JP6444876B2 - 溶接ビードの外観を実現するための変調方式を提供するシステム及び方法 - Google Patents

Description

この米国特許出願は、２０１２年１０月１８日に出願された、米国仮特許出願第６１／７１５，５５７号明細書について優先権の利益を主張するものであり、この文献は、その全体を参照することにより本明細書中に組み込まれる。

本発明の特定の実施形態は、アーク溶接に関する。より具体的には、本発明のいくつかの実施形態は、１つ又は複数の溶接パラメータを変調して、指定した溶接ビードの外観を実現するためのシステム及び方法に関する。

いくつかの従来技術の溶接システムは、限定された技術を使用しており、及び／又は溶接部の所望の溶接ビードの外観を実現するのを溶接オペレータに頼っている。その結果、所望の溶接ビードの外観を一貫性して実現する能力が、制限されており、その能力を得るには、かなりの訓練と溶接機の経験とを必要とする。

また、昔からある従来の提案された手法の制限及び短所は、このような従来のシステム及び方法と、図面を参照して、本願のこれ以降に記載される本発明の実施形態との比較を通じて、当業者に明らかになるだろう。

特定の溶接用途（例えば、アルミニウムの金属不活性ガス溶接又はＭＩＧ溶接）では、積み重ねされたダイム(stacked dime)外観を有する溶接ビードを敷設することが望ましい場合がある。このような積重ねダイム外観は、当技術分野で良く知られており、例えば、減少した多孔度及び改善された結晶粒構造等の強化された冶金学的特性を提供することができる。しかしながら、そのような積重ねダイム外観を形成する形成能力は必ずしも容易ではなく、長年の技能と溶接機による経験とを必要とする。１つ又は複数の溶接パラメータを変調して、所望の溶接ビードの外観（例えば、積重ねダイム外観）を実現するためのシステム及び方法が開示される。例えば、２つ以上の溶接パラメータを相乗的に変調して、所望の溶接ビードの外観を実現することができる。

本発明の一実施形態では、溶接プロセスの負極部分を変調して、指定された溶接ビードの外観を実現する。消耗溶接電極と溶接ワークとの間にアークを発生させるためのアーク溶接用電源が、提供される。この電源は、スイッチ切替式電力供給部と、波形生成器と、これら波形生成器及びスイッチ切替式電力供給部に作動可能に接続されたコントローラとを有する。これらコントローラ、波形生成器、及びスイッチ切替式電力供給部は、正極部分及び負極部分を含む周期的な溶接電流出力を生成するように構成されている。負極部分の少なくとも１つの特性を変調周波数で変調して、溶接プロセス中に、消耗溶接電極からワーク上に堆積した溶接ビードの外観に影響を与えてもよい。あるいはまた、正極部分の少なくとも１つの特性を変調周波数で変調して、溶接プロセス中に、消耗溶接電極からワーク上に堆積した溶接ビードの外観に影響を与えてもよい。負極部分又は正極部分の少なくとも１つの特性を変調周波数で変調して、第１の溶接エネルギー入力状態と、第１の溶接エネルギー入力状態より多くのエネルギーを供給する第２の溶接エネルギー入力状態との間でサイクルを行うようにしてもよい。溶接電流出力の負極部分又は正極部分の少なくとも１つの特性は、振幅、継続時間又はパルス幅、立上りエッジ勾配、立下りエッジ勾配、又は波形状の１つ又は複数を含んでもよい。一実施形態によれば、溶接プロセスは、アルミニウム又はアルミニウム合金のガス金属アーク溶接プロセス（ＧＭＡＷ）であってもよい。

