(57)【要約】本発明は、非消耗性電極（１２）を使用する溶接方法に関する。この方法によれば、上記電極（１２）と、溶接される加工物（１３，１４）との間にアーク（１１）を発生させ、パワーを電源から電極（１２）に供給する。本発明はまたタック溶接方法に関する。本発明は、溶接プロセスの最初の段階における溶接シームの質を改善することを目的とする。このため、本発明は、充填材料を注入すること無く、実際の溶接プロセスの前にスタートプログラム（２２）を実行する。このスタートプログラムの間、予め設定可能な期間に亘って、電流若しくは電圧パルスの形態でパルスパワーを電極に供給する。これにより、液体溶融バスを振動若しくは励振させる。また、スタートプログラム（２２）を実行した後、実際の溶接プロセスを実行する。この間、一定のパワーを電極（１２）に供給することが好ましい。
2005527380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非消耗性電極を使用して、上記電極と、溶接される加工物との間に電気アークを発生させた後電源から電極にエネルギーを供給する溶接方法であって、
溶接適正プロセスの前、即ち電気アークの発生後に、付加的に材料を注入することなくスタートプログラムを実行し、このスタートプログラムにより、予め設定可能な期間に亘って、パルスエネルギーを電流若しくは電圧パルスの形態で電極に供給し、それにより液体の溶融バスを振動若しくは励振させ、
さらに、上記スタートプログラムが終了した後溶接適正プロセスを実行することを特徴とする方法。
【請求項２】
非消耗性電極を使用し、付加的に材料を注入せず、上記電極と、溶接される加工物との間に電気アークを発生させた後電源から電極にエネルギーを供給する溶接方法であって、
溶接適正プロセスの前にスタートプログラムを実行し、このスタートプログラムにより、予め設定可能な期間に亘って電流若しくは電圧パルスの形態で電極にパルスエネルギーを供給し、これにより、液体溶融バスを振動若しくは励振させ、
さらに、電極に一定のエネルギーを供給することにより、スタートプログラムの終了後溶接適正プロセスを実行することを特徴とする方法。
【請求項３】
上記溶接適正プロセスの間、電極に一定のエネルギーを供給することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
パルスエネルギーの中間値が、これに続く一定エネルギーが注入される溶接適正プロセスの溶接電流の大きさと対応するように、スタートプログラムの間のエネルギー注入が制御されることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
スタートプログラムのパラメータ、特にパルス高、パルス幅、パルス周期、パルス休止期間及び可能であれば曲線の形状等のパルスパラメータを電源部分において自由に設定可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
溶接装置若しくは電源に設けられた制御及び／又は評価装置により、スタートプログラムのパラメータが、溶接適正プロセスのパラメータに応じて自動的に固定若しくは変更されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
スタートプログラムのパラメータが、溶接適正プロセスで使用された溶接電流の大きさに応じて自動的に固定若しくは変更されることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
スタートプログラムのパラメータが、材料の厚み及び／又は溶接される加工物の材料、さらに溶接適正プロセスのパラメータに応じて自動的に固定若しくは変更されることを特徴とする請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
様々なパラメータ若しくは曲線の形状を有するいくつかのスタートプログラムを規定し保存すること、及び規定され保存されたスタートプログラムを上記制御及び／又は評価装置により使用及び／又は変更し、スタートプログラムのパラメータを設定することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
上記スタートプログラムが、電気アークの発生後、予め設定可能な期間に亘って実行されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
