(57)【要約】本発明は、熔融する電極を用いて、熔接プロセスを制御及び／又は調整するための方法に関する。アークを点火したあと、異なった熔接パラメータに基づいて調整された熔接プロセスは、熔接電源２によって実行される。当該プロセスは制御デバイス４によって制御される。上記プロセスを行うための装置に関する。ワークピース１６に熱を導入するために熱を少なくすることが制御される。少なくとも二つの異なったプロセス相が周期的に組み合わされている。パルス電流相２７及び冷金属移動の相２８のような、異なった材料遷移及び／又はアークタイプによって、プロセス相はエネルギの異なった入力を持っている。
2007508939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
いくつかの異なった熔接パラメータに基づいて調整されているとともに制御装置によって制御された熔接プロセスが、アークの点火の後に熔接電源によって実行され、
異なった材料遷移及び／又はアーク・タイプに起因する異なったエネルギ入力を持った少なくとも二つの異なった熔接プロセス相は、熱バランス及び加工されるワークピース(16)への熱入力に影響を及ぼすか制御するために熔接プロセスの間に周期的に組み合わされることを特徴とする、消耗可能な電極を用いて熔接プロセス又は熔接電源を制御する方法。
【請求項２】
高エネルギ入力を持った少なくとも一つの熔接プロセス相、及び、低エネルギ入力を持った少なくとも一つの熔接プロセス相が、熔接プロセスの間に周期的に組み合わされることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
高エネルギ入力を持った前記熔接プロセス相のようなパルス電流相(27)、及び低エネルギ入力を持った前記熔接プロセス相のような冷金属移動の相(28)は、熔接プロセスの間に周期的に組み合わされることを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項４】
高エネルギ入力を持った前記熔接プロセス相のようなスプレーアーク相、及び、低エネルギ入力を持った前記熔接プロセス相のような冷金属移動の相は、熔接プロセスの間に周期的に組み合わされることを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項５】
高エネルギ入力を持った前記熔接プロセス相のようなパルス電流相スプレーアーク相、及び低エネルギ入力を持った前記熔接プロセス相のような短絡相は、熔接プロセスの間に周期的に組み合わされることを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項６】
冷金属移動の相(28)の間に、熔接ワイヤ(13)は、同じものに接触するまでワークピース(16)の方向に運ばれ、ワイヤ運搬は、短絡の生成の後に逆にされて、ワークピース(16)から所定の距離(30)に戻るまで熔接ワイヤ(13)が運ばれることを特徴とする、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項７】
ワークピース(16)の方向に熔接ワイヤ(13)を運ぶ間に、小滴の形成及び熔接ワイヤの端の初期の熔融を引き起こすために、熔接電流(I)が変更される（特に増加する）ことを特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項８】
熔接ワイヤ(13)は、ワークピース(16)と接触した後に後方に移動され、小滴(32)及び熔接ワイヤ(13)から初期に溶けた材料を分離す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】
個々の熔接プロセス相の期間が、調整された熔接電流(I)の関数として、特に、調整された熔接電流(I)又は調整された出力に正比例して制御されることを特徴とする、請求項１乃至８のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
高エネルギ入力を持った熔接プロセス相と、低エネルギ入力を持った熔接プロセス相との間の比率が、熔接電流(I)又は調整された出力の関数としてそれぞれ変更されることを特徴とする、請求項２乃至９のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
加工されるワークピース(16)への熱入力の少なくとも一つの熔接パラメータは、熔接装置(1)上で選択されるか調整され、
高エネルギ入力を持った熔接プロセス相と低エネルギ入力を持った熔接プロセス相との間の比率は、選択されたか調整された熱入力値の関数として自動的に決定されるとともに制御されることを特徴とする、請求項２乃至１０のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
周期的に交代する熔接プロセス相の比率は、例えば、熔接電流(I)、及び／又は、熱入力用パラメータ、及び／又は、加工されるワークピース(16)の材料、及び／又は、熔接ワイヤ(13)の材料、及び／又は、使用された熔接ガスのような、熔接プロセスのために用いられたパラメータの関数として決定されることを特徴とする、請求項１乃至１１のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
パルス電流相(27)におけるパルスの数を特定することにより、又は期間を予め決めることによって、又はトリガー信号の印加によって、冷金属移動の相(28)が始められることを特徴とする、請求項３乃至１２のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
熔接プロセスがリフトアーク原理に従って始められることを特徴とする、請求項１乃至１３のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１５】
アーク(15)の点火の規定の期間の間に、及び少なくとも二つの異なった熔接プロセス相の周期的な交替に先立って、高エネルギ入力を持ったさらなる熔接プロセス相が実行されることを特徴とする、請求項１乃至１４のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】
