(57)【要約】      （修正有）【課題】タンデム電極を操作する電気アーク溶接システムの提供。【解決手段】  第１および第２の電極が、溶接経路に沿って同時に移動する際に、第１の電源により、第１の電極と被加工物との間に、第１の電流波形を有する第１の交流溶接アークを生成し、かつ第２の電源により、第２の電極と被加工物との間に、第２の電流波形を有する第２の交流溶接アークを生成する電気アーク溶接システムおよび方法であって、該第１および第２の電源が、それぞれ、各電流パルスの大きさを、波形整形器によって制御し、かつ該波形の極性を信号によって制御した状態で、少なくとも１８ｋＨｚの周波数で発生する多数の電流パルスによる波形を生成する高速スイッチングインバータを備える。【選択図】図１９
2005193299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の電極が、溶接経路に沿って同時に移動したときに、第１の電源により、第１の電極と被加工物との間に、第１の電流波形を有する第１の交流溶接アークを生成し、かつ、第２の電源により、第２の電極と被加工物との間に、第２の電流波形を有する第２の交流溶接アークを生成する電気アーク溶接システムにおいて、
前記第１および第２の電源が、それぞれ、
高速スイッチングインバータと、
前記波形間の反対の極性の持続維持のプッシュ時間を決定する第１のタイミング回路と、
前記プッシュ時間を、約５．０ｍｓ以内に制限する波形調整回路とからなり、
前記高速スイッチングインバータは、各電流パルスの大きさを、波形整形器によって制御し、かつ前記波形の極性が信号によって制御された状態で、少なくとも１８ｋＨｚの周波数で発生する多数の電流パルスによって前記波形を生成する高速スイッチングインバータであり、
前記第１および第２の電流波形が、正の部分と負の部分とを有し、且つ約１０〜２０ｍｓの周期を有することを特徴とする電気アーク溶接システム。
【請求項２】
前記電流波形は、サイン波であることを特徴とする請求項１に記載の電気アーク溶接システム。
【請求項３】
前記波形間の同じ極性の持続維持のプル時間を決定する第２のタイミング回路と、前記プル時間を約５．０ｍｓ以内に制限する第２の波形調整回路とを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の電気アーク溶接システム。
【請求項４】
前記波形の一方は、方形交流波形であることを特徴とする請求項１又は３記載の電気アーク溶接システム。
【請求項５】
前記波形の両方が、方形交流波形であることを特徴とする請求項１、３、４のいずれか一項に記載の電気アーク溶接システム。
【請求項６】
前記波形の一方は、パルス交流波形であることを特徴とする請求項１、３〜５のいずれか一項に記載の電気アーク溶接システム。
【請求項７】
第１および第２の電極が、溶接経路に沿って同時に移動したときに、第１の電源により、第１の電極と被加工物との間に、第１の電流波形を有する第１の交流溶接アークを生成し、かつ、第２の電源により、第２の電極と被加工物との間に、第２の電流波形を有する第２の交流溶接アークを生成する電気アーク溶接システムにおいて、
前記第１および第２の電源が、それぞれ、
高速スイッチングインバータと、
前記波形間の同じ極性の持続維持のプル時間を決定する第１のタイミング回路と、
前記プル時間を、約５．０ｍｓ以内に制限する波形調整回路とからなり、
前記高速スイッチングインバータは、各電流パルスの大きさを、波形整形器によって制御し、かつ前記波形の極性が信号によって制御された状態で、少なくとも１８ｋＨｚの周波数で発生する多数の電流パルスによって前記波形を生成する高速スイッチングインバータであり、
前記第１および第２の電流波形が、正の部分と負の部分とを有し、且つ約１０〜２０ｍｓの周期を有することを特徴とする電気アーク溶接システム。
【請求項８】
前記電流波形は、サイン波であることを特徴とする請求項７に記載の電気アーク溶接システム。
【請求項９】
前記波形の一方は、方形交流波形であることを特徴とする請求項７記載の電気アーク溶接システム。
【請求項１０】
前記波形の両方は、方形交流波形であることを特徴とする請求項７記載の電気アーク溶接システム。
【請求項１１】
前記波形の一方は、パルス交流波形であることを特徴とする請求項９又は１０記載の電気アーク溶接システム。
【請求項１２】
第１および第２の電極が、溶接経路に沿って同時に移動したときに、第１の電源により、第１の電極と被加工物との間に、第１の電流波形を有する第１の交流溶接アークを生成し、かつ、第２の電源により、第２の電極と被加工物との間に、第２の電流波形を有する第２の交流溶接アークを生成する電気アーク溶接方法であって、
前記第１および第２の電源が、それぞれ、
各電流パルスの大きさを、波形整形器によって制御し、かつ前記波形の極性が信号によって制御された状態で、少なくとも１８ｋＨｚの周波数で発生する多数の電流パルスによって前記波形を生成する高速スイッチングインバータを具備し、
前記第１および第２の電流波形が、正の部分と負の部分とを有し、且つ約１０〜２０ｍｓの周期を有する電気アーク溶接方法において、
前記方法が、
（ａ）前記波形間の反対の極性の持続維持のプッシュ時間を決定する工程と、
（ｂ）前記プッシュ時間を約５．０ｍｓ以内に制限するように調整する工程と、
からなることを特徴とする電気アーク溶接方法。
【請求項１３】
前記電流波形は、サイン波であることを特徴とする請求項１２に記載の電気アーク溶接方法。
【請求項１４】
（ｃ）前記波形間の同じ極性の持続維持のプル時間を決定する工程と、
（ｄ）前記プル時間を約５．０ｍｓ以内に制限する工程と、
を更に含むことを特徴とする請求項１２又は１３記載の電気アーク溶接方法。
【請求項１５】
前記波形間の同じ極性の持続維持のプル時間を決定する第２のタイミング回路と、
前記プル時間を約５．０ｍｓ以内に制限する第２の波形調整回路とを含むことを特徴とする請求項１２〜１４の何れかに記載の電気アーク溶接方法。
【請求項１６】
前記波形の一方は、方形交流波形であることを特徴とする請求項１２、１４、１５のいずれか一項に記載の電気アーク溶接方法。
【請求項１７】
前記波形の両方は、方形交流波形であることを特徴とする請求項１２、１４〜１６のいずれか一項に記載の電気アーク溶接方法。
【請求項１８】
前記波形の一方は、パルス交流波形であることを特徴とする請求項１２、１４〜１７のいずれか一項に記載の電気アーク溶接方法。
【請求項１９】
第１および第２の電極が、溶接経路に沿って同時に移動したときに、第１の電源により、第１の電極と被加工物との間に、第１の電流波形を有する第１の交流溶接アークを生成し、かつ、第２の電源により、第２の電極と被加工物との間に、第２の電流波形を有する第２の交流溶接アークを生成する電気アーク溶接方法であって、
前記第１および第２の電源が、それぞれ、
各電流パルスの大きさを、波形整形器によって制御し、かつ前記波形の極性が信号によって制御された状態で、少なくとも１８ｋＨｚの周波数で発生する多数の電流パルスによって前記波形を生成する高速スイッチングインバータを具備し、
前記第１および第２の電流波形が、正の部分と負の部分とを有し、且つ約１０〜２０ｍｓの周期を有する電気アーク溶接方法において、
前記方法が、
（ａ）前記波形間の同じ極性の持続維持のプル時間を決定する工程と、
（ｂ）前記プル時間を約５．０ｍｓ以内に制限するように調整する工程と、
からなることを特徴とする電気アーク溶接方法。
【請求項２０】
前記電流波形は、サイン波であることを特徴とする請求項１９に記載の電気アーク溶接方法。
【請求項２１】
前記波形の一方は、方形交流波形であることを特徴とする請求項１９に記載の電気アーク溶接方法。
【請求項２２】
前記波形の両方は、方形交流波形であることを特徴とする請求項１９又は２１記載の電気アーク溶接方法。
【請求項２３】
前記波形の一方は、パルス交流波形であることを特徴とする請求項１９又は２１記載の電気アーク溶接方法。
【請求項２４】
前記波形の一方は、パルス交流波形であることを特徴とする請求項１２に記載の電気アーク溶接システム。
【請求項２５】
溶接プロセスは、サブマージドアークであることを特徴とする請求項１〜１１、２４の何れかに記載の電気アークシステム。
【請求項２６】
溶接プロセスは、サブマージドアークであることを特徴とする請求項１２〜２３の何れかに記載の電気アーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気アーク溶接の技術に関し、より具体的には、タンデム電極を操作する電気アーク溶接システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（文献の援用）
