(57)【要約】【課題】  ウィービング溶接の熱操作およびシーム追跡を提供する。【解決手段】  アーク溶接機は、ワークピース間にウィーブパターンを作り出す。各溶接ランは、ワークピース間の接合領域を含む中央部分と、接合領域から離間された縁部領域とを含む。溶接機は、溶接のために望ましい熱を達成するアークを発生させるために溶接電極に溶接波形を提供する電源と、溶接トーチと、溶接縁部領域間でトーチを振動させるための振動子とを含む。コントローラは、電源を、接合領域内での溶接中、第１の波形を利用する第１のモードで動作させ、かつ縁部領域内での溶接中、第１の波形よりも大きい正の成分を有する第２の波形を使用する第２のモードで動作させる。コントローラは、第２の波形ではなく、第１の波形に基づいてスティックアウト値を決定し、かつ第１の波形ではなく、第２の波形に基づいてシーム追跡を行う。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接シームにわたる個別の溶接ランの連続を用いて、位置合わせされたワークピース間の前記溶接シームに沿ってウィーブパターンを作り出すための電気アーク溶接機であって、各ランは、前記位置合わせされたワークピース間の接合領域を含む中央部分と、前記接合領域から離間されている、前記位置合わせされたワークピースのそれぞれの溶接縁部領域とを含み、前記溶接機は、
溶接のために望ましい熱を達成するアークを発生させるために溶接電極に溶接波形を提供する電源と、
溶接トーチと、
前記溶接シームに沿ってかつ前記溶接縁部領域間で前記ウィーブパターンを生成するために前記溶接トーチを振動させるように構成された振動子と、
前記電源を、少なくとも、前記接合領域内での溶接中、第１の波形を利用する第１のモードで動作させ、かつ前記溶接縁部領域内での溶接中、前記第１のモードで使用される前記第１の波形よりも大きい正の成分を有する第２の波形を使用する第２のモードで動作させる、少なくとも１つのコントローラと
を含み、
前記少なくとも１つのコントローラは、前記第２の波形ではなく、前記接合領域において溶接している間に使用される前記第１の波形に基づいてスティックアウト値を決定し、かつ前記第１の波形ではなく、前記溶接縁部領域において溶接している間に使用される前記第２の波形に基づいて前記溶接シームのシーム追跡を行う、電気アーク溶接機。
【請求項２】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記第２の波形の負の部分に与えられる加重と比較して前記第２の波形の正の部分により大きい加重を与えることにより、前記第２のモードでの溶接中にシーム追跡を行うように構成される、請求項１に記載の電気アーク溶接機。
【請求項３】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記第２のモードでの溶接中のシーム追跡時に前記ウィーブパターンの縁部を決定するときに前記第２の波形の前記負の部分を除外し、かつ前記ウィーブパターンの縁部を決定するときに前記第２の波形の前記正の部分のみを因子に含めるように構成される、請求項２に記載の電気アーク溶接機。
【請求項４】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１の波形の正の部分と比較して前記第１の波形の負の部分により大きい加重を与えることにより、前記第１のモードでの溶接中に前記スティックアウト値を決定するように構成される、請求項２に記載の電気アーク溶接機。
【請求項５】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１のモードでの溶接中の前記スティックアウト値決定から前記第１の波形の前記正の部分を除外し、かつ前記第１の波形の前記負の部分のみを前記スティックアウト値の前記決定の因子に含めるように構成される、請求項４に記載の電気アーク溶接機。
【請求項６】
前記コントローラは、前記第１の波形の正の部分と比較して前記接合領域における溶接中に前記第１の波形の負の部分により大きい加重を与えることにより、前記第１のモードでの溶接中に前記スティックアウト値を決定するように構成される、請求項１に記載の電気アーク溶接機。
【請求項７】
前記コントローラは、前記第１のモードでの溶接中の前記スティックアウト値決定から前記第１の波形の前記正の部分を除外し、かつ前記スティックアウト値を決定するために前記第１の波形の前記負の部分のみを考慮するように構成される、請求項６に記載の電気アーク溶接機。
【請求項８】
前記第２のモードでの溶接中に前記電源によって提供される前記第２の波形の正の部分の平均電流は、前記第１のモードでの溶接中に前記電源によって提供される前記第１の波形の前記正の部分の前記平均電流よりも大きい、請求項１に記載の電気アーク溶接機。
【請求項９】
溶接シームにわたる個別の溶接ランの連続を用いて、位置合わせされたワークピース間の前記溶接シームに沿ってウィーブパターンを作り出す間に電気アーク溶接機によってもたらされる熱を制御する方法であって、各ランは、前記位置合わせされたワークピースの横方向に離間された縁部間の接合領域を含む中央部分と、前記接合領域から離間されている、前記位置合わせされたワークピースのそれぞれの溶接縁部領域とを含み、前記方法は、
アーク溶接中に前記溶接縁部領域間で前記電気アーク溶接機の溶接トーチを振動させるステップと、
電源によって前記溶接トーチの溶接電極に提供される波形を感知するステップと、
