(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接操作中に溶接プロセスを変更する方法であって、溶融する溶接ワイヤ（９）とワークピース（１４）との間の短絡中に、実施された溶接プロセスから次の溶接プロセスまで前記変更が実行される方法において、
実施される前記溶接プロセスの短絡を検出して、前記溶接ワイヤ（９）が前記次の溶接プロセスの溶接電流（Ｉ）の閾値（３４）に依存して移動方向に規定された継続期間（３２）の間さらに移動した後停止し、
前記溶接電流（Ｉ）が前記閾値（３４）に到達すると、前記次の溶接プロセスを開始するために、前記溶接ワイヤ（９）が反対方向に移動することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記変更は、実施される前記溶接プロセスの前記溶接電流（Ｉ）が閾値（３３）に到達して実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記変更は反対の極性を有する２つの溶接プロセスの間で実行されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記溶接電流（Ｉ）の前記閾値（３４）および前記継続期間（３２）は、特徴的なカーブに依存して前記溶接プロセスに対して記憶されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
溶接操作中に溶接プロセスを変更する方法であって、溶融する溶接ワイヤ（９）とワークピース（１４）との間の短絡中に実施された溶接プロセスから次の溶接プロセスまで前記変更が実行される方法において、
前記変更は短絡溶接プロセスとパルス溶接プロセス（２６）の間の変更段階（３０）の間になされ、前記変更段階（３０）の間に、前記溶接ワイヤ（９）の先端、熱入力、および／またはアーク長は、実施された前記溶接プロセスに依存して前記次の溶接プロセスに適合され、
前記短絡溶接プロセスから前記パルス溶接プロセス（２６）までの前記変更の間に、溶接電流（Ｉ）の極性を変更する極性逆転処置（２９）及び、その後の第１変更段階（３０ａ）が実行され、前記第１変更段階（３０ａ）の終わりに、溶滴が前記溶接ワイヤ（９）の先端で形成され、次のパルス溶接プロセス（２６）のための正確なアーク長がセットされ、
前記パルス溶接プロセス（２６）から前記短絡溶接プロセスまでの前記変更の間に、第２変更段階（３０ｂ）、及び、その後の別の、前記溶接電流（Ｉ）の極性を変更する極性逆転処置（２９）が実行され、前記第２変更段階（３０ｂ）の間に、前記溶接ワイヤ（９）は溶融池の中に送られ、前記第２変更段階（３０ｂ）は短絡によって終了することを特徴とする方法。
【請求項６】
前記極性逆転処置（２９）の後、前記第１変更段階（３０ａ）において、溶滴が前記溶接ワイヤ（９）の先端で形成され、前記第１変更段階（３０ａ）の直後の前記パルス溶接プロセス（２６）のパルスによって引き離されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記パルス溶接プロセス（２６）への変更後に前記パルス溶接プロセス（２６）の少なくとも１つのパラメーターが開始値から最終値に変更されることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記パルス溶接プロセス（２６）のパラメーターとして、溶接電流（Ｉ）がパルスを通じて徐々に変更されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記パルス溶接プロセス（２６）のパラメーターとして、パルス幅がパルスを通じて徐々に変更されることを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記パルス溶接プロセス（２６）のパラメーターとして、パルス周波数がパルスを通じて徐々に変更されることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記パルス溶接プロセス（２６）のワイヤ移動速度（Ｖｄ）が、少なくとも１つの範囲でパルスを通じて連続的に変更されることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記極性逆転処置（２９）の前の前記第２変更段階（３０ｂ）において、前記溶接ワイヤ（９）の送給速度は、前記短絡溶接プロセスのために短絡を作るために変更され、前記溶接電流（Ｉ）は溶滴を形成するために適合されることを特徴とする請求項５ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接操作中に溶接プロセスを変更する方法に関するものであり、該変更は、実施された溶接プロセスから次の溶接プロセスまで、溶融溶接ワイヤとワークピースとの間の短絡中に実行される。
【背景技術】
【０００２】
さらに、本発明は、溶接操作前に熱入力する方法に関するものである。
【０００３】
ＷＯ２００６／０８９３２２には、溶接ワイヤがワークピースに接触するまでワークピースに向かって移動し、その後、短絡を引き起こした後、短絡段階中に移動方向を逆転し、短絡が切断されるまで、溶接ワイヤをワークピースから離れる方向に移動させて、アークを点火した後にコールドメタルトランスファー（ＣＭＴ）溶接プロセスを実行する、溶接装置および／または溶接電流源を制御かつ／または規制する方法が記載されている。ワークピースへの熱入力および／または追加の材料の導入を制御するために、溶接電流および／または溶接電圧の極性は、少なくともいくつかの短絡段階中に、溶接ワイヤおよび／または短絡ブリッジが溶融するのを回避するために規定値にセットされた溶接電流および／または溶接電圧の振幅に応じて変更される一方で、ワークピースから溶接ワイヤを除去して信頼性のあるアークの再点火を保証する。したがって、変更は、“負のＣＭＴプロセス（negative CMT process）”と“正のＣＭＴプロセス（positive CMT process）”の間でなされる。
