(57)【要約】      （修正有）【課題】アーク干渉及びアークブローを最小限化すると同時に、溶接作業の進行速度及び処理量を増大させる溶接システムを提供する。【解決手段】電極１１１を溶解させて溶接継手にするようパルス化溶接波形を出力する溶接電源１０１と、溶接継手の少なくとも一部を溶解させるようパルス化加熱信号を出力する発熱電源１０３とを含み、パルス化溶接波形は、複数のピーク電流部分と、複数のバックグラウンド電流部分とを有し、パルス化加熱信号は、複数のピーク電流部分を有し、パルス化加熱信号の各々のピーク電流部分の少なくとも一部が、パルス化溶接波形のピーク電流部分の間に起こらないよう、溶接電源及び発熱電源の少なくとも一方が、システムコントローラ１０５によって、パルス化加熱信号とパルス化溶接波形との位相が外れるように制御される。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
電極を溶解させて溶接継手にするようパルス化溶接波形を出力する溶接電源と、
前記溶接継手の少なくとも一部を溶解させるようパルス化加熱信号を出力する発熱電源とを含み、
前記パルス化溶接波形は、複数のピーク電流部分と、複数のバックグラウンド電流部分とを有し、
前記パルス化加熱信号は、複数のピーク電流部分を有し、
前記パルス化加熱信号の前記ピーク電流部分の各々のピーク電流部分の少なくとも一部が、前記パルス化溶接波形の前記ピーク電流部分の間に起こらないよう、前記溶接電源及び前記発熱電源のうちの少なくとも一方は、前記パルス化加熱信号が前記パルス化溶接波形と位相が外れるように制御される、
溶接システム。
【請求項２】
前記パルス化溶接波形及び前記パルス化加熱信号のうちの少なくとも一方は、ＡＣ信号であり、或いは前記パルス化加熱信号及び前記パルス化溶接波形の各々は、ＡＣである、請求項１に記載の溶接システム。
【請求項３】
前記パルス化加熱信号の前記ピーク電流部分の各々のピーク電流部分のいずれの部分も、前記パルス化溶接波形の前記ピーク電流部分の間に起こらない、請求項１又は２に記載の溶接システム。
【請求項４】
前記パルス化加熱信号の前記ピーク電流部分の各々のピーク電流部分の継続期間は、前記パルス化溶接波形の前記バックグラウンド電流部分の各々のバックグラウンド電流部分よりも少ない、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の溶接システム。
【請求項５】
前記溶接電源及び前記発熱電源のうちの少なくとも一方は、前記電極と前記溶接継手との間の短絡を検出し、該短絡の検出後、前記発熱電源は、前記パルス化加熱信号を制御して、前記短絡を除去するピーク電流を有する短絡除去パルスを創り出す、請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の溶接システム。
【請求項６】
前記短絡除去パルスの前記ピーク電流は、前記短絡の検出後に前記溶接電源（１０１）によって開始させられる短絡除去パルスの完了の前に完了させられる、請求項５に記載の溶接システム。
【請求項７】
前記発熱電源は、ＴＩＧ溶接電源又はプラズマ発生電源である、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の溶接システム。
【請求項８】
前記パルス化加熱信号の前記ピーク電流部分の一部は、第１の極性を有し、前記パルス化加熱信号の前記ピーク電流部分の他は、第２の極性を有し、前記パルス化加熱信号は、前記第１の極性を備える前記ピーク電流部分が前記パルス化溶接波形の前記バックグラウンド電流部分の各々のバックグラウンド電流部分の少なくとも一部とオーバーラップするように制御される、請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の溶接システム。
【請求項９】
前記溶接電源及び前記発熱電源のうちの少なくとも一方は、前記パルス化加熱信号が１〜３５９度の範囲内の位相角だけ前記パルス化溶接波形と位相が外れるように制御され、前記位相角は、前記パルス化溶接波形の前記ピーク電流部分の開始と前記パルス化加熱信号の前記ピーク電流部分の開始との間で測定される、請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載の溶接システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案のシステム及び方法は、溶接及び接合に関し、より具体的には、ＴＩＧ／プラズマ溶接を用いる同期ハイブリッドガスメタルアーク溶接に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接における進歩が起こるに応じて、溶接処理量に対する要求は増大する。