(57)【要約】本発明は、溶接ワイヤ（１３）を用い、溶接装置（１）を制御及び／又は調節する方法に関し、電気アーク（１５）の点火後に、前記方法を行う溶接装置（１）でも、コールドメタルトランスファー溶接プロセスが行われる。加工物への熱導入を制御するため、及び／又は、溶加物を導入するためのより多くの種々の可能性を付与するために、少なくともいくつかの短絡段階（３３）中に、溶接電流Ｉ及び／又は溶接電圧Ｕの極性が切り替えられ、溶接電流Ｉ及び／又は溶接電圧Ｕの振幅は所定値に調節され、溶接ワイヤ（１３）の溶融と短絡ブリッジとをそれぞれ防止するが、溶接ワイヤ（１３）を加工物（１６）から持ち上げるときの電気アーク（１５）の安全な再点火が、短絡段階（３３）の終わりに又は電気アーク段階（３６）の初めに、溶接電流Ｉ及び／又は補助電圧なしの溶接電圧Ｕのみによって電気アーク（１５）を再点火することによって可能とされる。
2008531283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤ（１３）を用い、溶接装置（１）と溶接電流源（２）とをそれぞれ制御及び／又は調節するための方法であって、電気アーク（１５）の点火後に、コールドメタルトランスファー（ＣＭＴ）溶接プロセスが行われ、前記溶接ワイヤ（１３）が、該溶接ワイヤが加工物（１６）に接触するまで前記加工物（１６）の方向に運搬され、その後に、短絡の形成後に、短絡段階（３３）の間に、前記ワイヤの運搬方向が反対にされ、前記溶接ワイヤ（１３）が、前記短絡の開始まで前記加工物（１６）から離され、溶接電流Ｉ及び／又は溶接電圧Ｕが、電気アーク段階（３６）の間に前記溶接ワイヤ（１３）が融解するように、すなわち液滴形成が起こるように調節される方法において、
少なくともいくつかの短絡段階（３３）の間に、前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕの極性が切り替えられ、前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕの振幅が所定値に調節され、前記溶接ワイヤの溶融と前記短絡ブリッジとがそれぞれ防止されるが、前記溶接ワイヤ（１３）を前記加工物（１６）から持ち上げるときの前記電気アーク（１５）の安全な再点火が、前記短絡段階（３３）の終わりに又は前記電気アーク段階（３６）の初めに前記溶接電流Ｉ及び／又は補助電圧なしの前記溶接電圧Ｕのみによって前記電気アーク（１５）を再点火することにより可能とされることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記溶接電流Ｉが前記電気アーク段階（３６）の間に変えられる、特に増加されることにより、前記溶接ワイヤ（１３）の端部において液滴形成及び／又は融解が起こることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記短絡段階（３３）の間に前記溶接電流Ｉが変えられ、前記溶接電流Ｉを増加させる間に前記溶接ワイヤ（１３）により形成される溶加材が前記加工物（１６）の溶融浴に導入され、前記溶接電流Ｉを減少させる間により少ない溶加材が前記加工物（１６）の前記溶融浴に導入されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
短絡の形成後に、前記ワイヤの運搬方向が反対にされ、前記溶接ワイヤ（１３）が、自由に選択可能である又は所定の距離（３４）が存在するまで前記加工物（１６）から離されることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕの極性が、１つの短絡段階（３３）と１つの電気アーク段階（３６）とにより形成されるそれぞれの期間（４０、４１）の後に切り替えられることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕの極性が、１つの短絡段階（３３）と１つの電気アーク段階（３６）とによりそれぞれ形成されるいくつかの期間（４０、４１）の後に切り替えられることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕの極性が、所定の又は調節可能である数の期間（４０、４１）の後に切り替えられることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕの極性が、変化可能である及び／又は変更可能である数の期間（４０、４１）の後に非周期的に又は不規則に切り替えられることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕの極性を切り替えるときの時点が、溶接プロセスの前に調節される又は溶接プロセスの間に検出される、例えば前記溶接電流Ｉ、熱導入のためのパラメータ、前記加工物（１６）の材料、前記溶接ワイヤ（１３）の材料、使用される保護ガス及び／又は前記加工物（１６）における溶接ギャップなどの少なくとも１つの溶接プロセスパラメータに基づいて自動的に決定されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの溶接パラメータが、前記溶接装置（１）において手動で選択され調節され、前記短絡段階（３３）について前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕの極性を切り替えるときの時点が、この少なくとも１つの溶接パラメータに基づいて前記制御装置（４）により規定されることを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕの極性を切り替えることが、所定の期間に基づいて又はトリガー信号により作動されることを特徴とする請求項１から１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記溶接ワイヤ（１３）の送り速度Ｖが変えられ、前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕの極性に基づいて決定されることを特徴とする請求項１から１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項１３】
