(57)【要約】      （修正有）【課題】スパッタを低減するためのアーク溶接システム制御方法を提供する。【解決手段】システムは、溶接電極とワークピースとの間でフリーフライト転送パルスアーク溶接プロセスを実行するように構成された溶接電源と、フリーフライト転送パルスアーク溶接プロセスの溶接波形を制御するために溶接電源に動作可能に接続されたコントローラとを含む。コントローラは、テザード初期短絡が前記溶接波形に含まれているか否かを自動的に判定し、フリーフライト転送パルスアーク溶接プロセス中の短絡事象特性を監視し、テザード初期短絡が前記溶接波形に含まれていると判定した後、前記短絡事象特性に基づいて、前記溶接波形の少なくとも１つのパラメータを自動的に調整して、フリーフライト転送パルスアーク溶接プロセス中のワークピースへの溶接電極のテザード初期短絡を規制するように構成されている。【選択図】図４
2020082195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接プロセス中に短絡事象を規制することによってアーク長を制御するためのシステムであって、
溶接電極とワークピースとの間でフリーフライト転送パルスアーク溶接プロセスを実行するように構成されている溶接電源と、
前記フリーフライト転送パルスアーク溶接プロセスの溶接波形を制御するために、前記溶接電源に動作可能に接続されたコントローラと、を備え、前記コントローラが、
選択された溶接波形に基づいて、前記溶接波形のＮ個のパルス周期に対してテザード初期短絡の頻度を自動的に判定し、ここでＮは整数であり、
前記フリーフライト転送パルスアーク溶接プロセス中の短絡事象を監視し、
前記フリーフライト転送パルスアーク溶接プロセス中に、前記短絡事象に基づいて、前記ワークピースへの前記溶接電極の前記テザード初期短絡の頻度を規制するために、前記溶接波形の少なくとも１つのパラメータを自動的に調整する、ように構成されている、システム。
【請求項２】
前記溶接波形の前記少なくとも１つのパラメータは、前記溶接波形内の周期的パルスのパルス幅を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記溶接波形の前記少なくとも１つのパラメータは、前記溶接波形内の周期的パルスのパルス振幅を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記溶接波形の前記少なくとも１つのパラメータは、前記溶接波形内の周期的パルスのパルス周波数を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記溶接波形の前記少なくとも１つのパラメータは、前記溶接波形内のピークパルスのパルス幅とパルス振幅との両方を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記溶接波形は、ピークパルスと、前記ピークパルスよりも小さいパルス振幅を有するプラズマブーストパルスとを含み、前記溶接波形の前記少なくとも１つのパラメータは、前記プラズマブーストパルスの前記パルス振幅を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記テザード初期短絡の頻度は、短絡事象を含むものよりも多くのパルス周期が短絡事象を欠くように規制される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラは、選択されたパルス周期がテザード初期短絡を含み、他のパルス周期がテザード初期短絡を含まないように、前記ワークピースへの前記溶接電極の前記テザード初期短絡の頻度を規制する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記短絡事象の持続時間に基づいて、前記溶接波形の前記少なくとも１つのパラメータを調整するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラは、それぞれのパルス周期内の前記短絡事象のタイミングに基づいて、前記溶接波形の前記少なくとも１つのパラメータを調整するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記テザード初期短絡の頻度は、Ｎ個のパルス周期ごとに１つの短絡事象であり、ここでＮは１よりも大きい、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
溶接プロセス中に短絡事象を規制することによってアーク長を制御するためのシステムであって、
溶接電極とワークピースとの間でフリーフライト転送パルスアーク溶接プロセスを実行するように構成されている溶接電源と、
前記フリーフライト転送パルスアーク溶接プロセスの溶接波形を制御するために、前記溶接電源に動作可能に接続されたコントローラを備え、前記コントローラが、
テザード初期短絡が前記溶接波形に含まれているか否かを自動的に判定し、
前記フリーフライト転送パルスアーク溶接プロセス中の短絡事象特性を監視し、
テザード初期短絡が前記溶接波形に含まれると判定した後に、前記短絡事象特性に基づいて、前記フリーフライト転送パルスアーク溶接プロセス中に前記ワークピースへの前記溶接電極のテザード初期短絡を規制するために、前記溶接波形の少なくとも１つのパラメータを自動的に調整する、ように構成されている、システム。
【請求項１３】
前記溶接波形の前記少なくとも１つのパラメータは、前記溶接波形内の周期的パルスのパルス幅を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記溶接波形の前記少なくとも１つのパラメータは、前記溶接波形内の周期的パルスのパルス振幅を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記溶接波形の前記少なくとも１つのパラメータは、前記溶接波形内の周期的パルスのパルス周波数を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記溶接波形の前記少なくとも１つのパラメータは、前記溶接波形内のピークパルスのパルス幅とパルス振幅との両方を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記コントローラは、選択されたパルス周期がテザード初期短絡を含み、他のパルス周期がテザード初期短絡を含まないように、前記ワークピースへの前記溶接電極のテザード初期短絡の頻度を規制する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
短絡事象を含むものよりも多くのパルス周期が短絡事象を欠く、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記テザード初期短絡の頻度は、Ｎ個のパルス周期ごとに１つの短絡事象であり、ここでＮは１よりも大きい整数である、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記短絡事象特性は、短絡持続時間を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２１】
