(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電源であって、
入力電流を出力電流に変換するように構成された電力変換回路と、
前記電力変換回路に動作可能に接続される極性切替低インピーダンスブリッジであって、前記溶接電源の溶接出力に動作可能に接続された溶接出力回路経路を介して前記出力電流の方向を前記出力電流の正の極性又は負の極性に基づいて制御部の指令で切り替えるように構成される２つ以上の低インピーダンススイッチを有する、極性切替低インピーダンスブリッジと、
前記極性切替低インピーダンスブリッジに並列に接続される代替高インピーダンス補助ブリッジであって、前記制御部の指令で、前記出力電流の正の極性又は負の極性に基づいて前記電力変換回路と前記溶接出力回路経路との間の１つ以上の高インピーダンス経路を通じて前記出力電流をルートするように構成された２つ以上の代替スイッチを有する、代替高インピーダンス補助ブリッジと、を含む、溶接電源。
【請求項２】
前記電力変換回路、前記極性切替低インピーダンスブリッジ、及び前記代替高インピーダンス補助ブリッジは、前記溶接電源の前記制御部の指令で、ＤＣ正極の溶接作業、ＤＣ負極の溶接作業、及びＡＣ溶接作業の機能のいずれかを提供するように構成されている、請求項１に記載の溶接電源。
【請求項３】
前記電力変換回路は、ハーフブリッジコンバータの構成を有する、請求項１に記載の溶接電源。
【請求項４】
前記電力変換回路は、ＤＣコンバータの構成を有する、請求項１に記載の溶接電源。
【請求項５】
前記電力変換回路は、インバータベース回路である、請求項１に記載の溶接電源。
【請求項６】
前記電力変換回路は、チョッパーベース回路である、請求項１に記載の溶接電源。
【請求項７】
前記極性切替低インピーダンスブリッジは、ハーフブリッジ回路又はフルブリッジ回路のうちの１つとして構成されている、請求項１に記載の溶接電源。
【請求項８】
前記極性切替低インピーダンスブリッジは少なくとも２つのスイッチングトランジスタを含む、請求項１に記載の溶接電源。
【請求項９】
前記代替高インピーダンス補助ブリッジは少なくとも２つのスイッチングトランジスタ及び少なくとも１つの抵抗を含む、請求項１に記載の溶接電源。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの抵抗の抵抗値は２Ω未満である、請求項９に記載の溶接電源。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの抵抗の抵抗値は１Ω未満である、請求項９に記載の溶接電源。
【請求項１２】
溶接電源であって、
入力電流を出力電流に変換するための手段と、
少なくとも溶接作業を提供するために当該溶接電源の溶接出力に動作可能に接続された溶接出力回路経路を介して前記出力電流の方向を切り換えるための手段であって、該切り替えは前記出力電流の極性に基づく、手段と、
消耗溶接電極の端部にある低スパッタで濡らされた溶融金属球を、被加工物の溶接液だまりに提供するために、前記出力電流のレベルを調整された非ゼロ電流レベルに急速に減少させる手段と、
前記溶融金属球が前記被加工物へ移送された直後に、前記消耗溶接電極の前記端部と前記被加工物との間のアークの自動的な再形成を提供するために、前記出力電流のレベルを調整された非ゼロ電流レベルに急速に減少させる手段と、を含む、溶接電源。
【請求項１３】
溶接電源において入力電流を出力電流に変換するステップと、
制御部の指令で、前記溶接電源の溶接出力に動作可能に接続される溶接出力回路経路を介して前記出力電流の方向を、第一の方向から第二の方向へ切り替えるステップであって、前記溶接出力回路経路を介した該切り替えは少なくとも部分的に前記出力電流の極性に基づく、ステップと、
前記溶接出力回路経路を介して前記出力電流の第二の方向を維持しながら、前記出力電流のレベルを調整された非ゼロレベルへと減少するために、前記制御部の指令で高インピーダンス経路を介して前記出力電流をさらに選択的に切り替えるステップであって、前記高インピーダンス経路を介する該切り替えは、前記出力電流の極性に少なくとも部分的に基づく、ステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
前記溶接電源の前記制御部の指令で、前記溶接出力回路経路を介して前記出力電流の方向を前記第二の方向から前記第一の方向へ切り替えるステップと、
前記溶接出力経路を介して前記出力電流の前記第一の方向を維持しながら、前記出力電流のレベルを調整された非ゼロレベルへと減少させるために、前記溶接電源の前記制御部の指令で前記溶接電源内にある高インピーダンス経路を介して前記出力電流をさらに選択的に切り替えるステップと、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記高インピーダンス経路は少なくとも１つのスイッチングトランジスタ及び少なくとも１つの抵抗を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記高インピーダンス経路は少なくとも１つのスイッチングトランジスタ及び少なくとも１つの抵抗を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記代替高インピーダンス補助ブリッジは、前記２つ以上の代替スイッチの間に共有抵抗を共通の電流経路に含む、請求項１に記載の溶接電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接電源及び方法に関する。本発明の特定の実施形態は、アーク溶接に関する。より詳細には、本発明の特定の実施形態は、制御されたＡＣアーク溶接プロセスを提供するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある従来技術の溶接システムは、ＡＣ溶接能力を提供するために、溶接電源においてブリッジトポロジーを使用する。ハーフブリッジ・トポロジー（ｈａｌｆ−ｂｒｉｄｇｅ  ｔｏｐｏｌｏｇｙ）は、共有経路内で、各出力が反対の極性の流れを誘起することができるように、共通の経路を共有するように構成されるデュアル出力電流経路を持つ溶接電源で使用することができる。
実際に、多くの溶接電源はこのように構成され、第２の経路を完了するために第２の整流素子の組を追加することのみを必要とし得る。スイッチは、各電源柱（脚：ｌｅｇ）の非共有経路に配置され、接続された溶接出力回路を介して流れる経路電流の方向はアクティブな柱によって決定される。フルブリッジトポロジー（ｆｕｌｌ  ｂｒｉｄｇｅ  ｔｏｐｏｌｏｇｙ）は、ほぼすべての電源トポロジーとともに使用することができ、既存の設計された電源に柔軟性及び可能性の追加を提供する。フルブリッジトポロジーは、ゼロクロスアシスト回路の容易に実装することができる。ブロッキング・ダイオードは、ゼロクロスの間に発生する高電圧過渡から電源のデバイスを保護するために使用することができる。
【０００３】
さらに、図面を参照して本出願の残りの部分に記載された本発明の実施形態にかかるシステム及び方法の比較を通じて、従来の、伝統的に、提案されている手法の制限及び欠点は当業者には明らかになるであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、表面張力移行処理などの短絡回路移行溶接プロセスのために、出力電流は、プロセス中のある時点で急速に特定の値に減衰しなければならない。従来技術において、この技法は、正のＤＣ及び負のＤＣ用途における出力電流のような急激な減少を達成するために適用されている。