本発明は、大きなメタルブランクのシーム溶接に使用されるタイプの２つまたはそれ以上のタンデム電極を駆動するための高容量交流回路電源を用いた電気アーク溶接システムに注力する。本発明は、出力極性を変化させるスイッチを有するどのような標準的なＡＣ電源とも共に使用することができるが、該電源は、該電源が、該スイッチが極性を反転させる前にアーク電流を低減させる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、特許文献１に開示されているスイッチング概念を用いることが好ましい。従って、「スイッチングポイント」という用語は、複雑な手順であり、それにより上記電源は、まずターンオフされて、予め選定された値、例えば１００アンペアより小さい電流を待つ。該１００アンペアのしきい値に達したとき、該電源の出力スイッチは、反転して極性を該インバータの直流出力リンクから反転させる。すなわち、「スイッチングポイント」は、上記出力極性を反転させるスイッチングコマンドに従う該電源インバータに対する、「キルコマンド」として知られるオフ出力コマンドである。該キル出力は、減少した電流レベルへの低下とすることができる。この手順は、各連続する極性反転で繰り返されるため、上記ＡＣ電源は、低電流でのみ極性を反転させる。このようにして、出力極性制御スイッチのための緩衝回路は、そのサイズが低減されまたはなくされる。このスイッチング概念は、本発明において用いられるようなスイッチングポイントを定義するのに好適であるので、特許文献１を本願明細書に援用する。タンデム電極に対するＡＣ電流の概念は、当業者には公知である。特許文献２は、タンデム電極が、個別インバータ型電源によってそれぞれ電力を与えられるシステムを開示している。周波数は、隣接するタンデム電極における交流電流間の干渉を低減するために変化する。実際に、譲受人のこの従来の特許は、ＡＣ電極に従うＤＣ電力電極かまたは２つまたはそれ以上のＡＣ駆動電極を駆動するための単一の電源に関する。それぞれの場合において、個別インバータ型電源は、各電極のために使用され、交流電流高容量電源においては、特許文献１のスイッチングポイント概念が用いられている。上記タンデム電極の各々を、個別の高容量電源によって別々に駆動するこのシステムは、本発明に対する背景情報であり、そのような背景として本願明細書に援用する。同様に、特許文献３は、タンデム溶接操作において各電極が、単一の電極アークと平行に接続された２つまたはそれ以上の独立した電源によって駆動される別のアーク溶接システムを開示している。該システムは、特許文献１に従って操作される極性反転スイッチ網に対する入力を形成する、２つまたはそれ以上の正確にバランスがとられた電源を有するスイッチの単一の組を含む。該電源の各々は、単一のコマンド信号によって駆動され、そのため、該極性反転スイッチを介して結合されかつ指向された同一の電流値を共有する。このタイプのシステムは、該電極に対する全ての電流が、該スイッチの単一の組を介して流れるので、大きな極性反転スイッチを要する。特許文献３は、単一の電極に対する電源の主要なおよび従属的な組合せを示しており、また、本発明が注目する一般的な背景情報を開示している。そのため、この特許も本願明細書に援用する。制御されたスイッチングポイントによってタンデム電極を操作する改良は、特許文献４に開示されている。この特許は、本願明細書に援用する。
【０００３】
（発明の背景）
パイプ溶接などの溶接用途では、高電流を必要とし、タンデム電極によって生成されるいくつかのアークを用いる場合がある。このような溶接システムは、２つの隣接するタンデム電極間の磁気的相互作用によるアークの攪乱によって引き起こされる不可避の不整合を起こしやすい。隣接する交流駆動タンデム電極によって引き起こされる欠点を正すためのシステムは、特許文献２に開示されている。該従来の特許においては、交流駆動電極の各々は、電源に基づくそれ自体のインバータを有する。各電源の出力周波数は、隣接する電極間の干渉を防ぐように変化される。このシステムは、各電極に対して別々の電源を必要とする。与えられた電極に対する電流要求が、電源に基づくインバータの定格電流を超えるにつれて、新しい電源を設計し、処理し、製造しなければならない。すなわち、タンデム溶接電極を操作するためのそのようなシステムは、パイプ溶接に要求されるような高電流を得るために、高容量または高定格電源を必要とする。タンデム操作電極用の特別な高電流定格電源の必要性を減らすために、譲り受け人は、各交流電極が、並列に接続された２つまたはそれ以上のインバータ電源によって駆動される、特許文献３に開示されているシステムを開発した。それらの並列電源は、その出力電流を、極性スイッチング網の入力側で結合している。すなわち、与えられた電極に対してより高電流が要求される場合、２つまたはそれ以上の並列電源が使用される。このシステムにおいて、該電源の各々は、同時に作動され、同じ出力電流を共有する。すなわち、溶接条件の変化によって要求される電流は、単一のユニットの過定格電流によってのみ供給することができる。電流平衡システムは、いくつかのより小さな電源の組合せを可能にするが、該電源は、極性反転スイッチング網の入力側に並列に接続しなければならない。従って、大きなスイッチが各電極に対して必要であった。従って、そのようなシステムは、パイプ溶接に使用されるタイプのタンデム溶接操作における各電極に対して特別な電源を必要とするという欠点を克服したが、スイッチを非常に大きくしなければならず、電源に並列に接続された入力を、単一の電流コマンド信号で駆動することによって正確に整合しなければならないという欠点が依然として残る。特許文献３は、電流を各タンデム電極に向ける各溶接セルに対する信号を同期させるという概念を用いている。しかし、該システムは、なお、大きなスイッチを必要としていた。このタイプのシステムは、イーサネットネットワーク相互接続溶接セルでの操作に利用できた。イーサネット相互接続においては、タイミングを正確に制御することができなかった。記載された該システムにおいては、与えられた電極に対するスイッチタイミングは、時間を基準としてずらすことのみを必要とするが、特定の時間を正確に識別する必要はない。すなわち、電流と単一のスイッチ網とを平衡させることを要する該記載されたシステムは、イーサネットネットワークまたはインターネットおよびイーサネット制御システムを用いた場合に、タンデムアーク溶接操作での使用のための高容量電流を得るという手法であった。インターネットリンクを用いてまたは用いずに、イーサネットネットワークによって溶接機を制御する必要性がある。タイミングの制限により、これらのネットワークは、一般的な同期方法のみを用いるタイプのタンデム電極システムの使用を要した。
【０００４】
このようなシステムは、ネットワークによって制御することができたが、各並列接続された電源に対するパラメータは、変化させることができなかった。上記セルの各々は、同期信号によって互いにずらすことができた。そのようなシステムは、セル間にずれを単に設ける複雑なネットワークは有利ではないため、インターネットおよび／またはローカルエリアネットワーク制御による中央制御には適していなかった。特許文献４は、セル自体が、１つまたはそれ以上の並列接続された電源を含み、各電源が、それ自体のスイッチング網を有している、各電極のための単一の交流アーク溶接セルという概念を開示している。該スイッチング網の出力は、電極を駆動するために結合されている。このことは、該システムに並列接続された個々の電源の極性反転のための比較的小さなスイッチの使用を可能にする。また、比較的小さな電源は、並列接続して、タンデム溶接操作に使用するいくつかの電極の各々に対して高電流入力を確立することができる。単一の電極を駆動するために極性スイッチ網の後段に並列接続したいくつかの独立して制御される電源の使用は、インターネットまたはイーサネット等のネットワークの有利な利用を可能にする。
【０００５】
特許文献４においては、各システムにおける小さな電源は、単一の電極に電力を供給するために並列に接続されている。各並列接続された電源のスイッチングポイントを高精度のインタフェースで調節することにより、交流出力電流は、極性スイッチの前段の組合せなしの並列接続された電源からの電流の合計になる。この概念を利用することにより、インターネットリンク有りまたは無しのイーサネットネットワークは、溶接システムの各並列接続された電源の溶接パラメータを制御することができる。該スイッチポイントのタイミングは、新規のインタフェースによって正確に制御されるのに対して、各電源のためのコントローラに指示する溶接パラメータは、正確な時間基準を持たないイーサネットネットワークによって生成することができる。すなわち、インターネットリンクは、単一の電極を駆動するための、溶接システムの個々の電源コントローラへのパラメータに指示するのに用いることができる。各電源に対して符号化されたこれらの溶接パラメータの時間基準精度に対する必要性はない。好適な実施においては、上記スイッチポイントは、１００アンペア等の最少しきい値以下の電流低下の検出を待つ「キル」コマンドである。各電源がスイッチコマンドを有する場合、該電源は切り替わる。同時のまたはウェイトディレイを有する「キル」コマンドを含むシーケンスである並列電源間のスイッチポイントは、１０μｓ以下、好ましくは１〜５μｓの精度を有するインタフェースカードによって正確に調整される。このタイミング精度は、交流出力電流を調整するための並列接続された電源でのスイッチング動作を調整し、かつ整合させる。
【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、各電源に対する溶接パラメータの組は、精度が劣る情報ネットワーク上で使用することができ、上記並列接続された電源のためのコントローラは、高精度のディジタルインタフェースカードによって該精度が劣る情報ネットワークと相互接続される。従って、上記システムの個々の並列接続された電源のスイッチングが調整される。このことは、溶接システムのインターネットおよびローカルエリアネットワーク制御の利用を可能にする利点である。該情報ネットワークは、選択された位相関係でタンデム溶接動作におけるいくつかの電極に接続されたいくつかのアーク溶接システムを初期化するための同期信号を含む。１つの電極の溶接システムの各々は、正確に制御された個々のスイッチポイントを有するが、該システムは、異なる電極間の磁気的干渉を防ぐためにずらされまたは遅延されている。このことは、共通の情報ネットワークを用いたいくつかの交流電極の駆動を可能にする。特許文献４のシステムは、所定の電極に交流電流を与えるために並列接続された電源に特に有用である。上記スイッチポイントは、正確なインタフェースによって調整され、各並列接続された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って生成される。この背景技術は、譲受人によって開発され特許された技術であり、本願明細書においては「背景技術」として利用されるため、従来技術を必ずしも構成するものではない。
【０００７】