本発明の一実施形態では、負極変調とワイヤ送り速度（ＷＦＳ）変調との組合せを使用して、指定した溶接ビードの外観を実現する。消耗溶接電極と溶接ワークとの間にアークを発生させるためのアーク溶接システムが、提供される。このシステムは、消耗溶接電極と溶接ワークとの間にアークを発生させるための溶接電流出力を供給するように構成された電源と、溶接ワークに向けて消耗溶接電極を供給するように構成されたワイヤ送り装置とを有する。電源は、ワイヤ送り装置に命令して、ワイヤ送り速度で操作するとともに、正極部分及び負極部分を含む周期的な溶接電流出力を生成するように構成される。電源は、負極部分の少なくとも１つの特性を変化させ、且つ相関した方法でワイヤ送り速度を変調レートで変化させて、溶接プロセス中に、消耗電極からワーク上に堆積した溶接ビードの外観に影響を与えるようにさらに構成される。あるいはまた、電源は、正極部分の少なくとも１つの特性を変化させ、且つ相関した方法でワイヤ送り速度を変調レートで変化させるように構成してもよい。負極部分又は正極部分の少なくとも１つの特性を変調レートで変化させて、第１の溶接エネルギー入力状態と、第１の溶接エネルギー入力状態より多くのエネルギーを供給する第２の溶接エネルギー入力状態との間でサイクルを行うようにしてもよい。第１の溶接エネルギー入力状態は、第１のワイヤ送り速度の継続時間中に発生し、及び第２の溶接エネルギー入力状態は、第２のワイヤ送り速度の継続時間中に発生し、第２のワイヤ送り速度は、第１のワイヤ送り速度よりも速い。溶接電流出力の負極部分又は正極部分の少なくとも１つの特性は、振幅、継続時間又はパルス幅、立上りエッジ勾配、立下りエッジ勾配、又は波形状の１つ又は複数を含んでもよい。一実施形態によれば、溶接プロセスは、アルミニウム又はアルミニウム合金のガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）プロセスである。

本発明の一実施形態では、ショートアーク溶接プロセスとパルス溶接プロセスとの組合せを使用して、指定した溶接ビードの外観を実現する。消耗溶接電極と溶接ワークとの間にアークを発生させるためのアーク溶接用電源が、提供される。この電源は、スイッチ切替式電力供給部と、波形生成器と、これら波形生成器及びスイッチ切替式電力供給部に作動可能に接続されたコントローラとを有する。これらコントローラ、波形生成器、及びスイッチ切替式電力供給部は、変調周波数でショートアーク溶接プロセスとパルス溶接プロセスとの間でサイクルを行うような溶接電流出力を生成して、消耗溶接電極からワーク上に堆積した溶接ビードの外観に影響を与える。パルス溶接プロセスは、一実施形態によれば、ショートアーク溶接プロセスよりも高い伝熱性の溶接プロセスである。また、コントローラは、変調周波数を変化させて、溶接部に入力される熱入力に影響を与えるように構成してもよい。

一実施形態では、指定した溶接ビードの外観を実現するための１つ又は複数の溶接パラメータの変調は、アーク溶接ツールの移動速度に相関する。消耗溶接電極と溶接ワークとの間にアークを発生させるためのアーク溶接システムが、提供される。このシステムは、周期的な溶接電流出力を供給して、消耗溶接電極と溶接ワークとの間でアークを発生させるように構成された電源と、この電源に作動可能に接続されるとともに、消耗溶接電極をワイヤ送り速度で供給するように構成されたワイヤ送り装置と、ワイヤ送り装置に作動可能に接続されるとともに、消耗溶接電極を受け取り、この消耗溶接電極を溶接ワークに向けて案内するような溶接ツールと、を有する。電源は、相乗的な方法で、溶接ツールの選択した移動速度に基づいた変調レートで、ワイヤ送り速度及び周期的な溶接電流出力の少なくとも一部の変調を命令して、消耗溶接電極からワーク上に堆積した溶接ビードの外観に影響を与えるように構成される。周期的な溶接電流出力の部分は、負極部分か、又は正極部分であってもよい。変調周波数は、例えば、移動速度が変化すると、増大又は減少させることができる。ワイヤ送り速度は、例えば、移動速度が変化すると、増大又は減少させることができる。

本発明の一実施形態では、アーク溶接用電源が、消耗溶接電極と溶接ワークとの間にアークを発生させるために提供される。電源は、１つ又は複数の溶接パラメータを溶接移動速度に基づいて変調して、消耗溶接電極からワーク上に堆積した溶接ビードの一貫性のある外観を実現するように、変調周波数を調整するように構成される。１つ又は複数の溶接パラメータは、溶接電流出力の振幅、溶接電流出力のパルス幅、溶接電流出力の立上りエッジ勾配、溶接電流出力の立下りエッジ勾配、又は溶接電流出力波形の形状の１つ又は複数を含んでもよい。周波数変調は、例えば、溶接移動速度が増大すると、増大又は減少してもよい。

