(57)【要約】      （修正有）【課題】セルフシールド電極を用いた短絡溶接を提供する。【解決手段】溶接システム２０は、セルフシールドフラックス入り溶接電極２６を溶接溜まりの方へ前進させる送り装置４４を含む。電力供給装置２２は、電極に溶接出力を与えてアーク２４を生成し、制御器５０は、溶接出力を制御する。制御器は、電力供給装置を制御して、電極と加工物２８との間の短絡事象を検出する前に電極にバックグラウンド溶接出力を与える。制御器は、溶接出力を監視して、短絡事象と短絡事象の除去との両方を検出する。短絡の除去の検出時に、制御器は、最小振幅固定電流溶接出力に溶接出力を自動的に切り換える。所定の持続時間の後、制御器は、別の短絡事象を検出するまで、最小振幅固定電流溶接出力からバックグラウンド溶接出力に戻って溶接出力を自動的に切り換える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルフシールドフラックス入り溶接電極と、
溶接作業中に前記セルフシールドフラックス入り溶接電極を溶接溜まりの方へ前進させるように構成されている送り装置と、
前記セルフシールドフラックス入り溶接電極に溶接出力を与えて、前記溶接作業中に前記セルフシールドフラックス入り溶接電極と加工物との間にアークを生成するように構成されている電力供給装置と、
前記セルフシールドフラックス入り溶接電極への前記溶接出力を制御する少なくとも前記電力供給装置と作動的に接続されている制御器と
を含む溶接システムであって、
前記制御器は、
前記電力供給装置を制御して、前記電極と前記加工物との間の短絡事象を検出する前に前記セルフシールドフラックス入り溶接電極にバックグラウンド溶接出力を与え、
前記電力供給装置の前記溶接出力を監視して、前記電極と前記加工物との間の前記短絡事象と前記短絡事象の除去との両方を検出し、
前記短絡事象の前記除去の検出時に、所定の持続時間の間、前記セルフシールドフラックス入り溶接電極への最小振幅固定電流溶接出力に前記溶接出力を自動的に切り換え、
前記所定の持続時間の満了時に、前記電極と前記加工物との間の別の短絡事象を検出するまで、前記最小振幅固定電流溶接出力から前記バックグラウンド溶接出力に戻って前記溶接出力を自動的に切り換える
ように構成されていることを特徴とする、溶接システム。
【請求項２】
前記最小振幅固定電流溶接出力と前記バックグラウンド溶接出力との間にプラズマブーストパルスを生成することなく、前記最小振幅固定電流溶接出力から前記バックグラウンド溶接出力に戻って前記溶接出力を自動的に切り換えることを特徴とする、請求項１に記載の溶接システム。
【請求項３】
前記溶接作業中の溶接電流の最大振幅は、前記短絡事象中に生じることを特徴とする、請求項２に記載の溶接システム。
【請求項４】
前記溶接作業は、外部シールドガスが無いセルフシールド溶接作業であることを特徴とする、請求項１に記載の溶接システム。
【請求項５】
前記電力供給装置は、負電圧を前記加工物に対して前記電極に印加するように、前記セルフシールドフラックス入り溶接電極及び前記加工物と作動的に接続されていることを特徴とする、請求項４に記載の溶接システム。
【請求項６】
前記所定の持続時間は、少なくとも１５０マイクロ秒であることを特徴とする、請求項１に記載の溶接システム。
【請求項７】
前記短絡事象の前記除去の検出時に前記セルフシールドフラックス入り溶接電極に前記最小振幅固定電流溶接出力を与えるために前記溶接出力を自動的に切り換える場合、１マイクロ秒当たり少なくとも２アンペアの割合で前記溶接電流振幅を減少させることを特徴とする、請求項１に記載の溶接システム。
【請求項８】
セルフシールドフラックス入り溶接電極と、
溶接作業中に前記セルフシールドフラックス入り溶接電極を溶接溜まりの方へ前進させるように構成されている送り装置と、
前記セルフシールドフラックス入り溶接電極に溶接出力を与えて、前記溶接作業中に前記セルフシールドフラックス入り溶接電極と加工物との間にアークを生成するように構成されている電力供給装置と、
前記セルフシールドフラックス入り溶接電極への前記溶接出力の波形を制御する前記電力供給装置と作動的に接続されている制御器と
