(57)【要約】      （修正有）【課題】ＴＩＧ溶接アークの始動を提供する。【解決手段】ガスタングステンアーク溶接システムは、溶接波形を少なくとも部分的に画定する複数のパラメータを保存するメモリを含むコントローラを含む溶接電源を含む。溶接波形は、高周波段階と、高周波段階に続く交流アーク始動段階であって、スロープ継続時間中に振幅が減少する複数の交流電流パルスを含む、交流アーク始動段階と、交流アーク始動段階に続く交流シーケンシング段階とを含む。システムは、コントローラと通信し、且つ高エネルギー交流アーク始動モードの手動起動を受け取るように構成されたユーザ入力をさらに含む。コントローラは、高エネルギー交流アーク始動モードが起動されると、少なくとも交流アーク始動段階のスロープ継続時間を延長することにより、交流アーク始動段階のエネルギーを増加させるように構成される。【選択図】図４
2020127969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタングステンアーク溶接システムであって、
溶接波形を少なくとも部分的に画定する複数のパラメータを保存するメモリを含むコントローラを含む溶接電源であって、前記溶接波形は、
高周波段階と、
前記高周波段階に続く交流アーク始動段階であって、スロープ継続時間中に振幅が減少する複数の交流電流パルスを含む、交流アーク始動段階と、
前記交流アーク始動段階に続く交流シーケンシング段階と
を含む、溶接電源と、
前記コントローラと通信し、且つ高エネルギー交流アーク始動モードの手動起動を受け取るように構成されたユーザ入力と
を含み、
前記コントローラは、前記高エネルギー交流アーク始動モードが起動されると、少なくとも前記交流アーク始動段階の前記スロープ継続時間を延長することにより、前記交流アーク始動段階のエネルギーを増加させるように構成される、ガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項２】
前記スロープ継続時間は、前記交流アーク始動段階の開始時に始まり、且つ前記交流シーケンシング段階の開始時に終わる、請求項１に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記高エネルギー交流アーク始動モードが起動されると、前記複数の交流電流パルスのパルスの大きさを増加させることにより、前記交流アーク始動段階のエネルギーを増加させるようにさらに構成される、請求項１に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記高エネルギー交流アーク始動モードが起動されると、前記複数の交流電流パルスのストライク時間を増加させることにより、前記交流アーク始動段階のエネルギーを増加させるようにさらに構成される、請求項１に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項５】
前記コントローラは、単一のユーザ入力が前記高エネルギー交流アーク始動モードを起動させることに基づいて、前記交流アーク始動段階のための前記スロープ継続時間、前記複数の交流電流パルスのパルスの大きさ及び前記複数の交流電流パルスのストライク時間を同時に調節するように構成される、請求項１に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項６】
前記ユーザ入力を提供し、且つ前記高エネルギー交流アーク始動モードが起動されると、対応する指示を提供するユーザインタフェースをさらに含む、請求項１に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項７】
前記高エネルギー交流アーク始動モードは、手動で停止されるまで起動されたままである、請求項１に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項８】
前記ユーザ入力を提供するユーザインタフェースをさらに含み、前記高エネルギー交流アーク始動モードの前記スロープ継続時間は、前記ユーザインタフェースを通して手動で調節可能である、請求項１に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項９】
前記メモリは、前記高エネルギー交流アーク始動モードが停止されるとき、前記交流アーク始動段階の継続時間を制御する、前記交流アーク始動段階のためのデフォルトのスロープ継続時間を保存する、請求項１に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項１０】
ガスタングステンアーク溶接システムであって、
溶接波形を少なくとも部分的に画定する複数のパラメータを保存するメモリを含むコントローラを含む溶接電源であって、前記溶接波形は、
高周波段階と、
前記高周波段階に続く交流アーク始動段階であって、スロープ継続時間中に振幅が減少する複数の交流電流パルスを含む、交流アーク始動段階と、
前記交流アーク始動段階に続く交流シーケンシング段階と
を含み、前記スロープ継続時間は、前記交流アーク始動段階の開始時に始まり、且つ前記交流シーケンシング段階の開始時に終わる、溶接電源と、
前記コントローラと通信するユーザインタフェースであって、高エネルギー交流アーク始動モードの手動起動を受け取るように構成される、ユーザインタフェースと