前記短絡事象特性は、前記ワークピースへの前記溶接電極のテザード初期短絡の頻度を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２２】
前記短絡事象特性は、短絡解消中の電流振幅を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２３】
前記短絡事象特性は、パルス周期内の短絡事象のタイミングを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記溶接波形は、パルス周期ごとに２つ以上のテザード初期短絡を含み、前記コントローラは、パルス周期ごとの前記２つ以上のテザード初期短絡の合計持続時間に基づいて、前記溶接波形の前記少なくとも１つのパラメータを調整する、請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この出願は、現在は米国特許第９，４１５，４５７号である２０１１年１０月６日に出願された米国特許出願第１３／２６７，１５３号の分割出願である、２０１６年８月１５日に出願された米国特許出願第１５／２３６，６７２号の一部継続出願であり、２０１０年１０月２２日に出願された米国仮特許出願第６１／４０５，８９５号及び２０１０年１１月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／４１３，００７号の優先権を主張するものである。全ての上記の特許出願の内容は、参照により本明細書に完全に組み込まれる。
【０００２】
特定の実施形態は、パルス電気アーク溶接装置及びプロセスに関する。より具体的には、特定の実施形態は、短絡時の出力電流を低減してスパッタを低減することによって、パルス電気アーク溶接プロセス中に溶接電極とワークピースとの間に形成される短絡を予測し又は短絡に対応することに関する。
【背景技術】
【０００３】
電気アーク溶接では、一般的な溶接プロセスは、外部シールドガスと共にソリッドワイヤ電極を主に使用するパルス溶接である。ＭＩＧ溶接は、離間パルスを使用し、まず前進するワイヤ電極の端部を溶融し、次いでワイヤの端部からアークを介してワークピースに溶融金属を押し出す。溶融金属の球状塊は、パルス溶接プロセスの各パルス周期中に転送される。特定のパルス周期中、特に溶接電極がワークピースの非常に近くで動作するアプリケーションでは、溶融金属が、前進するワイヤ電極から完全に解放される前にワークピースに接触する。これにより、前進するワイヤ電極とワークピースとの間に短絡（別名、ショート）が生じる。適切なパルス溶接に関連付けられた一貫性を得るために、短絡を迅速に除去又は解消することが望ましい。しかしながら、短絡を解消することにより、望ましくないスパッタの発生をもたらす可能性がある。そのようなスパッタは、溶接プロセスにおける非効率を引き起こし、例えば、研削工具を使用して後で除去する必要があり得る、溶融金属がワークピース上にスパッタされる結果をもたらす可能性がある。
【０００４】
従来の、伝統的な、及び提案されたアプローチの更なる制限及び欠点は、そのようなアプローチを、図面を参照して本願の残りの部分に記載される本発明の実施形態と比較することを通じて、当業者に明らかになるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，３０４，２６９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の要約は、本明細書で説明されるデバイス、システム、及び／又は方法のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、簡略化された要約を提示するものである。この概要は、本明細書で説明するデバイス、システム、及び／又は方法の広範な概要ではない。重要な要素を特定したり、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描写したりすることは意図されていない。その唯一の目的は、後述するより詳細な説明の前置きとして、いくつかの概念を簡略化された形式で提示することである。
【０００７】
本発明の一態様によれば、溶接プロセス中に短絡事象を規制することによりアーク長を制御するためのシステムが提供される。システムは、溶接電極とワークピースとの間でフリーフライト転送パルスアーク溶接プロセスを実行するように構成された溶接電源と、フリーフライト転送パルスアーク溶接プロセスの溶接波形を制御するために溶接電源に動作可能に接続されたコントローラとを含む。コントローラは、選択された溶接波形に基づいて、溶接波形のＮ個（Ｎは整数である）のパルス周期に対するテザード初期短絡の頻度を、自動的に判定するように構成されている。コントローラは、フリーフライト転送パルスアーク溶接プロセス中の短絡事象を監視するように更に構成され、前記短絡事象に基づいて、フリーフライト転送パルスアーク溶接プロセス中にワークピースへの溶接電極のテザード初期短絡の頻度を規制するために、前記溶接波形の少なくとも１つのパラメータを自動的に調整する。
【０００８】
特定の実施形態では、溶接波形の少なくとも１つのパラメータは、溶接波形内の周期的パルスのパルス幅を含む。特定の実施形態では、溶接波形の少なくとも１つのパラメータは、溶接波形内の周期的パルスのパルス振幅を含む。特定の実施形態では、溶接波形の少なくとも１つのパラメータは、溶接波形内の周期的パルスのパルス周波数を含む。特定の実施形態では、前記溶接波形の少なくとも１つのパラメータは、前記溶接波形内のピークパルスのパルス幅とパルス振幅との両方を含む。特定の実施形態では、溶接波形は、ピークパルスと、前記ピークパルスよりも小さいパルス振幅を有するプラズマブーストパルスとを含み、溶接波形の少なくとも１つのパラメータは、プラズマブーストパルスのパルス振幅を含む。特定の実施形態では、テザード初期短絡の頻度は、短絡事象を含むものよりも多くのパルス周期が短絡事象を欠くように規制される。特定の実施形態では、コントローラは、選択されたパルス周期がテザード初期短絡を含み、他のパルス周期がテザード初期短絡を含まないように、ワークピースへの溶接電極のテザード初期短絡の頻度を規制する。特定の実施形態では、コントローラは、短絡事象の持続時間に基づいて、溶接波形の少なくとも１つのパラメータを調整するように構成されている。特定の実施形態では、コントローラは、それぞれのパルス周期内の短絡事象のタイミングに基づいて、溶接波形の少なくとも１つのパラメータを調整するように構成されている。特定の実施形態では、テザード初期短絡の頻度は、Ｎ個のパルス周期ごとに１つの短絡事象であり、ここでＮは１よりも大きい。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、溶接プロセス中に短絡事象を規制することにより、アーク長を制御するためのシステムが提供される。システムは、溶接電極とワークピースとの間でフリーフライト転送パルスアーク溶接プロセスを実行するように構成された溶接電源と、フリーフライト転送パルスアーク溶接プロセスの溶接波形を制御するために溶接電源に動作可能に接続されたコントローラとを含む。コントローラは、テザード初期短絡が前記溶接波形に含まれているか否かを自動的に判定し、フリーフライト転送パルスアーク溶接プロセス中の短絡事象特性を監視し、テザード初期短絡が前記溶接波形に含まれていると判定した後、前記短絡事象持続時間に基づいて、前記溶接波形の少なくとも１つのパラメータを自動的に調整して、フリーフライト転送パルスアーク溶接プロセス中のワークピースへの溶接電極のテザード初期短絡を規制するように構成されている。
