(57)【要約】【課題】位相のシフトを拡張または収縮させることがなく、電極間の溶融した金属の空洞化または形成の何れかがなく、また溶接のたまりが乱されない、大きな金属半製品のシーム溶接に使用されるタイプの２つ以上のタンデム電極を動作する高容量交流回路電源を利用する電気アーク溶接系の提供。【解決手段】極性変化信号を発生させ、極性変化信号の発生後所定の時間で電流の極性の変化を指令し、そして溶接電流のショートの検出と同時に所定の時間を短縮することからなる交流溶接電流の極性を変化する回路を使用する溶接系。【選択図】図１
2004283910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材上の溶接路に沿って同時に移動できる少なくとも第一の消耗可能な電極及び第二の消耗可能な電極、該第一の電極と該素材との間に交替する正及び負のパルスを有する第一の電流を通す第一の電源、該第二の電極と該素材との間に交替する正及び負のパルスを有する第二の電流を流す第二の電源、該第一の電流に関して第一のシリーズの極性変化信号を発生する第一の回路、該第二の電流に関して第二のシリーズの極性変化信号を発生する第二の回路、該極性変化信号のそれぞれに応じて極性変化指令信号を生じさせ、極性を変化するように指令された該電流が設定値に低下するときのみ該指令信号のそれぞれが極性の変化を使用する回路、該遅延した指令信号を生じさせる極性変化信号の発生後該極性変化指令信号の１つの発生を遅らせる回路からなることを特徴とする電気アーク溶接装置。
【請求項２】
該遅れが１−３ｍｓの一般的な範囲にある請求項１の装置。
【請求項３】
パルスの第一の列を発生し、該パルスの始端及び終端が該第一の電流に関して該極性変化信号を限定する回路、並びにパルスの第二の列を発生し、該パルスの始端及び終端が該第二の電流に関して該極性変化信号を限定する回路を含む請求項１または２の装置。
【請求項４】
該第一のシリーズの極性変化信号が、該第二のシリーズの極性変化信号からの所定の量をオフセットされる請求項１−３の何れか１つの項の装置。
【請求項５】
該オフセット量が、６０Ｈｚの溶接電流に基づいて約９０度である請求項４の装置。
【請求項６】
該第一の電流のショートを検出する第一の検出回路、並びに該第一の電流の該ショートの検出と同時に該第一の電流のその後のパルスについて該遅延回路を不活性化する回路を含む請求項１−３の何れか１つの項の装置。
【請求項７】
該第二の電流のショートを検出する第二の検出回路、並びに該第二の電流の該ショートの検出と同時に該第二の電流のその後のパルスについて該遅延回路を不活性化する回路を含む請求項１−３の何れか１つの項の装置。
【請求項８】
該その後のパルスが該電流の次のパルスである請求項６または７の装置。
【請求項９】
素材上の溶接路に沿って同時に移動できる少なくとも第一の消耗可能な電極及び第二の消耗可能な電極、該第一の電極と該素材との間に交替する正及び負のパルスを有する第一の電流を流す第一の電源、該第二の電極と該素材との間に交替する正及び負のパルスを有する第二の電流を流す第二の電源、該第一の電流の各パルスに関して第一のシリーズの極性変化信号を発生する回路、該第二の電流の各パルスに関して第二のシリーズの極性変化信号を発生する第二の回路、該第一の電流に関する極性変化信号の発生後該第一の電流のパルスの極性の変化を遅らせ、該遅延が所定の時間に及ぶ第一の遅延回路、並びに少なくともその後のパルスについて該第一の電流がショートすると同時に該第一の遅延回路を不活性化する回路を含むことを特徴とする電気アーク溶接装置。
【請求項１０】
該遅延回路の該所定の時間が３ｍｓより短い請求項９の装置。
【請求項１１】
該第一の遅延回路の該不活性化が該所定時間の短縮による請求項９の装置。  
【請求項１２】
該第二の電流に関する極性変化信号の発生後該第二の電流のパルスの極性の変化を遅らせる第二の遅延回路、並びに該第二の電流のショートと同時に該第二の遅延回路を不活性化する回路を含む請求項９の装置。
【請求項１３】
（ａ）極性変化信号を発生し；
（ｂ）該極性変化信号の発生後所定の時間該電流の極性の変化を指令し；そして
（ｃ）該溶接電流のショートの検出と同時に該所定時間を短縮する
ことを特徴とする電気アーク溶接機における溶接電流の極性を変化する方法。
【請求項１４】
該所定時間が３ｍｓより短い請求項１３の方法。
【請求項１５】
該所定時間が約零に短縮される請求項１３または１４の方法。
【請求項１６】
変化するように指令された後該電流が所定の値に低下するとき、該極性が変化する請求項１３−１５の何れか１つの項の方法。
【請求項１７】
極性変化信号を発生する第一の回路；該極性変化信号の発生後所定の時間該電流の極性の変化を指令する第二の回路；並びに該溶接電流のショートの検出と同時に該所定の時間を短縮する回路を含む、電気アーク溶接機の溶接電流の極性を変化することを特徴とする系。
【請求項１８】
該所定の時間が３ｍｓより短い請求項１７の系。
【請求項１９】
該所定の時間が約零に短縮される請求項１７または１８の系。
【請求項２０】
変化するように指令された後該電流が所定の値に低下するとき、該極性が変化する請求項１７−１９の何れか１つの項の系。
【請求項２１】
該溶接電流が、波形形成器によりコントロールされるプロフィルを有しそしてパルス幅変調器からの多数の小さい個々の電流パルスにより形成される請求項１７の系。
【請求項２２】
該溶接電流が、波形形成器によりコントロールされるプロフィルを有しそしてパルス幅変調器からの多数の小さい個々の電流パルスにより形成される請求項１、２、９、１２及び１３の何れか１つの項の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気アーク溶接の分野に関し、そしてさらに特に交流電流により電極を操作する電気アーク溶接系並びに電流の反転極性パルスをコントロールする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、大きな金属半製品のシーム溶接に使用されるタイプの２つ以上のタンデム電極を動作する高容量交流回路電源を利用する電気アーク溶接系に関する。本発明は、出力の極性を変化するスイッチを備えた任意の標準の交流電源により使用できるが、電源が特許文献１に開示されたスイッチングの概念を使用するのが好ましく、その場合電源は、スイッチが極性を反転する前にアーク電流が低下する、２つの大きな出力極性スイッチを有するインバータである。その結果、用語「スイッチング点」は、複雑な方法を意味し、その方法により電源はまずターンオフされて予定された値例えば１００アンペアより低い電流を待機する。１００アンペアの閾値に達すると、電源の出力スイッチは、反転してインバータの直流出力リンクから極性を反転する。従って、「スイッチング点」は、出力の極性を反転するスイッチング指令を伴う、電源インバータへの「切断（ｋｉｌｌ）」指令として知られているオフ出力指令である。切断出力は、低下した電流レベルへのドロップである。この方法は、それぞれの連続する極性の反転で繰り返されて、交流の電源は、低い電流でのみ極性反転する。この方法では、スイッチをコントロールする出力の極性に関するスナバ回路は、サイズを減少するかまたは排除される。このスイッチングの概念が、本発明で使用されるようにスイッチング点を定義するのに好まれるため、特許文献１は、参考として引用される。タンデム電極に関する交流電流の概念は、当業者にとり周知である。特許文献２は、それによりタンデム電極がそれぞれ別々のインバータタイプの電源により電力を付与される系を開示している。周波数は、隣接するタンデム電極の交流間の干渉を低下させるように変化する。事実、この特許文献２は、１つの交流電極を伴う直流で動作する電極、または２つ以上の交流で動作する電極の何れかを動作するための１つだけの電源に関する。それぞれの場合に、別々のインバータタイプの電源が、それぞれの電極に使用され、そして交流の高容量の電源では、特許文献１のスイッチング点の概念が使用される。別々の高容量電源によりタンデム電極のそれぞれを別々に動作するこの系は、本発明の背景情報であり、この背景として本明細書に引用される。同様に、特許文献３は、別のアーク溶接系を開示し、その場合、直列溶接操作の各電極は、単一の電極アークにより並列で接続された２つ以上の独立した電源により動作される。この系は、特許文献１に従って操作される極性を反転するスイッチネットワークへの入力を形成する２つ以上の正確にバランスされた電源を有する単一のセットのスイッチを含む。電源のそれぞれは、単一の指令信号により動作され、そのため、極性反転スイッチによって組み合わされそして導かれる同じ電流値を共有する。このタイプの系は、電極への電流のすべてが単一のセットのスイッチを通過するために、大きな極性反転スイッチを要する。特許文献４は、単一の電極用の電源の主従の組み合わせを示し、そして本発明が関している一般的な背景情報を開示している。その理由により、この特許文献４は、参考して引用される。コントロールされたスイッチング点によりタンデム電極を操作する改良は、特許文献５に開示されている。この特許文献５は、参考として引用される。