このために、溶接作業の速さを増大させるよう、それらの夫々の溶接電流を同じ溶接作業に向ける多数の溶接電源を用いるシステムを含む、様々のシステムが開発されている。これらのシステムは溶接作業の速さ又は溶着速度を増大させ得るが、多数の電源によって創り出される異なる溶接アークは互いに干渉し合い、溶接中にアークブロー及び他の問題を引き起こし得る。アーク干渉に対処する１つの方法は、磁石の使用を通じて行われる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、そのようなシステムを操作し且つ組立てることは問題を孕む。よって、改良されたシステムが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本考案の例示的な実施態様は、電極を溶解させて溶接継手にするようパルス化溶接波形を出力する溶接電源、例えば、ＧＭＡＷ電源を有し、パルス化溶接波形は、複数のピーク電流部分と、複数のバックグラウンド電流部分とを有する、溶接システム及び方法を含む。システムは、溶接継手の少なくとも一部を溶解させるようパルス化加熱信号を出力する発熱電源、例えば、ＴＩＧ／プラズマ電源も有し、パルス化加熱信号は、複数のピーク電流部分と、複数の非ピーク電流部分とを有する。パルス化加熱信号のピーク電流部分の各々のピーク電流部分がパルス化溶接波形のピーク電流部分の間に起こらないよう、溶接電源及び発熱電源のうちの少なくとも一方は、パルス化加熱信号がパルス化溶接波形と位相が外れるように制御される。本考案の更なる実施態様、特徴、及び目的は、本記載、請求項、及び図面から推断される。
【０００５】
添付の図面を参照して本考案の詳細な例示的な実施態様を記載することによって、本考案の上記の及び／又は他の特徴はより明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本考案に従った溶接システムの例示的な実施態様を示す概略図である。
【図２】本考案に従った実施態様において用いられる例示的な溶接波形を示す概略図である。
【図３Ａ】本考案の実施態様において用いられる他の例示的な溶接波形を示す概略図である。
【図３Ｂ】本考案の実施態様において用いられる他の例示的な溶接波形を示す概略図である。
【図３Ｃ】本考案の実施態様において用いられる他の例示的な溶接波形を示す概略図である。
【図３Ｄ】本考案の実施態様において用いられる他の例示的な溶接波形を示す概略図である。
【図３Ｅ】本考案の実施態様において用いられる他の例示的な溶接波形を示す概略図である。
【図４】本考案の例示的な溶接作業を示す概略図である。
【図５】例示的な溶接継手を示す概略図である。
【図６】本考案の他の実施態様に従った他の例示的な溶接システム及び操作を示す概略図である。
【図７】本考案の実施態様において用いられる他の溶接波形を示す概略図である。
【図８】本考案の溶接システムの他の例示的な実施態様を示す概略図である。
【考案を実施するための形態】
【０００７】
次に、添付の図面を参照して、本考案の例示的な実施態様を以下に記載する。記載する例示的な実施態様は、本考案の理解を助けることを意図し、本考案の範囲を如何様にも限定することを意図しない。図面を通じて、同等の参照番号は、同等の素子を指している。
【０００８】
図１は、本考案の例示的な実施態様に従った溶接システム１００を描写している。システム１００は、ここではＧＭＡＷ溶接電源１０１として例示的に描写される溶接電源と、ここではＴＩＧ／プラズマ電源１０３として例示的に描写される発熱電源とを含む。ＧＭＡＷ電源１０１は、ガスメタルアーク溶接作業を行い得る任意の種類の溶接電源であり得る。代替的に、本考案の範囲から逸脱することなく、ＧＭＡＷ電源１０１は、ＦＣＡＷ又はＭＣＡＷ溶接電源でもあってもよい。ここでの「電源」又は「ＧＭＡＷ電源」への言及は、これらの他の種類の電源、又は本考案の実施態様に従って用い得る他の種類の溶接作業を含む、これらの種類の溶接作業の全部、一部、若しくは任意の１つを行い得る電源を含むことを意図する。発熱機又はＴＩＧ／プラズマ電源１０３は、非消耗接触先端１１７とワークピースＷとの間でプラズマ又はアークを発生させる任意の種類の電源であり得る。そのような電源は概ね知られており、ここでは詳細な記載は不要である。
【０００９】