【００１０】
特定の実施形態では、溶接波形の少なくとも１つのパラメータは、前記溶接波形内の周期的パルスのパルス幅を含む。特定の実施形態では、溶接波形の少なくとも１つのパラメータは、溶接波形内の周期的パルスのパルス振幅を含む。特定の実施形態では、溶接波形の少なくとも１つのパラメータは、溶接波形内の周期的パルスのパルス周波数を含む。特定の実施形態では、溶接波形の少なくとも１つのパラメータは、溶接波形内のピークパルスのパルス幅とパルス振幅との両方を含む。特定の実施形態では、コントローラは、選択されたパルス周期がテザード初期短絡を含み、他のパルス周期がテザード初期短絡を含まないように、ワークピースへの溶接電極のテザード初期短絡の頻度を規制する。更なる実施形態では、短絡事象を含むものよりも多くのパルス周期が短絡事象を欠く。なおも更なる実施形態では、テザード初期短絡の頻度は、Ｎ個のパルス周期ごとに１つの短絡事象であり、ここでＮは１より大きい整数である。特定の実施形態では、短絡事象特性は、短絡持続時間を含む。特定の実施形態では、短絡事象特性は、ワークピースへの溶接電極のテザード初期短絡の頻度を含む。特定の実施形態では、短絡事象特性は、短絡解消中の電流振幅を含む。特定の実施形態では、短絡事象特性は、パルス周期内の短絡事象のタイミングを含む。特定の実施形態では、溶接波形は、パルス周期ごとに２つ以上のテザード初期短絡を含み、コントローラは、パルス周期ごとの２つ以上のテザード初期短絡の合計持続時間に基づいて、溶接波形の少なくとも１つのパラメータを調整する。
【００１１】
特許請求される発明のこれら及び他の特徴、並びにその例示される実施形態の詳細は、以下の説明及び図面からより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、溶接電流戻り経路にスイッチングモジュールを組み込む、電気アーク溶接システムの例示的な実施形態のブロック図を示す。
【図２】図２は、溶接電流戻り経路にスイッチングモジュールを含む、図１のシステムの一部の例示的な実施形態の図を示す。
【図３】図３は、図１及び図２のスイッチングモジュールの例示的な実施形態の概略図を示す。
【図４】図４は、図１のシステムを使用するパルス電気アーク溶接プロセスにおいてスパッタを防止するための方法の、第１の例示的な実施形態のフローチャートを示す。
【図５】図５は、図４の方法に係る、図１〜図３のスイッチングモジュールを使用しない従来のパルス電気アーク溶接機から生じる従来のパルス出力電流波形の一例を示す。
【図６】図６は、テザード接続を有するフリーフライト転送プロセスにおいて、高速ビデオ技術を使用して発見される破裂していくスパッタプロセスを示す。
【図７】図７は、図４の方法に係る、図１〜図３のスイッチングモジュールを使用する図１のパルス電気アーク溶接機から生じるパルス出力電流波形の一例を示す。
【図８】図８は、図１のシステムを使用するパルス電気アーク溶接プロセスにおいてスパッタを防止するための方法の、別の例示的な実施形態のフローチャートを示す。
【図９】図９は、図８の方法に係る、図１〜図３のスイッチングモジュールを使用する図１のパルス電気アーク溶接機から生じるパルス出力電流波形の一例を示す。
【図１０】図１０は、例示的なパルス溶接波形を示す。
【図１１】図１１は、パルス溶接プロセス中の短絡事象を制御するための方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
アーク溶接プロセス中、電極の先端とワークピースとの間の距離が比較的小さい場合、溶融金属は、接触転送プロセス（例えば、表面張力転送若しくはＳＴＴプロセス）、又はテザード接続を有するフリーフライト転送プロセス（例えば、パルス溶接プロセス）を介して、転送されてもよい。接触転送プロセスでは、溶接電極の先端上の溶融金属ボールがワークピースと接触し（すなわち、短絡し）、溶融金属ボールが電極の先端から実質的に分離し始める前に、ワークピース上の溶融パドルに「湿潤」し始める。
【００１４】
フリーフライト転送プロセスでは、溶融金属ボールが壊れて電極の先端から離れ、アークを越えてワークピースに向かって「飛ぶ」。しかしながら、電極の先端とワークピースとの間の距離が比較的短い場合、アークを越えて飛んでいく溶融金属ボールは、ワークピースと接触する（つまり、短絡する）ことができ、一方、溶融金属の細いテザーは、なおも溶融金属ボールを電極の先端に接続している。そのようなテザードフリーフライト転送シナリオでは、本明細書の図６に示すように、溶融金属ボールがワークピースと接触すると、テザーを流れる電流の急激な増大によって溶融金属の細いテザーが破裂する傾向があり、それによってスパッタを引き起こす。
【００１５】
図１は、溶接出力戻り経路にスイッチングモジュール１１０を組み込み、溶接出力１２１及び１２２を提供する、電気アーク溶接システム１００の例示的な実施形態のブロック図を示す。システム１００は、入力電力を溶接出力電力に変換することができる電力変換器１２０を含む。電力変換器１２０は、例えば、インバータ型電力変換器又はチョッパー型電力変換器であってもよい。システム１００は、例えば、溶接電極ワイヤＥを溶接出力１２１に接続する溶接ガン（図示せず）を通して、溶接電極ワイヤＥを供給することができるワイヤフィーダ１３０を更に含む。
【００１６】
システム１００はまた、システム１００の電流フィードバックセンサ１５０に溶接出力電流を供給して、電力変換器１２０によって生成される溶接出力電流を感知するための、電力変換器１２０と溶接出力１２１との間に動作可能に接続された電流シャント１４０を含む。システム１００は、電力変換器１２０によって生成される溶接出力電圧を検知するための、溶接出力１２１と溶接出力１２２との間に動作可能に接続された電圧フィードバックセンサ１６０を更に含む。代替として、スイッチングモジュール１１０は、例えば、電力変換器１２０と電流シャント１４０との間、又は電流シャント１４０と溶接出力１２１との間の出力溶接電流経路に組み込まれ得る。
【００１７】