電気アークの発生後、上記予め設定可能な期間に亘って、一定のエネルギーを電極に供給することを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
電気アークの発生後、上記予め設定可能な期間に亘って、溶接適正プロセスの間供給されたものと異なる一定のエネルギーを供給することを特徴とする請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、非消耗性電極を使用する溶接方法であって、電極と、連結された加工物との間に電気アークを発生させた後、電源からエネルギーを電極に供給する方法に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、非消耗性電極を使用し、付加的に如何なる材料を注入しないタック溶接方法であって、電極と、連結された加工物との間に電気アークを発生させた後、電源からエネルギーを電極に供給する方法に関する。
【０００３】
電極と、連結された加工物との間で電気アークを発生させた後、電源からエネルギーを電極に供給し、それによりその加工物を一体に融合させる様々な溶接方法がすでに知られている。電気アークの発生のため、様々なイグニッションプロセス、特にコンタクトイグニッション若しくはＨＦイグニッションが行われている。
【０００４】
本発明は、非消耗性電極を使用する溶接方法、及び非消耗性電極を使用し如何なる付加的材料を注入しないタック溶接方法であって、溶接プロセスの最初の段階において溶接の質を改善することができる方法を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明の目的は、溶接適正プロセスの前、即ち電気アークが発生した後、付加的に材料を注入することなくスタートプログラムを実行することにより達成される。ここで、上記スタートプログラムにより、予め設定可能な期間に亘って、電流若しくは電圧パルスの形態で、電極にパルスエネルギーを供給する。これにより、液体溶融バスを振動若しくは励振させる。また、スタートプログラムの終了後溶接適正プロセスが実行されることにより本発明の目的が達成される。
【０００６】
溶接適正プロセスにおいて、電極に一定のエネルギーを供給することが好ましい。
【０００７】
さらに本発明の目的は、上記タック溶接方法であって、溶接適正プロセスの前にスタートプログラムを実行し、このスタートプログラムにより予め設定可能な期間に亘って電流若しくは電圧パルスの形態で電極にパルスエネルギーを供給し、そのことにより液体溶融バスを振動若しくは励振すること、またスタートプログラムの終了後、電極に一定のエネルギーを供給して溶接適正プロセスを実行することにより達成される。
【０００８】
上記特定のスタートプログラム、特にいわゆるタッキングプロセスを実行することにより、確実に、形成される溶融バスを振動させ、溶融バスの振動により、２つの加工物の溶融バスから一体に流れ出ることが容易になる。これは、溶接ワイヤの形態で付加的材料を溶融バスの中に注入せず、溶融された材料のみにより溶接シームが形成され、そのため溶接シームを付加的材料で充填することがないということに特に関連している。付加的材料を全く注入しないそのような溶接方法において、溶接プロセスの最初の段階で溶接ホールが形成されるのを抑制し、そして、溶接プロセスのまさに最初の段階から、如何なる溶接ホールを発生させることなく一定の溶接を行うことが可能である。電気アークを従来技術の溶接方法で発生させる場合、実際加工物の溶融された材料を、注入されたエネルギーにより押し広げ固体化する。このとき、溶接ホールを形成するか、若しくは溶接物が溶接プロセスの最初の段階において、その中央領域に薄い膜厚を有することとなる。これは、実際スタートプログラムにより防止される。このスタートプログラムによりパルスエネルギーを注入することにより溶融バスは振動する。これはエネルギーが一定に溶融バスに注入されていないためである。
【０００９】
さらに、このスタートプログラムにより、非常に小さい溶接物を作製することができる。これは、溶接プロセスのまさに最初の段階から、即ち電気アークの発生直前から、溶接シームが完全に形成され、溶接シームの長さを非常に短く保つことができるからである。溶接される加工物の材料としてアルミニウムを使用する場合、これは特に好ましい。これは、極小溶接を行っている間の加熱がより少ないため、材料の拡散が起こらないからである。