前記溶接トーチが前記接合領域に隣接していると判定し、かつ前記溶接電極に第１のＡＣ波形を提供するステップと、
前記溶接トーチが溶接縁部領域に隣接していると判定し、かつ前記溶接電極に第２のＡＣ波形を提供するステップであって、前記第２のＡＣ波形は、前記接合領域において溶接するときに使用される前記第１のＡＣ波形よりも大きい正の成分を有する、ステップと、
前記接合領域において溶接している間に使用される前記第１のＡＣ波形に基づき、かつ前記第２のＡＣ波形を除外して、スティックアウト値を決定するステップと、
前記溶接縁部領域において溶接している間に使用される前記第２のＡＣ波形に基づき、かつ前記第１のＡＣ波形を除外して、前記溶接シームのシーム追跡を行うステップと
を含む、方法。
【請求項１０】
前記スティックアウト値を決定する前記ステップは、前記スティックアウト値が前記第１のＡＣ波形の負の部分のみから決定されるように、前記スティックアウト値を決定するときに前記第１のＡＣ波形の正の部分を除外するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記スティックアウト値を決定する前記ステップは、前記第１のＡＣ波形の負の部分を前記第１のＡＣ波形の正の部分よりも大きく加重するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
シーム追跡を行う前記ステップは、前記ウィーブパターンの縁部を決定するステップと、前記ウィーブパターンの前記縁部が前記第２のＡＣ波形の正の部分のみから決定されるように、前記第２のＡＣ波形の負の部分を除外するステップとを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
シーム追跡を行う前記ステップは、前記ウィーブパターンの縁部を決定するステップと、前記第２のＡＣ波形の正の部分を前記第２のＡＣ波形の負の部分よりも大きく加重するステップとを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
溶接シームにわたる個別の溶接ランの連続を用いて、位置合わせされたワークピース間の前記溶接シームに沿ってウィーブパターンを作り出すための電気アーク溶接機であって、各ランは、前記位置合わせされたワークピース間の接合領域を含む中央部分と、前記接合領域から離間されている、前記位置合わせされたワークピースのそれぞれの溶接縁部領域とを含み、前記溶接機は、
溶接のために望ましい熱を達成するアークを発生させるために溶接電極に溶接波形を提供する電源と、
溶接トーチと、
前記溶接シームに沿ってかつ前記溶接縁部領域間で前記ウィーブパターンを生成するために前記溶接トーチを振動させるように構成された振動子と、
前記電源を、少なくとも、前記接合領域内での溶接中、第１のＡＣ波形を利用する第１のモードで動作させ、かつ前記溶接縁部領域内での溶接中、前記第１のモードで使用される前記第１のＡＣ波形よりも大きい正の成分を有する第２のＡＣ波形を使用する第２のモードで動作させる、少なくとも１つのコントローラと
を含み、
前記少なくとも１つのコントローラは、前記第２のＡＣ波形に基づかずに、前記接合領域において溶接している間に使用される前記第１のＡＣ波形に基づいて第１の溶接パラメータを決定し、
前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１のＡＣ波形に基づかずに、前記溶接縁部領域において溶接している間に使用される前記第２のＡＣ波形に基づいて第２の溶接パラメータを決定する、電気アーク溶接機。
【請求項１５】
前記第２の溶接パラメータは、前記溶接シームのシーム追跡のためのトーチの場所である、請求項１４に記載の電気アーク溶接機。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記第２のＡＣ波形の負の部分に与えられる加重と比較して前記第２のＡＣ波形の正の部分により大きい加重を与えることにより、シーム追跡を行うように構成される、請求項１５に記載の電気アーク溶接機。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのコントローラは、前記第２のモードでの溶接中のシーム追跡時に前記ウィーブパターンの縁部を決定するときに前記第２のＡＣ波形の前記負の部分を除外し、かつ前記ウィーブパターンの縁部を決定するときに前記第２のＡＣ波形の前記正の部分のみを因子に含めるように構成される、請求項１６に記載の電気アーク溶接機。
【請求項１８】
前記第１の溶接パラメータは、電極スティックアウト値である、請求項１４に記載の電気アーク溶接機。
【請求項１９】
前記コントローラは、前記第１のＡＣ波形の正の部分と比較して前記接合領域における溶接中に前記第１のＡＣ波形の負の部分により大きい加重を与えることにより、前記電極スティックアウト値を決定するように構成される、請求項１８に記載の電気アーク溶接機。
【請求項２０】