【０００３】
溶接工程例えばパイプの溶接は、しばしば、高い電流を要しそしてタンデム電極により生ずるいくつかのアークを使用する。これらの溶接系は、２つの隣接するタンデム電極間の磁気相互反応によるアークの乱れによって生ずる或る不一致におちいり勝ちである。隣接する交流で動作するタンデム電極により生ずる不利益を正す系は、特許文献２に開示されている。その特許文献３では、交流動作電極のそれぞれは、その自身のインバータに基づく電源を有する。各電源の出力周波数は、隣接する電極間の干渉を防ぐために変化される。この系は、それぞれの電極について別々の電源を要する。所定の電極に関する電流の要求は、インバータに基づく電源の電流定格を超えるので、新しい電源がデザインされ、工作されそして製造されなければならない。従って、直列溶接電極を操作するこの系は、パイプ溶接に要求されるような高い電流を得るために高い容量または高い定格の電源を必要とする。直列で操作される電極用の特別な高い電流定格の電源の必要性を低下させるために、本発明者は、特許文献１に開示された系を開発し、その場合、各交流電極は、並列で接続された２つ以上のインバータ電源により動作される。これらの並列の電源は、極性スイッチングネットワークの入力側で組み合わされたそれらの出力電流を有する。それゆえ、より高い電流が所定の電極について必要なとき、２つ以上の並列の電源が使用される。この系では、電源のそれぞれは、同時に操作されそして出力電流を等しく分担する。そのため、溶接条件の変化により要求される電流は、単一のユニットの過電流定格によってのみ提供できる。電流をバランスする系は、いくつかの小さい電源の組み合わせを可能にしたが、しかし、電源は、極性反転スイッチングネットワークの入力側で並列で接続されねばならなかった。それ自体、大きなスイッチがそれぞれの電極について要求された。その結果、この系は、パイプ溶接で使用されるタイプの直列溶接操作において各電極に特別な電源を必要とする不利を克服したが、スイッチが大きくなくてはならずそして入力の並列の電源が単一の電流指令信号により動作されることにより正確に調和していなければならないという不都合がなお存在する。特許文献３は、電流を各タンデム電極へ導く各溶接セルに関して同期化信号の概念を利用している。しかし、系はなお大きなスイッチを必要とする。このタイプの系は、溶接セルを相互連絡するイーサネットネットワークでの操作に利用できた。イーサネットの相互連絡では、タイミングが正確にコントロールできない。記述された系では、所定の電極に対するスイッチのタイミングは、時間のベースでシフトされることを要するにすぎないが、特定の時間について正確に確認されることを要しない。そのため、電流と単一のスイッチネットワークとをバランスすることを要する記述された系は、イーサネットのネットワークまたはインターネット及びイーサネットのコントロール系を使用するとき、直列のアーク溶接操作で使用される高容量の電流を得る方法である。インターネットのリンクでまたはそれなしで、イーサネットネットワークにより溶接機をコントロールすることが望まれている。タイミングの制限のため、これらのネットワークは、一般的な同期化技術のみを使用するタイプのタンデム電極系の使用を支配した。
【０００４】
これらの系は、ネットワークによりコントロールできたが、それぞれの並列の電源へのパラメータは、変化できなかった。セルのそれぞれは、同期化信号により互いにオフセットされることができるにすぎなかった。これらの系は、セル間にオフセットを単にもたらす複雑なネットワークが有利ではないため、インターネット及び／またはローカル・エリア・ネットワークコントロールによる集中制御には適していなかった。特許文献５は、それぞれの電極に関する単一の交流アーク溶接セルの概念を開示しており、その場合、セルそれ自体は、それらのそれぞれがその自身のスイッチングネットワークを有する１つ以上の並列の電源を含む。スイッチングネットワークの出力は、次に電極を動作するように組み合わされる。これは、系で並列の個々の電源の極性の反転のために比較的小さいスイッチの使用を可能にする。さらに、比較的小さい電源は、並列にされて直列の溶接操作で使用されるいくつかの電極のそれぞれへの高い電流入力を形成する。単一の電極を動作するための極性のスイッチネットワーク後並列にされたいくつかの独立してコントロールされる電源の使用は、ネットワーク例えばインターネットまたはイーサネットの有利な使用を可能にする。
【０００５】
特許文献５では、各系のより小さい電源は、並列で接続されて単一の電極を作動する。高正確度インターフェースによりそれぞれの並列の電源のスイッチング点を調整することによって、交流出力電流は、極性がスイッチする前に組み合わせなしに並列の電源からの電流の和である。この概念を使用することにより、イーサネットネットワークは、インターネットリンクとともにまたはそれなしに、溶接系のそれぞれの並列の電源の溶接パラメータをコントロールできる。スイッチ点のタイミングは、新規なインターフェースにより正確にコントロールされるが、一方各電源へのコントローラに関する溶接パラメータは、正確な時間の基準を有しないイーサネットネットワークによりもたらされる。そのため、インターネットリンクは、単一の電極を動作するために溶接系の個々の電源コントローラにパラメータを導くのに使用される。それぞれの電源にコードされるこれらの溶接パラメータの時間に基づく正確度を必要としない。好ましい実施では、スイッチ点は、例えば１００アンペアのような最低の閾値より低い電流のドロップの検出を待つ「切断」指令である。各電源がスイッチ指令を有するとき、それらはスイッチされる。並列の電源間のスイッチ点は、瞬時のものでもまたは待ち遅延を伴う「切断」指令を含む連続のものでも、１０μｓより短くそして好ましくは１−５μｓの範囲の正確度を有するインターフェースカードによって正確に調整される。このタイミングの正確度は、並列の電源のスイッチング操作を調整しそして適合して交流出力電流を調整する。
【０００６】
インターネットまたはイーサネット・ローカル・エリア・ネットワークを使用することにより、各電源のための溶接パラメータのセットは、より正確ではない情報ネットワークで利用可能であり、そのネットワークに並列の電源に関するコントローラは、高正確度のデジタルインターフェースカードに相互接続される。従って、系の個々の並列の電源のスイッチングは調整される。これは、溶接系のインターネット及びローカル・エリア・ネットワークのコントロールの使用を可能にする。情報ネットワークは、選択された位相の関係で直列の溶接操作のいくつかの電極に接続したいくつかのアーク溶接系を開始する同期化信号を含む。電極の溶接系のそれぞれは、正確にコントロールされた個々のスイッチ点を有するが、一方系は異なる電極間の磁気的干渉を防ぐためにシフトまたは遅延される。特許文献５の系は、交流電流により所定の電極を作動する並列の電源に特に有用である。スイッチ点は、正確なインターフェースにより調整され、そしてそれぞれの並列の電源のための溶接パラメータは、一般的な情報ネットワークにより提供される。この背景は、本発明者により開発されそして特許となった技術であり、そしてそれが本明細書で「背景」として使用されるために、まさに従来技術を必ずしも構成しない。
【０００７】