冷金属移動の相(28)の間における、エネルギ入力、特に熔接電流(I)は、パルス電流の相(27)の間における、エネルギ入力、特に熔接電流(I)よりも小さいことを特徴とする、請求項３乃至１５のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１７】
ワイヤ前進速度が異なった熔接プロセス相の間に変更されることを特徴とする、請求項１乃至１６のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１８】
熔接電源(2)と制御装置(4)と熔接トーチ(10)とを含む熔接装置(1)であって、
異なった熔接パラメータは、熔接装置に設けられた入力装置及び／又は出力装置(40)によって、あるいは遠隔制御装置によって、調整可能であり、
熱バランス又は加工されるワークピース(16)への熱入力のための少なくとも一つのパラメータは、熔接装置の入力装置及び／又は出力装置で及び／又は遠隔制御装置で選択可能であり、及び／又は、
調整要素は、異なったエネルギ入力を持った少なくとも二つの熔接プロセス相の周期的な組み合わせによって、熱バランス又は加工されるワークピース(16)への熱入力の調整のために設けられていることを特徴とする熔接装置(1)。
【請求項１９】
請求項１乃至１６のうちのいずれか一つに記載の方法を実行するための実施態様を特徴とする、請求項１８記載の熔接デバイス。
【請求項２０】
さらなる選択又は調整の要素(46)が、用いられる熔接プロセス相の選択のために設けられていることを特徴とする、請求項１８又は１９に記載の熔接デバイス。
【請求項２１】
少なくとも一つのディスプレイ(42、43、44、45)が、選択された熔接パラメータ及び／又は選択された熔接プロセス相の表示のために設けられていることを特徴とする、請求項１８乃至２０のうちのいずれかの一つに係る熔接デバイス。
【請求項２２】
選択又は調整の要素(46)が、加工されるワークピース(16)の材料の選択のために設けられていることを特徴とする、請求項１８乃至２１のうちのいずれか一つに記載の熔接デバイス。
【請求項２３】
選択又は調整の要素(46)が、使用された熔接ワイヤ(13)の材料の選択のために設けられていることを特徴とする、請求項１８乃至２２のうちのいずれか一つに記載の熔接デバイス。
【請求項２４】
冷金属移動の熔接プロセスとパルス熔接プロセスとの周期的な組み合わせが、入力装置及び／又は出力装置(40)で調整可能であることを特徴とする、請求項１８乃至２３のうちのいずれか一つに記載の熔接デバイス。
【請求項２５】
冷金属移動の熔接プロセスとスプレー・アーク熔接プロセスとの周期的な組み合わせが、入力装置及び／又は出力装置(40)で調整可能であることを特徴とする、請求項１８乃至２３のうちのいずれか一つに記載の熔接デバイス。
【請求項２６】
冷金属移動の熔接プロセスとスプレー短絡アーク熔接プロセスとの周期的な組み合わせが、入力装置及び／又は出力装置(40)で調整可能であることを特徴とする、請求項１８乃至２３のうちのいずれか一つに記載の熔接デバイス。
【請求項２７】
スプレー・アーク熔接プロセスとパルス熔接プロセスとの周期的な組み合わせが、入力装置及び／又は出力装置(40)で調整可能であることを特徴とする、請求項１８乃至２３のうちのいずれか一つに記載の熔接デバイス。
【請求項２８】
選択又は調整の要素(48)が、選択された熔接プロセス相の比率、特に各熔接プロセス相の期間の調整のために設けられていることを特徴とする、請求項１８乃至２７のうちのいずれか一つに記載の熔接デバイス。
【請求項２９】
メモリが熔接パラメータ調整値を記憶するために設けられていることを特徴とする、請求項１８乃至２８のうちのいずれか一つに記載の熔接デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗可能な電極を用いて熔接プロセス又は熔接電源を制御する方法に関し、いくつかの異なった熔接パラメータに基づいて調整され、且つ制御装置によって制御された熔接プロセスは、アークの点火の後に熔接電源によって行なわれる。
【０００２】
本発明は、さらに、熔接電源、制御装置及び熔接トーチを含む熔接装置に関する。そこでは、異なった熔接パラメータは、熔接装置に設けられた入力装置及び／又は出力装置によって、又は遠隔制御装置によって調整可能である。
【背景技術】
【０００３】
既知の熔接プロセスでは、すべてのパラメータは、熔接装置に設けられた入力装置及び／又は出力装置によって調整可能である。そうする際に、例えばパルス熔接プロセス又はスプレー・アーク熔接プロセスのような適切な熔接プロセス、又はショートアーク熔接のプロセスが選択されている。従って、パラメータは調整される。さらに、アークに点火するための適切な点火過程を選択することもしばしば可能である。その後、熔接手順が始められれば、調整された熔接プロセス(例えばパルス熔接プロセス)は、調整された点火プロセスによってアークの点火で行なわれるだろう。そうする際に、熔接手順の間にこの選択された熔接プロセスのために、例えば熔接電流、ワイヤ前進速度などのような異なったパラメータを修正することが可能である。しかしながら、他の熔接プロセス(例えばスプレー・アーク熔接プロセス)へのスイッチングは実現可能ではない。その場合、正当に行なわれた熔接プロセス(例えばパルス熔接プロセス)は、遮られなければならない。また、熔接装置において従って新しい選択又は調整をすることにより、他の熔接プロセス(例えばスプレー・アーク熔接プロセス)が始めなければならない。
【０００４】
特許文献１は、非常に狭い熔接ギャップでさえ最適に埋められることを可能にし、良好な熔接品質が達成されることを可能にする熔接方法に関する。この目的のために、搬送速度に関しての熔接ワイヤの溶融速度は、アークの熱分配の制御を可能にするために変更される。これは、熔接電流又はワイヤ搬送速度のような熔接パラメータの変更により、従来のやり方で達成される。
【０００５】
特許文献２は、アークの熱が、熔接電流のパルス形式、パルス幅又は主エッジのような熔接パラメータによって制御されている、アルミニウムのための熔接方法に関する。これは、アルミニウム熔接における熔接品質を改善する役目を果たしている。
【０００６】