特許文献２の特徴として、２つまたはそれ以上の電源は、単一の電極を駆動することができる。すなわち、該システムは、第１のコントローラによって受信された信号を同期させる所定のシステムに対して通常の時間関係で極性反転スイッチングポイントを有するスイッチ信号を生成することにより、第１の電源に、電極と被加工物との間に交流電流を生成させるための該第１の電源のための該第１のコントローラを備える。この第１のコントローラは、該第１のコントローラに向けられた第１の電源指定パラメータの組に応答して、第１の溶接パラメータで作動される。スレーブ電源を作動させて、交流電流の極性をスイッチングポイントで反転させることにより、同じ電極と被加工物との間に交流電流を生成する少なくとも１つのスレーブコントローラが設けられる。該スレーブコントローラは、該スレーブコントローラに対する電源指定パラメータ信号の第２の組に応答して、第２の溶接パラメータで作動する。該第１のコントローラおよび該第２のまたはスレーブコントローラに接続された情報ネットワークは、該２つのコントローラのためのディジタルの第１および第２の電源指定パラメータ信号と、システム指定同期信号とを含む。すなわち、これらのコントローラは、該パラメータ信号と、該情報ネットワークからの同期信号とを受信し、該情報ネットワークは、インターネットリンク有りまたは無し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あってもよい。本発明は、該第１のコントローラおよび該スレーブコントローラを接続して、該第１またはマスターコントローラからのスイッチ信号によって該第２のまたはスレーブ電源のスイッチングポイントを制御するディジタルインタフェースを含む。実際には、該第１のコントローラは、スイッチポイントにおいて電流反転を始める。この事象は、高精度で該スレーブコントローラへ伝達されて、その電流反転プロセスが開始される。各コントローラが、所定数以下のアーク電流を検知すると、「準備信号」が生成される。全ての並列接続電源からの「準備」信号が届いた後、全ての電源は、極性を反転させる。このことは、２５μｓごとにストロボまたはルックコマンドを受信したときに発生する。すなわち、スイッチングは、同時であり、かつ２５μｓ以下の遅延を有する。従って、上記両コントローラは、単一の電極に対して交流電流のスイッチングポイントを制御する相互接続データを有する。該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合せを備える情報ネットワークからのパラメータ信号および同期信号を受信する。上記ディジタルインタフェースのタイミング精度は、約１０μｓ以下、好ましくは、１〜５μｓである。すなわち、単一の電極を駆動する上記２つのコントローラに対するスイッチングポイントは、５μｓ以内で指示される。そして、スイッチングは、実際には、２５μｓ以内で発生する。同時に、あまり時間に敏感でない情報が、交流電流を駆動する上記２つのコントローラにも接続された該情報ネットワークから、タンデム溶接動作における単一の電極に受信される。２５μｓの最大遅延は変更することができるが、スイッチコマン���精度以下である。
【０００８】
特許文献４に開示されたユニークな制御システムは、主にパイプシーム溶接において使用され、かつＳｔａｖａの特許文献３に開示されたタンデム電極のための電源を制御するために使用される。このＳｔａｖａの特許は、円筒型パイプの端部間または２つの隣接するパイプ断面の端部間の空間に、連続的な溶接ビードを施すために溶接経路に沿って移動可能な一連のタンデム電極に関する。このユニークな技術において使用される個々の交流波形は、波形整形器により制御される各電流パルスの大きさで、少なくとも１８ｋＨｚの周波数で発生する多数の電流パルスによって生成される。この技術は、特許文献５までさかのぼる。２つの隣接するタンデム電極の交流電流の波形の整形は、公知であり、上述した特許だけではなく、特許文献２にも示されている。この特許文献１においては、隣接するタンデム電極における交流電流の周波数は、磁気的干渉を防ぐように調節される。オハイオ州クリーブランドのＬｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによるこれら全ての特許技術は、各電極が、それらの特許に記載された波形技術によって生成される個別の交流波形によって作動されるタンデム電極の動作において進歩している。それらの特許を本願明細書に援用する。しかし、それらの特許は、交流電流をそれぞれ用いた隣接する電極によりタンデム溶接での使用のためのそのような波形技術の利用に注力する本発明を開示してはいない。通常の変形技術としてのこの技術は、溶接たまりの力学を制御する際の困難を有する。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，１１１，２１６号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２０７，９２９号明細書
【特許文献３】米国特許第６，２９１，７９８号明細書
【特許文献４】米国特許第６，４７２，６３４号明細書
【特許文献５】米国特許第６，２７８，３９０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、溶接操作中に溶融した溶接溜まりの力学および物理を制御するように特別に設計されている隣接するタンデム電極のための電気アーク溶接システムに対する要求がある。これらの効果は、磁気的干渉を低減するために単に周波数を変化させることによって得ることはできない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、特許文献５に開示され、および特許文献２、特許文献３および特許文献４を含むいくつかの特許によるタンデム電極溶接システムに使用される波形技術の改良に関する。このうまく開発された技術を越える改良は、溶接溜まりが、溶接動作中に静止しているように、隣接するタンデム電極によって生成された交流波形の制御である。この目的は、同じ極性と反対の極性のような同時発生の極性関係の時間を制限するために、隣接する電極の交流電流の関係を制御するシステムを用いると共に、貫通および沈下の違いを得ることによって達成される。２つの隣接するタンデム電極の波形における同じ極性の時間中の溶接プールに対するアーク力により、溶融金属溶接プールが、物理的に崩壊するのに対して、隣接するタンデム電極に対する波形の反対極性の間には、該溶接プールは抑えられることが分かってきている。隣接する交流パルスが、同時発生の極性関係を有して、２０ｍｓを越える長時間を有する場合、該溶接プールにおける溶融金属の崩壊または抑止動作は、溶接プロセスに対して破壊的である。後に凝固する結果として生じる溶接ビードは均一ではない。隣接する電極に対して交流電流を用いる際、本発明は、何らかの特定の極性関係の長期の同時発生がないことを保障する。
【００１２】
本発明は、好ましくは、オハイオ州クリーブランドのＬｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによって製造され配給されているＡＣ／ＤＣ  Ｐｏｗｅｒ  Ｗａｖｅ溶接機を用いる。この装置は、マルチ電極溶接動作における貫通および沈下を妥協する必要性を克服する。この目的を達成するために、Ｐｏｗｅｒ  Ｗａｖｅの電源は、振幅および継続時間の組合せを用いて、熱入力を増加させ、溶接金属強度を低下させ、かつアークブローおよび溶接溜まり不安定性につながる電磁界を増加させる平均電流を増加させることなく、高貫通および高沈下を可能にする。サブマージドアーク溶接における製造レートを増すための一般的な実施は、アークが不安定になるしきい値のちょうど下までのレベルに電流を増加させることである。電流が増加する以外に、電極の数を６個ほどの独立した電極に増加させることにより、生産性のさらなる向上がもたらされる。過度の強化を要することなく、必要な貫通を実現するために、単一の直流アークがリード電極として用いられる。磁気的相互作用により、単一の直流アークのみを用いることができる。このことは、所定の強化レベルに対する貫通を制限する。本発明の新規の技術を用いると、直流電極は、もはや必要な貫通を実現するのに必要ない。例えば、第１および第２のアークは、低沈下で高貫通を達成するためにずらされている交流波形であり、また電磁的相互作用は、２つのタンデム電極に使用される波形の位相関係によって制御される。この構成は、所定の溶接動作に必要な異なるタイプの電源の数を低減することにより、顧客の設備を単純化する。すなわち、作業現場におけるメンテナンスの複雑性が低減される。
【００１３】
本発明は、いくつかの電極が、単一の溶接溜まりで使用され、かつ該溶接溜まりの安定性を実現するために電磁的相互作用を最少化するように制御される溶接システムおよび方法に注力する。本発明は、一段階のインクリメントで調整される波形を有する無限の分解能で調整することができるＬｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによって販売されているＰｏｗｅｒ  Ｗａｖｅ等の高速スイッチングインバータを用いる。波形および位相関係に対する調節は、２つの隣接するアークが同じおよび反対の極性になる時間を計算することによって実現される。高速インバータ型波形制御電源は、本発明に従って上記関係を変化させて、隣接する交流式電極の同じ極性の時間と反対極性の時間との間のバランスを実現する。バランスがとられた時間は、隣接する電極が、約５．０ｍｓ以上の持続時間の間、同じまたは反対の極性にならないようになっている。この効果は、隣接する交流波形が同じ極性または異なる極性になる時間を決定することによって実現される。そして、該波形は、隣接する波形が、上記溶接溜まりに向けられたアークを突き出す（ｐｕｓｈ）ような反対極性であり、あるいは、該溶接溜まりに向けられたアークを引っ込める（ｐｕｌｌ）ような同じ極性である場合に、溶接サイクル中に持続維持時間を最少化するように調節される。該アークの突き出しおよび引っ込めの最少化は、波形技術を用いて溶接プロセス中に実現される。該波形は、突き出しまたは引っ込め状態が、約５．０ｍｓ以上続かないことを保障するように調節される。本発明を実現するために、新規なシステムおよび方法が開発された。
【００１４】