【０００４】
これと関連がある欠点は、極性逆転処置の間、障害が見られない点である。結果として、電流変更の継続期間が溶接電流回路の長さによって生じるインダクタンスによって変わるので、極性の逆転を高出力で行うことができる。このことは、特に短絡の不安定につながる。さらに、溶融池での揺らぎは、プロセス変更中の短絡の切断につながり、非制御の熱入力や溶接スパッタの原因になる。変更の間、極性の逆転の方向も見られない。これらの障害は、プロセスの安定性を減少させる主な要因である。
【０００５】
一般に、溶接プロセス前のワークピースへの“熱入力(heat application)”を有するいわゆる“ホットスタート(hot start)”は先行技術からも知られている。ここでの欠点は、この“ホットスタート”がスプレーアーク(spray arc)を用いて実行される点である。結果として、特に、２枚の薄い金属シートの間のギャップを埋めなければならない場合、入力された熱は高すぎる。これにより、材料が溶けてしまう。これは、実質的にホットスタートの継続期間のみを規制できるように、スプレーアークが高出力を必要とするからである。これにより、材料に適さない熱入力によって、多量のエネルギーおよび／または熱が、短時間にワークピースに加えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００６／０８９３２２号
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、高いプロセスの安定性を有し、低くて柔軟に調整可能な熱入力を可能にし、高い溶着速度と歪みの少なさを同時に提供する溶接プロセスに対して上で特定した方法のような方法を作ることである。公知の方法の欠点は、減少させるか、または取り除かなければならない。
【０００８】
本発明の目的は、溶接操作中に溶接プロセスを変更する上述の方法によって達成される。本発明では、実施される前記溶接プロセスの短絡を検出して、前記溶接ワイヤが前記次の溶接プロセスの溶接電流の閾値に依存して移動方向に規定された継続期間の間さらに移動した後停止し、前記溶接電流が前記閾値に到達すると、前記次の溶接プロセスを開始するために、前記溶接ワイヤが反対方向に移動する。ここでの利点は、短絡を検出して溶接ワイヤを溶融池の中にさらに移動させるので、溶接プロセス変更の継続期間の間、短絡が溶融池内部の揺らぎおよび溶滴サイズによって切断されない点である。別の利点は、変更が溶接電流回路の長さに依存しないという点である。なぜなら、高いプロセスの安定性が変更によって阻止されないように、電流変更の継続期間がインダクタンスのために見られているからである。溶接電流回路という用語は、電源、線およびワークピースによって形成された電気回路を示すために使用される。別の利点は、電流変更が完了しない限り、次の溶接プロセスへの変更および／または短絡の切断が開始されないので、短絡での溶接プロセスの信頼性のある変更が保証される点である。このようにして、短絡は、少なくとも電流変更の継続期間の間維持される。さらに、特に薄い金属シートを扱うときに、先行技術から知られるよりも高いプロセスの安定性を有してより大きなギャップを埋めることができる。これは、公知のＣＭＴプロセスと比較すると、より高い溶着速度が低く均等な熱入力によって達成され、かつ／またはより低い均等な熱入力が均等な溶着速度で達成されるからである。そのため、連続的に増加し、かつ／または減少する幅を有するギャップを、例えば、溶接操作によって埋めることができる。さらに、異なる溶接プロセスにより、熱入力および／または溶着速度を柔軟にセッティングすることができる。
【０００９】
溶接プロセスの変更は、実施される溶接プロセスの溶接電流の閾値に到達することによって有利に実行される。したがって、逆転が規定された閾値で実行されるとき、極性の逆転は低能力で実行される。結果として、費用効率が高いハードウェアを使用できる。
【００１０】
別の利点は、反対の極性を有する２つの溶接プロセスの間で交互に入れ替わることである。なぜなら、これによって、短絡がこの時間の間維持されるとき、カバーされなければならない大きな電流の差が短絡の溶接電流回路のインダクタンスに依存するからである。溶接プロセスおよび極性の変更も、有利な方法で、信頼性のある短絡で実行される。
【００１１】
有利な方法では、溶接電流の閾値および溶接プロセス用の特徴的なカーブに依存した継続期間を記憶する手段により、ユーザーのためにパラメーターの値を自動的にセットすることができる。
【００１２】
本発明の目的は、溶接操作の間溶接プロセスを変更する上述の方法によって達成される。該変更は、短絡溶接プロセスとパルス溶接プロセスの間で生じ、実施される溶接プロセスに依存して、変更段階の間に、溶接ワイヤの先端を、次の溶接プロセスに適合させる。それによって、ワイヤの先端は、高いプロセスの安定性を保証する次の溶接プロセスに対して完璧に準備される（溶滴サイズ、温度伝導、およびアーク長）。別の利点は、溶滴がほぼずっと、ワイヤの先端に存在している点である。そのため、ワイヤの先端は冷却されない。この溶滴は、完成した次の溶接プロセスに依存した電流／時間のプロファイルによって形成される。したがって、電流／時間のプロファイルは、熱入力も規制している。