を含み、
前記コントローラは、前記高エネルギー交流アーク始動モードが起動されると、少なくとも前記スロープ継続時間を延長し、前記複数の交流電流パルスのパルスの大きさを増加させ、且つ前記複数の交流電流パルスのストライク時間を増加させることにより、前記交流アーク始動段階のエネルギーを増加させるように構成され、
前記高エネルギー交流アーク始動モードの前記スロープ継続時間、パルスの大きさ及びストライク時間は、前記ユーザインタフェースを通して手動で調節可能である、ガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項１１】
前記高エネルギー交流アーク始動モードが起動されると、前記ユーザインタフェースは、対応する指示を提供する、請求項１０に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項１２】
前記高エネルギー交流アーク始動モードは、手動で停止されるまで起動されたままである、請求項１０に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項１３】
前記メモリは、前記高エネルギー交流アーク始動モードが停止されるとき、前記交流アーク始動段階を制御するためのデフォルトのスロープ継続時間、デフォルトのパルスの大きさ及びデフォルトのストライク時間を保存する、請求項１０に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項１４】
ガスタングステンアーク溶接システムであって、
溶接波形を少なくとも部分的に画定する複数のパラメータを保存するメモリを含むコントローラを含む溶接電源であって、前記溶接波形は、
高周波段階と、
前記高周波段階に続く交流アーク始動段階であって、スロープ継続時間中に振幅が減少する複数の交流電流パルスを含む、交流アーク始動段階と、
前記交流アーク始動段階に続く交流シーケンシング段階と
を含み、前記スロープ継続時間は、前記交流アーク始動段階の開始時に始まり、且つ前記交流シーケンシング段階の開始時に終わる、溶接電源と、
前記コントローラと通信するユーザインタフェースであって、高エネルギー交流アーク始動モードの手動起動を受け取るように構成される、ユーザインタフェースと
を含み、
前記コントローラは、前記高エネルギー交流アーク始動モードが起動されると、少なくとも、前記高エネルギー交流アーク始動モードが停止されるときに前記交流アーク始動段階の継続時間を制御するデフォルトのスロープ継続時間から前記交流アーク始動段階の前記スロープ継続時間を延長することにより、前記交流アーク始動段階のエネルギーを増加させるように構成される、ガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項１５】
前記高エネルギー交流アーク始動モードの前記スロープ継続時間は、前記ユーザインタフェースを通して手動で調節可能である、請求項１４に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記高エネルギー交流アーク始動モードが起動されると、前記複数の交流電流パルスのパルスの大きさを増加させることにより、前記交流アーク始動段階のエネルギーを増加させるようにさらに構成される、請求項１４に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項１７】
前記コントローラは、前記高エネルギー交流アーク始動モードが起動されると、前記複数の交流電流パルスのストライク時間を増加させることにより、前記交流アーク始動段階のエネルギーを増加させるようにさらに構成される、請求項１４に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項１８】
前記高エネルギー交流アーク始動モードが起動されると、前記ユーザインタフェースは、対応する指示を提供する、請求項１４に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項１９】
前記高エネルギー交流アーク始動モードは、手動で停止されるまで起動されたままである、請求項１４に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【請求項２０】
前記コントローラは、単一のユーザ入力が前記高エネルギー交流アーク始動モードを起動させることに基づいて、前記交流アーク始動段階のための前記スロープ継続時間、前記複数の交流電流パルスのパルスの大きさ及び前記複数の交流電流パルスのストライク時間を同時に調節するように構成される、請求項１４に記載のガスタングステンアーク溶接システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、その開示が参照により本明細書に援用される、２０１９年２月６日に出願された米国仮特許出願第６２／８０１，８２５号明細書に対する優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明の実施形態は、溶接又は積層造形システムにおける電気アークの生成に関し、特に交流ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ又はＴＩＧ）プロセスにおけるアークの始動に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＴＩＧ溶接は、非消耗タングステンベース（例えば、タングステン又はタングステン合金）電極が間隙を画定するようにワークピースから間隔を空けて配置される溶接回路に交流又は直流溶接電流を供給することを伴う。