本発明によれば、第１および第２の電極が溶接経路に沿って同時に移動したときに、第１の電源によって、第１の電極と被加工物との間に第１の電流波形を有する第１の交流溶接アークと、第２の電源によって、第２の電極と被加工物との間に第２の電流波形を有する第２の交流溶接アークとを生成する電気アーク溶接システムが提供される。該第１および第２の電極は、単一の溶接動作に使用される電極群のうちのどのような隣接する交流駆動電極であってもよい。本発明は、主として、パイプ溶接に使用されるサブマージドアーク溶接に関する。本発明によれば、上記第１および第２の電源は、それぞれ、各電流パルスの大きさを、波形整形器または波形生成器によって制御し、かつ複数の波形を、特許文献４に開示されているような信号によって制御した状態で、少なくとも１８ｋＨｚの周波数で多数の電流パルスによりその波形を生成する高速スイッチングインバータを備える。本発明によれば、上記第１および第２の交流波形は、それぞれ、正の部分と、負の部分と、約１０〜２０ｍｓの周期とを有する。第１のタイミング回路は、波形間の反対極性の持続のアーク突き出し時間、および該アーク突き出し時間を約５．０ｍｓ以下に制限する波形調整回路を決定するために使用される。このようにして、アークの突き出し時間は、約５．０ｍｓ以下になる。本発明の別の態様によれば、波形間の同じ極性の持続のアーク引っ込め時間、および該アーク引っ込め時間を約５．０ｍｓ以下に制限する波形調整回路を決定する第２のタイミング回路が設けられる。本発明の好適な実施形態は、溶接溜まりの方に伸びるアークの突き出しおよび引っ込め時間を制限するシステムを含むため、電気アークは、隣接する電極から垂直方向下方に伸び、互いに離れて突き出ず、または、互いの方へ引っ込まない。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、上記第１および第２の電極が、溶接経路に沿って同時に移動したときに、第１の電源によって、第１の電極と被加工物との間に、第１の電流波形を有する第１の交流溶接アークを生成し、かつ第２の電源によって、第２の電極と被加工物との間に、第２の電流波形を有する第２の交流溶接アークを生成する電気アーク溶接方法が提供される。この方法は、隣接する電極間のアークの突き出し時間および／または引っ込め時間が、上記電源に用いられる波形の形状を調整することによって約５．０ｍｓ以下に制限される、上述したシステムを用いる。
【００１６】
本発明を用いることにより、溶接溜まりは、隣接する交流電極のアーク電流が、該溜まりに対して実質的に垂直になり、かつ該溜まりが静止したままであるように制御される。このことは、本発明の主たる目的である。
【００１７】
本発明の他の目的は、隣接するタンデム電極に２つの交流溶接アークを生成し、特定の極性関係の同時発生があった場合に、溶接システムが上記時間を制限する電気アーク溶接システムを提供することにある。
【００１８】
本発明のさらに別の目的は、溶接システムが、隣接する電極に対するアークの電磁気的突き出しおよび／電磁気的引っ込めが、どちらも約５．０ｍｓ以下に制限される方法を実行するのに用いられる、上述したような電気アーク溶接システムを提供することにある。
【００１９】
本発明のまた別の目的は、方法およびシステムが、上記溶接溜まりの力学を制御して、溜まり振動を防ぎ、かつ均一な溶接ビードを得る、上述したような電気アーク方法および／システムを提供することにある。
【００２０】
本発明のさらに別の目的は、システムおよび方法が、波形技術を用いて、インバータ高速スイッチング型電源からの交流電流によって駆動される隣接する電極からの垂直アークを維持するという溶接溜まり制御の効果を得る、上述したような電気アーク溶接システムおよび方法を提供することにある。
【００２１】
これらおよびその他の目的および効果は、添付図面と共に解釈される以下の説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、図１〜図１９に基づき本発明の好適な実施形態を説明する。これは、本発明を限定するためのものではない。本発明を実施するための好適なシステムを図１、２および１６に詳細に示す。図１には、交流電流を溶接ステーションＷＳにアークとして生成する単一のセルの形をとる単一の電気アーク溶接システムがある。このシステムまたはセルは、電極Ｅおよび、パイプシームまたは他の溶接作業の形をとる被加工物Ｗとに直列な出力リード１０、１２を有する第１のマスター溶接機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に電圧を生成する。溶接パラメータなどのタイムクリティカルではないデータは、リモート中央制御部１８で生成される。同様に、次のスレーブ溶接機Ｂは、追加的な交流電流を溶接ステーションＷＳへ向けるために、リード１０、１２に並列に接続されたリード２０、２２を含む。ホール効果電流変換器２４は、溶接動作中の溶接器Ｂの電流レベルを表わすライン２６に電圧を生成する。単一のスレーブまたはフォロワ溶接器Ｂが示されているが、どのような数の追加的な溶接器も、マスター溶接器Ａに並列に接続して電極Ｅおよび被加工物Ｗの両端に交流電流を生成することができる。該交流電流は、極性スイッチング網の前ではなく上記溶接ステーションで合成される。各溶接器は、組み合わせたマスターコントローラおよび電源３０として図示したようなコントローラとインバータをベースとした電源と、スレーブコントローラおよび電源３２とを含む。コントローラ３０、３２は比較的低いレベルの論理ネットワークからパラメータデータおよび同期データを受け取る。パラメータ情報またはデータは、電源固有のものであり、それにより、該電源の各々は、電流、電圧および／またはワイヤフィード速度等の所望のパラメータを備えている。低レベルのディジタルネットワークは、該パラメータ情報を供給することができるが、極性反転のための交流電流が同時に発生する。この「同時」は、１０μｓ以下、好ましくは、１〜５μｓの時間差を表わす。電源３０および電源３２からの交流出力の正確な調整を達成するためには、上記スイッチングポイントおよび極性情報は、上記タイミングがあまり正確ではない一般的な論理ネットワークから供給することはできない。個々の交流電源は、「ゲートウェイ」と呼ばれる高速、高精度のＤＣ論理インタフェースによって調整される。図１に示すように、電源３０、３２は、両方向矢印４２ｍ、４２ｓによって示す必要な作動パラメータを備える。この時間に敏感でない情報は、図１に示すディジタルネットワークによって供給される。マスター電源３０は、一方向矢印４０で示される同期信号を受けて、その交流出力電流のコントローラ動作のタイミングを図る。電源３０に対する交流電流の極性は、矢印４６で示すように出力される。マスター電源３０の交流電流に対する実際のスイッチングコマンドは、ライン４４に出力される。該スイッチングコマンドは、インバータの形態の電源Ｓに「キル」するように知らせ、これは電流の劇的な低減になる。別法として、これは、極性を反転させる実際のスイッチ信号である。上記「スイッチングポイント」またはライン４４上のコマンドは、好ましくは、��許文献１に記載されているような「スイッチングポイント」を用いた「キル」および電流反転コマンドである。すなわち、タイミングが図られたスイッチングポイントまたはコマンドは、ライン４４により電源３０から出力される。これらのスイッチングポイントまたはコマンドは、低電流または単に電流反転ポイントにおけるスイッチレディ信号に伴う電源「キル」を含む。該スイッチ「レディ」は、どちらのインバータも、設定電流以下になるまで実際には反転しないので、「キル」概念が実施された場合に使用される。このことは、図１６に説明されている。コントローラ３０のスイッチの極性は、ライン４６上の論理を制御する。スレーブ電源３２は、ライン４４ｂ上の該スイッチングポイントまたはコマンド論理と、ライン４６ｂ上の極性論理とを受け取る。これら２つの論理信号は、伝送ゲートウェイであるゲートウェイ５０、および受信ゲートウェイであるゲートウェイ５２として示す高精度論理インタフェースを介して、上記マスター電源とスレーブ電源との間に相互接続される。これらのゲートウェイは、上記電源の各々のためのネットワークインタフェースカードであるため、ライン４４ｂ、４６ｂ上の論理は、それぞれ、ライン４４、４６上の論理に近いタイミングが図られる。実際には、ネットワークインタフェースカードまたはゲートウェイ５０、５２は、この論理を、１０μｓ以内、好ましくは１〜５μｓ以内で制御する。ゲートウェイまたはインタフェースカードによって説明する低精度ネットワークは、ライン４２ｍ、４２ｓを介した中央制御部１８からのデータに対して個々の電源を制御する。これらのラインは、（中央制御部１８等の）リモート領域からのデータを含み、該データは、時間に敏感ではなく、かつこのゲートウェイの正確な特性を用いない。スイッチ反転のタイミングを図るための高精度データは、ネットワークインタフェース５０、５２を介して論理信号を相互接続することを用いる。図１のシステムは、単一の交流アークのための単一のセルであるが、本発明は、２つまたはそれ以上の交流アークが、パイプ溶接時に見つかった大きなギャップを充填するために形成されるタンデム電極に注力する。すなわち、上記第１の電極のためのマスター電源３０は、第１の電極、例えば、ＡＲＣ１のためのシステムＳのタイミングまたは位相操作を決める同期信号を受け取る。システムＳは、同期出力８４、８６および８８によってタイミングが図られるＡＲＣ２、３および４を生成するために他の同一のシステムと共に使用される。この概念は、図５に概略的に説明されている。同期または位相設定信号８２〜８８は、単一のタンデム電極と共に図１に示されている。中央制御コンピュータおよび／またはウェブサーバ６０を備える情報ネットワークＮは、タンデム動作において異なる電極を制御するいくつかのシステムまたはセルにおける特定の電源に関連するディジタル情報またはデータを提供する。インターネット情報６２は、ローカル配線ライン７０ａ、７０ｂ、７０ｃを有するイーサネットネットワークの形をとるローカルエリアネットワークに向けられる。同様の配線ラインは、ＡＲＣ１、２、３および４を生成する４つのセルにおいて使用される、タンデム溶接動作���各電源に向けられる。システムまたはセルＳの説明は、他の電極におけるアークの各々にも当てはまる。交流電流を用いる場合には、マスター電源が使用される。ある場合には、単にマスター電源が、セル特定同期信号と共に使用される。高電流が必要な場合には、上記システムまたはセルは、図１のシステムＳに関して説明したようなマスターおよびスレーブ電源の組合せを含む。ある場合には、直流アークは、ジェネレータ８０によって同期される２つまたはそれ以上のＡＣアークと共に使用される。