特許文献２の系の特徴として、２つ以上の電源は、単一の電極を動作できる。従って、系は、第一のコントローラにより受信される所定の系の同期化信号に関連して一般的なタイミングの関係で極性反転スイッチング点によりスイッチ信号を発生することによって、電極と素材との間で第一の電源により交流電流を生じさせる第一の電源のための第一のコントローラを含む。この第一のコントローラは、第一のコントローラに導かれる第一の電源の特定のパラメータ信号のセットに応じて第一の溶接パラメータで操作される。スイッチング点で交流電流の極性を反転することにより、同じ電極と素材との間で交流電流を生じさせる従の電源を操作する少なくとも１つの従のコントローラが用意される。従のコントローラは、従のコントローラへの電源の特定のパラメータ信号の第二のセットに応じて第二の溶接パラメータで操作する。第一のコントローラ及び第二すなわち従のコントローラに接続された情報ネットワークは、２つのコントローラに関するデジタルの第一及び第二の電源の特定のパラメータ信号並びに系に特定の同期化信号を含む。そのため、コントローラは、インターネットリンクとともにまたはそれなしでのイーサネットネットワークまたは単にローカル・エリア・ネットワークでもある情報ネットワークからパラメータ信号と同期化信号とを受け取る。本発明は、第一のコントローラ及び従のコントローラを接続して第一すなわち主のコントローラからのスイッチ信号により第二すなわち従の電源のスイッチング点をコントロールするデジタルインターフェースを含む。実際には、第一のコントローラは、スイッチ点で電流の反転を開始する。この事象は、高度の正確度で従のコントローラに送られてその電流反転工程を開始する。それぞれのコントローラが所定の数より低いアーク電流を感知するとき、すべての並列の電源からの「作動可能」信号後、すべての電源が極性を反転する。これは、２５μｓ毎に検出またはルックの指令を受け取ったときに生ずる。従って、スイッチングは同時であり、そして２５μｓより短い遅延を有する。その結果、コントローラの両者は、単一の電極への交流電流のスイッチング点をコントロールする相互接続されたデータを有する。同じコントローラは、実際にはインターネットとイーサネットまたはローカル・エリア・イーサネットネットワークとの組み合わせからなる情報ネットワークからのパラメータ情報及び同期化信号を受け取る。デジタルインターフェースのタイミングの正確度は、約１０μｓより短く、そして好ましくは１−５μｓの一般的な範囲にある。そのため、単一の電極を作動する２つのコントローラのためのスイッチング点は、５μｓ以内に指令される。次に、スイッチングは、実際に２５μｓ以内に起こる。同時に、時間に比較的鋭敏ではない情報は、直列の溶接操作で単一の電極に交流電流を流す２つのコントローラにも接続された情報ネットワークから受け取られる。２５μｓの最大の遅延は変化できるが、スイッチ指令の正確度より低い。
【０００８】
特許文献５に開示された独特なコントロール系は、パイプシーム溶接で主として使用されそして特許文献３に開示されたタンデム電極のための電源をコントロールするのに使用される。この特許文献３は、溶接路に沿って移動できて卷かれたパイプの端の間または２つの隣接するパイプの部分の末端の間の空間に連続する溶接ビーズを置く一連のタンデム電極に関する。この独特な技術に使用される個々の交流波形は、それぞれの電流パルスの大きさが波形成形器によりコントロールされる少なくとも１８ｋＨｚの周波数で生ずる多数の電流パルスによって発生する。この技術は、特許文献６にさかのぼる。２つの隣接するタンデム電極の交流電流の波形の形成は周知であり、そして上記の特許文献のみならず、特許文献２に示されている。この後者の特許文献２では、隣接する直列の電極での交流電流の周波数は、磁気的干渉を防ぐために調節される。Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ、ＯｈｉｏのＴｈｅ  Ｌｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによるこれらの特許文献の技術のすべては、それらのそれぞれがこれらの特許文献に示された波形の技術により生ずる別々の交流波形によって操作される直列の電極の操作の進歩であった。これらの特許文献は、本明細書では参考として引用される。
【特許文献１】米国特許６１１１２１６
【特許文献２】米国特許６２０７９２９
【特許文献３】米国特許６２９１７９８
【特許文献４】米国特許６４７２６３４
【特許文献５】米国特許５２７８３９０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、これらの特許文献は、本明細書で参考として引用されるいくつかの特許文献の技術の使用で生ずる不利を克服する波形技術のタイプの溶接機に関する本発明を開示していない。これらの特許文献では、隣接するタンデム電極の交流電流は、極性の変化を開始するのに使用されるパルス発生器から同期化信号のオフセットにより決定されるようなオフセット電流パルスにより提供される。これらの従来の系は、主な電極での電流からの予定された位相シフトを維持する目的で後続電極での交流電流の位相をシフトする。しかし、ケーブル及び内部のコンポーネントを含む溶接系のインダクタンスのために、電極の１つでのショート回路は、位相のシフトを拡張または収縮させる。これが生じたとき、隣接するタンデム電極間の延長した同じ極性または反する極性が存在する。これは、電極間の溶融した金属の空洞化または形成の何れかを生じさせた。溶接のたまりは乱された。その結果、波形の技術及び本明細書で参考として引用された種々の特許文献の発明を用いることにより、交流で動作するタンデム電極の１つのショート回路によって生ずる問題が経験された。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、 Ｌｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃのいくつかの特許に記載された波形技術を使用しつつ、この技術的な現象を克服する装置、方法及び系に関し、均一性及び溶接の能率を増大させる。本発明は、たとえ電極の１つが一時的にショートするようになったとしても、隣接するタンデム電極で使用される交流電流のパルス間の所望の位相シフトを維持する装置、方法及び系に関する。本発明によれば、素材上の溶接路に沿って移動可能な少なくとも第一の消耗可能な電極及び第二の消耗可能な電極からなるタイプの電気アーク溶接装置が提供される。第一の電源は、第一の電極と素材との間に交替する正及び負のパルスを有する第一の電流を通すために使用され、そして第二の電源は、第二の電極と素材との間に交替する正及び負のパルスを有する第二の電流を通すために使用される。標準の技術によれば、第一の電流について第一のシリーズの極性変化信号を発生する第一の回路そして第二の電流について第二のシリーズの極性変化信号を発生する第二の回路が提供される。周知のように、極性変化信号のそれぞれに応じて極性が変化する指令信号を生ずる回路が存在する。これらの指令信号のそれぞれは、極性を変化することを指令された電流が設定値通常１００アンペアに低下したときのみ、交流電流の極性に変化を生じさせる。これは、特許文献１により教示された概念である。本発明は、指令信号を生ずる発生した極性変化信号後、極性が変化する指令信号の発生を遅らせる回路をこの技術で使用することに関する。換言すれば、両者の電極の交流電流に関する標準の極性変化信号は、特許文献４の図８に示される指令信号５０２に従って操作される。この従来技術では、指令された信号は、極性を変化するのに使用される工程を開始する。極性におけるこの変化は、インバータ出力電流があるレベル例えば１００アンペアに低下するまで生じない。しかし、指令信号は、極性変化信号が同期化パルス発生器から生ずるとき、極性を変化する実際の工程を開始する。変化信号と極性をスイッチするのに使用される指令信号との間の唯一の遅延は、いくつかの並列に接続された電源を調整する単なる結果である。その場合、交流電流における実際の変化は、例えば１００アンペアのような予定された値にすべての電源からの電流が低下することを待つ。この従来技術では、指令信号は、極性変化信号の発生に従って本質的に操作する。これは、各タンデム電極についてただ１つの電源が存在するときに、特に真実である。本発明によれば、指令信号を生ずる極性変化信号の発生後指令信号の発生を遅らせる回路が存在する。この遅延は、３．０ｍｓより遅い固定された値であり、そしてタンデム電極の１つにおいてショート回路の条件を補償するのに使用される。１つの電極のショート回路が存在するとき、固定したレベル例えば１００アンペアへの電流の低下に関する時間定数は、劇的に増大する。これは、時間定数が抵抗により除されるインダクタンスにより決定されるからである。インダクタンスが本質的に同じままである一方、ショートが存在するとき、抵抗は低下する。