アークは、間隙において生成されてワークピースを溶かし、溶加棒又は溶加ワイヤをアーク内に移動させる。ＴＩＧ溶接作業において、イナートガス、一般的にはアルゴンのシールドは、溶接金属及びその周囲の金属の急激な酸化を防止するために、溶接パドル、電極及び溶加棒／ワイヤを周囲雰囲気から保護する。ＴＩＧ溶接機の電源は、溶接される金属の種類に応じて決定された交流、直流又はそれらの組み合わせであり得る。直流溶接は、ステンレス鋼、軟合金鋼及び低合金鋼の溶接に使用されることが多く、交流は、一般的にアルミニウムの溶接に使用される。交流溶接では、表面酸化は、電極が正である半電力サイクル中に除去され、したがって、これは、「クリーニング」半サイクルと呼ばれ、負の半サイクルは、「溶け込み」半サイクルと呼ばれる。溶け込み半サイクル及びクリーニング半サイクル中に供給される溶接電圧及び溶接電流は、一般的に、等しくバランスがとれていない。例えば、クリーニングにおける場合よりも溶け込み中において、より多くのエネルギーが溶接機によって印加され得る。ＴＩＧ溶接機は、直流型及び交流型の両方とも、通常、溶接波形を生成する前にアークの開始シーケンスを用いる。ある溶接作業から別の溶接作業まで一貫してアークを生じさせることは、例えば、ワークピース及び電極の組成の差によって困難であり得る。アークの開始シーケンスは、ある溶接条件に適しているが、他の溶接条件に適していない場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以下の概要は、本明細書で論じるデバイス、システム及び／又は方法の幾つかの態様の基本的理解を提供するために、簡略化した概要を提示する。この概要は、本明細書で論じるデバイス、システム及び／又は方法の広範な要約ではない。必須の要素を識別すること又はそのようなデバイス、システム及び／若しくは方法の範囲を明確化することを意図したものではない。その唯一の目的は、後に提示するより詳細な説明の前段階として、幾つかの概念を簡略化した形式で提示することである。
【０００５】
本発明の一態様によれば、ガスタングステンアーク溶接システムが提供される。システムは、溶接波形を少なくとも部分的に画定する複数のパラメータを保存するメモリを含むコントローラを含む溶接電源を含む。溶接波形は、高周波段階と、高周波段階に続く交流アーク始動段階であって、スロープ継続時間中に振幅が減少する複数の交流電流パルスを含む、交流アーク始動段階と、交流アーク始動段階に続く交流シーケンシング段階とを含む。システムは、コントローラと通信し、且つ高エネルギー交流アーク始動モードの手動起動を受け取るように構成されたユーザ入力をさらに含む。コントローラは、高エネルギー交流アーク始動モードが起動されると、少なくとも交流アーク始動段階のスロープ継続時間を延長することにより、交流アーク始動段階のエネルギーを増加させるように構成される。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、ガスタングステンアーク溶接システムが提供される。システムは、溶接波形を少なくとも部分的に画定する複数のパラメータを保存するメモリを含むコントローラを含む溶接電源を含む。溶接波形は、高周波段階と、高周波段階に続く交流アーク始動段階であって、スロープ継続時間中に振幅が減少する複数の交流電流パルスを含む、交流アーク始動段階と、交流アーク始動段階に続く交流シーケンシング段階とを含む。スロープ継続時間は、交流アーク始動段階の開始時に始まり、且つ交流シーケンシング段階の開始時に終わる。ユーザインタフェースは、コントローラと通信する。ユーザインタフェースは、高エネルギー交流アーク始動モードの手動起動を受け取るように構成される。コントローラは、高エネルギー交流アーク始動モードが起動されると、少なくともスロープ継続時間を延長し、複数の交流電流パルスのパルスの大きさを増加させ、且つ複数の交流電流パルスのストライク時間を増加させることにより、交流アーク始動段階のエネルギーを増加させるように構成される。高エネルギー交流アーク始動モードのスロープ継続時間、パルスの大きさ及びストライク時間は、ユーザインタフェースを通して手動で調節可能である。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、ガスタングステンアーク溶接システムが提供される。システムは、溶接波形を少なくとも部分的に画定する複数のパラメータを保存するメモリを含むコントローラを含む溶接電源を含む。溶接波形は、高周波段階と、高周波段階に続く交流アーク始動段階であって、スロープ継続時間中に振幅が減少する複数の交流電流パルスを含む、交流アーク始動段階と、交流アーク始動段階に続く交流シーケンシング段階とを含む。スロープ継続時間は、交流アーク始動段階の開始時に始まり、且つ交流シーケンシング段階の開始時に終わる。ユーザインタフェースは、コントローラと通信する。ユーザインタフェースは、高エネルギー交流アーク始動モードの手動起動を受け取るように構成される。コントローラは、高エネルギー交流アーク始動モードが起動されると、少なくとも、高エネルギー交流アーク始動モードが停止されるときに交流アーク始動段階の継続時間を制御するデフォルトのスロープ継続時間から交流アーク始動段階のスロープ継続時間を延長することにより、交流アーク始動段階のエネルギーを増加させるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的溶接システムの斜視図である。