該直流アークは、２つまたはそれ以上の同期交流アークが続くタンデム電極溶接操作におけるリード電極である場合がある。直流電源は、同期する必要はなく、極性論理およびスイッチングポイントまたはコマンドの正確な相互接続の必要もない。いくつかの直流電源による電極は、正負間で切り替えてもよいが、交流駆動電極の周波数でではない。アークの生成に関係なく、イーサネットまたはローカルエリアネットワーク７０は、タンデム溶接操作で用いられる様々なシステムの特定の電源のために指定された符号様式で識別されるパラメータ情報を含む。また、このネットワークは、いくつかのセルまたはシステムのための同期信号を用い、それにより該システムは、時間関係でずらすことができる。それらの同期信号は、復号されて、図１のライン４０で示すマスター電源によって受信される。このようにして、上記交流アークは、時間基準でずれている。これらの同期信号は、ネットワークインタフェースカードまたはゲートウェイ５０、５２を通るスイッチングポイントほど正確である必要はない。上記データネットワーク上の同期信号は、可変パルスジェネレータ８０の形をとるネットワークインタフェースによって受信される。該ジェネレータは、ライン８４、８６および８８にオフセット同期信号を生成する。これらの同期信号は、タンデム操作における個々の電極に対する個別の交流電流セルの位相を指図する。同期信号は、インタフェース８０によって生成することができ、あるいは、実際には、ネットワーク７０を介して上記ジェネレータにより受信することができる。実際には、ネットワーク７０は、単にジェネレータ８０を作動させ、多数の同期信号に対する遅延パターンを生成する。また、ジェネレータ８０は、該特徴が、タンデム溶接操作において必要であれば、該同期パルスの周波数によって個別のセルの周波数を変化させることができる。
【００２３】
種々のコントローラおよび電源を、図１に記載したようなシステムを実施するために用いることができるが、該システムの好適な実施は、図２に記載されており、電源ＰＳＡは、コントローラおよび電源３０と組み合わされており、電源ＰＳＢは、コントローラおよび電源３２と組み合わされている。これら２つのユニットは、構造上本質的に同じであり、また、適切な場合、同じ符号が付けられている。電源ＰＳＡの説明は、電源ＰＳＢに同様に当てはまる。インバータ１００は、３つの位相ライン電流Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３を受信する入力整流器１０２を有する。出力変換器１１０は、出力整流器１１２を介して、反対極性のスイッチＱ１、Ｑ２を駆動するタップ付きインダクタ１２０に接続されている。電源ＰＳＡのコントローラ１４０ａおよび電源ＰＳＢのコントローラ１４０ｂは、コントロール１４０ａが出力タイミング情報をコントローラ１４０ｂへ出力することを除いて、本質的に同じである。スイッチングポイントまたはライン１４２、１４４は、本願明細書に援用する特許文献１に説明されているように、ライン１４２、１４４上の論理によって表わされる時間に極性を反転させる極性スイッチＱ１、Ｑ２の導通状態を制御する。該制御は、論理プロセッサを用いたディジタルであり、すなわち、Ａ／Ｄコンバータ１５０は、フィードバックライン１６またはライン２６上の電流情報を、アナログ誤差増幅器として示されている誤差増幅器１５２からの出力のレベルに対する制御ディジタル値に変換する。実際には、これはディジタルシステムであり、該制御構造にはさらなるアナログ信号はない。しかし、図示したように、増幅器は、コンバータ１５０からの第１の入力１５２ａと、コントローラ１４０ａまたは１４０ｂからの第２の入力１５２ｂとを有する。ライン１５２ｂ上の電流コマンド信号は、溶接ステーションＷＳにおけるアークの両端の交流電流に必要な波形を含む。これは、本願明細書に援用する特許文献５等のＬｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃのいくつかの特許によって教示されているような標準的な実施である。また、本願明細書に援用するＳｔａｖａの特許文献２も参照されたい。増幅器１５２からの出力は、発振器１６４によって制御される周波数でパルス幅変調器１６２を駆動するコンバータ１６０によってアナログ電圧信号に変換され、これは、プロセッサソフトウェアのタイマープログラムである。上記アークにおける波形の形状は、ライン１５２ｂにおける電圧値またはディジタル値である。発振器１６４の周波数は、１８ｋＨｚ以上である。このシステムの全体構造は、本発明の好適な実施形態においてはディジタル化されており、アナログ信号への再変換を含んでいない。この説明は、説明のための概略的なものであり、本発明を実施する際に用いる電源の種類の限定を意図するものではない。他の電源も用いることができる。
【００２４】
図１および図２の概念を用いた本発明の実施は、図３および図４に示されている。被加工物２００は、それぞれ、別々の電源ＰＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３によって作動されるタンデム電極２０２、２０４および２０６によって溶接されるパイプのシームである。該電源は、特許文献４の技術に従って調整された１つ以上の電源を含むことが可能である。図示した実施形態は、リード電極２０２に対する直流アークと、タンデム電極２０４、２０６の各々に対する交流アークとを含む。該タンデム電極の生成された波形は、交流電流であり、また、上述した波形技術に従った波形整形器または波形生成器によって生成された形状を含む。電極２０２、２０４および２０６が溶接経路ＷＰに沿って移動すると、溶融金属溜まりＰは、それぞれ電極２０２、２０４および２０６からの沈下２１２、２１４および２１６に続くオープンルート部２１０と共に、パイプシーム２００に沈下する。上述したように、図１５の波形によって後に説明する２つ以上の交流駆動電極は、隣接する電極の交流電流に関連する本発明によって作動させることができる。図４に示すような電源は、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、チップまたは内部プログラムパルス幅変調器段２２４は、１８ｋＨｚ以上、好ましくは２０ｋＨｚ以上の周波数で発振器２２６によって駆動される。発振器２２６がパルス幅変調器２２４を駆動すると、その出力電流は、ライン２４２における電圧値またはディジタル値として、波形整形器２４０から出力された波形によって指図される形状を有する。出力リード２１７、２１８は、電極２０２、２０４および２０６と直列になっている。リアルタイムの形状は、ライン２３４上の出力が交流波形の形状を制御するように、比較器２３に図示された段によって、ホール効果変換器２２８からのライン２３２における実際のアーク電流と比較される。ライン２３４上のディジタル値または電圧は、該アークにおける電流の波形が、波形整形器２４０から出力された選択された特性に従うようにインバータ２２０を制御する、ライン２２４ａ上の出力信号を決定する。これは、上述したように、標準的なＬｉｎｃｏｌｎの波形技術である。電源ＰＳＩは、リード電極２０２に直流アークを生成し、そのため、この電源の波形整形器２４０からの出力は、該直流電流の大きさを示す定常状態にある。本発明は、直流アークの生成に関するものではない。反対に、本発明は、電極２０４、２０６等のタンデム電極に対する２つの隣接する交流アークにおける電流の制御である。本発明によれば、波形整形器２４０は、交流波形の所望の形状または特性を選定するのに用いられる入力２５０を含む。この形状は、シフトプログラム２５２として概略的に示す内部プログラミングによってリアルタイムでずらすことができる。波形整形器２４０は、ライン２５４上の優先信号である出力を有する。実際には、該優先信号は、図７に示すような論理ビットである。論理１は、波形整形器２４０によって生成された波形に対する負の極性を示し、論理０は、正の極性を示す。上記電源に向けられたこの論理信号またはビットコントローラ２２０は、図１６に示した技術に従って読み出される。上記インバータは、ライン２５４上の論理ビットの変化によって始まる特定の「ＲＥＡＤＹ」時間に、正の極性から負の極性または反対極性に切り替わる。実際には、このビットは、図１および図５に示す可変パルスジェネレータ８０から受信される。図３および図４に示す溶接システムは、電極２０４および２０６における交流アーク電流の形状が、本発明の有益な結果、例えば、概して静止した溶融金属溜まりＰおよび／またはアーク溶接時に使用する変換器波形と適合性のある合成サイン波形を得るための新規の形状を有する本発明を実施する際に用いられる。図３および図４に示す電気アーク溶接システムは、波形整形器２４０のための「ＳＥＬＥＣＴ」における波形を選定するためのプログラム２５０を有する。このようにして、本発明の固有の波形は、上記タンデム電極によって使用される。交流アークを生成する上記電源のうちの１つを図５に概略的に示す。該電源は、図１に示す可変パルスジェネレータ８０によって制御される。該ジェネレータからの信号２６０は、上記第１のアークのための該電源を制御する。この信号は、波形の同期およびライン２５４上に波形整形器２４０によって出力された極性ビットを含む。ライン２６０ａ〜２６０ｎは、本発明の溶接システムによって作動される所望の後続のタンデム交流アークを制御する。これらの信号のタイミングは、他の波形の始動をずらす。図５は、単に、図４と共に説明したような連続的なアークを制御するための可変パルスジェネレータ８０の関係を示す。
【００２５】