従って、一般に約１００アンペアに設定されたスイッチング値に達する電流について時間をコントロールする時間定数は、ショートが存在するとき、劇的に増大する。本発明によれば、電極におけるこのショート条件は、好ましくは電圧検出器により検出される。この電圧検出器は、次に、本発明の溶接装置、方法及び系に形成される時間の遅延を低下または排除する。その結果、極性変化信号の発生と実際の指令信号との間に時間遅延を組み込むことによって、ショート回路は、この遅延を排除するのに使用することができる。これは、ショートされた電極の電流パルスを左にシフトし、それによりそれを隣接するタンデム電極の電流パルスとの位相関係にする。そのため、本発明は、従来のＬｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ特許に開示された溶接技術の極性変化信号と指令信号との間の意図的な固定した時間遅延を含む。次に、ショートの検出は時間遅延を排除または低下させ、それによりゆがんだ正または負の電流パルスを左にシフトさせそして望ましい位相の関係またはそれに近い関係に戻す。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、極性変化信号は、同期化パルス発生器からのパルスの始端及び終端において生ずる。このパルス発生器は、従来の特許に開示されており、それにより第一のアークのパルスは、第二のアークのパルスによりオフセットされて望ましい位相のシフトを確立する。本発明は、たとえ電極の１つが偶然にショートするときでも、この望ましい位相シフトを維持する。
【００１２】
本発明の他の態様では、ショートが電極の１つで検出されるとき、次のスイッチング配列は、タイミンググラフで左にオフセットされる。これは、同期化パルス発生器により生ずる望ましい位相シフトに次のパルスを適合させる。
【００１３】
本発明のなお他の態様によれば、電気アーク溶接機において溶接電流の極性を変化する方法が提供される。この方法は、極性変化信号を発生し、極性変化信号の発生後所定の時間で電流の極性の変化を指令し、そして溶接電流においてショートの検出と同時にこの所定の時間を短縮することからなる。同様な方法で、電気アーク溶接機の溶接電流の極性を変化する系が提供され、その場合系は、極性変化信号を発生する第一の回路、極性変化信号の発生後所定の時間で電流の極性の変化を指令する第二の回路、並びに溶接回路においてショートの検出と同時に所定の時間を短縮する回路を含む。所定の時間の短縮は、好ましくは零に近づく。
【００１４】
本発明の他の態様は、上記の系、装置及び方法の提供であり、その場合、交流電流が、パルス幅変調器そして波形成形器によりコントロールされるプロフィルを有する多数の小さい個々の電流パルスにより形成される。これは、本明細書で参考として引用されるいくつかの特許に開示されたような波形技術である。
【００１５】
本発明の主な目的は、特許文献４で開示されたタイプの溶接装置の提供であり、その場合直列で操作された電極の１つのショートは、電極の交流電流の望ましい位相シフトを劇的に変化しない。
【００１６】
本発明の他の目的は、上記のような装置の提供であり、その装置は、極性変化信号の発生と極性指令信号との間の時間遅延回路及び電圧検出器を利用してショートが検出されるとこの遅延が短縮または排除できる。
【００１７】
本発明の他の目的は、電気アーク溶接機の溶接電流の極性を変化させる方法及び系の提供であり、その方法及び系は、電極のショートが存在するとき、隣接する電極の交流電流の望ましくない位相シフトを調整する。
【００１８】
これらの目的及び利点は、図とともに以下の記述から明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に図について説明するが、図は本発明の好ましい態様を説明することのみを目的としており本発明を制限することを目的としていない。本発明を実行する系は、図１、２及び１２に詳細に示されている。図１では、溶接ステーションＷＳでアークとして交流電流を生ずる単一のセルの形の単一の電気アーク溶接系Ｓが示される。この系またはセルは、パイプシーム結合または他の溶接操作の形の電極Ｅ及び素材Ｗと直列の出力導線１０、１２を有する第一の主の溶接機Ａを含む。ホール効果電流変換器１４は、溶接機Ａの電流に比例してライン１６に電圧を供給する。溶接パラメータのような時間に厳密でないデータは、リモート中心コントロール１８で発生する。同様な方法で、従の付加の溶接機Ｂは、追加の交流電流を溶接ステーションＷＳに導く、導線１０、１２と並列で接続された導線２０、２２を含む。ホール効果電流変換器２４は、溶接操作中溶接機Ｂの電流レベルを表すライン２６に電圧を生ずる。たとえ単一の従または付加の溶接機Ｂが示されているとしても、任意の数の追加の溶接機が主の溶接機Ａと並列で接続されて電極Ｅと素材Ｗとの間に交流電流を生成する。交流電流は、極性スイッチングネットワークの前の代わりに溶接ステーションで組み合わされる。それぞれの溶接機は、組み合わされた主のコントローラ及び電源３０として画かれているコントローラ及びインバータに基づく電源、並びに従のコントロール及び電源３２を含む。コントローラ３０、３２は、パラメータデータ及び同期化データを比較的低いレベルの論理ネットワークから受け取る。パラメータの情報またはデータは、電源に特異的であり、それにより電源のそれぞれは望ましいパラメータ例えば電流、電圧及び／またはワイヤ供給速度を提供される。低いレベルのデジタルネットワークは、パラメータ情報を提供できるが、しかし、極性反転用の交流電流は同時に生ずる。「同時」は、１０μｓより短い時間差そして好ましくは１−５μｓの一般的な範囲の時間差を示す。電源３０及び電源３２からの交流電流の精密な調整を達成するために、スイッチング点及び極性の情報は、タイミングがより精密ではない一般的な論理ネットワークから提供できない。個々の交流電源は、「ゲートウエイ」といわれる高速高精密度の直流論理インターフェースにより調整される。図１に示されるように、電源３０、３２には、それぞれ二方向導線４２ｍ、４２ｓにより示される必要な操作パラメータが提供される。この時間に関係しない情報は、図１に示されるデジタルネットワークにより提供される。主の電源３０は、一方向ライン４０により示されるような同期化信号を受け取ってその交流出力電流のコントローラ操作のタイミングを設定する。電源３０のための交流電流の極性は、ライン４６により指示されるように出力される。主の電源３０の交流電流のための実際のスイッチング指令は、ライン４４で出力される。スイッチ指令は、インバータの形で電源Ｓに「切断」するように命令し、それは電流を劇的に低下させる。別の方法では、これは、事実、極性を反転するスイッチ信号である。「スイッチング点」またはライン４４の指令は、好ましくは、特許文献１に示されたような「スイッチング点」を利用する「切断」及び電流��転指令である。従って、時期を設定するスイッチング点または指令は、ライン４４によって電源３０から出力される。これらのスイッチング点または指令は、電源「切断」を含むことができ、次に低い電流でのスイッチ動作可能（ｒｅａｄｙ）信号または単に電流反転点を含む。何れのインバータもそれらが設定電流以下になるまで実際に反転することがないため、「切断」の概念が実行されるとき、スイッチ「動作可能」が使用される。これは図１２に記載されている。コントローラ３０のスイッチの極性は、ライン４６の論理をコントロールする。従の電源３２は、ライン４４ｂのスイッチング点または指令論理並びにライン４６ｂの極性論理を受け取る。これらの２つの論理信号は、ゲートウエイ５０、伝送ゲートウエイ及びゲートウエイ５２、受信ゲートウエイとして示される高度に正確な論理インターフェースをへて主電源及び従電源の間を相互接続する。これらのゲートウエイは、電源のそれぞれのネットワークインターフェースカードであり、ライン４４ｂ、４６ｂの論理は、それぞれライン４４、４６の論理に密接に時期を設定する。実際には、ネットワークインターフェースカードまたはゲートウエイ５０、５２は、この論理を１０μｓ以内そして好ましくは１−５μｓ以内にコントロールする。正確度の低いネットワークは、ゲートウエイまたはインターフェースカードによりもたらされると画かれた、ライン４２ｍ、４２ｓをへる中心コントロール１８からのデータについて個々の電源をコントロールする。これらのラインは、リモートエリア（例えば中心コントロール１８）からのデータを含み、それらは時間に関連がなくそしてゲートウエイの正確度の特性を使用しない。