ＧＭＡＷ電源１０１は、リード線を介して、ワイヤ給送機構１０７に結合され、ワイヤ給送機構１０７は、溶接ワイヤ／電極１１１を源１０９から溶接トーチ１１３に送り、ワークピースＷを溶接する。電源１０１からの溶接電流は、リード線（図示せず）を介して、ワイヤ給送機構１０７からトーチ１１３に送られる。ワークピースＷを溶接するためにワイヤ１１１を用いるよう、電源１０１は、パルス化された溶接波形をトーチに提供する。パルス化された溶接波形は、ＤＣ又はＡＣパルス溶接波形であり得る。両方の種類を本考案と共に用い得るからである。
【００１０】
溶接システム１００は、電源１０１及び１０３の各々に結合されるシステムコントローラ１０５も含む。システムコントローラ１０５は、それらの夫々の電流波形が以下に更に記載するように制御されるよう、電源１０１，１０３の各々の間の連絡を容易化する。図１において、システムコントローラ１０５は別個の構成部品として示されているが、本考案の実施態様はこの点において限定されない。何故ならば、システムコントローラ１０５を電源１０１／１０３の一方の制御エレクトロニクスと一体的に作製し得るからである。具体的には、システムをマスタ−スレーブ関係において構成し得る。その場合、電源の一方（例えば電源１０１）は、スレーブ電源（例えばＴＩＧ／プラズマ電源１０３）の操作を制御する、マスタ電源であり得る。マスタ−スレーブ関係及び構成は、概ね知られている。そのような電源の実施例は、オハイオ州クリーブランドのThe  Lincoln  Electric  Companyによって製造されているPower  Wave（登録商標）ＡＣ／ＤＣ電源である。他の種類の電源を利用し得るのは勿論である。溶接プロセスの制御を多数の方法において達成し得る。例えば、電源１０１は、ピークやバックグラウンド等のような電源１０１の溶接波形の状態を、（直接的に又はコントローラ１０５を介して）電源１０３に実時間において連絡し得る。そして、その連絡される情報に基づき、電源１０３はその独自の波形を制御する。他の例示的な実施態様において、電源の一方（例えば電源１０１）又はコントローラ１０５は、並列の状態表がＴＩＧ／プラズマ電源１０３の制御のために存在するよう、状態表管理方法論を利用する。そのような実施態様において、ＧＭＡＷ電源１０１の状態表は、溶接作業からの如何なる必要とされるフィードバックをも用いて、電源１０１の出力を制御する。次に、その作業フィードバックは、電源１０３の動作を制御する並列の状態表とも共有される。２つの状態表が互いに並行して動き、夫々の電源を制御するためにフィードバックのような資源を共有する。
【００１１】
本考案の例示的な実施態様において、溶接出力がバックグラウンド又はピークのような所定のレベルにあり且つ電源１０３の動作がパルス化論理信号と同期させられるとき、電源１０１はパルス論理（ロジック）を出力する。例えば、ＴＩＧ／プラズマパルスのパルシングを制御するために、プラズマ／ＴＩＧパルスをパルス化論理信号と同期させ得る。例示的な実施態様では、電源１０１（又はコントローラ１０５）内の状態表によってパルス化論理信号を出力し得る。そして、状態表論理によって制御されるデジタル出力ビットフラグを同期させるためにパルス化論理信号を使用する。
【００１２】
更なる例示的な実施態様では、所望のパルス速度に設定される（外部信号生成器であり得るし或いは電源１０１、コントローラ１０５、又は電源１０３のいずれかの内部にあり得る）信号生成器が利用される。次に、電源１０１及び電源１０３の各々の電源の出力をそのパルス速度と同期させ得る。他の例示的な実施態様では、電源１０３出力を同期パルス速度からの遅延（即ち、位相角遅延）で同期させ得る。
【００１３】
一層更なる実施対応では、電源１０１の出力を制御するために状態表を利用し得るし、電源１０３の出力を制御するために別個の並行した状態表を利用し得る。コントローラ１０５は状態表の一方又は両方を含み得るし、或いは状態表を電源１０１及び１０３の一方又は両方に記憶させ得る。そのような実施態様において、それらの電源の各々の電源の出力は、様々の入力／フィードバック条件に基づく応答及び所望の所定の性能に基づき、状態表を介して制御される。
【００１４】
溶接中、ＴＩＧ／プラズマ電源１０３のトーチ１１５は、溶接トーチ１１３及び１１５が同じ溶接パッドル内で操作されるよう、トーチ１１３に隣接して位置付けられる。これは図４に概ね示されており、それを以下で更に議論する。
【００１５】
また、溶接中、ＴＩＧ／プラズマ電源１０３は、パルス化波形を電極１１７に提供し、電極１１７のための波形はパルス化され、ＧＭＡＷ電源１０１によって提供される溶接波形と同期させられる。