【００１３】
変更段階の間、次の溶接プロセスに依存して溶接ワイヤを配置することによって、パルス溶接プロセス用の正確なアーク長をセットすることができ、短絡溶接プロセス用の短絡を作ることができる。
【００１４】
別の利点は、プロセスおよび極性が同時に変更されるように、変更段階に極性逆転処置を組み合わせられることである。
【００１５】
極性を逆転した後、変更段階の間に、溶接ワイヤの先端で、適合の後に直ちに続くパルス溶接プロセスのパルスによって引き離される溶滴を形成する手段によって、第１サイクルのグラウンド電流段階が変更段階で生じ、それ故に素早く変更できることが有利な方法で達成される。初めからすぐの所で高いプロセスの安定性を有することも利点である。
【００１６】
もし、少なくとも１つのパラメーターが、パルス溶接プロセスに変更後、開始値から最終値に変更されるならば、適切に狙いを定めた次のパルス溶接プロセスでのパルスパラメーターの適合を、バランスが取られたエネルギー状態に回復するために、ワイヤ先端の修正された温度プロファイルを弱めるように使用することができる。
【００１７】
このパラメーターは、例えば、パルス溶接プロセスの溶接電流、パルス幅、パルス周波数、またはワイヤ送給速度であってもよい。
【００１８】
極性を逆転する処置の前の変更段階において、短絡溶接プロセス用の短絡を作るために、溶接ワイヤの送給速度を変更してもよい。そして、溶滴を形成するために、溶接電流を適合させてもよい。それによって、短絡溶接プロセス用の溶接ワイヤの先端を適合させ、極性を逆転できるように短絡を作る。
【００１９】
さらに、本発明の目的は、溶接操作前に熱入力する上述の方法を達成する。本発明では、溶接操作を開始する前に、ワークピースへの熱入力が少なくとも１回の溶接プロセスの調整可能なサイクル数によって規制される間に開始段階が実行される。ここでの利点は、材料が溶接プロセスの前に、完全に予熱されている点である。なぜなら、サイクル数によって熱入力を正確に規制でき、かつ／または、材料に正確に適合するように熱入力を調整できるからである。結果として、長時間にわたって、ワークピースにエネルギーおよび／または熱がほとんど加えられない。
【００２０】
異なる極性のサイクルまたは異なる溶接プロセスをこれに使用してもよい。
【００２１】
異なる溶接プロセスのサイクルの間で変更するとき、上で特定したような溶接プロセスを変更する方法が望ましくは実行される。
【００２２】
さらにこれによって生じる利点は、既に説明された利点からも理解される。
【００２３】
本発明は、添付図面によってより詳細に説明され、全体説明に含まれる開示を、類似した方法で、同じ部分に同じ符号を付して参照する。さらに、示された例示の実施形態の特徴のみによって、個々の解決策を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】溶接装置の概略図。
【図２】パルス幅がパルス溶接プロセスの間に変更される、本発明にかかる変更段階および極性逆転処置を含む短絡溶接プロセスおよびパルス溶接プロセスを有する溶接操作での溶接電流および溶接ワイヤの移動速度の図式的な時間的経過を示す図。
【図３】本発明にかかる極性逆転処置を含む２つの短絡溶接プロセスを有する溶接操作での溶接電流および溶接ワイヤの移動速度の図式的な時間的経過を示す図。
【図４ａ】詳細図での極性逆転処置中の溶接電流および溶接ワイヤの移動速度の図式的な時間的経過を示す図。
【図４ｂ】詳細図での極性逆転処置中の溶接電流および溶接ワイヤの移動速度の図式的な時間的経過を示す図。
【図５】溶接電流のアンペア数がパルス溶接プロセスの間に変更される、本発明にかかる変更段階および極性逆転処置を含む短絡溶接プロセスおよびパルス溶接プロセスを有する溶接操作での溶接電流および溶接ワイヤの移動速度の図式的な時間的経過を示す図。
【図６】パルス周波数がパルス溶接プロセスの間に変更される、本発明にかかる変更段階および極性逆転処置を含む短絡溶接プロセスおよびパルス溶接プロセスを有する溶接操作での溶接電流および溶接ワイヤの移動速度の図式的な時間的経過を示す図。
【図７】移動速度がパルス溶接プロセスの間に変更される、本発明にかかる変更段階および極性逆転処置を含む短絡溶接プロセスおよびパルス溶接プロセスを有する溶接操作での溶接電流および溶接ワイヤの移動速度の図式的な時間的経過を示す図。
【図８】本発明にかかる開始段階を含む溶接操作の溶接電流の図式的な時間的経過を示す図。
【図９】本発明にかかる開始段階を含む溶接操作の溶接電流の別の図式的な時間的経過を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
導入として、例示の実施形態の同じ部分を示すために、同じ符号が使用されていることに留意されたい。
【００２６】
図１は、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接および／またはＴＩＧ溶接または電極溶接、二重ワイヤ／タンデム溶接操作、プラズマ操作、またはロウ付け／はんだ付け操作等のような多くの異なるプロセスおよび／または操作用の溶接装置１および／または溶接設備を示す。溶接装置１は、電力素子３が配置された電源２、制御ユニット４、およびスイッチング部材、制御弁等のような図示しない構成要素およびワイヤを備えている。制御ユニット４は、ガス５、特に、二酸化炭素、ヘリウム、またはアルゴン、および同類のもののようなシールドガスの供給ラインのガス貯蔵器６と（溶接）トーチ７の間に配置された制御弁に接続してもよい。
【００２７】