特許文献４においては、上記交流波形は、図６に示すように生成され、電極２０４におけるアークＡＣ１のための波形整形器が、正の部分２７２および負の部分２７４を有する信号２７０を生成する。電極２０６における第２のアークＡＣ２は、正の部分２８２および負の部分２８４を有する波形整形器からの信号２８０によって制御される。これら２つの信号は同じであるが、図６に示すように、ジェネレータ８０からの信号によって距離ｘだけずらされる。上記アークのうちの１つに上記波形技術が生成した電流パルスは、図６の底部に示す正の部分２９０および負の部分２９２を有する波形である。上記波形整形器からの論理ビットは、波形が、正の極性から負の極性および逆に切り替えられるときを決定する。（本願明細書に援用する）特許文献１の開示によれば、パルス幅変調器２２４は、通常、ポイント２９１ａおよび２９１ｂにおける低レベルまでシフトされる。そして、電流は、固定レベル、例えば、１００アンペアに達するまで低減される。従って、上記スイッチは、ポイント２９４ａおよび２９４ｂにおいて極性を変化させる。このことは、電流が、正の部分２９０と負の部分２９２との間で変化するときに、垂直ラインまたは形状２９６ａ、２９６ｂを形成する。これは、特許文献４に開示されているシステムであり、同様の波形は、磁気的干渉を避けるためにずらされている。波形部分２９０、２９２は、アークＡＣ１においておよびアークＡＣ２において同じである。これは、上記溶融金属溜まりを制御するためおよび／または今まで用いられないようなサイン波形を合成するために、アークＡＣ１およびアークＡＣ２における波形をカスタマイズすることに関連する本発明とは異なる。図６の開示は、波形をシフトする概念を示すために記載されているが、隣接する波形の各々をカスタマイズする本発明ではない。極性間の垂直変化を生成する同じスイッチング手順は、本発明の好適な実施形態において用いられる。図６に示す溶接システムから本発明への変換を図７に示す。ライン２５４上の論理は、部分３００で論理１に、かつ部分３０２で論理０になるように示されている。該論理またはビット数の変化は、図１６に示すシステムが極性をシフトする時間を知らせる。このことは、図６の下のグラフのポイント２９４ａ、２９４ｂに概略的に示されている。本発明によれば、隣接する交流アークの各々のための波形整形器２４０は、一方の極性のための第１の波形整形器３１０と、他方の極性のための第２の波形整形器３１２とを有する。波形３１０、３１２の各々は、ライン２５４上の論理と共に得られるライン２３４上の論理によって生成される。すなわち、図７に示すようなパルス３１０、３１２は、正および負の極性部分が異なるパルスである。パルス３１０、３１２の各々は、図に示すような別々で種類が異なる電流パルス３１０ａ、３１２ａによって生成される。極性間のスイッチングは、上記波形整形器によって生成された波形が、波形３１０、３１２の通常形状を有するように示されている図６に示すように実現される。正の極性は貫通を制御し、負の極性は沈下を制御する。本発明によれば、波形の正のパルスと負のパルスとは異なり、スイッチングポイントは１つのアークにおける交流波形が、負の極性および正の極性の両方において制御されて、波形整形器２４０の出力によって生成された特定の形状を有するように制御される。図７に示す電流を有するアークに隣接するアークに対する波形は、本発明の効果を得るために異なって制御される。これは、図８に最もよく示されている。アークＡＣ１における波形は、図８の上部である。該波形は、電流パルス３２０ａで示す正の部分３２０と、パルス３２２ａによって形成される負の部分３２２とを有する。正の部分３２０は、最大の大きさａと幅または周期ｂとを有する。負の部分３２２は、最大の大きさｄと幅または周期ｃとを有する。これら４つのパラメータは、波形整形器２４０によって調整される。図示の実施形態においては、アークＡＣ２は、図８の底部に示す波形を有しており、正の部分３３０は、電流パルス３３０ａによって形成され、かつ高さまたは大きさａ’と時間長または周期ｂ’とを有する。負の部分３３２は、パルス３３２ａによって形成され、かつ最大の大きさｄ’と時間長ｃ’とを有する。これらのパラメータは、波形整形器２４０によって調整される。本発明によれば、アークＡＣ１に対する該波形整形器からの波形は、アークＡＣ２に対する波形と位相が異なっている。該２つの波形は、（ａ）貫通および沈下が制御され、かつ（ｂ）溜まりＰが、その期間に、同じ極性または反対の極性等の特定の極性関係になる長い時間がないように調整されるパラメータまたは大きさを有する。波形を形成する際のこの概念は、図９および図１０によって説明されるような長期の極性関係を防ぐ。図９において、電極２０４、２０６は、常に隣接する電流の波形によって決まる同じ極性を有する。その場合、電極２０４の磁束３５０および電極２０６の磁束３５２は、同じ方向であり、該電極間の中央領域３５４において互いに相殺する。このことは、溶融溜まりＰ内の電極２０４、２０６からの溶融金属部分３６０、３６２を、矢印ｃで示すように、共に移動させる。アークは、共に引っ張られるため、該溶接溜まりに対するアーク力が、該金属を共に移動させる。電極２０４間の溜まり内の溶融金属のこの内方への移動または崩壊は、ごく短期間、例えば、２０ｍｓ以内に終了しない場合、上方への噴出動作を最終的に引き起こすことになる。図１０に示すように、該溜まりの対向する動きは、電極２０４、２０６が反対の極性を有する場合に起きる。そして、磁束３７０および磁束３７２は、上記電極間の中央部分３７４において蓄積され増加する。該電極間の大きな力は、溜まりＰの溶融金属部分３６４、３６６を、互いに引っ込めるかあるいは互いに離れさせる。このことを矢印ｒで示す。アークは、別個に突き出されるため、上記溶接溜まりに対するアーク力は、該金属を別個に移動させる。溜まりＰ内の溶融金属の外方へのこのような作用は、１０ｍｓ以下の実質的な時間継続する場合、溶接ビードの破裂を引き起こす。図９および１０を見て分かるように、隣接する電極の波形の極性が、その間に同じになるかまたは反対の極性になる期間を限定するのが好ましい。本発明は、図６に示すような波形を用いて、同じ極性または反対の極性等の特定の極性関係の長時間の同時発生を防ぐという目的を達成する。それらの関係は、両方共、良質の溶接に対して有害であり、本発明を用いた場合に避けられる。図８に示すように、同じ極性および反対の極性は、アークＡＣ１およびアークＡＣ２の周期長よりも非常に短い期間、保持される。上記正および負の領域に異なる形状および異なる大きさを有するパルスという新規な概念を用いて、極性関係の長期の発生を防ぐというこのプラス指向の進化は協力して、一般的な変換器電源を用いた、またはＬｉｎｃｏｌｎの波形技術の一般的な使用による溶接の際に、これまでは得られないような方法で、上記溜まりを制御し、貫通を制御し、かつ沈下を制御する。
【００２６】
本発明の実施は図１１に示されており、波形整形器２４０からの交流波形の正および負の部分は、該波形の負の部分と比較して異なるエネルギを正の部分に有する合成サイン波形状である。該合成されたサイン波または該波形のサイン波部分は新規である。これは、波形を、変換器溶接回路と、およびサイン波溶接の評価と適合させることを可能にする。図１１において、波形３７０は、アークＡＣ１にあり、波形３７２はアークＡＣ２にある。これらのタンデムアークは、図１１に示す交流溶接電流を用いて、小さな正のサイン波部分３７０ａはアークＡＣ１における貫通を制御し、より大きな負の部分３７０ｂは、アークＡＣ１における金属の析出を制御する。図７で説明したように、論理ビットの変化に伴って、極性間にはスイッチングがある。サイン波形３７０は、垂直ライン３７０ｃで示すように、約１００アンペアからゼロ電流を通って垂直に下降する。負の部分３７０ｂと正の部分３７０ａとの間の移行は、垂直な移行３７０ｄを引き起こすスイッチングポイントにおける垂直方向の移行をスタートさせる。同様に、アークＡＣ２の位相シフト波形３７２は小さな貫通部分３７２ａと、大きな負の沈下部分３７２ｂとを有する。極性間の移行は、垂直ライン３７２ｃおよび３７２ｄによって示す。波形３７２は、上記溜まりの力学が、隣接するアークＡＣ１ＡＣ２の極性によって引き起こされる該溜まり内の溶融金属の過剰な崩壊または反発を伴うことなく制御されるように、波形３７０に対してシフトされている。図１１に示す実施形態においては、サイン波形状は同じであり、かつ周波数は同じである。該波形は、特定の極性関係の長期の発生を防ぐためにシフトされている。
【００２７】
本発明の他の態様は、図１２に概略的に示されており、波形３８０は、アークＡＣ１のために用いられ、波形３８２は、アークＡＣ２のために用いられる。部分３８０ａ、３８０ｂ、３８２ａおよび３８２ｂは、サイン波合成されており、かつ同じ大きさからなるように図示されている。これら２つの波形を９０°ずらすことにより、同時発生の極性の領域は、領域３９０、３９２、３９４および３９６として識別される。サイン波特性を有する該シフトされた波形を用いることにより、同じ極性または反対の極性は、長い間残らない。従って、上記溶融金属溜まりは、かきまわされず、かつ静止したままである。この効果は、所定の波形の正および負の極性部分の間のエネルギの違いという概念も組み合わせる本発明を用いることによって得られる。図１２は、同時発生の極性関係の定義、および該関係は極短期間しか残らないということを本質的に示す。この目的を実現するため、本発明の別の実施形態を図１３に示し、以前に定義した波形３８０は、アークＡＣ２（ａ）の鋸波状波形として示す波形４００、またはアークＡＣ２（ｂ）に対する波形として示すパルス状波形４０２と結合される。波形３８０を、異なる波形４０２の異なる波形４００と結合すると、同時発生の極性関係の非常に小さな領域または期間４１０、４１２、４１４等が生じる。図１４に示す本発明は、別のアークで生成された交流波形と非常に異なる１つのアークで生成された交流波形を有する。本発明における用途のための非常に異なる波形のこの同じ概念を図１４に示し、波形４２０は、交流パルス特性波形であり、波形４３０は、波形４２０の約半分の期間を有するサイン波特性波形である。波形４２０は、小さな貫通した正の部分４２０ａと、直線極性移行部４２０ｃを有する大きな沈下部分４２０ｂとを含む。波形４３０は、正の部分４３０ａと、垂直極性移行部４３０ｃを有する負の部分４３０ｂとを含む。これら２つの異なる波形を有することにより、上記両合成サイン波概念は、１つの電極に対して用いられ、かつ長期の同時発生の極性関係はない。すなわち、溜まりＰ内の溶融金属は、両アークＡＣ１、ＡＣ２による溶接動作の間、ほぼ静止したままである。
【００２８】