【００１０】
本発明に係る解決手段により、溶接される加工物間の隙間の架橋（bridging）を非常に拡大することができる。これは、加工物に形成される溶融バスを振動させることにより、確実に加工物から一体に流すことができるからである。
【００１１】
パルスエネルギーの中間値が、その後の一定エネルギー溶接適正プロセスのために設定された溶接電流の大きさに対応するように、スタートプログラムの間のエネルギーの注入を制御してもよい。これにより、スタートプログラムを、その後の溶接適正プロセスに容易に適合させることができる。
【００１２】
スタートプログラムのパラメータ、特にパルス高、パルス幅、パルス周期、パルス休止期間、及び可能であれば曲線の形状のようなパルスパラメータを電源において自由に設定することができることが好ましい。
【００１３】
溶接装置若しくは電源に設けられた制御及び／又は評価装置によりスタートプログラムのパラメータを、溶接適正プロセスのパラメータに応じて自動的に固定若しくは変更してもよい。
【００１４】
例えばスタートプログラムのパラメータを溶接適正プロセスのために使用される溶接電流の大きさに応じて自動的に固定若しくは変更することができる。
【００１５】
また、スタートプログラムのパラメータを、材料の厚み及び／又は溶接される加工物の材料、若しくは溶接適正プロセスのパラメータに応じて自動的に固定若しくは変更してもよい。
【００１６】
最後に、様々なパラメータ若しくは曲線の形状を有するいくつかのスタートプログラムを規定し保存し、そしてその規定され保存されたスタートプログラムを、制御及び／又は評価装置により使用し及び／又は変更し、スタートプログラムのためのパラメータを選択する。
【００１７】
その間、予め設定可能な期間に亘って電極にパルスエネルギーを供給するスタートプログラムを、電気アークの発生の後、予め設定可能な期間に亘って実行してもよい。
【００１８】
電気アークの発生の後、予め設定可能な期間に亘って、一定のエネルギーを電極に供給することが好ましい。
【００１９】
電気アークの発生後予め設定可能な期間に亘って、溶接適正プロセスの間供給されたものと異なる一定のエネルギーを電極に供給する場合、電気アークの発生とスタートプログラムの開始時点との間、即ちスタートプログラムの始動及びこの後の溶接適正プロセスの前の時点において電気アークを安定化させることができる。
【００２０】
次に、具体的な実施の形態により本発明をより詳細に記載している。
【００２１】
図１は、様々な溶接方法のための溶接プラント若しくは溶接装置１を示している。様々な溶接方法とは、例えばＷＩＧ／ＴＩＧ溶接若しくは電極溶接方法などである。勿論、本発明に係る解決手段を電源若しくは溶接電流源と共に使用してもよい。
【００２２】
溶接装置１は、出力部３、制御及び／又は評価装置４及びスイッチング部５を含む溶接用電流源２を備える。このスイッチング部５は、上記出力部３及び制御及び／又は評価装置４にそれぞれ接続されている。このスイッチング部５及び制御及び／又は評価装置４は、それぞれ制御バルブ６に接続されている。この制御バルブ６は、ガス８用の供給ライン７の、ガス貯蔵タンク９と溶接トーチ１０との間に配置されている。このガス８は、特にアルゴン若しくはヘリウムのような保護ガス若しくはこれらの類似物である。
【００２３】
電極１２と、接合される加工物１３、１４との間に電気アーク１１を形成するエネルギー及び特に電流が、溶接用電源２の出力部３から溶接ライン１５を介して溶接トーチ１０及び電極１２まで供給される。ここで、溶接される加工物１３，１４は、同様に溶接装置１、特に溶接用電流源２に、別の溶接ライン１６を介して接続され、電気アーク１１を介して電気回路を形成することができる。
【００２４】
溶接トーチ１０を冷却するために、冷却回路１７を介して、この溶接トーチ１０を流体貯蔵タンク、特に水貯蔵タンク１９に接続してもよい。これは、流量制御装置１８を介在させて接続してもよい。ここでは、冷却回路１７、特に水貯蔵タンク１９に含まれる流体用に使用される流体ポンプは、溶接トーチ１０が作動すると始動し、それにより溶接トーチ１０を冷却する。
【００２５】