を含む溶接システムであって、
前記波形は、短絡部分によって各々分離されているバックグラウンド部分と、次の最小振幅固定電流部分とを含み、
前記制御器は、
前記電力供給装置を制御して、前記電極と前記加工物との間の短絡事象を検出する前に前記バックグラウンド部分を与え、
前記電力供給装置の前記溶接出力を監視して、前記電極と前記加工物との間の前記短絡事象と前記短絡事象の除去との両方を検出し、
前記短絡事象の前記除去の検出時に、所定の持続時間の間、前記最小振幅固定電流部分に前記溶接出力を自動的に切り換えるように前記電力供給装置を制御し、
前記所定の持続時間の満了時に、前記電極と前記加工物との間の別の短絡事象を検出するまで、前記最小振幅固定電流部分から前記バックグラウンド部分に戻って自動的に切り換えるように前記電力供給装置を制御する
ように構成されていることを特徴とする、溶接システム。
【請求項９】
前記電力供給装置は、前記最小振幅固定電流部分と前記バックグラウンド部分との間にプラズマブーストパルスを生成することなく、前記最小振幅固定電流部分から前記バックグラウンド部分に戻って自動的に切り換えることを特徴とする、請求項８に記載の溶接システム。
【請求項１０】
前記溶接作業中の溶接電流の最大振幅は、前記短絡事象中に生じることを特徴とする、請求項９に記載の溶接システム。
【請求項１１】
前記溶接出力の前記波形は、前記バックグラウンド部分、短絡部分、及び最小振幅固定電流部分のみを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の溶接システム。
【請求項１２】
前記溶接作業は、外部シールドガスが無いセルフシールド溶接作業であることを特徴とする、請求項８に記載の溶接システム。
【請求項１３】
前記電力供給装置は、負電圧を前記加工物に対して前記電極に印加するように、前記セルフシールドフラックス入り溶接電極及び前記加工物と作動的に接続されていることを特徴とする、請求項１２に記載の溶接システム。
【請求項１４】
前記所定の持続時間は、少なくとも１５０マイクロ秒であり、
前記短絡事象の前記除去の検出時に前記最小振幅固定電流部分に前記溶接出力を自動的に切り換える場合、前記電力供給装置は、１マイクロ秒当たり少なくとも２アンペアの割合で溶接電流振幅を減少させることを特徴とする、請求項８に記載の溶接システム。
【請求項１５】
セルフシールドフラックス入り溶接電極と、
溶接作業中に前記セルフシールドフラックス入り溶接電極を溶接溜まりの方へ前進させるように構成されている送り装置と、
前記セルフシールドフラックス入り溶接電極に溶接出力を与えて、前記溶接作業中に前記セルフシールドフラックス入り溶接電極と加工物との間にアークを生成するように構成されている電力供給装置と、
前記セルフシールドフラックス入り溶接電極への前記溶接出力の波形を制御する少なくとも前記電力供給装置と作動的に接続されている制御器と
を含む溶接システムであって、
前記波形は、短絡部分によって各々分離されているバックグラウンド部分と、次の最小振幅固定電流部分とを含み、
前記制御器は、
前記電力供給装置を制御して、前記電極と前記加工物との間の短絡事象を検出する前に前記バックグラウンド部分を与え、
前記電力供給装置の前記溶接出力を監視して、前記電極と前記加工物との間の前記短絡事象と前記短絡事象の除去との両方を検出し、
前記短絡事象の前記除去の検出時に、所定の持続時間の間、前記最小振幅固定電流部分に前記溶接出力を自動的に切り換え、
前記所定の持続時間の満了時に、前記最小振幅固定電流部分と前記バックグラウンド部分との間のプラズマブーストパルス無しで、前記最小振幅固定電流部分から前記バックグラウンド部分に戻って自動的に切り換える
ように構成されていることを特徴とする、溶接システム。
【請求項１６】
前記溶接作業中の溶接電流の最大振幅は、前記短絡事象中に生じることを特徴とする、請求項１５に記載の溶接システム。
【請求項１７】
前記溶接作業は、外部シールドガスが無いセルフシールド溶接作業であることを特徴とする、請求項１５に記載の溶接システム。