【００１６】
図２及び３Ａ／Ｂは、本考案の例示的な実施態様によって用いられる異なる溶接波形を描写している。図２は、ＧＭＡＷ電源１０１によって提供される溶接波形２０１と、ＴＩＧ／プラズマ電源１０３によって提供されるパルス化波形２０３とを描写している。溶接波形２０１は、ピーク及びバックグラウンド電流を有するパルス化波形であり、パルス電流は、継続期間Ｔ１を有し、バックグラウンド電流は、持続期間Ｔ２に亘って提供される。図示されるパルス化波形２０１は、ＤＣ波形であるが、ＡＣパルス化波形も利用し得る。パルス化ＴＩＧ／プラズマ波形２０３も、図示のように、ピーク及びバックグラウンドレベルを有するが、溶接波形２０１がバックグラウンドレベルにある間に、ＴＩＧ／プラズマ波形２０３がパルスにあるか或いはその逆であるよう、パルス化波形２０３は溶接波形２０１と位相が外れる。そのような同期は、電源１０１からの溶接アークとＴＩＧ／プラズマ電源１０３からのアークとの間に最小のアーク干渉があることを保証する。この同期は、アーク間の磁気ステアリングを必要とすることなく、生成されるアーク間のアーク干渉を最小限化する。
【００１７】
図３Ａは、本考案の他の例示的な実施態様を描写しており、図２に示されるものに類似する溶接波形３０１がある。しかしながら、図２とは異なり、ＴＩＧ／プラズマパルス化波形３０３は、波形３０１のバックグラウンドＴ２と同じ継続期間であるパルス継続期間Ｔ３を有さない。むしろ、パルス継続期間Ｔ３は、バックグラウンド継続期間Ｔ２未満である。また、図３に示される実施態様において、電源１０１からのパルス３０５は、電源１０３からのパルス３０７の端で開始する。しかしながら、他の実施態様では、ＴＩＧ／プラズマ電源からのパルス３０７は、パルス３０７が溶接パルス３０５の終わりに開始するように、波形３０１のバックグラウンド時間Ｔ２内に位置付けられる。一層更なる実施態様において、ＴＩＧ／プラズマパルス３０７は、パルス３０７が溶接波形のバックグラウンド時間Ｔ２中に開始し且つ終了するように、バックグラウンド時間Ｔ２内に位置付けられる。
【００１８】
図３Ｂは、本考案の更なる例示的な実施態様を描写しており、ＴＩＧ／プラズマ電源１０３は、短絡のクリアリング(clearing)を助けるために用いられる。短絡が望ましくない溶接システムにおいて、或いはワークピースＷへの電極１１１の短絡が表面張力移行（ＳＴＴ）溶接作業におけるような溶滴移行の手段であるシステムにおいて、この実施態様を利用し得る。図３Ｂにおいて、ＧＭＡＷ波形３０１は、図３Ａに示される波形と類似しており、電流は、溶滴を電極１１１から溶接パッドルに移行させるパルス３０５を有する。更に、ＧＭＡＷ電流３０１がバックグラウンドレベルにある（即ち、パルス３０７が波形３０１のバックグラウンド中に開始し且つ終了する）間に、パルス３０７が時間計測されるよう、ＴＩＧ／プラズマ電源１０３は、パルス化電流３０３を提供している。しかしながら、時点Ａで、電源１０１及び／又はシステムコントローラ１０５によって、短絡が検出される。短絡除去パルス３０９が開始されるよう、検出は、実時間において、電源１０３に連絡される。この短絡除去パルス３０９は、電極１１１とワークピースＷとの間の接続を焼き戻し或いは遮断するのを助けるために、電源１０３によって用いられる。よって、ＧＭＡＷ電源１０１は短絡除去パルスＢを有するにも拘わらず、ＴＩＧ／プラズマ電源１０３によって提供される追加的なアーク／プラズマによって、短絡を除去するためにＧＭＡＷ電源１０１によって必要とされる電力及び時間の長さを減少させ得る。図示の実施態様では、ＧＭＡＷ電流３０１がＣでその独自の短絡除去パルスを開始するときに短絡除去パルス３０９が終了するように、短絡除去パルス３０９は励磁される。これは波形３０１の短絡除去パルスＢと波形３０３の短絡除去パルス３０９との間の干渉を防止するのを助ける。また、図示の実施態様では、電極１０３による短絡除去パルス３０９の開始の故に、（パルス３０７の後に予期される次のパルスであった）通常パルス３０７’が電源１０３によってスキップされる。別の言い方をするならば、短絡除去パルス３０９の存在の故に、電源１０３はその通常波形３０３を一次的に停止し、短絡に対処するよう循環し、次に、短絡除去の後に、その通常波形３０３及びパルス３０７を続ける。本考案の例示的な実施態様において、短絡除去回路３０９は、通常パルス３０７のためのピーク電流と少なくとも同じである電流ピークを有する。他の実施態様において、短絡除去パルス３０９のピーク電流は、通常パルス３０７のピーク電流よりも高い。そのような実施態様では、短絡除去パルスのためのこれらの電流レベルは、短絡を遮断するよう十分な熱入力があることを保証する。