加えて、制御ユニット４は、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接で一般的であるように、ワイヤ送給ユニット８も制御するように使用し、追加の材料および／または溶接ワイヤ９を供給ロール１０および／またはワイヤコイルから供給ラインを介して溶接トーチ７の領域に供給してもよい。もちろん、図１に示したカート１２の上に配置された追加の装置と対照的に、先行技術から知られているように、ワイヤ送給ユニット８を溶接装置１、特に電源２のハウジング１１に一体化することは可能である。このことは、小型の溶接装置１として参照されている。ここで、ワイヤ送給ユニット８は溶接装置１の頂部に直接置くことも可能である。すなわち、電源２のハウジング１１は、カート１２を省くことができるように、ワイヤ送給ユニット８を受ける頂面に形成されている。さらに、ワイヤ送給ユニット８により、溶接トーチ７の外側で溶接ワイヤ９および／または追加の材料をプロセス部位に供給できる。その場合、ＴＩＧ溶接で一般的であるように、溶融していない電極は、望ましくは、溶接トーチ７の内部に配置されている。
【００２８】
アーク１３および／または作られたプラズマビームによってプロセス用の電気回路を作ることができるように、溶接されるワークピース１４が図示しない別の電位用の別の溶接ライン、特に戻りのリード線を介して電源２に連結され、アーク１３、特に電極および／または溶接ワイヤ９と、望ましくは、１つ以上の部分からなるワークピース１４の間の使用可能なアークを作る電流は、電源２の電力素子３から溶接トーチ７、特に電極および／または溶接ワイヤ９に、図示しない溶接ラインを介して供給される。内部アーク１３を有するトーチを使用するとき、図示しない両方の溶接ラインは、プラズマトーチの場合であってもよいが、適切な電気回路をトーチ内部で確立できるようにトーチにつながっている。
【００２９】
溶接トーチ７を冷却するために、溶接トーチ７を、冷却装置１５およびフローコントローラのような考えられる中間構成要素を介して、液体タンク、特にレベルインジケータ１７を有する水タンク１６に接続してもよい。溶接トーチ７の冷却を生じさせるために、冷却装置１５、特に、水タンク１６内部の液体用に使用される液体ポンプは、溶接トーチ７を起動して開始される。例示の実施形態に示されるように、冷却装置１５は、電源２を置く前にカート１２に配置されている。溶接設備の個々の構成要素、すなわち、電源２、ワイヤ送給ユニット８、および冷却装置１５は、それらが個々の突起および／または窪みを有するように形成されている。そのため、それらを積み重ねて頂部に安全に配置することができる。
【００３０】
溶接装置１、特に電源２は、溶接装置１の様々な溶接パラメーター全て、動作モード、溶接プログラムをセットし、かつ／または読み出し、表示する入力および／または出力装置１８をさらに備えている。入力および／または出力装置１８によってセットされた溶接パラメーター、動作モード、または溶接プログラムは、制御ユニット４に通信されている。制御ユニット４は、溶接設備の個々の構成要素および／または溶接装置１を作動させ、かつ／または、規制または制御する対応のセットポイントを規定する。ここで、溶接トーチ７が溶接トーチの入力および／または出力装置１８を備える場合、適切な溶接トーチ７を用いると、溶接トーチ７を介して手順のセッティングを実行することも可能である。この場合、溶接トーチ７は、望ましくは、溶接装置１、特に電源２またはワイヤ送給ユニット８に、データバス、特にシリアルデータバスを介して接続されている。溶接プロセスを開始するために、溶接トーチ７は、通常、図示されていない開始スイッチを備えている。そのため、開始スイッチを作動させることによってアーク１３を点火することができる。アーク１３の高い熱放射からユーザーを保護するために、溶接トーチ７に熱保護シールド２０を設けてもよい。
【００３１】
さらに、示された例示の実施形態では、溶接トーチ７は、溶接装置１および／または溶接設備にホースパック２１を介して連結されている。該ホースパック２１は、抗座屈手段２２によって溶接トーチ７に取り付けられている。ホースパック２１では、供給ラインおよび／または溶接ワイヤ９のライン、ガス５のライン、冷却回路のライン、データ送信のライン等のような個々のラインは、溶接装置１から溶接トーチ７に配置されている。一方、戻りのリード線は、望ましくは、電源２に単独で接続されている。ホースパック２１は、図示しないカップリング装置によって電源２またはワイヤ送給ユニット８に連結されている。一方、ホースパック２１内部の個々のラインは、抗座屈手段によって、溶接トーチ７に、または溶接トーチ７内部に取り付けられている。ホースパック２１に対する適切な張力緩和を保証するために、ホースパック２１を電源２やワイヤ送給ユニット８のハウジング１１に図示しない張力緩和装置を介して連結してもよい。
【００３２】
一般に、異なる溶接操作、および／またはＴＩＧ装置、ＭＩＧ／ＭＡＧ装置、またはプラズマ装置のような溶接装置１に対して、上述した全ての構成要素を使用し、かつ／または組み込まなければならないわけではないことに留意すべきである。例えば、溶接トーチ７を空冷の溶接トーチ７のように形成することも考えられる。そうすると、例えば、冷却装置１５を省いてもよい。結果として、溶接装置１は、少なくとも電源２、ワイヤ送給ユニット８、および冷却装置１５によって形成されていると言える。これらも、共通ハウジング１１に配置することができる。さらに、ワイヤ送給ユニット８の引き込み保護物２３またはガス貯蔵器６等のホルダー２５上の任意のキャリア２４のような追加的な部品および／または構成要素を配置し、かつ／または含めることは可能である。交流（ＡＣ）溶接と呼ばれる操作用に設計された溶接装置１は、インバータモジュール３７をさらに備えている。これにより、溶接電流Ｉの極性を変更できる。インバータモジュール３７は、ハウジング１１に一体化してもよいし、インバータモジュール３７自身のハウジングを有してもよい。この場合、インバータモジュールのハウジングは、望ましくは、冷却装置１５とハウジング１１の間に配置されている。