【図２】例示的溶接電源の概略図を示す。
【図３】例示的溶接電極の先端を示す。
【図４】例示的溶接波形の一部を示す。
【図５】例示的コントローラを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、ＴＩＧ溶接（すなわちＧＴＡＷ）プロセスにおけるアークの始動に関する。ここで、全体を通して同様の参照番号を使用して同様の要素を指す図面を参照して本発明を説明する。様々な図面は、ある図面から別の図面まで及び所与の図面内でも必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、特に、構成要素のサイズは、図面の理解を容易にするために任意に描かれていることが理解されるものとする。以下の記載では、説明目的で、本発明の十分な理解を与えるために多くの具体的詳細を記載する。しかし、本発明は、これらの具体的詳細を用いずに実施可能であることが明らかとなる場合がある。加えて、本発明の他の実施形態が可能であり、本発明は、記載される以外の方法で実施及び実行されることが可能である。本発明の説明で使用される用語及び表現は、本発明の理解を促進するために用いられるものであり、限定と見なされるものではない。
【００１０】
本明細書で使用する「少なくとも１つ」、「１つ又は複数」及び「及び／又は」は、機能において接続語及び離接語の両方であるオープンエンドの表現である。例えば、「Ａ、Ｂ及びＣの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ又はＣの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ及びＣの１つ又は複数」、「Ａ、Ｂ又はＣの１つ又は複数」及び「Ａ、Ｂ及び／又はＣ」という表現のそれぞれは、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、一緒にＡ及びＢ、一緒にＡ及びＣ、一緒にＢ及びＣ又は一緒にＡ、Ｂ及びＣを意味する。２つ以上の代替用語を提示する離接語又は離接表現は、実施形態、特許請求の範囲又は図面の記載であれ、それらの用語の１つ、それらの用語の何れか又はそれらの用語の両方を含む可能性を企図すると理解されるものとする。例えば、「Ａ又はＢ」という表現は、「Ａ」若しくは「Ｂ」又は「Ａ及びＢ」の可能性を含むと理解されるものとする。
【００１１】
本明細書では、溶接システム、特にＴＩＧ溶接システムに関連して本発明の実施形態を記載する。溶接作業に加えて、本発明の実施形態は、積層造形プロセス及び耐摩耗加工などの他の溶接式プロセスにおいて使用することができる。したがって、「溶接」という用語は、このような溶接式プロセスを含むと解釈されるものとする。
【００１２】
溶接アークを生じさせるために、従来のＴＩＧ溶接機械は、初期高周波段階と、それに続くアーク開始シーケンス又はアーク始動段階とを有する溶接波形を生成することができる。高周波段階は、１００ｍｓなどのように短く、高周波段階中、溶接電源は、高周波、高電圧、低電流波形を出力する。高周波段階中の溶接波形は、例えば、１〜１０Ｍｈｚの範囲内にあり、数千ボルトの最大振幅の電圧レベルを有し得る。
【００１３】
アーク始動段階が高周波段階の後に続く。アーク始動段階は、タングステン電極とワークピースとの間にアークを生じさせるように設計された一連の電流パルスであり得る。アーク始動段階も短く（例えば、１００〜５００ｍｓ）、その後にシーケンシング段階が続く。アークの始動が成功すると、溶接波形は、溶接波形の大部分を構成するシーケンシング段階に入る。例示的溶接波形には、直流電流及び交流電流（例えば、矩形波交流電流）が含まれる。プログラミングされたアーク開始シーケンスは、ワークピース及び電極の一部の組み合わせに対して良好に機能し得るが、他の組み合わせに対して機能しない場合がある。したがって、溶接波形のアーク始動段階は、ある溶接作業から別の溶接作業まで十分に一貫したアークの開始を提供しない場合がある。例えば、ワークピースが酸化アルミニウム（例えば、鋳造アルミニウム、陽極酸化アルミニウムなど）である場合、アークを始動させることが難しい場合がある。タングステン電極の組成もアークの開始に影響を与え得る。合金タングステン電極は、一般的に、非合金タングステン電極よりも多くの自由電子を有する。合金タングステン電極は、より良好な電子放出特性を有し、したがってアークをより簡単に生じさせることができる。電極の先端の形状もアークの開始に影響を与え得る。矩形波交流電流を用いて溶接を行う場合、タングステン電極の先端が尖っているか又は切頂形である場合、アークをより簡単に生じさせることができる。電極の先端が球状である場合、アークの始動は、より難しい。従来のＴＩＧ溶接機械は、ワークピース及び電極の組成並びに電極の先端の鋭さとは無関係に用いられる、プログラミングされた開始シーケンスを有する。以下で論じるＴＩＧ溶接機械は、デフォルトのアーク始動モードと、デフォルトのアーク始動モードよりも強い又はよりロバストな（例えば、より多くのエネルギーを出力する）高エネルギーアーク始動モード又は「ブーストモード」開始シーケンスとの両方を含む。デフォルトのアーク始動モードは、ほとんどの溶接作業に適し得る。しかし、高エネルギーアーク始動モードは、必要に応じてオペレータによって手動で起動され得るか、又は必要に応じて溶接電源によって自動的に実施され得る。