前記コントローラは、前記第１のモードでの溶接中の前記スティックアウト値決定から前記第１のＡＣ波形の前記正の部分を除外し、かつ前記スティックアウト値を決定するために前記第１のＡＣ波形の前記負の部分のみを考慮するように構成される、請求項１９に記載の電気アーク溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、概して、電気アーク溶接を行うための方法および装置に関し、より詳細には、位置的な熱制御を用いてウィーブパターンを作り出すために溶接動作中に熱を制御する新規な方法および溶接機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気アーク溶接は、多様な金属接合および表面仕上げ用途で使用される。ほとんどの溶接用途では、望ましい溶接ビードプロファイルを達成するために、電極は、溶接される継手に関して操作される。例えば、溶接ビードを広げるために、電極は、溶接継手の長さに沿って進行しながら溶接継手にわたって左右にウィービングされて、異なる場所でアークの熱を操作することができる。熱を操作するために最大熱入力レベルが頻繁に決定され、次に適切な溶接波形およびパラメータが溶接のために選択される。ワークピースの奥行が高熱に耐えることができる、溶接継手が及ぶ最も外側の横方向の範囲などの場所では、溶込みを増やす高熱にワークピースのこの部分をさらすために、電極のウィービング運動が一時的に中断される。一体に溶接されている２つのワークピース間のシームなどの他の場所では、金属の奥行は、ワークピースの溶落ちを回避するために、電極がウィービング経路に沿って動いたままでいることを必要とする。
【０００３】
固定された熱入力レベルを選択するよりむしろ、電極の位置を追跡して、場所に基づいた十分な温度制御を達成することができる。しかしシームに対する電極の相対位置を追跡することは、従来の方式ではノイズが多すぎ、パルスおよびＡＣ波形を伴うアーク溶接動作中に応答性が良くなかった。結果として、従来の溶接方法および装置は、異なるギャップ幅を考慮するために溶接工程中、いずれの時点で溶接パラメータまたは熱入力を変更するべきか正確に決定することができなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、当技術分野において、さまざまな異なる溶接パラメータを決定することができるように、熱制御のために複数のＡＣ波形を用いたウィービング溶接中に平均溶接電流または電圧を正確に決定する溶接機および方法の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの態様によれば、本出願は、溶接シームにわたる個別の溶接ランの連続を用いて、位置合わせされたワークピース間の溶接シームに沿ってウィーブパターンを作り出すための電気アーク溶接機を伴う。各ランは、位置合わせされたワークピース間の接合領域を含む中央部分と、接合領域から離間されている、位置合わせされたワークピースのそれぞれの溶接縁部領域とを含む。溶接機は、溶接のために望ましい熱を達成するアークを発生させるために溶接電極に溶接波形を提供する電源と、溶接トーチと、溶接シームに沿ってかつ溶接縁部領域間でウィーブパターンを生成するために溶接トーチを振動させるように構成された振動子とを含む。少なくとも１つのコントローラは、電源を、少なくとも、接合領域内での溶接中、第１の波形を利用する第１のモードで動作させ、かつ溶接縁部領域内での溶接中、第１のモードで使用される第１の波形よりも大きい正の成分を有する第２の波形を使用する第２のモードで動作させる。少なくとも１つのコントローラは、第２の波形ではなく、接合領域において溶接している間に使用される第１の波形に基づいてスティックアウト値を決定し、かつ第１の波形ではなく、溶接縁部領域において溶接している間に使用される第２の波形に基づいて溶接シームのシーム追跡を行う。
【０００６】
別の態様によれば、本出願は、溶接シームにわたる個別の溶接ランの連続を用いて、位置合わせされたワークピース間の溶接シームに沿ってウィーブパターンを作り出す間に電気アーク溶接機によってもたらされる熱を制御する方法を伴う。各ランは、位置合わせされたワークピースの横方向に離間された縁部間の接合領域を含む中央部分と、接合領域から離間されている、位置合わせされたワークピースのそれぞれの溶接縁部領域とを含む。方法は、アーク溶接中に溶接縁部領域間で電気アーク溶接機の溶接トーチを振動させるステップを含む。電源によって溶接トーチの溶接電極に提供される溶接波形が感知される。方法は、溶接トーチが接合領域に隣接していると判定し、かつ溶接電極に第１のＡＣ波形を提供するステップと、溶接トーチが溶接縁部領域に隣接していると判定し、かつ溶接電極に第２のＡＣ波形を提供するステップとを含み、第２のＡＣ波形は、接合領域において溶接するときに使用される第１のＡＣ波形よりも大きい正の成分を有する。スティックアウト値は、接合領域において溶接している間に使用される第１のＡＣ波形に基づき、かつ第２のＡＣ波形を除外して決定される。溶接シームのシーム追跡は、溶接縁部領域において溶接している間に使用される第２のＡＣ波形に基づき、かつ第１のＡＣ波形を除外して行われる。
【０００７】