短絡段階（３３）及び電気アーク段階（３６）により形成される期間（４０、４１）の間に、前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧の極性が、少なくとも二回制御されて切り替えられ、特に、極性変化が、前記電気アーク段階（３６）の間と前記短絡段階（３３）の間に起こることを特徴とする請求項１から１２の何れか一項に記載の方法。
【請求項１４】
期間（４０、４１）の間において適時に制御された前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕの極性切り替えが、例えば、熱導入のパラメータ、前記溶接電流Ｉ、前記溶接電圧Ｕ、材料導入のパラメータなどの溶接プロセスパラメータに基づいて制御されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕの振幅及び／又は極性が、溶接される前記加工物（１６）間において検出されるギャップの幅及び／又は高さに基づいて調節されることを特徴とする請求項１から１４の何れか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕの振幅及び／又は極性が、検出される溶接溶込み、特に所謂溶接ルートの深さに基づいて調節されることを特徴とする請求項１から１５の何れか一項に記載の方法。
【請求項１７】
溶接電流源（２）、制御装置（４）及び溶接トーチ（２０）を備えた溶接装置（１）であって、異なる溶接パラメータを調節するため、及び、熱収支又は加工される加工物（１６）への熱導入のための少なくとも１つのパラメータを調節し選択するための入力及び／又は出力装置（２２）、及び／又は、リモートコントロールを更に備えた溶接装置（１）において、
制御手段が、前記入力及び／又は出力装置（２２）、及び／又は、前記リモートコントロールに関連し、前記手段が、熱収支又は熱導入のための前記少なくとも１つの調節された又は選択されたパラメータに基づいて、前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕの極性変化のときの時点を規定するために設計されていることを特徴とする溶接装置（１）。
【請求項１８】
少なくとも１つの選択又は調節手段が、正又は負の極性を有する前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕの期間（４０、４１）の数又は持続時間、又は前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕの振幅を直接的に又は間接的に調節するために配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の溶接装置（１）。
【請求項１９】
前記溶接電流Ｉ及び／又は前記溶接電圧Ｕのための溶接パラメータ設定、特に交流曲線の形、期間持続時間などを保存するためのメモリを備えていることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の溶接装置（１）。
【請求項２０】
前記制御手段が、前記制御装置（４）の前記データメモリにそれぞれ保存されたソフトウェア及びプログラムロジックにより形成され、前記データメモリが、前記メモリに保存された前記データを変更する又は呼び出すための前記入力及び／又は出力装置（２２）に接続されていることを特徴とする請求項１７から１９の何れか一項に記載の溶接装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極と溶接ワイヤとをそれぞれ用い、溶接装置と溶接電流源とをそれぞれ制御及び／又は調節するための方法であって、電気アークの点火後に、コールドメタルトランスファー（ＣＭＴ）溶接プロセスが行われ、前記溶接ワイヤが、該溶接ワイヤが加工物に接触するまで前記加工物の方向に運搬され、その後に、短絡の形成後に、短絡段階の間に、前記ワイヤの運搬方向が反対にされ、前記溶接ワイヤが、前記短絡の開始まで前記加工物から離され、溶接電流及び／又は溶接電圧のための電流フローが、電気アーク段階の間に前記溶接ワイヤが融解するように、すなわち液滴形成が起こるように調節される方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、溶接電流源、制御装置及び溶接トーチを備えた溶接装置であって、異なる溶接パラメータを調節するため、及び、熱収支又は加工される加工物への熱導入のための少なくとも１つのパラメータを調節し選択するための入力及び／又は出力装置、及び／又は、リモートコントロールを更に備えた溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
溶接電流源を制御するための方法が、欧州特許出願公開第１３８４５４６Ａ２号から知られており、そこでは、溶接電流の波形は、少なくとも１つの電気アーク、及び／又は、アーク部と短絡部を有している。溶接プロセス中に、短絡段階は、溶接ワイヤが加工物に接触するまで溶接ワイヤを前方へ移動させることにより導入され、電気アーク段階は、溶接ワイヤを後方へ引くことにより導入される。溶接ワイヤの短絡部は、電気アークを形成するために溶接ワイヤが加工物から持ち上げられる前に、短絡段階の間に適用される。これに関連して、前記短絡部は、短絡段階において溶接ワイヤ及び加工物を介して高電流が流れるように溶接電流の継続期間において最大電流を有する。電極が電気アークの形成を受けて後方へ引かれるとき、量に関してより低い溶接電流を有するアーク部が適用される。このように、溶接電流の波形は、溶接ワイヤの後方への移動と合わせられ、溶接電流の波形は、いくつかの異なる段階を有している。
【０００４】
この文献では、全ての可能な溶接方法が示されているが、これらの溶接方法が、溶接ワイヤを移動することに関してどのように用いられ得るかについて全く記載されていないという欠点を有している。
【０００５】
