(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスシールド金属アーク溶接における短絡フェーズにおいてなされる方法において、
或る制御が短絡の開始時点において開始されるとともに短絡の期間において継続され、この制御により、電圧が所定の特徴的閾値Ｓ１に足りないときにエネルギ入力が増加し（フェーズＡ）、電圧、電流、抵抗または電力が所定の閾値Ｓ２に到達したら直ちにエネルギ入力の増加が終了するとともにエネルギ入力が低下する（フェーズＢ）ことを特徴とする方法。
【請求項２】
両フェーズＡ、Ｂは、短絡が破壊されるまで繰り返されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
閾値のサンプリングレート、すなわちフェーズＡおよびＢの期間が変更可能であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
短絡の破壊およびその後のアーク点火が常にフェーズＢにて起きることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
フェーズＡにおけるエネルギの増加率およびフェーズＢにおけるエネルギの低下率が任意であることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
フェーズＡにおけるエネルギの上昇およびフェーズＢにおけるエネルギの低下が、多項関数、指数関数、三角関数、逆三角関数または双曲関数により表すことができることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
フェーズＡにおけるエネルギの上昇およびフェーズＢにおけるエネルギの低下が、関数の組み合わせまたは一連の関数により表すことができることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
短絡の前および後におけるエネルギ入力の経時変化が、任意であることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
短絡の前および後におけるエネルギ入力の経時変化が、多項関数、指数関数、三角関数、逆三角関数または双曲関数により表すことができることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
短絡の前および後におけるエネルギ入力の時間に関する経時変化が、関数の組み合わせまたは一連の関数により表すことができることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
或る関数から他の関数への移行が、時間基準及び／又は１以上の溶接プロセス信号の評価により生じること特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
溶接プロセス信号がニューラルシステムにより評価されることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
センサにより測定可能な溶接電圧、溶接電流または他のプロセス変数が溶接プロセス信号として選択されることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
プロセス変数が、音、電場または磁場であることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
溶接エネルギ源が電流制御されることを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
溶接エネルギ源が、電圧制御、電力制御または抵抗制御されていることを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
溶接エネルギ源が、異なるプロセスフェーズにおいて異なる制御により調整されることを特徴とする、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段部分に記載のガスシールド金属アーク溶接にて用いる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスシールド金属アーク溶接（ＭＳＧ溶接）は、表面硬化、溶接、または金属材料からなる接合すべき２つ以上のピースのろう付けのために長い間用いられてきている。不活性ガス雰囲気内で、ワイヤまたは帯の形状のフィラー材料が、溶接電源により生成されたアーク内で溶かされる。このアークは、この場合、基材と溶融するフィラー材料（電極）の間で燃焼する。使用される不活性ガスにより、金属活性ガス溶接（ＭＡＧ溶接）または金属不活性ガス溶接（ＭＩＧ溶接）と呼ばれる。他の特性は、異なるプロセスパラメータの選択に依存する。従って、このような溶接は、短絡アーク溶接、ロングアーク溶接、スプレーアーク溶接、パルスアーク溶接に分類される。
【０００３】
短絡アーク溶接（Ｋｌｂ溶接）は、アーク発光フェーズおよび短絡フェーズにより特徴付けられる。アーク発光フェーズにおいては、電極端で溶滴が生成される。連続的なワイヤの供給および溶滴容積の増加により、溶滴はある時間経過後に溶融池に接触する。この短絡フェーズにおいて、溶滴は高い短絡電流により絞られて（ピンチ）離脱しアークの再点火が生じる。溶接プロセスは、このように２つのプロセス状態を概ね一定の間隔で繰り返すが、短絡フェーズのみにおいて材料移行が行われる。
【０００４】
この循環型の溶接プロセスにおいては、プロセスパラメータの確率論的変動が生じるが、この変動は、外乱および機械におけるプロセスフィードバック制御の特性により起こる。このプロセスにおいては、短絡期間、並びに短絡の破壊およびアークの再点火が生じるときの電流量も通常は、決められない。
【０００５】
近時の短絡アーク溶接プロセスにおいては、電流は、機械の特性に従い、短絡フェーズにおいては時間（ｄｔ）とともに連続的に増加する。より新しい機械では、短絡フェーズにおいて、時にはいくつかのフェーズにおいて、電流上昇に関して異なるｄＩ／ｄｔが可能となっている。パルス溶接における短絡処理は、これに類似している。従って、短絡の破壊およびこれに続くアーク点火の間、実質的により高い電流が存在する。
【０００６】