最後に、特許文献３は、熔接ワイヤを通じて供給された電流によって材料をあらかじめ加熱することが、アークの生成に先立ってスタート相に起こる熔接方法を示す。上記方法は、熔接プロセスのスタート相のことを言っているだけである。
【特許文献１】米国特許出願2002/153363号（US2002/153363 A1）
【特許文献２】米国特許6,515,259号（US6,515,259 B1）
【特許文献３】日本国特許公開公報2004-197579号（JP 04-197579 A）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
熔接プロセス及び熔接電源をそれぞれ制御する前述の方法を提供することが、本発明の目的である。それはワークピースに熱を導入するために熱バランスの調整及び／又は制御を可能にする。
【０００８】
本発明の他の目的は、前述の熔接装置を提供することである。前述の熔接装置は、ワークピースへの熱の導入のための熱バランスの調整及び／又は制御を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第一の目的は、熱バランス及び、特に加工されるワークピースへの熱入力に影響を及ぼすか制御するために、熔接プロセスの間に、異なった材料遷移（material transition）及び／又はアーク・タイプに起因する異なったエネルギ入力を持った少なくとも二つの異なった熔接プロセス相が、周期的に組み合わされるということにおいて達成される。その利点は、最も異なった熔接プロセス相の選択的な周期的な組み合わせが熱バランス及び特にワークピースへの熱の入力の制御を可能にすることである。このように、例えばパルス熔接プロセスのいくつかのパルスを備える熔接プロセス相は、冷金属移動（cold-metal-transfer）の熔接プロセスの熔接プロセス相に従うことができる。熔接ワイヤは、ワークピース(つまり熔融槽)と接触するまで移動される。小滴（droplet）の分離が、熔融槽から熔接ワイヤの格納で発生する。このように、前のパルス熔接相にあったより、実質的に少ないエネルギ及び従って低い熔接温度が、この冷金属移動（cold-metal-transfer）の熔接相の間に、ワークピース(つまり熔融槽)に導入される。周期的に組み合わされるか交互の異なった熔接プロセス相から構成されている熔接プロセスによって、熱バランス及び特にワークピースへの熱入力は制御される。ワークピースへの低減された熱入力(特に熔接されるシート状金属)によって、例えば、ワークピースのひずみは実質的に減少されるだろう。他の利点は、熔接装置（installation）によって調整可能な熱入力によりユーザによって最適のやり方で熔接プロセスがワークピース必要条件に適応されることである。
【００１０】
この点で、熔接プロセスの間の異なった熔接プロセス相は、特に、高エネルギ入力を持った少なくとも一つの熔接プロセス相、及び、低エネルギ入力を持った一つの熔接プロセス相から構成される。それは周期的に組み合わされる。このように、熱バランスは選択的に制御することができる。
【００１１】
しかしながら、請求項３乃至５記載の構成も好ましい。熔接プロセス相は、市販の熔接プロセスから構成される。また、熱バランスの簡単な制御は、低いエネルギ及び熱入力を持った特別の熔接プロセス相を適用することにより実現可能である。
【００１２】
冷金属移動の熔接相の適用によりワークピースへの熱入力の大幅な低減を可能にする、請求項６乃至８記載の構成も好ましい。
【００１３】
請求項９及び１０記載の構成の利点は、本発明に係る熔接方法の異なった熔接プロセス相の比率、つまり熔接相の期間及び／又は熔接相でのパルスの数が、必要とされた熱入力の関数として制御装置によって自動的に修正することができることである。ワークピースの厚いシートで、高いエネルギ入力を持った熔接プロセス相が、厚みの薄いワークピースで高く調整されるように、例えば、比率は変更される。
【００１４】
また、ユーザによる熔接プロセスのための熱バランスの直接的な調整を可能にするので、請求項１１乃至１３記載の構成が好ましい。
【００１５】
熔接プロセスを始める、つまりアークを点火するために、先行技術から知られている方法(すなわち、いわゆるリフトアーク原理（lift-arc-principle）)を用いるという請求項１４に係る構成も好ましい。かかる接触点火によって、熔接ワイヤは、ワークピースに配置されて、アークを点火させるために熔接電流を接続する間にわずかに持ち上げられる。
【００１６】
請求項１５記載の変形例は、簡単なやり方でアークの安定化を保証する。
【００１７】
請求項１６記載の構成の利点は、冷金属移動の熔接相の間にワークピースを冷やすことを提供して、熔接期間全体にわたるワークピースへの全熱入力を実質的に低減することを提供するということである。
【００１８】
しかしながら、熔接プロセスの本質的な加速を保証するので、請求項１７記載の構成は好ましい。このように、相当なタイム・ラグの無い実施は、パルス熔接プロセスの基本電流相において例えば実現可能である。
【００１９】
本発明の目的は、前述の熔接装置によってさらに達成される。そこで、熱バランス又は加工されるワークピースへの熱入力のための少なくとも一つのパラメータは、熔接装置の入力装置及び／又は出力装置及び／又は遠隔制御装置で選択可能である。及び／又は、異なったエネルギ入力を持った少なくとも二つの熔接プロセス相の周期的な組み合わせによって、調整要素が、熱バランスあるいは加工されるワークピースへの熱入力の調整のために設けられる。
【００２０】
さらに好ましい構成が、請求項１９乃至２９に記載される。そこから得られた利点は、詳細な説明及び前に記載された請求項１乃至１７から明白である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下において、本発明は、添付図面によって詳細に説明される。
【００２２】
図１は、例えばMIG/MAG熔接やWIG/TIG熔接のような様々なプロセス又は方法、あるいは電極熔接方法、二重ワイヤ/タンデム（tandem）熔接方法、プラズマ又はハンダ付け方法などのための熔接装置1、又は熔接設備を示す。
【００２３】