【請求項１８】
前記電力供給装置は、負電圧を前記加工物に対して前記電極に印加するように、前記セルフシールドフラックス入り溶接電極及び前記加工物と作動的に接続されていることを特徴とする、請求項１７に記載の溶接システム。
【請求項１９】
前記所定の持続時間は、少なくとも１５０マイクロ秒であり、
前記短絡事象の前記除去の検出時に前記最小振幅固定電流部分に前記溶接出力を自動的に切り換える場合、１マイクロ秒当たり少なくとも２アンペアの割合で前記溶接電流振幅を減少させることを特徴とする、請求項１５に記載の溶接システム。
【請求項２０】
前記溶接出力の前記波形は、前記バックグラウンド部分、短絡部分、及び最小振幅固定電流部分のみを含むことを特徴とする、請求項１５に記載の溶接システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、短絡溶接に関し、特に、セルフシールドフラックス入り溶接電極を用いた短絡溶接に関する。
【背景技術】
【０００２】
短絡溶接技法は知られている。１つの技法は、所謂表面張力移送（ＳＴＴ）である。ＳＴＴ溶接では、消耗ワイヤ電極をワイヤ送り装置によって加工物の方へ駆動する時に、溶接電力供給装置によって消耗ワイヤ電極に通電する。バックグラウンド電流は、ワイヤ電極と加工物との間にアークを設定し、電極の端部で溶融ボールを生成する。溶融ボールをワイヤ送り装置によって加工物の方へ移動させ、溶融ボールは、加工物に最終的に短絡して、アークを消す。バックグラウンド電流よりも大きい制御ピンチ電流により、溶融ボールがワイヤ電極からもぎ取られ、プラズマブーストパルスを溶接電極に加えて、適切なアーク長を設定し、溶接溜まりをワイヤ電極から遠ざける。
【０００３】
低入熱が望ましい場合、ＳＴＴ溶接を使用することが多い。ＳＴＴ溶接は典型的に、ソリッドワイヤ電極を用いて実行される。溶接トーチ（例えば、ガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ））によって放電される外部シールドガスによって、溶接工程を保護する。ＳＴＴ溶接では、外部シールドガスを必要とするので、一般的に、屋内溶接に限定される。屋外では、シールドガスが吹き飛び易いので、溶接の品質が悪い。外部シールドガスを使用する必要なしに、屋外でＳＴＴ型溶接を実行することが望ましい。
【０００４】
下記の概要は、ここに記載のデバイス、システム及び／又は方法の幾つかの態様について基本的な理解を与えるために、簡略化された概要を示す。この概要は、ここに記載のデバイス、システム及び／又は方法の幅広い概説ではない。このようなデバイス、システム及び／又は方法の範囲を詳述する、又は重要な要素を識別する意図ではない。その唯一の目的は、後で示すより詳細な説明への前置きとして簡略化された形で幾つかの概念を示すことにある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、溶接システムを提供する。溶接システムは、セルフシールドフラックス入り溶接電極を含む。送り装置は、溶接作業中にセルフシールドフラックス入り溶接電極を溶接溜まりの方へ前進させるように構成されている。電力供給装置は、セルフシールドフラックス入り溶接電極に溶接出力を与えて、溶接作業中にセルフシールドフラックス入り溶接電極と加工物との間にアークを生成するように構成されている。制御器は、セルフシールドフラックス入り溶接電極への溶接出力を制御する少なくとも電力供給装置と作動的に接続されている。制御器は、電力供給装置を制御して、電極と加工物との間の短絡事象を検出する前にセルフシールドフラックス入り溶接電極にバックグラウンド溶接出力を与えるように構成されている。制御器は、電力供給装置の溶接出力を監視して、電極と加工物との間の短絡事象と短絡事象の除去との両方を検出する。短絡事象の除去の検出時に、制御器は、所定の持続時間の間、セルフシールドフラックス入り溶接電極への最小振幅固定電流溶接出力に溶接出力を自動的に切り換える。所定の持続時間の満了時に、制御器は、電極と加工物との間の別の短絡事象を検出するまで、バックグラウンド溶接出力に戻って溶接出力を自動的に切り換える。