消耗溶接電極及びワークに作動可能に接続されたアーク溶接システムの例示的な実施形態の概略ブロック図である。 堆積溶接ビードの外観に影響を与えるような、正極部分及び変調した負極部分を含む溶接電流出力波形の例示的な実施形態を示す図である。 ワイヤ送り速度及び溶接電流出力波形を相乗的に変調して、堆積溶接ビードの外観に影響を与えるような例示的な実施形態を示す図である。 ２つの溶接プロセスの間でサイクルを行い、堆積溶接ビードの外観に影響を与えるような例示的な実施形態を示す図である。 溶接電源が、溶接移動速度に基づいて、１つ又は複数の溶接パラメータの変調周波数をどの様に調整して、堆積溶接ビードの一貫性のある外観を実現するかの例示的な実施形態を示す図である。 積重ねダイム外観を有するアルミニウムの溶接ビードの一例を示す図である。

本発明の例示の実施形態の詳細は、以下の詳細な説明、図面及び特許請求の範囲からより完全に理解されるであろう。
以下は、本開示で使用されるような典型的な用語の規定である。全ての用語の単数形と複数形との両方が、それぞれの意味の範囲内に含まれる。

本明細書で使用するような「ソフトウェア」又は「コンピュータプログラム」は、限定されるものではないが、コンピュータ又は他の電子装置に所望の方法で機能、アクション、及び／又は動作を実行させるような、１つ又は複数のコンピュータ可読命令及び／又は実行可能な命令を含む。命令は、別個のアプリケーション又は動的にリンク付けされたライブラリからのコードを含むようなルーチン、アルゴリズム、モジュール又はプログラム等の様々な形式で具体化することができる。ソフトウェアは、独立プログラム、関数呼び出し、サーブレット、アプレット、アプリケーション、メモリに記憶された命令、オペレーティングシステムの一部、又は他の種類の実行可能な命令等の様々な形式で実装することもできる。ソフトウェアの形式は、例えば所望のアプリケーションの要件、そのソフトウェアが実行される環境、及び／又は設計者／プログラマの要求等に依存することが、当業者によって理解されるであろう。

本明細書で使用するような「コンピュータ」又は「処理要素」又は、「コンピュータ装置」は、限定されるものではないが、データを格納し、読み出し、及び処理するようなプログラムされた又はプログラム可能な電子デバイスを含んでもよい。「非一時的なコンピュータ可読媒体」は、限定されるものではないが、ＣＤ−ＲＯＭ、消去可能なフラッシュメモリカード、ハードディスクドライブ、磁気テープ、フロッピーディスク等を含んでもよい。

本明細書で使用するような「溶接ツール」は、限定されるものではないが、溶接ガン、溶接トーチ、又は溶接電源によって提供される消耗溶接ワイヤに電力を印加する目的の消耗溶接ワイヤを受け取るような任意の溶接装置を意味する。

本明細書で使用するような「溶接出力回路の経路」は、溶接電源の第１の側の溶接出力部から、第１の溶接用ケーブル（すなわち、第１の側の溶接用ケーブル）を介して溶接電極に、及び（溶接電極とワークとの間のショート又はアークのいずれかを介して）ワークに、そして第２の溶接用ケーブル（すなわち、第２の側の溶接用ケーブル）を介して、溶接電源の第２の側の溶接出力部に再び接続されるような電気経路を意味する。

本明細書で使用するような「溶接用ケーブル」は、（例えば、溶接ワイヤ送り装置を介して）溶接電源と溶接電極とワークとの間で接続されて、溶接電極とワークとの間にアークを形成するための電力を供給するような電気ケーブルを意味する。

本明細書で使用するような「溶接出力」は、溶接電源の電気出力回路や、出力ポート、又は端子を意味しており、或いは電気出力回路又は溶接電源の出力ポートによって供給される電力や、電圧、又は電流を意味する。

本明細書で使用するような「コンピュータメモリ」は、コンピュータ又は処理要素によって読み出されたデジタルデータ又は情報を記憶するように構成された記憶装置を意味する。