熔接装置1は、パワー素子3、制御装置4、及び、パワー素子3及び制御装置4にそれぞれ連関したスイッチ部材5を含む電源2を備える。スイッチ部材5及び制御装置4は、ガス容器9と熔接トーチ10又はトーチとの間に、ガス8及び、例えば二酸化炭素、ヘリウム又はアルゴンのような特に保護ガスのための供給ライン7に配置されたコントロールバルブ6に接続されている。
【００２４】
さらに、MIG/MAG熔接において通常採用されているワイヤ供給装置11は、制御装置4によって制御することができる。それによってさらなる材料又は熔接ワイヤ13は、供給ライン12を介して、供給ドラム14又はワイヤ・コイルから、熔接トーチ10の領域に供給される。もちろん、図１に示されたアクセサリ装置と同じものを設計するのではなく、先行技術から分かるような、熔接装置1及び特にその基礎ハウジングにおいてワイヤ供給装置11を一体化することができる。
【００２５】
ワイヤ供給装置11が熔接トーチ10の外側のプロセス・サイトに熔接ワイヤ13又はさらなる材料を供給することは実現可能である。通常WIG/TIG熔接の場合であるように、その端まで消費できない電極は、熔接トーチ10の内部に好ましくは配置される。アーク15、特に操作のアークを電極とワークピース16との間に構築するのに必要なパワーは、熔接17ラインを介して電源2のパワー素子3から熔接トーチ10、特に電極に供給される。熔接されるワークピース16（いくつかの部分から形成される）は、さらなる熔接18ラインを介して、同様に、熔接装置1に特に電源2に接続される。このように、電力回路がアーク15あるいは形成されたプラズマジェットに構築する（build up）ことを可能にする。
【００２６】
熔接トーチ10の冷却を提供するために、熔接トーチ10は、間に配置された流量制御20を介して冷却回路19によって、液体貯蔵容器、特に貯水容器21に接続することができる。それによって、熔接トーチ10を冷却することをもたらすために熔接トーチ10が操作されるときに、冷却回路19及び特に、貯水容器21に含まれていた液体に用いられた液体ポンプが開始される。
【００２７】
熔接装置1は、入力装置及び／又は出力装置22をさらに備える。それによって、最も異なった熔接パラメータ、オペレーティング・モード又は熔接装置1の熔接プログラムが、それぞれ、セットされ、呼び出すことができる。そうする際に、入力装置及び／又は出力装置22によってセットされた熔接パラメータ、オペレーティング・モード又は熔接プログラムは、制御装置4に送られる。制御装置4は、次に熔接設備又は熔接装置1の各コンポーネントを制御し、そして／又は、制御に対する各設定値を予め決める。
【００２８】
示された典型的な実施態様では、熔接トーチ10は、更に、ホース・パッケージ23によって、熔接装置1又は熔接設備に接続されている。ホース・パッケージ23では、熔接装置1から熔接トーチ10までの各ラインが配置される（arranged）。ホース・パッケージ23は、結合装置24によって熔接トーチ10と接続されている。しかしながら、ホース・パッケージ23に配置された各ラインは、接続ソケット又はプラグ・イン接続によって熔接装置1の各接続部と接続されている。ホース・パッケージ23の適切な張力緩和（strain relief）を保証するために、ホース・パッケージ23は、張力緩和手段25によって、ハウジング26と、特に、熔接装置1のベースハウジングと接続されている。もちろん、熔接装置1への接続のために結合装置24を用いることもできる。
【００２９】
様々な熔接方法又は例えばWIGデバイス、MIG/MAG装置、プラズマ装置のような熔接装置1として、前述のコンポーネントのすべてが、使用又は採用されなければならないとは限らないことに基本的に注目されるべきである。このように、例えば、空冷式熔接トーチ10のような熔接トーチ10を考案することが実現可能である。
【００３０】
図２乃至５は、本発明に係る熔接プロセスの典型的な実施態様を模式的に図示する。それは、冷金属移動（Cold-Metal-Transfer(CMT)）の相と、共通の熔接プロセス相、特にパルス電流相の周期的な組み合わせ又は交替から構成される。冷金属移動（cold-metal-transfer）の相の間に、熔接ワイヤ13からの小滴分離が同様に発生する。図２は、熔接電圧Uの時刻歴を示す。図３は、熔接電流Iの時刻歴を示す。図４は、熔接ワイヤ13の速度Vの時刻歴を示す。図５は、時間tの関数としてワークピース16に対する熔接ワイヤ13の模式的な位置を示す。
【００３１】
アーク15に点火するための本発明に係る熔接プロセスのスタート手順は、例えば、リフトアーク原理26aと呼ばれるものによって実現される。このように、点火手順が開始するときに、同時に、限定的に増加した熔接ワイヤIが適用されて初めての接触でワークピース16上の熔接ワイヤ13の初期の熔融を防止する間に、熔接ワイヤ13はワークピース16への方向に移動される。初めての接触つまり短絡で、熔接電流Iが、例えば、再び熔接ワイヤ13の初期の熔融を防止するためにもう一度増加する。熔接ワイヤ13の後退の間に、熔接ワイヤ13がワークピース16から上げられるように、アーク15が生成される。熔接ワイヤ13は、ワークピース16から所定距離まで移動される。ワイヤの搬送方向の逆戻り（reversal）がもう一度もたらされている（effected）。
【００３２】
アーク15の点火の後、適切な熔接プロセスに先立って、規定の期間にわたる高いエネルギ入力を備えた第一の短いプロセス相26bを実行し、次に、周期的に結合した熔接プロセス相から構成された熔接プロセスを実行することも実現可能である。従って、高いエネルギ入力を備えたこの短いプロセス相26bがアーク15を安定させるという利点が得られている。さらに、熔接ワイヤ13が点火プロセスによって加熱され、したがって、後の熔接プロセスがあらかじめ熱せられた熔接ワイヤ13で始めることができる。それは実質的に熔接品質を高めるだろう。
【００３３】
本発明に係る熔接プロセスでは、熱バランス、特に、ワークピース16への熱入力が、異なった材料遷移及び／又はアーク・タイプを備える少なくとも二つの異なった熔接プロセス相の周期的な組み合わせによって影響を受けるとともに制御されることが不可欠である。前記熔接プロセスにおいて、高エネルギ入力を持った熔接プロセス相は、ワークピース16の熱バランスを選択的に制御するとともに影響を及ぼすために、低エネルギ入力特に冷金属移動（cold-metal-transfer）の相を持った熔接プロセス相と交互である。