１つの態様によれば、本出願は、溶接シームにわたる個別の溶接ランの連続を用いて、位置合わせされたワークピース間の溶接シームに沿ってウィーブパターンを作り出すための電気アーク溶接機を伴い、各ランは、位置合わせされたワークピース間の接合領域を含む中央部分と、接合領域から離間されている、位置合わせされたワークピースのそれぞれの溶接縁部領域とを含む。溶接機は、溶接のために望ましい熱を達成するアークを発生させるために溶接電極に溶接波形を提供する電源と、溶接トーチと、溶接シームに沿ってかつ溶接縁部領域間でウィーブパターンを生成するために溶接トーチを振動させるように構成された振動子とを含む。少なくとも１つのコントローラは、電源を、少なくとも、接合領域内での溶接中、第１のＡＣ波形を利用する第１のモードで動作させ、かつ溶接縁部領域内での溶接中、第１のモードで使用される第１のＡＣ波形よりも大きい正の成分を有する第２のＡＣ波形を使用する第２のモードで動作させる。少なくとも１つのコントローラは、第２のＡＣ波形に基づかずに、接合領域において溶接している間に使用される第１のＡＣ波形に基づいて第１の溶接パラメータを決定する。少なくとも１つのコントローラは、第１のＡＣ波形に基づかずに、溶接縁部領域において溶接している間に使用される第２のＡＣ波形に基づいて第２の溶接パラメータを決定する。
【０００８】
上記の概要は、本明細書で論じるシステムおよび／または方法のいくつかの態様の基本的理解を提供するために単純化された概要を提示する。この概要は、本明細書で論じるシステムおよび／または方法の広範囲な概観ではない。それは、重要／重大な要素を識別するように、またはこのようなシステムおよび／もしくは方法の適用範囲を描くように意図されない。その唯一の目的は、後に提示されるより詳細な説明への前置きとして、いくつかの概念を単純化された形式で提示することである。
【０００９】
本発明は、特定の部品および部品の配置において物理的形態をとることができ、その実施形態について本明細書で詳細に説明し、本明細書の一部を形成する添付図面に例示する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】オープンルート継手を溶接するために使用中の電気アーク溶接機のトーチの例示的な配置を示す。
【図２】オープンルート継手を溶接するために使用中の電気アーク溶接機に設けられたトーチの側面図を示す。
【図３】本開示によるアーク溶接機の実施形態の概略図である。
【図４】ウィーブパターンを作り出すための２つの異なる溶接プロセス中に電気アーク溶接機によってもたらされる熱を制御する方法を概略的に例示する流れ図である。
【図５】２つの異なるＡＣ  ＳＡＷ溶接工程中に電極を通して伝導される電流波形の例示的な実施形態である。
【図６】２つの異なるＡＣ  ＧＭＡＷ溶接工程中に電極を通して伝導される電流波形の例示的な実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
特定の専門用語は、利便性のためにのみ本明細書で使用されるものであり、本発明に対する限定と考えるべきではない。本明細書で使用される相対的述語は、図面を参照して最も良く理解され、図面では、同様または類似の項目を識別するために同様の数字が使用される。さらに、図面では、特定の特徴が多少概略的な形式で示されることがある。
【００１２】
図１は、オープンルート継手（例えば、裏当てがない狭いルート間隙）を溶接するために使用中の電気アーク溶接機１０（図３）のトーチ１２の例示的な実施形態を示す。トーチ１２は、図１に破線１４で表される、ウィーブパターンに沿った異なる場所において具体的に１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃで参照され、本明細書では一般にトーチ１２と呼ばれる。溶接継手にわたり溶接継手の長さに沿って横方向にトーチ１２を動かしてウィーブパターンを確立するために、トーチ１２は、図３に示すように、振動子２９によって支持することができる。振動子２９は、調整の方向および範囲を画定する矢印４２の方向に軌道３７に沿って移動するように動力化することができ、空気圧もしくは油圧アクチュエータ、電動モータ、または任意の他の適当な調整デバイスにより軌道に沿って調整することができる。特定の実施形態では、振動子２９は、トーチ１２を保持してロボット溶接を行うロボットアームである。図３の例示的なアーク溶接機１０は、ワークピースＷ１、Ｗ２（図１）を一体に溶接するのに十分な熱を有するアーク１８を発生させるために使用される電気溶接電流を提供する電源１６を同様に含む。電源１６は、異なる溶接波形プロファイルを発生させることが可能であり、ＤＣ＋およびＤＣ−状態の両方で溶接することが可能である任意の既知のタイプの電源とすることができる。さらに、電源１６の例示的な実施形態は、パルスタイプ溶接、ショートアーク、および／または表面張力移行（ＳＴＴ）タイプ溶接の波形を発生させることが可能なタイプの電力供給装置である。このような電源の具体的な実施例は、Ｏｈｉｏ州ＣｌｅｖｅｌａｎｄのＬｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによって製造されるＰｏｗｅｒ  Ｗａｖｅ（登録商標）を含むが、これに限定されない。当然のことながら、本発明の実施形態は、例示的な目的のためのこの実施例に限定されない。図示されているように、電源１６の第１の端子（−）は、導線２０を介して図３のワークピースＷに結合され、第２の端子（＋）は、導線２６を介してトーチ１２に結合され、トーチ１２は、コンタクトチップ２８を介して溶接電極２４に溶接波形を提供する。端子（−）および（＋）の極性は、図面に示されているようにすることができ、または任意選択として、ワークピースＷおよび電極２４に対して反対極性が確立される限り逆にすることができる。電極２４は、電極２４の連続的なフィラメントで巻かれたスプール３０により、ワイヤ送給装置２２に供給することができる。ワイヤ送給装置２２の例示的な実施形態は、本明細書で説明されるコントローラ３４からの指令信号に応答して電極２４のワイヤ送給速度を迅速に変更することができるタイプである。