システム１００はまた、溶接出力を表す信号１６１及び１６２の形態で感知電流及び電圧を受信するために、電流フィードバックセンサ１５０と電圧フィードバックセンサ１６０とに動作可能に接続された高速コントローラ１７０を含む。システム１００は、高速コントローラ１７０に動作可能に接続されて、溶接波形信号１８１をどのように適合させるかを波形発生器にリアルタイムで伝えるコマンド信号１７１を高速コントローラ１７０から受信する、波形発生器１８０を更に含む。波形発生器１８０は、出力溶接波形信号１８１を生成し、電力変換器１２０は、出力溶接波形信号１８１を受信するために波形発生器１８０に動作可能に接続される。電力変換器１２０は、出力溶接波形信号１８１に基づいて、入力電力を溶接出力電力に変換することによって、変調溶接出力（例えば、電圧及び電流）を生成する。
【００１８】
スイッチングモジュール１１０は、電力変換器１２０と、動作中に溶接ワークピースＷに接続される溶接出力１２２との間に、動作可能に接続される。高速コントローラ１７０はまた、スイッチングモジュール１１０に動作可能に接続され、スイッチングモジュール１１０にスイッチングコマンド信号（又はブランキング信号）１７２を提供する。本発明の一実施形態によれば、高速コントローラ１７０は、ロジック回路、プログラム可能なマイクロプロセッサ、及びコンピュータメモリを含んでもよい。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、高速コントローラ１７０は、各パルス周期中に、前進している電極ＥとワークピースＷとの間に短絡が発生したとき、短絡が解消しようとしているとき、及び短絡が実際に解消されたときに、検知された電圧信号１６１、検知された電流信号１６２、又はこれら２つの組み合わせを使用して判定することができる。短絡がいつ発生し、短絡がいつ解消するかを判定するそのようなスキームは、当該技術分野で周知であり、例えば、（特許文献１）に記載されており、その一部が参照により本明細書に組み込まれている。高速コントローラ１７０は、短絡が発生したとき及び／又は短絡が解消されたときに波形信号１８１を修正するように、波形発生器１８０に命令することができる。例えば、短絡が解消されたと判定された場合、高速コントローラ１７０は、波形発生器１８０に命令して、以前の短絡の解消直後に別の短絡が発生するのを防止するために、プラズマブーストパルス（図７のパルス７５０を参照）を波形信号１８１に組み込んでもよい。
【００２０】
図２は、溶接電流戻り経路にスイッチングモジュール１１０を含む、図１のシステム１００の一部の例示的な実施形態の図を示す。電力変換器１２０は、インバータ電源１２３及びフリーホイールダイオード１２４を含んでもよい。溶接出力経路は、溶接出力経路内の様々な電気部品のために、固有の溶接回路インダクタンス２１０を有することになる。スイッチングモジュール１１０は、抵抗経路１１２（例えば、高電力定格抵抗のネットワーク）と並列の電気スイッチ１１１（例えば、パワートランジスタ回路）を有するものとして示されている。
【００２１】
溶接波形のパルス周期中、短絡が存在しない場合、電気スイッチ１１１は、高速コントローラ１７０からのスイッチングコマンド信号１７２によって閉じるように命令される。電気スイッチ１１１が閉じられると、電気スイッチ１１１は、出力溶接戻り経路に非常に低い抵抗経路を提供し、溶接電流がスイッチ１１１を通って電力変換器１２０に自由に戻ることを可能にする。抵抗経路１１２はなおも溶接出力戻り経路に存在するが、電流の大部分は閉じたスイッチ１１１によって提供される低抵抗経路を通って流れることになる。しかしながら、短絡が検出されると、電気スイッチ１１１は、高速コントローラ１７０からのスイッチングコマンド信号１７２によって開かれるように命令される。電気スイッチ１１１が開かれると、電流はスイッチ１１１を通って流れるのを遮断され、抵抗経路１１２を通って流れるのを強制され、それによって抵抗経路１１２によって提供される抵抗のために電流のレベルが低減する。
【００２２】
図３は、図１及び図２のスイッチングモジュール１１０の例示的な実施形態の概略図を示す。スイッチングモジュール１１０は、図示するように、トランジスタ回路１１１と抵抗ネットワーク１１２を含む。スイッチングモジュール１１０は、例えば、トランジスタ回路１１１、抵抗ネットワーク１１２、ＬＥＤ、及びステータスロジック回路を含む、モジュール１１０の様々な電気部品を取り付けるための回路基板を含んでもよい。
【００２３】
図４は、図１のシステム１００を使用するパルス電気アーク溶接プロセスにおいてスパッタを防止するための方法４００の、第１の例示的な実施形態のフローチャートを示す。ステップ４１０は、スイッチングモジュール１１０のスイッチ１１１が通常閉である（短絡状態ではない）場合の動作を表す。ステップ４２０において、短絡が検出されない場合、スイッチ１１１は閉じたままである（短絡状態ではない）。しかしながら、短絡が検出された場合、ステップ４３０において、スイッチ１１１は、短絡区間（すなわち、電極がワークピースに短絡している期間）中に開／閉シーケンスを遂行するように命令される。
【００２４】
ステップ４３０の開／閉シーケンスは、短絡が最初に検出されたときにスイッチ１１１を開くことによって開始する。スイッチ１１１は、第１の期間（例えば、短絡区間の最初の１０％）は開いたままである。これにより、出力電流を急速に低減させるため、短絡がすぐに壊れて大量のスパッタが発生することはない。第１の期間後、スイッチは再度閉じられ、出力電流が第２の期間中にランプされて、電極から切り離して短絡を解消しようと、溶融短絡に狭いネックを形成させ始める。この第２の期間中、電流がランプしている間に、ｄｖ／ｄｔ検出スキームが実行されて、短絡が解消されるであろう時間（つまり、ネックが壊れるであろう時間）を予測する。そのようなｄｖ／ｄｔスキームは、当該技術分野では周知である。次いで、スイッチ１１１は、出力電流をもう一度急速に下げてネックが実際に壊れるとき（すなわち、短絡が実際に解消されるとき）の過度のスパッタを防ぐために、短絡が解消されようとする直前（例えば、短絡区間の最後の１０％の間）に再度開かれる。
【００２５】
ステップ４４０において、短絡（電極とワークピースとの間の短絡）がなおも存在する場合、スイッチ１１１は開いたままである。しかしながら、短絡が解消された場合、ステップ４５０において、スイッチ１１１は再度閉じられる。このようにして、短絡状態の間、スイッチ１１１は開／閉シーケンスを遂行し、スイッチが開いているときに溶接出力経路を流れる電流を低減させ、その結果スパッタを低減させる。本発明の一実施形態によれば、方法４００は、高速コントローラ１７０で実施される。更に、本発明の一実施形態によれば、システム１００は、１２０ｋＨｚのレートで反応することができ（すなわち、スイッチングモジュール１１０は、この高レートでオン及びオフを切り替えることができる）、短絡の検出及び短絡解消の検出に対する十分な反応を提供して、方法４００を効果的な方法で実施する。
【００２６】