【００３４】
図２乃至５に係る熔接プロセスの図示する典型的な実施態様において、パルス電流の相27が冷金属移動の相28と周期的に結合する。このことは先行技術から既に分かっているので、パルス電流の相27の詳細な説明が与えられていない。電流パルスの印加によってパルス電流の相27が熔接ワイヤ13からの小滴分離をもたらすこと、及び次に基本電流相35に合流する（merge into）ことが単に述べられるべきである。特に冷金属移動（cold-metal-transfer）の相28とパルス電流の相27との周期的な組み合わせの使用は、冷金属移動の相28がパルス電流の相の基本電流相35において行なわれることを可能にする。そのことは、熔接電流Iがパルス電流の相27によって小滴分離の後に低下し、基本電流相35に合流し（merge into）、その後、冷金属移動（cold-metal-transfer）の相28は基本電流相35において実行され、そこでは、パルス電流相27への遷移が再び起こることを意味する。
【００３５】
図６乃至９に詳細に記載されるように、熔接プロセスのいくつかの連続し同一の熔接プロセス相例えばパルス電流相によって異なった熔接プロセス相の周期的な組み合わせを実現することは可能である。少なくとも一つのさらなる熔接プロセス相例えば冷金属移動（cold-metal-transfer）の相28を、一度、あるいはいくつかの連続する回で、所与の回数だけで実行することが可能である。
【００３６】
冷金属移動の相28の間に、時間29から明白にスタートするように、熔接ワイヤ13は、ワークピース16の方向に開始位置(つまり距離30)から移動される。熔接ワイヤ13は、時間31でワークピース16と接触するまでワークピース16の方向に移動される。短絡を作成した後に、ワイヤ運搬は逆にされる。そして、あらかじめ定められた距離30に限り、熔接ワイヤ13はワークピース16から再び移される。好ましくはそれは開始位置である。パルス熔接プロセスでの基本電流相35の間のプロセスを実行することによって、小滴の形成又は冷金属移動の相28の間に熔接ワイヤの端の初期の熔融を引き起こすために、時間29で明白なように、ワークピース16の方向に熔接ワイヤ13が前進する間に基本電流相35の基本電流に対して、熔接電流Iが変更される（詳しくは増加する）。他の熔接プロセス相と冷金属移動の相28とが交替するときでは、初期の熔融が熔接ワイヤ13の前進でもたらされるように電流Iが制御されている。熔接ワイヤ13が熔融槽へ浸されてこの後に後方に移動されることによって、小滴32、あるいはわずかな熔融材料は、熔接ワイヤ13から分離される(不図示)。もちろん、この場合、小滴分離を促進するために熔接ワイヤIでのパルス状の増加をもたらすこともできる。
【００３７】
冷金属移動（cold-metal-transfer）の相28での熔接プロセスの迅速な実施を保証するために、冷金属移動の相28の間にワイヤ前進速度Vが変化する（詳しくは増加する）ことは更に実現可能である。
【００３８】
要約すると、熔接ワイヤの端で小滴の形成をもたらすために、図２乃至５に係る典型的な実施態様における熔接プロセスは、時間33で、つまりスタート手順の後で、パルス電流相27が開始される、つまり、熔接電流Iが増加される、ように進行する。熔接電流Iは、熔接ワイヤ13から小滴32の分離を保証するために十分に長い時間にわたって維持される。もちろん、それは、短くて高い電流パルスIによって熔接ワイヤ13から離れた小滴32を有していてもよい。時間34に従ってパルス電流相27を完了した後に、熔接電流Iは、基本電流相35において基本値36まで低下し、それにより、アーク15を維持する。次に、冷金属移動の相28は、基本電流相35において予め調整可能な期間の終了後に始められる。冷金属移動の相28を完了した後に、好ましくは、基本電流相35がさらに、所定期間の間維持されている。そこでは、パルス電流相27が再び始められ、二つの熔接プロセス相の周期的な反復が行なわれる。
【００３９】
熱バランスは、結合した熔接プロセス相によって実質的に影響を受ける場合がある。これは、パルス・エネルギ、詳細には熔接電流Iは、パルス・エネルギ、詳細にはパルス電流の相27の間の熔接電流Iよりも冷金属移動の相28の間に低いということにおいて実現される。詳細には、再度アーク15に点火するだけに必要な非常に低い電流Iの印加によって小滴分離がもたらされるので、非常に冷たい材料遷移は、冷金属移動の相28の間に得られる。その結果、熱がほとんどワークピース16に導入されていない。その結果、ワークピース16が適切に冷えることは、熱バランスの制御を可能にするか又はワークピース16への熱入力を実現可能にする。
【００４０】
他の典型的な実施態様は、図６乃至９に記載される。この熔接プロセスでは、三つの連続したパルス電流相27が三つの連続した冷金属移動の相28に従う。これから、熔接プロセスのいくつかの同一の熔接プロセス相を交互に行なうことができることは明白である。さらに異なった熔接プロセスの一つ又はいくつかの熔接プロセス相が実行される。当該手順は、周期的に繰り返される。
【００４１】
基本的に、熱バランスの制御が、ワークピース16の温度を検出して熔接装置1で画定された熱入力を予め決めることにより、熔接プロセス相から他の熔接プロセス相に自動的に切り替えることを備えることは実現可能である。このことは、ワークピース16の温度が熔接装置1の制御装置4に送信されることを意味している。そこで、制御装置4は、ワークピース16を冷やすために冷金属移動の相への切り替えが確実にもたらされることになっているかどうかを決定する。
【００４２】
