベルよりも下の負極性内に下げて、溶滴をワークピース上の溶融溜まりに触れさせること、アークが再び確立されたことに対応して、負極性内の出力電流レベルを負のピーク電流レベルに下げること及び／又は出力電流レベルを正極性のバックグラウンド電流レベルの方に上げて電極の遠位端に次の溶滴を生成することを含むことができる。

図１５は、溶接プロセスの一部を制御するために負極性を有するアーク溶接電流波形を示すグラフ１５００を示す。グラフ１５００は１つ以上のパルス１５１０、ＳＴＴ１５２０、バックグラウンド電流１５３０及びパルス１５４０の間のバックグラウンド電流を含む。グラフ１５００は一例として図示しているに過ぎず、本イノベーションを限定するものではない。例えば、値（例えば、とりわけ時間、電流、電圧、ワイヤ速度、ワイヤゲージ、ワイヤ送給速度）は一例として用いたに過ぎず、正しい工学的判断により他の値を選択することができる。

グラフ１５００と共に説明する実施形態では、短絡アーク／グロビュール移行上で０．０５２のワイヤが２７７インチ／分（ＩＰＭ）のワイヤ送給速度（ＷＦＳ）で用いられる（例えば、ＣＯ_２１００％でシールドされるＥＲ７０Ｓ−６軟鋼）。これはＣＯ_２１００％で行うことができるが、このＷＦＳではガスが非常に飛び散り、制御が難しい。１つ以上のパルス１５１０は出力を上げる代わりに下げることができる。ここで、溶滴にかかるアークの力を下げることで短絡が促進される。従来のグロビュール移行では、溶滴は、それが溶融溜まりに触れるまで非常に長い時間くっついている。

溶滴が触れない場合は、出力がリストアされて１つ以上のパルス１５１０が後で再び用いられる。この溶滴の振動は、従来のグロビュール移行法よりも前に溶滴が溶融溜まりに触れて移行することを促す。バックグラウンド電流１５３０はショートアークと比べ比較的長時間にわたって維持される（例えば、約１６ミリ秒対１秒）。システムはパワーを必要とし、正のバックグラウンド部分がそのパワーを提供する一方、負の部分は比較的溶接溜まりにではなくワイヤにパワーを入力する。短絡解除ルーチンはランプではなくて規定の電流であってもよい。溶滴は非常に大きく、電源が制限されているため、高い電流が安定した分離を促す。

一実施形態では、短絡解除ランプは４２０アンペアの絶対電流である。一実施形態では、１つ以上のパルス１５１０はパワーを下げて、低パワーで溶滴を溶接溜まりに触れさせる。一実施形態では、必要なパワーを得てプロセスを機能させるバックグラウンド時間は１６ミリ秒である。一実施形態では、溶滴が溶融溜まりに触れない場合は、より多くのパワーを加えるために出力がバックグラウンドに戻される。

一実施形態では、バックグラウンド電流１５３０及び／又は１５４０は９２アンペアで持続時間が１６ｍｓであり得る（例えば、システムに入熱を行うよう作用するために、１．５ｍｓのパルス時間に比べて持続時間が長い）。さらに、パルス電流は４０アンペアで持続時間が３ｍｓである（例えば、パルスの間、電流を下げて溶滴が溶融溜まりに触れるのを促すようにできる）。３ｍｓ以内に溶滴が触れない場合、１０ｍｓの間バックグラウンドをリストアできる。それに加えて、短絡電流は４２０アンペアで、ピーク電流は４７０アンペアであり得る。なお、実際の時間及び電流は、とりわけＣＯ_２、セルフシールドワイヤと共に用いるための相対基準を提供するための一例に過ぎない。