【００３３】
したがって、前記溶接装置１は、異なる溶接プロセスを実行するように設計されている。このことは、例えば、正極性を有する溶接プロセスおよび負極性を有する溶接プロセスが周期的に交互に入れ替わる方法で、各溶接プロセスの少なくとも１サイクルが実行され、少なくとも２つの溶接プロセスを溶接操作中に組み合わせてもよいことを意味する。この場合、溶接プロセスの変更は、短絡で達成される。
【００３４】
本発明によれば、溶接ワイヤ９は溶融池にターゲットされ、溶接ワイヤ９の先端が変更段階３０の間に適合され、パルス溶接プロセス２６の少なくとも１つのパラメーターが開始値から最終値に変更され、かつ／または開始段階３１が溶接プロセスの前に実行されるということが提供される。このようにして、薄い金属シートに対する低い熱入力および高い溶着速度を同時に達成する要件を満たすことができる。このため、溶接プロセスの変更は、溶接ワイヤ９の前進および後退する動きにリンクされる。
【００３５】
本発明は、図２〜９を参照して、以下で説明される。
【００３６】
概要を説明するために、本発明または少なくとも個々の発明の一部分を適用した２つのプロセスの異なるものが図２および３に示されている。図２は、パルス溶接プロセス２６またはスプレーアーク溶接プロセスと負のＣＭＴプロセス２７（短絡溶接プロセス）とを組み合わせたものを示す。一方、図３は、正のＣＭＴプロセス２８（短絡溶接プロセス）と負のＣＭＴプロセス２７、すなわち２つの短絡溶接プロセスを組み合わせたものを示す。基本的に、パルス溶接プロセス２６および正のＣＭＴプロセス２８は、正極性を有している。一方、負のＣＭＴプロセス２７は、溶接電流Ｉの負極性を示す。それぞれの極性変更において、溶接ワイヤ９の極性は変更される。そのプロセスでは、正の極性は、ワークピース１４の表面に作用するアーク１３の追加の洗浄効果とともに、ワークピース１４への熱入力に関与している。さらに、ピンチ（pinch）力として知られる力が生じ、例えばパルス溶接プロセス２６の溶滴の離脱を引き起こす。反対に、負の極性は、熱入力に関連した溶着速度の程度に関与している。結果として、実質的に、フローラインが低密度であるために溶滴を自動的に引き離すピンチ力が生じないので、溶接ワイヤ９の先端での溶滴のサイズを大幅に増加させることができる。
【００３７】
したがって、図２によれば、パルス溶接プロセス２６および負のＣＭＴプロセス２７は、望ましくは、図示された溶接電流Ｉおよび溶接ワイヤ９の移動速度ｖｄの経過の一部を有して周期的に交互に入れ替わる。したがって、溶接プロセスおよび極性は、短絡では常に一緒に変更している。十分に高いプロセスの安定性および必要とされる熱入力によってこれを達成するために、変更は、極性逆転処置２９および変更段階３０によってなされる。これに対する特別な理由は、パルスから短絡への溶接プロセスと極性の両方が変更されていることである。極性逆転処置２９では、溶接ワイヤ９は、望ましくは、溶融池にターゲットされる一方で、変更段階３０では、溶接ワイヤ９の先端が適合されている。この場合、パルス溶接プロセス２６のパラメーターも開始値から最終値に変更してもよい。そして、開始段階３１を溶接プロセスの前に実行してもよい。
【００３８】
図３によれば、正のＣＭＴプロセス２８および負のＣＭＴプロセス２７は、望ましくは、図示された溶接電流Ｉおよび溶接ワイヤ９の移動速度ｖｄの経過の一部分を有して周期的に交互に入れ替わる。再び、溶接プロセスおよび極性の両方が変更される。しかしながら、ここでは、変更が反対の極性を有する２つの短絡溶接プロセスの間で生じるので、変更段階３０は必要とされていない。上述したように、溶接ワイヤ９は、望ましくは、極性逆転処置２９で溶融池にターゲットされ、かつ／または溶接ワイヤ９の移動は停止される。この場合、開始段階３１も溶接プロセスの前に実行してもよい。
【００３９】
基本的に、図２および３に対して必要とされるセッティングは溶接装置１に記憶されていると言える。このことは、もし、溶接者がいわゆる特徴的なカーブを選択し、該特徴的なカーブにワーキングポイントを置くならば、本発明にかかる方法は、自動的に実行される。もちろん、溶接者が、アプリケーションに適合する個々の溶接プロセスのサイクル数を調整することもできる。そのため、必要とされる熱入力を柔軟な方法でセットすることができる。ダイアグラムによれば、溶接ワイヤ９の移動速度ｖｄの方向は、溶接ワイヤ９を後方に、すなわちワークピース１４から離れる方向に移動させることによって、短絡中に変更される。
【００４０】
本発明の個々の部分は、以下で詳細に説明する。個々の溶接プロセスは、それらが先行技術から知られているので、詳細に説明しない。
【００４１】