また、先行技術の一部である溶接電流源は、欧州特許出願公開第１３８４５４７Ａ２号から知られている。溶接ワイヤを運搬するための方法及び装置は、欧州特許出願公開第１３８４５４８Ａ１号から知られている。ワイヤ運搬装置は、欧州特許出願公開第１３８４５４９Ａ２号から知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
先行技術から知られている方法及び装置では、溶接プロセスへの熱導入を制御及び調節することが、限られた範囲においてのみ可能であるという欠点を有することが分かる。溶接電流は、電気アークが消されないように溶接プロセスのときの各時点においてあるレベルに保持される必要があるので、加工物の溶接スポットの領域に相当な熱導入がある。加工物は、適用される電流の強さにより溶接スポットの領域において強く加熱され、短絡段階では量についてより高い溶接電流を有する短絡部が適用されるので、このことは、特に短絡段階において溶接接合部に悪影響を与える。従って、溶接プロセス中における熱導入、特に熱低減を制御するための可能性が周知の方法では限定される。これは、例えば数ミリメートル又はデシミリメートル間の範囲の厚さを有する薄い金属シート、及び／又は、例えばアルミニウム合金などの低融点を有する材料が、不完全に溶接されるのみであるか全く溶接されないかのいずれかであり得る。
【０００７】
本発明の目的は、溶接プロセス及び溶接電流源を制御及び／又は調節するための方法を付与することであり、その方法は、加工物への熱導入及び溶加材の熱導入を制御するためのより多くの種々の可能性を可能にし、溶接プロセス及び溶接装置の応用分野を拡張することができ、前記溶接プロセスをより柔軟な形で設計することができる。特に、溶接プロセス中に現れる熱エネルギーは低減されることとなる。
【０００８】
さらなる目的は、前述した溶接装置を付与することであり、前記溶接装置を用いて加工物への熱導入及び溶加材の導入を柔軟な形で実行にすることができ、それにより、応用分野を拡張することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記方法において、発明の目的は、溶接プロセスの少なくともいくつかの短絡段階の間に、溶接電流Ｉ及び／又は溶接電圧Ｕの極性が所定値に調節され、それにより、溶接ワイヤの溶融と短絡ブリッジとがそれぞれ防止されるが、溶接ワイヤを加工物から持ち上げるときの電気アークの安全な再点火が、短絡段階の終わりに又は電気アーク段階の初めに溶接電流Ｉ及び／又は補助電圧なしの溶接電圧Ｕのみによって電気アークを再点火することにより可能とされることが達せられる。これに関連して、溶接される加工物への入熱及び／又は溶融浴内へ導入される溶加材の量は、特に一定の溶接電流レベルにおいて、溶接電流Ｉの極性を変えることにより制御可能である。特に、この入熱は、例えば薄い金属シートなど僅かな肉厚を有する加工物、及び／又は、例えばアルミニウムなど低融点を有する材料又は金属合金からなる加工物を溶接又は半田付けすることができるように、必要に応じて最小値まで低減することができる。これは、加工物への溶加材の実質的に無電流の移動によって可能であり、電流の極性の逆転のときの時点において起こる。さらなる利点は、電流フローの極性の逆転が、溶接ワイヤの移動と協働されることである。溶接電流の極性は、短絡中に、例えば溶接ワイヤが加工物に接触するときなどに変えられ、そのため、電気アーク燃焼段階中に極性の逆転が必要であるが、更なる補助電圧源が電気アークの新しい点火のために必要ではない。これは、短絡段階に、イオン化される保護ガス柱が存在しない、すなわち電気アークが存在しない限りにおいて可能であり、電気アークは、溶接ワイヤが持ち上げられるときに溶接電流により点火され、この溶接電流は、溶接電流及び／又は溶接電圧の特有の波形により調節される及び／又は所定のレベルに制限される。補助電圧源が必要でないので、溶接装置の費用効果及び簡単な構造を可能にする。
【００１０】
請求項２の方法によれば、溶接ワイヤの融解による安全な液滴形成が達せられる。さらに、溶加材の溶落ち量、すなわち液滴サイズは、必要に応じて電気アーク段階に適用される電流強度により有利に決定することができる。
【００１１】
請求項３の方法はまた、液滴形成のための溶加材の量がまたそれにより影響されるので有利である。例えば、短絡段階中にそれに続く電気アーク燃焼段階において適用されるより多くの電流を用いて、より大きい溶融液滴が、同じ電気アーク電流を用いて形成され、それによって、より大きい量の溶加材を、それに続く短絡段階において溶融浴に導入することができる。この効果は、高比抵抗を有する溶加材において特に強い。
【００１２】
請求項４の方法は、適用される溶接電流が低い、及び／又は、ない状態で、同時に、加工物と直接的に接触することにより信頼性のある液滴分離を可能にし、それによってスパッタの形成を回避する。
【００１３】
請求項５及び６の方法によればまた、入熱及び／又は導入される溶加材の量を多くの種々の方法で変えて制御することができ、それによって、溶接プロセスは、より多くの種々の溶接接合部及び材料の組み合わせ並びに材料の厚さにおいて使用することができるので、有利である。
【００１４】
請求項７の特徴による方法は、溶接電流の周期的に繰り返す波形が、制御についてほとんど労力をかけず、溶接プロセスについて、多くの場合に絶えず一定の品質である溶接接合部を作ることができるので、有利である。
【００１５】
請求項８の方法は、溶接電流の極性の不規則な逆転により、溶接プロセスの調節をさらに柔軟にすることができ、溶接プロセスの順応性を、同時外乱及び／又は時々のみ起こる外乱及び／又は外部影響の場合に改良することができるので、有利である。例えば、溶接プロセスのための現在検出される値が所望の値に追従していない場合、必要に応じて、制御装置は、溶接電流の極性の逆転を決定することができる。
【００１６】
請求項９に記載の方法によれば、溶接プロセスの自動化された個々のパラメータ化が有利に達せられる。
【００１７】
請求項１０の方法によればまた、溶接電流の波形が、手動で調節されるユーザ設定に基づいて独立して調節されることにより、溶接装置の簡単な使用が保証され、使いやすさが実質的に拡大されるので、有利である。
【００１８】
請求項１１の方法はまた、溶接電流の極性の逆転が、外部から制御されることを可能にするので、有利である。
【００１９】