しかし、ＡＣ溶接プロセスにおいて、漏れ電流及びスパッタを最小限に維持しながら、及び電極から被加工物へ溶融金属球を移行した後に消耗電極と被加工物との間にアークを簡単に再形成することを可能にしながら、正電流方向及び負電流方向の両方向において出力電流を急速に減少させる能力を実現することは、困難な問題であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態は、制御されたＡＣアーク溶接プロセスを提供するためのシステムおよび方法を含む。ＡＣ出力溶接機械の溶接回路に高インピーダンス経路を導く手段は、電流をゼロに到達させることなく電流を迅速に減衰させるために、提供されているが、アークをいじすることが困難である。ＡＣ溶接、可変極性溶接（例えば、いずれかの極性のＤＣ溶接）、および他の混合溶接プロセスがサポートされる。
主ブリッジ回路および補助ブリッジ回路の構成は、溶接出力回路経路を介して出力溶接電流の方向切り替えを可能にし、迅速にアーク電流を減衰するために１つ以上の高インピーダンス経路を選択的に提供する。高インピーダンス経路は、低スパッタで、溶融金属球が消耗電極から被加工物へ移送されることを促進し、溶融金属球が移送されるときに、消耗電極と被加工物との間のアークを維持すること及びアークを再形成することを促進する。
一般的に、溶接プロセス中に、液滴が消耗溶接ワイヤ電極の端部から被加工物へ移行しようとするとき、高インピーダンス経路は（例えば、表面張力が低く、１５を横切って液滴を引っ張るために使用することができる電流を消光スパッタ方法で）。電流を抑制する。
【０００６】
本発明の一実施形態は、溶接電源である。溶接電源は、入力電流を出力電流へ変換するように構成された電力変換回路を含む。電力変換回路は、ハーフブリッジ出力トポロジーに基づいて変圧器であり得る。電力変換回路は、ＤＣ出力のトポロジーを含むことができる。電力変換回路は、例えばインバータベースの回路やチョッパーベースの回路であってもよい。
溶接電源は、電力変換回路に動作可能に接続された主ブリッジ回路をさらに備えており、主ブリッジ回路は、溶接電源の制御部の指令で、溶接電源の溶接出力に接続された溶接出力回路経路を介して出力電流の方向を切り替えるように構成されている。主ブリッジ回路は、ハーフブリッジ回路として構成されてもよい、または、フルブリッジ回路として構成されてもよい。主ブリッジ回路は、例えば、少なくとも２つのスイッチングトランジスタを含んでもよい。
溶接電源は、主ブリッジ回路に動作可能に接続された補助ブリッジ回路をさらに備えており、補助ブリッジ回路は溶接電源の制御部の指令で、溶接出力回路経路と電力変換回路との間に高インピーダンス経路を導くように構成されている。補助ブリッジ回路は、例えば、少なくとも２つのスイッチングトランジスタと、少なくとも１つの抵抗を含むことができる。少なくとも１つの抵抗の抵抗値は、様々な実施形態において、２Ω未満、又は１Ω未満とすることができる。電力変換回路、主ブリッジ回路、及び補助ブリッジ回路は、溶接電源の制御部の指令によって、ＤＣ正の溶接動作、ＤＣ負の溶接作業、及びＡＣ溶接作業のいずれかの機能を提供するように構成され得る。
別の代替的な実施形態によれば、主ブリッジ回路と補助ブリッジ回路とは、例えば溶接電源に動作可能に接続されるモジュールの形で、溶接電源の外部にあってもよい。
【０００７】
本発明の一実施形態は、溶接電源である。溶接電源は、入力電流を出力に変化するための手段と、少なくともＡＣ溶接作業を提供するために動作可能に溶接電源の溶接出力に接続された溶接出力回路経路を介して出力電流の方向を切り換えるための手段と、を備える。溶接電源は、消耗溶接電極の端部にある低スパッタで濡らされた溶融金属球を被加工物の溶接液だまりへ提供するように、及び溶融金属球が消耗溶接電極の端から被加工物へ移送された直後にアークの自動的に再形成を提供するように、出力電流を非ゼロ電流レベルへと急速に減少させる手段と、をさらに備える。
【０００８】
本発明の一実施形態は、方法である。この方法は、溶接電源において入力電流を出力電流へ変換するステップを含む。方法は、溶接電源の制御部の指令で、溶接電源の溶接出力に動作可能に接続される溶接出力回路経路を介して出力電流の方向を、第一の方向から第二の方向へ切り替えるステップをさらに含む。方法は、溶接出力経路を通る出力電流を第二の方向に維持しながら、出力電流のレベルを調整された非ゼロレベルへと減少させるように、溶接電源の制御部の指令により溶接電源内にある高インピーダンス経路を通る出力電流を選択的に切り替えるステップと、をさらに含む。
方法は、溶接電源の制御部の指令で、溶接出力回路経路を介して出力電流の方向を第二の方向から第一の方向へ切り替えるステップと、溶接出力経路を通る出力電流を第一の方向に維持しながら、出力電流のレベルを調整された非ゼロレベルへと減少させるように、溶接電源の制御部の指令により溶接電源内にある高インピーダンス経路を通る出力電流を選択的に切り替えるステップと、をさらに有する。このような方法において、高インピーダンス経路は少なくとも１つのスイッチングトランジスタと、少なくとも１つの抵抗を備え得る。
【０００９】
本発明の一実施形態は、溶接電源内の溶接出力電流波形を生成する方法である。この方法は、溶接出力電流波形において正電流部の後に負電流部が来るように溶接出力電流波形を生成するステップを含む。溶接出力電流波形の正電流部及び負電流部の夫々は、バックグラウンド電流区間に続いて、第１の低電流遷移区間に続いて、ピンチ電流区間に続いて、第２の低電流遷移区間に続いて、ピーク電流区間に続いて、テールアウト電流区間を順番に備えている。第１の低電流遷移区間中、及び第２の低電流遷移区間中、溶接電源内の高インピーダンス経路を介して、溶接電流波形を切り替えることにより、第１の低電流遷移区間及び第２の低電流遷移区間の電流は、バックグラウンド電流区間のレベルよりもゼロ電流レベルに近い非ゼロ電流レベルへと、調整される。高インピーダンス経路は、少なくとも１つのスイッチングトランジスタと少なくとも１つの抵抗を備えていてもよい。
溶接出力電流波形が、消耗溶接電極と被加工物とを備える溶接出力回路経路へと印加されるとき、第１の低電流遷移区間の調整された非ゼロレベルは、消耗溶接電極の端部にある低スパッタで濡らされた溶融金属球を、被加工物の溶接液だまりへ提供する。溶接出力電流波形が、消耗溶接電極と被加工物とを備える溶接出力回路経路へと印加されるとき、第２の低電流遷移区間の、調整された非ゼロレベルは、溶融金属球が消耗溶接電極の端から被加工物へ移送された直後に、アークの自動的な再形成を提供する。
【００１０】
本発明の一実施形態は、溶接電源である。溶接電源は、ＡＣ溶接出力電流を提供するように構成され、ＡＣ溶接出力電流のための高インピーダンス経路を選択的に供給する、混合ブリッジ回路を備える。高インピーダンス経路は、少なくとも１つのスイッチングトランジスタと、少なくとも１つの抵抗を含む。
【００１１】
本発明の一実施形態は、溶接電源である。溶接電源は、ＡＣ溶接出力電流を提供するように構成され、低インピーダンス経路を模倣する、ＡＣ溶接出力電流のための高インピーダンス経路を選択的に供給する、混合ブリッジ回路を備える。
【００１２】
本発明の一実施形態は、溶接電源である。溶接電源は、低インピーダンス経路と高インピーダンス経路を有する混合ブリッジ回路を備えており、混合ブリッジ回路は、高インピーダンス経路を通る出力電流によって、溶接電源の溶接出力に接続された負荷の両端の電圧を増加させるように、低インピーダンス経路を選択的に中断させるように構成されている。
【００１３】
本発明の例示の実施形態の詳細は、以下の説明、特許請求の範囲、及び図面からより完全に理解されるであろう。
【発明の効果】
【００１４】
一態様によれば、システムは、溶接出力回路経路を介して出力溶接電流の方向切り替えを可能にし、アーク電流を急速に減衰する１又は複数の高いインピーダンス経路を選択的に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】動作可能に消耗溶接電極と工作物に接続された溶接電源の例示的な実施形態の概略ブロック図を示す。
【図２】溶接出力電流波形の例示的な実施形態を示す図である。
【図３】主ブリッジ回路及び補助ブリッジ回路を備える、図１の溶接電源の一部の第１実施形態の概略図を示す。