ややより単純な代替的実施形態によれば、図４に関して上述した開／閉シーケンスを遂行する代わりに、前進しているワイヤ電極とワークピースとの間の短絡の検出に応じて、少なくとも判定された期間にスイッチ１１１を開くことにより、溶接回路経路の電流を低減させ、それによって溶接回路経路の抵抗を増大させる。大部分のパルス周期では、判定された期間は、溶接回路経路の電流を最初に増大させる必要なしに、短絡を解消することを可能にする持続時間である。所定のパルス周期中に、判定された期間が必要に応じて満了する前に短絡が解消された場合、プロセスはパルス周期の次の部分に進行する。しかしながら、所定の期間内に短絡が解消されない場合、判定された期間の直後に、スイッチ１１１が再度閉じられ、それによって溶接回路経路の電流がもう一度増大し、短絡が解消される。そのような代替的実施形態では、スイッチ１１１は、短絡の検出に応じて、判定された期間の少なくとも一部の間に単に開かれる。大部分のパルス周期では、短絡を解消するために電流を増大する必要はない。
【００２７】
更に、オプションとして、前進しているワイヤ電極とワークピースとの間の短絡が検出された場合、前進しているワイヤ電極の速度を遅くしてもよい。前進しているワイヤ電極の速度を遅くすることで、他の方法で追加されるほど多くの短絡への材料を追加しないことによって、短絡をより簡単に解消するのに役立つ。前進しているワイヤ電極の速度を遅くするために、ワイヤ電極を前進させるワイヤフィーダのモータのスイッチが切られてもよく、モータにブレーキをかけてもよい。様々な実施形態によれば、ブレーキは、機械式ブレーキ又は電気式ブレーキであってもよい。
【００２８】
図５は、図４の方法４００、又は上述のより簡単な代替的方法に係る、図１〜図３のスイッチングモジュール１１０を使用しない従来のパルス電気アーク溶接機から生じる従来のパルス出力電流波形５００の一例を示す。図５の波形５００からわかるように、ピークパルス５１０が発射された後、例えば、短絡が解消される時間５３０まで続く、例えば、時間５２０で開始する短絡が発生する場合がある。時間５２０及び５３０は、短絡区間５４０を画定する。図５においてわかるように、ピークパルス５１０は、溶接プロセスの複数のパルス周期又はサイクル中に規則的な間隔で発射される。任意の所与のサイクル又はパルス周期中に、短絡状態が発生する場合があり、又は発生しない場合がある。従来のシステムでは、短絡が発生した場合、インダクタンスと比較して溶接出力経路には抵抗はほとんどない。たとえ電源を切っても、電流は流れ続ける。
【００２９】
図５を再度参照すると、短絡区間５４０の間に、電極ＥとワークピースＷとの間にアークがない（抵抗が非常に低くなる）ために、及びたとえ電力変換器１２０が最小レベルに段階的に戻った場合でも、溶接回路インダクタンス２１０が溶接出力経路に電流を流し続けるように作用するという事実のために、出力電流は増大する傾向がある。電流は、短絡が解消されるまで（つまり、溶融金属短絡が電極Ｅから切り離されるまで）増大する傾向がある。しかしながら、そのような電流レベルの増大では、短絡が切断又は解消されると、電流レベルの増大により溶融金属が破裂してスパッタを発生させる傾向がある。
【００３０】
図６は、テザード接続を有するフリーフライト転送プロセスにおいて、高速ビデオ技術を使用して発見される破裂していくスパッタプロセスを示す。高ピークパルス（例えば、５１０）により、溶融金属のボール６１０がワークピースＷに向かって押し出され、ボール６１０と電極Ｅとの間に細いテザー６２０を生成させる。ボール６１０がアークを越えてワークピースＷに向かって飛ぶと、テザー６２０が細くなり、最終的に、テザー６２０を通して電極ＥとワークピースＷとの間に短絡が発生する。この状態は、溶接電極がワークピースの非常に近くで動作する場合の動作のほぼ全てのパルス周期で発生する傾向がある。特に、フリーフライト転送パルス溶接プロセスでは、テザー６２０が初期短絡を生成し、細いテザー６２０を通して大量の電流が流れ始め得ることが発見された。電流レベルの増大により、図６に示すように、最終的に、比較的細い溶融テザー６２０が破裂し、スパッタ６３０が生成される。しかしながら、本明細書で上述したスイッチングモジュール１１０及び方法４００（又はより簡単な代替物）を組み込むことによって、生成されるスパッタ６３０を大幅に低減することができる。
【００３１】
図７は、図４の方法４００に係る、図１〜図３のスイッチングモジュール１１０を使用する図１のパルス電気アーク溶接機１００から生じるパルス出力電流波形７００の一例を示す。図７の波形７００からわかるように、ピークパルス７１０が発射された後、例えば、短絡が解消される時間７３０まで続く、例えば、時間７２０で開始する短絡が発生する場合がある。時間７２０及び７３０は、短絡区間７４０を画定する。図７においてわかるように、ピークパルス７１０は、溶接プロセスの複数のパルス周期又はサイクル中に規則的な間隔で発射される。任意の所与のサイクル中に、短絡状態が発生する場合があり、又は発生しない場合がある。しかしながら、電極の先端とワークピースとの間の距離が比較的小さい場合、ほぼ全てのサイクルで短絡が発生する可能性がある。
【００３２】
図７を再度参照すると、短絡区間７４０の間、スイッチングモジュール１１０のスイッチ１１１は、短絡が最初に発生するときに開かれ、及び短絡が解消しようとするときに再度開かれて、出力電流を、抵抗経路１１２を通って流れさせ、それによって電流レベルを低減させる。一例として、スイッチング信号１７２は、短絡が検出されるとハイからローになり、それによってスイッチを開かせるロジック信号であってもよい。同様に、短絡が解消されると、スイッチング信号１７２はローからハイになり、スイッチ１１１を再度閉じてもよい。スイッチ１１１が開かれると、抵抗経路１１２は、溶接出力経路に負荷をかけ、フリーホイール電流が所望のレベルまで急速に低下するのを可能にすることができる。短絡が解消されるまで電流は低減する傾向があり、そのように低減した電流レベルでは、短絡が破壊又は解消されると、溶融金属が破裂しない方法でピンチオフする傾向があり、それによって生成されるスパッタ量を除去又は少なくとも低減する。また、図７の波形７００では、解消されたばかりの短絡の直後に別の短絡が発生することを防ぐのに役立つように使用されるプラズマブーストパルス７５０が、より優れており、潜在的により効果的である。
【００３３】
図８は、図１のシステム１００を使用するパルス電気アーク溶接プロセスにおいてスパッタを防止するための方法８００の、別の例示的な実施形態のフローチャートを示す。一実施形態によれば、方法８００は、コントローラ１７０によって実行される。高速コントローラ１７０は、短絡の発生及び／又は短絡の解消の時間を追跡し、少なくとも次のパルス周期中に、短絡区間９４０（短絡が発生してから短絡が解消されるまでの時間）（図９を参照）がいつ発生するかの推定値を提供する。この推定値から、ブランキング信号１７２を生成するために使用されるブランキング区間９６０（図９を参照）を判定することができる。