図６乃至９に係る典型的な実施態様において、熔接電流Iを増加させることによって、パルス電流相27が時間37で始められる。かかる増加は、熔接ワイヤの端の上に小滴を形成することを引き起こす。ある画定された時間(時間38)の後、小滴32は熔接ワイヤ13から分離される。パルス電流相27が終わり、基本電流相35が始まる。基本電流相35では、アーク15を維持するために熔接電流Iが基本値36まで低下する。三つの連続したパルス電流相27及び基本電流相35の後、冷金属移動の相28が時間39で始められる。また、熔接電流Iは制限された範囲まで増加する。その後、熔接ワイヤ13は、同じものと接触するようになるまで、つまり短絡を形成するまで、ワークピース16の方向に移動される。その後、小滴分離は、熔接ワイヤ13が後方に動く間に、つまり、短絡が発生した後に、小滴32は熔融槽の表面張力により熔接ワイヤの端から離れるようにもたらされる。そのことは、熔接ワイヤ13が後方に動くことによって小滴32が熔接ワイヤ13から事実上離れることを意味する。もちろん、そうする際に、小滴分離を促進するために、熔接電流Iの増加を詳細には熔接電流Iのパルス状増加をもたらすことができる。小滴分離の後に、熔接ワイヤ13は、再びその開始位置に、つまり距離30に限って戻る。それによって、アーク15の自動点火が、小滴32の分離の後に少しの電流を給電することと、ワークピース16から熔接ワイヤ13を持ち上げることとによってそれぞれ発生する。この典型的な実施態様では、既に上記されたように、三つの冷金属移動の相28が互いに続く。それによって、実質的に少しの熱が、その期間にワークピース16へ導入される。このように、熱バランスは熔接の間に影響を受けることができる。その結果、ワークピース16は、低い張力を受ける。それは、実質的にワークピース16のひずみを減少させるであろう。
【００４３】
少なくとも二つの異なった相で構成された熔接プロセスのために適用されるか調整される熔接装置1の特別の構成は、図１０に記載される。熔接装置は、熔接電源又は電源2、制御装置4、及び熔接トーチ10を備える。入力装置及び／又は出力装置40によって、様々な熔接パラメータは、熔接装置1上で、又は遠隔制御装置によって調整可能である。熔接装置の入力装置及び／又は出力装置40及び／又は遠隔制御装置では、少なくとも一つのパラメータは、熱バランス又は作動されるワークピースへの熱入力のために選択される。及び／又は、少なくとも二つの熔接プロセス相の周期的な組み合わせによって、熱バランス又は作動されるワークピースへの熱入力の調整のための調整要素が設けられている。設定パラメータは、各熔接プロセスを制御するために熔接装置1の制御装置4に送られる。入力装置及び／又は出力装置40では、熔接プロセス用の最も異なったパラメータ、例えば熔接電流I及び／又は熔接電圧U及び／又はワイヤ搬送速度V及び／又は熱入力用の熔接パラメータ及び／又は熔接されるワークピース16の材料及び／又は熔接ワイヤ13の材料及び／又は使用された熔接ガスのための熔接パラメータがセットされる。さらに、熱バランス又は作動されるワークピース16への熱入力を調整及び/又は制御するために熔接プロセスの間に周期的に交互の少なくとも二つの熔接プロセス相のパラメータの調整のための選択又は調整の要素46が設けられる。熔接プロセス相の比率(つまり、冷金属移動の相のパルスの数に対するパルス電流相のパルスの数、あるいは第二の熔接プロセス相に対する第一の熔接プロセス相の期間は、熔接装置1上のパラメータを調整することによって制御される。このように、熱の最適化された熔接プロセスは、既知の熔接パラメータの簡単な調整によって実現されるか制御される。
【００４４】
もたらされた調整は、ディスプレイ41から読むことができる。示された入力装置及び／又は出力装置40では、調整は、選択又は調整の要素46、47、48を用いて行われる。それはキー、回転スイッチ又は分圧器の形をしている。例えば、第一のキー46によって熔接ワイヤ13の厚さを調整することができる。それぞれの調整はディスプレイ42上に示されている。キー46の第二の配列によって、例えば、熔接ワイヤ13の材料が選択される。また、調整された材料の組み合わせは、ディスプレイ43によって示される。キー46の第三の組み合わせによって、熔接プロセスのタイプは、異なった熔接プロセス相を交互にすることにより調整される。それはディスプレイ44上に示される。最後に、熱バランス(つまりワークピース16への熱入力)の選択は、キーの組み合わせ46によってもたらされる。その選択はディスプレイ45に示される。以下の周期的に交番する熔接プロセス相、すなわちパルス電流相及び冷金属移動の相、ショートアーク熔接相及び冷金属移動の相、パルスの電流の相及びスプレー・アーク熔接相、パルス電流相及びショートアーク熔接は、ディスプレイ44の上に示される。当然に、異なった熔接プロセス相の他の組み合わせも可能である。
【００４５】
制御ボタン47によって、電流の強度I又は熔接電圧U、ワイヤ前進速度Vなどは、例えば個々に変更されてもよい。さらなる制御ボタン48によって、第二の熔接プロセス相(例えば冷金属移動の相)に対する第一の熔接プロセス相例えばスプレー・アーク熔接相の期間（duration）、及び／又は冷金属移動の相への転換（chageover）に先立つパルス電流相のパルス数は、例えば調整することができる。このように、ユーザは熔接プロセスの第一の相及び第二の相の期間（duration）、及び／又は他の熔接プロセス相に変わる前に各熔接プロセス相によって行なわれるパルスの数を固定することができる。このように、高エネルギ入力を持った熔接プロセス相の期間（duration）及びパルスの数は、低エネルギ入力を持った相への転換に先立って、自由に調整することができる。
【００４６】
しかしながら、熱バランスあるいはワークピース16への熱入力の調整は、熱入力のようなさらなるパラメータを設定することによって、ユーザが従来の熔接プロセスを調整し、熱バランスを決定するということをもたらす。それは、ディスプレイ45上に示され、キー46によって選択可能である。そうする際に、例えば、低い、中間の、高い熱入力が、制御装置4に各制御機能を行なわせるように発生するかどうかを、ユーザはディスプレイ45上の適切な選択によって簡単に決定することができる。この目的のために、個別の選択オプションに対応する適切なデータ又は計算モデルは、自動設定を可能にするために蓄えられる。
【００４７】
しかしながら、例えば制御つまみ48によるパーセンテージでのワークピース16への所望の熱入力の制御が実現可能である。制御装置4は、高エネルギ入力を持った相に対する低エネルギ入力を持った相の比率を制御する。ユーザが簡単な選択による熱入力を調整することができるように、制御つまみ48は適切なスケールを備えてもよい。このように、制御装置4は、高エネルギ入力を持った熔接方法に対する低エネルギ入力を持った熔接方法の比率を制御する。