本明細書で使用するような「コントローラ」は、溶接電源を制御することに関与するような論理回路及び／又は処理要素及び関連するソフトウェア又はプログラムを意味する。

用語「信号」、「データ」、及び「情報」は、本明細書では交換可能に使用され、これら「信号」、「データ」、及び「情報」は、デジタル又はアナログ形式であってもよい。

用語「ＡＣ（交流式）溶接」は、本明細書中で一般的に使用され、実際のＡＣ溶接や、正極性及び負極性の両方のＤＣ（直流式）溶接、可変極性の溶接、及び他のハイブリッド式の溶接プロセスを意味する。

用語「溶接パラメータ」は、本明細書中で広く使用され、溶接電流出力波形の一部（例えば、振幅、パルス幅又は継続時間、勾配、電極極性）や、溶接プロセス（例えば、ショートアーク溶接プロセス又はパルス溶接プロセス）、ワイヤ送り速度、変調周波数、又は溶接移動速度の特性を意味する。

本明細書で使用するような用語「変調」「変調する」は、規定のデューティサイクルで規定されたレート又は周波数における溶接パラメータの変調、変更、又は変化を意味する。

用語「エネルギー出力状態」は、溶接電源の視点から視たものであり、用語「エネルギー入力状態」は、溶接部の視点から視たものであり、本明細書に使用されるように、これらの用語は、本質的に同等なものであり、本明細書では交換可能に使用される。

図１には、消耗溶接電極及びワークに作動可能に接続されたアーク溶接システム１００の例示的な実施形態の概略ブロック図が示されている。システム１００は、電力変換回路１１０と、溶接電極ＥとワークＷとの間に溶接出力電力を供給するブリッジ切替回路１８０とを有するスイッチ切替式電力供給部１０５を含む。電力変換回路１１０は、ハーフブリッジ出力トポロジーに基づく変圧器とすることができる。例えば、電力変換回路１１０は、例えば、溶接変圧器の一次側及び二次側それぞれによって規定されるような、入力電力側及び出力電力側を含むようなインバータタイプの回路とすることができる。他のタイプの電力変換回路は、例えば、ＤＣ出力トポロジーを有するチョッパタイプの回路も同様に可能である。スイッチ切替式電力供給部１０５は、電力変換回路１１０に作動可能に接続されるとともに、（例えば、ＡＣ溶接のための）溶接電流出力の極性方向に切り替えるように構成されたブリッジ切替回路１８０も含む。

システム１００は、波形生成器１２０と、コントローラ１３０とをさらに含む。波形生成器１２０は、コントローラ１３０の命令で溶接波形を生成する。波形生成器１２０によって生成された波形によって、電力変換回路１１０の出力を変調して、電極ＥとワークＷとの間に溶接電流出力を生成する。コントローラ１３０は、ブリッジ切替回路１８０のスイッチ切替について命令し、且つ溶接プロセス中に制御命令を電力変換回路１１０に提供することができる。

システム１００は、電極ＥとワークＷとの間の溶接電圧出力及び溶接電流出力を監視して、監視（モニタ）された電圧及び電流を再びコントローラ１３０に供給するための、電圧フィードバック回路１４０と電流フィードバック回路１５０とをさらに含んでもよい。フィードバック電圧及び電流がコントローラ１３０によって使用され、波形生成器２０によって生成された溶接波形を変形することに関する決定を行う、及び／又は例えば、システム１００の作動に影響を与えるような他の決定を行うことができる。一実施形態によれば、コントローラ１３０は、１つ又は複数の溶接パラメータを変更して、消耗溶接電極からワーク上に堆積した溶接ビードの外観に影響を与えるような変調周波数を制御するために使用される。

一実施形態によれば、スイッチ切替式電力供給部１０５、波形生成器１２０、コントローラ１３０、電圧フィードバック回路１４０、及び電流フィードバック回路１５０は、システム１００の溶接電源を構成する。システム１００は、消耗ワイヤ溶接電極Ｅを溶接ツール６を介してワークＷに向けて供給するようなワイヤ送り装置５も含む。ワイヤ送り装置５、溶接ツール６、消耗溶接電極Ｅ、及びワークＷは、溶接電源の一部ではないが、１つ又は複数の溶接出力ケーブルを介して溶接電源１００に作動可能に接続することができる。