さらに、この溶接装置１は、入力及び／又は出力装置２０を備える。溶接装置１のオペレーションの多様な溶接パラメータ若しくはモードは、この入力及び／又は出力装置２０により設定することができる。この場合、この入力及び／又は出力装置２０を介した溶接パラメータの設定は、制御及び／又は評価装置４に送信される。この制御及び／又は評価装置４は、その後溶接装置１の各コンポーネントを作動させる。
【００２６】
勿論、溶接装置１から溶接トーチ１０まで導く全てのラインを同一のホースパッケージ（不図示）に配置し、その後上記ホースパッケージを中央接続により溶接トーチ１０及び溶接装置１に接続してもよい。
【００２７】
図２及び３には、溶接方法に用いる溶接電流の時間経過を概略的に示している。ここで電流Ｉを縦軸に、時間ｔを横軸にプロットしている。本発明に係る解決手段は、基本的に従来技術から知られたあらゆる溶接技術、特に交流溶接プロセス、直流溶接方法に応用可能である。交流溶接プロセス、直流溶接方法は、例示された具体的な実施形態に記載されている。
【００２８】
記載された具体的な実施の形態は、付加的な材料、特に溶接用ワイヤが溶接プロセスに注入されない溶接プロセスを特徴としている。溶接部（不図示）は、加工物１３、１４の溶融材料により形成されるのみである。消耗する溶接ワイヤを全く付加的に導入しない溶接プロセスでは、非消耗性電極１２が使用される。ここで、電極アーク１１が、この電極１２から加工物１３、１４に向かって形成される。溶接を行う間に頻繁に問題が起こるのは、溶接プロセスのスタート時点、即ち電気アーク１１の発生後である。なぜならば、エネルギーを溶融バスに注入することにより、溶融バスを押し広げるからである。これにより、いわゆる溶接ホール若しくは非常に小さい溶接シームが形成される。これは、実際には以下に記載された新規な方法により防止することができる。
【００２９】
このタイプの溶接プロセスは、例えばタック溶接に使用される。このタック溶接法は、非消耗性電極１２により、全く材料を付加的に注入すること無く行われる。ここで、電気アーク１１により加工物１３，１４を溶接している間に、２つの加工物１３，１４、特にシート状金属プレートは、それらの隣接面が重ね合わされるように一体に溶接される。この場合に、電気アーク１１の発生後、溶接プロセスの間、溶接用電源１により電極１２に一定のエネルギー、特に直流電流若しくは直流電圧を供給する。一定のエネルギー、特に直流電流若しくは直流電圧は、溶接プロセスの前に、入力及び／又は出力装置２０を介して調整される。電気アーク１１の発生（イグニッションパルス２１により概略的に例示されている。）を、様々な既知の方法、例えばコンタクトイグニッション若しくはＨＦイグニッションにより行ってもよい。これは、より詳細に説明していない。図面には、この具体的な実施の形態によりＨＦイグニッションを行うことを簡単に示している。ここで、イグニッションパルス２１による電気アーク１１の発生は、電圧曲線から明らかである。
【００３０】
本発明に係る解決手段によれば、溶接プロセスの開始時点、即ち、電気アーク１１の発生後において、溶接適正プロセス、特に直流電流の溶接プロセスを行う前に、スタートプログラム２２、特にタッキングプロセスを行う。このスタートプログラムの間、予め設定可能な期間に亘ってパルスエネルギーを電極１２に供給する。このスタートプログラム２２の間、電極１２は、電流パルス２４及び／又は電圧パルスを与える。このスタートプログラムの最終点の後、即ち期間２３の終了時において、電極１２に、一定のエネルギー、特に一連の電流強度２５が与えられる。この電流強度２５は、所望の溶接適正プロセスに関連する。
【００３１】
スタートプログラム２２の間、パルスエネルギーの供給により、確実に液体の溶融バスを振動若しくは励振させ、それにより溶融バスが溶接プロセスのスタート開始時点の間、溶融バスが遠くに飛び散ることを防止する。加工物１３，１４の溶融バスを振動させることにより若しくはそれにパルスを与えることにより、コンスタントに溶融バスから続けて流れ出す。これにより、溶接プロセスのまさに最初の開始時点から、溶接ホールが形成されず、溶接シームの溶接膜厚が徐々に大きくなる。これにより、タック溶接において望まれるような非常に小さく均一な溶接部を形成することができる。
【００３２】