【００１３】
電源１６または別個の比較的低電力の制御回路供給装置によって給電されるコントローラ３４は、ワイヤ送給装置２２に結合されて、（有線または無線であり得る）制御リンク３２を介して、本明細書で説明される溶接工程中に電極２４の送出を制御する。そのようなものとして、コントローラ３４の実施形態は、コンピュータプロセッサ３６により実行可能なコンピュータ実行可能命令を格納する非一時的コンピュータメモリ３８（例えば、固体記憶装置、ハードディスクドライブなど）に作動的に接続されたコンピュータプロセッサ３６を含み得る。コントローラ３４は、任意選択として、電源１６の一部として一体化しても、別個の独立型の構成要素としても、または別の方法でアーク溶接機１０に設けてもよい。当然のことながら、コントローラ３４の代替実施形態は、本開示の適用範囲から逸脱することなく、特定用途向け集積回路、フィールドゲートアレイなどのアナログおよび／またはデジタル回路部品を利用することができる。電流センサ３５は、図３では電力供給装置１６に設けられて、溶接動作中に引き出される電流を感知し、感知した電流を指示する信号をコントローラ３４に伝送する。しかしながら、代替実施形態によれば、電流センサ３５は、任意選択として、溶接中に引き出される電流を感知するために、コントローラ３４アセンブリの一部分を形成しても、個別の独立型デバイスとして形成されても、または別の方法でアーク溶接機１０に設けられてもよい。同様に、電圧センサ３９は、電極２４とワークピースＷとの間の溶接電圧を感知し、コントローラ３４に電圧信号を提供する。
【００１４】
図２を参照すると、電極２４の溶けていない長さは、コンタクトチップ２８の端部から、本明細書で「スティックアウト４０」と呼ばれる制御された距離だけ延出する。ワークピースＷ１、Ｗ２を一体に溶接するための熱を発生させるアーク１８は、電極２４の末端チップとワークピースとの間に確立されて、溶融金属および電極材料を含む溶融池を形成する。スティックアウト４０の量は、電極２４により引き出されるアンペア数と、したがって溶込みなどの結果として生じる溶接の態様とに影響を与える。電流は、溶接されているワークピースＷ１、Ｗ２の寸法の関数として変化することになるため、スティックアウト４０は、ワークピースＷ１、Ｗ２の異なる領域における溶接中に電極２４を通して伝導されている電流に基づいて決定することができる。しかしながら、スティックアウト４０を正確に決定するために、以下で詳細に解説するように、異なる領域で溶接している間に電流波形の異なる部分が解析される。さらに、ウィーブパターン内のワークピースＷ１、Ｗ２に対するトーチ１２の相対位置は、正確さのために電流波形の好ましい部分を使用して、シーム追跡目的のために監視することができる。
【００１５】
以下で論じるように、トーチウィーブの縁部間でワークピースＷ１、Ｗ２の厚さが変化することから、ワークピースは中央で薄いため、ウィーブの縁部において中央と異なる溶接波形が使用される。負電圧／電流成分よりも大きい正電圧／電流成分を有するＡＣ波形は、ウィーブの縁部で使用されて、より大きい熱入力および溶込みを提供する。正電圧／電流成分よりも大きい負電圧／電流成分を有するＡＣ波形は、ウィーブの中央で使用されて、より大きい金属付着およびより少ない熱入力を提供する。ウィーブの縁部におけるＡＣ波形は、負電圧／電流成分よりも大きい正電圧／電流成分を有するため、監視される溶接電圧および／または電流の正の部分は、負の部分よりむしろシーム追跡のために優先的に使用される。トーチが前後に振動するとき、コントローラまたは振動子は、トーチがウィーブの中央に位置しているときを把握しており、正電圧／電流よりも大きい負電圧／電流を有するＡＣ波形がそれに応じて印加され得る。スティックアウトは、ウィーブの中央で計算することができる。ウィーブの中央におけるＡＣ波形は、正電圧／電流成分よりも大きい負電圧／電流成分を有するため、監視される溶接電圧および／または電流の負の部分は、正の部分よりむしろウィーブの中央でスティックアウトを計算するために優先的に使用される。このように、ウィーブの縁部および中央において異なる溶接波形を提供することができ、溶接波形の異なる好ましい部分を使用して異なる領域で異なる溶接パラメータを決定または監視することができる。説明したように溶接波形の異なる好ましい部分を使用することは、波形によって提供される情報を最大化して、波形から決定される溶接パラメータの正確度を改善するのに役立つ。
【００１６】
ワークピースＷ１、Ｗ２の奥行Ｄは、アークが確立される溶接のポイントにおいて、図２に示される寸法で、引き出される電流に影響を与える。トーチ１２が矢印４２で全体として指示される方向に横に動かされるにつれて、電極２４が溶接中に位置しているそれぞれのワークピースの奥行Ｄが変化する。図１および図２に示されたワークピースＷ１、Ｗ２間のオープンルート継手の形態の例示的な継手の場合、対向するランド面４４は、互いにごく近接内にもたらされ、任意選択として互いに突き当たっている。しかしながら、本開示はそのように限定されないことを理解するべきである。代わりに、本開示は、電極とワークピースとの間の距離が溶接トーチの運動中に変化する、溶接するべき任意の継手（例えば、Ｔ継手）を包含する。簡潔にするためにかつ本技術を明確に説明するために、図面に示されたワークピースＷ１、Ｗ２の例示的な配置について以下に詳細に説明する。