高い再点火電流の主たる欠点は、電極ワイヤと溶融池との間の溶融ブリッジの大きな温度上昇であり、これは突然の破壊につながる。
【０００７】
従って、溶接結果において、
−溶接スパッタ
−特に薄板において、孔の形成を伴う溶融材料のブローオフ
−ＺｎおよびＭｇ等の特に高い蒸気圧の合金元素の蒸発ロス
等の問題が生じる。
【０００８】
ドイツ国特許出願公開公報ＤＥ４１２９２４７Ａ１にはＳＳＴメソッドが記載されており、ここでは発生しようとしている短絡破壊が電圧勾配ｄＵ／ｄｔの測定により認識される。或る限界値を超えた場合、電流は破壊前に数マイクロ秒の間５０Ａまで下げられる。
【０００９】
この方法の欠点は、一方では電圧測定における非常に複雑な信号処理であり、それは溶接プロセスの間の電磁気場により激しい妨害を受け、従って信号感度を制限する。他方では、溶接エネルギ源のインダクタンスにより電流の反転および減少速度が制限され、これにより高いレベルで破壊中に非常に高いエネルギ入力がなお発生することである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、アーク溶接の短絡フェーズにおいてエネルギ入力を可能な限り低くできるようなガスシールド金属アーク溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、この目的は、請求項１記載の特徴により解決される。有利な派生形態は、従属請求項に記載されている。
【００１２】
短絡フェーズにおける閾値を定めることにより溶接エネルギ源の特性が得られ、これにより、一方では、短絡が破壊されアークが再点火されるときのエネルギ入力が可能な限り低い値となり、他方では、エネルギ入力の低下が可能な限り速くなる。また、発生しようとしている短絡破壊を、発生前に認識することができる。
【００１３】
本発明は、或る制御が短絡の開始時点において開始されるとともに短絡の期間において継続され、この制御により、所定の特徴的閾値Ｓ１に足りないときにエネルギ入力が増加し（フェーズＡ）、所定の閾値Ｓ２に到達した時にエネルギ入力の増加が終了し、その後エネルギ入力が低下する（フェーズＢ）、という事項により特徴付けられる。
【００１４】
閾値Ｓ１は電圧とすることができ、また、閾値Ｓ２は電圧、電流、抵抗、電力または他の適当な閾値とすることができる。
【００１５】
本発明の派生形態においては、２つのフェーズＡ、Ｂは、短絡が破壊されるまで繰り返され、閾値のサンプリングレート、すなわち両フェーズの期間が可変である。
【００１６】
短絡破壊およびその後のアーク点火が常にフェーズＢにて起きる。この場合、フェーズＡにおけるエネルギの増加率とフェーズＢにおけるエネルギの低下率が任意的である。
【００１７】
本発明の更なる実施形態においては、フェーズＡにおけるエネルギの上昇とフェーズＢにおけるエネルギの低下が、多項関数、指数関数、三角関数、逆三角関数または双曲関数により表わされる。
【００１８】
この場合の更なる派生形態においては、フェーズＡにおけるエネルギの上昇とフェーズＢにおけるエネルギの低下が、関数の組み合わせまたは一連の関数により表すことができる。
【００１９】
短絡の前および後におけるエネルギ入力の経時変化が、任意的である。
【００２０】
本発明の更なる実施形態においては、短絡の前および後におけるエネルギ入力の経時変化が、多項関数、指数関数、三角関数、逆三角関数または双曲関数により表すことができる。また別の派生形態においては、短絡の前および後におけるエネルギ入力の経時変化が、関数の組み合わせまたは一連の関数により表すことができる。
【００２１】
本発明によれば、或る関数から他の関数への移行が、時間基準及び／又は１以上の溶接プロセス信号の評価により生じ（開始され）、プロセス信号がニューラルシステムにより評価される。
【００２２】
或る関数から他の関数への移行が、基準の論理的結合により生じる（開始される）。
【００２３】
このような溶接プロセス信号は、センサにより測定可能な溶接電圧、溶接電流または他のプロセス変数であり、プロセス変数は、放射、音、電場または磁場である。
【００２４】
本発明の他の実施形態においては、溶接エネルギ源が電流制御されるが、電圧制御、電力制御または抵抗制御されることも同様に好ましい。
【００２５】
溶接エネルギ源は、異なるプロセスフェーズにおいて異なる制御により作動する。
【００２６】
エネルギ入力はそれ自体を材料移行の経過に適合させる。それは、自己制御的であり、短絡が破壊したときに最小までに減少する。溶接プロセスはより均一かつ円滑になる。もはやスパッタの発生はない。
【００２７】
アークの再点火はもはや突然生じることはなく、また特に薄板溶接の場合、溶融金属はもはや排出されることはない。
【００２８】
電極材料の蒸発は、実質的に減少する。
【００２９】
更には、非常に軽い板材が問題なく溶接できる。板材の表面改質の場合、不十分な脱ガスの危険が低減され、また改質層の溶融ロスは非常に小さい。
【００３０】
本発明の実施形態は、図面に示されており、以下において詳細に説明される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１による短絡アーク溶接において、アーク発光フェーズと短絡フェーズとの間の連続的な変化が生じるが、このことはよく知られている。短絡フェーズにおいて、アークが出て行き、溶融電極とワーク上の溶融池との間の溶融部が生成される。図１に示す電流経過より分かるように、時間ａから電流は連続的に増加し、ｂとｃの間で短絡ブリッジが破壊するとともにアークが点火されたときに高いエネルギ入力が発生する。
【００３２】
これは、通常は短絡が発生しない図２によるパルスアーク溶接の間にも時々生じる。
【００３３】
図３においては、電流および電圧の一般的な経過の実施形態が示されている。閾値Ｓ１は電圧値であり、閾値Ｓ２は電流値である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】短絡アーク溶接プロセスにおける電流および電圧の概略的な経過。
【図２】パルスアーク溶接プロセスの短絡における電流および電圧の概略的な経過。
【図３】短絡フェーズにおける本発明による電流および電圧の勾配。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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