スイッチの反転の時期を設定する非常に正確なデータは、ネットワークインターフェースカード５０、５２をへる相互接続論理信号を使用する。図１の系は、単一の交流のアークに関する単一のセルであるが、しかし、本発明は、２つ以上の交流アークがパイプ溶接に見いだされる大きな隙間を満たすのに生ずるタンデム電極に関する。従って、第一の電極のための主電源３０は、第一の電極すなわちＡＲＣ１のための系Ｓのタイミングまたは位相操作を決定する同期化信号を受け取る。系Ｓは、他の同様な系とともに使用されて、同期化出力８４、８６及び８８により時期を設定されたＡＲＣ２、３及び４を発生する。この概念は、図５に概略画かれている。同期化または位相設定信号８２−８８は、ただ１つのタンデム電極とともに図１に示されている。中心コントロールコンピュータ及び／またはウエブサーバー６０からなる情報ネットワークＮは、直列の操作で異なる電極をコントロールするいくつかの系またはセルにおける特定の電源に関するデジタル情報またはデータを提供する。インターネットの情報は、ローカル相互接続ライン７０ａ、７０ｂ、７０ｃを有するイーサネットワーク７０の形でローカル・エリア・ネットワークに導かれる。同様な相互接続のラインは、直列溶接操作のＡＲＣ１、２、３及び４を生ずる４つのセルで使用される各電源に導かれる。系またはセルＳの記述は、他の電極におけるアークのそれぞれに適用される。もし交流電流が使用されるならば、主電源が使用される。いくつかの場合には���単に主電源が、特定の同期化信号とともに使用される。もしより高い電流が必要ならば、系またはセルは、図１の系Ｓに関して記述されたような主及び従の電源の組み合わせを含む。いくつかの場合には、直流アークが、発生器８０により同期化された２つ以上の交流アークとともに使用される。しばしば、直流アークは、タンデム電極溶接操作において主な電極であり、２つ以上の同期化交流アークを伴う。直流電源は、同期化される必要はなく、または極性の論理またはスイッチング点または指令の正確な相互接続を要しない。いくつかの直流で動作される電極は、正と負との間をスイッチできるが、交流で動作する電極の周波数でではない。アークの調整に関係なく、イーサネットまたはローカル・エリア・ネットワーク７０は、直列溶接操作で使用される種々の系の特定の電源用にデザインされたコード化されたやり方で同定されたパラメータ情報を含む。このネットワークは、またいくつかのセルまたは系に関する同期化信号を使用し、それにより系は時間の関係でオフセットできる。これらの同期化信号は、デコーディングされそして図１でライン４０により指示されるように主電源によって受け取られる。この方法で、交流アークは、時間を基準にしてオフセットされる。これらの同期化信号は、ネットワークインターフェースカードまたはゲートウエイ５０、５２をへるスイッチング点と同じように正確であることを要求されない。データネットワークの同期化信号は、種々のパルス発生器８０の形のネットワークインターフェースにより受け取られる。発生器は、ライン８４、９６及び８８でオフセット同期化信号を発する。これらの同期化信号は、直列操作で別々の電極について個々の交替する電流セルの位相を指令する。同期化信号は、インターフェース８０によって発生できるか、またはネットワーク７０をへて発生器により実際に受け取られる。実際には、ネットワーク７０は、単に発生器８０を活性化して多くの同期化信号について遅延パターンを生ずる。また発生器８０は、もしその特徴が直列溶接操作において望ましいならば、同期化パルスの周波数により個々のセルの周波数を変化できる。
【００２０】
種々のコントローラ及び電源は、図１に記述されたような系を実施するのに使用できた。しかし、系の好ましい実施は、図２に示され、その場合、電源ＰＳＡは、コントローラ及び電源３０と組み合わされ、電源ＰＳＢは、コントローラ及び電源３２と組み合わされる。これらの２つのユニットは、その構造が本質的に同じであり、適切なときには同じ数字で表示される。電源ＰＳＡの記述は、電源ＰＳＢに等しく適用される。インバータ１００は、３相ライン電流Ｌ１、Ｌ２及びＬ３を受け取る入力整流器１０２を有する。出力変成器１１０は、出力整流器１１２を経て、相対する極性スイッチＱ１、Ｑ２を動作する分岐インダクタ１２０に接続される。電源ＰＳＡのコントローラ１４０ａ及びＰＳＢのコントローラ１４０ｂは、本質的に同じであるが、但しコントローラ１４０ａはコントローラ１４０ｂにタイミング情報を出力する。スイッチング点またはライン１４２、１４４は、本明細書で参考として引用される特許文献１でさらに詳述されているように、ライン１４２、１４４の論理によって指示される時間で反転する極性について極性スイッチＱ１、Ｑ２の伝導性条件をコントロールする。コントロールは、論理プロセッサによりデジタルであり、そのため、Ａ／Ｄ変換器１５０は、アナログエラー増幅器として画かれているエラー増幅器１５２から出力のレベルに関して、フィードバックライン１６またはライン２６の電流情報を、コントロールするデジタル値に変換する。実際には、これはデジタル系であり、そしてコントロールアーキテクチャにおいてさらなるアナログ信号は存在しない。しかし、画かれているように、増幅器は、変換器１５０からの第一の入力１５２ａ及びコントローラ１４０ａまたは１４０ｂからの第二の入力１５２ｂを有する。ライン１５２ｂの電流指令信号は、溶接ステーションＷＳでアーク間の交流電流について要求される波形を含む。これは、参考として引用される特許文献５のようなＬｉｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃのいくつかの特許により教示される標準の実施である。参考として引用される特許文献２も参照する必要がある。増幅器１５２からの出力は、変換器１６０によりアナログ電圧信号に変換されて、発振器１６４によってコントロールされる周波数でパルス幅変調器１６２を動作し、それはプロセッサソフトウエアのタイマープログラムである。アークにおける波形の形状は、ライン１５２ｂの電圧またはデジタル数である。発振器１６４の周波数は、１８ｋＨｚより高い。この系の全アーキテクチャは、本発明の好ましい態様でデジタル化され、そしてアナログ信号への再変換を含まない。この説明は、説明のための概略的なものであり、本発明を実施するのに使用される電源のタイプを限定することを目的としていない。他の電源も使用できる。
【００２１】
図１及び２の概念を利用する本発明の実施は、図３及び４に画かれている。素材２００は、それぞれ個々の電源ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３により作動されるタンデム電極２０２、２０４及び２０６によりともに溶接されるパイプのシームである。電源は、特許文献４の技術に従って調整される１つより多い電源を含むことができる。画かれた態様は、主な電極２０２のための直流アーク、及びタンデム電極２０４、２０６のそれぞれのための交流アークを含む。タンデム電極の生じた波形は、交流電流であり、そして上記の波形技術に従って波形形成器または波形発生器によって生じた形状を含む。電極２０２、２０４及び２０６が、溶接路ＷＰに沿って移動するとき、溶融した金属溜まりＰは、開いた根部２１０によりパイプシーム２００にデポジットされ、次にそれぞれ電極２０２、２０４及び２０６からのデポジット２１２、２１４及び２１６を伴う。前記のように、２つより多い交流により作動する電極は、隣接する電極の交流電流によって本発明により操作できる。電源は、図４に示されるように、それぞれ整流器２２２からの直流リンクを受け取るインバータ２２０を含む。Ｌｉｎｃｏｌｎの波形技術に従って、チップまたは内部でプログラムされたパルス幅変調器ステージ２２４は、１８ｋＨｚより多いそして好ましくは２０ｋＨｚより多い周波数で発振器２２６によって作動される。発振器２２６がパルス幅変調器２２４を作動するとき、出力電流は、ライン２４２で電圧またはデジタル数として波形成形器２４０から出力された波形により指令される形状を有する。リアルタイムの形状は、コンパラータ２３０として画かれたステージによってライン２３２の実際のアーク電流と比較される。ライン２３４のデジタル数または電圧は、ライン２２４ａの出力信号を決定してインバータ２２０をコントロールし、アークの電流の波形は、波形成形器２４０から出力される選択されたプロフィルを伴う。これは、前記のように標準のＬｉｎｃｏｌｎの波形技術である。