請求項１２の方法はまた、異なる極性において、ワイヤ送り速度の速度用の種々の設定値及びこれらの値により規定される、例えば溶加材の溶落ち速度などのプロセスパラメータは、それぞれ制御装置により調節又は規定することができ、それによって、実質的に改良されたプロセス安定性が達せられ、溶接プロセスをより多様な方法で行うことができるので、有利である。
【００２０】
さらに、請求項１３及び１４の方法はまた、電気アーク段階において溶接電流の極性切り替えがまた可能であることにより、前記パラメータを溶接作業により良く適用することができるので、有利である。従って、前記溶接プロセスは、種々の用途の場合により正確に最適化することができる。
【００２１】
請求項１５及び１６の方法によれば、改良されたギャップブリッジ能力（gap bridgeability）及び／又はより良い溶接溶込みが達せられ、それによって、特に、溶接される加工物における許容差を補償することができるので、有利である。
【００２２】
本発明に係る目的は、前述した溶接装置により達せられ、制御手段が、入力及び／又は出力装置、及び／又は、リモートコントロールに関連し、前記手段が、熱収支又は熱導入のための少なくとも１つの調節された又は選択されたパラメータに基づいて、溶接電流Ｉ及び／又は溶接電圧Ｕの極性変化のときの時点を規定するために設計されている。これは、熱エネルギー及び／又は溶加材の導入が、その時点に応じて溶接電流の極性を決定することによって前述した設計の制御手段による現在の溶接状況に非常に正確に且つ個別に調整することができるという利点がある。溶接電流の極性変化に依存する調節の更なる利点は、前記及び下記の記載から得ることができる。
【００２３】
請求項１８から２０において、溶接装置の有利な設計が記載され、それを用いて溶接装置を全体として改良することができ、溶接装置の構造を、簡単でメンテナンスがしやすいように、例えばソフトウェアのアップデートを行うことができるように設計することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、添付概略図を用いてより詳細に説明される。
【００２５】
図１には、例えばＭＩＧ／ＭＡＧ溶接又は電極溶接方法、ダブルワイヤ／タンデム式溶接方法又は半田付け（soldering）方法など、それぞれ消耗溶接電極、特に溶接ワイヤ及び溶加材を用いたより多くの種々のプロセス及び方法のための溶接装置１又は溶接設備がそれぞれ示されている。
【００２６】
溶接装置１は、電力素子３を備えた電流源２と、制御装置４と、電力素子３及び／又は制御装置４と関連したスイッチ素子５とを有する。スイッチ素子５及び／又は制御装置４は、制御バルブ６と接続され、該制御バルブは、ガス貯蔵部９と溶接トーチ１０又はバーナーとの間において、ガス８、特に、例えば二酸化炭素、ヘリウム又はアルゴンなどの保護ガスのための供給ライン７内にそれぞれ配置される。
【００２７】
また、ワイヤ送り装置１１はさらに、該送り装置がＭＩＧ／ＭＡＧ溶接において特に一般的である制御装置４を介して作動させることができ、溶加材及び／又は溶接ワイヤ１３は、供給ライン１２を介して送りドラム１４又はワイヤコイルから溶接トーチ１０の領域へ供給される。確かに、先行技術から知られているように、ワイヤ送り装置１１を、図１に示されるように付属装置として設計することなく、溶接装置１、特に基礎ハウジングに一体化することが可能である。
【００２８】
また、ワイヤ送り装置１１は、溶接トーチ１０の外部にある溶接ワイヤ１３及び／又は溶加材を加工部位に供給することできる。さらに、ワイヤ送り装置１１は、別の駆動ユニットを備えていてもよく、駆動ユニットは、例えば、溶接ワイヤの出口、特に溶接トーチ１０において溶接ワイヤの出口及び／又は加工物上の溶接スポットの領域に配置されていてもよく、さらなる駆動ユニットが、送りドラム１４の領域に位置付けられていてもよい。ワイヤパファ（wire puffer）が、前記駆動ユニット間に設けられていてもよく、このパファは、特に溶接ワイヤ１３が後方に運搬される場合に、随意的に溶接ワイヤ１３の可変長さ部分を受け取る。
【００２９】
電極と加工物１６との間に電気アーク１５、特に作業アークを確立するための溶接電流は、溶接ライン１７を介して電流源２の電力素子３から溶接トーチ１０、特に電極に供給され、特に数個の部品により形成される溶接される加工物１６はまた、溶接装置１を用いて、特に電流源２を用いて、さらなる溶接ライン１８を介して結合され、それにより、電気回路は、溶接プロセスのための電気アーク１５を介して確立することができる。
【００３０】
溶接トーチ１０を冷却するために、溶接トーチ１０は、流量コントローラ２０が介設される冷却回路１９を通じて液体貯蔵部、特に水貯蔵部２１に接続することができ、冷却回路１９、特に水貯蔵部２１に存在する液体のために使用される液体ポンプは、溶接トーチ１０が作動される場合に起動され、それにより、溶接トーチ１０の冷却効果を生じさせることができる。
【００３１】
溶接装置１はさらに、入力及び／又は出力装置２２を備えることができ、この入力及び／又は出力装置２２を介して、溶接装置１のより多くの種々の溶接パラメータ、作業モード又は溶接プログラムを設定し呼び出すことができる。これに関連して、入力及び／又は出力装置２２を介する溶接パラメータ、作業モード又は溶接プログラムの設定は、制御装置４に送ることができ、その後、溶接設備又は溶接装置１の個々の構成部品が作動され、調節又は制御のために要求される対応する値が、前記制御装置４によって予め決定される。
【００３２】
加えて、説明される例示的な実施形態では、溶接トーチ１０は、ホース本体２３を介して溶接装置１又は溶接設備とそれぞれ接続される。ホース本体２３内において、溶接トーチ１０への溶接装置１の個々のラインが位置調節される。ホース本体２３は、連結装置２４を介して溶接トーチ１０と接続され、ホース本体２３内の個々のラインは、メスコネクタ及び／又はプラグインコネクタを介して溶接トーチ１の個々の接触部と接続される。ホース本体２３の適正な張力緩和を確保するために、ホース本体２３は、張力緩和装置２５を介して、ハウジング２６、特に溶接装置１の基礎ハウジングに接続される。当然、同様に溶接トーチ１に接続するための連結装置２４を使用することができる。