【００１９】
本考案の図面の一部、例えば、図２、３Ａ、及び３Ｂは、ＴＩＧ波形をＤＣ＋として描写しているが、ＴＩＧ波形は、典型的にはＤＣ−又はＡＣであることが理解されよう。よって、ＴＩＧ溶接のためのＤＣ＋信号を示す、ここに示す夫々の波形は、ＤＣ−と考えられるべきであるが、本考案の例示的な実施態様の波形制御を例示する。
【００２０】
図３Ｃは、本考案の例示的な実施態様において用い得る更なる例示的な波形である。この実施態様において、波形３０１／３０３の各々は、ＡＣ波形である。この実施態様に示されるように、それらの波形は、ＧＭＡＷ波形３０１の始まりがＴＩＧ／プラズマ電流波形３０３の正のピーク３０７＋の間に開始するように同期させられる。そのような実施態様において、ＴＩＧ／プラズマ波形３０３は、パルス３０５の始まりとパルス３０７＋の終わりとの間で位相角θだけオフセットされる。本考案の例示的な実施態様において、この位相角θオフセットは、１〜３５９度の範囲内にあり、幾つかの実施態様において、この位相角は、４５〜９０度の範囲内にある。加えて、図３Ｃに示されるような幾つかの例示的な実施態様において、負のＧＭＡＷパルス３１３の全継続期間は、ＴＩＧ／プラズマ波形３０３が負である間（例えば、負のパルス３０７−の間）に起こる。図３Ｃに示される実施態様において、負のパルス３０７−のピーク電流は、それがＧＭＡＷパルス３１３が開始する前に開始し且つＧＭＡＷパルス３１３が終了する後に終了するような継続期間を有することが記される。この実施態様では、ＧＭＡＷ電流が（ゼロ電流レベルで）極性を変更するときにピークレベルにあるＴＩＧ／プラズマ電流３０３を有することによって、ＴＩＧ／プラズマ電流３０３からのアークは、極性が変化するに応じて、ＧＭＡＷアークを再点火させ或いは再点弧させるのを助ける。
【００２１】
図３Ｄは、更なる例示的な波形を描写しており、ＴＩＧ／プラズマ波形３０３はＡＣ波形であるが、ＧＭＡＷ波形３０１はＤＣ波形である。この実施態様は、波形３０１をＤＣ＋波形として示しているが、幾つかの実施態様では、それはＤＣ−波形であり得る。本考案の例示的な実施態様において、波形３０３は、０〜９０度の範囲内の位相角θだけ波形３０１からオフセットしている。図３Ｃと同様に、位相角は、パルス３０５の始まりと波形３０３の正のパルス３０７＋の終わりとの間で測定される。
【００２２】
図３Ｅは、本考案の実施態様と共に用い得る追加的な例示的な波形を描写している。この実施態様において、ＴＩＧ／プラズマ波形３０３は、異なる極性の間の各移行点がＧＭＡＷ波形３０１のバックグラウンド３１１の間に起こるように制御されるＡＣ波形である。図３Ｅに示される実施態様において、波形３０３は、正のパルス３０７＋全体がバックグラウンド３１１の間に起こるように制御される。これは波形３０３がバックグラウンド３１１の間にのみ極性を変更することを保証する。そのような実施態様は、プラズマ電流が０ａｍｐｓを通過し且つプラズマが再点火させられなければならないときに、極性移行の間のノイズを減少させ得る。
【００２３】
図３Ａ乃至３Ｅにおいて議論した波形の制御及び同期を、ここに記載する方法及びシステムを用いて行い得る。利用し得るそのような可変制御方法及び波形を用いるならば、本考案の実施態様は最適化された溶接浸透及び溶接ビードの湿潤をもたらし得る。よって、使用者は、干渉及びアークブローの危険性を増大させることなく、溶接継手のこれらの特徴を最適化し得る。
【００２４】
図４は、本考案の例示的な実施態様に従った溶接作業の例示的な実施態様を描写しており、それは図５に示されるような溶接継手を創り出し得る。図示のように、ＴＩＧ／プラズマトーチ１１５は電極１１７を有し、電極１１７は、その先端とワークピースＷによって創り出される溶接継手ＷＪとの間に、プラズマパルス又はＴＩＧアークパルス４０５を創り出す。アーク又はプラズマパルス４０５を数多くの方法において利用し得る。例えば、溶接継手ＷＪ内への深い浸透をもたらしながら浸透の幅を最小限化することが望ましくあり得る。よって、図５中の溶接領域５０３内に示されるようにワークピースＷに十分に浸透するよう、アーク又はプラズマパルス４０５を用い得る。代替的に、ＧＭＡＷシステムの通常浸透を増大させるよう、ワークピースＷ内に溶融トレンチを彫り出すために、ＴＩＧ／プラズマアークを用い得る。そのような実施態様は、ＧＭＡＷ溶接作業の浸透を増大させることによって継手に追加される溶接金属の量を最小限化させる。