電源ＰＳ１は、主な電極２０２で直流アークを生じ、そのため、この電源の波形成形器２４０からの出力は、直流電流の大きさを示す定常状態である。本発明は、直流アークの形成に関していない。逆に、本発明は、電極２０４、２０６のようなタンデム電極に関する２つの隣接する交流アークの電流をコントロールする。本発明によれば、波形形成器２４０は、交流の波形の望ましい形状またはプロフィルを選択するのに使用される入力２５０を含む。この形状は、シフトプログラム２５２として概略的に表示される内部プログラミングによりリアルタイムでシフトできる。波形成形器２４０は、ライン２５４の優先信号である出力を有する。実際には、優先信号は、図１２に示されるような論理のビットである。論理１は、波形成形器２４０により発生した波形に負の極性を指示し、そして論理０は正の極性を指示する。電源に導かれるこの論理信号またはビットコントローラ２２０は、図１２で論じられた技術に従って読みとられる。インバータは、ライン２５４の論理ビットの変化により開始される特定の「動作可能」タイムで、正の極性から負の極性に、またはその逆にスイッチする。実際には、このビットは、図１及び５に示される可変のパルス発生器８０から受け取られる。この発生器は、極性変化信号のタイミングを生ずる。図３及び４に示される溶接系は、タンデム電極２０４及び２０６での交流アーク電流の形状が位相がシフトされた交流電流により操作される本発明を実施するのに使用される。図３及び４に示される電気アーク溶接系は、波形成形器２４０に関する「選択」プログラム２５０で波形を選択するプログラムを有する。この方法で、交流の波形は、タンデム電極によって使用される。交流アークを発生する電源の１つは、図５に概略的に画かれる。電源は、図１に示される可変パルス発生器８０により同期化される。発生器からの信号２６０は、第一のアークに関する電源の極性シフトをコントロールする。この信号は、ライン２５４の波形形成器２４０によって出力される極性ビットとともに波形の同期化を含む。ライン２６０ａ−２６０ｎは、本発明の溶接系によって操作される他の直列交流アークに関する極性変化信号をコントロールする。これらの信号のパルスは、他の波形を同期化する。図５は、図４に関して説明したように、連続するアークの望ましい位相シフトをコントロールするパルス発生器８０の関係を示す。
【００２２】
特許文献４の溶接系では、交流の波形は、図６に示されるように生じ、その場合、電極２０４のアークＡＣ１に関する波形成形器は、正の部分２７２と負の部分２７４とを有する信号２７０を発する。信号２７０は、図１に示される可変発生器８０からのパルス列である。第一のタンデム電極の交流電流は、極性変化信号を受けて、正の部分２７２の始端２７２ａで正の極性にシフトする。同様な方法で、終端２７２ｂは、交流電流を負の極性にシフトするように指令をする極性変化信号を発生する。従って、始端２７２ａ及び終端２７２ｂｈａは極性変化信号を生ずる。この信号は、次に図１２に示される極性変化指令５０２を開始する。電極２０６の第二のアークＡＣ２は、正の部分２８２及び負の部分２８４を有する波形成形器からの信号２８０によりコントロールされる。部分２８２は、始端２８２ａと終端２８２ｂを有する。これらの端は、信号２７０に関して前述したように指令信号５０２をコントロールする極性変化信号を発生する。極性変化信号は、タイマー、カウンタまたは内部コンピュータプログラムにより発生できる。しかし、好ましい態様では、極性変化信号は、図６に示されるようにオフセット信号２７０、２８０の始端及び終端であるか、またはそれらにより発生する。これらの２つの信号は、同じであるが、図６により示されるように距離ｘで発生器８０からの信号によりシフトされる。アークの１つで波形技術が生成した電流パルスまたは波形は、図６の下部で示される正の部分２９０と負の部分２９２とを有する波形である。波形成型器からの論理ビットは、極性変化信号として使用されて、波形が正の極性から負の極性にそしてその逆にスイッチされるときを決定する。特許文献１（本明細書で参考として引用される）の記述によれば、パルス幅変調器２２４は、一般に、点２９１ａ及び２９１ｂでより低いレベルにシフトされる。次に、電流は、固定したレベル例えば１００アンペアに達するまで、低下する。その結果、スイッチは、点２９４ａ及び２９４ｂで極性を変化する。これは、電流が正の部分２９０と負の部分２９２との間を移動するとき、垂直のラインまたは形状２９６ａ、２９６ｂを生ずる。これは、特許文献１において開示された系であり、同様な波形が磁気的干渉を避けるためにシフトされる。波形の部分２９０、２９２は、アークＡＣ１とアークＡＣ２とで同じである。
【００２３】
位相がシフトされた交流電流により２つの隣接するタンデム電極を作動するために前述された技術を使用することは、図７に概略的に画かれており、１つのアークの第一の電流３００は、正のパルスまたは部分３０２及び負のパルスまたは部分３０４を含む。Ｔｈｅ  Ｌｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃの波形技術によれば、それぞれのパルス３０２及び３０４は、パルス３０６と概略的に画かれた一連の小さい電流パルスにより形成される。波形形成器または波形発生器は、小さいパルス３０６のデューティサイクルをコントロールするパルス幅変調器によりパルスの幅をコントロールする。これはパルスのプロフィルを決定する。電流３００の極性をコントロールするために、パルス列３１０が生ずる。このパルス列は、発生器８０の出力であるか、または波形形成器からの単一のビット信号により開始される。パルス列３１０は、そのそれぞれが始端３１２と終端３１４とを含む一連のパルスを有する。画かれているように、始端３１２は、極性変化指令信号の形で負のパルス３０４について極性変化信号を発する。この指令信号は、図１２において信号５０２として示され、１つより多い電源が使用される。もしただ１つの電源があるならば、指令信号５０２は単にスイッチング工程を開始する。指令信号は、パルス３０４の点３２０で極性変化信号により発する。点３２０で、電源のインバータがオフすなわち切られ、そして電流は、電流が負の形で点３２０のピークから点３２４へ低下するまで、ライン３２２に沿って増大する。この点で、電流は設定値即ち負の１００アンペアである。電流３００は、次にそれが最大またはピークの電流３２８に達して正のパルスまたは部分３０２を限定するまで、ライン３２２に沿って正に達する。ピークの電流は、パルス列３１０の終端３１４が現れるかまたは発生されるまで、維持される。このとき、終端３１４は、極性変化信号を限定するかまたは生じて、パルス３０２の点３３０で指令信号を発生する。インバータは切られ、そして電流は、それが１００アンペアのレベル３３４に達するまで、減少する。このレベルで、極性はほぼ垂直なライン３３６に沿って変化し、電流３００を負のピーク３３８にする。このスイッチング工程は、繰り返されて、電流３００は、始端３１２と終端３１４との間の時間の間隔により決定される周波数で正のパルス３０２と負のパルス３０４との間を交替する。部分の形状は、波形形成器により決定される。同じ方法は、図７で点線で示されそして第二の間隔のあいたタンデム電極での電流を構成する電流３５０について使用される。コントロールパルス列３６０は、パルス列３３０の対応する部分から９０度シフトされた位相である始端３６２及び終端３６４からなる。始端３６２、３６４では、指令信号が点３７０、３７２で生じて減少ライン３７４、３７６を開始して、第二のアーク電流は、電流３００の点３２４、３３４と同様に、点３８０、３８２に減少する。操作では、変化する極性の信号は、直列アークのそれぞれについて生ずる。これらの信号は、パルス列３１０、３６０の始端及び終端により生ずるかまたはそれ以外に発生される１ビットである。これらの極性変化信号は、電流３００、３５０の極性の変化を開始する��性が変化する指令信号を発する。予定された位相シフトが始端３１２、３６２間に維持されて、間隔のあいたタンデム電極の電流が望ましい値に常にシフトされることが望ましい。この値は、図６に示される周波数が６０Ｈｚであるとき、通常９０度である。
【００２４】