【００３３】
基本的に、前述した構成要素を全て、種々の溶接方法、又は、例えばＭＩＧ／ＭＡＧ装置などの溶接装置１のためにそれぞれ使用し用いる必要はないことに言及すべきである。例えば、溶接装置１０を空冷式溶接トーチ１０として設計することも可能である。
【００３４】
図２には、本発明に係る溶接プロセスの例示的な実施形態が、線図２７から２９として概略的に示されている。線図２７は、溶接電圧Ｕの時間変化を示し、線図２８は、溶接電流Ｉの時間変化を示し、線図２９は、加工物１６に対する溶接ワイヤ１３の出口側端部の運動及び位置を示している。その過程は、消耗電極及び／又は溶接ワイヤ１３を用いて、溶接装置１及び／又は溶接電流源２を制御及び／又は調節するための方法を示している。これに関連して、加工物１６及び溶接ワイヤ１３の融解は、溶接ワイヤ１３と加工物１６上の電気的対極との間に確立される電離プラズマ柱及び／又は電気アーク１５を介して引き起こされる。
【００３５】
電気アークの点火は、あらゆる方法、例えば先行技術から周知であるリフトアーク（lift arc）の原理によって行うことができ、開回路電圧が、点火段階３１中に溶接ワイヤ１３に印加され、次に、溶接ワイヤ１３は、加工物１６に接触するまで前方へ移動され、その結果生じる短絡が、溶接ワイヤ１３の運搬方向を反対にすることにより短絡段階中に開始され（open）、電気アークは、溶接ワイヤ１３が加工物１６の方向に移動されるようにワイヤ運搬方向の新しい逆転が起こるまで、その溶接が後方へ運搬される通路を介して確立される。１つの又はいくつかの段階を有する点火段階３１では、電流Ｉは、溶接ワイヤ１３の溶融が起こることがないように制限される。さらなる可能な実施形態の変形においては、電気アーク１５の第１の点火は、高周波電圧信号、所謂高周波点火によって行うことができる。
【００３６】
電気アーク１５の点火後、所定期間にわたって増大したエネルギー入力を用いる第１の短絡プロセス段階３１ｂをまた、適切な溶接プロセスの前に適切に行うことができ、続いて、溶接プロセス段階を周期的に繰り返すことにより確立される溶接プロセスを行うことができる。高エネルギー入力を用いるこの短絡プロセス段階３１ｂによって、電気アーク１５の安定化が達せられる。さらに、溶接ワイヤ１３は、点火プロセスにより加熱され、従って、その次の溶接プロセスが予熱された溶接ワイヤ１３を用いて開始することができ、それにより、溶接品質が実質的に改良される。
【００３７】
点火段階３１及び／又は前記プロセス段階３１ｂの後に、前記適切な溶接プロセスが起こり、本発明に従ってコールドメタルトランスファー（ＣＭＴ）溶接プロセスが行われる。ＣＭＴプロセスでは、溶接ワイヤ１３は、加工物１６に接触するまで加工物１６の方向に運搬され、その結果、時間３２の時点における短絡の形成後に、短絡段階３３が開始し、ワイヤ運搬方向が反対にされる。短絡段階３３では、溶接ワイヤ１３は、短絡を開始するまで、例えば電気アーク１５が形成するまで、及び／又は、所定距離３４及び／又は所定期間が達せられるまで、加工物１６から離され、時間３５の時点において、ここでは電気アーク段階３６と称するプロセス段階が開始する。電界アーク段階３６では、溶接ワイヤ１３は、溶接ワイヤの端部において液滴が形成するように融解される。溶接ワイヤの移動方向は、上死点３７においてもう一度反対にされ、溶接ワイヤ１３は、加工物１６の方向に移動される。溶接電流Ｉ及び／又は溶接電圧Ｕは、電気アーク段階３６において、溶接ワイヤ１３が溶けて落ちることなく、溶接ワイヤ１３の融解、すなわち液滴形成が生じるように調節される。
【００３８】
溶接ワイヤ１３は、溶接プロセス中、周期的に振動する形で移動する。ワイヤ送り装置１１は、負の信号が存在する、及び／又は、短絡段階３３において溶接ワイヤ１３が後方へ運搬され、電気アーク１５が確立されるように、また、正の信号が存在する、及び／又は、溶接ワイヤ１３が加熱される、及び／又は、電気アーク段階３６において、溶接ワイヤ１３が加工物１６の方向に前方へ運搬され、液滴形成のために融解される（図６の線図２０参照）ように実質的に計時される。しかしながら、溶接ワイヤ１３の移動方向の計時は、電気アーク段階３６が、例えば溶接サイクルにおいて電流レベルを調節することにより特定のエネルギー入力によって溶接ワイヤ１３の後方への移動中に既に引き起こすことができるので、電気アーク段階３６及び／又は短絡段階３３の発生と必ずしも相関関係を有するとは限らない。すなわち、電気アーク１５が既に存在する場合においても、溶接ワイヤ１３はまた、時間及び／又は距離において所定の時点が達せられるまで加工物１６から離すことができる。例えば、ワイヤ送り装置１１は、３０Ｈｚから１００Ｈｚまで、特に約５０Ｈｚから７０Ｈｚまでの溶接ワイヤ１３の振動数を用いて作動される。
【００３９】
前記死点３７が達せれた後に、溶接ワイヤ１３は、加工物１６、特に溶融浴に接触するまで前方へ移動される。溶接ワイヤ１３上の液滴の表面張力、及び／又は、前記液滴上において有効であるさらに周知の物理的影響のため、前記液滴は、溶接ワイヤ１３から分離されて加工物１６に拘束され、これは、液滴の落下運動がないため溶接スパッタ又は他の現象がなく起こる。その後、短絡段階３３が再び開始され、溶接ワイヤ１３の後方への移動は、液滴分離を促進させる。溶接電流Ｉの増加、特にパルス状の増加は、液滴分離を助勢するために短絡段階３３において行うことができる。ＣＭＴプロセスの継続期間において、短絡段階３３と電気アーク段階３６とは、示される例示的な実施形態では互いに周期的に交代する。
【００４０】
ＣＭＴプロセスの方法に関するより詳細な情報は、このプロセスが、溶接ワイヤ１３及び／又は加工物１６に一定の極性を用いる溶接プロセスについての先行技術から既に周知であるので、ここでは付与されていない。
【００４１】
本発明によれば、溶接プロセスに影響を及ぼすより多くの可能性を付与するために、短絡段階３３の全て又は一部の間に、電流フロー、特に電流Ｉ及び電圧Ｕの極性が切り替えられ、電流Ｉのための所定の振幅が、溶接ワイヤ１３及び／又は短絡ブリッジ（short-circuit bridge）が溶融することが防止されるが、電気アーク１５の再点火が、溶接ワイヤ１３が加工物１６から持ち上げられる場合に安全に達せられるように設定されることが提供される。