【００３４】
方法８００のステップ８１０において、システム１００は、既知の技術に従って、パルス溶接波形の繰り返しパルス周期中に、短絡の発生及び／又はそれらの短絡の解消を検出する。ステップ８２０において、パルス周期内に検出された短絡及び／又は解消の発生時間が追跡される（例えば、高速コントローラ１７０によって）。ステップ８３０において、追跡結果に基づいて、次のパルス周期に対する短絡区間９４０（図９を参照）の位置及び持続時間が推定される。ステップ８４０において、次のパルス周期の短絡区間の推定位置に基づいて、少なくとも次のパルス周期に対する重複ブランキング区間９６０が判定される。ステップ８５０において、ブランキング信号（スイッチング信号の一種）１７２が生成され（例えば、コントローラ１７０によって）、次のパルス周期中にスイッチングモジュール１１０に印加される。
【００３５】
図９は、図８の方法８００に係る、図１〜図３のスイッチングモジュール１１０を使用する図１のパルス電気アーク溶接機１００から生じるパルス出力電流波形９００の一例を示す。図９の波形９００からわかるように、ピークパルス９１０が発射された後、例えば、短絡が解消される時間９３０まで続く、例えば、時間９２０で開始する短絡が発生する場合がある。時間９２０及び９３０は、短絡区間９４０を画定する。図９においてわかるように、ピークパルス９１０は、溶接プロセス中に規則的な間隔で発射される。任意の所与のサイクル中に、短絡状態が発生する場合があり、又は発生しない場合がある。しかしながら、アーク長が比較的短い溶接プロセス中（すなわち、ワイヤ電極がワークピースの比較的近くで動作する場合）、ほぼ全てのパルス周期で短絡が発生する可能性がある。
【００３６】
方法８００によれば、パルス周期内の短絡の発生及び／又は短絡の解消の時間が判定され、パルス周期ごとに追跡される。このようにして、コントローラ１７０は、次回又は今後のパルス周期において発生するであろう、短絡区間の位置を推定することができる。しかしながら、パルス溶接プロセスの開始時、実質的な追跡情報が利用可能になる前に、短絡区間の位置は、例えば、実験データ又は以前の溶接プロセスからの保存データに基づいて保存されたデフォルト位置であってもよい。ブランキング信号１７２は、ブランキング信号１７２内にブランキング区間９６０を形成するように適合又は修正することができ、ブランキング区間９６０は、次のパルス周期に対する推定短絡区間９４０と時間的に重複する。理想的には、ブランキング区間９６０は、次のパルス周期の短絡区間９４０の直前（例えば、時間９２０の前）に開始し、次のパルス周期の短絡区間９４０の直後（例えば、時間９３０の後）に終了し、したがって時間的に重複する。一実施形態では、短絡の解消ではなく、短絡の発生時間のみが追跡される。そのような実施形態では、ブランキング区間の持続時間は、実験的知識に基づいて、短絡が解消されるのに十分な長さで持続するように設定される。
【００３７】
このようにして、スイッチングモジュール１１０のスイッチ１１１を開き得る前に、次のパルス周期中の短絡の実際の発生を検出する必要はない。パルス溶接プロセスが進行すると、例えば、ワイヤ電極とワークピースとの間の距離がドリフト又は変化するにつれて、短絡区間の位置がドリフト又は変化する場合がある。しかしながら、この実施形態では、短絡区間の位置が経時的に追跡されているため、ブランキング信号の位置は、短絡区間に効果的に追従し、短絡区間を予測するように適合させることができる。ブランキング区間９６０中にスイッチ１１１を開くことにより、電流が低下し、ブランキング区間９６０中にテザーが発生して壊れることが予想される。
【００３８】
実験結果は、特定のパルス溶接シナリオにおいて本明細書に記載のスイッチングモジュール１１０を使用すると、短絡を解消するポイントにおける溶接出力電流レベルを、約２８０アンペアから約４０アンペアに低減することができ、生成されるスパッタの量に大きな違いをもたらすことを示した。一般に、電流を５０アンペア未満に低減すると、スパッタが大幅に低減するようである。加えて、移動速度（例えば、６０〜８０インチ／分）及びデポジションレートを維持することができる。
【００３９】
溶接電極とワークピースとの間に短絡が存在する期間中に溶接出力電流レベルを低減する他の手段及び方法も、同様に可能である。例えば、代替的実施形態では、溶接電源の制御トポロジは、短絡期間中に出力電流を高度に規制されたレベルに制御するように構成されていてもよい。電源は、スパッタを低減するために、短絡区間中に短絡電流をより低いレベル（例えば、５０アンペア未満）に制御することができる。例えば、図１を参照すると、スイッチングモジュール１１０を無効化又は除去することができ、それによって電流が溶接出力回路経路に自由に流れることを可能にする。コントローラ１７０は、ブランキング期間中に溶接プロセスの出力溶接波形信号１８１の一部を修正して、溶接出力回路経路を通る溶接出力電流を低減するように波形発生器１８０に命令するように構成されている。したがって、この代替的実施形態では、コントローラ１７０は、スイッチングモジュール１１０を介する代わりに、波形発生器１８０及び電力変換器１２０を介してブランキング区間中に電流を低減する。そのような代替的実施形態は、溶接回路のインダクタンス２１０が十分に低い場合に、非常にうまく機能することができる。
【００４０】
パルス溶接中は、より長いアーク長を使用して生成された溶接と比較して、増大した移動速度でより良い溶接ビーズが得られる傾向があるため、一般に、短いアーク長が望ましい。しかしながら、アーク長が短い溶接では、ワイヤ電極と溶接パドルに接触する溶融電極材料との間のテザード接続のため、初期短絡などのスパッタ事象がもたらされる可能性がある。テザード初期短絡は、電極の先端に溶融金属ボールを接続する溶融金属の細いテザーによって引き起こされ、そのようなテザード初期短絡は、溶接中に望ましい場合があり、又は望ましくない場合がある。いくつかのパルス溶接プロセスの間、各パルス周期中に（例えば、各ピークパルスに続いて）テザード初期短絡が望ましい場合があるが、他のパルス溶接プロセスの間、（例えば、スパッタ事象とその結果のスパッタを低減するために）テザード初期短絡が全く望ましくない場合がある。更なるパルス溶接プロセスでは、２番目のパルス周期ごと、３番目のパルス周期ごと、４番目のパルス周期ごと、１０番目のパルス周期ごと、２０番目のパルス周期ごとなどの、いくつかのパルス周期中にテザード初期短絡が望ましい場合があるが、他のパルス周期中には望ましくない。
【００４１】