図２には、正極部分２１０と、堆積溶接ビードの外観に影響を与えるような変調された負極部分２２０とを有するＡＣ溶接電流出力波形２００の典型的な実施形態が示されている。コントローラ１３０の命令の下で、波形２００の負極部分は、低エネルギー出力状態２２１と高エネルギー出力状態２２２との間で変化させることができる。例えば、低エネルギー出力状態２２１を提供する負極部分２２０は、ｙ個の連続した波形サイクル（例えば、５個の波形サイクル）の高エネルギー出力状態２２２に続いて、ｘ個の連続した波形サイクル（例えば、１０個の波形サイクル）で生成される。プロセスは、ある規定された変調レートで反復される。従って、負極部分２２０は、この変調レートで低エネルギー状態と高エネルギー状態との間で行き来するように変化する。

溶接電極材料の溶融速度は、負の電極エネルギーを変調することによって、負の電極エネルギーに対する正の電極エネルギーの比率が変化する際に、変化する。例えば、ワイヤ電極Ｅは、溶接電流出力波形２００の負極部分の間でより速く溶融する。溶接電流出力の負極部分のこのような変調によって、所望の堆積溶接ビードの外観（例えば、溶接用途がアルミニウム又はアルミニウム合金のＭＩＧ溶接用途の場合の積重ねダイム外観）が得られる。図６には、積重ねダイム外観を有するアルミニウムの溶接ビード６００の一例が示されている。

溶接電流出力波形２００の負極部分２２０は、様々な方法で変調することができる。図２では、負極部分２２０の振幅及び継続時間又はパルス幅を、変化させる。例えば、負極部分２２０の立下り及び立上り勾配、又は負極部分２２０の全体形状等の他のパラメータ又は特性を、変化させる。

図３には、ワイヤ送り速度及び溶接電流出力波形を相乗的に変調して、堆積溶接ビードの外観に影響を与えるような例示的な実施形態が示されている。図３の上部は、低エネルギーの負極部分３１０を有する溶接電流出力３００の波形サイクルと、高エネルギーの負極部分３２０を有する溶接電流出力３００の波形サイクルとの間の遷移部３０１を示している。つまり、溶接電流出力３００の負極部分は、ある規定された変調レートで変調される。図３の下部は、ワイヤ送り装置５により供給される際に、溶接電極ワイヤＥの低ワイヤ送り速度部分３３０と高ワイヤ送り速度の部分３４０との間の遷移部３０１を示している。つまり、ワイヤ送り速度は、ある規定された変調レートで変調されるレート変調される（これらプロセスは、変調レートで繰り返される）。

一実施形態によれば、ワイヤ送り速度の低速部分３３０は、溶接電流出力３００の低エネルギーの負極部分３１０と相関付され、ワイヤ送り速度の高速部分３４０は、溶接電流出力３００の高エネルギーの負極部分３２０と相関付される。従って、溶接電流出力３００の変調レート及びワイヤ送り速度は、同じものであり且つ同期している。溶接電流出力３００の負極部分３１０の及びワイヤ送り速度のこのような変調によって、所望の堆積した溶接ビードの外観（例えば、溶接用途が、アルミニウム又はアルミニウム合金のＭＩＧ溶接用途である場合の積重ねダイム外観；例えば、図６の積層ダイムのビード外観を参照）が得られる。

図４には、２つの溶接プロセスの間でサイクルを行い、堆積溶接ビードの外観に影響を与えるような例示的な実施形態が示されている。例えば、図４では、溶接プロセスは、ある規定された変調レートで、パルス溶接プロセス４１０のサイクル（例えば、１０サイクル）と、ショートアーク溶接プロセス４２０のサイクル（例えば、１５サイクル）との間でサイクルを行う。パルス溶接プロセス及びショートアーク溶接プロセスは、当該技術分野で良く知られている。この変調レートで２つの溶接プロセスの間のサイクルは、一実施形態によれば、コントローラ１３０の制御下で行われる。パルス溶接プロセス４１０は、電極ＥとワークＷとの間のアークに亘って溶滴の高い熱伝達を提供することができる。ショートアーク溶接プロセス４２０は、電極ＥとワークＷとを短絡させるにより、電極ＥからワークＷへの溶滴の低い熱伝達を提供することができる。変調レートを制御して、溶接部に入力される熱入力を制御することができる。溶接プロセスのこのような変調によって、所望の堆積溶接ビードの外観（例えば、溶接用途が、シリコン青銅又はアルミニウムのＭＩＧ溶接用途の場合の積重ねダイム外観）が得られる。他の実施形態によれば、他の低熱の及び高熱の溶接プロセスを、同様にそれらの間でサイクルを行うこともできる。