【図４Ａ】図２のＡＣ型の溶接出力電流波形の正電流部を実装する場合の図３の溶接電源の一部の動作を説明する。
【図４Ｂ】図２のＡＣ型の溶接出力電流波形の負電流部を実装する場合の図３の溶接電源の一部の動作を説明する。
【図５】主ブリッジ回路及び補助ブリッジ回路を備える、図１の溶接電源の一部の第２実施形態の概略図を示す。
【図６Ａ】図２のＡＣ型の溶接出力電流波形の正電流部を実装する場合の図５の溶接電源の一部の動作を説明する。
【図６Ｂ】図２のＡＣ型の溶接出力電流波形の負電流部を実装する場合の図５の溶接電源の一部の動作を説明する。
【図７】主ブリッジ回路及び補助ブリッジ回路を備える、図１の溶接電源の一部の第３実施形態の概略図を示す。
【図８Ａ】図２のＡＣ型の溶接出力電流波形の正電流部を実装する場合の図７の溶接電源の一部の動作を説明する。
【図８Ｂ】図２のＡＣ型の溶接出力電流波形の負電流部を実装する場合の図７の溶接電源の一部の動作を説明する。
【図９】主ブリッジ回路及び補助ブリッジ回路を備える、図１の溶接電源の一部の第４実施形態の概略図を示す。
【図１０Ａ】図２のＡＣ型の溶接出力電流波形の正電流部を実装する場合の図９の溶接電源の一部の動作を説明する。
【図１０Ｂ】図２のＡＣ型の溶接出力電流波形の負電流部を実装する場合の図９の溶接電源の一部の動作を説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、開示範囲内で使用することができる例示的な用語を定義する。すべての用語の単数形及び複数形の両方はそれぞれの意味の範囲内に該当する。
【００１７】
本明細書で使用する「ソフトウェア」又は「コンピュータプログラム」とは、コンピュータまたは他の電子デバイスに、所望の方法で機能、動作、及び／又は挙動を実行させる、１つまたは複数のコンピュータ読み取り可能及び／又は実行可能な指令を含むが、これらに限定されるものではない。指令は、動的にリンクされたライブラリとは別のアプリケーション又はコードを含むルーチン、アルゴリズム、モジュール又はプログラムなどの様々な形態で実施することができる。ソフトウェアはまた、スタンドアロン（独立型：ｓｔａｎｄ−ａｌｏｎｅ）プログラム、関数呼び出し、サーブレット、アプレット、アプリケーションは、メモリに格納された指令、オペレーティング・システムの一部、又は実行可能指令の他のタイプ、などの様々な形態で実施することができる。ソフトウェアの形状は、所望のアプリケーションの要求メリット、動作環境、及びデザイナー及び／又はプログラマーの願望などに依存することが、当業者によって理解されうるであろう。
【００１８】
本明細書で使用する「コンピュータ」、「処理要素」、又は「コンピュータ装置」とは、データを格納、取得、および処理することができる、任意のプログラムされた、またはプログラム可能な電子デバイスを含むが、これらに限定されるものではない。「非一時的なコンピュータ可読媒体」は、ＣＤ−ＲＯＭ、リムーバブルフラッシュメモリカード、ハードディスクドライブ、磁気テープ、及びフロッピーディスクを含むが、これらに限定されるものではない。
【００１９】
本明細書で使用する「溶接ツール」とは、溶接電源によって提供される電力を電極へ印加するために、溶接ガン、溶接トーチ、又は非消耗溶接電極を受け入れる任意の溶接装置を含むが、これらに限定されるものではない。
【００２０】
本明細書で使用する「溶接出力回路経路」とは、溶接電源の溶接出力の第１の側から、第１の溶接ケーブル（または溶接ケーブルの第１の側）を通って溶接電極へ至り、短絡（ｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉｔ）、又は溶接電極と被加工物との間のアークを介して）被加工物へ至り、第２の溶接ケーブル（または溶接ケーブルの第二の側）を通って、溶接電源の溶接出力の第２の側へ戻る、電気経路を指す。
【００２１】
本明細書で使用する「溶接ケーブル」とは、溶接電極と被加工物との間にアークを作成するための電力を供給するように、溶接電源と、溶接電極と、被加工物とを（例えば、溶接ワイヤ供給装置を介して）接続する電気ケーブルを指す。
【００２２】
本明細書で使用する「溶接出力」とは、電気出力回路、出力ポート、又は溶接電源の端子を指すか、溶接電源の電気出力回路又は出力ポートによって供給される電力、電圧、又は電流を指すか、または溶接電源の出力に接続される負荷を指す。
【００２３】
本明細書で使用する「コンピュータメモリ」とは、コンピュータまたは処理エレメントによって取得することができるデジタルデータ又は情報を記憶するように構成される記憶装置を指す。
【００２４】
本明細書で使用する「制御部（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）」とは、溶接電源を制御することに関与する、論理回路、及び／又は処理エレメントと関連するソフトウェア又はプログラムを指す。
【００２５】
用語「信号」、「データ」、及び「情報」は、本明細書において交換可能に使用されてもよいし、デジタルの形態であっても又はアナログの形態であってもよい。
【００２６】
本明細書で使用する、用語「ＡＣ（交流）溶接」は、通常、正極性と負極性との両方、可変極性溶接、及び他のハイブリッド溶接プロセスにおける、実際のＡＣ溶接、ＤＣ溶接の両方を指すことができる。
【００２７】
図１は、消耗溶接電極Ｅと被加工物（ワーク、母材、ｗｏｒｋ  ｐｉｅｃｅ）Ｗに動作可能に接続された溶接電源１００の例示的な実施形態の概略ブロック図を示す。溶接電源１００は、溶接電極Ｅと被加工物Ｗとの間の溶接出力電力を供給する電力変換回路１１０を含む。
電力変換回路１１０は、ハーフブリッジ出力トポロジーに基づく、変圧器であり得る。
例えば、電力変換回路１１０は、溶接トランスの一次側と二次側の夫々で区切られるように、入力電源側及び出力電源側を含む、インバータタイプのものであってもよい。
電力変換回路の他のタイプ、例えば、ＤＣ出力のトポロジーを有するチョッパー型なども同様に可能である。
任意のワイヤ送給装置５は、消耗ワイヤ溶接電極Ｅを被加工物Ｗに対して供給できる。あるいは、ＧＴＡＷ処理において、電極Ｅは非消耗であって、ワイヤ送給装置５が使用されなくてもよい、又は電極Ｅ、被加工物Ｗに向かってフィラーワイヤを使用してもよい。
ワイヤ送給装置５、消耗溶接電極Ｅ、及び被加工物Ｗは、接合電源１００の一部ではなく、溶接出力ケーブルを介して溶接電源１００に動作可能に接続することができる。
【００２８】
溶接電源１００は、波形生成部１２０及び制御部（コントローラ）１３０をさらに備える。波形発生器１２０は、制御部１３０の指令で溶接波形を生成する。波形生成部１２０によって生成された波形により、電源変換回路１１０の出力が変調され、電極Ｅと被加工物Ｗとの間の溶接出力電流を生成する。
【００２９】
溶接電源１００は、電圧帰還部１４０と電流帰還部１５０とを備えていてもよく、電極ＥとワークＷとの間の溶接出力電圧および電流を監視し、制御部１３０に戻って監視される電圧及び電流を提供する。帰還電圧及び帰還電流は、例えば、波形生成部１２０で生成された溶接波形を修正することに関する決定を行うために、及び／又は溶接電源１００の安全な動作に影響を与える他の決定をするために、制御部１３０によって使用されてもよい。
【００３０】
溶接電源１００は、主ブリッジ（ｍａｉｎ  ｂｒｉｄｇｅ）回路１６０と補助ブリッジ（ａｕｘｉｌｉａｒｙ  ｂｒｉｄｇｅ）回路１７０とを有する混合ブリッジ回路１８０を含む。
主ブリッジ回路１６０は、電力変換回路１１０に動作可能に接続され、制御部１３０の指令で溶接電源１００の溶接出力に接続された低インピーダンスの溶接出力回路経路（電極Ｅと被加工物Ｗを含む）を介して、出力電流の方向を切り替えるように構成されている。
補助ブリッジ回路１７０は、主ブリッジ回路１６０に動作可能に接続され、電力変換回路１１０と、制御部１３０の指令で、溶接出力回路経路との間に高インピーダンス経路を誘導するように構成されている。