【００４８】
さらに、個々の熔接相の期間は、熔接電流強度Iの関数として、そして、特に熔接電流又は調整出力に正比例するやり方で、熔接装置1で制御される。これは、入力装置及び／又は出力装置40で調整されたパワー又は電流の関数として制御ボタン47によって制御装置4によって、パルス電流相27と冷金属移動の相28との間の比率が変更されるということでもたらされる。例えば、50A（アンペア）のような低い電流で調整された低いパワーで、及び、パルス電流相及び冷金属移動の相で構成された熔接プロセスで、高い熱入力を持ったパルス電流相27の減少した数が、冷金属移動の相28の増加した数に対して行なわれることでこれは実現される。このように、少ない熱がワークピース16に導入される。しかしながら、ユーザがパワー(つまり電流)を例えば100A（アンペア）に増加させるならば、多くのパルス電流相27が、冷金属移動の相28に対して実行され、それにより、ワークピース16に多くの熱を導入するであろう。熔接プロセスの個々の相の比率は、ユーザがパワーを調整する必要があるように、熔接装置1に蓄えることができる。そこで、制御装置4は、二つの交互の熔接プロセス相の比率を固定するであろう。
【００４９】
他のオプションは、制御装置4がこれらのデータに基づく熔接方法を制御できるように熔接装置1に統合されたメモリに各熔接プロセスに対するデータを蓄えることである。このように、少数の調整だけが、熔接プロセスに先立ってユーザによってなされなければならない。そのあと、制御装置4は、熔接プロセスを自動的に制御する。この場合、熱バランス及びワークピース16への熱入力は、特に、熔接ワイヤ13及び熔接されるワークピース16の材料の選択によって決定されるであろう。この点では、熔接ワイヤ13及びワークピース16の最も異なった材料に対する各値は、選択された材料の関数として制御装置4が交互の熔接プロセス相の比率を決定するように、各メモリに蓄えることができる。アルミニウムの熔接プロセスについては、例えば、ワークピース16への熱入力は、鋼熔接プロセスの場合よりも少ないものが要求される。このように、アルミニウムについては、鋼に対するものよりも、小さな値が蓄えられる。
【００５０】
もちろん、パルス電流相27におけるパルスの数を明示することにより、期間を予め決めるか画定することにより、又はトリガー信号を印加することにより、冷金属移動の相28の実施の開始をもたらす（effect）ことができる。
【００５１】
個々の前に記載された調整オプションが互いに結合され、及び／又はいくつかの調整オプションが熔接装置1上に提供されることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】熔接機又は熔接装置の模式的な例示である。
【図２】本発明に係る熔接プロセスの例の熔接電圧の時刻歴（time history）を示す。
【図３】図２に係る熔接電圧用の熔接電流の時刻歴（time history）を示す。
【図４】図２に係る熔接電圧コースに相応する熔接ワイヤの速度Vの時刻歴（time history）を示す。
【図５】図２に係る熔接電圧に相応する時間tの関数としてワークピースに対する熔接ワイヤの模式的な位置を示す。
【図６】他の熔接プロセス構成に対する熔接電圧Uの時刻歴（time history）を示す。
【図７】熔接電流Iの連関した時刻歴（time history）を示す。
【図８】熔接ワイヤ速度の連関した時刻歴（time history）を示す。
【図９】時間の関数としてワークピースに対する熔接ワイヤの連関した模式的な位置を示す。
【図１０】本発明に係る熔接装置の入力装置及び／又は出力装置を示す。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年5月23日(2005.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗可能な電極を用いて熔接プロセス又は熔接電源を制御する方法であって、
いくつかの異なった熔接パラメータに基づいて調整されているとともに制御装置によって制御された熔接プロセスは、アークの点火の後に熔接電源によって実行され、
高エネルギ入力を持った少なくとも一つの熔接プロセス相、及び、異なった材料遷移及び／又はアーク・タイプに起因する低エネルギ入力を持った少なくとも一つの熔接プロセス相は、熱バランス及び加工されるワークピース(16)への熱入力に影響を及ぼすか制御するために熔接プロセスの間に周期的に組み合わされており、
低エネルギ入力を持った前記熔接プロセス相のような冷金属移動の相(28)が用いられて、その間に、熔接ワイヤ(13)は、同じものに接触するまでワークピース(16)の方向に運ばれ、ワイヤ運搬は、短絡の生成の後に逆にされて、ワークピース(16)から所定の距離(30)に戻るまで熔接ワイヤ(13)が運ばれることを特徴とする方法。
【請求項２】
パルス電流相(27)が高エネルギ入力を持った前記熔接プロセス相のように用いられることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
スプレーアーク相が、高エネルギ入力を持った前記熔接プロセス相のように用いられることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項４】
ワークピース(16)の方向に熔接ワイヤ(13)を運ぶ間に、小滴の形成及び熔接ワイヤの端の初期の熔融を引き起こすために、熔接電流(I)が変更される（特に増加する）ことを特徴とする、請求項１乃至３のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
熔接ワイヤ(13)は、ワークピース(16)と接触した後に後方に移動され、小滴(32)及び熔接ワイヤ(13)から初期に溶けた材料を分離することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
個々の熔接プロセス相の期間が、調整された熔接電流(I)の関数として、特に、調整された熔接電流(I)又は調整された出力に正比例して制御されることを特徴とする、請求項１乃至５のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