図４ａおよび４ｂは、極性逆転処置２９すなわち極性の変更がどのように実行されるかについて詳細に示す。時間ｔ１の点に至るまで、正のＣＭＴプロセス２８またはパルス溶接プロセス２６のような先行技術から知られる正極性を有する溶接プロセスが実行され、時間ｔ１の点で溶接ワイヤ９とワークピース１４の間に短絡が検出される。本発明によれば、時間ｔ１の点からずっと、溶接ワイヤ９は、（例えば、約１ミリ秒までの範囲の）規定された継続期間３２の間さらに移動するだろう。そのため、溶接ワイヤ９は、溶融池の中により深く沈む。これは、例えば約２０ｍ／分から４０ｍ／分の範囲の移動速度ｖｄでなされ、溶滴が付着した溶接ワイヤ９の先端が、規定された長さまで溶融池の中に沈むことを達成する。この間、溶融池の下方のワークピース１４の材料は、つっかえつっかえ進むことを回避しプロセスの安定性を保証するために接触されない。結果的に、この継続期間３２は、溶接ワイヤ９の送給機のモータによって引き起こされる遅延を含む。それゆえに、継続期間３２内での水平方向の前進が、前記さらなる移動に対応する一方で、降下は、遅延の移動速度ｖｄに対応する。このことは、溶接ワイヤ９の移動が時間ｔ２の点で、すなわち継続期間３２が終了した後に停止されることを保証する。しかしながら、このことは、極性逆転処置２９のための短絡が安全に提供されていることも意味する。極性逆転処置２９では、溶接電流Ｉの極性を、それ相応に変更しなければならない。示されるように、極性は、正の極性から負のＣＭＴプロセス２７のような負の極性に逆転される。この電流変更の速度は、溶接電流回路の変更可能な長さから生じるインダクタンスによって影響される。それゆえに、極性逆転処置２９の継続期間は変わる。最初に、時間ｔ１の点と時間ｔ３の点の間で、溶接電流Ｉは短絡で閾値３３に下げられる。それに応じて、極性の変更がインバータモジュール３７のハードウェアによって達成することができるように、この（例えば約３０アンペアから１７０アンペアまでの範囲の）閾値３３は規定されている。その結果として、もし、溶接電流Ｉが時間ｔ１の点で閾値３３よりも上であれば、溶接電流Ｉを、時間ｔ３の点で見られるように、閾値３３に下げなければならない。この低下のための継続期間は、溶接電流回路のインダクタンスに依存している。実質的に、時間ｔ３の点での極性の変更は、インバータモジュール３７によって達成される。極性を変更した後、電流Ｉは、時間ｔ３の点と時間ｔ４の点の間で溶接電流回路のインダクタンスに依存して閾値３４に上昇する。したがって、図４ａに記載の溶接ワイヤ９の移動速度ｖｄは、短絡が完全なまま残るように時間ｔ３の点と時間ｔ４の点の間で停止したままである。この（例えば約１２０アンペアの範囲の）閾値３４は、溶接ワイヤ９の先端が適切に予熱され、短絡の切断が開始されるように、特徴的なカーブに依存して規定される。このことは、主に、次の溶接プロセスの実行領域およびワークピース１４の材料に依存する。その結果として、図４ａによれば、閾値３４の到達は、短絡の切断が溶接ワイヤ９の逆方向の移動によって開始されるまで待たれる。その後、次の溶接プロセスは、短絡の切断によって開始される。このことは、時間ｔ４の点の場合と同様に、極性逆転処置２９の前、すなわち、極性が変更され、かつ／または電流変更が実行される前に、短絡の切断が開始されてはならないことを意味する。このようにして、短絡は、時間ｔ１の点から時間ｔ４の点までの極性逆転処置２９の間保証されている。図４ａによれば、これは、時間ｔ１の点と時間ｔ２の点の間で、溶接ワイヤ９を溶融池の中にターゲットすること、および時間ｔ２の点から時間ｔ４の点まで溶接ワイヤ９の移動を停止させることによって達成される。時間ｔ４の点では、短絡の切断は、溶接ワイヤ９を後方に、すなわちワークピース１４から離れる方向に移動させることによってそれ相応に開始され、その後対応のアーク１３を点火する。その結果として、極性逆転処置２９の後に予定された次の溶接プロセスを実行することができる。
【００４２】
図４ａによれば、溶接ワイヤ９の移動は、時間ｔ２の点から時間ｔ４の点まで停止する。類似の方法では、図４ｂによれば、時間ｔ２の点と時間ｔ４の点が一致するとき、停止は必要とされない。この場合、溶接ワイヤ９の移動方向はより長期間の間、溶接ワイヤ９を停止させることなく逆転される。しかしながら、溶接電流が閾値３３および閾値３４に到達し、かつ／または閾値３３および閾値３４より低いかどうかについて、チェックが時間ｔ２の点で実行されることにも留意されたい。この場合、移動方向は、実質的に時間ｔ２の点で逆転される（図４ｂ）。そうでない場合、溶接ワイヤ９の移動は停止され、装置は、閾値３３および閾値３４に到達するのを待つ（図４ａ）。このことは、溶接ワイヤ９が閾値３４に依存して停止されることを述べることによってまとめられる。すなわち、閾値３４に到達するか、または溶接ワイヤ９の移動方向を逆転するかのいずれかまでである。
【００４３】
本発明、図４ａおよび４ｂによれば、溶接ワイヤ９は、時間ｔ１の点と時間ｔ２の点の間で溶融池の中に沈む。その結果として、これらの時点間の期間および移動速度ｖｄは溶接ワイヤがどのぐらい深く沈むかを決定する。沈む深さは、主に、材料、ワークピース１４の材料の厚さ、必要とされ望まれた溶接ビード、溶融池の粘性、極性および極性逆転処置２９の前に実行された溶接プロセスの極性および実行領域（特に溶融池の振動は、これに依存する）に依存している。このようにして、沈む深さは、特徴的なカーブと同期し、アプリケーションに適合するようになっている。ここで、極性は、溶接ワイヤ９の先端での溶滴のサイズに影響する。沈む間、この溶滴は表面張力によって引き離され、理想的な極性逆転処置２９を実行するために、短絡を切断してはならない。その結果として、沈む深さは、極性逆転処置２９の前に実施される溶接プロセスに実質的に適合される。
【００４４】
しかしながら、極性逆転処置２９は、溶接プロセスのみが短絡で変更される、すなわち極性が同じままであるときを含めてもよい。この場合、溶接プロセスを変更するときに信頼性のある短絡が保証されるように、溶接ワイヤ９は、実質的に溶融池により深く沈み、かつ／または溶接ワイヤ９の移動は停止される。例えば、パルス溶接プロセス２６から正のＣＭＴプロセス２８に変更するときにこれを使用してもよい。もちろん、この極性逆転処置２９も、逆方向で実行してもよい。