【００１４】
図１は、例示的ＴＩＧ溶接システム１００を示す。溶接システム１００は、電子コントローラ（例えば、プログラマブルマイクロプロセッサ、マイクロコントローラなど）の制御下で溶接波形を生成する溶接電源１１０を含む。溶接システム１００は、電極とワークピースＷとの間にアークを生成するためのタングステンベース電極１０１を有するトーチ１２０を含む。溶接溶加材を溶接継手に堆積させるために消耗棒又はワイヤが使用され得る。
【００１５】
溶接トーチ１２０は、アーク及び溶接パドルをシールドするためのアルゴンガスなどのシールドガス１０２の供給に接続される。シールドガスの供給は、レギュレータ１０７又は他のコントローラによって制御される。溶接システム１００は、ワイヤ源（例えば、スプール１０３）から溶加ワイヤを供給するためのワイヤフィーダ１３０を含み得る。溶加ワイヤは、適切なワイヤガイド１０４を通してアークに供給され得る。溶加棒も、堆積作業中、オペレータによって手動でアーク／溶接パドルに供給され得る。
【００１６】
溶接電源１１０は、オペレータ又はユーザが様々な溶接パラメータの設定を見て調節することを可能にするユーザインタフェース１１５を含む。ユーザインタフェースを介して設定／調節することができる例示的パラメータには、溶接モード（例えば、直流ＴＩＧ、交流ＴＩＧ、極性）、パルス周波数、ＡＣバランス（例えば、電極マイナスの％）、交流周波数などが含まれる。ユーザインタフェース１１５は、ユーザがロバストな高エネルギー交流アーク開始シーケンスを起動させることを可能にする高エネルギー交流アーク始動モード（例えば、「ブーストモード」）の選択を提供することもできる。ブーストモード開始シーケンスは、デフォルトのベース開始シーケンスよりも多くのエネルギーを溶接回路に出力して、電極及びワークピースをさらに良好に加熱し、能動的な溶接を開始する前にアークを生じさせる。起動されると、ブーストモード開始シーケンスは、一時的に、溶接電源１１０によって出力される溶接波形のデフォルトの交流アーク始動段階に取って代わる。特定の実施形態では、ユーザは、ユーザインタフェース１１５を介して開始シーケンスの電流レベル、パルス幅及び継続時間などの開始シーケンスの個々のパラメータを調節し、ブーストモード開始シーケンスを実施することができる。他の実施形態では、ユーザは、単一のユーザ入力１１６（例えば、起動／停止ボタン）を用いるなど、ブーストモード開始シーケンスを単に起動又は停止させることができ、ユーザは、デフォルトのベース交流アーク始動段階の事前定義されたパラメータ又はブーストモード開始シーケンスのパラメータに対して手動の制御を行うことができない。ユーザインタフェース１１５は、ブーストモード選択又は起動入力の文字又は絵文字識別を提供することができる。ブーストモード入力の例示的識別は、入力が何を行うか（例えば、「ブーストモード」、「ホットスタート」、「ウォームスタート」、「ロバストスタート」などを起動する）又はブーストモードがいつ使用されるべきであるか（例えば、「球」、「非合金」、「酸化」など）をユーザに知らせることができる。高エネルギー交流アーク始動モード又はブーストモードが起動又は停止されると、ユーザインタフェースは、その影響に対応する指示を表示するか又は他の方法で提供することができる。
【００１７】
図２は、溶接電源１１０の概略図を示す。溶接電源１１０は、アーク溶接作業を行うために、トーチ１２０とワークピースＷとの間に電気アークを生成する。溶接電源１１０は、アークを生成するための電気エネルギーを商用電源又は発電機などの別の電源１４０から受け取る。電源１４０は、単相又は三相電源であり得る。特定の実施形態では、アーク溶接システムは、同じく溶接電源１１０にエネルギーを供給する１つ又は複数の電池（不図示）を含むハイブリッドシステムであり得る。電源１４０からの交流電力は、入力整流器１４２によって整流される。整流器１４２は、単相又は三相線交流電圧を受け取り、それを、線２０２及び２０４上で出力される直流電圧に整流する。一般的に、入力線交流電圧は、地理的な場所に応じて５０Ｈｚ又は６０Ｈｚにおいて１００ボルト〜５７５ボルトで様々となり得る。整流が行われた後、バス２０２／２０４上の直流電圧は、入力直流電圧を所望の値、例えば４００ボルトに上げる昇圧回路１４４によって受け取られる。昇圧回路１４４は、入力交流電圧に変動がある場合でも、バス２１２／２１４上の電圧を所望の値に調整する。当然のことながら、入力交流線電圧及びバス２１２／２１４上の所望の直流電圧に応じて、回路１４４は、降圧回路又は昇圧回路だけでなく、降圧／昇圧回路であり得る。さらに、回路１４４は、必要に応じて力率補正を提供するように構成され得る。次に、バス２１２／２１４上の調整された直流電圧は、インバータ１４６によって高周波交流に変換される。インバータ１４６からの交流は、変圧器１４８及び出力回路１５０によって溶接に適した電圧に変換される。出力回路１５０は、選択された溶接モードに適した交流又は直流溶接波形を出力する。例示的出力回路１５０は、溶接波形の極性を制御するブリッジ回路（例えば、Ｈブリッジ）である。