加えて、溶接前にワークピースＷの溶接表面から汚物を取り除くために、パルス化プラズマ又はＴＩＧアーク４０５を用い得る。ワークピースＷは、溶接作業と干渉するそれらの表面に塗料又は耐食塗膜を有し得る。よって、溶接前にワークピースからこれらの塗膜又は汚物を取り除くために、プラズマ／アーク４０５を用い得る。溶接継手ＷＪ内への所望の浸透を達成し得るように、ＴＩＧ／プラズマパルス４０５のための電流を制御し得る。即ち、所望の浸透を達成するために、ＴＩＧ／プラズマ波形のためのピーク及びバックグラウンド電流レベルを制御し得る。図４に示されるように、ＴＩＧ／プラズマアーク４０５の後に続くのは、溶接ワイヤ１１１を用いる溶接であるトーチ１１３である。この溶接中、溶接ワイヤ１１１の溶滴４０１は、溶接継手ＷＪに移動させられて、図５に示される溶接の部分５０１と、溶接ビードＷＢとを創り出す。溶接継手ＷＪのこの部分５０１は、部分５０３よりも浅く且つ広い断面を有する。本考案のそのような実施態様は、領域５０１の創成において過剰な熱入力を用いることなく（領域５０３において）所望の溶接深さを達成し得る点で、溶接継手ＷＪが最適な継手プロファイルを有することを可能にする。更に、これは干渉アークからのアークブローの問題を伴わずに達成される。
【００２５】
図４及び５は例示的なバット型の継手を描写しているが、本考案の実施態様はそのような用途に限定されず、本考案の実施態様を多くの異なる溶接用途において利用し得る。例えば、タンク又はパイプ上の長い継目を継ぎ合わせること、補剛材等のための完全浸透隅肉溶接を創成すること、フィンをチューブに接合する完全浸透継手を作製すること（チューブシートを作製すること）、より大きな構造を作製するために平坦なシート又はプレートをバット接合すること、溶接継手を予加熱すること等のために、本考案の例示的な実施態様を用い得る。勿論、本考案の精神又は範囲から逸脱せずに、本考案の実施態様を他の溶接用途に用い得る。
【００２６】
図６は、本考案の他の例示的な溶接システム６００を描写している。この例示的な実施態様において、ＧＭＡＷトーチ１１３は、溶接継手の第１の側に位置付けられるのに対し、ＴＩＧ／プラズマトーチ１１５は、溶接継手の第２の側に位置付けられる。この実施態様において、ＴＩＧ／プラズマアークは、溶接継手の底部からワークピースに浸透するのに対し、ＧＭＡＷ溶接アークは、溶接継手の頂部から溶接している。やはり、夫々のアークの各々のアークのパルスの始まりは互いに位相が外れているので、アーク干渉は最小である。図６に示される例示的な実施態様において、夫々のパルス信号の電流波形は、反対の極性を有する。図示のように、ＧＭＡＷ電源１０１は、ＤＣ＋電流溶接波形で溶接しているのに対し、ＴＩＧ／プラズマ電源１０３もＤＣ電流を利用しているが、それはＤＣ−電流である。互いに位相が外れ且つ反対の極性を有するパルス波形を利用することによって、アーク干渉は最小である。これはアーク／プラズマの間の干渉磁場の蓄積が排除され或いは軽減されるからである。
【００２７】
図７は、電源１０１（波形７０１）及びＴＩＧ／プラズマ電源１０３（波形７０３）の各々のための他の例示的な電流波形を描写している。この実施態様において、夫々のパルス７０５及び７０７は、位相角θだけ位相が外れているので、ＴＩＧ／プラズマアークが溶滴移行が電極１１１から起こる前に（図６に示されるような）溶接継手の底部を通過するよう、溶接継手ＴＩＧ／プラズマパルス７０７はパルス７０５より前に開始するが、パルス７０７が溶接パッドルへの溶滴６０１の飛行と干渉しないよう、ＴＩＧ／プラズマパルス７０７は溶滴６０１が電極１１１から離脱する前に終了させられる。電源１０１及び１０３は（図６に示されるように）反対の極性において動作しているので、アーク干渉は最小であり、そして、ＴＩＧ／プラズマパルス７０７は溶滴６０１が電極１１１から離脱する前に終了させられるので、溶滴の飛行は干渉させられない。本考案の例示的な実施態様において、ＴＩＧ／プラズマパルス７０７の開始とパルス７０５との間の位相角θは、１〜３５９度の範囲内にあり、ＴＩＧ／プラズマパルス７０７の継続期間Ｔは、パルス７０７が溶滴６０１が電極１１１から分離する前に完了させられるような継続期間である。本考案の他の例示的な実施態様において、パルスは、互いに４５〜１３５度の範囲内にある範囲内の位相角だけ位相が外れている。他の例示的な実施態様において、パルスは４５〜９０度の範囲内の位相角だけ位相が外れている。幾つかの例示的な実施態様では、浸透の所望のレベルが維持されるように、ＴＩＧ／プラズマ波形は、プラズマ圧力が溶接金属のキー穴の閉塞を抑えるのに十分であるように制御されなければならない。