【００４５】
図２および５〜７を参照して、変更段階３０およびパルス溶接２６のパラメーターの開始値から最終値への変更を詳細に説明する。この接続では、変更段階３０は、実質的に、パルス溶接プロセス２６に負のＣＭＴプロセス２７または正のＣＭＴプロセス２８のような短絡溶接プロセスを組み合わせるために使用される。変更段階３０は、極性逆転処置２９において、溶接ワイヤ９が溶融池にターゲットされ、かつ／または、該当する場合、変更段階３０で溶接ワイヤ９の先端を調整するために溶接ワイヤ９の移動が停止されるように、それ相応に極性逆転処置２９に連結されている。溶接ワイヤ９の移動をどのように停止するか、および溶接ワイヤ９の溶融池の中への沈降についての説明は、図４ａおよび４ｂの記載に見つけることができる。パルスと短絡の間の溶接プロセスおよび極性の両方が変更されているので、溶接ワイヤ９の先端の適合は必要とされる。特に、溶接ワイヤ９の先端の溶滴、熱入力、および／またはアーク長は、調節されている。溶接プロセスは、通常、周期的に切り替えられるので、実施される溶接プロセスおよび次の溶接プロセスに依存して必要とされる適合を実行するのに２つの変更段階３０が必要とされる。このことは、実質的に、変更段階３０がパルス溶接プロセス２６を短絡溶接プロセスから切り離すことも意味する。極性逆転処置の後、短絡溶接プロセスからパルス溶接プロセス２６への第１変更段階３０ａが必要とされる。この第１変更段階３０ａは、実質的に極性逆転処置２９の時間ｔ４の点で、すなわちアーク１３とともに開始する。極性逆転処置２９の前には、パルス溶接プロセス２６から短絡溶接プロセスへの第２変更段階３０ｂが必要とされる。第２変更段階３０ｂの終わりに、短絡が、極性逆転処置２９とともに適切に開始される。
【００４６】
図２によれば、このことは、負のＣＭＴプロセス２７からパルス溶接プロセス２６への変更が第１変更段階３０ａで生じることを意味する。負のＣＭＴプロセス２７では、アーク１３は、極めて安定した方法でワイヤ先端を包囲し、ワイヤ先端を高温に加熱する。もし、短絡でパルス溶接プロセス２６への変更が変更段階３０なしに生じるならば、初めに、必要とされるよりはるかに多いエネルギーが溶滴の短絡のない離脱に利用可能である。これにより、溶接スパッタが溶滴とともに引き離される。これを回避するために、第１変更段階３０ａは、極性逆転処置２９の後に続いている。実質的に、それは、負のＣＭＴプロセス２７で高温に加熱されたワイヤ先端から溶滴を形成する電流パルスを有している。加えて、この変更段階３０ａでは、溶接ワイヤ９は、引き戻され、かつ／またはパルス溶接プロセス２６用のアーク長にセットするのに十分に遠い溶融池の外に配置されている。この適合のために、変更段階３０ａは、例えば約１ミリ秒から１５ミリ秒の範囲の適切な継続期間を必要とする。
【００４７】
したがって、パルス電流のアンペア数は、形成された溶滴が必要とされるサイズを有するように、この継続期間に適合されている。ここでのアンペア数は、例えば、約２０アンペアから１７０アンペアの範囲であり、パルス溶接プロセス２６のサイクルが約５００ヘルツ以下の周波数で繰り返され、かつ、パルスのアンペア数が約２００アンペアから３００アンペアまでの範囲である。溶滴は、実質的に、第１変更段階３０ａの後、直ちに続くパルス溶接プロセス２６のパルスによって引き離される。その結果として、第１変更段階３０ａは、実質的に、パルス溶接プロセス２６の第１サイクルの基礎電流段階に置き換わる。第１変更段階３０ａの継続期間が温度に適合させるのに十分でないならば、該当する場合、パルス溶接プロセス２６の少なくとも１つのパラメーターを、低い開始値からより高い最終値に変更してもよい。このことは、変更段階３０ａに続くサイクルにおいて、対応する最終値に到達するまで、開始値で開始するパルスのパルス幅の段階的な調整（図２）、パルスのアンペア数および／またはグラウンド電流（図５）、パルスの周波数（図６）、および／または、溶接ワイヤ９の移動速度ｖｄの連続的かつ／または段階的な適合（図７）は影響されるだろう。これによれば、熱入力は、徐々に増加するだろう。
【００４８】
第２変更段階３０ｂでは、パルス溶接プロセス２６から負のＣＭＴプロセス２７への変更がなされる。パルス溶接プロセス２６では、特に、一定のパルスアンペア数およびパルス幅が、パルスの周波数に依存したピンチ効果を介して最適な溶滴の離脱を達成するために必要とされる。これに対する重要な要因は、とりわけ、溶接ワイヤ９の移動速度ｖｄの調整、溶接ワイヤ９の直径、シールドガス５、および／またはアーク長である。したがって、このことは、パルス溶接プロセス２６に対して理想的なワイヤ先端の一定した温度につながる。もし、負のＣＭＴプロセス２７への変更が、規定されたサイクル数、および／または刻み幅のパルス溶接プロセス２６の後に起こるならば、この溶接プロセスに適合された温度が必要とされる。この温度は、パルス溶接プロセス２６の間よりも適切に低く、極性逆転処置２９の前に起こる第２変更段階３０ｂでセットされる。この第２変更段階３０ｂでは、溶融池で短絡によって引き離された溶滴が電流パルスとともに形成される。短絡を達成するために、溶接ワイヤ９の移動速度ｖｄは、例えば２０メートル／分以下の範囲で第２変更段階３０ｂでそれ相応に変更される。示されたように、この速度は、例えば変更、すなわち実施されたパルス溶接プロセス２６の実行領域に依存した増加または減少によって増加してもよい。それゆえに、第２変更段階３０ｂは、短絡を生じさせて終了することができる。そして、図４ａおよび４ｂに記載の極性逆転処置２９を実行することができる。さらに、第２変更段階３０ｂは、負のＣＭＴプロセス２７用の溶接ワイヤ９の温度、移動速度等に適合させるための一定量の時間を必要とする。