【００４２】
図２に示すように、溶接電流Ｉは、周期的に変化する極性を有する波形及び／又はパルスシーケンスを有し、規則的な溶接プロセス中の極性は、溶接電流Ｉの各半期間（semi-period）を用いて変化する。正の極性を有する電流Ｉの期間４０の時間は、負の極性を有する電流Ｉの期間４１の時間に実質的に対応する。
【００４３】
また、溶接電流Ｉは、少なくとも１つの一時的に非周期的に変化する極性を有するようにしてもよい。これに関連して、正及び負の極性を有する電流Ｉの期間４０、４１の長さは、図５の記述の中で、より詳細に以下に説明されるように、ある期間にわたって異なる。
【００４４】
電圧Ｕ及び／又は電流Ｉは、時間３２における時点を超えると、電気アーク１５の安全な再点火を確実にする第１のレベルまで高められる。随意的に、このレベルは、短絡段階３３及び電気アーク段階３６の全体の間、一定に保持される動作レベルとして規定することも可能である。しかしながら、好ましくは、溶接電流Ｉの正又は負の期間及び／又は期間の部分は、線図３８に示されるように、第１の部分である基本電流３８と、少なくとも１つの更なる部分である動作電流３９とを有する。例示的な実施形態では、示される基本電流３８及び動作電流３９が一定である。基本電流３８及び／又は動作電流３９は、時間に関して変化させることができる。特に、基本電流３９は、適時な過程において増加させることができる、及び／又は、動作電流３９は、適時な過程において減少させることができる。
【００４５】
基本電流３８は、好ましくは動作電流３９と比べて比較的小さく、動作電流３９は、基本電流３８より、例えば１．５倍から１０倍、特に４倍から８倍高いものであってもよい。基本電流３８が、例えば５Ａから５０Ａ、特に約１０Ａから３０Ａであり、動作電流３９が、例えば５０Ａから５００Ａであってもよい。
【００４６】
本発明によれば、極性が、電極及び／又は溶接ワイヤ１３並びに加工物１６に適用され、前記極性は、少なくとも一時的に第１の極性に変わる又は変えられ、後に溶接電流Ｉの負の部分として言及され、図面において溶接電流Ｉの負の期間４１として表され、前記第１の極性は、後に溶接電流Ｉの正の部分として言及され、図面において正の期間４０として表される。この電流Ｉの負の部分は、溶接電流Ｉの正及び負の部分を交互に適用することによって、複数の溶接プロセスのための制御及び／又は調節のための可能性を可能にする。溶接電流Ｉの負の部分は、加工物１６並びに電極及び／又は溶接ワイヤ１３に溶接電流Ｉの正及び負の極性を適用する特性及び期間を対応して調節する場合にエネルギー収支が非常に正確に且つユーザが具体的に決定することができるように溶接プロセスにおいて更なる影響因子を形成する。これに関連して、この電気エネルギー供給の制御は、制御装置４によって行われる。
【００４７】
溶接電流Ｉの極性は必要に応じて変えられるので、加工物１６上の熱影響領域の温度は、極性が一定である溶接プロセスに比べて実質的に低減される。他方、これは、時間３２における時点において溶加材の理想的無電流移動により達せられ、それによって、液滴分離時に、熱影響部、特に溶融浴及び溶加材の冷却を生じさせることができる。先行技術から周知であるＣＭＴプロセスに比べて、本溶接プロセスでは、溶接電流Ｉが、負に分極した電気アーク段階３６において一定の溶落ち量で低減されるので、熱導入を、好ましい形で低減することができる。加工物１６への入熱を低減することにより、より薄い肉厚及びより低い融点を有する材料さえも溶接することができる。
【００４８】
正の極性の溶接電流Ｉが溶接ワイヤ１３に適用される場合、電極は、負の極性を有する場合よりも加熱される。この周知の効果は、負の極性の溶接ワイヤ１３を用いるより正の極性の溶接ワイヤ１３を用いて、より大きい材料量を溶接ワイヤ１３上に融解することをもたらす。正の極性を有する加工物１６の場合には、より多くの熱エネルギーが、加工物１６の溶接スポット領域に導入され、それにより、逆の極性と比べて、加工物の熱影響領域が拡大される、及び／又は、加工物１６における貫通深さが増大される。本発明に係る方法は、必要性に応じて、又は電流源２によって設定される調節に応じて、極性切り替えを制御することにより、これらの効果を具体的に利用することができる。
【００４９】
図２に示される実施形態の変形によれば、短絡段階３３と電気アーク段階３６とを有する正の期間４０の後に、短絡段階３３と電気アーク段階３６とをまた有する負の期間４１が続き、それらは、この順で互いに周期的に続く。
【００５０】
有利な方法の変形において、電気アーク段階３６で溶接電流Ｉが変えられ、特に増加され、それにより、溶接ワイヤ１３の液滴形成及び／又は融解が達せられる。これに関連して、溶接電流Ｉは、前述した動作電流Ｉに対して、好ましくは短絡段階３３において適用される溶接電流３８より増加される。さらに、電極及び／又は溶接ワイヤ１３と加工物１３との間の距離を縮める場合に電気アーク圧力の最小値を得るために、溶接電流Ｉは、概略的に例示されるように、溶接ワイヤ１３の短絡段階３３より前に、より小さいレベルに低減される及び／又はゼロまで低減される。このようにして、電気アーク段階３６から短絡段階３３へのスパッタのない移行が可能になる。
【００５１】
図３は、溶接電流Ｉが短絡段階３３において時間について変えられる更なる方法の変形を示している。線図２８は、溶接電流Ｉの時間変化を示し、線図２９は、溶接ワイヤ１３の運動及び位置の時間変化を示している。以下では、溶接電圧Ｕの時間変化は、前記電圧が変更可能である及び／又は別の波形を有し得るので、線図２９に示される溶接電流Ｉの曲線の進行を保護するために示されていない。
【００５２】
短絡段階３３に適用する基本電流３８は、例えば時間３２における時点から一定に増加され、それにより、短絡段階３３では、溶接ワイヤ１３は、既にかなり予熱される、又は必要に応じて融解される。このようにして、溶加材の融解速度を増加させることができる。従って、例えば、接合される加工物１６の部分間のより広範なギャップを溶加材で埋めてブリッジさせることができ、これは、大きい及び／又は不規則なギャップ幅を有する突き合わせ溶接により２つの部分を接合するのに特に有利なものである。
【００５３】