【００１７】
図１および図２に例示された実施形態では、トーチ１２は、矢印４６で全体として指示される方向に前進して溶接シームを生成する。トーチ１２が前方に動くとき、それは接合領域ＪＲ（図２）にわたって振動子２９によって繰返し動かされ、この接合領域ＪＲは、接合領域ＪＲの前後軸から横に離間された１つまたは複数の内部領域ＩＲにおけるワークピースＷ１、Ｗ２の奥行Ｄと比較してワークピースＷ１、Ｗ２の奥行Ｄが相対的に浅い、対向するランド面４４間の境界面を含む。各ワークピースＷ１、Ｗ２の内部領域ＩＲは、トーチ１２が方向を変更して反対側のワークピースに向かって再び動く、ウィーブパターン１４の頂点４８に隣接した末端境界と、頂点４８とワークピースＷ１、Ｗ２のそれぞれのランド面４４との間の近接境界とを有する。ウィーブパターン１４を作成するために、トーチ１２は、ランド面４４間の境界面またはギャップにわたり、トーチの場所１２Ｃで表されるウィーブパターン１４の頂点４８に接近する前に、図１でワークピースＷ１の上の頂点４８におけるトーチの場所１２Ａから、トーチの場所１２Ｂで表される接合領域ＪＲに向かって振動子２９によって動かされる。当然のことながら、複数の異なる熱レベルが望ましい、可変的なワークピース奥行および配置をカバーすることになるウィーブ以外の任意のパターンが同様に本開示の適用範囲に包含される。
【００１８】
溶接中、図３に示した例示的なシステムは、ウィーブに沿ったトーチ１２の位置に基づき、異なる電流波形を伴う２つ以上の異なる溶接工程間で変更することが可能である。例えば、本発明のアーク溶接機１０は、任意選択として、奥行Ｄが比較的深い、（トーチ１２が反対側の横方向に交互に切り替えられる前に溶接の端部が生じる、「縁部領域」と互換的に呼ばれる）１つまたは複数の内部領域ＩＲ内で行われる比較的高い熱入力溶接工程から、内部領域ＩＲの奥行Ｄと比べて奥行Ｄが比較的浅い接合領域ＪＲ内の低熱溶接動作に変更することができる。溶接シームに沿った、ワークピースＷに対する相対的なトーチ１２および電極２４の場所は、場所と一致するように変化する値を有する任意の適当なパラメータを感知することによって追跡することができる。例えば、電流センサ３５は、アーク１８を確立するために引き出される電流を監視することができる。感知した電流は、ランド面４４間のギャップにおいて特有の割合で変わることになり、電極２４がワークピースＷ１、Ｗ２間の境界面に位置していると指示することになる。同様に、電極が接合領域ＪＲから内部領域ＩＲに動くとき、電流引込みは閾値を超えて増加することになる。このように、溶接の止端における望ましい溶込みを達成するために高熱が望ましい領域と、継手の溶落ちを回避するために低熱が望ましい領域との間の電極２４の運動は、少なくとも部分的に、感知した電流引込みに基づいて追跡することができる。電流引込みを感知することが本明細書において例示的な実施形態で説明されるが、他の実施形態により、高熱溶接動作と低熱溶接動作との間の変更を許可する条件を指示している任意のパラメータを感知するかまたは別の方法で監視し、それに応答してこれらの溶接動作間の移行を始めてもよい。さらに、トーチが前後に振動するとき、コントローラまたは振動子は、電流などの感知したパラメータを参照することなく、トーチがウィーブの中央に位置しているときおよびトーチがウィーブの縁部に向かって位置しているときを把握することができる。
【００１９】
位置合わせされたワークピースＷ１、Ｗ２間の溶接シームに沿ってウィーブパターン１４を作り出す間に電気アーク溶接機１０によってもたらされる熱を制御する例示的な方法は、図４の流れ図にグラフで描写される。ＡＣサブマージアーク溶接（「ＳＡＷ」）およびＡＣガスメタルアーク溶接（「ＧＭＡＷ」）に対する、さまざまな異なる領域において溶接中に電極２４に供給される波形の例示的な実施例は、それぞれ図５および図６に示されている。ステップＳ１００において、電力供給装置１６は、電極２４に電流を供給して、例えば図１の電極位置１２Ａにおいて電極２４とワークピースＷとの間にアーク１８を確立する。ウィーブパターン内のトーチの位置（例えば、内部領域ＩＲまたは接合領域ＪＲ）は、ステップＳ１１０において決定される。トーチの位置は、トーチの運動が制御されるときに、振動子またはコントローラによって直接決定されても、電流または電圧などの監視されるパラメータから決定されてもよい。ウィーブパターン内のトーチの位置に基づいて、高熱または低熱溶接プロセスが電極２４の現在の場所に適切であるかどうかがステップ１２０において判定される。本実施例では、ステップＳ１２０において、ワークピースＷ１の内部領域ＩＲ内のトーチの場所１２Ａ（図１）における溶接は、ステップＳ１３０において高熱電流波形が電極２４に供給されることを要求すると判定される。内部領域ＩＲ内のＡＣ  ＳＡＷ溶接のための高熱電流波形５０の実施例が図５に示される。高熱電流波形５０は、トーチ位置１２Ａからトーチ位置１２Ｂに向かう運動中の内部領域ＩＲ内で行われる溶接プロセス中に送出される。内部領域ＩＲにおける溶接中、シーム追跡中のトーチの場所、スティックアウト４０などのパラメータを決定するために、全体の高熱電流波形５０より少ない一部分がステップＳ１５０において選択されて監視され、サンプリングされ、または全体として考慮されて、内部領域ＩＲにおける高熱溶接工程中に供給される平均的または瞬間的な電流、電圧、電力などの決定の因子に含められる。