電極がショートされない限り、図７に示される位相シフトは維持され、そしてタンデム電極は、良好な溶接ビーズを維持するように有効に操作する。しかし、電極の１つがショートしたとき、極性指令後の電流は低下するのに長時間を要する。これは図８に画かれており、ショートが、交流電流３５０により作動するタンデム電極で生ずる。電流３００は、図７に示されるように、同じ位置を維持する。負のパルス３０４が点３７０で極性を変化するように指令されるとき、ライン３７４の傾きは少なく、点３８０は長い時間後に到達される。これが生じたとき、垂直なスイッチングライン３８４は、図８に示されるように、垂直なスイッチングライン３２６から離れて移動する。ライン３２２、３７４は、抵抗により除されるインダクタンスに比例する時間定数に基づく。抵抗がショート中低下するにつれ、時間定数は、一般に１−２ｍｓの範囲に値を増大させる。電流３５０のこの遅れは、系の固有の誘導性のためにすべての系で経験される。ラインの周波数、誘導回路及び点３８０に関する追加の時間が、６０Ｈｚで約２１％の追加の位相シフトを生成することが分かった。この追加の位相シフトは、図８に示されるように、後ろのアークを１１０度までシフトさせる。電流３００に関する電流３５０のこの追加の位相シフトは、アークのブローを生じさせ、そしてパルス列３１０、３６０間の固定した位相シフトにより求められた溶接溜まりの安定性に影響する。
【００２５】
図８で表示されるようなショートにより生ずる望ましくない有害な位相シフトは、本発明により克服される。本発明の態様によれば、図９に画かれているように、始端３１２は、標準の技術により極性変化信号を発する。本発明によれば、指令信号５０２は、値ａで遅延される。その結果、指令信号は、ライン４００により示されるように後の時間で極性変化信号により生ずる。従って、指令点３２０は、距離ａで新しい即ち遅延した指令点３２０ａにシフトされる。同様に、電流３５０をコントロールする始端３６２は、時間ａで遅らされ、指令信号は点３７０ａで与えられる。これは、図９で示される時間４０２により表示される時間の遅延においてである。同じ遅延は、終端３１４、３６４について生じるが、それらは異なってシフトできる。遅延は、溶接機のデジタル信号プロセッサまたはマイクロプロセッサの回路により生ずる。この遅延は、図９に示される。電流３００、３５０は、図７で示されたのと本質的に同じである。本発明によれば、マイクロプロセッサにより操作される遅延回路は、遅延４００、４０２を生じ、そして同様な遅延は終端３１４、３６４で生ずる。これらの遅延は、タンデム電極の何れにもショートが存在しない限り溶接機の操作に何ら影響しない。本発明によれば、遅延は、図１０に示される系４２０のように概略的に画かれた系によってコントロールされる。位相シフト発生器８０は、デジタル遅延回路４３０の入力でライン４２２の変化する極性の信号を生成する。この回路は、１−３ｍｓの一般的な範囲で信号の遅延を生ずるように調節される。ライン４２２の極性変化信号は、パルス列３１０、３６０の始端または終端であり、始端または終端により生ずる単一のビットデータまたは他の適切に発せられた信号は、極性の変化を調整することにより電流３００、３５０の位相をコントロールするのに使用される。ライン４２２の信号は、回路４３０により遅らされて、ライン４３２に遅れた信号を生成する。この遅れた信号は、極性指令回路４４０に送られて、図１２に示される極性変化指令５０２を発する。ある程度までは、デジタル系４２０の操作は、図９に示されるような結果を生ずる。しかし、系は、またショート回路検出回路４５０を含んで、アーク電圧の急激な低下を検出する。この回路は、デジタル的に構築され、そしてショートを検出する。系４２０は、ライン４５４の感知されたアーク電圧をライン４５６の参照電圧と比較するためにコンパレータ４５２として概略的に示される。アークの電圧が参照電圧より下に低下したとき、信号は、ライン４５８により遅延回路４３０に送られる。これは、遅延回路４３０を不活性化して、ライン４２２の極性変化信号がライン４３２に非遅延信号を生じさせて、電流の極性を変化する指令を発する。図８に表示されているように、もしショートが存在するならば、図９及び１０に開示されている本発明は、電流３００、３５０をして、本質的に適切な位相の関係に維持させる。この操作は、図１１に画かれる。電流３００の指令点は、遅らされた点３２０ａを維持する。しかし、電流３５０を使用する電極のショートは、遅延回路４３０をしてライン４５８の論理により不活性化される。その結果、ショートした電極の電流３５０の指令信号は、点３７０で維持される。遅れは存在しない。従って、負の電流はライン３７４に沿って低下し、点３８０をして、それが図７及び９にあるのと本質的に同じ時間に到達させる。極性変化信号と極性が変化する指令との間に遅れを生じさせる回路を意図的に使用することにより、ショートが存在したとき、遅延を不活性化することができる。ショートされた電極での電流は、左にシフトしそして他の電流と本質的に適切な位相の関係のままである。本発明は、タンデム電極を経て流れる電流間に適切な溜まりのダイナミックス及び関係を維持する。図１０で表示される系４２０の回路は、本発明の好ましい態様でデジタル的に実施される。極性変化信号は、予定された時間で生ずる信号である。それらは、好ましい態様と同じカウンタパルス、デジタルパルス及び検出された始端または終端を生ずる。これらは、すべて等しい実施であり、そして均等である。極性変化信号は、ショートが検出されるとき、本発明に従って不活性されるかまたは時間を短縮される遅延回路を活性化する。
【００２６】
単一の交流アークに関するすべての電源のスイッチングの実施は、実際のスイッチングがすべての電源が所定の低い電流レベルより低かった後でのみ生ずるスイッチング技術を使用する。この工程は、デジタルプロセッサのソフトウエアで達成され、そして図１０の概略的なレイアウトにより画かれる。主電源５００のコントローラが、ライン５０２により表示されるような極性が変化する指令信号を受け取ったとき、電源はスイッチングの順序を開始する。主電源はライン５０４で論理を出力して従の電源のスイッチングのために主の電源の極性スイッチングに対応する望ましい極性を提供する。指令されたスイッチングの順序で、主電源５００のインバータは切られ、電極Ｅへの電流は、ホール効果変換器５１０により読みとられるとき、低下する。ライン５０２のスイッチ指令は、ライン５１２により表示される即時の「切断」信号を並列の従電源５２０、５２２のコントローラに生じさせ、ホール効果変換器５３２、５３４により測定されるような結合５３０への電流をもたらす。すべての電源は、スイッチの順序にあり、インバータは切られる。ソフトウエアコンパレータ回路５５０、５５２、５５４は、低下した電流を、ライン５５６の電圧により参照される所定の低い電流と比較する。それぞれの電源が所定の値以下に低下すると、信号は、それぞれサンプル・保持回路５７０、５７２及び５７４の入力へのライン５６０、５６２及び５６４に現れる。回路は、電源のそれぞれからライン５８０のストローブ信号により出力される。設定された論理が回路５７０、５７２及び５７４に記憶されるとき、ＹＥＳ論理が、ストローブ信号のときにライン「動作可能」１、「動作可能」２及び「動作可能」３に現れる。この信号は、電源で発生し、そして２５μｓの周期を有するが、他の高速ストローブも使用できる。信号は、図１０で点線で示されるように、主電源のコントローラＣに向けられる。ＡＮＤゲート５８０により表示されるソフトウエア論理積機能は、すべての電源が極性をスイッチしようとするとき、ライン５８２でＹＥＳ論理出力を有する。この出力条件は、ライン５０４に現れるときスイッチされる極性の望ましい論理を提供されるそのＤ端末を有するソフトウエアフリップフロップ６００のクロック動作可能端末ＥＣＬＫに関する。発振器またはタイマーは、端末ＣＫへのライン６０２の信号により約１ＭＨｚクロックフリップフロップで操作される。これは、ライン５０４の極性指令論理をＱ端末６０４に転送してライン６１０のこの論理をもたらして従電源５２０、５２２をスイッチし、同時にライン６１２の同様な論理は主電源５００をスイッチする。スイッチング後、ライン５０４の極性論理は、相対する極性にシフトし、一方主電源は、スイッチング周波数に基づいて次のスイッチ指令を待つ。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に使用される好ましい溶接機のブロックダイアグラムである。
【図２】それらのそれぞれがスイッチング出力（その電源が本発明を実施するのに使用される）を含む２つの並列の電源の配線図である。
【図３】パイプのシームを溶接するための本発明により操作される３つのタンデム電極の側面断面図である。
【図４】特許文献３及び４の記述を使用する３つの電極のための溶接系のブロックの形の概略レイアウトである。