適切なパルス溶接波形は、溶接中（各パルス周期中、若しくは全てのパルス周期ではなく一部のパルス周期中）にテザード初期短絡を生成するか、又はテザード初期短絡の発生を回避するかのいずれかのために設計することができる。いずれの場合も、溶接出力経路のモデルを念頭に置いて、溶接波形が設計される。例えば、溶接波形を設計する際には、典型的な溶接回路インダクタンス２１０レベル（図２）及び抵抗レベルが想定され得る。予想されるシールドガス混合物又は電極設計に基づいて、溶接波形を更に設計することができる。特定の溶接設定（例えば、溶接出力経路、ガス混合物、電極など）が想定された設定と一致する場合、溶接波形は設計どおりに機能する（例えば、パルス溶接中にテザード初期短絡を引き起こすか又は回避する）べきである。しかしながら、長い溶接ケーブルを使用したり、又はガス混合物を変更したりする場合など、特定の溶接設定が想定された設定と一致しない場合、溶接波形は設計どおりに機能しない場合がある（例えば、アーク長が変わる場合がある）。例えば、テザード初期短絡は、各パルス周期中に発生しない場合があるか、又は、不要なときに発生する場合がある。垂直から水平方向への溶接など、溶接位置の変更でさえ、溶接波形のパフォーマンス、並びにアーク及びアーク長に影響を与える可能性がある。
【００４２】
従来、ＭＩＧ溶接電源は、閉ループ電圧制御（例えば、プリセット平均電圧を達成するための閉ループ制御）を使用して溶接波形を制御する。しかしながら、そのような従来の制御では、上述の溶接設定に基づいて、様々なタイプの溶滴転送をもたらす可能性がある。図１を参照すると、コントローラ１７０は、フリーフライト転送パルスアーク溶接中の短絡事象（例えば、テザード初期短絡）の発生を監視し、短絡事象に関連付けられた条件又は特性に基づいて溶接波形のパラメータを調整することができる。そのような条件には、短絡事象の頻度、継続時間、又は深刻度、短絡が解消又は破壊したときの溶接電流の振幅、短絡が発生するときの溶接電流の振幅、溶接波形内のピークパルスに対する短絡のタイミング（例えば、ピークパルスと短絡との間の時間遅延）、及びパルス周期内のテザード初期短絡の時間的位置、が含まれ得る。例えば、Ｎパルス周期ごとに１つの短絡事象（Ｎは整数である（Ｎは１以上であり得る））など、短絡が各パルス周期又は別の望ましい頻度で発生するように、パルス溶接中の短絡事象の特性又は頻度に基づいて、コントローラ１７０は、波形発生器１８０に波形信号１８１を修正するように命令して、ワークピースＷへの溶接電極Ｅのテザード初期短絡を除去するか、又はそのような短絡を規制する（例えば、短絡の頻度及び／又は持続時間を制御する）ことができる。
【００４３】
コントローラ１７０は、フリーフライト転送パルスアーク溶接中の短絡事象の発生に基づいて、溶接波形の１つ以上のパラメータを調整して、溶接出力及びアーク長を制御し、所望の溶滴転送モードを達成することができる。短絡持続時間、頻度、パルス周期内の位置、又は短絡の不在に関する溶接出力の特性が、特定の溶接アプリケーションに対して意図した又は望ましいものではない場合、コントローラ１７０は、この偏差を自動的に認識し、それに応じて溶接波形パラメータを調整することができる（例えば、ワークピースへの溶接電極のテザード初期短絡を規制するために）。例えば、短絡事象特性に基づいて溶接波形パラメータを調整することにより、コントローラ１７０は、Ｎパルス周期ごとに１回などのテザード初期短絡の発生回数、短絡が持続する期間、パルス周期内に短絡が発生する時間、短絡事象中の電流振幅などを制御することができる。
【００４４】
特定の実施形態では、選択されたパルス周期のみが、テザード初期短絡を含み、他のパルス周期は含まない。パルス周期が短絡を含む頻度は、ワイヤ供給速度ＷＦＳなどの追加の溶接パラメータに基づき得る。例えば、より速いＷＦＳでの溶接は、より遅いＷＦＳでの溶接よりも、短絡を含むより多くのパルス周期をもたらし得る。特定の実施形態では、溶接波形は、各パルス周期中に２つ以上の短絡事象を含むことができ、コントローラ１７０は、複数の短絡事象の総持続時間又は合計持続時間に基づいて溶接波形のパラメータを調整することができる。
【００４５】
溶接波形は、溶接システムのオペレータによって、又はコントローラ１７０と通信している別個の制御システム（例えば、ロボットコントローラ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）など）によって選択することができる。溶接波形はまた、選択された溶接プロセスなどの様々な設定又はパラメータに基づいて、コントローラ１７０によって選択することができる。特定の実施形態では、コントローラ１７０は、テザード初期短絡が溶接中に意図されているか否か、又は溶接波形内に含まれるか否かを自動的に判定することができる。コントローラ１７０はまた、テザード初期短絡が発生すべき頻度、短絡が持続すべき期間などを判定することができる。例えば、コントローラ１７０は、選択された溶接波形を画定するデータを分析して、溶接中に短絡が意図されているか否か、並びに／又は短絡の頻度及び他の特性を判定することができる。選択された溶接波形を画定するデータはまた、溶接中に短絡が意図されているか否か、及び短絡に関連する特性又は条件に関する指示を含むことができる。例えば、短絡事象の数又は頻度、短絡事象の持続時間、パルス周期内の短絡事象の位置又はパルス周期の他の態様に関するタイミング（例えば、ピークパルス又はプラズマブーストパルスからの時間的オフセット）、短絡が解消されるときの溶接電流の振幅などを、溶接波形の一部としてコントローラにプログラムすることができる。選択された溶接波形から、コントローラ１７０は、短絡の特性を自動的に判定することができる。アクティブ溶接中、コントローラ１７０は、実際に発生する短絡を監視することができる。コントローラ１７０は、溶接波形の１つ以上のパラメータを自動的に調整して、短絡が望ましくない場合若しくは溶接波形に含まれない場合に短絡を除外するか、又は短絡がプログラムされた特性（例えば、適切な持続期間、頻度など）を満たすように短絡を規制するか、のいずれかを行うことができる。電極が、持続時間が過度に速い若しくは過度に長いなど溶接パドル内に過度に深刻に短絡している場合、又は全く短絡していない若しくは持続時間が過度に短い場合、又はパルス周期内の間違った周波数若しくは間違った位置で短絡している場合、溶接波形のパラメータは、フィードバックとして平均電圧を使用するよりも、又はそれに加えて、フィードバックとして短絡の監視特性を使用して、閉ループ方式で調整することができる。コントローラ１７０はまた、溶接電圧又は電流などの追加の監視データに基づいて、溶接波形の１つ以上のパラメータを調整することができる。例えば、コントローラ１７０は、短絡持続時間及び／又は頻度と、溶融ボールが電極から分離する直前の短絡中に発生している電流レベルとの両方に基づいて、パラメータ調整を行うことができる。短絡中の電流レベルが過度に高い場合、溶接波形の１つ以上のパルスの持続時間又は振幅を増大してより多くのエネルギーを波形に注入して、電極から溶融ボールを分離するのに役立つことができる（それによって短絡の深刻度を低減する）。
【００４６】