短絡段階３３中の溶接電流Ｉの増加は、例えばランプ関数に従って一定（実線）又は段階的（鎖線）であってもよい。
【００５４】
溶接ワイヤ１３の送り速度はまた、別のプロセス段階中に所定の一定値に規定することができる、あるいは可変的に再調節することができる。この送り速度は、別のプロセスパラメータに依存し、ワイヤ送り装置１１の調節は、好ましくは制御装置４によって自動的に行われる。例えば、この送り速度は、溶接電流Ｉが、短絡段階３３及び／又は電気アーク段階３６にある場合より高い。溶接電流Ｉが変えられる場合、送り速度は、好ましくは電流源２及び／又は制御装置４に予め設定された所望の値に従うことができるように、対応する形で適合させられる。
【００５５】
図４には、更なる方法の変形が示されている。ここでは、溶接電流Ｉの極性切り替えが、溶接プロセスのいくつかの短絡段階３３においてのみ、好ましくは同一極性の溶接電流Ｉを有する所定回数の短絡段階３３と電気アーク段階３６との後に起こる。短絡段階３３と電気アーク段階３６とは期間４０を形成する。図に示されるように、溶接電流Ｉは、２つの続いて起こる期間４０において同一極性を備えたままであり、その後、溶接電流Ｉの極性変化が起こる。それから、所定回数の期間４０の後に、溶接電流Ｉの極性が再び切り替えられる。例示的な実施形態では、正の期間４０の回数は、溶接プロセス中の負の期間４１の回数に比例して実質的に対応する。
【００５６】
図５には、溶接電流Ｉの極性切り替えが制御装置４０によって規定される回数の期間４０の後に起こる更なる方法の変形が示されている。これに関連して、正の期間４０の回数は、負の期間の回数に対応せず、溶接プロセス中に、例えば、比較的より多くの正の期間４０が存在する。負の期間４１は、溶接ワイヤ１３又は加工物１６の負の極性のため、導入される熱がより小さく、影響される要素における熱エネルギーが低減される限りにおいて、溶接プロセスに影響を与える。熱収支は、負の期間４１により決定的に左右され得る。負の期間４１の波形は、逆転した正の期間４０に対応していてもよく、あるいは負の期間４１中に溶接電流Ｉは、曲線の形に変えられる、及び／又は、量に関して正の期間４０の間における量と比べて変えられる、特により高く又は低くされてもよい。例えば、溶接電流Ｉは、一定の溶接ワイヤ１３の融解速度においてより低く選択することができ、低い溶接電流Ｉのために加工物１６へ導入される熱エネルギーが少ない。
【００５７】
制御装置４は、不規則に又は必要に応じて溶接電流Ｉの極性変化を決定することができる。例えば、溶接ワイヤ１３の溶落ち量が非常に高い場合及び／又は加工物１６への熱導入が非常に高い場合には、制御装置４は、閉ループ内の対応するセンサを用いてこれを検出することができ、その後に、溶接電流Ｉの極性切り替えが温度を下げるために行われる。
【００５８】
更なる方法の変形は、詳細に示されていないが、溶接電流Ｉの期間４０又は４１が、別に分極した期間４１又は４０より短い又は長い継続期間を有するものである。例えば、正の期間４０の継続期間が１つの負の期間４１より短い。従って、正の期間４０の間に生じる熱エネルギーが負の期間４１の間に生じる熱エネルギーに適合させられ、それによって、溶接電流Ｉの極性が変化するときに、溶接ワイヤ１３において一定の溶落ち量を達成することができる。当然、負の期間４１の間における溶接電流Ｉは、別の極性を有する溶接電流Ｉの場合に熱導入の変化を等しくすることができるように正の期間４０の間における電流Ｉと比べて変えられる、特に増加される可能性もある。
【００５９】
図６には、更なる方法の変形が示されている。ここでは、溶接電流Ｉの極性は、期間４０、４１の間に少なくとも２回変えられる。例えば、溶接電流Ｉの第１の極性切り替えが短絡段階３３において起こり、溶接電流Ｉの第２の極性切り替えが電気アーク段階３６において起こる。溶接ワイヤ１３が短絡段階３３において後方へ移動されるとき、負の極性の溶接電流Ｉが、例えば溶接ワイヤ１３に印加され、時間３５における時点において、溶接電流Ｉの極性が変えられ、電気アーク段階３６において溶接ワイヤに正の極性の溶接電流Ｉが印加される。
【００６０】
このような方法は、短絡段階３３中に溶接ワイヤ１３に生じる熱エネルギーが少ないので有利であり、電気アーク段階３６において溶接ワイヤ１３の正の極性により溶加材の高い融解速度を達成することができ、加工物１６の負の極性により加工物１６への少ない熱導入を達成することができる。必要に応じて、溶接ワイヤ１３及び／又は加工物１６の極性は、随意的にポジティブな方向で特有の溶接プロセスに影響を及ぼすために、確かに逆もまた同様であり得る。
【００６１】
一般に、図２から６に記述される実施形態の変形に関して、適時に制御される溶接電流Ｉの極性切り替えが、例えば熱導入についてのパラメータ、溶接電流Ｉについてのパラメータ、溶接電圧Ｕについてのパラメータ、材料導入及び／又は材料充填についてのパラメータ、加工物１６における溶接ギャップについてのパラメータなどのパラメータに基づく期間内に決定することができることに注目すべきである。このため、先行技術から周知である、検出部品及び／又はセンサ、調節部品、オペレータ設備及び／又はリモートコントロール、データメモリ、例えばソフトウェア及び／又はプログラムロジックなどの制御手段などは、制御装置４に付与することができ、そのため、後者のものは、対応して調節過程において所定値及び／又は補正変数を検出し決定することができる。
【００６２】
例えば、溶接される加工物１６のギャップが検出され、ギャップ幅及び／又はギャップ高さに応じて、溶接電流Ｉの大きさ及び／又は極性が調節される。さらに、溶接溶込み、特に所謂溶接ルートの深さを検出することができ、対応して溶接電流Ｉの極性変化を調節することができる。
【００６３】
また、熱収支を調節するために加工物１６の温度を検出し溶接装置１に所定の熱導入を予め設定することにより、溶接電流Ｉの極性変化、及び／又は、個々の期間４０、４１の数及び／又は継続期間を自動的に調節することが可能である。そこで、加工物１６の検出される温度は、溶接装置１の制御装置４に転送され、その後に、前記装置４は、溶接電流Ｉの極性及び／又は特性が変えられるかどうかを決定する。
【００６４】