本発明の別の態様を図１５に示し、波形４５０、４５２、４５４および４５６は、４つのタンデムアーク、すなわちアークＡＣ１、アークＡＣ２、アークＡＣ３およびアークＡＣ４の各々のための電源の波形整形器２４０によって生成される。隣接するアークは、該隣接するアークは、該波形がいつ、対応して、負の部分から正の部分へ移行するかを定義する合成信号４６０によって示すように整列される。この合成信号は、スタートパルスが整列されていることを除いて、図１に示すジェネレータ８０によって生成される。本発明のこの実施形態においては、第１の波形４５０は、隣接する波形４５２、４５４および４５６の正および負の部分と同期される正の部分４５０ａを有する。例えば、正の部分４５０ａは、波形４５２の正の部分４５２ａおよび負の部分４５２ｂと同期されかつ相互に関連付けられる。同様に、波形４５２の正の部分４５２ａは、波形４５４の正の部分４５４ａおよび負の部分４５４ｂと同期されかつ相互に関連付けられる。同様の関係は、波形４５６の正の部分４５４ａと部分４５６ａ、４５６ｂとの間に存在する。負の部分４５０ｂは、整列された波形４５２の２つの反対極性部分と同期されかつ相互に関連付けられる。同じタイミング関係は、負の部分４５２ｂと波形４５４との間に存在する。換言すれば、各隣接するアークにおいて、波形の一方の極性部分は、隣接するアークの全体の波形と相互に関連付けられる。このようにして、図９および図１０と共に説明したように、溜まりＰの崩壊および反発力は、力学的に制御される。本発明のこの実施形態においては、１つまたはそれ以上の正または負の部分は、図１１および１２で開示した本発明の１つの態様と共に説明したような合成サイン波とすることができる。
【００２９】
図１および２に示すように、上記スイッチのマスターコントローラを切り替える場合、スイッチコマンドが、電源３０のマスターコントローラ１４０ａに対して発行される。このことは、「キル」信号を、該マスターによって受信させるため、キル信号および極性論理は、単一の電極と並列に接続された１つまたはそれ以上のスレーブ電源のコントローラへ直ちに伝送される。標準的な交流電源が、上記極性スイッチと並列の大きな緩衝器と共に使用する場合、該スレーブコントローラは、該マスター電源が該スイッチコマンドを受信した後、直ちに１〜１０μｓ以内に切り替えられる。これは、高精度のインタフェースカードまたはゲートウェイの効果である。実際に、上記並列接続された電源の電流反転のための実際のスイッチングは、出力電流が、所定値、例えば、約１００アンペア以下になるまで発生しない。これにより、より小さなスイッチの使用が可能になる。
【００３０】
単一の交流アークのための全ての電源に対するスイッチングの実施は、実際のスイッチングを、全ての電源が所定の低電流レベル以下になった後にのみ行うことができる遅延スイッチング技術を用いる。該遅延プロセスは、ディジタルプロセッサのソフトウェアで実現され、かつ図１６の概略レイアウトによって説明される。マスター電源５００のコントローラが、ライン５０２で表わされるコマンド信号を受信すると、該電源は、スイッチングシーケンスをスタートさせる。該マスターは、該マスターの極性スイッチングに対応する該スレーブのスイッチングのための所望の極性を実現するために、ライン５０４上に論理を出力する。命令されたスイッチシーケンスにおいて、マスター電源５００のインバータは、ターンオフまたはダウンされるため、電極Ｅへの電流は、ホール効果変換器５１０によって読み出されるように減少する。ライン５０２のスイッチコマンドは、ホール効果変換器５３２、５３４によって測定されるように電流を接点５３０に供給する並列接続されたスレーブ電源５２０、５２２のコントローラに、ライン５１２で示される即時の「キル」信号を生じる。全ての電源は、インバータをターンオフまたはダウンさせた状態で、スイッチシーケンス状態にある。ソフトウェア比較回路５５０、５５２、５５４は、減少した電流を、ライン５５６上の電圧によって参照される所定の低電流と比較する。各電源が所定値以下に減少すると、ライン５６０、５６２および５６４に信号が発生して、それぞれサンプル・ホールド回路５７０、５７２および５７４の入力に送られる。該回路は、該電源の各々からのライン５８０のストロボ信号によって出力される。設定論理が回路５７０、５７２および５７４に格納されている場合、ＹＥＳ論理が、該ストロボ信号発生時に、ラインＲＥＡＤＹ１、ＲＥＡＤＹ２およびＲＥＡＤＹ３上に発生する。この信号は、上記電源内で生成され、２５μｓの周期を有するが、他の高速ストロボを使用することができる。該信号は、図８に点線で示すマスター電源のコントローラＣに向けられる。ＡＮＤゲート５８０で示されるソフトウェアのＡＮＤ機能は、全ての電源が極性を切り替える準備ができている場合に、ライン５８２上にＹＥＳ論理を出力させる。この出力条件は、ライン５０４上に発生したときに切り替えられる極性の所望の論理を備えるそのＤ端子を有するソフトウェアのフリップフロップ６００のクロックイネーブル端子ＥＣＬＫに向けられる。約１ＭＨｚで作動される発振器またはタイマーは、端子ＣＫへのライン６０２上の信号によってフリップフロップをクロックする。このことは、ライン６１２上の同一の論理がマスター電源５００を切り替えると同時に、ライン５０４上の極性コマンド論理をＱ端子６０４へ伝送して、この論理をライン６１０に生成してスレーブ５２０、５２２を切り替える。スイッチング後、ライン５０４上の該極性論理は、反対極性にシフトされると共に、マスター電源は、スイッチング周波数に基づいて次のスイッチコマンドを待つ。他の回路を、スイッチングシーケンスにおける遅延に影響を及ぼすために使用することができるが、図１６の説明は現在のスキームである。
【００３１】
本アプリケーションは、特許文献４および特許文献３に開示されたような単一の電源または相互に関連付けられた複数の電源を含む電気アーク電源の波形整形器または波形ジェネレータによって制御される波形に関連する。本発明は、交流波形によって作動されるタンデム電極に関連する。２つの隣接する電極は、該タンデム溶接システムの動作を標準的な変換器溶接動作と相互に関連付けるために、電極間の溶融金属溜まりの力学を制御し、および／または合成サイン波を用いる波形を有する。本発明は、標準的な実施に従った高速のスイッチングインバータの使用によって、波形整形器または波形ジェネレータによって生成された交流波形の各々における正および負の部分のエネルギを制御することを含む。  該正の部分および負の部分における異なるエネルギは、特定の電極により貫通の程度と沈下の程度との関係を制御する。このことは、上記溶接溜まりを概して静止状態に維持するような隣接する電極の動作を可能にする。この動作は、結果として生じる溶接ビードを改善し、かつ溶接動作の効率を改善する。該溶接溜まりを制御するために、上記波形整形器によって生成された隣接する波形は、所定の極性関係が、その間に、隣接する電極間に存在する時間の長さを制御する。換言すれば、隣接する電極の波形が同じ極性または反対の極性を有する時間は、波形整形器または波形ジェネレータを用いた波形技術によって生成された２つの隣接する交流波形の間の異なる形状および異なる関係を用いることによって限定される。図１５に開示したように、本質的に２の倍数である隣接する電極の周波数を有する隣接する生成波形の波形を同期させる。これらの固有な波形の全ては、新規であり、かつ特にパイプライン部を形成する際のパイプのシーム溶接に対してタンデム電極を用いた電気アーク溶接において、有益な結果をもたらす。
【００３２】
図４には、タンデム交流駆動電極ＡＣ１およびＡＣ２を随伴するリード直流電極を用いるシステムおよび方法が示されている。本発明は、主に、各々が、オハイオ州クリーブランドのＬｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙが販売するＰｏｗｅｒ  Ｗａｖｅ電源に使用される波形技術に従って波形整形器または波形ジェネレータによって構成された交流波形によって駆動される複数のタンデム電極を含むサブマージドアーク溶接操作に適用できる。この電源は一段階ごとに各電極の波形を変化させることができる。本発明は、隣接する電極の交流電流波形を制御することに関する。該電極は、第１および第２の、第２および第３の、第３および第４の、第４および第５の、第５および第６等の電極であってもよい。交流電流波形によって駆動される隣接する電極は、波形ジェネレータまたは波形整形器によって生成される。本発明は、正極性と負極性の間の移行を促進する芯を有する電極を用いる。本発明を、隣接するタンデム電極に対する代表的な波形を示す図１７および１８に示すような特定の交流パルス波形に関して説明する。図１７において、曲線または波形７００は、正の部分７０２と負の部分７０４を有している。例証および説明のため、波形または電流曲線７００は、セグメント７１０、７１２、７１４および７１６に分割される。上記第２の電極アークに対する波形７２０は、正の部分７２２と負の部分７２４とを有する。４つの波形セグメント７３０、７３２、７３４および７３６は、それぞれ、対応する波形セグメント７１０、７１２、７１４および７１６と位置合わせされている。溶接中、２つのアークは、溶接経路に沿って移動される。隣接するアークは、セグメント７１０、７２４において、プッシュ（突き出し）状態にある。これらのセグメントは、逆の極性を有しているため、該アークは、互いに離れて突き出される。次の位置合わせされたセグメント領域においては、セグメント７１２および７３２が同じ極性であるため、該アークは、共に引っ込むことになる（プル状態）。波形または曲線７００で示す溶接サイクルの間、アークは、極性関係の状態の各変化において、別個の突き出しと一緒の引っ込みを交互に繰り返す。該波形は、１０〜２０ｍｓの周期長を有し、それに伴って、各セグメントは、その長さが２．５〜５．０ｍｓ程度になる。本発明によれば、隣接する電極の波形７００、７２０は、上記突き出しおよび引っ込みの発生が、約５．０ｍｓ以内の間持続されるように制御される。該突き出し状態が長時間持続した場合、上記溶接溜まりが影響を受け、アークが広がって溶接プロセスの安定性が変化する。同様に、引っ込み状態が長時間持続した場合、隣接する電極のアークは、共に突き出て、上記溜まりの力学に影響を及ぼす。本発明は、極性関係によって指図される交互の突き出しおよび引っ込み状態を有する隣接する波形に関し、該波形は、突き出し状態または引っ込み状態のいずれかの維持または持続時間が、約５．０ｍｓ以下になるように調整される。この方法を図１７に示す。同様の方法を図１８に示し、周期長は、１０〜２０ｍｓである。該第１のアークの波形または曲線７４０は、正の部分７４２と、負の部分７４４とを有する。例示および説明のため、曲線または波形７４０は、時間セグメント７５０、７５２、７５４および７５６に分割される。波形７４０の形状により、第５の時間セグメント７５８が識別される。この最後のセグメントは、先導セグメント７５０の繰り返しである。隣接する電極は、正の部分７６２および負の部分７６４を有する、曲線または波形７６０として示す第２のアークを有する。波形７４０のセグメントに対応させるため、波形７６０は、セグメント７７０、７７２、７７４および７７６に分割される。該２つの波形は、標準的な溶接技術に従って、正の沈下部分が負の貫通部分と関連付けられるように調整される。波形７４０を用いて該電極により大きな貫通を設け、かつ波形７６０を用いて該電極により高い沈下を設けることにより、溶接操作がカスタマイズされる。このことがなされる場合、アークの突き出しまたはアークの引っ込みの長い期間という問題がある。本発明によれば、図１７または図１８に示すような波形が、長期間の突き出しまたは引っ込みを避けるために生成される。