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、溶接システムを提供する。溶接システムは、セルフシールドフラックス入り溶接電極を含む。送り装置は、溶接作業中にセルフシールドフラックス入り溶接電極を溶接溜まりの方へ前進させるように構成されている。電力供給装置は、セルフシールドフラックス入り溶接電極に溶接出力を与えて、溶接作業中にセルフシールドフラックス入り溶接電極と加工物との間にアークを生成するように構成されている。制御器は、セルフシールドフラックス入り溶接電極への溶接出力の波形を制御する電力供給装置と作動的に接続されている。波形は、短絡部分によって各々分離されているバックグラウンド部分と、次の最小振幅固定電流部分とを含む。制御器は、電力供給装置を制御して、電極と加工物との間の短絡事象を検出する前にバックグラウンド部分を与えるように構成されている。制御器は、電力供給装置の溶接出力を監視して、電極と加工物との間の短絡事象と短絡事象の除去との両方を検出するように構成されている。短絡事象の除去の検出時に、所定の持続時間の間、最小振幅固定電流部分に溶接出力を自動的に切り換えるように電力供給装置を制御する。所定の持続時間の満了時に、制御器は、電極と加工物との間の別の短絡事象を検出するまで、最小振幅固定電流部分からバックグラウンド部分に戻って自動的に切り換えるように電力供給装置を制御する。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、溶接システムを提供する。溶接システムは、セルフシールドフラックス入り溶接電極を含む。送り装置は、溶接作業中にセルフシールドフラックス入り溶接電極を溶接溜まりの方へ前進させるように構成されている。電力供給装置は、セルフシールドフラックス入り溶接電極に溶接出力を与えて、溶接作業中にセルフシールドフラックス入り溶接電極と加工物との間にアークを生成するように構成されている。制御器は、セルフシールドフラックス入り溶接電極への溶接出力の波形を制御する少なくとも電力供給装置と作動的に接続されている。波形は、短絡部分によって各々分離されているバックグラウンド部分と、次の最小振幅固定電流部分とを含む。制御器は、電力供給装置を制御して、電極と加工物との間の短絡事象を検出する前にバックグラウンド部分を与えるように構成されている。制御器は、電力供給装置の溶接出力を監視して、電極と加工物との間の短絡事象と短絡事象の除去との両方を検出するように構成されている。短絡事象の除去の検出時に、制御器は、所定の持続時間の間、最小振幅固定電流部分に溶接出力を自動的に切り換える。所定の持続時間の満了時に、制御器は、最小振幅固定電流部分とバックグラウンド部分との間のプラズマブーストパルス無しで、最小振幅固定電流部分からバックグラウンド部分に戻って自動的に切り換える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】フラックス入り溶接電極の斜視図である。
【図２】溶接システムの例の略図である。
【図３】溶接波形の例である。
【図４】溶接波形の例である。
【図５】流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態は、短絡溶接作業を行う溶接システムに関する。ここで、全体を通して同じ要素を参照するのに同じ参照符号を使用する図面を参照して、本発明を説明する。図面毎に又は所与の図面内で拡大縮小するのに様々な図面を必ずしも描く必要はないこと、特に、図面の理解を容易にするために構成要素のサイズを任意に描くことが分かるはずである。下記の記述では、説明の目的で、本発明の完全な理解を与えるために、多くの特定の詳細を説明する。しかし、これらの特定の詳細無しで本発明を実施することができることは明らかである。更に、本発明の他の実施形態が可能であり、記載の方法以外の方法で本発明を実施することができる。本発明の説明で使用される専門用語及び言葉遣いを、本発明の理解を促進する目的で使用し、限定としてとるべきではない。