【００１８】
溶接電源１１０は、出力回路１５０の出力に動作可能に接続されている、高周波点火回路１５４と、特定の実施形態では点火変圧器１５６とを含み得る。溶接波形の高周波段階中、高周波点火回路１５４は、溶接回路上に重畳される高周波信号を生成する。点火変圧器１５６の二次は、出力回路１５０の一方の端子と溶接電極との間に直列に接続され得る。点火回路１５４は、コントローラ１５２にも動作可能に接続される。コントローラは、溶接作業の開始時、高周波信号を短期間出力するように高周波点火回路１５４の動作を制御する。
【００１９】
コントローラ１５２は、溶接電源１１０によって生成される溶接波形を制御するために、昇圧回路１４４及びインバータ１４６にも動作可能に接続され得る。コントローラ１５２は、所望の溶接波形、溶接電圧、溶接電流などを得るために、波形制御信号を介してインバータ１４６の出力を制御する。波形制御信号は、インバータ１４６内の様々なスイッチ（例えば、トランジスタスイッチ）の動作を制御するための複数の別個の制御信号を含み得る。コントローラ１５２は、溶接波形の高周波段階及びアーク始動段階の溶接電圧、電流レベル、電流パルス幅及びピーク、継続時間などの様々な溶接波形パラメータを調節することができる。コントローラ１５２及びユーザインタフェース１１５は、ユーザインタフェースにおいて、ユーザ入力及びユーザ出力の両方を提供するために双方向に通信する。コントローラ１５２は、フィードバック信号を介して溶接プロセスの態様を監視する。例えば、変流器（ＣＴ）又は分流器などの電流センサは、コントローラ１５２に溶接電流フィードバック信号を提供することができ、電圧センサは、コントローラに溶接電圧フィードバック信号を提供することができる。
【００２０】
コントローラ１５２は、電子コントローラであり得、プロセッサを含み得る。コントローラ１５２は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、個別論理回路網などの１つ又は複数を含み得る。コントローラ１５２は、コントローラに、本明細書におけるそれに帰する機能性を提供させるプログラム命令を保存するメモリ部分（例えば、ＲＡＭ又はＲＯＭ）を含み得る。コントローラ１５２は、別個のコンパレータ、論理回路などと組み合わせたプロセッサなどの複数の物理的に別個の回路又は電子デバイスを含み得る。しかし、説明を簡単にするために、コントローラ１５２は、モノリシックデバイスとして示されている。
【００２１】
図３は、溶接トーチにおけるタングステンベース電極の例示的先端形状を示す。溶接作業において、ユーザの好みに応じて、先端形状１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの何れかが使用され得る。しかし、矩形波交流溶接において、アークは、球状の先端１０１ｃを用いるよりも、尖った先端１０１ａ又は切頂形の先端１０１ｂを用いてより簡単に生じる。球状の先端１０１ｃは、尖った先端又は切頂形の先端よりも大きい表面積を有し、溶接アークを生じさせるために、最初に先端を加熱するのにより多くのエネルギー入力を必要とする。
【００２２】
図４は、溶接電源１１０によって生成される例示的矩形波交流溶接波形の一部を示す。溶接波形は、最初の高周波段階４００と、それに続く交流アーク始動段階４０２と、それに続く交流シーケンシング段階４０４とを含む。合わせて、高周波段階４００及び交流アーク始動段階４０２は、数百ミリ秒など、１秒未満にわたって続き得る。高周波段階４００及び交流アーク始動段階４０２は、溶接作業が開始されると、コントローラによって自動的に実行される。交流シーケンシング段階４０４は、溶接波形の大部分を構成し、交流アーク始動段階４０２後、堆積作業の残りの継続時間にわたって続く。交流アーク始動段階４０２及び交流シーケンシング段階４０４は、矩形波として示されている。しかし、溶接波形は、アーク始動段階及びシーケンシング段階中、例えばより正弦波の形状などの他の形状を有し得る。シーケンシング段階は、必要に応じて直流電流であり得る。交流アーク始動段階４０２及び交流シーケンシング段階４０４は、一連の電流パルスを含む。交流アーク始動段階４０２における電流パルスの大きさ及び交流アーク始動段階に関連する他のパラメータは、溶接電源内で予め設定される。手動の溶接中、交流シーケンシング段階４０４における電流パルスの大きさは、溶接電源に動作可能に接続された足踏ペダル又は他の入力デバイスを使用してユーザによって許容範囲内に制御され、パルス周波数及びＡＣバランスなどのシーケンシング段階の他のパラメータは、電源内で予め設定される。交流アーク始動段階４０２におけるパルスの一部の大きさは、交流シーケンシング段階４０４におけるパルスの一部又は全ての大きさよりも大きくなり得る。交流アーク始動段階４０２は、一般的に、タングステン電極を予熱し、アークを生じさせることを促進するために、交流シーケンシング段階４０４中に使用されるものよりも高い初期電流パルスを有する。交流シーケンシング段階４０４中の溶接波形のパルス幅は、交流アーク始動段階４０２のパルス幅と異なり得るか、又はパルス幅は、同じであり得る。交流シーケンシング段階４０４前及び交流アーク始動段階４０２中、タングステン電極への電力は、一般的に、低電流レベルに減少する。図４から分かるように、交流アーク始動段階４０２は、振幅が減少するか又はアーク始動段階の継続時間にわたり減少する複数の交流電流パルスを含み得る。交流アーク始動段階４０２中の電流の減少は、アーク始動段階４０２中にアークを生じさせるために最初に使用されるより高いエネルギーレベルによるダメージからワークピースを保護することを促進し得る。