例えば、高熱電流波形の１つの部分は、溶接が行われている領域（例えば、内部領域ＩＲまたは接合領域ＪＲ）に応じて、１つまたは複数の他の部分よりも計算において重く加重され、または別の方法でより顕著に考慮され得る。この加重は、任意選択として、高熱電流波形の一部分を完全に除外する（例えば、この部分にゼロ（０．０）の加重係数を割り当てる）ことを含み得る。図５に示される具体的な実施例の場合、波形５０の正のサイクル中に矩形波パルスの立上がりエッジ５２および／もしくは立下がりエッジ５４ならびに／またはパルスの正の大きさなどの他のパラメータを検出して、内部領域ＩＲにおける溶接中にパルス幅を評価し、または別の方法で電極２４に供給される電流の平均もしくは他の尺度を計算することができる。波形の正の部分内のピークまたは他の場所における立上がりエッジおよび立下がりエッジを両方とも検出することを伴うか、またはパルスの最大の正振幅を検出する実施形態の場合、波形の負の部分５６（例えば、図５で水平軸の垂直下方の波形の部分）は、考慮から完全に除外することができ、または少なくとも高熱電流波形５０の正の部分よ���も少ない程度に考慮することができる。シーム追跡中のトーチ位置または関連領域において溶接している間のスティックアウト４０を決定するための溶接電流／電圧の計算の因子に含めるべき任意の波形の主要な部分は、以下では選択された部分と呼ばれる。本明細書で説明した溶接工程のそれぞれの間に、電極２４は、進行中の溶接動作に対応するワイヤ送給速度でワイヤ送給装置２２により送給される。
【００２０】
溶接プロセスが中断または完了されない限り、方法は、ステップＳ１１０に戻って、ウィーブパターン内の場所に基づいてトーチ位置を決定する。トーチ１２がトーチ位置１２Ｂに向かって動かされるとき、トーチ１２は、ワークピースＷ１の接合領域ＪＲから内部領域ＩＲを分離する境界を横切り、最終的に２つのワークピースＷ１、Ｗ２間の境界面またはギャップを横切る。接合領域ＪＲ内で振動子２９により確立されたトーチ１２の位置に基づいて、ステップ１２０において、コントローラ３４は、低熱入力溶接プロセスを行うべきであると判定し、ステップ１４０においてこのような溶接プロセスを始めるために電源１６からの電流の送出を制御する。波形の負の部分は、ステップＳ１６０において平均電流を決定するために主に考慮すべき波形の部分として、コントローラ３４により同様に確立される。換言すれば、波形の負の部分は、接合領域ＪＲにおける溶接中、選択された部分に含まれている。スティックアウトは、接合領域ＪＲにおいて溶接するときに低熱入力溶接プロセス中に使用される波形の選択された部分に基づいて計算することができる。
【００２１】
図５は、接合領域ＪＲ内のＡＣ  ＳＡＷ溶接のための低熱溶接プロセス中に供給される低熱電流波形６０の例示的な実施例を同様に提供する。低熱電流波形６０は、高熱電流波形５０よりも少ない正の成分を有する。換言すれば、（例えば、溶落ちを回避するために）接合領域ＪＲにおける溶接中、より少ない熱がワークピースに供給されるように、低熱電流波形６０に対するパルス幅、正のパルスの大きさ、波形下の正の（例えば、水平軸より上の）面積、および任意の他の尺度のうちの少なくとも１つは、高熱電流波形５０の対応する値よりも小さい。高熱溶接プロセスと類似して、低熱電流波形６０のすべてより少ない一部分は、電極２４に供給される平均電流（または電圧）を計算するために主に考慮される。しかしながら、高熱溶接プロセス中と異なり、接合領域ＪＲ内でのスティックアウト４０を決定するために電極２４に供給されている電流（または電圧）を決定するために、低熱電流波形６０の負の部分６２が主に考慮され、任意選択として正の部分を除外した唯一の考慮事項である。主に考慮されるかまたは別の方法で平均電流の決定の因子に含められるため、低熱電流波形６０の少なくとも１つの負の部分は、溶接が行われている領域（例えば、内部領域ＩＲまたは接合領域ＪＲ）に応じて、１つまたは複数の他の部分よりも計算において重く加重され、またはより顕著に考慮され得る。この加重は、任意選択として、低熱電流波形６０の一部分を完全に除外する（例えば、この部分にゼロ（０．０）の加重係数を割り当てる）ことを伴い得る。図５に示される具体的な実施例の場合、矩形波パルスの立下がりエッジ６４および／もしくは立上がりエッジ６６をそれらのパルスの負のサイクル中に検出して、パルスの大きさなどの因子を評価し、パルス幅を評価し、または別の方法で内部領域ＩＲにおける溶接中に電極２４に供給される平均電流を計算することができる。波形６０の負の部分６２内のピークまたは他の場所における立下がりエッジ６４および立上がりエッジ６６を両方とも検出することを伴うか、またはパルスの最大の正振幅を検出する実施形態の場合、波形６０の正の部分６８（例えば、図５で水平軸の垂直上方の波形の部分）は、考慮から完全に除外することができ、または少なくとも波形６０の負の部分６２よりも少ない程度に考慮することができる。
【００２２】
図５に示されるように、コントローラ３４は、ウィーブパターンの形成中にトーチ１２が接合領域ＪＲを出た後に反対側の内部領域ＩＲに戻った後、高熱溶接プロセスを再開する。ウィーブパターンを作成するためにトーチ１２が移動する経路は、プログラムされるかまたは別の方法で振動子２９もしくはコントローラ３４に入力された所定の経路とすることができ、コントローラ３４は、異なる溶接領域内でスティックアウト４０を決定するかまたはシーム追跡を行うために、それぞれの領域における波形の選択された部分を主にまたは単に考慮することができる。シーム追跡中、コントローラ３４または振動子２９は、ウィーブパターンを作成するためにトーチ１２が最も外側の横方向の位置において方向を変更し、接合領域ＪＲに向かって再び移動することになっている場所を確認することができる。したがって、トーチ１２が移動する溶接シーム経路がドリフトし始めるか、または別の方法でウィーブパターンの意図された経路から逸脱し始める場合、トーチは、逸脱した溶接シームに追従し続けることができる。