図５には、溶接電源が、堆積溶接ビードの一貫性のある外観を実現するような溶接移動速度に基づいて、１つ又は複数の溶接パラメータの変調レート又は周波数をどの様に調整するかについての例示的な実施形態が示されている。溶接移動速度は、溶接機（又は機械装置）が、溶接ツールを溶接経路に沿って移動させて、消耗電極から溶接ビードを堆積させるような速度に対応する。変調された１つ又は複数の溶接パラメータは、例えば、溶接電流出力の負極部分（例えば、振幅及び継続時間）、ワイヤ送り速度、又は溶接プロセス（例えば、ショートアークやパルス溶接）を含んでもよい。種々の実施形態によれば、他の溶接パラメータも、同様に変調することができる。

一例として、変調周波数は、図５のグラフ５１０に示されるように、溶接移動速度に関して比例的に及び線形的に変化してもよい。あるいはまた、変調周波数は、図５のグラフ５２０に示されるように、溶接移動速度に関して反比例的に直線的に変化してもよい。別の例では、変調周波数は、図５のグラフ５３０に示されるように、溶接移動速度に関して区分的に線形に変化してもよい。最後の例では、変調周波数は、図５のグラフ５４０に示されるように、溶接移動速度に関して非線形的に変化してもよい。一実施形態によれば、２つ以上の溶接パラメータは、互いに相関され又は同期されてもよく、同じ変調周波数に従って変化してもよい。

溶接移動速度が変化する際に、１つ又は複数の溶接パラメータの変調周波数をこのように変化させることによって、堆積溶接ビードの一貫性のある外観（例えば、溶接用途が、ニッケル又はニッケル合金のＭＩＧ溶接用途である場合の積重ねダイム外観）が得られる。他の実施形態によれば、変調周波数と溶接移動速度との間の他の関係も、同様に変化させることが可能である。

１つ又は複数の溶接パラメータを変調することにより堆積溶接ビードの外観に影響を与えるようなシステム及び方法が開示される。例えば、溶接電流出力の負極部分を変調して、堆積溶接ビードの外観に影響を与えてもよい。また、溶接電極のワイヤ送り速度を溶接電流出力の負電極部分と相乗的に変調して、堆積溶接ビードの外観に影響を与えてもよい。２つ以上の溶接プロセスを指定した変調周波数で互いにインターリーブ（交互配置）して、堆積溶接ビードの外観に影響を与えてもよい。１つ又は複数の溶接パラメータを溶接移動速度に基づいて変調して、堆積溶接ビードの一貫性のある外観を提供してもよい。

添付の特許請求の範囲において、「含む、有する(including)」、「有する、含む(having)」の用語は、用語「備える、有する、含む(comprising)」の平易な言葉と同等に使用される。用語「(in which)」は、「(wherein)」に相当する。また、添付の特許請求の範囲において、「第１」、「第２」、「第３」、「上」、「下」、「底部」、「上部」等の用語は、単にラベル（符号）として使用され、それらラベルが付いた対象物の数又は位置の要件を課すことを意図するものではない。さらに、添付の特許請求の範囲の制限は、機能的クレーム(means-plus-function)形式で記載されておらず、このような特許請求の範囲の制限が、「さらなる構造の機能的な空白を埋めるような記述が続くような「〜手段」という表現が明示的に使用されない限り、米国特許法１１２条第６項に基づいて解釈されることを意図していない。本明細書で使用されるように、単数形で記載され且つ用語「１つの(a, an)」で先行された要素又はステップは、その除外が明示的に述べられていない限り、複数の要素又はステップを除外するこのではないことを理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、記載した特徴も組み込むような追加の実施形態の存在を排除するものとして解釈することを意図したものではない。また、明示的に否定する記述をしない限り、特定の特性を有する１つの要素又は複数の要素を「備える、有する、含む(comprising)」、「含む、有する(including)」、又は「有する、含む(having)」実施形態は、その特性を有していない追加のこのような要素を含んでもよい。さらに、いくつかの実施形態では、同様の又は類似の要素を有するものとして示されるが、これは単に例示目的のためであり、このような実施形態は、特許請求の範囲で特定されない限り、必ずしも同じ要素を有する必要はない。