図６及び７に描写されるような本考案の例示的な実施態様では、パルス間の位相角θを制御することによって、ＧＭＡＷ溶接のための溶接パッドルの浸透及び幅を制御し得る。具体的には、ピーク電流がＧＭＡＷトーチ１１３からワークピースに流れ、次に、プラズマ／ＴＩＧトーチ１１５／１１７に流れるよう、夫々の電流が制御されるとき、溶接パッドルは狭く、より深い。何故ならば、電流は貫流してトーチ１１５に至るからである。しかしながら、トーチ１１３からの電流が結合グラウンド接続に方向付けられるとき（例えば、両方の電流がそれらの夫々のピークにあり且つ同じ極性にあるとき）、溶接パッドルはより広く且つより浅くなる。よって、ＧＭＡＷ溶接作業からの溶接パッドルの深さ及び幅を制御するために、夫々の電流の制御を利用し得る。
【００２８】
図８は、本考案の他の例示的な溶接システム８００を描写している。このシステム８００では、追加的な溶接ワイヤ８０３が、電源１０３に結合される追加的なワイヤ給送装置８０１を介して提供される。溶接ワイヤは源８０５から得られ、ＴＩＧ型の溶接プロセスを介してワークピースＷ上の溶接パッドルに加えられる。溶接継手に提供される充填材の量を増大させ且つ／或いはパッドル内の温度を急冷するために、そのような実施態様を用い得る。そのような実施態様では、図２、３Ａ−３Ｅ、又は７に示される波形のいずれをも利用し得る。追加的な溶接ワイヤの使用は、溶着速度を増大させ、浸透を減少させ、或いは混合を減少させ得る。冷溶接ワイヤは、炭化タングステンのような、アークを横断して移行しないのが普通である所望の化学又は合金を備える、コア付きワイヤであり得る。しかしながら、上記で説明したように、溶接作業中のアークブロー又はアーク干渉を最小限化させるために、電源１０１／１０３の各々からの波形は、ここに記載したようにパルス化されなければならない。
【００２９】
その上、幾つかの例示的な実施態様において、溶接作業の幾つかの部分の間に溶接ワイヤ８０３が提供されるが、他の部分においては提供されないように、システムコントローラ１０５は溶接ワイヤ８０３の給送を制御し得る。例えば、溶接作業の間に、溶接の他の部分よりも溶接の１つの部分においてより多くの充填材料を有することが望ましく或いは必要であり得る。よって、溶接作業の１つの段階の間に、電極１１１は、（電源１０３がここに記載されるように動作しているとしても）消費される唯一の充填材であり得る。しかしながら、溶接作業の他の段階の間には、（例えば、より広いビードのために）、より多くの充填材料が必要とされ得る。そして、この時点で、システムコントローラ１０５は、ワイヤ給送装置８０１に、（直接的に或いは電源１０３を通じて）、電源１０３によって生成されるＴＩＧアーク／プラズマに充填剤８０３を送り始めさせ得る。これは提供される充填金属の量を大いに増大させ得る。次に、必要に応じて、システムコントローラ１０５は、追加的な溶接ワイヤ８０３の給送を停止し得る。よって、本考案の実施態様は、有意なシステム柔軟性をもたらし得ると同時に、アークブロー及びアーク干渉によって引き起こされる問題を回避し得る。
【００３０】
本考案の例示的な実施態様を参照して本考案を具体的に示し且つ記載したが、本考案はこれらの実施態様に限定されない。当業者は、以下の請求項によって定められるような本考案の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細における様々の変更を行い得ることを理解するであろう。
【符号の説明】
【００３１】
１００    溶接システム
１０１    溶接電源
１０３    ＴＩＧ／プラズマ電源
１０５    システムコントローラ
１０７    ワイヤ給送機構
１０９    源
１１１    溶接ワイヤ／電極
１１３    溶接トーチ
１１５    トーチ
１１７    接触先端
２０１    溶接波形
２０３    パルス化波形
３０１    溶接波形
３０３    パルス化波形
３０５    溶接パルス
３０７    パルス
３０７’  通常パルス
３０７＋  正のピーク
３０７−  負のピーク
３０９    除去パルス
３１１    バックグラウンド
３１３    負のＧＭＡＷパルス
４０５    ＴＩＧアークパルス
５０１    部分
５０３    溶接領域
６００    溶接システム
６０１    溶滴
７０１    波形
７０３    波形
７０５    パルス
７０７    パルス
８００    溶接システム
８０１    ワイヤ給送装置
８０３    溶接ワイヤ（充填ワイヤ）
８０５    源
Ｔ１      継続期間