ある実施形態によれば、高インピーダンス経路は、溶接出力回路経路を介して出力電流が提供される方向（第一の方向、第二の方向）（極性）の意味で、低インピーダンス経路を模倣する。このような混合ブリッジ回路の詳細な例及び動作を、下記説明する。
【００３１】
図２は、溶接出力電流波形２００の例示的な実施形態を示す。波形２００は、表面張力移行（ＳＴＴ）プロセスとして知られている短絡移行溶接プロセスで使用するように設計されている。波形２００は、バックグラウンド電流区間２１０、ピンチ電流区間２２０、ピーク電流区間２３０、及びテールアウト（末尾：ｔａｉｌ  ｏｕｔ）電流区間２４０を含む。バックグラウンド電流区間２１０とピンチ電流区間２２０との間は、第１の低電流遷移区間２１５である。また、ピンチ電流区間２２０とピーク電流区間２３０との間は、第２の低電流遷移区間２２５である。
【００３２】
波形２００を使用する溶接作業中において、図２の期間Ａの間、すなわち、バックグラウンド電流区間（ｓｅｃｔｉｏｎ）２１０中、溶融金属球２５０が消耗溶接電極２６０の端部に生成される。
図２の期間Ｂの間、すなわち、第１の低電流遷移区間２１５中、溶融金属球２５０は被加工物２７０へ短絡し、電流が減少することで、溶融金属球２５０は、被加工物２７０上に液だまり（ｐｕｄｄｌｅ）に濡らされる（浸される：ｗｅｔ  ｉｎ）。
図２の期間Ｃの間、すなわち、ピンチ電流区間２２０中、傾斜ピンチ電流は、短絡状態へ印加して、被加工物２７０上に液だまりに浸っている電極２６０の端部から溶融金属球２５０をピンチオフする（つまみ取る：ｐｉｎｃｈ  ｏｆｆ）のに役立てる。
図２の期間Ｄの間、すなわち、第２の低電流遷移区間２２５中、電流が減少することで、溶融金属球２５０が電極２６０の端部からピンチオフされ、短絡が解消した後に、電極２６０と被加工物２７０との間に溶接アーク２８０が簡単に形成されることが可能になる。
図２の期間Ｅの間、すなわち、ピーク電流区間２３０中、ピーク電流が印加されて、アークが再形成されて適切なアーク長を設定するように、電極の端から新しい溶融金属球の溶融を開始する。
テールアウト電流区間２４０中、発生した熱は、ピーク電流レベルからバック電流レベルへの電流の遷移の割合を制御することによって、制御される。
溶接プロセス中に波形が繰り返すことで溶接部を形成する。
【００３３】
一例として、１００Ａ（アンペア）のバックグラウンド電流は、電極と被加工物との間にアークを維持し、ベースメタルの加熱に寄与する。電極は、被加工物上の溶接プールに最初に短絡した後、電流が迅速に固体短絡（ｓｏｌｉｄ  ｓｈｏｒｔ）を確実にするように電流が減少する。そして、電気信号からの液体ブリッジのネッキング（断面収縮：ｎｅｃｋｉｎｇ）を監視しながら、溶接プールに溶融溶接金属をしぼる（圧迫する  ｓｑｕｅｅｚｅ）ように、ピンチ電流が印加される。液体ブリッジが崩壊しそうなとき、電流を約５０Ａへ減少させることによって、電源が反応する。
アーク再形成の直後に、プラズマ力を発生させるためにピーク電流が印加され、偶発的短絡を防止するために、液だまり及び溶接接合部を加熱することで溶接プールを押し下げる。指数関数テールアウト区間は、全体的な熱入力を調節するように調整されており、バックグランド電流区間、微細な熱制御として機能する。
【００３４】
本発明の実施形態によれば、溶接電源１００にある高インピーダンス経路を介して溶接出力電力波形２００を印加することによって、第１の低電流遷移区間２１５及び第２の低電流遷移区間２２５での電流は迅速に減少し、バックグランド電流区間２１０のレベルよりもゼロ電流に近い、非ゼロのレベルへと迅速に調整される。
電流を迅速に減少させ低い非ゼロレベルへ調整することで、スパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）が減少し、溶融金属球の低いスパッタ移行が容易となり、信頼できるやり方で電極２６０と被加工物２７０との間でアーク２８０が簡単に再形成される。
本発明の複数の実施形態は、本明細書で以下に詳細に説明するように、ＡＣ溶接作業を提供しながら、適切なタイミングで高インピーダンス経路に切り替える制御部１３０の制御下におかれる混合ブリッジ回路を提供する。
本明細書に記載される方法の特定の態様はまた、アークが消滅しないで、溶融金属球が被加工と接触しアークに渡って移行される前に、該溶接金属球が電極無しで破壊されることができる。このような非短絡溶接プロセスでは、混合ブリッジ回路の高インピーダンス経路は、アークを維持しながら、アークを横切る溶融金属球の低いスパッタ移行を容易にすることができる。
【００３５】
＜＜第１実施形態＞＞
図３は、主ブリッジ回路１６０及び補助ブリッジ回路１７０を備える、混合ブリッジ回路１８０を含む、図１の溶接電源１００の一部の第１実施形態の概略図を示す。図３では、電力変換回路１１０がセンタータップまたはハーフブリッジトポロジー（例えば、インバータベースの回路）である、電力変換回路１１０の一部３１０を示す。
図３の混合ブリッジ回路図１８０は、各出力経路が共有経路内の反対の極性の流れを誘起できるように、電力変換回路１１０が共通の経路を共有するように構成されたデュアル出力電流経路を提供する、ハーフブリッジトポロジーの形である。
主ブリッジ回路１６０は、スイッチングトランジスタ３１１及び３１２を備える。補助ブリッジ回路１７０は、スイッチングトランジスタ３１３及び３１４、及び抵抗３１５を備える。本実施形態によれば、スイッチングトランジスタは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。アクティブスナバ回路１８１（緩衝回路）は混合ブリッジ替回路１８０の両端の電圧を（例えば、一例として３００Ｖ〜６００Ｖに）制限するために使用され、出力回路経路を介して出力電流を迅速に低下させる。
図３の混合ブリッジ回路図１８０は、ＡＣ溶接作業を提供し、スパッタ制御のために溶接出力電流を低レベルへ調整する高インピーダンス経路を提供し、溶接プロセスの間、所定の時間間隔で、電極Ｅと被加工物Ｗとの間の溶接アークを再形成する。これらを、図２及び４Ａ〜４Ｃを参照して説明する。図示された溶接出力端子１９１及び１９２は、溶接ケーブル経路を介して電極Ｅ及び被加工物Ｗへ接続することができる溶接電源の溶接出力を表している。
【００３６】
図４Ａ〜４Ｃは、図２のＡＣ型の溶接出力電流波形（ＡＣ溶接出力電流波形）２００を実装する場合の、図３の溶接電源の一部動作を示す。図４Ａは、溶接出力電流波形２００の正電流部の期間中、図３の回路の動作を示す図である。バックグラウンド電流区間２１０、ピンチ電流区間２２０、ピーク電流区間２３０、及びテールアウト電流区間２４０の間（４Ａの上部の波形の太線部参照）、主ブリッジ回路１６０のスイッチングトランジスタ３１１はＯＮになり、主ブリッジ回路１６０のスイッチングトランジスタ３１２はＯＦＦである。その結果、図４Ａの上部に実線矢印で示すように、溶接出力電流が低インピーダンス経路を介して流れる。
【００３７】
電流減衰部（立ち下がり部）と、低電流遷移区間２１５，２２５の間（図４Ａの下部の波形の太線部参照）、補助ブリッジ回路１７０のスイッチングトランジスタ３１３が唯一ＯＮである。その結果、図Ａの下部に実線矢印で示すように、溶接出力電流は、スイッチングトランジスタ３１３と抵抗３１５とによって提供される高インピーダンス経路を通って流れることによって、電極Ｅと被加工物Ｗとの間の高電位降下を提供し、溶接出力電流を迅速に減衰させて、決定されたローレベルへと調節することが可能になる。
これにより、電極Ｅと被加工物Ｗとの間に高電位の状況を作成し、Ｖを電圧、Ｌをインダクタンス、ｄｉを電流変化、及びｄｔを時間の変化とすると、周知の式
Ｖ＝Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）
に従って、溶接出力電流を素早く強制的に減衰させる。
【００３８】
本発明の本実施形態の一例によれば、抵抗３１５の値が２Ω（オーム）未満（例えば、１Ω）である。別の例によれば、抵抗３１５の値が１Ω未満（例えば、０．５Ω）である。