上記の例は、本考案の様々な態様のいくつかの可能性のある実施形態を説明するためのものに過ぎず、当業者であれば本明細書及び添付の図面を読み、理解した際に同等の変更及び／又は修正を思い付く。特に、上述のコンポーネント（アセンブリ、装置、システム、回路等）によって行われる様々な機能に関して、そのようなコンポーネントを説明するのに用いた用語（「手段」への言及も含む）は、別段指摘がない限り、本考案の説明した実施において機能を行う開示の構造とは構造的に同等ではなくても、説明したコンポーネントの特定の機能を行う（例えば、機能的に同等な）ハードウェア、ソフトウェア又はその組み合わせ等の任意のコンポーネントに対応する。それに加え、いくつかの実施のうちの１つだけに関連して本考案の特定の特徴を開示してきたが、そのような特徴を他の実施の１つ以上の他の特徴と組み合わせることは、所定の又は特定の用途にとって望ましく、有利であり得るため組み合わせてもよい。また、詳細な説明及び／又は請求項では「含む（including、includes）」、「有する（having、has）」、「備える（with）」又はその異形を用いているが、それらの用語は「包含する（comprising）」と同様に包含的であることを意図している。

本説明では、最良の形態を含む本考案を開示し、当業者が本考案（任意の装置又はシステムの製造及び使用並びに内在される方法を行うことを含む）を実施できるようにするために例を用いている。本考案の範囲は請求項によって規定され、当業者が思い付き得る他の例も含み得る。そのような他の例は、それらが請求項に文字通り記載されたものと差異がない構造的要素を有するか又は請求項に文字通り記載されたものとの差異がごくわずかな同等の構造的要素を含む場合、それらは請求項の範囲に含まれる。

本願の出願時に出願人が知っていた本考案を実施するための最良の形態を説明する目的で、係る最良の形態を説明してきた。実施例は例示に過ぎず、本考案を限定することを意図したものではない。本考案は請求項の範囲及び精神により判断される。好ましい実施形態及び代替的実施形態を参照しながら本考案を説明してきた。当業者であれば本明細書を読んで理解した際に変更及び修正に気付くのは明らかである。そのような変更及び修正は、それらが添付の請求項又はその同等物の範囲に含まれる限り本願に含まれる。

５ワイヤ送給装置
１００電気溶接波形
１００’ 変調波形
１０１周期
１１０バックグラウンド電流段階
１１１バックグラウンド電流レベル
１１１’ バックグラウンド電流レベル
１１２電流レベル
１１２’ サブバックグラウンド電流部
１２０ピンチ電流段階
１２１ピンチ電流レベル
１３０ピーク電流段階
１３１ピーク電流レベル
１４０テールアウト電流段階
１４１テールアウト電流レベル
１５０増熱パルス
１５１中間電流レベル
１９１溶接電極
１９２溶融金属ボール
１９５電気アーク
１９６アーク
１９７アーク
１９８溶融金属ボール
１９９金属ワークピース
２００システム
２１０パワー生成機能
２２０整形機能
２２１波形生成機能
２２２電流段階生成機能
２２３信号加算機能
２２４パルス生成機能
２２５信号切替機能
２２６減流機能
２２７タイミング機能
２３０兆候検出機能
３１０波形部
４００システム
４１０溶接プログラム
４２０ジェネレータ
４３０デジタル信号プロセッサ
４３５制御信号
４３６制御信号
４４０高速増幅器インバータ
４４１高圧入力
４４２出力
４４３出力
４５０ＬＥパワーウェーブ
４６０ワークピース
４７０電流フィードバック機能
４８０減流装置
４９０ダイオード
５００方法
５１０ステップ
５２０ステップ
５３０ステップ
５４０ステップ
５５０ステップ
５６０ステップ
５７０ステップ
５８０ステップ
６００方法
６０１ステップ
６０２バックグラウンド電流レベル
６０３ステップ
６０４サブレベル
６０５ステップ
６０６ピンチ電流ランプ
６０７ステップ
６０８ステップ
６０９ピーク電流レベル
６１０ステップ
６１１テールアウト電流ランプ
６１２ステップ
６１３増熱電流レベル
６１４第１のパルス間隔
６１５増熱電流パルス
６１５’ 増熱電流パルス
６５０電気溶接波形
７００方法
７１０ステップ
７２０ステップ
７３０ステップ
８０１短絡イベント
８０３移行ポイント
９００溶接システム
９１０スイッチ電源
９１２電源変換回路
９１４ＡＣコンポーネント
９２０波形発生器
９３０コントローラ
９４０電圧フィードバック回路
９５０電流フィードバック回路
１０００電流波形
１００１周期
１０１０バックグラウンド電流段階
１０２０ランプ段階
１０３０ピーク電流段階
１０４０テールアウト電流段階
１０５０溶融金属ボール
１０５１中間電流レベル
１０６０溶接電極
１０７０ワークピース
１０８０溶接アーク
１０９５アーク
１０９８溶融金属ボール
１１００電流波形
１１０１周期
１１１０バックグラウンド電流段階
１１１１バックグラウンド電流レベル
１１２０ピンチ電流段階
１１２１ピンチ電流レベル
１１３０ピーク電流段階
１１３１ピーク電流レベル
１１４０テールアウト電流段階
１１４１テールアウト電流レベル
１１５０増熱パルス
１１５１中間電流レベル
１１９１溶接電極
１１９２溶融金属ボール
１１９５電気アーク
１１９６アーク
１１９７アーク
１１９８溶融金属ボール
１１９９金属ワークピース
１２００システム
１２１０コンポーネント
１２２０プロセッサ
１２３０メモリ
１３００方法
１３１０参照ブロック
１３２０参照ブロック
１３３０参照ブロック
１３４０参照ブロック
１３５０参照ブロック
１３６０参照ブロック
１４００方法
１４１０参照ブロック
１４２０参照ブロック
１４３０参照ブロック
１４４０参照ブロック
１５００グラフ
１５１０パルス
１５２０ＳＴＴ
１５３０バックグラウンド電流
１５４０パルス
Ａステージ
Ｂステージ
Ｃステージ
Ｄステージ
Ｅ溶接電極／ステージ
Ｗワークピース