【００１０】
負の値を有する電圧及び電流を、それらの振幅によってここに記載する。負の電圧及び電流の振幅は、それらの絶対値を意味する。例えば、振幅が増大する負の電圧又は電流は、基準電圧／電流（０Ｖ又は０Ａ）からのより大きい偏差を有する。逆に、振幅が減少する負の電圧又は電流は、基準電圧／電流（０Ｖ又は０Ａ）からのより小さい偏差を有する。
【００１１】
短絡セルフシールドフラックス入りアーク溶接（ＦＣＡＷ−Ｓ）を行うシステム及び方法を、ここで説明する。アーク溶接用の電気エネルギー及び波形を、溶接電力供給装置によって、消耗ワイヤ電極に与える。消耗ワイヤ溶接電極は、フラックス入り電極である。セルフシールドフラックス入り電極１０を、図１に示す。フラックス入り電極１０は、外部金属被覆１２及び電極芯１４を含む。金属被覆１２を、例えば、炭素鋼、ステンレス鋼、又は幾つかの他のタイプの金属又は金属合金から形成することができる。金属被覆の組成を、溶接されるべき加工物の卑金属成分と同様であるように選択することができる。電極芯１４は、フラックス剤、及び／又は合金及び金属を含む。フラックス剤は、溶接ビード上にスラグを生成して、溶接ビードが固化するまで溶接ビードを保護し、溶接ビードが固化するまで適切な位置に溶接ビードを保持する、及び／又は溶接ビードの形成中に溶接金属をシールドする化合物を含んでもよい。フラックスは、シールドガスを生成して環境の悪影響から溶接ビードを保護する成分を含んでもよい。フラックス成分は、外部シールドガスを不要にするように溶接中にシールドガスを生成するフッ化物及び／又は炭酸塩を含むことができる。従って、フラックス入り電極１０は、「セルフシールド」されている。このような電極を使用すると、溶接装置が大幅に簡略化され、外部シールドガス用の源及び構成が不要になる。更に、溶接ビード上に形成するスラグは、環境から溶接ビードをシールドし、その結果、高品質の溶接ビードが形成される。
【００１２】
フラックス入り電極１０は、後述の短絡溶接工程で使用される。短絡溶接中に、電極は加工物に接触して、溶融ボールを加工物に移送することができる。これにより、短絡状態中に、大電流が電極を流れる。電極の端部上の溶融ボールが電極から分離してアークを再設定すると、大電流により、ヒューズ及び「吹き出し」又は「爆発」のように電極は作用することがある。このような爆発的事象中に生成される力は、スパッタを生成することがあり、溶融溶接池を阻害することがあり、電極によって生成されるセルフシールドに悪影響を及ぼすことがある。溶接池及びセルフシールドの阻害により、溶接溜まりの大気窒素への暴露が増大することがあり、得られる溶接に悪影響を及ぼすことがある。例えば、窒素の収集の増大により、熱影響部（ＨＡＺ）が脆化することがある。スパッタは、加工物の洗浄を必要とし、焼損を引き起こすことがあるので、スパッタは望ましくない。
【００１３】
溶融ボールが電極から分離中又は丁度分離している場合、検出してから溶接電流の振幅を迅速に減少させることによって、窒素の収集及びスパッタを、短絡溶接中に減少させることができる。後述の溶接システムは、溶接電流の自動短絡後減少を用いて短絡ＦＣＡＷ−Ｓ溶接を行い、窒素の収集を最小にしてスパッタを減少させる。溶接電流の減少により、ヒューズのように離れた「吹き出し」ではなく、溶接電極から溶融ボールをより緩やかに分離することができる。溶接電極から溶融ボールを緩やかに分離すると、より爆発的な分離と比べて、溶接池及びセルフシールドが阻害されない。
【００１４】
アーク溶接システム２０の例の略図を図２に示す。アーク溶接システム２０は、溶接電力供給装置２２を含む。電力供給装置２２は、セルフシールドフラックス入り溶接電極２６と加工物２８との間に電気アーク２４を生成して、短絡溶接作業を行う。電力供給装置２２は、商用電源又は発電機などの電源３０から、アーク２４を生成するための電気エネルギーを受け取る。電源３０は、単相又は三相電源であることができる。
【００１５】