【００２３】
図４に示される交流アーク始動段階４０２がデフォルトのベース開始シーケンスであると見なされる場合、それは、一般的に遭遇する溶接条件（例えば、尖った及び／若しくは合金タングステン電極を用いること並びに／又は低酸化アルミニウムのワークピースを溶接すること）下でアークを生じさせるのに適し得る。デフォルトの交流アーク始動段階を定義するパラメータは、コントローラのメモリに保存され得る。このようなパラメータには、アーク始動段階の継続時間、パルスの大きさ及びそれらのパルス幅／周波数並びにＡＣバランスが含まれ得る。デフォルトパラメータは、ブーストモードが停止されるとき、交流アーク始動段階４０２を制御するためにコントローラによって使用される。しかし、確実にアークを生じさせることを促進するために、高酸化アルミニウムを溶接するとき並びに／又は非合金及び／若しくは球状タングステン電極を用いて溶接するときなどの特定の溶接条件下では、より多くのエネルギーを電極及びワークピースに投入するより強い開始シーケンスが望まれる場合がある。溶接電源は、ブーストモードが起動されると、高エネルギー交流アーク始動段階を利用する高エネルギー交流アーク始動モード又は「ブーストモード」を含む。ブーストモード中、コントローラは、アーク始動中に電極に届けられるエネルギーを増加させるために、デフォルトの交流アーク始動段階のパラメータの１つ又は複数を調節する。開始シーケンスのエネルギーを増加させるためにコントローラによって調節され得る例示的パラメータには、交流アーク始動段階４０２の交流電流パルスの電流レベル又はパルスの大きさ、ストライク時間及びスロープ継続時間が含まれる。電流パルスのパルスピークの電流レベル又は大きさは、図４の点線で示すように、デフォルトの交流アーク始動段階よりもブーストモードにおいて大きくなり得る。スロープ継続時間は、開始電流レベルから交流シーケンシング段階４０４の開始時の低電流レベルに減少するのにかかる時間である。スロープ継続時間は、交流アーク始動段階４０２の開始時に始まり、且つ交流シーケンシング段階４０４の開始時に終わる。スロープ継続時間は、開始シーケンスのエネルギーを増加させるためにブーストモードにおいて延長され得る。ストライク時間は、開始シーケンスにおける電流パルスのパルス幅であり、ストライク時間は、図４の点線に示すように、ブーストモードにおいて延長され得る。ストライク時間の延長は、スロープ継続時間も延長する。交流アーク始動段階のエネルギーを増加させるために、高エネルギー交流アーク始動モードが起動されると、デフォルトの交流アーク始動段階のパルスの大きさ、ストライク時間／パルス幅及びスロープ継続時間の何れか１つ又は複数が調節され得る。コントローラは、交流アーク始動段階のこれらの例示的パラメータ及び必要に応じて他のパラメータを、個々に又は同時に、高エネルギー交流アーク始動モードで動作する際に調節することができる。特定の実施形態では、高エネルギー交流アーク始動モードは、正及び負のストライク時間の比率を調節するために調節可能なＡＣバランスを有し得る。高エネルギー交流アーク始動モードを定義するパラメータは、コントローラのメモリに保存され得る。
【００２４】
特定の実施形態では、ユーザは、アークの始動が困難となり得ることが分かっている場合、手動で高エネルギー交流アーク始動モードを起動させることができる（例えば、溶接電源上のユーザインタフェースを介して）。ユーザは、アーク始動段階のための所望の開始電流レベル、ストライク時間及び／又はスロープ継続時間を設定するために、高エネルギー交流アーク始動モードの個々のパラメータを調節することも可能である。高エネルギー交流アーク始動モードは、起動されると、ユーザによって手動で停止されるまで起動されたままであり得る。代替的に、高エネルギー交流アーク始動モードは、単一の溶接作業中又は所定の期間（例えば、３０分）中、アクティブとなり得る。溶接電源のユーザインタフェースは、高エネルギー交流アーク始動モードが起動又は停止されたという指示を提供し得る。
【００２５】
特定の実施形態では、高エネルギー交流アーク始動モードは、検出された電極の組成又は電極の先端の検知状態に基づいて溶接電源によって自動的に起動され得る。電極の先端の球状形成は、カメラ及びイメージングシステムによって検知され得る。カメラは、ユーザの溶接ヘルメット上など、トーチに又はトーチの付近に位置し得る。イメージングシステムは、カメラに動作可能に結合された溶接電源に組み込まれ得る。
【００２６】