また、上述の混合ブリッジ回路１８０における、溶接出力電流の急速な減衰及び調整により、低スパッタ条件のために、電極Ｅと被加工物Ｗとの間のアークを確実な再形成が提供される。
図４Ａ〜図４Ｂに示す負荷は、電極Ｅ、被加工物Ｗ、及び電極Ｅ及び被加工物Ｗを溶接電源へ接続する溶接ケーブル経路（すなわち、溶接出力回路経路）の間のアークの抵抗及びインダクタンスを表す。しかしながら、電極Ｅ、被加工物Ｗ、及び溶接ケーブル経路は、溶接電源の一部ではない。
主ブリッジ回路１６０に加えて補助ブリッジ回路１７０を設けることにより、負荷を介する出力溶接電流の遮断のより良好な制御を可能にする。
【００３９】
同様に、図４Ｂは、溶接電流波形の負電流部の期間中の、図３の回路の動作を示す図である。バックグラウンド電流区間２１０、ピンチ電流区間２２０、ピーク電流区間２３０、及びテールアウト電流区間２４０（図４Ｂの上部の波形の太線部参照）の期間中、主ブリッジ回路１６０のスイッチングトランジスタ３１２はＯＮであり、主ブリッジ回路１６０のスイッチングトランジスタ３１１はＯＦＦである。その結果、溶接出力電流は、図４Ｂの上部に実線矢印で示すように、流れる。
電流減衰部（立ち上がり部）の間及び低電流遷移区間２１５，２２５の間（図４Ｂの底部の波形の太線部参照）、補助ブリッジ回路１７０のスイッチングトランジスタ３１４が唯一ＯＮである。その結果、溶接出力電流は、図４Ｂの下部に実線矢印で示すように、スイッチングトランジスタ３１４と抵抗３１５とによって提供される高インピーダンス経路を通って流れることによって、電極ＥとワークＷとの間に高電位降下を提供し、溶接出力電流を迅速に減衰させて、決定されたローレベルへと調節することが可能になる。また、このような溶接出力電流の急速な減衰及び調整により、低スパッタ条件のために、電極Ｅと被加工物Ｗとの間のアークを確実な再形成を提供する。本発明の本実施形態によれば、スイッチングトランジスタのＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、制御部１３０によって制御される。
【００４０】
本実施形態（図３〜図４Ｃ参照）によれば、高インピーダンス経路は、混合ブリッジ回路を流れる電流が提供される方向（極性）の意味において低インピーダンス経路を模倣する。つまり、補助ブリッジは主ブリッジの極性に追従し、補助ブリッジによって提供される高インピーダンス経路を導くために（負荷の両端電圧を増加させるように）、主ブリッジ（低インピーダンス経路）は、特定の時間、中断される。そのような模倣は、主ブリッジ回路と補助ブリッジ回路とで対応するトランジスタを同時に同じ方法で切り替えることによって、達成することができる。さらに、このような模倣は、高インピーダンス経路への移行を容易にし得る、および／または、より効率的なタイミング及びスイッチングを提供し得る。
しかしながら、他の実施形態は、主ブリッジ回路に補助ブリッジ回路の極性を追従させる性質をリンクさせなくてもよい。
【００４１】
一般的に、溶融金属球（ボール）２５０の移行中、主ブリッジ回路１６０は開いており、電流の流れを中断することなく、高インピーダンス経路を提供するために補助ブリッジ回路１７０を残している。補助ブリッジ回路１７０がない場合、減衰経路のみがアクティブスナバ１８１を介するように、主ブリッジ回路１６０が完全に中断され、溶接出力電流がゼロに降下することが可能である。このような動作を補助ブリッジ回路１７０無しで行うと、信頼性、低スパッタ条件、及び所望の制御されたアークの再形成が提供できないであろう。
【００４２】
＜＜第２実施形態＞＞
図５は、主ブリッジ回路１６０及び補助ブリッジ回路１７０を備える、混合ブリッジ回路１８０を含む、図１の溶接電源１００の一部の第２実施形態の概略図を示す。図５では、電力変換回路１１０がＤＣ＋出力を供給する（例えば、チョッパーベースの回路）である、電力変換回路１１０の一部５１０を示す。
図５の混合ブリッジ回路１８０は、ほとんどすべての電源トポロジーを使用することができる、既存の設計された電源に追加して柔軟性及び可能性を提供する、フルブリッジ・トポロジーの形である。主ブリッジ回路１６０は、スイッチングトランジスタ５１１、５１２、５１３、及び５１４を備えている。補助ブリッジ回路１７０は、スイッチングトランジスタ５１５、５１６、５１７、及び５１８と、抵抗５１９及び５２０を備えている。本実施形態によれば、スイッチングトランジスタは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。アクティブスナバ回路１８１は混合ブリッジ回路１８０の両端の電圧を制限するために使用される。
図５の混合ブリッジ回路１８０は、ＡＣ溶接作業を提供し、スパッタ制御のために溶接出力電流を低レベルへ調整する高インピーダンス経路を提供し、溶接プロセスの間、所定の時間間隔で、電極Ｅと被加工物Ｗとの間の溶接アークを再形成する。これらを、図２及び６Ａ〜６Ｃを参照して説明する。図示された溶接出力端子１９１及び１９２は、溶接ケーブル経路を介して電極Ｅ及び被加工物Ｗへ接続することができる溶接電源の溶接出力を表している。
【００４３】
図６Ａ〜６Ｃは、図２のＡＣ型の溶接出力電流波形２００を実装する場合の、図５の溶接電源の一部動作を示す。図６Ａは、溶接出力電流波形２００の正電流部の期間中、図５の回路の動作を示す図である。バックグラウンド電流区間２１０は、ピンチ電流区間２２０、ピーク電流区間２３０、及びテールアウト電流区間２４０の間（図６Ａの上段の波形の太線部参照）、主ブリッジ回路１６０のスイッチングトランジスタ５１１及び５１４はＯＮになり、主ブリッジ回路１６０のスイッチングトランジスタ５１２及び５１３はＯＦＦである。その結果、図６Ａの上段に実線矢印で示すように、溶接出力電流が流れる。
【００４４】
電流減衰部の間（図６Ａの中段の波形の太線部参照）、補助ブリッジ回路１７０のスイッチングトランジスタ５１５及び５１８のみがＯＮである。その結果、ダイオード５０５は逆バイアスとなり、電力変換回路５１０からの電流が流れることを防ぎ、及び（負荷インダクタンスにより）負荷に蓄積されたエネルギーは電流源として作用する。
一般に、図６Ａの中段に示すように、溶接出力電流は、スイッチングトランジスタでのフルブリッジ逆並列ダイオードと補助ブリッジ抵抗とを含む二つの平行な回路を介して減衰する。具体的には、図６Ａの中央部及び下部における実線の矢印で示すように、補助ブリッジ回路のスイッチングトランジスタ５１５及び５１８、補助ブリッジ回路の抵抗５１９及び５２０、及び主ブリッジ回路のスイッチングトランジスタ５１２及び５１３の逆並列ダイオードによって提供される高インピーダンス経路を通る溶接出力電流を備えることによって、負荷に蓄積されたエネルギーは、消費される（ｄｉｓｓｉｐａｔｅ）。
これにより、電極Ｅと被加工物Ｗとの間に高電位の状況を作成し、Ｖを電圧、Ｌをインダクタンス、ｄｉを電流変化、及びｄｔを時間の変化とすると、周知の式
Ｖ＝Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）
に従って、溶接出力電流を素早く強制的に減衰させる。本発明の本実施形態の一例によれば、抵抗５１９及び５２０の抵抗値は２Ω未満（例えば、１Ω）である。別の例によれば、抵抗５１９及び５２０の抵抗値が１Ω未満（例えば、０．５Ω）である。
【００４５】
低電流遷移区間２１５，２２５の間（図６Ａの下段の波形の太線部参照）、また、補助ブリッジ回路１７０のスイッチングトランジスタ５１５及び５１８のみがＯＮである。上記のように、一旦負荷に蓄えられたエネルギーが消費されると、ダイオード５０５は、順方向にバイアスされ、電力変換回路からの電流が再び流れるようになる。その結果、図６Ａの下段の実線矢印で示すように、スイッチングトランジスタ５１５及び５１８と抵抗５１９及び５２０とによって提供される高インピーダンス経路を通って流れることによって、溶接出力電流を決定されたローレベルへと調節することが可能になる。
【００４６】