電力供給装置２２は、所望の溶接波形に従ってアーク２４を生成する切り換え型電力変換器３２を含む。切り換え型電力変換器３２の例は、直流チョッパ、インバータなどを含む。電源３０からの交流電力を、電力変換器３２内の整流器３４によって整流する。整流器３４からの直流出力を、チョッパ又はインバータ３６などの切り換え回路に供給する。インバータ３６は、高周波交流電力を変圧器（図示せず）に供給することができ、変圧器の出力を、アーク２４を生成するのに使用される直流電力に整流することができる。特定の実施形態において、アーク溶接システム２０は、エネルギーを電力変換器３２にも供給する１つ又は複数のバッテリ（図示せず）を含むハイブリッドシステムであることができる。
【００１６】
アーク溶接システム２０は、電力供給装置２２と作動的に接続されている溶接トーチ３８を含む。電力供給装置２２は、溶接トーチ３８に溶接出力電気エネルギーを供給し、アーク２４を生成して溶接作業を行う。図２において、トーチ３８は、電力供給装置２２によって供給される電気エネルギーを電極２６に伝達するコンタクトチップ４０を有する。
【００１７】
溶接作業中に電極を溶接溜まりの方へ前進させるように構成されている送り装置４４によって、電極２６をスプール４２から送る。図２に概略的に示すように、送り装置４４は、電極２６をトーチ３８の方へ駆動するモータ作動式ピンチローラを含むことができる。
【００１８】
チョッパ／インバータ３６からの導線４６、４８は、アーク溶接電流用の完成回路を与える。大部分のＦＣＡＷ−Ｓ電極は、直流電極負（ＤＣ−）又は「正」極性で最もよく作動する。このような構成を図２に概略的に示し、加工物２８を、電力供給装置２２からの正導線４６に接続し、コンタクトチップ４０及び電極２６を、負導線４８に接続する。従って、負電圧を、加工物２８に対し電極２６に印加する。アーク溶接電流は、チョッパ／インバータ３６から加工物２８を通ってアーク２４間に流れ、電極２６を通ってチョッパ／インバータ３６に戻る。特定の実施形態では、システムを、直流電極正（ＤＣ＋）又は「逆」極性（図示せず）用に構成することができる。
【００１９】
電力供給装置２２は、セルフシールドフラックス入り溶接電極２６への溶接出力を制御する電力供給装置（例えば、切り換え型電力変換器３２）と作動的に接続されている制御器５０を含む。制御器５０は、電力供給装置２２内で作動的に接続されて、電力供給装置の出力を制御する波形制御信号５２を与える。制御器５０は、波形制御信号５２を介して切り換え型電力変換器３２の出力を制御して、所望の溶接波形、溶接電圧、溶接電流などを得る。溶接波形の特定の例を、更に後述する。必要ならば、波形制御信号５２は、切り換え型電力変換器３２内で様々なスイッチ（例えば、半導体スイッチ）の動作を制御する複数の個別制御信号を含むことができる。
【００２０】
制御器５０は、フィードバック信号を介して溶接工程の様々な態様を監視する。例えば、電流変圧器（ＣＴ）又は分流器５４などの電流センサは、制御器５０に溶接電流フィードバック信号を供給することができ、電圧センサ６０は、制御器に溶接電圧フィードバック信号を供給することができる。
【００２１】
制御器５０は、電子制御器であることができ、プロセッサを含んでもよい。制御器５０は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、個別論理回路などのうちの１つ又は複数を含むことができる。制御器５０は、ここで制御器に帰する機能を制御器が与えるようにするプログラム命令を記憶するメモリ部分（例えば、ＲＡＭ又はＲＯＭ）を含むことができる。制御器５０は、複数の物理的に分離した回路又は電子デバイス（例えば、個別比較器、論理回路などと組み合わせたプロセッサ）を含むことができる。しかし、説明を楽にするために、制御器５０を、モノリシックデバイスとして示す。
【００２２】