本明細書で使用されるように、用語「〜してもよい、〜することができる、〜し得る(may, may be)」は、一連の状況で発生する可能性；特定された特性や、特徴又は機能の所有の可能性；及び／又は修飾された動詞に関連した能力、機能、又は可能性の１以上を表すことによる別の動詞の修飾の可能性；を示す。従って、「〜してもよい、〜することができる、〜し得る(may, may be)」の使用は、特定の状況下では、修飾された用語が、適切で、可能で、又は適当でないことも考慮されるが、表記されている能力、機能、又は使用に明らかに適切で、可能で、又は適当であることを示す。例えば、ある状況では、イベント又は能力が期待されるが、他の状況では、イベント又は能力が発生しないことを示す−この区別が、「(may)」及び「(may be)」の用語によって、捉えられる。

本明細書は、本発明を開示するために最良の形態を含む例を用いており、当業者が、任意の装置又はシステムを製造及び使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含むような本発明を実施することを可能にする。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想起する他の実施例を含み得る。そのような他の実施例は、これらの実施例が、特許請求の範囲の文字通りの文言と異ならない構造的要素を有する場合に、又はそれらの実施例が、特許請求の範囲の文字通りの文言と実質的に異ならないような等価な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲内にあることが意図される。

本願の特許請求の範囲に記載された主題は、いくつかの実施形態を参照して説明されるが、当業者は、様々な変更を行うことが可能であり、且つ均等物が、特許請求の範囲に記載された主題から逸脱することなく置換され得ることを理解するであろう。加えて、多くの変更は、その特許請求の範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を特許請求の範囲に記載された主題の教示に適合するように行うことができる。従って、特許請求の範囲に記載される主題は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された主題は、添付の特許請求の範囲内に含まれるあらゆる実施形態を含むことが意図される。

１つ又は複数の溶接パラメータを変調することによって、堆積溶接ビードの外観に影響を与えるためのシステム及び方法が提供される。例えば、溶接電流出力の負極部分を変調して、堆積溶接ビードの外観に影響を与えることができる。また、溶接電極Ｅのワイヤ送り速度を溶接電流出力の負極部分と相乗的に変調して、堆積溶接ビードの外観に影響を与えることができる。２つ以上の溶接プロセスを指定した変調周波数で互いにインターリーブ（交互配置）して、堆積溶接ビードの外観に影響を与えることができる。１つ又は複数の溶接パラメータを溶接移動速度に基づいて変調して、堆積溶接ビードの一貫性のある外観を提供することができる。

５ ワイヤ送り装置
６ 溶接ツール
１００ アーク溶接システム
１０５ 電源
１１０ 変換回路
１２０ 波形生成器
１３０ コントローラ
１４０ 電圧フィードバック回路
１５０ 電流フィードバック回路
１８０ スイッチ切替回路
２００ 電流波形
２１０ 正極部分
２２０ 波形
２２１ 低エネルギー出力状態
２２２ 高エネルギー出力状態
３００ 出力電流
３０１ 遷移部
３１０ 低エネルギーの負極部分
３２０ 高エネルギーの負極部分
３３０ ワイヤ送り速度の低速部分
３４０ ワイヤ送り速度の高速部分
４１０ パルス溶接プロセス
４２０ ショートアーク溶接プロセス
５１０ グラフ
５２０ グラフ
５３０ グラフ
５４０ グラフ
６００ ビード
Ｅ 電極
Ｗ ワーク

Claims (11)