また、上述の混合ブリッジ回路１８０における、溶接出力電流の急速な減衰及び調整により、低スパッタ条件のために、電極Ｅと被加工物Ｗとの間のアークを確実な再形成が提供される。図６Ａ〜図６Ｂに示す負荷は、電極Ｅ、被加工物Ｗ、及び電極Ｅ及び被加工物Ｗを溶接電源へ接続する溶接ケーブル経路（すなわち、溶接出力回路経路）の間のアークの抵抗及びインダクタンスを表す。しかしながら、電極Ｅ、被加工物Ｗ、及び溶接ケーブル経路は、溶接電源の一部ではない。
【００４７】
同様に、図６Ｂは、溶接電流波形の負電流部の期間中の、図５の回路の動作を示す図である。バックグラウンド電流区間２１０、ピンチ電流区間２２０、ピーク電流区間２３０、及びテールアウト電流区間２４０（図６Ｂの上段の波形の太線部参照）の期間中、主ブリッジ回路１６０のスイッチングトランジスタ５１２及び５１３はＯＮであり、主ブリッジ回路１６０のスイッチングトランジスタ５１１及び５１４はＯＦＦである。その結果、溶接出力電流は、図６Ｂの上部に実線矢印で示すように、流れる。
【００４８】
電流減衰部の間（図６Ｂの中段の波形の太線部参照）、補助ブリッジ回路１７０のスイッチングトランジスタ５１６及び５１７のみがＯＮである。その結果、ダイオード５０５は逆バイアスとなり、電力変換回路５１０からの電流が流れることを防ぎ、及び（負荷インダクタンスにより）負荷に蓄積されたエネルギーは電流源として作用する。
一般に、図６Ｂの中段に示すように、溶接出力電流は、スイッチングトランジスタでのフルブリッジ逆並列ダイオードと補助ブリッジ抵抗とを含む二つの平行な回路を介して減衰する。具体的には、図６Ｂの中段及び下段における実線の矢印で示すように、補助ブリッジ回路のスイッチングトランジスタ５１６及び５１７、補助ブリッジ回路の抵抗５１９及び５２０、及び主ブリッジ回路のスイッチングトランジスタ５１１及び５１４の逆並列ダイオードによって提供される高インピーダンス経路を通る溶接出力電流を備えることによって、負荷に蓄積されたエネルギーは、消費される。これにより、電極Ｅと被加工物Ｗとの間に高電位の状況を作成し、溶接出力電流を素早く強制的に減衰させる。
【００４９】
低電流遷移区間２１５，２２５の間（図６Ｂの下段の波形の太線部参照）、また、補助ブリッジ回路１７０のスイッチングトランジスタ５１６及び５１７のみがＯＮである。上記のように、一旦負荷に蓄えられたエネルギーが消費されると、ダイオード５０５は、順方向にバイアスされ、電力変換回路からの電流が再び流れるようになる。その結果、図６Ｂの下段の実線矢印で示すように、スイッチングトランジスタ５１６及び５１７と抵抗５１９及び５２０とによって提供される高インピーダンス経路を通って流れることによって、溶接出力電流を決定されたローレベルへと調節することが可能になる。
【００５０】
一般的に、溶融金属球２５０の移行中、主ブリッジ回路１６０は開いており、電流の流れを中断することなく、高インピーダンス経路を提供するために補助ブリッジ回路１７０を残している。補助ブリッジ回路１７０がない場合、減衰経路のみがアクティブスナバ１８１を介するように、主ブリッジ回路１６０が完全に中断され、溶接出力電流がゼロに降下することが可能である。このような動作を補助ブリッジ回路１７０無しで行うと、信頼性、低スパッタ条件、及び所望の制御されたアークの再形成が提供できないであろう。
【００５１】
＜＜第３実施形態＞＞
図７は、主ブリッジ回路１６０及び補助ブリッジ回路１７０を備える、混合ブリッジ回路１８０を含む、図１の溶接電源１００の一部の第３実施形態の概略図を示す。図７では、電力変換回路１１０が（図５と同様に）チョッパーベースの回路である、電力変換回路１１０の一部７１０を示す。
図７の混合ブリッジ回路１８０は、ほとんどすべての電源トポロジーを使用することができる、既存の設計された電源に追加して柔軟性及び可能性を提供する、フルブリッジ・トポロジーの形である。主ブリッジ回路１６０は、スイッチングトランジスタ７１１、７１２、７１３、及び７１４を備えている。補助ブリッジ回路１７０は、スイッチングトランジスタ７１５及び７１６と、抵抗７１７及び７１８を備えている。本実施形態によれば、スイッチングトランジスタは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。アクティブスナバ回路１８１は混合ブリッジ回路１８０の両端の電圧を制限するために使用される。
図７の混合ブリッジ回路１８０は、ＡＣ溶接作業を提供し、スパッタ制御のために溶接出力電流を低レベルへ調整する高インピーダンス経路を提供し、溶接プロセスの間、所定の時間間隔で、電極Ｅと被加工物Ｗとの間の溶接アークを再形成する。これらを、図２及び８Ａ〜８Ｃを参照して説明する。図示された溶接出力端子１９１及び１９２は、溶接ケーブル経路を介して電極Ｅ及び被加工物Ｗへ接続することができる溶接電源の溶接出力を表している。
【００５２】
図８Ａ〜８Ｃは、図２のＡＣ型の溶接出力電流波形２００を実装する場合の、図７の溶接電源の一部動作を示す。図８Ａは、溶接出力電流波形２００の正電流部の期間中、図７の回路の動作を示す図である。バックグラウンド電流区間２１０は、ピンチ電流区間２２０、ピーク電流区間２３０、及びテールアウト電流区間２４０の間（図８Ａの上段の波形の太線部参照）、主ブリッジ回路１６０のスイッチングトランジスタ７１１及び７１４はＯＮになり、主ブリッジ回路１６０のスイッチングトランジスタ７１２及び７１３はＯＦＦである。その結果、図６Ａの上段に実線矢印で示すように、溶接出力電流が流れる。
【００５３】
電流減衰部の間（図８Ａの中段の波形の太線部参照）、補助ブリッジ回路１７０のスイッチングトランジスタ７１６のみがＯＮである。その結果、図８Ａの中段に実線矢印で示すように、溶接出力電流は、スイッチングトランジスタ７１６と抵抗７１８とによって提供される高インピーダンス経路を通って流れ、電極ＥとワークＷとの間に高電位降下を与えることで、溶接出力電流の急速な減衰を可能にする。
本実施形態では、制御部は、電流減衰の間に出力電流がゼロに近づくときを予測し、主ブリッジのスイッチ（例えば、スイッチ７１１）をＯＮに戻るように切り替える。例えば、電源は、溶接出力電流を監視し、監視される電流が制御部１３０へ戻るように提供する、電流帰還部１５０を使用してもよい。一般に、溶滴移行の間、主ブリッジが開いており、一次減衰経路は、図８Ａの中段に示すように、部分的な補助ブリッジおよび反対側の主ブリッジ支柱（ｌｅｇ）のスイッチングトランジスタ７１２の逆並列ダイオードを通っている。
【００５４】
低電流遷移区間２１５，２２５の間（図８Ａの中段の波形の太線部参照）、また、主ブリッジ回路１６０ではスイッチングトランジスタ７１１５１８のみがＯＮであり、補助ブリッジ回路１７０ではスイッチングトランジスタ７１６のみがＯＮである。
その結果、図８Ａの下部の実線矢印で示すように、スイッチングトランジスタ７１６と抵抗７１８とによって提供される高インピーダンス経路を通って流れることによって、溶接出力電流を決定されたローレベルへと調節することが可能になる。本発明の本実施形態の一例によれば、抵抗７１７及び７１８の抵抗値は２Ω未満（例えば、１Ω）である。別の例によれば、抵抗７１７及び７１８の抵抗値が１Ω未満（例えば、０．５Ω）である。
【００５５】
また、上述の混合ブリッジ回路１８０における、溶接出力電流の急速な減衰及び調整により、低スパッタ条件のために、電極Ｅと被加工物Ｗとの間のアークを確実な再形成が提供される。図８Ａ〜図８Ｂに示す負荷は、電極Ｅ、被加工物Ｗ、及び電極Ｅ及び被加工物Ｗを溶接電源へ接続する溶接ケーブル経路（すなわち、溶接出力回路経路）の間のアークの抵抗及びインダクタンスを表す。しかしながら、電極Ｅ、被加工物Ｗ、及び溶接ケーブル経路は、溶接電源の一部ではない。
【００５６】
同様に、図８Ｂは、溶接電流波形の負電流部の期間中の、図７の回路の動作を示す図である。バックグラウンド電流区間２１０、ピンチ電流区間２２０、ピーク電流区間２３０、及びテールアウト電流区間２４０（図６Ｂの上部の波形の太線部参照）の期間中、主ブリッジ回路１６０のスイッチングトランジスタ７１２及び７１３はＯＮであり、主ブリッジ回路１６０のスイッチングトランジスタ７１１及び７１４はＯＦＦである。その結果、溶接出力電流は、図８Ｂの上部に実線矢印で示すように、流れる。