電力供給装置２２は、制御器５０によって制御されるスイッチ６２（例えば、トランジスタスイッチ）を含むことができる。溶接作業中に、スイッチ６２を、閉又は導電状態に通常維持し、溶接電流は、スイッチを流れる。小さい抵抗値（例えば、１又は２オーム）を有する抵抗器６４又はスナバを、スイッチ６２間に接続して、スイッチを開放した場合、溶接電流を迅速に減少させることができる。スイッチ６２の開放（即ち、非導電状態への切り換え）により、溶接電流は、抵抗器６４又はスナバを強制的に流れ、抵抗器６４又はスナバで決まるレベルに電流の振幅を迅速に減少させる。従って、後述のように、制御器５０は、所望ならば、スイッチ６２を開放することによって溶接電流の振幅を迅速に減少させることができる。特定の実施形態において、電力供給装置２２から物理的に離れたモジュール（例えば、分離ＳＴＴモジュール）にスイッチ６２を設置することができる。
【００２３】
図３は、制御器５０からの波形制御信号５２に基づいて、電力供給装置によって電極に供給される溶接電圧波形６６及び溶接電流波形６８の例を示す。図２に示す直流電極負（ＤＣ−）セットアップのために、両方の波形は負である。電圧波形６６は、電力供給装置が電極に略定電圧溶接出力を与えるバックグラウンド部分７０、７２を有する。バックグラウンド部分７０、７２の間、溶融ボールを、フラックス入り溶接電極の端部で生成することができる。
【００２４】
電極が溶接溜まりの方へ前進するにつれて、最終的に、電極の端部の溶融ボールは、溶接溜まりに短絡する。この点を、波形の例において符号７４で特定する。短絡事象７４が生じるまで、溶接波形のバックグラウンド電圧／電流部分は生じる。電圧６６の振幅は、短絡事象７４で劇的に減少し、電流６８の振幅は増大することが分かる。制御器は、溶接電圧及び電流を監視しているので、短絡事象７４が生じた場合、判定することができる。
【００２５】
溶接電流の最大振幅は、短絡事象中に生じる。阻止しないままであると、電流振幅の増大により、最終的に、溶融ボールは、ヒューズのような電極から爆発的に分離し、スパッタを生成して、上述のように、溶接において窒素吸収に至る。しかし、電圧波形６６を監視することによって、制御器は、溶融ボールの電極からの分離点を判定することができ、溶接電流を迅速に減少させて、分離中に生成される力を最小にすることができる。電圧波形６６は、短絡部分の間に振幅７８の特徴的な増大を含み、制御器は、溶融ボールの電極からの分離を特定するのに使用する。溶融ボールが電極から分離した場合、制御器は、電圧信号自体、その派生物、電流信号と組み合わせた電圧信号などから判定することができる。
【００２６】
制御器が短絡事象の除去７６を判定した場合、電力供給装置が、所定の持続時間Ｔの間、セルフシールドフラックス入り溶接電極に最小振幅固定電流溶接出力７９を与えるように、制御器は、所定の短い持続時間の間、電極制御に自動的に切り換える。所定の持続時間Ｔは、溶接溜まりによる窒素吸収を最小にする及び／又はスパッタを最小にするように選択可能である。図２のシステムでは、溶接電流を減少させるために、抵抗器６４又はスナバを通る溶接電流を強制するスイッチ６２を開放する。これにより、図３に示すように、溶接電流の振幅が迅速に減少する。スイッチ６２の開放により、例えば１マイクロ秒当たり少なくとも２アンペアの割合で、溶接電流を非常に迅速に減少させることができる。制御器は、所定の持続時間Ｔの間、開状態でスイッチ６２を維持する。
【００２７】
最小振幅固定電流レベル７９は、電力供給装置からの電圧出力、及び抵抗器又はスナバによって与えられるインピーダンスで主に決まる。最小振幅固定電流レベル７９は、図３に示すように、溶接電流波形６８の最低振幅部分であることができる。アークを検出するか否かにかかわらず、制御器は、スイッチ６２（図２）を開状態で維持し、固定の所定の時間の間、電流波形６８内の最小振幅で溶接電流を維持する。上述のように、過度のスパッタ及び窒素吸収を回避するために、適切と考えられる任意の時間の間、溶接電流を最小レベルで保持することができる。持続時間の例は、１ミリ秒未満、５００マイクロ秒未満、２００マイクロ秒未満、少なくとも１５０マイクロ秒、１００マイクロ秒未満、又は更に短い持続時間を含む。
【００２８】
特定の例では、約６６マイクロ秒において負の２５０Ａを超える振幅から負の５０Ａ未満の振幅に、溶接電流を減少させることができる（その結果、１マイクロ秒当たり３アンペアを超える割合で、電流の振幅は減少する）。約１６０マイクロ秒の間、減少した電流レベルを保持することができる。
【００２９】