【００２３】
図５に示される波形例は、ＡＣ  ＳＡＷ溶接のためのものであるが、本出願はそのように限定されない。本明細書で説明される装置および方法は、ワークピースの幾何学的形状および／または他の物理的特性に基づいて即座に高熱溶接プロセスと低熱溶接プロセスとを切り替えることが適切である任意のアーク溶接機および溶接方法に有用である。別の実施例として、図６は、ＡＣ  ＧＭＡＷ溶接のために電極２４に供給するべきＡＣ電流波形を示す。図６に示された高熱電流波形は、負の成分がないため、平均電流を計算するためにピーク部分７２を主に考慮し使用することができ、波形７０の下半分、または極小値、または他の「より低い」部分は、任意選択として平均電流の計算から除外することができ、または本実施例では、選択された部分であるピーク部分７２よりも小さい加重を与えるかもしくは割り当てることができる。
【００２４】
上の説明と類似して、高熱電流波形７０は、トーチ位置１２Ａからトーチ位置１２Ｂに向かう運動中の内部領域ＩＲ内で行われる高熱溶接プロセス中に送出される。内部領域ＩＲにおいて溶接している間、全体の高熱電流波形７０より少ない選択された部分がステップＳ１５０において選択されて監視され、サンプリングされ、または全体として考慮されて、内部領域ＩＲにおける高熱溶接工程中に供給される平均電流の決定の因子に含められる。高熱電流波形の選択された部分は、上の説明と類似して溶接が行われている領域（例えば、内部領域ＩＲまたは接合領域ＪＲ）に応じて、１つまたは複数の他の部分よりも計算において重く加重され、またはより顕著に考慮され得る。しかし、波形７０は負の成分がないため、波形７０の下半分、または極小値、または他の「より低い」部分は、任意選択として平均電流の計算から除外することができ、またはこの計算では、選択された部分であるピーク部分７２よりも小さい加重を与えることができる。
【００２５】
図６は、接合領域ＪＲ内のＡＣ  ＧＭＡＷ溶接のための低熱溶接プロセス中に供給される低熱電流波形８０の例示的な実施例を同様に提供する。低熱電流波形８０は、高熱電流波形７０とほぼ同じ正の成分８４を有するが、コントローラ３４は、高熱電流波形７０から欠如している負の成分８２を加えた。再び、低熱電流波形８０のすべてより少ない一部分は、電極２４に供給される平均電流を計算することにおいて選択された部分として主に考慮される。その選択された部分は、低熱電流波形８０の負の成分８２を含むことができ、平均電流の計算から他の部分８４を除外することができる。
【００２６】
平均電流または電圧を計算するために考慮される監視される波形の部分にかかわらず、平均電流または電圧は、溶接シームに沿ったさまざまな場所においてスティックアウト４０を推定し、溶接の追跡をさらに支援するために使用することができ、または他の溶接パラメータを決定するために使用することができる。上で論じたように、ウィーブの縁部および中央において異なる溶接波形を提供することができ、溶接波形の異なる好ましい部分を使用して異なる領域で異なる溶接パラメータ（例えば、スティックアウト、トーチの場所またはウィーブ縁部検出など）を決定または監視することができる。
【００２７】
例示的な実施形態が上述の通り説明された。上記のデバイスおよび方法が、本発明の一般的な適用範囲から逸脱することなく変更形態および修正形態を組み込み得ることは当業者に明らかであろう。それは、本発明の適用範囲内のすべてのそのような修正形態および改変形態を含むように意図される。さらに、「包含する」という用語が詳細な説明または特許請求の範囲のいずれかで使用される限りにおいて、このような用語は、「含む」が特許請求項において移行語として使われるときに解釈されるように、「含んでいる」という用語と同様に包括的であるように意図される。
【符号の説明】
【００２８】
１０  電気アーク溶接機
１２  トーチ
１２Ａ  トーチの場所
１２Ｂ  トーチの場所
１２Ｃ  トーチの場所
１４  ウィーブパターン
１６  電源
１８  アーク
２４  溶接電極
２９  振動子
３２  制御リンク
３４  コントローラ
３５  電流センサ
３６  コンピュータプロセッサ
３７  軌道
３８  非一時的コンピュータメモリ
４０  スティックアウト
４４  ランド面
４８  頂点
５０、７０  高熱電流波形
５６、６２  負の部分
６０、８０  低熱電流波形
６８  正の部分
７２  ピーク部分
８２  負の成分
８４  正の成分
Ｄ  奥行
ＩＲ  内部領域
ＪＲ  接合領域
Ｗ１、Ｗ２  ワークピース
【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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【図６】
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【外国語明細書】
2018171653000001.pdf