【図５】特許文献４に開示された可変パルス発生器を備えた図４に示されるような系により動作される単一の電極を示すブロックダイアグラムである。
【図６】１つのタンデム電極用のバランスした交流波形を示ししかも２つの画かれた同期化パルスの１つの電流グラフである。
【図７】個々の交流電流の極性を変化するのに使用される図６の同期化パルスを有する隣接タンデム電極での交流回路を示すパルス波形グラフである。
【図８】アーク２のショートを有する隣接交流電流間の望ましくない位相シフトを画いた図７に示される図である。
【図９】ショートした隣接する電極の何れも有しない図８の回路またはプログラム要素を使用する図７と同じ図である。
【図１０】図８に示される不利を克服するのに使用される本発明の回路またはコンピュータプログラム要素のダイアグラムである。
【図１１】ショートした隣接タンデム電極の１つを有する本発明による図１０の回路またはプログラム要素を使用する図９に示される図である。
【図１２】調整されたスイッチ指令が処理されそして全く一致した次の信号が生ずると直ぐに並列の電源のスイッチングを生じさせるソフトウエアプログラムの概略レイアウトである。
【符号の説明】
【００２８】
Ａ            主溶接機
ＡＣ１        アーク
ＡＣ２        アーク
Ｂ            従溶接機
Ｅ            電極
Ｌ１          位相ライン電流
Ｌ２          位相ライン電流
Ｌ３          位相ライン電流
Ｎ            情報ネットワーク
Ｐ            溶融金属溜まり
ＰＳＡ        電源
ＰＳＢ        電源
ＰＳ１        電源
ＰＳ２        電源
ＰＳ３        電源
Ｑ１          極性スイッチ
Ｑ２          極性スイッチ
Ｓ            電気アーク溶接系
Ｗ            素材
ＷＳ          溶接ステーション
１０          出力導線
１２          出力導線
１４          ホール効果電流変換器
１６          ライン
１８          中心コントロール
２０          導線
２２          導線
２４          ホール効果電流変換器
２６          ライン
３０          主コントローラ電源
３２          従コントローラ電源
４０          ライン
４２ｍ        導線
４２ｓ        導線
４４          ライン
４４ｂ        ライン
４６          ライン
４６ｂ        ライン
５０          ゲートウエイ
５２          ゲートウエイ
６０          中心コントロールコンピュータ及び／またはウエブサーバ
７０          イーサネットネットワーク
７０ａ        ローカル相互接続ライン
７０ｂ        ローカル相互接続ライン
７０ｃ        ローカル相互接続ライン
８０          可変パルス発生器
８２          同期化または位相設定信号
８４          同期化出力
８６          同期化出力
８８          同期化出力
１００        インバータ
１１０        出力変成器
１１２        出力整流器
１２０        インダクタ
１４０ａ      コントローラ
１４０ｂ      コントローラ
１４２        ライン
１４４        ライン
１５０        Ａ／Ｄ変換器
１５２        エラー増幅器
１５２ａ      入力
１５２ｂ      入力
１６０        変換器
１６２        パルス幅変調器
１６４        発振器
２００        増幅器
２０２        電極
２０４        電極
２０６        電極
２１０        根部
２１２        デポジット
２１４        デポジット
２１６        デポジット
２２０        コントローラ
２２２        整流器
２２４        パルス幅変調器
２２４ａ      ライン
２２６        発振器
２３０        コンパレータ
２３２        ライン
２３４        ライン
２４０        波形成形器
２４２        ライン
２５０        入力
２５２        シフトプログラム
２５４        ライン
２６０        信号
２６０ａ      ライン
２６０ｎ      ライン
２７０        信号
２７２        正の部分
２７２ａ      始端
２７２ｂ      終端
２７４        負の部分
２８０        信号
２８２ａ      始端
２８２ｂ      終端
２９０        正の部分
２９１ａ      点
２９１ｂ      点
２９２        負の部分
２９４ａ      点
２９４ｂ      点
２９６ａ      線
２９６ｂ      線
３００        電流
３０２        パルス
３０４        パルス
３０６        パルス
３１０        パルス列
３１２        始端
３１４        終端
３２０        点
３２０ａ      点
３２２        ライン
３２４        ライン
３２６        スイッチングライン
３２８        最大電流
３３０        点
３３４        １００アンペアレベル
３３６        垂直線
３５０        電流
３６０        パルス列
３６２        始端
３６４        終端
３７０        点
３７０ａ      点
３７２        点
３７４        ライン
３７６        ライン
３８０        点
３８２        点
３８４        スイッチングライン
４００        ライン
４２０        デジタル系
４２２        ライン
４３０        デジタル遅延回路
４３２        ライン
４４０        極性指令回路
４５０        ショート回路検出回路
４５２        コンパレータ
４５４        ライン
４５６        ライン
４５８        ライン
５００        主電源
５０２        指令信号
５０４        ライン
５１０        ホール効果変換器
５１２        ライン
５２０        従電源
５２２        従電源
５３０        結合
５３２        ホール効果変換器
５３４        ホール効果変換器
５５０        ソフトウエアコンパレータ回路
５５２        ソフトウエアコンパレータ回路
５５４        ソフトウエアコンパレータ回路
５５６        ライン
５６０        ライン
５６２        ライン
５６４        ライン
５７０        サンプル保持回路
５７２        サンプル保持回路
５７４        サンプル保持回路
５８０        ライン
５８２        ライン
６００        フリップフロップ
６０２        ライン
６０４        Ｑ端末
６１０        ライン
６１２        ライン
【図１】
2004283910.tif 000003
【図２】
2004283910.tif 000004
【図３】
2004283910.tif 000005
【図４】
2004283910.tif 000006
【図５】
2004283910.tif 000007
【図６】
2004283910.tif 000008
【図７】
2004283910.tif 000009
【図８】
2004283910.tif 000010
【図９】
2004283910.tif 000011
【図１０】
2004283910.tif 000012
【図１１】
2004283910.tif 000013
【図１２】
2004283910.tif 000014