溶接電流を最小にする所定の持続時間の満了時に、制御器は、スイッチ６２を閉じ、電力供給装置を制御して、溶接波形のバックグラウンド部分７２に自動的に戻る。別の短絡事象を検出するまで、バックグラウンド部分は続く。従って、上述の波形の例において、溶接出力は、バックグラウンド部分、短絡部分、及び最小振幅固定電流部分のみを含む。特に、溶接波形は、従来のＳＴＴ溶接と違って、短絡部分及び最小振幅固定電流部分の後にプラズマブーストパルスを欠いている。即ち、電力供給装置は、さもないと電極によって与えられるセルフシールドを阻害して窒素吸収が増大するかもしれない、プラズマブーストパルス無しで、バックグラウンド部分に直接戻ることができる。しかし、所望ならば、任意の数の溶接波形を使用することができる。
【００３０】
比較の目的で、ＳＴＴ波形の例を図４に示す。ＳＴＴ波形は、バックグラウンド電流部分８０、ピンチ電流部分８２、及びプラズマブーストパルス８４次いで別のバックグラウンド電流部分への尾部８６を含む。ＳＴＴ波形は、図３の波形に無いプラズマブーストパルス８４を含み、ＳＴＴ波形は、所定の持続時間を有する最小振幅固定電流部分を欠いている。短絡事象の除去は、ピンチ電流８２とプラズマブーストパルス８４との間のＳＴＴ波形で生じ、ピンチ電流からプラズマブーストへの遷移を、監視溶接電圧又はその派生物に基づいて制御する。ＳＴＴにおけるピンチ電流８２からプラズマブースト８４への遷移は、時間ではなく監視溶接電圧又はその派生物に基づくので、図３の波形で見られるように、短絡事象の除去の検出時に、所定の持続時間の間、最小振幅固定電流レベルが無い。
【００３１】
図５は、セルフシールドフラックス入り溶接電極を用いて短絡溶接を行う方法の例の流れ図を提供する。最初に、溶接電力供給装置は、電極と加工物との間の短絡事象を検出する前に、セルフシールドフラックス入り溶接電極にバックグラウンド溶接出力を与える（ステップＳ１０）。電力供給装置の溶接出力を監視して、電極と加工物との間の短絡事象と、短絡事象の除去との両方を検出する（ステップＳ１２）。短絡事象の除去の検出時に、溶接電力供給装置は、電流制御に自動的に切り換えて、所定の持続時間の間、セルフシールドフラックス入り溶接電極に最小振幅固定電流溶接出力を与える（ステップＳ１４）。所定の持続時間の満了時に、溶接電力供給装置は、電流制御から戻って自動的に切り換えて、電極と加工物との間の別の短絡事象を検出するまで、セルフシールドフラックス入り溶接電極にバックグラウンド溶接出力を与える。
【００３２】
この開示は一例であり、この開示に含まれる教示の正当な範囲から逸脱することなく、詳細を追加、修正又は削除することによって、様々な変更を行うことができることは明らかであるはずである。従って、本発明は、下記の特許請求の範囲を必ず限定する範囲を除いて、この開示の特定の詳細に限定されない。
【符号の説明】
【００３３】
１０  セルフシールドフラックス入り電極
１２  金属被覆
１４  電極芯
２０  アーク溶接システム
２２  電力供給装置
２４  アーク
２６  セルフシールドフラックス入り溶接電極
２８  加工物
３０  電源
３２  電力変換器
３４  整流器
３６  チョッパ又はインバータ
３８  溶接トーチ
４０  コンタクトチップ
４２  スプール
４４  送り装置
４６  正導線
４８  負導線
５０  制御器
５２  波形制御信号
５４  分流器
６０  電圧センサ
６２  スイッチ
６４  抵抗器
６６  電圧波形
６８  電流波形
７０  バックグラウンド部分
７２  バックグラウンド部分
７４  短絡事象
７６  除去
７８  振幅
７９  最小振幅固定電流溶接出力
８０  バックグラウンド電流部分
８２  ピンチ電流部分
８４  プラズマブーストパルス
８６  尾部
Ｔ  所定の持続時間
【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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【外国語明細書】
2018153867000001.pdf