【００５７】
電流減衰部の間（図８Ｂの中段の波形の太線部参照）、補助ブリッジ回路１７０のスイッチングトランジスタ７１５のみがＯＮである。その結果、図８Ｂの中段に実線矢印で示すように、溶接出力電流は、スイッチングトランジスタ７１５と抵抗７１７とによって提供される高インピーダンス経路を通って流れ、電極ＥとワークＷとの間に高電位降下を与えることで、溶接出力電流の急速な減衰を可能にする。
本実施形態によれば、制御部は、電流減衰の間に出力電流がゼロに近づくときを予測し、主ブリッジのスイッチ（例えば、スイッチ７１３）をＯＮに戻るように切り替える。例えば、電源は、溶接出力電流を監視し、監視される電流が制御部１３０へ戻るように提供する、電流帰還部１５０を使用してもよい。一般に、溶滴移行の間、主ブリッジが開いており、一次減衰経路は、図８Ｂの中段に示すように、部分的な補助ブリッジおよび反対側の主ブリッジ支柱のスイッチングトランジスタ７１２の逆並列ダイオードを通っている。
【００５８】
低電流遷移区間２１５，２２５の間（図８Ｂの下段の波形の太線部参照）、主ブリッジ回路１６０においてスイッチングトランジスタ７１３のみがＯＮであり、補助ブリッジ回路１７０において、スイッチングトランジスタ７１５のみがＯＮである。その結果、図８Ｂの下段の実線矢印で示すように、スイッチングトランジスタ７１５と抵抗７１７とによって提供される高インピーダンス経路を通って流れることによって、溶接出力電流を決定されたローレベルへと調節することが可能になる。
【００５９】
一般的に、溶融金属球２５０の移行中、主ブリッジ回路１６０は開いており、電流の流れを中断することなく、高インピーダンス経路を提供するために補助ブリッジ回路１７０を残している。補助ブリッジ回路１７０がない場合、減衰経路のみがアクティブスナバ１８１を介するように、主ブリッジ回路１６０が完全に中断され、溶接出力電流がゼロに降下することが可能である。このような動作を補助ブリッジ回路１７０無しで行うと、信頼性、低スパッタ条件、及び所望の制御されたアークの再形成が提供できないであろう。
【００６０】
＜＜第４実施形態＞＞
図９は、主ブリッジ回路１６０及び補助ブリッジ回路１７０を備える、混合ブリッジ回路１８０を含む、図１の溶接電源１００の一部の第４実施形態の概略図を示す。図９では、電力変換回路１１０がチョッパーベース回路である、電力変換回路１１０の一部９１０を示す。図９の混合ブリッジ回路１８０は、ほとんどすべての電源トポロジーを使用することができる、既存の設計された電源に追加して柔軟性及び可能性を提供する、フルブリッジ・トポロジーの形である。主ブリッジ回路１６０は、スイッチングトランジスタ９１１、９１２、９１３、及び９１４を備えている。補助ブリッジ回路１７０は、スイッチングトランジスタ９１５及び９１６と抵抗９１７とを備えている。本実施形態によれば、スイッチングトランジスタは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。アクティブスナバ回路１８１は混合ブリッジ回路１８０の両端の電圧を制限するために使用される。
図９の混合ブリッジ回路１８０は、ＡＣ溶接作業を提供し、スパッタ制御のために溶接出力電流を低レベルへ調整する高インピーダンス経路を提供し、溶接プロセスの間、所定の時間間隔で、電極Ｅと被加工物Ｗとの間の溶接アークを再形成する。これらを、図２及び１０Ａ〜１０Ｃを参照して説明する。図示された溶接出力端子１９１及び１９２は、溶接ケーブル経路を介して電極Ｅ及び被加工物Ｗへ接続することができる溶接電源の溶接出力を表している。
【００６１】
図１０Ａ〜１０Ｃは、図２のＡＣ型の溶接出力電流波形２００を実装する場合の、図９の溶接電源の一部動作を示す。図１０Ａは、溶接出力電流波形２００の正電流部の期間中、図１０の回路の動作を示す図である。バックグラウンド電流区間２１０、ピンチ電流区間２２０、ピーク電流区間２３０、及びテールアウト電流区間２４０（図６Ａの上段の波形の太線部参照）の期間中、主ブリッジ回路１６０のスイッチングトランジスタ９１１及び９１４はＯＮになり、主ブリッジ回路１６０のスイッチングトランジスタ９１２及び９１３はＯＦＦである。その結果、図１０Ａの上段に実線矢印で示すように、溶接出力電流が流れる。
【００６２】
電流減衰部の間（図６Ａの中段の波形の太線部参照）、補助ブリッジ回路１７０のスイッチングトランジスタ９１６のみがＯＮである。その結果、図１０Ａの中段に実線矢印で示すように、溶接出力電流は、スイッチングトランジスタ９１６と抵抗９１７とによって提供される高インピーダンス経路を通って流れ、電極Ｅと被加工物Ｗとの間に高電位降下を与えることで、溶接出力電流の急速な減衰を可能にする。
本実施形態によれば、制御部は、電流減衰の間に出力電流がゼロに近づくときを予測し、主ブリッジのスイッチ（例えば、スイッチ９１１）をＯＮに戻るように切り替える。例えば、電源は、溶接出力電流を監視し、監視される電流が制御部１３０へ戻るように提供する、電流帰還部１５０を使用してもよい。一般に、溶滴移行の間、主ブリッジが開いており、一次減衰経路は、図１０Ａの中段に示すように、部分的な補助ブリッジおよび反対側の主ブリッジ支柱（脚部）のスイッチングトランジスタの逆並列ダイオードを通っている。
【００６３】
低電流遷移区間２１５，２２５の間（図１０Ａの下段の波形の太線部参照）、主ブリッジ回路１６０においてスイッチングトランジスタ９１１のみがＯＮであり、補助ブリッジ回路１７０のスイッチングトランジスタ９１６のみがＯＮである。その結果、図６Ａの下段の実線矢印で示すように、スイッチングトランジスタ９１６と抵抗９１７とによって提供される高インピーダンス経路を通って流れることによって、溶接出力電流を決定されたローレベルへと調節することが可能になる。本発明の本実施形態の一例によれば、抵抗５１９及び５２０の抵抗値は２Ω未満（例えば、１Ω）である。別の例によれば、抵抗５１９及び５２０の抵抗値が１Ω未満（例えば、０．５Ω）である。
【００６４】
また、上述の混合ブリッジ回路１８０における、溶接出力電流の急速な減衰及び調整により、低スパッタ条件のために、電極Ｅと被加工物Ｗとの間のアークを確実な再形成が提供される。図１０Ａ〜図１０Ｂに示す負荷は、電極Ｅ、被加工物Ｗ、及び電極Ｅ及び被加工物Ｗを溶接電源へ接続する溶接ケーブル経路（すなわち、溶接出力回路経路）の間のアークの抵抗及びインダクタンスを表す。しかしながら、電極Ｅ、被加工物Ｗ、及び溶接ケーブル経路は、溶接電源の一部ではない。
【００６５】
同様に、図１０Ｂは、溶接電流波形の負電流部の期間中の、図９の回路の動作を示す図である。バックグラウンド電流区間２１０、ピンチ電流区間２２０、ピーク電流区間２３０、及びテールアウト電流区間２４０（図１０Ｂの上段の波形の太線部参照）の期間中、主ブリッジ回路１６０のスイッチングトランジスタ９１２及び９１３はＯＮであり、主ブリッジ回路１６０のスイッチングトランジスタ９１１及び９１４はＯＦＦである。その結果、溶接出力電流は、図１０Ｂの上部に実線矢印で示すように、流れる。
【００６６】
電流減衰部の間（図６Ｂの中段の波形の太線部参照）、補助ブリッジ回路１７０のスイッチングトランジスタ９１５のみがＯＮである。その結果、図８Ａの中段に実線矢印で示すように、溶接出力電流は、スイッチングトランジスタ９１５と抵抗９１７とによって提供される高インピーダンス経路を通って流れ、電極ＥとワークＷとの間に高電位降下を与えることで、溶接出力電流の急速な減衰を可能にする。
本実施形態によれば、制御部は、電流減衰の間に出力電流がゼロに近づくときを予測し、主ブリッジのスイッチ（例えば、スイッチ９１２）がＯＮに戻るように切り替える。例えば、電源は、溶接出力電流を監視し、監視される電流が制御部１３０へ戻るように提供する、電流帰還部１５０を使用してもよい。一般に、溶滴移行の間、主ブリッジが開いており、一次減衰経路は、図１０Ｂの中段に示すように、部分的な補助ブリッジおよび反対側の主ブリッジ支柱のスイッチングトランジスタの逆並列ダイオードを通っている。