【００４９】
基本的に、溶接操作は、極性逆転処置２９および／または変更段階３０が常に短絡を有して繋げられるので、溶接プロセスを変更するときに極性逆転処置２９および／または変更段階３０によって阻止されない。その結果として、平均すると、常に高い溶着速度を有する一定の熱入力が溶接操作中に生じる。
【００５０】
実質的に、説明したことは、正のＣＭＴプロセス２８とパルス溶接プロセス２６の間の周期的な変更にも適用する。主な違いは、第１変更段階３０ａの後、すなわち正のＣＭＴプロセス２８からパルス溶接プロセス２６に変更する間に、パルス溶接プロセスの少なくとも１つのパラメーターが高い開始値からより低い最終値に変更される点である。したがって、熱入力は減少する。
【００５１】
本発明によれば、溶接ワイヤ９の低い熱入力および高い溶着速度が、溶接プロセスの間に同時に達成される。これに対する必須条件は、アルミニウムやアルミニウム合金のような材料を実質的に予熱する予熱ゾーンである。溶接プロセスが以前に実施されておらず、それ故に、材料および／またはワークピース１４への熱入力が生じていないので、これは、溶接プロセスの開始時に最も重要である。溶接プロセスの初めの熱入力は、主に材料および埋められるギャップに依存している。そのため、調整可能な熱入力が必要とされる。本発明によれば、これは、溶接プロセスの前の開始段階３１で熱入力を規制することによって解決される。このため、サイクル数は、柔軟な方法で調整できる。ここでのサイクルは、望ましくは、溶接プロセス中にもそれ相応に組み合わされるパルス溶接プロセス２６、負のＣＭＴプロセス２７、および／または正のＣＭＴプロセス２８のサイクルに対応する。それゆえに、正および負のサイクルの割合をセットすることによって、熱入力を開始段階３１で規制することができる。しかしながら、基本的に、サイクルの割合は、溶接プロセスのサイクルの割合から独立している。熱入力の規制に関して、１サイクルの正の極性（正のＣＭＴプロセス２８および／またはパルス溶接プロセス２６）は、１サイクルの負の極性（負のＣＭＴプロセス２７）よりも多くの熱を加える。その結果として、必要とされる加熱ゾーンは、最適な溶接プロセスを実施できるように、溶接プロセスの初めにも存在している。
【００５２】
開始段階３１の例は、図８および９に示されている。ここでは、最初に、アーク１３が点火段階３５で点火され、その後、熱がホットスタート段階３６と呼ばれる段階でスプレーアークによって、ワークピースに素早く加えられる一方で、熱入力は、後に続く開始段階３１で溶接プロセスに適合される点を見ることができる。それゆえに、ワークピース１４の材料が溶融してなくならずに、理想的な溶接結果が達成されるように、開始段階３１までに制御された方法で熱入力を増加させる。開始段階３１は、規定された数の正のサイクル（図８）または交互に入れ替わる正および負のサイクル（図９）を含んでいてもよい。望ましくは、開始段階３１は、溶接プロセスの第１サイクルに対して反対の極性を有するサイクルで終了すべきである。このようにして、ほぼ一定の熱入力が保証される。開始段階３１の規定は、例えば溶接者によって溶接装置１の制御パネルでセットされる。同様に、ユーザーは、ホットスタート段階３６を実行するかどうかを制御パネルで選択することができる。したがって、ホットスタート段階３６は、溶接されるワークピース１４のために必要とされるときのみ含まれる。開始段階３１で規定された数のサイクルが実行された後、溶接プロセスが対応する方法で実施される。
【００５３】
溶接操作を実行するために、ユーザーは、望ましくは、本発明にかかる方法が記憶された特徴的なカーブを選択する。それに応じて、特徴的なカーブの全てのパラメーターは、アプリケーションおよびその実行領域に適合するようになっている。しかしながら、もちろん、ユーザーが、本発明にかかる方法を手動でセットするか、または関連の記憶されたパラメーターを変更することも可能である。同様の方法で、ユーザーがサイクル数をセットすることも可能である。例えば、開始段階３１に１０サイクルを使用してもよいし、溶接プロセスに６０サイクルを使用してもよい。アプリケーションによれば、特に、必要とされる熱入力および溶着速度が達成されるように、適切な溶接プロセスが自動的に選択される。
【符号の説明】
【００５４】
１  溶接装置
２  電源
３  電力素子
４  制御ユニット
５  ガス
６  ガス貯蔵器
７  溶接トーチ
８  ワイヤ送給ユニット
９  溶接ワイヤ
１０  供給ロール
１１  ハウジング
１２  カート
１３  アーク
１４  ワークピース
１５  冷却装置
１６  水タンク
１７  レベルインジケータ
１８  入力および／または出力装置
２０  熱保護シールド
２１  ホースパック
２２  抗座屈手段
２３  引き込み保護物
２４  キャリア
２５  ホルダー
２６  パルス溶接プロセス
２７  負のＣＭＴプロセス
２８  正のＣＭＴプロセス
２９  極性逆転処置
３０  変更段階
３０ａ  第１変更段階
３０ｂ  第２変更段階
３１  開始段階
３２  継続期間
３３  閾値
３４  閾値
３５  点火段階
３６  ホットスタート段階
３７  インバータモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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