高エネルギ入力を持った熔接プロセス相と、低エネルギ入力を持った熔接プロセス相との間の比率が、熔接電流(I)又は調整された出力の関数としてそれぞれ変更されることを特徴とする、請求項１乃至６のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
加工されるワークピース(16)への熱入力の少なくとも一つの熔接パラメータは、熔接装置(1)上で選択されるか調整され、
高エネルギ入力を持った熔接プロセス相と低エネルギ入力を持った熔接プロセス相との間の比率は、選択されたか調整された熱入力値の関数として自動的に決定されるとともに制御されることを特徴とする、請求項１乃至７のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
周期的に交代する熔接プロセス相の比率は、例えば、熔接電流(I)、及び／又は、熱入力用パラメータ、及び／又は、加工されるワークピース(16)の材料、及び／又は、熔接ワイヤ(13)の材料、及び／又は、使用された熔接ガスのような、熔接プロセスのために用いられたパラメータの関数として決定されることを特徴とする、請求項１乃至８のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
パルス電流相(27)におけるパルスの数を特定することにより、又は期間を予め決めることによって、又はトリガー信号の印加によって、低エネルギ入力を持った熔接プロセス相(28)が始められることを特徴とする、請求項１乃至９のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
熔接プロセスがリフトアーク原理に従って始められることを特徴とする、請求項１乃至１０のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
アーク(15)の点火の規定の期間の間に、及び少なくとも二つの異なった熔接プロセス相の周期的な交替に先立って、高エネルギ入力を持ったさらなる熔接プロセス相が実行されることを特徴とする、請求項１乃至１１のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
冷金属移動の相(28)の間における、エネルギ入力、特に熔接電流(I)は、パルス電流の相(27)の間における、エネルギ入力、特に熔接電流(I)よりも小さいことを特徴とする、請求項２乃至１２のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
ワイヤ前進速度が異なった熔接プロセス相の間に変更されることを特徴とする、請求項１乃至１３のうちのいずれか一つに記載の方法。
【請求項１５】
熔接電源(2)と制御装置(4)と熔接トーチ(10)と熔接ワイヤ(13)とを含む熔接装置(1)であって、
異なった熔接パラメータは、熔接装置に設けられた入力装置及び／又は出力装置(40)によって、あるいは遠隔制御装置によって、調整可能であり、
熱バランス又は加工されるワークピース(16)への熱入力の調整ための調整要素は、低エネルギ入力を持った少なくとも一つの熔接プロセス相と高エネルギ入力を持った少なくとも一つの熔接プロセス相との周期的に組み合わせによって、熔接装置の入力装置及び／又は出力装置で及び／又は遠隔制御装置に配置されており、
低エネルギ入力を持った一つの熔接プロセス相が冷金属移動の相(28)から構成され、
冷金属移動の相の間に、熔接ワイヤ(13)が、同じものに接触するまでワークピース(16)の方向に運ばれ、
ワイヤ運搬は、短絡の生成の後に逆にされて、ワークピース(16)から所定の距離(30)に戻るまで熔接ワイヤ(13)が運ばれることを特徴とする熔接装置(1)。
【請求項１６】
請求項１乃至１４のうちのいずれか一つに記載の方法を実行するための実施態様を特徴とする、請求項１５記載の熔接デバイス。
【請求項１７】
さらなる選択又は調整要素(46)が、用いられる熔接プロセス相の選択のために設けられていることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の熔接デバイス。
【請求項１８】
少なくとも一つのディスプレイ(42、43、44、45)が、選択された熔接パラメータ及び／又は選択された熔接プロセス相の表示のために設けられていることを特徴とする、請求項１５乃至１７のうちのいずれかの一つに係る熔接デバイス。
【請求項１９】
選択又は調整の要素(46)が、加工されるワークピース(16)の材料の選択のために設けられていることを特徴とする、請求項１５乃至１８のうちのいずれか一つに記載の熔接デバイス。
【請求項２０】
選択又は調整の要素(46)が、使用された熔接ワイヤ(13)の材料の選択のために設けられていることを特徴とする、請求項１５乃至１９のうちのいずれか一つに記載の熔接デバイス。
【請求項２１】
冷金属移動の相(28)とパルス電流相との周期的な組み合わせが、入力装置及び／又は出力装置(40)で調整可能であることを特徴とする、請求項１５乃至２０のうちのいずれか一つに記載の熔接デバイス。
【請求項２２】
冷金属移動の相(28)とスプレーアーク相との周期的な組み合わせが、入力装置及び／又は出力装置(40)で調整可能であることを特徴とする、請求項１５乃至２０のうちのいずれか一つに記載の熔接デバイス。
【請求項２３】
選択又は調整の要素(48)が、選択された熔接プロセス相の比率、特に各熔接プロセス相の期間の調整のために設けられていることを特徴とする、請求項１５乃至２２のうちのいずれか一つに記載の熔接デバイス。
【請求項２４】
メモリが熔接パラメータ調整値を記憶するために設けられていることを特徴とする、請求項１８乃至２３のうちのいずれか一つに記載の熔接デバイス。
【国際調査報告】
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2007508939.tif 000015
2007508939.tif 000016
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