【００６７】
低電流遷移区間２１５，２２５の間（図１０Ｂの下段の波形の太線部参照）、主ブリッジ回路のいてはスイッチングトランジスタ９１２のみがＯＮであり、補助ブリッジ回路１７０においてはスイッチングトランジスタ９１５のみがＯＮである。その結果、図１０Ｂの下段の実線矢印で示すように、スイッチングトランジスタ９１５と抵抗９１７とによって提供される高インピーダンス経路を通って流れることによって、溶接出力電流を決定されたローレベルへと調節することが可能になる。また、このような溶接出力電流の急速減衰及び調節は、低スパッタ条件のために、電極Ｅと被加工物Ｗとの間のアークを確実な再形成を提供する。
本発明の本実施形態によれば、スイッチングトランジスタは、制御部１３０によって、ＯＮとＯＦＦとの切り替えが制御される。
【００６８】
一般的に、溶融金属球２５０の移行中、主ブリッジ回路１６０は開いており、電流の流れを中断することなく、高インピーダンス経路を提供するために補助ブリッジ回路１７０を残している。補助ブリッジ回路１７０がない場合、減衰経路のみがアクティブスナバ１８１を介するように、主ブリッジ回路１６０が完全に中断され、溶接出力電流がゼロに降下することが可能である。このような動作を補助ブリッジ回路１７０無しで行うと、信頼性、低スパッタ条件、及び所望の制御されたアークの再形成が提供できないであろう。
【００６９】
要するに、制御されたＡＣアーク溶接プロセスを提供するためのシステム及び方法が開示される。電源の実施例をアーク溶接では、主ブリッジ回路および補助ブリッジ回路の構成は、溶接出力回路経路を介して出力溶接電流の方向切り替えを可能にし、アーク電流を急速に減衰させるように、１又は複数の高インピーダンス経路を選択的に提供する。高インピーダンス経路は、低スパッタにおいて、溶融金属球が消耗電極Ｅから被加工物Ｗへ移送されることを促進し、溶融金属球が移送されるときに、消耗電極Ｅと被加工物Ｗとの間のアークを維持すること及びアークを再形成することを促進する。
【００７０】
添付の特許請求の範囲において、「備える（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「含む、持つ（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「ある（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」という用語の平易な言語の同等物として使用されている。また、添付の特許請求の範囲において、用語「第１」、「第２」「第３」、「上」、「下」、「上部」、「下部」などは、単にラベルとして使用されており、これらの対象物の数値または位置要件を意味するものではない。
以下の請求項において、用語「方法」が使用されない限り、請求項に記載された特徴または要素のいずれも、米国特許法第１１２条パラグラフ６に準ずるミーンズプラスファンクションによる限定と解釈されるべきではない。
本明細書で使用される単数の（「ａ」「ａｎ」）要素またはステップは、除外が明示的に述べられていない限り、複数の要素又はステップの複数を排除しないと理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、記載した特徴を同様に組入れた付加的な実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図するものではない。また、明記しない限り、実施形態において、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」または「備える（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という、特定の特性を有する１又は複数の要素は、その特性を有していない追加の要素を含むことができる。さらに、特定の実施形態がどのように、または類似の要素を有するものとして示されてもよいが、これは例示目的のためだけであり、そのような実施形態は、特許請求の範囲で指定しない限り、必ずしも同一の要素を持つ必要はない。
【００７１】
本明細書で使用する用語「〜してもよい（ｍａｙ）」「〜し得る（ｍａｙ  ｂｅ）」は、状況のセット内で発生する可能性があること；特定の、特性、特徴又は機能、を所持すること；および／または、能力、能力、または可能性のより多くを発現することにより、別の動詞を修飾すること、を意味する。したがって、「〜してもよい（ｍａｙ）」「〜し得る（ｍａｙ  ｂｅ）」を使用すると、様々な遭遇するいくつかの状況を考慮して、修正された用語は、時には、適切な、可能な、又は適当でないこともありうるが、修正された用語は、所定の容量、機能、又は使用のために、適切な、可能、または好適なことを表している。例えば、いくつかの状況では、事象又は能力が期待できる一方、その他の状況では事象や容量が発生しないことがある。この区別は、「〜してもよい（ｍａｙ）」「〜し得る（ｍａｙ  ｂｅ）」の用語によって、取得することができる。
【００７２】
本明細書は、最良の形態を含む本発明の一例を開示するとともに、当業者があらゆる装置又はシステムを作製しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行する、本発明を実施することを可能にする。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と区別しない構造要素を有する場合、それらが特許請求の範囲の文言と実質的でない差を有する等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【００７３】
特定の実施形態を参照して特許請求の範囲に係る本願の主題を説明してきたが、特許請求の範囲に係る主題の範囲を逸脱することなく、様々な変形が為され、均等物が代用され得ることが、当業者に理解されるであろう。加えて、特許請求の範囲に係る本願の主題から逸脱せずに特定の状況又は材料を特許請求の範囲に係る本願の主題の教示に適合するために多くの変更が行われ得る。従って、特許請求の範囲に係る本願の主題は記載した特定の実施態様に限定されず、特許請求の範囲に係る本願の主題は添付の特許項の範囲内に含まれる全ての実施態様を含むことが意図される。
【符号の説明】
【００７４】
５  ワイヤ送給装置
１００  溶接電源
１１０  電力変換回路
１２０  波形発生器
１３０  制御部
１４０  電圧帰還部
１５０  電流帰還部
１６０  主ブリッジ回路
１７０  補助ブリッジ回路
１８０  混合ブリッジ回路
１８１  スナバ（アクティブスナバ）
１９１  出力端子
１９２  出力端子
２００  波形
２１０  バックグラウンド電流区間
２１５  第１の低電流遷移区間
２２０  ピンチ電流区間
２２５  第２の低電流遷移区間
２３０  ピーク電流区間
２４０  テールアウト電流区間
２５０  溶融金属球
２６０  溶接電極
２７０  被加工物
２８０  溶接アーク
３１０  部分
３１１，３１２，３１３，３１４，３１５  トランジスタ
５０５  ダイオード
５１０  部分
５１１，５１２，５１３，５１４，５１５，５１６，５１７，５１８，５１９，５２０  トランジスタ
７１０  部分
７１１，７１２，７１３，７１４，７１５，７１６，７１７，７１８  トランジスタ
９１０  部分
９１１，９１２，９１３，９１４，９１５，９１６，９１７  トランジスタ
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，区間
Ｅ  溶接電極
Ｌ  インダクタンス
Ｖ  電圧
Ｗ  被加工物（ワーク）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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