図５は、溶接電源の例示的コントローラ１５２の一実施形態を示す。コントローラ１５２は、バスサブシステム８１２を介して幾つかの周辺デバイスと通信する少なくとも１つのプロセッサ８１４を含む。これらの周辺デバイスは、例えば、メモリサブシステム８２８及びファイルストレージサブシステム８２６を含むストレージサブシステム８２４と、ユーザインタフェース入力デバイス８２２と、ユーザインタフェース出力デバイス８２０と、ネットワークインタフェースサブシステム８１６とを含み得る。入力及び出力デバイスは、コントローラ１５２とのユーザインタラクションを可能にする。入力及び出力デバイスは、上述のユーザインタフェース１１５において具現化され得る。ネットワークインタフェースサブシステム８１６は、外部ネットワークへのインタフェースを提供し、他のコンピュータシステムにおける対応するインタフェースデバイスに結合される。
【００２７】
ユーザインタフェース入力デバイス８２２は、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド又はグラフィックスタブレットなどのポインティングデバイス、スキャナ、ディスプレイに組み込まれたタッチスクリーン、音声認識システムなどの音声入力デバイス、マイクロフォン及び／又は他のタイプの入力デバイスを含み得る。一般に、「入力デバイス」という用語の使用は、情報をコントローラ１５２に又は通信ネットワーク上に入力するためのあらゆる可能なタイプのデバイス及び方法を含むことが意図される。
【００２８】
ユーザインタフェース出力デバイス８２０は、ディスプレイサブシステム、プリンタ、ファックス又は音声出力デバイスなどの非視覚的ディスプレイを含み得る。ディスプレイサブシステムは、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのフラットパネルデバイス、投射装置又は可視画像を生成するための何らかの他の機構を含み得る。ディスプレイサブシステムは、音声出力デバイスを用いるなど、非視覚的表示を提供することもできる。一般に、「出力デバイス」という用語の使用は、コントローラ１５２からユーザに又は別の機械若しくはコンピュータシステムに情報を出力するためのあらゆる可能なタイプのデバイス及び方法を含むことが意図される。
【００２９】
ストレージサブシステム８２４は、本明細書に記載するモジュールの一部又は全ての機能性を提供するプログラミング及びデータ構文を保存する非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体を提供する。これらのソフトウェアモジュールは、一般に、プロセッサ８１４単独で又は他のプロセッサと組み合わせて実行される。ストレージサブシステムで使用されるメモリ８２８は、プログラムの実行中の命令及びデータの記憶のためのメインランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３０と、固定命令が保存される読出し専用メモリ（ＲＯＭ）８３２とを含む幾つかのメモリを含み得る。ファイルストレージサブシステム８２６は、プログラム及びデータファイルに関する永続的記憶を提供することができ、ハードディスクドライブ、関連の可換型媒体と併せたフロッピーディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、光学式ドライブ又は可換型媒体カートリッジを含み得る。特定の実施形態の機能性を実施するモジュールは、ストレージサブシステム８２４において又はプロセッサ８１４によってアクセス可能な他の機械において、ファイルストレージサブシステム８２６によって保存され得る。
【００３０】
バスサブシステム８１２は、コントローラ１５２の様々な構成要素及びサブシステムを意図されたように互いに通信させるための機構を提供する。バスサブシステム８１２は、単一バスとして概略的に示されるが、バスサブシステムの代替実施形態は、複数のバスを使用し得る。
【００３１】
図５に描かれるコントローラよりも多い又は少ない構成要素を含む、コントローラ１５２の多くの他の構成が可能である。
【００３２】
本開示は、例であり、本開示に含まれる教示の公正な範囲から逸脱することなく、詳細の追加、修正又は削除を行うことによって様々な変更形態がなされ得ることが明らかであるものとする。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲が必然的に本開示の特定の詳細に限定される場合を除き、それらに限定されない。
【符号の説明】
【００３３】
１００  溶接システム
１０１  タングステンベース電極
１０１ａ  先端
１０１ｂ  先端
１０１ｃ  先端
１０２  シールドガス
１０３  スプール
１０４  ワイヤガイド
１０７  レギュレータ
１１０  溶接電源
１１５  ユーザインタフェース
１１６  ユーザ入力
１２０  トーチ
１３０  ワイヤフィーダ
１４０  電源
１４２  入力整流器
１４４  昇圧回路
１４６  インバータ
１４８  変圧器
１５０  出力回路
１５２  コントローラ
１５４  高周波点火回路
１５６  点火変圧器
４００  高周波段階
４０２  交流アーク始動段階
４０４  交流シーケンシング段階
８１２  バスサブシステム
８１４  プロセッサ
８１６  ネットワークインタフェースサブシステム
８２０  ユーザインタフェース出力デバイス
８２２  ユーザインタフェース入力デバイス
８２４  ストレージサブシステム
８２６  ファイルストレージサブシステム
８２８  メモリサブシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2020127969000001.pdf