溶接装置１は、溶接電流源及び／又は電流源２、制御装置４及び溶接トーチ１０を備えている。別の溶接パラメータは、前記溶接装置における入力及び／又は出力装置２２を介して又はリモートコントロールを介して調節することができる。熱収支又は加工される加工物への熱導入のための少なくとも１つのパラメータは、この溶接装置１の入力及び／又は出力装置２２において及び／又はリモートコントロールにおいて選択することができる、及び／又は、熱収支及び／又は加工される加工物への熱導入を調節するための調節部品を配置することができる。
【００６５】
制御手段は、入力及び／又は出力装置２２、又は、リモートコントロールと連繋し、熱収支及び／又は熱導入の調節に基づいて溶接電流Ｉの極性変化のときの時点を規定するために設計されている。溶接電流の曲線の形は、熱収支及び／又は熱導入のためのパラメータに基づいて前記制御手段によって決定される。
【００６６】
調節されるパラメータは、溶接装置１の制御装置４に転送され、その後に、前記装置は、適切な溶接プロセスを制御及び／又は調節する。例えば、溶接電流Ｉ、及び／又は、溶接電圧Ｕ、及び／又は、ワイヤ運搬速度Ｖ、及び／又は、熱導入のための溶接パラメータ、及び／又は、溶接される加工物１６の材料、及び／又は、溶接ワイヤ１３の材料、及び／又は、使用される溶接ガスなどの溶接プロセスのための非常に多くの種々のパラメータを、入力及び／又は出力装置２２において調節することができる。
【００６７】
調節設定は、ディスプレイにおいて見ることが可能である。示される入力及び／又は出力装置２２の場合、この調節は、ボタン、回転型スイッチ又は電位差計によって形成され得る選択及び／又は調節手段を介して行われる。例えば、溶接電流１３の厚さは、第１のボタンを用いて調節することができ、対応する調節をディスプレイに示すことができる。第２のボタンの配置では、例えば、溶接ワイヤ１３の材料を選択することができ、調節される材料の組み合わせを更なるディスプレイに示すことができる。溶接プロセスの種類は、溶接電流Ｉの極性を周期的又は非周期的に変えることにより第３のボタンの組み合わせを介して調節され、第３のディスプレイに示される。
【００６８】
例えば、変化するワイヤ運動の周波数及び／又は溶接電流Ｉのゼロ公差は、これらのパラメータに比例するパラメータを介して直接的な形で又は間接的な形でユーザが具体的に調節することができる。
【００６９】
また、熱収支及び／又は加工物１６への熱導入は、ユーザが、一般の溶接プロセスを設定し、例えば、ディスプレイに示され、ボタンを介して選択可能である熱導入などの更なるパラメータを付加的に設定することにより熱収支を決定するようにして調節することができる。ここで、ユーザは、制御装置４が好適な制御及び／又は調節を引き起こすように、例えば、低い、中間の、又は高い熱導入があるかどうかについて、簡単な方法でディスプレイにおける選択により決定することができる。起こり得る個々の部分に対応するデータ及び／又は計算モデルは、自動的に決定することができるようにメモリに保存される。
【００７０】
例えば、溶接電流ＩのＡＣ曲線の形、電流値、周波数などのデータ、又は、溶接ワイヤ１３のワイヤ運動経路及び／又は振動数は、各溶接プロセス用に溶接装置１に一体化されるメモリに保存することができ、このデータに従って、前記制御装置は、溶接方法を制御する。さらに、制御手段は、好ましくは、書換可能なメモリにソフトウェアの形で保存することができ、前記手段は、入力及び／又は出力装置２２、及び／又は、リモートコントロールにそれらが互いに作用するように連結され、前記手段は、溶接電流Ｉの極性変化及び振幅を決定する。
【００７１】
従って、ほんの僅かの調節が、溶接プロセス前にユーザにより行われる必要があり、その後、制御装置４は、溶接プロセスを自動的に調節する。詳細には、熱収支及び／又は加工物１６への熱導入は、溶接ワイヤ１３のための材料及び溶接される加工物１６を選択することにより決定される。これに関連して、溶接ワイヤ１３及び加工物１６用の非常に種々の材料において対応する値をメモリに保存することができ、そのため、選択された材料に応じて、溶接プロセスの交互に起こる段階の関係が制御装置４によって規定される。例えば、アルミニウムを用いた溶接プロセスにおいて必要とされる加工物１６への熱導入は、鋼を用いた溶接プロセスにおいて必要とされる加工物への熱導入よりもより少ない。従って、加工物１６へ導入されるエネルギー量が低くなるように、アルミニウムにおいて鋼と異なる値が保存される。
【００７２】
確かに、溶接電流Ｉの極性変化はまた、パルス及び／又は期間４０、４１の数を指示することにより、又は、継続時間を予め設定する又は規定することにより、あるいはトリガー信号により起こさせることができる。
【００７３】
当然、前述したそれぞれの調節の可能性が互いに組み合わせられる、及び／又は、いくつかの調節の可能性が溶接装置１に備えられることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】溶接機械又は溶接装置を示す概略図である。
【図２】本発明に係る１つの実施例の溶接プロセス中における溶接電圧、溶接電流及び溶接ワイヤの作動線図の時間変化を示す図である。
【図３】本発明に係る第２の実施例の溶接プロセス中における溶接電流及び溶接ワイヤの作動線図の時間変化を示す図である。
【図４】本発明に係る第３の実施例の溶接プロセス中における溶接電流及び溶接ワイヤの作動線図の時間変化を示す図である。
【図５】本発明に係る第４の実施例の溶接プロセス中における溶接電流及び溶接ワイヤの作動線図の時間変化を示す図である。
【図６】本発明に係る第５の実施例の溶接プロセスとして、溶接電流、溶接ワイヤの作動線図の時間変化、及び、溶接ワイヤ送り速度用制御信号の図式化した時間変化を示す図である。
【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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【国際調査報告】
2008531283.tif 000009
2008531283.tif 000010
2008531283.tif 000011
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