Claims

送給される溶接電極と金属ワークピースとの間の溶滴移行を促す電気溶接波形を生成するガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）システムであって、
前記電気溶接波形のバックグラウンド電流段階、ピーク電流段階及びテールアウト電流段階を生成する第１の構成の電子コンポーネントであって、前記バックグラウンド電流段階では正のバックグラウンド電流レベルが提供され、前記ピーク電流段階では負のピーク電流レベルが提供され、前記テールアウト電流段階では前記正のバックグラウンド電流レベルの方に単調増加されたテールアウト電流レベルが提供される、第１の構成の電子コンポーネントと、
前記電気溶接波形の短絡解除ランプ段階を生成する第２の構成の電子コンポーネントであって、前記短絡解除ランプ段階では、前記バックグラウンド電流段階の後に前記電気溶接波形のための電流の正極性における電流レベルが減少する、第２の構成の電子コンポーネントと、
を含むガス金属アーク溶接システム。
前記バックグラウンド電流段階の間に前記電気溶接波形の少なくとも１つの増熱電流パルスを生成する第３の構成の電子コンポーネントをさらに含み、該少なくとも１つの増熱電流パルスは、前記正のバックグラウンド電流レベルよりも大きく前記負のピーク電流レベルの絶対値よりも小さい中間電流レベルにある、請求項１に記載のガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）システム。
前記電極が前記ワークピースに短絡している状態に基づいて前記電気溶接波形のための負の電流を生成するように構成された第１のコンポーネントをさらに含む、請求項１又は２に記載のガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）システム。
前記電極が前記ワークピースに短絡しているのに対応して、前記バックグラウンド電流段階の最後に前記電気溶接波形の電流レベルを前記正のバックグラウンド電流レベルの方に上げる第４の構成の電子コンポーネントをさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）システム。
前記電極が前記ワークピースに短絡していないことを予測して、前記短絡解除ランプ段階の最後に前記電気溶接波形の電流レベルを前記正のバックグラウンド電流レベルの方に上げる第５の構成の電子コンポーネントをさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）システム。
前記バックグラウンド電流段階が前記少なくとも１つの増熱パルスを含むように、前記バックグラウンド電流段階、前記短絡解除ランプ段階、前記ピーク電流段階及び前記テールアウト電流段階を連続して周期的に再生する第６の構成の電子コンポーネントをさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）システム。