1. 消耗溶接電極（Ｅ）と溶接ワーク（Ｗ）との間にアークを発生させるためのアーク溶接用電源であって、当該アーク溶接用電源は：
   スイッチ切替式電力供給部と；
   波形生成器と；
   前記波形生成器及び前記スイッチ切替式電力供給部に作動可能に接続されたコントローラと；を備えており、
   前記コントローラ、前記波形生成器、及び前記スイッチ切替式電力供給部は、正極部分及び負極部分を含む周期的な溶接電流出力を生成するように構成されており、前記コントローラは、前記生成された溶接電流出力の前記負極部分又は前記正極部分の少なくとも１つの特性を第１の状態と第１の状態とは異なる第２の状態との間で周期的に変化させ、複数の溶接プロセス中に、前記消耗溶接電極から前記溶接ワーク（Ｗ）上に堆積した溶接ビードの外観に影響を与えるように構成され、
   第１の状態と第２の状態との間で前記変化させることは、前記複数の溶接プロセスの移動速度に基づく、
   アーク溶接用電源。
2. 第１の状態は、第１の溶接エネルギー入力状態に対応し、第２の状態は、第１の溶接エネルギー入力状態よりも多くのエネルギーを供給する第２の溶接エネルギー入力状態に対応する、
   請求項１に記載のアーク溶接用電源。
3. 前記溶接電流出力の前記負極部分又は前記正極部分の少なくとも１つの特性は、振幅、継続時間又はパルス幅、立上りエッジ勾配、立下りエッジ勾配、又は波形状の１つ又は複数を含む、
   請求項１に記載のアーク溶接用電源。
4. 前記溶接プロセスは、アルミニウム又はアルミニウム合金のガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）プロセスを含む、
   請求項１に記載のアーク溶接用電源。
5. 前記生成された溶接電流出力は、前記溶接電流出力の第１の所定数のサイクルについて第１の状態にあり、前記溶接電流出力の第２の所定数のサイクルについて第２の状態にある、
   請求項１に記載のアーク溶接用電源。
6. 消耗溶接電極（Ｅ）と溶接ワーク（Ｗ）との間にアークを発生させるためのアーク溶接システムであって、当該アーク溶接システムは：
   前記消耗溶接電極と前記溶接ワークとの間にアークを発生させるように構成された電源と；
   前記消耗溶接電極を前記溶接ワーク（Ｗ）に向けて供給するように構成されたワイヤ送り装置と；を有しており、
   前記電源は、ワイヤ送り装置に命令して、ワイヤ送り速度で操作して、正極部分及び負極部分を含む周期的な溶接電流出力を生成するように構成されており、
   前記電源は、前記溶接電流出力の前記負極部分又は前記正極部分の少なくとも１つの特性を第１の状態と第１の状態とは異なる第２の状態との間で周期的に変化させるように構成され、複数の溶接プロセス中に、前記消耗溶接電極から前記溶接ワーク上に堆積した溶接ビードの外観に影響を与えるように、前記少なくとも１つの特性を変化させることに相関した態様でワイヤ送り速度を変化させるようにさらに構成され、
   第１の状態と第２の状態との間で前記変化させることは、前記複数の溶接プロセスの移動速度に基づく、
   アーク溶接システム。
7. 第１の状態は、第１の溶接エネルギー入力状態に対応し、第２の状態は、第１の溶接エネルギー入力状態よりも多くのエネルギーを供給する第２の溶接エネルギー入力状態に対応する、
   請求項６に記載のアーク溶接システム。
8. 第１の溶接エネルギー入力状態は、第１のワイヤ送り速度の継続時間中に発生し、及び第２の溶接エネルギー入力状態は、第２のワイヤ送り速度の継続時間中に発生し、第２のワイヤ送り速度は、第１のワイヤ送り速度よりも速い、
   請求項７に記載のアーク溶接システム。
9. 前記溶接電流出力の前記負極部分又は前記正極部分の少なくとも１つの特性は、振幅、継続時間又はパルス幅、立上りエッジ勾配、立下りエッジ勾配、又は波形状の１つ又は複数を含む、
   請求項６に記載のアーク溶接システム。
10. 前記溶接プロセスは、アルミニウム又はアルミニウム合金のガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）プロセスを含む、
    請求項６に記載のアーク溶接システム。
11. 前記溶接電流出力は、前記溶接電流出力の第１の所定数のサイクルについて第１の状態にあり、前記溶接電流出力の第２の所定数のサイクルについて第２の状態にある、
    請求項６に記載のアーク溶接システム。
    

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