【００３３】
図１８において、セグメント７５０、７７０は、逆の極性を有し、そのため、アーク突き出し状態が存在する。セグメント７５２および７７２によって形成される波形の領域において、該極性は同じであり、そのため、アーク引っ込み状態がある。該曲線の各々は、４つに分割されるため、アークの突き出しおよび引っ込み状態は、図１８に示すように交互に発生する。同様の進行を、図１７に開示したような２つの隣接する電極の波形に示す。該波形は、同じ周期長、同じ正および負の大きさを有する必要はない。該正および負の大きさは、該アークにより沈下および貫通を制御するように調整される。本発明によれば、図１７および１８に示すように、隣接する電極の波形は、突き出しまたは引っ込み状態の持続および／または継続時間が、約５．０ｍｓ以内に制限されるように調整される。該波形は、図１７および１８に示すように、サイン波状またはパルス状交流波形とすることができる。本発明のシステムおよび方法は、アークの突き出しまたはアークの引っ込み状態のいずれかの時間を限定することに関する。
【００３４】
好適なプログラムまたは方法は、上記電源のコントローラによって処理される。本発明を実行するには、図１９に示すプログラムまたは方法８００は、その部分が、通常、ＤＳＰまたはマイクロプロセッサである上記コントローラのディジタル部によって実施される。好ましくは、方法８００は、Ｐｏｗｅｒ  Ｗａｖｅの電源のコントローラによって実行される。図１９に示すように、隣接する電極の波形の周期長をブロック８０２、８０４で示す。好適な実施形態において、これら２つのブロックは、約１０〜２０ｍｓの同じ周期長を用いて識別される。個々のアークの極性は、常に上記方法のアークの極性を読み取る検知器８１０、８１２によって判断される。隣接するアークの極性は、検知器８１０、８１２から比較器網８２０へ伝送される。該極性が逆の場合には、アークの突き出し状態が存在する。このことは、ライン８２２に論理信号を生成する。該極性が等しい場合には、論理信号がライン８２４に発生する。この信号は、該アークに対する引っ込み状態を表わす。当然、波形がゼロにある場合には、突き出し状態も引っ込み状態もない。網８２０からのＹＥＳ信号である論理１をライン８２２に有する突き出し状態について説明する。タイムカウンタ８３０は、ライン８２２の論理信号によって始動して、クロック８３２に従ってカウントする。全ての場合において必要ではないが、リセット回路８３４は、周期８０４の終端部においてカウンタ８３０をリセットするために、ライン８３６にディジタル信号を生成する。カウンタ８３０の出力は、決定装置または網８４０に向けられる。該カウンタが約５．０ｍｓ以上のレベルに達すると、ＹＥＳ信号がライン８４２に生成される。このＹＥＳ信号は、波形調整ルーチン８５０を起動して、ジェネレータ７４０ａ、７４０ｂによって生成される波形形状を変化させるための調整信号をライン８５２、８５４に生成する。このようにして、パルス幅変調器２２４ａ、２２４ｂは、ＡＲＣ１、ＡＲＣ２における交流波形を調整するために、Ｐｏｗｅｒ  Ｗａｖｅのインバータ電源２２０ａ、２２０ｂを作動させるように調整される。このようにして、波形調整が行われて、上記突き出し状態が、約５．０ｍｓ以上の持続の存在を有しないことを保障する。
【００３５】
同様に、プログラムまたは方法８００は、隣接する電極間の引っ込み状態を制御する。引っ込み状態がある場合、隣接する波形間の同じ極性により、ＹＥＳ信号がライン８２４に発生して引っ込み時間カウンタ８６０を始動させる。該カウンタは、クロック８６２によって駆動される。本発明を実施する際には必要ではない特徴に従って、リセット８６４は、ライン８６６上の信号によって示されるディジタル信号を生成して、各周期８０２の終端部においてカウンタ８６０をリセットする。決定装置８７０は、該引っ込み状態が、約５．０ｍｓ以上継続または持続したか否かを判断する。該決定装置が、ライン８７２にＹＥＳ信号を生成すると、調整ルーチン８８０が作動されて、２つの波形ジェネレータまたは波形整形器２４０ａ、２４０ｂに向けられたライン８８２、８８４の信号を調整して、Ｐｏｗｅｒ  Ｗａｖｅのインバータ電源２２０ａ、２２０ｂの動作を調整するためにパルス幅変調器２２４ａ、２２４ｂの動作を調整する。このことは、アークＡＲＣ１およびアークＡＲＣ２を調整して、突き出し状態が約５．０ｍｓ以上続かないことを保障する。突き出し状態および引っ込み状態は、逆の事象であるため、プログラム８００において、一致網８９０が用いられる。この網は、カウンタ８３０からのライン８９２にイネーブル信号を、かつカウンタ８６０からのライン８９４にイネーブル信号を含む。ライン８９２、８９４のインバータゲート８９６、８９８は、それぞれ、ライン８９２、８９４上の論理を変化させる。すなわち、タイム８３０が作動していない場合、タイマー８６０が作動可能になる。同様に、タイマー８６０が作動していない場合、タイマー８３０が作動可能になる。従って、２つのカウンタ８３０、８６０は、同時には作動しない。プログラムまたは方法８００を用いることにより、隣接する交流駆動電極間の突き出し状態または引っ込み状態のいずれかの持続時間は、Ｐｏｗｅｒ  Ｗａｖｅ溶接機のコントローラを介して波形ジェネレータを調整することにより限定される。これらの波形ジェネレータは、手動で調整して方法８００の目的を実現することができる。手動調整は、上記溶接溜まりの力学を観察することにより視覚的に行うことができる。しかし、方法８００は、好ましくは、該溶接機のディジタルコントローラ内で実行される。５．０ｍｓの時間が好適であるが、この値は重要ではなく、通常の大きさがより重要である。この時間指示の利用は、当業者に、本発明の目的をどのように実現するかを教示する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の好適な実施形態のブロック図である。
【図２】各々がスイッチング出力を含み、電源が本発明を実施する際に使用される、２つの並列接続された電源の配線図である。
【図３】本発明に従って作動され、パイプのシームを溶接するための３つのタンデム電極の断面図である。
【図４】特許文献４および特許文献３の開示を利用した、３つの電極の場合の溶接システムのブロック形式の概略レイアウトである。
【図５】特許文献４に開示されている可変パルスジェネレータを有する、図４に示すようなシステムによって駆動される単一の電極を示すブロック図である。
【図６】２つの図示した同期パルスのうちの一方に対する電流グラフであって、１つのタンデム電極に対する平衡させた交流波形を示すグラフである。
【図７】本発明を実施する際に用いられる、波形の極性を決定する論理を有する信号に重畳した電流グラフである。
【図８】本発明の好適な実施形態の概略の態様を示す電流グラフである。
【図９】本発明の効果を説明する、タンデム電極の同時発生の極性関係の間の溶接溜まりの力学を説明する概略図である。
【図１０】本発明の効果を説明する、タンデム電極の同時発生の極性関係の間の溶接溜まりの力学を説明する概略図である。
【図１１】本発明を用いた、２つの隣接するタンデム電極上の波形を示す一組の電流グラフである。
【図１２】極性関係が同時発生する領域を有する、隣接するタンデム電極上の交流波形の一組の電流グラフである。
【図１３】１つの電極の交流波形が、同時発生の極性関係の時間を制限する他の電極の実質的に異なる波形である、隣接するタンデム電極上の波形の電流グラフである。
【図１４】隣接する電極に対して異なる形状の波形を用いる本発明によるシステムによって作動される隣接する電極の場合の２つのサイン波形の電流グラフである。
【図１５】本発明の一つの態様に従って形成されかつ同期されたタンデム電極の４つの隣接する交流アークにおける波形を示す電流グラフである。
【図１６】調整されたスイッチコマンドが処理され、次の一致信号が生成されるとすぐに、並列接続された電源のスイッチングを引き起こすソフトウェアプログラムの概略レイアウトである。
【図１７】タンデム溶接で使用されかつ本発明を用いる隣接する電極の交流電流を示す電流グラフである。
【図１８】隣接したタンデム電極で使用され、かつ本発明を利用する交流電流波形の異なる関係を示す、図１７のグラフと同様な電流グラフである。
【図１９】本発明の好適なプログラム、システムまたは方法を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
３０  マスターコントローラおよび電源
３２  スレーブコントローラおよび電源
７０  イーサネットまたはローカルエリアネットワーク
８０  可変パルスジェネレータ
Ａ  第１のマスター溶接機
Ｂ  スレーブ溶接機
ＷＳ  溶接ステーション
Ｅ  電極
Ｗ  被加工物
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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