図３によれば、電気アーク１１の発生後、予め決定され設定された期間２６に亘って、電極１２に一定のエネルギー、特に一定の電流強度２７を供給することもできる。ここでは、スタートプログラム２２を期間２６の終了まで実行する。この後、一定のエネルギー供給、即ち選択された電流強度２５を有する溶接適正プロセスを再び実行する。この場合、電気アーク１１の発生後の、電気アーク１１に対する一定のエネルギー即ち電流強度２７の最初の供給は、スタートプログラム２２を行った後の、溶接適正プロセスにおける一定のエネルギー、即ち電流強度２５の供給と異なる。このような応用例では、一定のエネルギーを電極１２に供給する最初の期間、即ち期間２６により、スタートプログラム２２およびこの後の溶接適正プロセスが始まる前に、電気アーク１１を安定化させることができるという有利な効果を奏する。
【００３３】
パルスエネルギーの中間値が、その後の一定のエネルギーを有する溶接プロセスの間の電流強度２５と対応するように、スタートプログラム２２間のエネルギーの注入を制御することが好ましい。そのため、スタートプログラム２２を、調整された溶接適正プロセスに適合させてもよい。
【００３４】
溶接用電流源２において、スタートプログラム２２のパラメータ、特にパルス高、パルス幅、パルス周期、パルス休止期間、および可能であれば曲線の形状のようなパルスパラメータは、特に入力及び／又は出力装置２０により自由に設定可能である。このため、例えばこの入力及び／又は出力装置２０に操作部（不図示）を配置することが可能である。この入力及び／又は出力装置２０の操作部を介してスタートプログラム２２を作動若しくは呼び出してもよい。その後、もし望むのであれば、電気アーク１１の発生後、所望のパラメータとなるように自動操作して徐々に修正してもよい。
【００３５】
スタートプログラム２０のパラメータの具体例は、
パルス電流の大きさ：          ３Ａ−２２０Ａ
基本電流の大きさ  ：          ３Ａ−２２０Ａ
パルス周波数      ：          ４０Ｈｚ−２００Ｈｚ
パルス負荷係数    ：          ４％−５０％
時間の期間        ：          ０ｓ−１０ｓ
【００３６】
勿論、制御及び／又は評価装置４と独立して、若しくは自動的に、スタートプログラム２２のパラメータを固定することもできる。この場合、適切なスタートプログラム２２を、保存された表、アルゴリズム及び類似のものに基づいて、制御及び／又は評価装置４により確立し計算してもよい。このスタートプログラムは、溶接適正プロセスの為に調整されたパラメータに応じて一定であることが好ましい。この場合、溶接適正プロセスの電流強度２５に応じて、溶接装置１に設けられた制御及び／又は評価装置４により例えばスタートプログラム２２のパラメータを自動的に固定若しくは変更することができる。これは、様々な方法、たとえば、溶接プロセスの電流強度２５の変化量若しくは変化率を減少若しくは増加させることにより、若しくは規定されたアルゴリズムにしたがって実行される。制御及び／又は評価装置４により、材料の膜厚若しくは溶接される加工物１３，１４の材料を入力することによりスタートプログラム２２を決定する。
【００３７】
さらに、電源若しくは溶接装置１内に様々に規定されたスタートプログラム２２、特に様々なパラメータ若しくは曲線形状を有する様々なスタートプログラム２２を保存してもよい。このスタートプログラム２２は、制御及び／又は評価装置４により使用若しくは変更され、又は使用者により選択される。
【００３８】
最後に、個々の記載若しくは表現は、本発明に係る解決手段の理解度を高めるために、様々に記載された具体的な実施の形態において均衡に例示されていないことに注意すべきである。しかし、個々の具体的な実施の形態の特有の特性の予め記載されたコンビネーションと、他の具体的な実施の形態からの他の特有の特性とを合わせたものの個々の記載若しくは表示は、本発明に係る独立した解決手段を構成する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、溶接装置の概略図である。
【図２】図２は、具体的な溶接プロセス間の溶接電流の経時変化を簡略化し概略して例示している。
【図３】図３は、別の溶接プロセスの間の溶接電流の経時変化を簡略化し概略して例示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2005527380.tif 000009
2005527380.tif 000010
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