所望のテザード初期短絡を達成するため、又はそのような短絡を除去するために、コントローラ１７０によって調整できる溶接波形のパラメータの例には、溶接電圧、溶接電流、ピークパルスのパルス幅、ピークパルスのパルス振幅、プラズマブーストパルスのパルス幅、プラズマブーストパルスのパルス振幅、ピークパルスの上昇及び下降ランプレート、ピークパルス及び／又はプラズマブーストパルスのパルス周波数など、が含まれる。例えば、溶接中にテザード初期短絡が発生しているが、持続時間が過度に長く続いているなど過度に深刻な場合、ピークパルス幅及び／又は振幅を増大して、電極から溶融金属をより迅速にピンチするのに役立つことができる。上述のようにテザード初期短絡を規制することにより、溶接中に望ましい短さのアーク長を達成することができる。
【００４７】
図１０は、溶接中のテザード初期短絡の発生に基づいて修正することができる例示的なパルス溶接波形１０００を示す。波形１０００は、一連の周期的なピークパルス１０１０Ａ、１０１０Ｂ、１０１０Ｃ、１０１０Ｄを含む。波形１０００は、バックグラウンドレベル１０２０、及び低電圧短絡事象１０３０Ａ、１０３０Ｂを更に含む。第１の短絡事象１０３０Ａの持続時間Ｘ１は、第２の短絡事象１０３０Ｂの持続時間Ｘ２よりも小さいことがわかり得る。第１の短絡事象１０３０Ａが十分に厳密でない（例えば、持続時間が短すぎる）場合、破線で示すように、後続のピークパルス１０１０Ｂのパルス幅及び／又はパルス振幅を、下方に調整することができる。第２の短絡事象１０３０Ｂが過度に厳密な場合、破線で示すように、後続のピークパルス１０１０Ｄのパルス幅及び／又はパルス振幅を、上方に調整することができる。パルス溶接波形１０００はまた、図７に示すようにプラズマブーストパルスを含むことができ、プラズマブーストパルスをピークパルスと同様に調整して、所望の短絡持続時間及び頻度を達成することができる。上述したように、短絡持続時間、頻度、パルス周期内の位置、又は短絡の不在に関する波形１０００のパルス特性が意図した又は望むものではない場合、コントローラは、この偏差を自動的に認識し、それに応じて溶接出力を調整することができる。図１０では、全てのパルス周期が短絡事象を含む必要はないことが更にわかり得る。ピークパルス１０１０Ｂとピークパルス１０１０Ｃとの間で、短絡事象は発生しない。これは、２番目のパルス周期ごとに短絡事象を含むことを意図している場合に許容可能である場合があり、又は全てのパルス周期ごとに短絡事象を含むことを意図している場合に許容可能でない場合がある。
【００４８】
図１１は、パルス溶接プロセス中の短絡事象を制御するための方法１１００のフローチャートを示す。方法１１００は、図１に関して上述したコントローラ１７０によって完全に又は部分的に実行することができる。溶接波形は、例えば、コントローラ、又は溶接システムのオペレータによって選択（１１１０）される。次いで、テザード初期短絡が選択された溶接波形に含まれているか否かに関しての判定（１１２０）が行われる。テザード短絡が選択された溶接波形に含まれているか否かに関係なく、アーク長を短く保つのに役立つために、Ｎパルス周期ごとなど、テザード初期短絡を定期的に生成することがなおも望ましい場合がある。このように、たとえ溶接波形に短絡が含まれていない場合でも、又は特定のパルス周期にのみ含まれている場合でも（例えば、短絡事象を含むものよりも多くのパルス周期が短絡事象を欠く場合がある）、短絡事象の望ましい頻度の判定（１１２５）は、溶接波形のＮパルス周期に関して行うことができる。フリーフライト転送パルスアーク溶接プロセス中に短絡事象が監視され（１１３０）、短絡事象の持続時間、頻度、深刻度などの様々な特性が記録される。次いで、短絡事象持続時間、及び場合によっては他の情報（例えば、短絡状態中の溶接電流レベル）に基づいて、溶接波形パラメータが調整され、短絡が規制される（１１４０）。溶接波形に短絡が含まれる場合、溶接波形パラメータを調整して、適切な持続時間及び頻度のテザード初期短絡を（例えば、各パルス周期又は選択したパルス周期中に）達成することができる。溶接波形に短絡が含まれていない場合、大部分のパルス周期に短絡がないように、又は全てのパルス周期に短絡がないように、溶接波形パラメータを調整することができる。たとえ溶接中にテザード初期短絡が一般的に望ましくなく、各パルス周期中に含まれない場合でも、溶接波形を制御して周期的なテザード初期短絡を生成することにより、アーク長を短くするのに役立つことができる。例えば、アーク長を規制するために、１０番目のパルス周期ごとにテザード初期短絡を含むことができる。短絡は望ましくないが、特定のパルス周期中になおも短絡が発生する場合、そのような短絡の頻度は、例えばＷＦＳなどの追加の溶接パラメータから判定することができる。
【００４９】
本出願の特許請求される主題が特定の実施形態を参照して説明されてきたが、当業者であれば、特許請求される主題の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、均等物に置換できることが理解されよう。加えて、特定の状況又は材料を特許請求される主題の教示に適合させるために、その範囲から逸脱することなく、多くの修正が行われてもよい。したがって、特許請求される主題は、開示されている特定の実施形態には限定されないが、特許請求される主題は、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むことが意図されている。
【符号の説明】
【００５０】
１００  電気アーク溶接システム
１１０  スイッチングモジュール
１１１  スイッチ
１１２  抵抗経路
１２０  電力変換器
１２１、１２２  溶接出力
１２３  インバータ電源
１２４  フリーホイールダイオード
１３０  ワイヤフィーダ
１４０  電流シャント
１５０  電流フィードバックセンサ
１６０  電圧フィードバックセンサ
１６１  電圧信号
１６２  電流信号
１７０  高速コントローラ
１７１  コマンド信号
１７２  ブランキング信号
１８０  波形発生器
１８１  波形信号
２１０  溶接回路インダクタンス
５００、７００、９００  パルス出力電流波形
５１０、７１０、９１０  ピークパルス
５４０、７４０、９４０  短絡区間
６２０  テザー
６３０  スパッタ
７５０  プラズマブーストパルス
９６０  ブランキング区間
１０００  パルス溶接波形
１０２０  バックグラウンドレベル
１０３０Ａ  第１の短絡事象
１０３０Ｂ  第２の短絡事象
【図１】
2020082195.tif 000003
【図２】
2020082195.tif 000004
【図３】
2020082195.tif 000005
【図４】
2020082195.tif 000006
【図５】
2020082195.tif 000007
【図６】
2020082195.tif 000008
【図７】
2020082195.tif 000009
【図８】
2020082195.tif 000010
【図９】
2020082195.tif 000011
【図１０】
2020082195.tif 000012
【図１１】
2020082195.tif 000013
【外国語明細書】
2020082195000001.pdf