Ｔ２      継続期間
Ｔ３      パルス継続期間
Ｗ        ワークピース
ＷＢ      溶接ビード
ＷＪ      溶接継手
θ        角度
【図１】
0003197914.tif 000003
【図２】
0003197914.tif 000004
【図３Ａ】
0003197914.tif 000005
【図３Ｂ】
0003197914.tif 000006
【図３Ｃ】
0003197914.tif 000007
【図３Ｄ】
0003197914.tif 000008
【図３Ｅ】
0003197914.tif 000009
【図４】
0003197914.tif 000010
【図５】
0003197914.tif 000011
【図６】
0003197914.tif 000012
【図７】
0003197914.tif 000013
【図８】
0003197914.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月31日(2015.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
電極を溶解させて溶接継手にするようパルス化溶接波形を出力する溶接電源と、
前記溶接継手の少なくとも一部を溶解させるようパルス化加熱信号を出力する発熱電源とを含み、
前記パルス化溶接波形は、複数のピーク電流部分と、複数のバックグラウンド電流部分とを有し、
前記パルス化加熱信号は、複数のピーク電流部分を有し、
前記パルス化加熱信号の前記ピーク電流部分の各々のピーク電流部分の少なくとも一部が、前記パルス化溶接波形の前記ピーク電流部分の間に起こらないよう、前記溶接電源及び前記発熱電源のうちの少なくとも一方は、システムコントローラによって、前記パルス化加熱信号が前記パルス化溶接波形と位相が外れるように制御される、
溶接システム。
【請求項２】
前記パルス化溶接波形及び前記パルス化加熱信号のうちの少なくとも一方は、ＡＣ信号であり、或いは前記パルス化加熱信号及び前記パルス化溶接波形の各々は、ＡＣである、請求項１に記載の溶接システム。
【請求項３】
前記パルス化加熱信号の前記ピーク電流部分の各々のピーク電流部分のいずれの部分も、前記パルス化溶接波形の前記ピーク電流部分の間に起こらない、請求項１又は２に記載の溶接システム。
【請求項４】
前記パルス化加熱信号の前記ピーク電流部分の各々のピーク電流部分の継続期間は、前記パルス化溶接波形の前記バックグラウンド電流部分の各々のバックグラウンド電流部分よりも少ない、請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の溶接システム。
【請求項５】
前記溶接電源及び前記発熱電源のうちの少なくとも一方は、前記電極と前記溶接継手との間の短絡を検出し、該短絡の検出後、前記発熱電源は、前記パルス化加熱信号を制御して、前記短絡を除去するピーク電流を有する短絡除去パルスを創り出す、請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の溶接システム。
【請求項６】
前記短絡除去パルスの前記ピーク電流は、前記短絡の検出後に前記溶接電源（１０１）によって開始させられる短絡除去パルスの完了の前に完了させられる、請求項５に記載の溶接システム。
【請求項７】
前記発熱電源は、ＴＩＧ溶接電源又はプラズマ発生電源である、請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の溶接システム。
【請求項８】
前記パルス化加熱信号の前記ピーク電流部分の一部は、第１の極性を有し、前記パルス化加熱信号の前記ピーク電流部分の他は、第２の極性を有し、前記パルス化加熱信号は、前記第１の極性を備える前記ピーク電流部分が前記パルス化溶接波形の前記バックグラウンド電流部分の各々のバックグラウンド電流部分の少なくとも一部とオーバーラップするように制御される、請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載の溶接システム。
【請求項９】
前記溶接電源及び前記発熱電源のうちの少なくとも一方は、前記パルス化加熱信号が１〜３５９度の範囲内の位相角だけ前記パルス化溶接波形と位相が外れるように制御され、前記位相角は、前記パルス化溶接波形の前記ピーク電流部分の開始と前記パルス化加熱信号の前記ピーク電流部分の開始との間で測定される、請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載の溶接システム。